Licht als Energieträger: Ein fächerübergreifendes Unterrichtsprojekt / eingereicht von Dominic Hofer

JOHANNES KEPLER UNIVERSITÄT LINZ Altenberger Straße 69 Eingereicht von Dominic Hofer Angefertigt an der School of Education Beurteiler / Beurteilerin

Assoz. Univprof. DI. Dr. Ingrid Graz März 2021

LICHT ALS

ENERGIETRÄGER –

EIN

FÄCHERÜBERGREIFENDES

UNTERRICHTSPROJEKT

Diplomarbeit

zur Erlangung des akademischen Grades

Magister der Naturwissenschaften

im Diplomstudium

Eidesstattliche Erkl¨

arung

Ich erkl¨are an Eides statt, dass ich die vorliegende Diplomarbeit selbstst¨andig und ohne fremde Hilfe verfasst, andere als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht benutzt bzw. die w¨ortlich oder sinngem¨aß entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe. Die vorliegende Diplomarbeit ist mit dem elektronisch ¨ubermittelten Textdokument identisch.

Ort, Datum Unterschrift

Kurzfassung

Die Energie des Lichts spielte schon immer eine bedeutende Rolle in der Geschichte der Menschheit. Durch die st¨andige Weiterentwicklung der Physik und der Technik ist es uns heutzutage m¨oglich, die Lichtenergie in unterschiedlichster Art und Weise zu nutzen. Ob in der Forensik, der Daten¨ubertragung, der Analyse von Sternen oder f¨ur die Gewinnung von elektrischer Energie, die Nutzungsm¨oglichkeiten dieser Energieressource sind sehr vielf¨altig. Basierend auf einem f¨acher¨ubergreifenden Unterrichtskonzept, das im ersten Teil meiner Diplomarbeit erl¨autert wird, sowie einer Diskussion des f¨ur und wider dieser Unterrichtsform, wurde dann ein Stationenbetrieb zum Thema ”Licht als Energietr¨ager“, f¨ur die Sekundarstufe I entwickelt. Die von mir dazu entworfenen Arbeitsunterlagen im zweiten Teil meiner Arbeit versuchen verschiedenste Fachinhalte aus den Gebieten der Geografie und Wirtschaftskunde, der Chemie, der Werkerziehung, der Biologie und der Mathematik mit einzubeziehen, um dadurch einen interessenbezogenen und lebendigen Physikunterricht zu gestalten. Zum Abschluss diskutiere und erl¨autere ich meine Erfahrungen, die ich bei der Entwicklung des f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts zum Thema ”Licht als Energietr¨ager”gesammelt habe.

Abstract

Sunlight is the most important natural source of energy on earth. The continuous developments in physics and technology enable mankind to exploit the energy of light in many di↵erent applications such as conversion of light into electrical energy, trace detection in forensics, analysis of elementar composition of stars or transmission of data. Based on an interdisciplinary teaching concept, which will also be discussed in the first part of the diploma thesis, I then created di↵erent stations for a carousel activity for the topic “light as an energy source”. The developed activities, which will be discussed in the second part of this work, combine the viewpoints of several subjects such as geography, chemistry, biology, handicrafts, mathematics and physics, in order to incorporate di↵erent student interests. This consideration as well as independent and research-based learning experiences are designed to enable deep and memorable physics lessons. In the conclusion, I discuss the experiences gathered while developing these interdisciplinary teaching lessons regarding ”light as energy carrier”.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 7

2 Theoretischer Teil 8

2.1 Hin zur Fragestellung . . . 8

2.2 Fragestellung . . . 11

2.3 Begri↵serkl¨arung . . . 12

2.3.1 F¨acher¨ubergreifender Unterricht . . . 12

2.3.2 F¨acher¨ubergreifende Unterrichtskonzepte auf der Ebene der Fach-disziplin . . . 13

2.3.3 F¨acher¨ubergreifende Unterrichtskonzepte auf der Ebene des Stun-denplans . . . 15

2.4 Auf welche Forschungsergebnisse st¨utzt sich f¨acher¨ubergreifender Unter-richt? . . . 17

2.4.1 Konstruktivistische Lerntheorien . . . 18

2.4.2 Wissenschaftsprop¨adeutik . . . 18

2.4.3 Schl¨usselprobleme der Menschheit . . . 19

2.4.4 Schule als Erfahrungsraum . . . 20

2.4.5 Uberfachliche Kompetenzen . . . .¨ 20

2.4.6 Informationsbescha↵ung im ICT Zeitalter . . . 21

2.4.7 Gendergerechter Unterricht . . . 21

2.4.8 Druck infolge der TIMSS und PISA Resultate . . . 23

2.5 Nachteile und Grenzen eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts . . . 23

2.5.1 Nachteile aus der Sicht der Lehrkraft . . . 23

2.6 Zusammenfassung . . . 26

2.7 Wie l¨asst sich ein f¨acher¨ubergreifender Unterricht planen? . . . 27

2.7.1 Was ist ein Didaktisches Modell? . . . 27

2.7.2 Modell zur Planung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts . . . 28

3 Praktischer Teil 38 3.1 Themenwahl - Licht als Energietr¨ager . . . 38

3.2 Licht - Von der Entstehung der Welt bis in die Gegenwart . . . 39

3.2.1 Der Anfang und das Licht . . . 40

3.2.2 Licht und die Entstehung von Leben auf der Erde . . . 42

3.2.3 Mensch und Licht . . . 42

3.2.4 Gegenw¨artige Bedeutung des Lichts . . . 46

3.3 Die Wahl der Schulstufe f¨ur die praktische Umsetzung . . . 47

3.3.1 Sekundarstufe I . . . 47

3.4 F¨acher¨ubergreifende Unterrichtsplanung zum Thema Licht als

Energie-tr¨ager der Sekundarstufe I . . . 47

3.4.1 Uberblick . . . .¨ 47

3.5 Arbeitsbl¨atter f¨ur den Stationenbetrieb - Licht als Energietr¨ager . . . . 51

3.5.1 Kompetenzmodell . . . 51

3.5.2 Ubersicht der Stationen zum Thema Licht als Energietr¨ager . . .¨ 53

3.5.3 Solarstrom aus der W¨uste - eine Zukunftsvision? - S1 . . . 54

3.5.4 Analyse von Sternen - S2 . . . 66

3.5.5 Spurensuche mit Licht - S3 . . . 77

3.5.6 Licht l¨asst Musik spielen - S4 . . . 89

3.5.7 Solarzellen, Obst und Wandfarbe - S5 . . . 99

3.6 Einbettung in das Unterrichtsmodell des f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts sowie fachliche und didaktisch-methodische Anmerkungen . . . 110

3.6.1 Kategorie . . . 111 3.6.2 Inhalt . . . 112 3.6.3 Uberfachliche Kompetenzen . . . 113¨ 3.6.4 Lehrerrolle . . . 114 3.6.5 Unterrichtsmethoden . . . 115 3.6.6 Beurteilung . . . 116 3.6.7 Frei Erg¨anzbares . . . 117

4 Fazit und Ausblick 119 5 Anhang 134 5.1 Die Physik des Lichts in den Stationen . . . 135

5.1.1 Solarstom aus der W¨uste - eine Zukunftsvision? - S1 . . . 135

5.1.2 Analyse von Sternen - S2 . . . 137

5.1.3 Mit Licht auf Spurensuche - S3 . . . 147

5.1.4 Licht l¨asst Musik spielen - S4 . . . 149

5.1.5 Solarzellen aus Obst und Wandfarbe - S5 . . . 153

Einschreibeformular E1 . . . 159 Feedbackbogen F1 . . . 160 Konstruktionszeichnungen - S2 . . . 161 Konstruktionszeichnungen - S3 . . . 166 Konstruktionszeichnungen - S5 . . . 174 Checkliste C1 . . . 178

1

Einleitung

Wer einmal die Welt durch die Augen der Physik f¨ur sich entdeckt hat, erkennt, wie viele wundersch¨one Vorg¨ange in unserer Natur und in unserem Kosmos ablaufen. So mancher wurde dabei bereits in den Bann des scheinbar Unerkl¨arlichen gezogen, um als EntdeckerIn, AbenteurerIn oder ErfinderIn wieder zur¨uckzukehren. Auch wenn die Physik so vielf¨altig und abenteuerlich sein kann, das Interesse der Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern daran ist Studien zufolge erst seit wenigen Jahren wieder am Steigen. Speziell ist ein geschlechtsspezifischer Unterschied am Interesse der Physik an ¨Osterreichs Schulen erkennbar. W¨ahrend bei Buben der Bereich “Physik und Technik” hohen Zuspruch erf¨ahrt, so st¨oßt der Bereich “Natur und Mensch” bei den M¨adchen auf reges Interesse. Aufgrund der Vielf¨altigkeit der Physik als Unterrichtsfach sollte es m¨oglich sein, beide Bereiche miteinander verkn¨upfen zu k¨onnen, um sowohl den Sch¨ulerinnen als auch den Sch¨ulern gerecht zu werden. Mit dem Thema Licht als Energietr¨ager als Basis eines interdisziplin¨aren Unterrichts wurde in dieser Diplomarbeit ein Projekt entwickelt, das verschiedene Fachdisziplinen verkn¨upft. Dadurch soll es den Lehrpersonen erm¨oglicht werden, einen interessenbezogenen Unterricht zu arrangieren. Das entwickelte Unterrichtsangebot zum Thema Licht als Energietr¨ager orientiert sich dabei an einem Stationenbetrieb. Es wurden f¨unf Stationen konzipiert, die sich diesem Thema aus verschiedensten Richtungen n¨ahern.

