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Naturwissenschaftliche Methodenkompetenz und Bildungsstandards

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Academic year: 2022

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Naturwissenschaftliche Methodenkompetenz und Bildungsstandards

Workshop SINUS-Transfer, Oberhof 27.09.2004

Prof. Dr. J. Mayer, Institut für Biologiedidaktik, Justus Liebig Universität Gießen

Innerhalb der aktuellen Bemühungen um eine Qualitätsentwicklung des naturwissenschaftlichen Unterrichts nimmt der Bereich der naturwis- senschaftlichen Methodenkompetenz (naturw. Denk- und Arbeitswei- sen/ Modul 2) eine zentrale Stellung ein.

Im workshop soll dieses Modul hinsichtlich Standards (Kompetenzen, Kerncurricula), Qualitätsentwicklung (Forschender Unterricht, experi- mentelle Lernumgebung) sowie Leistungsmessung (Aufgaben) disku- tiert und bearbeitet werden.

Als Input werden Konzepte und Forschungsbefunde aus aktuellen Pro- jekten (Kerncurricula, Forschende Unterrichtsskripts und Lernumge- bung, PISA 2006) vorgestellt und diskutiert. In verschiedenen Gruppen können anschließend folgende Aufgaben bearbeitet werden:

1. Umsetzung von kompetenzorientierten Standards/Kerncurricula im Schulcurriculum und Unterricht?

2. Gestaltung forschender Unterrichtsskripts zur Förderung naturwis- senschaftlicher Methodenkompetenz?

3. Entwicklung von Aufgaben zur Messung naturwissenschaftlichen Denkens?

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Umsetzung von Standards naturwissenschaftli- cher Methodenkompetenz im Curriculum

Workshop SINUS-Transfer, Oberhof 27.09.2004

Prof. Dr. J. Mayer, Institut für Biologiedidaktik, Justus Liebig Universität Gießen

1. Ausgangslage

Bildungsstandards legen fest, welche Kompetenzen die Kinder oder Jugendlichen bis zu einer bestimmten Jahrgangsstufe mindestens er- worben haben sollen. Sie sollen so konkret beschrieben werden, dass sie in Aufgabenstellungen umgesetzt und prinzipiell mit Hilfe von Test- verfahren erfasst werden können. (Klieme u.a. 2003, 4).

Die individuelle Ausprägung der Kompetenz wird nach Weinert von verschiedenen Facetten bestimmt, wie Fähigkeit, Wissen, Verstehen, Können, Handeln, Erfahrung und Motivation.

Die Bildungsstandards der KMK formulieren die Kompetenzbereiche:

• Fachwissen,

Erkenntnisgewinnung,

• Kommunikation und

• Bewertung.

2. Problemstellung

Innerhalb der Schulpraxis ergibt sich das Problem der curricularen und methodischen Umsetzung der Bildungsstandards. Es stellen sich fol- gende Fragen:

• Wie lässt sich die Entwicklung naturwissenschaftlicher Methoden- kompetenz in ein Curriculum umsetzen, d.h. Unterrichtsthemen zu- ordnen?

• Wie kann naturwissenschaftliche Methodenkompetenz kumulativ, d.h. gestuft vom Jahrgang 5 bis 10 entwickelt werden?

• Welche unterschiedlichen Kompetenzniveaus lassen sich innerhalb der naturwissenschaftlichen Methodenkompetenz unterscheiden?

3. Bearbeitungsvorschläge

• Klären Sie zunächst, wer die Diskussion/Produkte protokolliert und später im Plenum vorstellt.

• Diskutieren Sie in der Gruppe die verschiedenen Aspekte des Prob- lems und tauschen sie Erfahrungen und Konzepte darüber aus, wie Sie Methodenkompetenz systematisch in ihrem Unterricht berück- sichtigen.

• Entwerfen sie ein mind-map, in dem einem zentralen Unterrichts- thema Unterrichtsversuche und Lernaktivitäten zugeordnet sind, die

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zur Entwicklung von Methodenkompetenzen geeignet sind (Ar- beitsblatt 1).

• Alternativ oder ergänzend: Ordnen Sie (selbst gewählten) Unter- richtsthemen des Lehrplans und geeigneten Schulversuchen na- turwissenschaftsmethodische Kompetenzen (Abb. 1 -3) zu (Ar- beitsblatt 2).