2

Theoretischer Teil

2.1 Hin zur Fragestellung

Die Naturwissenschaften haben schon immer einen hohen Stellenwert in unserer Ge-sellschaft eingenommen. Die Erfindung des Rads, die Entdeckung der Elektrizit¨at, der Bau des ersten motorisierten Fahrzeugs sowie die Entwicklung des Internets, um nur ein paar Beispiele zu nennen, haben unser Leben wie auch unsere Kulturen stark gepr¨agt. Aus den Naturwissenschaften entwickelten sich die unterschiedlichen Fachgebiete wie Chemie, Physik, Erdkunde, etc. die sich nicht strikt voneinander trennen lassen. Viel-mehr greifen diese Teilbereiche ineinander, sodass Forschung und Entwicklung in einem Teilgebiet der Naturwissenschaften ohne die jeweils anderen Bereiche kaum m¨oglich w¨aren. Wie wichtig diese Zusammenarbeit zwischen diesen Gebieten sein kann, zeigt unter anderem die Medizin. Eine Vielzahl an Diagnoseverfahren w¨aren ohne die st¨andige Weiterentwicklung der Chemie wie auch der Physik noch unentdeckt. Die Untersuchung sowie das Verst¨andnis des menschlichen K¨orpers mithilfe von R¨ontgenstrahlen Anfang des 20 Jahrhunderts war ein derartiger Meilenstein in der Humanmedizin, dass daf¨ur sogar der Physik Nobelpreis an den gleichnamigen Physiker (Wilhelm Conrad R¨ongten) verliehen wurde. Wer die Entdeckungsgeschichte der R¨ontgenstrahlen aber kennt, weiß, dass hier Physiker und Chemiker in engem Austausch miteinander standen. Aber nicht nur die Medizin profitiert von der Kooperation verschiedenster Fachgebiete, sondern auch die Entwicklung neuer Techniken zur Energieumwandlung, besonders in Bezug auf die Sonnenenergie wird dadurch vorangetrieben. Ein besonders gutes Erfolgsbeispiel f¨ur eine solche Kooperation ist die organische Solarzelle. Die organische Solarzelle be-ruhend auf elektrisch leitenden Polymeren (f¨ur deren Entdeckung Alan Heeger, Alan MacDiarmid and Hideki Shirakawa 2000 den Chemie Nobelpreis erhielten) kombiniert Chemie, Physik und Biologie. Von letzterer ließ sich Michael Gr¨atzel inspirieren, als er organische Farbsto↵e, zum Beispiel den Blattfarbsto↵ Chlorophyll, statt einem halblei-tenden Material zur Energieumwandlung verwendete. Die von ihm entwickelte Solarzelle nennt man Farbsto↵solarzelle oder Gr¨atzelzelle. Obwohl der Wirkungsgrad noch nicht den der herk¨ommlichen Solarzellen heranreicht, lassen sich viele andere Vorteile wie Flexibilit¨at, hohe Umweltvertr¨aglichkeit und kosteng¨unstige Herstellung großer Fl¨achen manifestieren. F¨ur die geniale Nachahmung und technische Umsetzung der Fotosynthese in den Farbsto↵solarzellen wurden Michael Gr¨atzel der Millenium Technology Prize, der Albert Einstein World Award und der Global Energy prize verliehen.

Gegenw¨artig wird diese Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlerinnen und Wissen-schaftler aus unterschiedlichen naturwissenschaftlichen Teilbereichen noch sehr viel intensiver, sodass die Grenzen ihrer Arbeiten immer ¨ofter verschwimmen. Diese An-forderungen stellen auch das Schulsystem vor neue HerausAn-forderungen. Wurden vor

einigen Jahrzehnten die Unterrichtsf¨acher unabh¨angig voneinander unterrichtet, so setzt man heutzutage h¨aufig auf interdisziplin¨aren Unterricht. Sch¨ulerinnen und Sch¨uler sollen dabei die verschiedenen Unterrichtsgegenst¨ande nicht als Einzelnes erfahren, sondern auch die vielf¨altigen Vernetzungsm¨oglichkeiten zueinander erkennen. Damit die Schule als Instrument der Bildung dieser Entwicklung entsprechen kann, r¨uckt der f¨acher¨ubergreifende Unterricht immer weiter in das Zentrum der Unterrichtsentwicklung.

Wie wichtig diese Entwicklung f¨ur das Bildungssystem in ¨Osterreich ist, l¨asst sich an den intensiven PISA-Debatten und dem Wandel des Schulsystems in den letzten Jahren erkennen. Die letzte PISA-Testung fand dazu im Jahr 2018 mit dem Schwerpunkt Lesen und den Nebenbereichen Mathematik und Naturwissenschaften statt. Das Pro-gramme for International Student Assessment (PISA) hat dabei das Ziel, Kompetenzen von 15 beziehungsweise 16-j¨ahrigen Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern in den Schwerpunkten Lesen, Mathematik und Naturwissenschaft zu erfassen, um damit festzustellen, inwiefern das jeweilige Land ihre Jugendlichen auf ein selbstst¨andiges, reflektiertes und selbstbe-stimmtes Leben vorbereitet.

Die Organisation f¨ur wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) , die diese Studie erhebt, definiert daf¨ur die naturwissenschaftliche Kompetenz wie folgt:

“Naturwissenschaftskompetenz ist die F¨ahigkeit, sich als reflektierende B¨urgerin /reflektierender B¨urger mit naturwissenschaftlichen Themen und mit den Grundideen der Naturwissenschaft auseinanderzusetzen. Dabei ist es wichtig, sich

auf einen gut begr¨undeten Diskurs ¨uber Naturwissenschaft und Technologie einzulassen,....” [Suc19]

Wie man anhand der Definition erkennt, sind die F¨acher Physik, Chemie, Biologie, etc. zu einem Integrationsfach “Naturwissenschaft” zusammengefasst. ¨Uberhaupt wird in der PISA Studie nur von den Naturwissenschaften als ¨Uberbegri↵ oder ihrer Gesamtheit gesprochen. Im Zentrum der Testung steht die Projektion des naturwissenschaftlichen Wissens auf pers¨onliche, gesellschaftliche wie auch globale Kontexte. Auch hier ist der Trend hin zu interdisziplin¨aren Lernprozessen, die aktuell hohen Zuspruch erfahren, erkennbar.

Neben den oben genannten Argumenten zeigt sich auch, dass f¨acher¨ubergreifender Unterricht zur F¨orderung der Kompetenzen sowie des Interesses der Sch¨ulerinnen und Sch¨uler beitr¨agt [Lab14]. Vor allem Letzteres ist in der Physik vom geschlechtsspezifi-schen Unterschied betro↵en [Her16]. Wie eine Studie der Universit¨at Innsbruck zeigt, nimmt das Interesse an den naturwissenschaftlichen F¨achern ab der Sekundarstufe I mit zunehmenden Alter bei vielen Sch¨ulerinnen und Sch¨uler ab. Als Gr¨unde daf¨ur werden unzureichende Alltagsrelevanz, die starke Mathematisierung und die unbefriedigende Einbettung der Inhalte in Interessensgebiete der Lernenden genannt [Sta19]. Als jene

Gebiete, die sich von besonderem Interesse bei den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern heraus-stellten, wurden “Natur und Mensch” bei den weiblichen Befragten sowie “Physik und Technik” bei den m¨annlichen Befragten genannt. Den Befragten zufolge sollte ein auf In-teresse basierender Unterricht h¨aufiger diese beiden Themenbereiche einschließen.[Her16] Der vermehrte Einsatz von f¨acher¨ubergreifendem Unterricht ist demnach nicht nur von der Bildungspolitik beabsichtigt, sondern auch von den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern explizit gew¨unscht.

2.2 Fragestellung

Aufgrund der im vorhergegangen Kapitel genannten Punkte ergeben sich f¨ur die vorlie-gende Diplomarbeit folvorlie-gende Fragestellungen:

• Was ist unter f¨acher¨ubergreifenden Unterricht zu verstehen? • Welche Vor und Nachteile beinhaltet dieses Konzept? • Gibt es Grenzen in dieser Unterrichtsform?

• Wie l¨asst sich diese Art des Unterrichts zum Thema Licht als Energietr¨ager umsetzen?

Ziel ist es, die vorliegenden Fragen im Zuge der Diplomarbeit zu diskutieren und dann ein auf den aktuellen Forschungsstand basierendes didaktische Projekt zu entwickeln. Dementsprechend ist diese Diplomarbeit in zwei Teile gegliedert. Im ersten Teil wird anhand der Literatur eine ¨Ubersicht ¨uber die Methode des f¨acher¨ubergreifenden Unter-richts gegeben.

Der zweite Teil dieser Arbeit widmet sich der praktischen sowie didaktischen Umsetzung des im ersten Teil Besprochenen. Es wird ein theoriegest¨utzter Unterrichtsentwurf zum Thema Licht als Energietr¨ager in Form von f¨acher¨ubergreifende Unterrichtssequenzen entwickelt. Die speziell hierzu von mir zu diesem Thema erstellten Unterrichtsmaterialien werden ebenfalls in diesem Teil der Arbeit vorgestellt und mit f¨ur die Lehrpersonen relevanten physikalischen Hintergrundinformationen erg¨anzt.

2.3 Begri↵serkl¨arung

2.3.1 F¨acher¨ubergreifender Unterricht

F¨acher¨ubergreifender, f¨acherverbindender, interdisziplin¨arer oder f¨acher¨uberschreitender Unterricht sind nur einige der g¨angigen Bezeichnungen, die man bei der Recherche zum Thema findet. Oft werden diese Bezeichnungen als Oberbegri↵e einer Unterrichtsform verstanden, die versuchen, zwei oder mehrere Unterrichtsf¨acher in Verbindung zu setzen. Peter Labudde verwendet zum Beispiel in seinem Artikel ¨uber “F¨acher ¨ubergreifenden Unterricht in und mit Physik” den Terminus ”F¨acher ¨ubergreifend” als Oberbegri↵. Gleichzeitig verweist er aber darauf, dass der F¨acher ¨ubergreifende Unterricht in mehrere Kategorien zu unterscheiden ist und sich folgendermaßen di↵erenzieren l¨asst:

• Fach ¨uberschreitender Unter-richt(1)

• Fach verkn¨upfender Unterricht(2) • Themenzentrierter Unterricht(3)

Ebene der Fachdisziplin

• F¨acher erg¨anzender Unterricht (4) • F¨acher integrierender Unterricht (5)

Ebene des Stundenplans

Tabelle 1: In der linken Spalte sind die verschiedenen Unterrichtsstile eines F¨acher ¨

ubergreifenden Unterrichts angef¨uhrt. (Eine genaue Beschreibung dieser Unterrichtsfor-men erfolgt in Kapitel 2.3.2) Labudde zufolge k¨onnen diese UnterrichtsforUnterrichtsfor-men hinsichtlich der Fachdisziplin und des Stundenplans (linke Spalte) zugeordnet werden. [Lab03]

Die verschiedenen Unterrichtsformen ergeben sich nach Labudde [Lab03] aufgrund zweier unterschiedlichen Betrachtungsweisen. Einerseits l¨asst sich der F¨acher ¨ubergreifende Unterricht in Hinblick auf die Fachdisziplin und andererseits im Bezug auf den Stunden-plan di↵erenzieren. Die Unterrichtskonzepte (1) - (3) beziehen sich dabei auf die Ebenen der Fachdisziplin. Die Konzepte (4) und (5) hingegen beziehen sich auf die Ebene des Stundenplans.

2.3.2 F¨acher¨ubergreifende Unterrichtskonzepte auf der Ebene der Fachdis-ziplin

2.3.2.1 Fach ¨uberschreitender Unterricht

Wie der Titel dieses Unterrichtskonzeptes bereits suggeriert, wird von einem Fach ¨

uberschreitenden Unterricht gesprochen, wenn ein Unterrichtsfach den Ausgangspunkt im Unterricht einnimmt und Einsichten aus fachfremden Disziplinen miteinbezogen werden. In Abbildung (1) stellt der Physikunterricht (Ph) den Ausgangspunkt dar. Fach ¨

ubergreifend werden hier Inhalte der Chemie (Ch) aufgegri↵en und im Physikunterricht weiter verarbeitet. Diese Art der Unterrichtsform kommt vor allem in der Mathematik

Abbildung 1: Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung des Fach ¨ubergreifenden Unterrichts. Der Physikunterricht nimmt den Ausgangspunkt ein und bedient sich Inhalten des Chemieunterrichts (Ch). Diese werden aufgegri↵en und weiterverarbeitet, um Zug¨ange zur Physik zu scha↵en. (Grafik adaptiert von: [Lab03])

oft zum Tragen, da gerade in diesem Fach ein hoher Wert auf einen Kontextbezug gelegt wird. Aber auch in der Physik beziehungsweise den anderen naturwissenschaftlichen F¨achern kommt es durch das Orientieren an Kontexten oder fachfremden Inhalten zur Anwendung dieser Unterrichtsform.

Beispiel

Eine Umsetzung des Fach ¨uberschreitenden Unterrichts kann das Aufgreifen der Foto-synthese im Physikunterricht darstellen. In meinen Ausarbeitungen zum Thema Licht als Energietr¨ager wird gezeigt, wie Inhalte aus der Biologie (Aufbau von Bl¨attern), aber auch der Chemie (Umwandlung von elektromagnetischer Energie in chemische Energie) aufgegri↵en werden k¨onnen, um diese aus physikalischer Perspektive weiter zu bearbeiten. So lassen sich auch die Interessengebiete ”Natur und Mensch” sowie ”Physik und Technik” vereinen, indem von der Fotosynthese auf die Funktionsweise und den Aufbau der Solarzellen im Unterricht geleitet wird.

2.3.2.2 F¨acher verkn¨upfender Unterricht

Ausgangspunkt dieser Unterrichtsform stellen Untersuchungsmethoden, Modellbeschrei-bungen oder eng miteinander verbundene Themengebiete zweier oder mehrerer F¨acher dar. Die Unterrichtsf¨acher werden hier unter Umst¨anden zwar von zwei oder mehr Lehrkr¨afte unterrichtet, jedoch werden den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern im Unterricht M¨oglichkeiten zur Vernetzung verschiedenster F¨achern geboten.

Abbildung 2: Schematische Darstellung des F¨acher verkn¨upfenden Unterrichts. Wech-selwirkend werden gemeinsame Methoden, Modelle oder gemeinsame Themengebiete sowohl in der Physik (Ph) als auch der Biologie (B) mit den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern thematisiert. (Grafik adaptiert von: [Lab03])

Beispiel

Im Hinblick auf einen F¨acher verkn¨upfenden Unterricht stellt die Forensik ein The-mengebiet dar, das sich wechselseitig sowohl im Biologie-, Physik-, Chemie- als auch Mathematikunterricht behandeln lassen w¨urde. Abbildung (2) zeigt dazu die F¨acher Physik (Ph) und Biologie (B) die sich gemeinsam diesem oder einem ¨ahnlichen Thema widmen.

Die Einzigartigkeit von Fingerabdr¨ucken sowie die unterschiedlichen Merkmalsauspr¨agungen k¨onnten daf¨ur im Biologieunterricht thematisiert werden. Gleichzeitig bekommen die Sch¨ulerinnen und Sch¨uler im Physikunterricht durch die Behandlung der Fluoreszenz Einblicke in Methoden, die es erm¨oglichen, Fingerabdr¨ucke sichtbar zu machen. (Siehe dazu Arbeitsbl¨atter ”Mit Licht auf Spurensuche”.) Anhand einer Kooperation zweier oder mehrerer F¨acher erlangen die Lernenden nicht nur Einsicht in neue Berufsfelder, sondern entdecken so auch Zusammenh¨ange zwischen Fachgebieten, die ansonsten un-entdeckt geblieben w¨aren.

Auch die Kombination Geografie und Wirtschaftskunde und Physik ist denkbar. Als ein gemeinsames Themengebiet, k¨onnte in beiden Unterrichtsgegenst¨anden die W¨uste als Gunst- beziehungsweise Ungunstraum beleuchtet werden. Als Anregung f¨ur eine Umsetzung dieses Unterrichtsstils k¨onnen meine Arbeitsunterlagen ”Solarstrom aus der W¨uste” (Siehe praktischer Teil) dienlich sein.

2.3.2.3 Themenzentrierter Unterricht

Hier stellt ein ¨ubergeordnetes Thema das Zentrum des Unterrichtsgeschehens dar. Meist erfolgt der themenzentrierte Unterricht im Deckmantel eines Schulprojektes. Die Schule selbst w¨ahlt dabei h¨aufig ein F¨acher ¨ubergeordnetes Thema aus, das im Rahmen der einzelnen Unterrichtsgegenst¨ande behandelt wird. Die einzelnen Unterrichtseinheiten in den verschiedenen Fachgegenst¨anden sind wie Puzzleteile zu verstehen, die aufgrund der Themenwahl ineinander eingreifen. Zusammengesetzt ergibt sich im Laufe der fest-gelegten Zeit ein Projektergebnis, bei dem die verschiedenen Unterrichtsf¨acher ihren Beitrag dazu geleistet haben. [Lab03]

Abbildung 3: Schematische Darstellung des themenzentrierten Unterrichts. Das ¨

ubergeordnete Thema ”Licht als Energietr¨ager”, mit dem sich die Unterrichtsf¨acher Physik (Ph), Chemie (Ch), Biologie (B), Geografie und Wirtschaftskunde (GWK) und Werkerziehung (W) besch¨aftigen, bildet das Zentrum des Unterrichtsgeschehens. (Grafik adaptiert von [Lab03])

Beispiel

Das Thema ”Licht als Energietr¨ager”muss keinesfalls ausschließlich im Physikunterricht behandelt werden. Eine gemeinsame Bearbeitung dieses Themas kann auch, wie in der Abbildung gezeigt, in den Gegenst¨anden Physik (Ph), Chemie (Ch), Geografie und Wirtschaftskunde (GWK), Biologie (B), und Werkerziehung (W) erfolgen. Ein gemeinsames Ziel aller Unterrichtsf¨acher kann dabei eine Ausstellung im Schulgeb¨aude sein, die die verschiedenen Projektergebnisse zu diesem Thema zusammenfasst und der

¨

O↵entlichkeit zug¨anglich macht.