4. Produkt und Plenumsdiskussion

• Übertragen Sie wesentliche Aspekte/Probleme der Diskussion auf eine OH-Folie.

• Übertragen Sie ihr Produkt auf eine OH-Folie.

• Stellen Sie ihr Arbeitsergebnis und den –prozess im Plenum zur Diskussion.

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Standards für den Kompetenzbereich „Erkenntnisgewinnung“

(Biologie)

Beobachten, Vergleichen, Experimentieren, Modelle nutzen und Arbeitstechniken anwenden

Schülerinnen und Schüler …

E 1 mikroskopieren Zellen und stellen sie in einer Zeichnung dar, E 2 beschreiben und vergleichen Anatomie und Morphologie von

Organismen,

E 3 ermitteln Verwandtschaft bzw. ökologisch bedingte Ähnlichkeit bei Organismen durch kriteriengeleitetes Vergleichen,

E 4 ermitteln mithilfe geeigneter Bestimmungsliteratur im Ökosystem häufig vorkommende Arten,

E 5 untersuchen mit geeigneten qualifizierenden oder quantifizie- renden Verfahren abiotische und biotische Faktoren,

E 6 planen einfache Experimente zu Systemfunktionen, führen die Experimente durch und/oder werten sie aus,

E 7 wenden Schritte aus dem experimentellen Weg der Erkenntnis- gewinnung an zur Erklärung von Organfunktionen und Prozes- sen,

E 8 erörtern Tragweite und Grenzen von Untersuchungsergebnis- sen,

E 9 erarbeiten Modelle zur Veranschaulichung von Struktur und Funktion,

E 10 beschreiben Wechselwirkungen mit Hilfe von Modellen,

E 11 beschreiben Speicherung und Weitergabe genetischer Informa- tionen auch unter Anwendung geeigneter Modelle,

E 12 erklären dynamische Prozesse in Ökosystemen mithilfe von Modellvorstellungen

E 13 beurteilen die Aussagekraft eines Modells.

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Standards für den Kompetenzbereich „Erkenntnisgewinnung“

(Physik)

Die Schülerinnen und Schüler …

E 1 unterscheiden zwischen alltagssprachlicher und fachsprachli- cher Beschreibung von Phänomenen,

E 2 beschreiben Phänomene und führen sie auf bekannte physikali- sche Zusammenhänge zurück,

E 3 wählen Daten und Informationen aus verschiedenen Quellen zur Bearbeitung von Aufgaben und Problemen aus, prüfen und ord- nen sie,

E 4 verwenden Analogien und Modellvorstellungen zur Wissensge- nerierung,

E 5 wenden einfache Formen der Mathematisierung an, E 6 nehmen einfache Idealisierungen vor,

E 7 stellen an einfachen Beispielen Hypothesen auf,

E 8 planen einfache Experimente, führen sie durch und dokumentie- ren die Ergebnisse,

E 9 werten gewonnene Daten aus, ggf. auch durch einfache Ma- thematisierungen,

E 10 beurteilen die Gültigkeit empirischer Ergebnisse und deren Ver- allgemeinerung.

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Standards für den Kompetenzbereich „Erkenntnisgewinnung“ (Chemie) Experimentelle und andere Untersuchungsmethoden sowie Modelle nutzen

Die Schülerinnen und Schüler …

E 1 erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe chemischer Kenntnisse und Untersuchungen, insbesondere durch chemische Experimente, zu beant- worten sind,

E 2 planen geeignete Untersuchungen zur Überprüfung von Vermutungen und Hypothesen,

E 3 führen qualitative und einfache quantitative experimentelle und andere Unter- suchungen durch und protokollieren diese,

E 4 beachten beim Experimentieren Sicherheits- und Umweltaspekte,

E 5 erheben bei Untersuchungen, insbesondere in chemischen Experimenten, re- levante Daten oder recherchieren sie,

E 6 finden in erhobenen oder recherchierten Daten Trends, Strukturen und Bezie- hungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen,

E 7 nutzen geeignete Modelle (z. B. Atommodelle, Periodensystem der Elemente), um chemische Fragestellungen zu bearbeiten,

E 8 zeigen Verknüpfungen zwischen kulturellen und gesellschaftlichen Entwicklun- gen mit Fragestellungen und Erkenntniswegen der Chemie auf.