2.3.3 F¨acher¨ubergreifende Unterrichtskonzepte auf der Ebene des Stun-denplans

2.3.3.1 F¨acher erg¨anzender Unterricht

Der F¨acher erg¨anzende Unterricht findet in separaten Bl¨ocken des Stundenplans seinen Platz. Neben den ¨ublichen F¨achern wie Biologie, Chemie und Physik, die wie ¨ublich unterrichtet werden, liegt in diesen Unterrichtsbl¨ocken das Hauptaugenmerk auf der Vernetzung der vorher genannten Unterrichtsgegenst¨anden. ¨Ublicherweise widmen sich diese Unterrichtsbl¨ocke F¨acher ¨ubergeordneten Themen, die ein F¨acher erg¨anzendes Angebot darstellen.

Abbildung 4: Schematische Darstellung des F¨acher erg¨anzenden Unterrichts. Zus¨atzlich zu den Unterrichtsgegenst¨anden Physik (Ph) und Biologie (B) wird den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern eine erg¨anzendes Unterrichtsangebot in Form eines eigenen Unterrichtsfaches geboten. In diesen Einheiten werden Thema mit den Lernenden erarbeitet, die sowohl in der Physik (Ph) als auch der Biologie (B) eingebettet werden k¨onnen. (Grafik adaptiert von [Lab03])

Beispiel

Das Thema ”Licht als Energietr¨ager”w¨urde sich f¨ur einen F¨acher erg¨anzenden Unter-richt ebenfalls hervorragend eignen. Wie man an meinen Arbeitsbl¨attern zu diesem Thema erkennen kann, ist diese Themenstellung ¨außerst umfangreich. Dementsprechend lassen sich viele interessante und zu anderen F¨achern vernetzbare Unterrichtseinheiten gestalten. Von der Thematisierung der Cyanobakterien, die vor Milliarden von Jahren den f¨ur uns lebensnotwendigen Sauersto↵ produzierten, bis hin zu den neuesten techni-schen Errungenschaften wie der Daten¨ubertragung mittels Glasfaserleitungen oder den Photovoltaikanlagen, lassen sich eine Vielzahl von verschiedensten Inhalten zu diesem Thema aufgreifen.

2.3.3.2 F¨acher integrierender Unterricht

Vom F¨acher integrierendem Unterricht wird gesprochen, wenn, wie unter dem Unter-richtsgegenstand NAWI (Naturwissenschaften) beziehungsweise Science bekannt, die naturwissenschaftlichen F¨acher zu einem “neuen” Unterrichtsgegenstand vereint werden (Siehe Abbildung (5)). Der Sachunterricht, auf den man in der Primarstufe tri↵t, stellt

ebenfalls einen sogenannten F¨acher integrierenden Unterricht dar.

Abbildung 5: Schematische Darstellung integrierenden Unterrichts. Die F¨acher Physik (Ph), Chemie (Ch) und Biologie (B) sind zu einem eigenst¨andigen Unterrichtsgegenstand zusammengefasst. In ¨Osterreich tri↵t man h¨aufig auf den Unterrichtsgegenstand Natur-wissenschaften (NAWI) als einen F¨acher integrierenden Unterricht. (Grafik adaptiert von [Lab03])

2.3.3.3 Zusammenfassender ¨Uberblick der f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts-konzepte nach Labudde:

Fach ¨uberschreitender Unterricht Ausgangspunkt ist das jeweilige Unter-richtsfach. Erkenntnisse aus anderen Be-reichen werden hier aufgegri↵en und in das Unterrichtsfach eingebettet.

F¨acher verkn¨upfender Unterricht Methoden, Modelle oder Themen, die mehrere Unterrichtsf¨acher gemeinsam haben, bilden die Knotenpunkte und verkn¨upfen die einzelnen Unterrichtsge-genst¨ande.

Themenzentrierter Unterricht Ein ¨uberfachliches Thema wird aus un-terschiedlichen Sichtweisen der einzelnen F¨acher in einer festgelegten Zeit bearbei-tet. Meist erfolgt dieses Unterrichtskon-zept anhand eines Schul- oder Klassen Projektes.

F¨acher erg¨anzender Unterricht Zus¨atzlich zu den ¨ublichen Unterrichtsge-genst¨anden ist ein verpflichtender Unter-richtsblock in der Stundentafel vorgese-hen, in dem ¨uberfachliche Themen behan-delt werden.

F¨acher integrierender Unterricht Die einzelnen Unterrichtsgegenst¨ande wer-den hier nicht mehr separat voneinan-der unterrichtet. Das bedeutet, dass die Unterrichtsf¨acher zu einem neuen Un-terrichtsgegenstand geb¨undelt werden, in dem sowohl Fach spezielle wie auch ¨

uberfachliche Inhalte behandelt werden. Tabelle 2: Zusammenfassung der verschiedenen Konzepte des f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts nach Labudde

2.4 Auf welche Forschungsergebnisse st¨utzt sich f¨acher¨ubergreifender Unterricht?

Wie man anhand der Definition des f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts nach Labudde, er-kennt, kann f¨acher¨ubergreifender Unterricht vielf¨altig ausgef¨uhrt werden. F¨ur Lehrkr¨afte, die ihren Unterricht auf einen der f¨unf Unterrichtskonzepte konzipieren m¨ochten, stellt sich nat¨urlich vorerst die Frage: “Warum f¨acher¨ubergreifend unterrichten?”. Welchen Nutzen tragen die Sch¨ulerinnen und Sch¨uler von einem derartigen Unterrichtskonzept? Labudde fasst dazu die in der Literatur reichlich vorhandenen Argumente, die f¨ur einen f¨acher¨ubergreifenden Unterricht sprechen, in acht verschiedene Kategorien zusam-men. [Lab03]

• Konstruktivistische Lerntheorien • Wissenschaftsprop¨adeutik

• Schl¨usselprobleme der Menschheit • Schule als Erfahrungsraum

• ¨Uberfachliche Kompetenzen

• Informationsbescha↵ung im ICT1 _Zeitalter • Gendergerechter Unterricht

• Druck infolge der TIMSS2 _{und PISA Resultate}

2.4.1 Konstruktivistische Lerntheorien

Die konstruktivistischen Lerntheorien gehen davon aus, dass sich die Lernenden ihr Wissen selbst konstruieren. Dabei fließen sowohl individuelles Vorwissen sowie individu-elle Erfahrungen in den Konstruktionsprozess ein. Neben den Vorkenntnissen und den Erfahrungen nehmen dar¨uber hinaus auch das Interesse, die Identifikation wie auch die

¨

Uberzeugungen der Sch¨ulerinnen und Sch¨uler, Einfluss auf die Generierung von Wissen. F¨ur einen konstruktivistischen Unterricht bedeutet das, dass die Unterrichtsinhalte, sobald eine M¨oglichkeit dazu besteht, alltagsrelevant beziehungsweise berufsrelevant sein sollten. Die Einbettung und Strukturierung neuen Wissens erfolgt durch gemeinsamen Austausch ¨uber Interpretationen und Ergebnissen zwischen den Lernenden, aber auch zwischen Lehrenden und Lernenden. Labudde zufolge f¨uhrt ein konstruktivistischer Unterricht zwingenderweise zu einem f¨acher¨ubergreifenden Unterricht. Nur hier wird es den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern erm¨oglicht, aktiv neues Wissen zu konstruieren und an den individuellen Vorkenntnissen anzukn¨upfen.[Lab03]

Auch Zeyer erkennt im f¨acher¨ubergreifenden Unterricht ebenso wie Labudde, ein Mittel, um konstruktivistische Lernprozesse zu arrangieren. Zeyer schreibt in seinem Artikel “ Medizin - Fundgrube f¨ur integrierte Themen”, dass sich Lehrkr¨afte als Treuh¨ander fachwissenschaftlicher Themen erkennen sollen. In dieser Rolle haben sie die Aufgabe, die fachwissenschaftlichen Themen in f¨ur die Sch¨ulerinnen und Sch¨uler relevanten Kontexte zu rekonstruieren. [Zey06]

2.4.2 Wissenschaftsprop¨adeutik

Im Lehrplan der AHS Oberstufe ist der Begri↵ der Wissenschaftsprop¨adeutik in den didaktischen Grunds¨atzen der f¨unften bis achten Klasse zu finden. F¨ur Lehrkr¨afte be-deutet Wissenschaftsprop¨adeutik im schulischen Zusammenhang, dass wissenschaftliche

1_{Abk¨urzung ICT steht f¨ur Information and Communication Technology}

2

Erkenntnisse, Methoden, Verfahren, Theorien, etc. als etwas Immanentes vermittelt werden soll.

Die Sch¨uler und Sch¨ulerinnen sollen im Unterricht bef¨ahigt werden, wissenschaftliche Methoden und Arbeitsweisen anzuwenden, aber auch deren Grenzen zu erfahren, um damit einen ersten Kontakt zur Wissenschaft herzustellen. [dB20]

Bei einem f¨acher¨ubergreifenden Unterricht wird den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern ein Perspektivenwechsel auf einen bestimmten Sachverhalt abverlangt. Die Ver¨anderung des Blickwinkels, bezogen auf Lehrinhalte bringt die unterschiedlichen Arbeitsweisen und Grenzen der verschiedenen Fachgebiete, aber auch deren Gemeinsamkeiten f¨ur die Lernenden zum Vorschein. Im Sinne der Wissenschaftsprop¨adeutik an den Schulen ist daher ein f¨acher¨ubergreifender Unterricht unumg¨anglich. [Hub93]

2.4.3 Schl¨usselprobleme der Menschheit

Schl¨usselprobleme zeichnen sich durch global gesellschaftliche, zukunftsweisende und weltumspannende Bedeutungen aus. Wie sich am Nachfolgenden von mir erdachten Beispiel zeigen l¨asst, sind solche Probleme nur Disziplinen ¨ubergreifend zu bew¨altigen.

Das Anthropoz¨an ist das Zeitalter der menschengemachten Erde. Noch nie in der Geschichte der Erde hatte der Mensch derart großen Einfluss auf die Umwelt und die Natur. Der Mensch ist ¨uber Jahrhunderte hinweg zu einer geologischen Kraft geworden.[Fra19]

Das Streben nach wirtschaftlichem Wachstum und der Modernisierung in all unseren Lebensbereichen f¨uhrt zu einem noch nie da gewesenen Energiebedarf. Um diesen decken zu k¨onnen, dr¨angt der Mensch Tiere und Pflanzen immer weiter zur¨uck. Die Folgen dieser Entwicklung lassen sich durch die prognostizierte Klimaver¨anderung, die Umweltver-schmutzung, das Artensterben usw. erkennen. Die Aufmerksamkeit und die Zuwendung, die dieses Thema erf¨ahrt, zeigt, dass die Menschheit die Problematik erkannt zu haben scheint.

Das aus aktuellen Anlass beschriebene Problem stellt ein sogenanntes epochales Schl¨ ussel-problem der Menschheit dar. Labudde ¨ubertr¨agt diesen Sachverhalt in den schulischen Kontext, in dem er dem f¨acher¨ubergreifenden Unterricht folgendes Bildungsziel zuweist:

”Jugendliche entwickeln die Bereitschaft, ein (Schl¨ussel-) Problem in einem Modell zu beschreiben und dann zu l¨osen, indem sie ihr Wissen aus mehreren F¨achern bzw.

2.4.4 Schule als Erfahrungsraum

Als weitere S¨aule, auf der sich der f¨acher¨ubergreifende Unterricht st¨utzt, verweist La-budde darauf, dass die Schule in vielen bildungs- und schultheoretischen Theorien als Erfahrungsraum interpretiert wird. Die Schule soll bei Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern neben den fachlichen Kompetenzen vor allem aber auch eigenverantwortliches Lernen, gesellschaftliches Engagement, Selbstorganisation und Eigenst¨andigkeit f¨ordern. Daf¨ur wird in Bildungsinstitutionen meist der Projektunterricht herangezogen. [Lab03] Diese Form des Unterrichts geht auf den amerikanischen P¨adagogen John Dewey Anfang des 20. Jahrhunderts zur¨uck. Dewey meinte bereits damals, dass diese Unterrichtsform besonders wirksame Resultate bei den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern zur Folge haben wird. [Neu12]

Der Projektunterricht kann in der Schule sowohl im Fachunterricht als auch in Form eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts stattfinden. Labudde betont dabei jedoch auch, dass der f¨acher¨ubergreifende Unterricht nicht nur auf die Projektmethode beschr¨ankt werden darf. (Siehe dazu Kapitel 2.3.1) [Lab03]

2.4.5 Uberfachliche Kompetenzen¨

Ein Blick in die Stellenausschreibungen diverser Unternehmen zeigt, dass ¨uberfachliche Kompetenzen besonders bei der Rekrutierung neuer Mitarbeiter zu tragen kommen. Anforderungen wie:

• Hohes Maß an Kunden- und Serviceorientierung sowie ausgepr¨agte Teamf¨ahigkeit und Kommunikationsst¨arke zeichnen sie aus

• Hohe Kommunikationsf¨ahigkeit, Eigeninitiative und Engagement • Hoher Grad an Eigeninitiative und Entscheidungsfreude

• Unternehmerisches Denken sowie Ergebnisorientierung und Organisationsst¨arke sind mittlerweile in in jedem Jobangebot zu finden.

Die Forderung nach sogenannten Schl¨usselqualifikationen begann Anfang der 90er-Jahre aus einer bildungspolitischen Diskussion heraus. Um diese ¨uberfachlichen Kompetenzen messbar zu machen, entwickelten Grob und Maag Merki ein Indikatorensystem. [Lab03] Dieses beruht auf einer Inhaltsanalyse verschiedener Lehrpl¨ane, Leitbilder und allgemei-nen Bildungszielen des Schweizer Bildungswesens. Die dadurch erhalteallgemei-nen ¨uberfachlichen Kompetenzen lassen sich nach Grob und Maag Merki in drei Bereiche kategorisieren. [Gro03]

• Personale Zielsetzungen

Beispiele: Selbst¨andigkeit, Probleml¨osef¨ahigkeit, Selbstakzeptanz, Kreativit¨at,.. • Interpersonale Zielsetzungen

Beispiele: Dialogf¨ahigkeit, Toleranz, Wertsch¨atzung, Konfliktbew¨altigung,.. • Gesellschaftsbezogene Zielsetzungen

Beispiele: Politische Bildung, Umweltkompetenz,..

Im Artikel ¨uber f¨acher¨ubergreifenden Unterricht in und mit Physik verweist Labudde darauf, dass die von Grob und Maag Merki erhobenen fach¨ubergreifenden Kompetenzen vor allem in einem konstruktivistischen projektorientierten Fachunterricht sowie im f¨acher¨ubergreifenden Unterricht vermittelt werden k¨onnen. [Lab03] [Gro01]

2.4.6 Informationsbescha↵ung im ICT Zeitalter

Dank des Internets k¨onnen Informationen binnen Sekunden ¨uber den gesamten Glo-bus verteilt werden. Ging man vor einigen Jahren noch in eine Bibliothek, um zur Fachliteratur Zugang zu haben, so ist die Nutzung von E-Journals und E-Books ¨ublich geworden. Die rasche Entwicklung der Kommunikations- und Informationstechnologie hat unser Leben vollkommen ver¨andert. Auch die Schule muss sich diesen technolo-gischen Ver¨anderungen stellen. Unter dem Synonym Medienkompetenz versucht das Bildungswesen die Kommunikations- und Informationstechnologie im Unterricht zu integrieren.

F¨acher¨ubergreifender Unterricht kann diesbez¨uglich einen Anteil dazu beitragen, in-dem er auf reflektierte, vernetzte, gewissenhafte und sinnvolle Informationsaufnahme vorbereitet. [Lab03]

2.4.7 Gendergerechter Unterricht

Eine Studie [Dor19] des Ministeriums f¨ur Bildungsforschung der Wirtschaft aus dem Jahr 2019, zeigt, dass der weibliche Anteil an technisch orientierten Lehrberufen einen starken Geschlechterunterschied aufweist. Aus der Abbildung (6) l¨asst sich entnehmen, dass nur ein geringer Anteil an Frauen (32,6 Prozent), sich f¨ur einen Lehrberuf entscheiden. Des Weiteren ist ersichtlich, dass der weibliche Anteil (20,0 Prozent) bei den handwerkli-chen und technishandwerkli-chen Berufen sehr gering ausf¨allt. Ein ¨uberwiegender Teil der Frauen verbleibt also in einer schulischen Laufbahn. Aber auch hier zeigt der Forschungsbericht [Dor19], dass nur ein geringer Frauenanteil sich f¨ur eine naturwissenschaftliche Karriere entscheiden.