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Arbeitsblatt 1: Ordnen Sie einem selbst gewähltem Unterrichtsthema geeignete Unterrichtsversuche und –aktivitäten zu, die der

Schülerexperiment 2:

Entwicklung der Methodenkompetenz dienen.

Unterrichtsthema:

Schülerexperiment 1:

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Arbeitsblatt 2: Ordnen Sie (selbst gewählten) Unterrichtsthemen und ge- eigneten Schulversuchen naturwissenschaftsmethodische Kompetenzen (Abb. 1 -3) zu.

Unterrichtsinhalte Schulversuche (Teil)Kompetenzen

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Gestaltung forschender Unterrichtsskripts zur Förderung naturwissenschaftlicher Methodenkompetenz?

Workshop SINUS-Transfer, Oberhof 27.09.2004

Prof. Dr. J. Mayer, Institut für Biologiedidaktik, Justus Liebig Universität Giessen

1. Ausgangslage

Einer der zentralen Kritikpunkte am deutschen naturwissenschaftlichen Unterricht ist, dass die spezifisch naturwissenschaftliche Denkweise (hypothesengeleitetes-

experimentelles Vorgehen) zu wenig als Prinzip der Unterrichtsführung (Unterrichts- skript) genutzt wird.

2. Problemstellung

Lehrpläne und Unterrichtspraxis sind vor allem durch die Unterrichtsinhalte dominiert.

Unterrichtsversuche werden oftmals zur Verdeutlichung der Inhalte eingesetzt. Es stellen sich folgende Fragen:

• Welche Schulexperimente eignen sich in besonderer Weise, das typisch experi- mentelle Vorgehen zu verdeutlichen?

• Welche Schulexperimente lassen eine ergebnisoffene Bearbeitung durch die Ler- nenden zu?

• Welche Abschnitte des naturwissenschaftlichen Vorgehens sind essentiell für das Verständnis experimentellen Vorgehens?

3. Bearbeitungsvorschläge

• Klären Sie zunächst, wer die Diskussion/Produkte protokolliert und später im Ple- num vorstellt.

• Diskutieren Sie in der Gruppe die verschiedenen Aspekte des Problems und tau- schen sie Erfahrungen und Konzepte aus.

• Gehen Sie das Info-Blatt 1 durch. Klären Sie Fragen. Diskutieren Sie den Diffe- renzierungsgrad ihrer folgenden Bearbeitung (ggf. Infoblatt 2 durchgehen).

• Formulieren Sie zu dem gegebenen Beispiel (Messung der Reaktionszeit) den zugrunde liegenden Prozess des wissenschaftlichen Vorgehens (Fragestellung- Hypothesen-Versuchsplanung-Versuchsdurchführung-Auswertung-Diskussion) (Arbeitsblatt 1).

• Legen Sie besonderes Gewicht auf verschiedenen Hypothesen, Versuchsalterna- tiven, unterschiedliche Fehlerquellen u.s.w.

• Weiterführung: Bearbeiten Sie die Aufgabe nochmals zu einem von Ihnen ge- wählten Schulexperiment (Arbeitsblatt 2)

4. Produkt und Plenumsdiskussion

• Übertragen Sie wesentliche Aspekte/Probleme der Diskussion auf eine OH-Folie.

• Übertragen Sie ihr Produkt auf eine OH-Folie.

• Stellen Sie ihr Arbeitsergebnis und den –prozess im Plenum zur Diskussion.

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Infoblatt 1: Prozess des wissenschaftlichen Vorgehens

Prozess des wissenschaftlichen Vorgehens 1. Naturwissenschaftliche Fragestellungen formulieren

1.1 Beschreibung eines Phänomens/des Problems Wie lässt sich der Sachverhalt beschreiben?

1.2 Formulieren von Fragen, Definition des Problems Welche Fragen stellen sich? Was ist das Problem?

1.3 Formulieren einer Fragestellung, die naturwissenschaftlich un- tersucht werden kann

Wie lässt sich die Frage präzisieren, ev.

Begriffe definieren?

2. Planung einer Untersuchung

2.1 Formulieren von (mehreren) Hypothesen Mögliche Antworten/Vermutungen auf Frage formulieren

2.2 Auswahl und Begründung der Untersuchungshypothese Wie kann die ausgewählte Hypothese be- gründet werden?

2.3 Ableiten einer Vorhersagesage experimenteller Ergebnisse (Prognose)

Was müsste man beobachten, wenn die Hypothese stimmt ?

2.4 Identifizieren relevanter Variablen Welche Faktoren sind bedeutsam?

Was muss miteinander verglichen werden?

2.5 Entwerfen eines Untersuchungsplans Welche Variablen müssen verändert oder kontrolliert werden?

2.6 Entwerfen einer experimentellen Anordnung (Objekte, Geräte, Versuchsaufbau)

Wie kann die Vermutung durch ein Expe- riment überprüft werden?

2.7 Ausarbeiten eines Mess- und Beobachtungsverfahrens (Messgeräte, Nachweisverfahren)

Wie können relevante Daten gemessen werden ?

2.8 Planung des Versuchsablaufs/Versuchsreihe festlegen Reihenfolge, Zeitspanne, Wiederholungen der Datenaufnahme

2.9 Protokollierung vorbereiten Welche Daten müssen wie protokolliert werden?

3. Durchführen einer Untersuchung

3.1 Auswählen und Aufbauen der Geräte (Material) Welche Objekte, Geräte und Materialien sind dafür nötig?

3.2 Nutzung der Werkzeuge und Geräte (Versuchsaufbau) Aufbau der Versuchsanordnung!

3.3 Sammeln und Aufzeichnen der Daten (Durchführung) Notieren der Beobachtungen!

3.4 Organisieren der Daten, Zusammenfassung der Beobachtung Ggf. Berechnung durchführen 4. Auswerten und Interpretieren der Daten

4.1 Daten mathematisch und/oder graphisch aufbereiten Wie können die Daten geordnet und vergli- chen werden?

4.2 Vergleichen mit anderen Daten Welche Durchschnittswerte ergeben sich?

4.3 Beurteilung der Verlässigkeit der Daten (Fehlerbetrach- tung/Methodendiskussion: Genauigkeit, Objektivität)

Was ist wesentlich, was zufällig oder unbe- deutend?

4.4 Vergleich der Daten mit der Hypothese (Verifizie- ren/Falsifizieren der Hypothese)

Wird die Hypothese bestätigt oder wider- legt?

5. Schlussfolgerungen aus Daten ziehen

5.1 Beziehungen aufzeigen, Daten interpretieren/ Schlussfolgerun- gen ziehen, die zu den Daten passen

Welche Schlussfolgerungen können aus den Daten gezogen werden?

5.2 Die eigenen Experimente mit dem bisherigen Kenntnisstand in Verbindung bringen (Theoriebezug)

Wie werden die Ergebnisse in die bisheri- gen Kenntnisse eingeordnet?

5.3 Einschränkungen und/oder Annahmen formulieren, die dem Ex- periment zugrunde liegen

Welche Annahmen liegen den Schlussfol- gerungen zugrunde?

5.4 Die eigenen Experimente mit Modellen und Theorien in Ver- bindung bringen (Generalisierung)

Welche Verallgemeinerungen können vor- genommen werden?

5.5 Weiterführende Untersuchungen vorschlagen, bzw. neue Fragen formulieren zur Stützung der Theorie

Welche neuen Probleme und Fragen erge- ben sich?

6. Kommunizieren des wissenschaftlichen Prozesses 6.1 Beschreibung der Ergebnisse durch Sprache, Graphen, Dia-

gramme, Abbildungen

Ergebnisse visuell aufbereiten

6.2 Eine Zusammenfassung der Arbeit erstellen Den Forschungsprozess in seiner Abfolge zusammenfassend darstellen

6.3 Experimentelles Arbeiten kritisch beurteilen Eigene und fremde Experimente kritisch beurteilen

(11)

Infoblatt 2: Prozess des wissenschaftlichen Vorgehens (Beispiel) Beispiel: Funktion des Chlorophyll

1. Naturwissenschaftliche Fragestellungen formulieren

1.1 Die meisten Pflanzen besitzen Blattgrün? Welche Funktion hat das Blattgrün?

1.2 Hat das Blattgrün etwas mit dem Stoffwechsel der Pflanzen zu tun?

1.3 Ist Blattgrün/Chlorophyll notwendig für die Photosynthese?

2. Planung einer Untersuchung

2.1 (1) Chlorophyll ist notwendig, damit die Pflanze Stärke produzieren kann ! Nullhypothese: Pflanzenteile ohne Chlorophyll produzieren keine Stärke.