Das Projekt ”Gendergerechte technische Fachhochschulstudieng¨ange”der Fachstelle Gender Studies und des Instituts f¨ur nachhaltige Entwicklung der School of Engineering der Z¨urcher Hochschule zeigt verschiedene empirische Befunde als Ursachen daf¨ur auf. Darunter f¨uhren die Autoren auch institutionelle und p¨adagogische Faktoren als Grund

f¨ur die Geschlechterdi↵erenz in den technischen Studieng¨angen an. Den Befunden zur Folge tr¨agt die mangelnde Selbstwirksamkeits¨uberzeugung der M¨adchen in den MINT Gegenst¨ande dazu bei, weniger Interesse in diesen Gegenst¨anden zu entwickeln. [WS08] Um die Stereotypisierung, die zur Verringerung des Selbstvertrauens bei M¨adchen f¨uhrt,

Abbildung 6: Anteil der weiblichen Lehrlinge in den verschiedenen Fachbereichen. Von den 32,6 Prozent der weiblichen Sch¨ulerinnen, die sich f¨ur einen Lehrberuf entscheiden, fallen rund 20,0 Prozent davon auf gewerbliche beziehungsweise handwerkliche und 16,8 Prozent auf industrielle Berufe aus. (Grafik adaptiert von: [WS08] )

aufzubrechen, verweist Labudde auf einen Unterricht, der sowohl M¨adchen wie auch Buben gleichermaßen anspricht. Ihm zu Folge stellt der f¨acher¨ubergreifende Unterricht speziell in der Physik eine Unterrichtsform dar, der beide Geschlechter anspricht und dadurch eine gendergerechte Lernumgebung bietet. [Lab03]

2.4.8 Druck infolge der TIMSS und PISA Resultate

Als letzten Punkt zur Begr¨undung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts nennt La-budde die Resultate der TIMMS und PISA Testungen. LaLa-budde st¨utzt sich dabei auf das schlechte Abschneiden Deutschlands bei diesen Testungen. Die dabei festgestellten F¨ahigkeiten, mathematische und naturwissenschaftliche Lehrinhalte auf neue Situationen ¨

ubertragen zu k¨onnen, entfesselte eine enorme Debatte ¨uber den aktuellen Mathematik-und Naturwissenschaftsunterricht. Eine nachfolgende Ursachenanalyse durch eine Exper-tenkommission entwickelte f¨ur das Bildungswesen Deutschlands mehrere Maßnahmen, unter anderem auch spezifische Module, wie ”F¨achergrenzen erfahrbar” machen oder ”Fach ¨ubergreifendes” und ”F¨acher verbindendes Arbeiten”. [Lab03]

Aus ¨osterreichischer Sicht zeigen die aktuelle TIMSS Resultate, dass sich ¨Osterreichs Sch¨ulerinnen und Sch¨uler in den naturwissenschaftlichen F¨achern im europ¨aischen Mit-telfeld platzieren. Im Vergleich zur letzten Testung verschlechterten sich jedoch die Ergebnisse vor allem in der Physik und der Biologie sowie in den kognitiven Bereichen Wissen und Anwendung.

Auch zeigte sich, dass kompetenzf¨orderliche Rahmenbedingungen der Schulen sich posi-tiv auf die Resultate der Sch¨ulerinnen und Sch¨uler auswirken. In der Regel erzielten Lernende, die kompetenzf¨orderliche Bedingungen vorfinden, bis zu 40 Punkte mehr im Vergleich zu den anderen. [dBfQi20]

2.5 Nachteile und Grenzen eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts Berichte ¨uber f¨acher¨ubergreifenden Unterricht haben ¨uberwiegend positive Aspekte in den Forschungsergebnissen hervorgebracht.[Lab03] [ST8] [Sch11] Studiert man die Ergebnisse dieser Arbeiten, so l¨asst sich behaupten, dass ein f¨acher¨ubergreifender Un-terricht ¨uberwiegend Vorteile in Bezug auf die Lernprozesse der Sch¨ulerinnen und Sch¨uler mit sich bringt. Es f¨allt aber auch auf, dass der LehrerInnenperspektive, in Hinblick auf diese Methode meistens wenig Beachtung geschenkt wird. Einige weni-ge Arbeiten zeiweni-gen aber, dass Lehrkr¨afte auf verschiedenen Ebenen Schwierigkeiten mit der Umsetzung dieser Unterrichtsmethode haben, die nachfolgend beleuchtet werden.

2.5.1 Nachteile aus der Sicht der Lehrkraft

Philipp Engelmann [Eng19] konnte in seiner Dissertation ¨uber f¨acher¨ubergreifende Naturwissenschaften in der Lehrerfortbildung mittels Interviews mehrere Umsetzungs-schwierigkeiten manifestieren. Die Befragung der Lehrkr¨afte zeigte, dass zum einen mangelndes Fachwissen und daraus Ungewissheit bei der Durchf¨uhrung fachfremden Unterrichts und zum anderen unzureichende zeitliche wie auch r¨aumliche Ressourcen sowie fehlende Lernmaterialien Gr¨unde zur d¨urftigen Durchf¨uhrung dieser Unterrichts-konzepte sind.

Die Problematiken, mit denen sich die Lehrkr¨afte konfrontiert f¨uhlten, ordnete Engel-mann drei verschiedenen Kategorien zu.

2.5.1.1 Merkmale der Lehrkraft • mangelndes Fachwissen

• mangelndes fachdidaktisches Wissen • mangelndes experimentelles Wissen

• Unsicherheit bei der Durchf¨uhrung fachfremden Unterrichts • negative Einstellung gegen¨uber f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts • fehlende Arbeitsbereitschaft

2.5.1.2 Schulorganisation

• unzureichende Zusammenarbeit mehrerer Fachkollegen • unzureichende r¨aumliche Resourcen

• unzureichende zeitliche Resourcen

2.5.1.3 Sonstige Aspekte • unzureichende Lernmaterialien • problematische Lehrpl¨ane

• unzureichende Unterst¨utzung (Aus- und Weiterbildung) • schlechte Unterrichtsqualit¨at

Die Schwierigkeiten dieser Unterrichtsgestaltung liegt dem Artikel zufolge in der unzu-reichenden LehrerInnenausbildung sowie in dem System Schule begraben.

Ein Blick in die neuen Curricula der P¨adagogischen Hochschulen zeigt, dass diesen Untersuchungen Geh¨or geschenkt wurde. War die PH Luzern im Jahr 2003 noch die einzige Bildungsinstitution, die sich mit den Anforderungen eines integrierten Naturwis-senschaftsunterrichts befasste, so findet man heute beinahe in allen Ausbildungsst¨atten Lehrveranstaltungen, die sich dieser Thematik widmen.[Bro17][Obe20]

Trotz des Bem¨uhens der Ausbildungsinstitutionen, Lehrerinnen wie auch Lehrer auf f¨acher¨ubergreifenden Unterricht in der Praxis vorzubereiten, ist zu erkennen, dass f¨ur Lehrkr¨afte weitere Probleme und Grenzen des f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts in den Rahmenbedingungen der Schule wie auch der Bildungspolitik liegen. Mangelnder Mitein-bezug bei der Erstellung neuer Lehrpl¨ane f¨ur den integrierten Naturwissenschaftsunter-richt sowie die laufenden ¨Anderungen dieser frustriert und demotiviert die Lehrerinnen

und Lehrer in ihrer Arbeit. Auch der ¨uberf¨ullte Lehrplan, der eine Vielzahl an Themen-bereiche vorsieht, wirkt sich auf die Durchf¨uhrung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts negativ aus. Lehrer und Lehrerinnen bef¨urchten, die vorgeschriebenen Themenbereiche in der vorhandenen Zeit und der gleichzeitigen Durchf¨uhrung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts nicht unterzubringen. [Eng19]

2.6 Zusammenfassung

2.6.0.1 Was ist unter f¨acher¨ubergreifenden Unterricht zu verstehen? Wie die Literaturrecherche zeigte, ist unter f¨acher¨ubergreifenden Unterricht nicht per se EIN Unterrichtskonzept zu verstehen, viel mehr l¨asst sich dieses Konzept in vielen unterschiedlichen Formen innerhalb einer Klasse oder der Schule di↵erenzieren. Die oben gezeigten Typen von f¨acher¨ubergreifenden Unterricht nach Labudde, verdeutlichen die verschiedenen Ausf¨uhrungsm¨oglichkeiten. Zusammenfassend kann man unter einem f¨acher¨ubergreifenden Unterricht deshalb ein Unterrichtskonzept verstehen, bei dem eine oder mehrere Lehrkr¨afte ein Unterrichtsarrangement kreieren, bei dem die Sch¨ulerinnen und Sch¨uler die M¨oglichkeit besitzen, Zusammenh¨ange oder Vernetzungen ¨uber die jeweilige Fachdisziplin hinaus zu kn¨upfen. Dabei werden die Grenzen der einzelnen F¨acher ¨

uberschritten, sodass die Lernenden ein tieferes Verst¨andnis f¨ur die Eigenheiten der einzelnen Unterrichtsgegenst¨ande vermittelt bekommen. Doch auch die Gemeinsamkeiten der einzelnen Fachdisziplinen werden dadurch hervorgehoben, wodurch di↵erenzierte Betrachtungen von Themen m¨oglich gemacht werden k¨onnen.

2.6.0.2 Welche Vor- und Nachteile beinhalten diese Konzepte?

Die Auseinandersetzung mit diesem Thema zeigt, dass vieles f¨ur einen f¨acher¨ubergreifenden Unterricht spricht. Gerade die oben erw¨ahnte Wissenschaftsprop¨adeutik, die auf eine wissenschaftliche Arbeitsweise vorbereiten soll, ist ein schlagendes Argument daf¨ur aber nicht ausschließlich. Auch die Absicht, verschiedenstes Fachwissen miteinander verkn¨upfen zu k¨onnen, um dadurch die Ph¨anomene unserer Welt besser verstehen zu k¨onnen, erfordern ¨uberfachliche Verkn¨upfungsm¨oglichkeiten in der Schule.