(2) Chlorophyll hat eine andere Funktion, da auch Pflanzen mit roten Blätter Photosynthese Stärke produzieren müssen!

2.2 Nullhypothese wird zur Untersuchungshypothese

2.3 In nichtgrünen Pflanzenteilen ist nach Beleuchtung keine Stärke nachzuweisen.

2.4 Variablen: Licht, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Wasser, Stärke, Chlorophyll, Zeit, Tempe- ratur

2.5 Chlorophyll (unabhängige Variable), kein Chlorophyll (Kontrolle), Stärke (abhängige Vari- able); Licht, Wasser, Temperatur und Zeit werden konstant gehalten

2.6 Eine panaschierte Pflanze belichten und anschließend in den grünen und weißen Blatteilen jeweils auf Stärke testen

2.7 Belichtungszeit ca. 2 Stunden, Stärkenachweis mit Iod-Kaliumiodid

2.8 Die Blattregionen (A=grün, B=weiß) werden notiert sowie die jeweiligen Verfärbungen beim Stärkenachweis

3. Durchführen einer Untersuchung

3.1 Pflanze mit panaschierten Blättern, Lichtquelle, Iodkaliumiodid, Tiegelzange, Heizplatte, Bechergläser, Brennspiritus

3.2 Pflanze zwei Stunden lang mit der Lampe belichten; anschließend Blatt in kochendes Was- ser, danach in heißen Brennspiritus geben. Das mittlerweile farblose Blatt herausnehmen und nach 10 Min. mit Iod-Kaliumiodid-Lsg. beträufeln.

3.3 Region A (chlorophyllhaltig) färbt sich blau, Region B (ohne Chlorophyll) bleibt farblos.

3.4 In nichtgrünen Pflanzenteilen ist nach Beleuchtung keine Stärke nachzuweisen.

4. Auswerten und Interpretieren der Daten

4.1 Die Farbveränderungen werden den Regionen zugeordnet 4.2 Vergleich mit den Daten der anderen Versuchsgruppen

4.3 Fehler durch zu geringe Belichtungszeit, fehlende Markierung der Regionen, ungenügende Denaturierung der Blätter

4.4 Die Hypothese ist verifiziert: Pflanzenteile ohne Chlorophyll betreiben keine Photosynthe- se.

Chlorophyll ist notwendig, damit die Pflanze mittels Photosynthese Stärke produzieren kann!

5. Schlussfolgerungen aus Daten ziehen

5.1 Da Chlorophyll für die Stärkeproduktion notwendig ist, dürfte es maßgeblich am Prozess der Photosynthese beteiligt sein.

5.2 In den Plastiden wird mittels Chlorophyll Lichtenergie in chemische Energie (Stärke) um- gewandelt, dabei wird Kohlenstoffdioxid aus der Luft aufgenommen und Sauerstoff abge- geben.

5.3 Die Deutung basiert auf der Annahme, dass sich bei anderen Pflanzen (mit chlorophylllosen Pflanzenteilen) die gleichen Ergebnisse zeigen würden.

Eine weitere Annahme ist, dass nur eine Molekülart (Chlorophyll) bedeutsam ist, da andere nicht untersucht wurden.

5.4 Alle grünen Pflanzen können mittels Chlorophyll Lichtenergie in chemische Energie um- wandeln?

5.5 Wie betreiben Pflanzen mit roten Blättern Photosynthese?

Wie erfolgt die Energieumwandlung am Chlorophyllmolekül?

(12)

Arbeitsblatt 1: Bearbeitung des Beispiels „Reaktionszeit des Menschen“

Versuch Beispiel: Reaktionszeit des Menschen

Fragestellung:

Wie lautet die zu untersuchende Frage?

Hypothese:

Welche Vermutungen lassen sich formulieren?

Welche der Vermutungen soll überprüft werden?

Was müsste man beobachten, wenn die Hypo- these stimmt?

Versuchsplanung:

Was muss beobachtet/gemessen werden?

Welche Variable muss verändert werden?

Welche Variablen müssen konstant gehalten werden?

Durchführung:

Genauigkeit der Messung?

Anzahl der Messwiederholungen?

Gibt es störende Versuchsbedingungen?

Auswertung der Daten:

Was ist das Ergebnis des Versuchs?

Wurde die Hypothese bestätigt?

Welche Fehler beeinflussen das Ergebnis?

Schlussfolgerung:

Welche allgemeine Schlussfolgerung lässt sich aus den Ergebnissen ziehen?

Ergeben sich neue Fragen?

(13)

Arbeitsblatt 2: Bearbeitung eines selbst gewählten Beispiels Beispiel:

1. Naturwissenschaftliche Fragestellungen formulieren 1.1

1.2 1.3

2. Planung einer Untersuchung 2.1

2.2 2.3 2.4

2.5 Abhängige (zu messende) Variable:

Unabhängige (variierte) Variable:

Kontrollierte (konstante) Variablen:

2.6

2.7 2.8 2.9

3. Durchführen einer Untersuchung 3.1

3.2 3.3 3.4

4. Auswerten und Interpretieren der Daten 4.1

4.2 4.3 4.4

5. Schlussfolgerungen aus Daten ziehen 5.1

5.2 5.3 5.4 5.5

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Entwicklung von Aufgaben zur naturwissenschaftlichen Methodenkompetenz

Workshop SINUS-Transfer, Oberhof 27.09.2004

Prof. Dr. J. Mayer, Institut für Biologiedidaktik, Justus Liebig Universität Giessen

1. Ausgangslage

Der naturwissenschaftliche Unterricht nach PISA wird u.a. geprägt sein durch konti- nuierliches Monitoring zur Qualität des Unterrichts. Entsprechende Maßnahmen sind Vergleichsarbeiten, Zentralabitur, zentrale Schulabschlussarbeiten (Jg. 10), Schul- evaluation, Überprüfung der Bildungsstandards sowie internationale Leistungstests (PISA, TIMSS, u.a.).

Daraus folgt die Notwendigkeit, dass Lehrkräfte den Kompetenzbereich „Erkenntnis- gewinnung/Methodenkompetenz“ im Rahmen ihres Unterrichts bzw. ihrer Schule mit- tels Testaufgaben überprüfen können.

2. Problemstellung

• In welchem Umfang wird die Fähigkeit zu wissenschaftlichem Arbeiten in Ihrem Unterricht erhoben?

• Welche Methoden wenden Sie an (schriftlicher Test, mündliche Prüfung, Experi- mentiertest)?

• Welche Probleme ergeben sich in der Unterrichtspraxis?

• Wie lassen Sich geeignete Aufgaben erstellen?

3. Bearbeitungsvorschläge

• Klären Sie zunächst, wer die Diskussion/Produkte protokolliert und später im Ple- num vorstellt.

• Diskutieren Sie in der Gruppe die verschiedenen Aspekte des Problems und tau- schen sie Erfahrungen und Konzepte aus.

• Aufgabe zur Gruppenarbeit kann die Konstruktion einer schriftlichen Testaufgabe zum wissenschaftlichen Arbeiten sein.

• Dazu kann zunächst ein gegebenes Beispiel (siehe Infoblatt „Pflanzenwachstum“) mehrfach variiert werden (Arbeitsblatt)

• Anschließend kann mit einem eigenen Beispiel gearbeitet werden.

4. Produkt und Plenumsdiskussion

• Übertragen Sie wesentliche Aspekte/Probleme der Diskussion auf eine OH-Folie.

• Übertragen Sie ihr Produkt auf eine OH-Folie.

• Stellen Sie ihr Arbeitsergebnis und den –prozess im Plenum zur Diskussion.

(15)

Info: Konstruktion einer Testaufgabe zur Methodenkompetenz

1. Zur Konstruktion einer Aufgabe zu einem Experiment empfiehlt es sich, dieses zunächst nach den Schritten des wissenschaftlichen Vorgehens aufzulisten (sie- he Beispiel Pflanzenwachstum).

2. Im zweiten Schritt muss entschieden werden, welche Informationen in der Aufga- be gegeben werden (müssen) (im Beispiel kursiv) und welche von den Schü- lern/innen erfragt werden (im Beispiel fett).

3. Gegebene und gesuchte Informationen können variiert werden und damit die Aufgabe.

Prozess

Beispiel: Pflanzenwachstum (TIMSS)

Problemformulierung

• Fragestellung erkennen/formulieren

• Vermutung formulieren

• Experimentell prüfbare Folgerungen ableiten

Pflanzen brauchen zum gesunden Wachstum Mineralstoffe aus dem Bo- den.