Neben der Vielzahl positiver Merkmale lassen sich lediglich die unzureichende Vorbe-reitung f¨ur die Matura und der Schularbeiten aus Perspektive der Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern und die von Engelmann genannten Probleme der Lehrkr¨afte den negativen Punkten zuordnen.

2.6.0.3 Gibt es Grenzen an diese Unterrichtsform?

Die von Engelmann durchgef¨uhrten Untersuchungen zeigen, dass diese Form des Unter-richts, aus Sicht der Lehrerinnen und Lehrer, ganz klare Grenzen aufweist. Zum einen stellen die noch teils starr festgelegten Unterrichtszeiten sowie die r¨aumlichen Gegeben-heiten und zum anderen der fehlende Wissensbereich fachfremder Gebiete, Grenzen an diese Methode dar. Neben diesen Punkten zieht der stetige Wandel des Lehrplans in den Integrationsf¨achern eine Grenze, hinsichtlich der Motiviationsaufbringung der Lehrkr¨afte, mit sich.[Eng19]

2.7 Wie l¨asst sich ein f¨acher¨ubergreifender Unterricht planen?

Bis hierher wurde versucht aufzuzeigen, was unter f¨acher¨ubergreifendem Unterricht zu verstehen ist, welche Vor- und Nachteile beziehungsweise welche Grenzen dieses Konzept innehat. Nun stellt sich aber auch die Frage, welche Dimensionen bei der Durchf¨uhrung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts zu beachtet sind, um in sp¨aterer Folge eine konkrete Unterrichtsplanung durchf¨uhren zu k¨onnen. Wie auch schon in den vorherigen Kapiteln werde ich mich diesbez¨uglich auf Labudde beziehen, der in seinem Artikel, ”Dimensionen und Facetten des f¨acher¨ubergreifenden naturwissenschaftlichen Unterrichts: ein Modell”, ein didaktisches Modell zur Planung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts erstellte.

2.7.1 Was ist ein Didaktisches Modell?

Jedes didaktische Modell, das zur Planung und Durchf¨uhrung eines Unterrichts heran-gezogen wird, hat den Zweck, den Unterrichtsablauf auf vereinfachte, abstrakte Weise darzustellen, zu strukturieren und zu begr¨unden. Solche Modelle sind Theorie gest¨utzte Konstrukte, die zur Konstruktion, Reflexion und Analyse didaktischen Handelns im schulischen wie auch nicht schulischen Kontext herangezogen werden. Im deutschspra-chigen Raum gibt es eine Vielzahl an Modellen, die zur Planung von Unterricht genutzt werden k¨onnen. Mitte des 20. Jahrhunderts haben sich einige bekannte Didaktiker mit der Thematik des Lehrens und Lernens auseinandergesetzt, wodurch sich die F¨ulle an didaktischen Modellen erkl¨aren l¨asst.[Pro16]

Eines der bekanntesten Modelle ist das Modell nach Klafki, dass sich auf die bildungstheo-retische Didaktik bezieht. Im Mittelpunkt dieses Modells steht die Wahl der Lehrinhalte und deren Relevanz f¨ur die Lernenden. Klafki entwarf f¨ur das bildungstheoretische Modell ein Konzept, das den Lehrerinnen und Lehrern bei der Planung des Unterrichts sowie bei der Wahl der Unterrichtsinhalte behilflich sein soll. Das Konzept der didak-tischen Analyse bildet f¨ur Klafki das Zentrum f¨ur jede Unterrichtsvorbereitung. Sie hat die Aufgabe, den Bildungsgehalt der im Lehrplan aufgelisteten Unterrichtsinhalte herauszufiltern. Nach ihm sollte sich jede Lehrkraft folgende f¨unf Fragen bei der Planung des Unterrichts stellen (die ich in die praktische Umsetzung einbezogen und beantwortet habe (Kapitel 3)): [Sta15]

• Welche gegenw¨artige Bedeutung hat der Lerninhalt f¨ur die Sch¨ulerinnen und Sch¨uler?3

• Welche zuk¨unftige Bedeutung ist dem Lerninhalt f¨ur die Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern zuzuordnen?3

• Welche exemplarische Bedeutung (Welches Problem, welcher Sachverhalt) leitet sich durch den Inhalt ab?4

3_{F¨ur ein konkretes Beispiel zum Lerninhalt ”Licht als Energietr¨ager” siehe Kapitel 3.2 auf Seite 39}

4

• Welche Struktur l¨asst sich dem Inhalt verleihen? 5

• Welche Zug¨ange lassen sich, f¨ur die Sch¨ulerinnen und Sch¨uler scha↵en ? 5 Wie sich anhand der Leitfragen erkennen l¨asst, stellt f¨ur Klafki die Didaktik eine Theorie von Bildungsinhalten dar. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf den Lerninhalten, dem Was? Klafki unterscheidet deshalb die Methodik, dem das Wie? strikt von der Didaktik, des Unterrichts. Selbst als die Theorie der bildungstheoretischen Didaktik in Kritik stand, entwickelte sich Klafki’s Modell best¨andig weiter, sodass sein Modell heutzutage um zwei weitere Punkte erg¨anzt wurde [Sta15].

• Wie lassen sich Unterrichtsinhalte mithilfe medialen Einsatzes den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern darbieten? 6 7 8

• Welche Unterrichtsmethoden, Gruppenformen, Lehrerrollen, etc. sollen verwendet werden? 9

Das f¨ur die Unterrichtsplanung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts entworfene Modell von Labudde, bedient sich ebenfalls der erw¨ahnten Dimensionen nach Klafki. Jedoch erweiterte auch er das Modell um weitere neue Aspekte und Dimensionen. Das Modell wurde im Zuge einer Forschung mit dem Namen BEFUN10 entwickelt und ist in Form einer Mindmap dargestellt (siehe dazu Abbildung (7)).

2.7.2 Modell zur Planung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts

Die nachfolgende Beschreibung des f¨acher¨ubergreifenden Unterrichtsmodells erfolgt nach der von Labudde, et. al 2005 ver¨o↵entlichten Arbeit (siehe dazu [Lab05]).

Im Zentrum des Modells stellt Labudde die Lehrkraft und dessen Fach. Grund daf¨ur sind zwei ¨Uberlegungen. Als ersten Punkt nennt Labudde, dass die Lehrkraft gemeinsam mit den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern den Unterricht gestaltet und als zweiten Punkt die starke Sozialisation der Lehrkraft mit dessen Fach. Um das Zentrum sind sieben Dimensionen angeordnet, die sich unterschiedlichen Unterrichtsaspekten widmen. Die Dimensionen Kategorien, Inhalt, ¨uberfachliche Kompetenzen, Lehrerrollen, Unterrichtsmethoden, Beurteilung und frei Erg¨anzbares sollen laut Labudde, die aktuellen Praxisanforderun-gen wie auch den aktuellen Stand der Forschung widerspiegeln. (Siehe dazu Abbildung (7)) Um die Komplexit¨at der verschiedenen Dimensionen aufzubrechen, di↵erenzierte Labudde jede Dimension in weitere Teilbereiche. Insgesamt umfasst das Modell 16 Teilbereiche, die, je weiter man sich dem Zentrum n¨ahert, die Lehrkraft sowie dessen Fach am n¨achsten kommen.

5_{F¨ur ein konkretes Beispiel zum Lerninhalt ”Licht als Energietr¨ager” siehe Kapitel 3.5.2 auf Seite 53}

6_{G¨atzelzelle: https://www.geogebra.org/m/wu4yzwvz}

7_{Licht ¨ubertr¨agt Musik: https://www.geogebra.org/m/bdada72j}

8_{Fluoreszenz: https://www.geogebra.org/m/eqz6vsg5}

9_{Siehe dazu auch Kapitel 3.4.1.1 auf Seite 48 sowie Kapitel 3.6.5 und 3.6.4 auf Seite 115}

10

Abbildung 7: Modell zur Planung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts. Im Zentrum befindet sich die Lehrkraft und dessen Fach. Je weiter man sich in den 7 Dimensionen nach außen begibt, desto mehr entfernt sich die Lehrkraft dessen eigentlichen Fach. Die 7 Dimensionen werden in den angegebenen Kapiteln genauer beschrieben. (Grafik adaptiert von [Lab05])

2.7.2.1 Kategorien

Wie in der Begri↵serkl¨arung des f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts bereits erw¨ahnt, be-schreibt diese Dimension die Art, auf welche dieser durchgef¨uhrt werden kann. Die beiden Teilbereiche unterscheiden hier die Ebene der Stundentafel sowie die Ebene des Inhalts. F¨ur eine genauere Erl¨auterung dieser Dimension m¨ochte ich auf die Begri↵serkl¨arung des f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts im Kapitel 2.3.1 verweisen.

2.7.2.2 Inhalte

Die Dimension des Inhaltes ist, wie in Abbildung (8) gezeigt, in vier Teilbereiche geglie-dert.