Eine Pflanze ohne Mineralstoffe wird Mangelwuchs zeigen.

Versuch planen

• Was muss verglichen werden?

• Welche Variablen müssen verändert oder kontrolliert werden?

• Welche zusätzlichen Informationen werden benötigt?

• Welche Schritte müssen unternom- men werden, um zu relevanten Daten zu kommen?

Pflanze mit und ohne Mineralstoffe

Mineralstoffgabe wird variiert, Wasser und Sonnenlicht konstant gehalten.

Pflanze kontrollierten Versuchsbedin- gungen aussetzen

Ergebnis

• Ergebnisse formulieren

• Ergebnisse mit den vorausgesagten Folgerungen vergleichen

• Pflanze ohne Mineralstoffe zeigt Man- gelwuchs.

• Hypothese wurde bestätigt

Deutung

• Schlussfolgerung formulieren, die zu den Daten passt.

• Verlässlichkeit der Schlussfolgerung einschätzen.

• Im Boden sind Mineralstoffe, die von den Pflanzenwurzeln aufgenommen werden und zum Aufbau des Pflan- zenkörpers benötigt werden.

(16)

Arbeitsblatt 1: Aufgabe zur naturw. Methodenkompetenz Variation der Aufgabe „Pflanzenwachstum“

Variieren Sie die obige Aufgabe, indem sie einen anderen Schritt des Experiments als Information vorgeben und nach einem anderen Schritt fragen.

Prozess

Beispiel: Pflanzenwachstum

Problemformulierung

• Fragestellung erkennen/formulieren

• Vermutung formulieren

• Experimentell prüfbare Folgerungen ableiten

Versuch planen

• Was muss verglichen werden?

• Welche Variablen müssen verändert oder kontrolliert werden?

• Welche zusätzlichen Informationen werden benötigt?

• Welche Schritte müssen unternom- men werden, um zu relevanten Daten zu kommen?

Ergebnis

• Ergebnisse formulieren

• Ergebnisse mit den vorausgesagten Folgerungen vergleichen

Deutung

• Schlussfolgerung formulieren, die zu den Daten passt.

• Verlässlichkeit der Schlussfolgerung einschätzen.

(17)

Arbeitsblatt 2: Aufgabe zur naturw. Methodenkompetenz

Formulieren Sie für eine beliebige Aufgabe eine Alternative oder ergänzende Fragen.

Prozess

Beispiel:

Problemformulierung

• Fragestellung erkennen/formulieren

• Vermutung formulieren

• Experimentell prüfbare Folgerungen ableiten

Versuch planen

• Was muss verglichen werden?

• Welche Variablen müssen verändert oder kontrolliert werden?

• Welche zusätzlichen Informationen werden benötigt?

• Welche Schritte müssen unternom- men werden, um zu relevanten Daten zu kommen?

Ergebnis

• Ergebnisse formulieren

• Ergebnisse mit den vorausgesagten Folgerungen vergleichen

Deutung

• Schlussfolgerung formulieren, die zu den Daten passt.

• Verlässlichkeit der Schlussfolgerung einschätzen.

(18)

Arbeitsblatt 3: Aufgabe zur naturw. Methodenkompetenz

Formulieren Sie für ein Schulexperiment eine geeignete schriftliche Aufgabe. Markie- ren Sie, welche Information in der Aufgabe gegeben wird und welche Antwort sie in der Aufgabe erwarten.

Prozess

Beispiel:

Problemformulierung

• Fragestellung erkennen/formulieren

• Vermutung formulieren

• Experimentell prüfbare Folgerungen ableiten

Versuch planen

• Was muss verglichen werden?

• Welche Variablen müssen verändert oder kontrolliert werden?

• Welche zusätzlichen Informationen werden benötigt?

• Welche Schritte müssen unternom- men werden, um zu relevanten Daten zu kommen?

Ergebnis

• Ergebnisse formulieren

• Ergebnisse mit den vorausgesagten Folgerungen vergleichen

Deutung

• Schlussfolgerung formulieren, die zu den Daten passt.

• Verlässlichkeit der Schlussfolgerung einschätzen.

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