Der erste Teilbereich ist die Themenorientierung. Hier wird hinsichtlich des ein-zelnen Faches, mehrerer eingebundenen F¨acher oder der Lebenswelt unterschieden. Wie oben erw¨ahnt, entfernt sich die Einteilung von Innen nach Außen vom jeweils eigenen Fach. Ersteres ist dabei noch dem eigenen Fach am n¨achsten und meint die Behandlung eines Themas innerhalb einer Fachdisziplin, wie beispielsweise der radioaktive Zerfall von Atomen in Physikunterricht. Nebenbei finden aber auch Verkn¨upfungen (Ausschwei-fungen) in andere Fachdisziplinen, wie zum Beispiel der Chemie (Isotope von Atomen) oder der Biologie und Umweltkunde (Auswirkungen durch das Eingreifen des Menschen in die Natur - Auswirkungen von Radioaktivit¨at auf Mensch-,Tier- und Pflanzenwelt) statt.

Der zweite Punkt meint, dass hier Inhalte oder Themen gew¨ahlt werden, die zumindest in zwei Fachdisziplinen verankert sind. Ein Beispiel daf¨ur kann das Thema Licht in der Physik wie auch der Biologie sein. In beiden Bereichen nimmt dieses Thema einen wichtigen Stellenwert ein. Ohne einer wechselseitigen Betrachtung bleiben Ph¨anomene, Funktionsweise, Modelle, etc., wie zum Beispiel die Funktion des Auges, den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern unverst¨andlich.

Der dritte Punkt, die Lebenswelt, ist im Modell am weitesten vom Zentrum, also dem eigenen Fach sowie der Lehrperson entfernt. Damit wird die L¨osung der Verbindung des Themas von einzelnen oder mehreren F¨achern verstanden. Ein Beispiel daf¨ur kann die Durchf¨uhrung eines Schulprojekts sein.

Der zweite Teilbereich behandelt die Art der Themenbearbeitung. Im Modell wird da-bei zwischen einer divergenten und einer konvergenten Bearda-beitungsweise unterschieden. Unter einer divergenten Behandlung eines Themas versteht Labudde die Bearbeitung des Themas innerhalb mehrerer Fachdisziplinen. Dabei k¨onnen auch jeweils unterschiedliche Ergebnisse an den Tag treten.

Bei der konvergenten Behandlung werden die verschiedenen fachlichen Aspekte, die zur Bearbeitung des Themas erforderlich sind, von den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern

eigenst¨andig erarbeitet und zusammengetragen. [Hen13]

Die letzten beiden Teilbereiche, Themenreichweite sowie Themenkomplexit¨at ba-sieren auf den kanadischen Rahmenlehrplan f¨ur das Fach Science Technology Society and Environment kurz STSE. Der Rahmenplan dieses Faches gibt im Grunde die Emp-fehlung, Themen je nach Schulstufe oder Vorerfahrungen passend f¨ur die Sch¨ulerinnen und Sch¨uler zu w¨ahlen.

Abbildung 8: Die Inhaltsdimension umfasst die Bereiche Themenorientierung, Themen-bearbeitung, Themenkompelexit¨at und Themenreichweite. Je nach geplanten Unterricht k¨onnen sich diese Teilbereich eher am eigenen Fach oder aber an Fremdf¨achern orientie-ren.

2.7.2.3 Uberfachliche Kompetenzen¨ ¨

Uberfachliche Kompetenzen lassen sich nat¨urlich nicht nur im f¨acher¨ubergreifenden Unterricht f¨ordern. Trotzdem gibt es gewisse Fertigkeiten beziehungsweise F¨ahigkeiten, die sich eher in einem solchen Unterricht unterst¨utzen lassen als im Regelunterricht.Die in der Abbildung (9) angef¨uhrten ¨uberfachlichen Kompetenzen erfordern mehr oder weniger stark vernetztes Wissen. Das Recherchieren nach Informationen zum Beispiel kann genau so gut im Fachunterricht gef¨ordert werden, weshalb es im Modell dem Ich und meinem Fach am N¨achsten ist. Hingegen wird die Fertigkeit des Probleml¨osens oftmals eine Bearbeitung von f¨acher¨ubergreifenden Themen ben¨otigen, je nach

Kom-plexit¨at des Themas nat¨urlich. Der Punkt ist, dass sich gewisse Kompetenzen eher in einem f¨acher¨ubergreifenden und andere wiederum in einem Fachunterricht unterst¨utzen lassen. Die weiteren beiden Teilbereich der Dimension ¨uberfachliche Kompetenzen, spe-zifizieren zwei bestimmte F¨ahigkeiten. Zum einen die Entscheidungsf¨ahigkeit und zum anderem die Urteilsf¨ahigkeit. Die beide Teilbereiche spielen im kanadischen Lehrplan des Faches STSE ein zentrale Rolle, weshalb sie Labudde nach separat angef¨uhrt wurden. Einfache Entscheidungen oder Urteile nach Richtig oder Falsch ben¨otigen ihm zufolge weniger komplexes (vernetztes) Wissen als das Evaluieren oder dem Tre↵en komplexer Entscheidungen.

Abbildung 9: Die Dimension ”¨uberfachliche Kompetenzen¨ıst in die Teilbereiche ¨

uberfachliche Kompetenzen, Urteilsf¨ahigkeit und Entscheidungsf¨ahigkeit unterteilt. Die beiden Bereiche Urteilsf¨ahigkeit und Entscheidungsf¨ahigkeit spielen im kanadischen Lehr-plan des Unterrichtsgegenstandes STSE eine wichtige Rolle, weshalb sie nach Labudde separat angef¨uhrt wurden.

2.7.2.4 Lehrerrollen

Neben den bisher beschriebenen Dimensionen ¨uber Kategorien, Inhalt, Themenori-entierung und ¨uberfachliche Kompetenzen sollte man sich bei der Planung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts auch mit der Rolle der Lehrkraft auseinanderset-zen. Die verschiedenen Aspekte, die bei der Umsetzung mit einfließen, sind in Abbildung (10) aufgelistet. Je nach gew¨ahlter Kategorie sind Absprachen, gemeinsame Vorberei-tungen oder gemeinsam durchzuf¨uhrende ¨Uberpr¨ufungen mit Kollegen zu planen. Diese Kooperation mit fachfremden Kollegen sollte bei der Planung bedacht werden. Des Wei-teren kommt der Rolle der Lehrperson im Unterrichtsgeschehen eine wichtige Bedeutung zu. Wie der Teilbereich mit seinen drei Unterteilungen zeigt, wird hier zwischen der Lehrkraft als Sto↵vermittler, der Lehrkraft als Unterst¨utzer und der Lehrkraft als Lern-begleiter unterschieden. Selbstverst¨andlich kann die Lehrerin beziehungsweise der Lehrer einmal die eine Rolle und ein anderes Mal die andere Rolle im f¨acher¨ubergreifenden Unterricht einnehmen.

Abbildung 10: Die Abbildung zeigt die verschiedenen Aspekte der Lehrerrollen, die bei der Planung eines f¨acher¨ubergreifenden Unterrichts beachtet werden sollten. Einerseits wird unter der Kooperation mehrerer Lehrkr¨afte und andererseits zwischen der Rolle der Lehrkraft im Unterricht unterschieden.

2.7.2.5 Unterrichtsmethoden

F¨acher¨ubergreifender Unterricht l¨asst sich nicht nur als Projektunterricht arrangie-ren, auch Phasen eines Frontalunterrichts k¨onnen im f¨acher¨ubergreifenden Unterricht durchgef¨uhrt werden. Aus diesem Grund beinhaltet das Modell in der Dimension der Unterrichtsmethoden den Teilbereich des methodischen Vorgehens. In der Abbildung (11) sind einige methodische Vorgehensweisen aufgelistet. Die ersten beiden Methoden (Lehrervortrag und fragend- entwickelnder Unterricht) sind die am h¨aufigsten

verwende-ten Methoden und sind aufgrund der geschlossenen Unterrichtsform eher der eigenen Fachdisziplin zuzuordnen. Im Gegenteil dazu bilden der Lernzirkel oder die Projektme-thode eine o↵enere Lernumgebung. Diese o↵enen Unterrichtsformen f¨uhren eher dazu, dass man sich von seinem eigenen Fach entfernt. Der zweite Teilbereich repr¨asentiert die

Abbildung 11: Die Grafik der Dimension ¨Unterrichtsmethoden”listet m¨ogliche Sozi-alformen und methodische Vorgehensweisen, die im f¨acher¨ubergreifenden Unterricht herangezogen werden k¨onnen auf.

Sozialformen die im Unterricht eingenommen werden. F¨acher ¨ubergreifender Unterricht muss nicht nur als Gruppenarbeit durchgef¨uhrt werden. Es k¨onnen auch Phasen der Einzelarbeit in diesem Konzept auftreten.

2.7.2.6 Beurteilen

Die Beurteilung von schulischen Leistungen ist ein wesentlicher Teil des Lehrauftrages einer Lehrperson. Nicht nur, um am Ende eines Semesters eine Leistungsbeurteilung in Form einer Zi↵ernnote durchf¨uhren zu k¨onnen, sondern auch, um die Sch¨ulerinnen und Sch¨uler bei ihrem Entwicklungsprozess Feedback geben zu k¨onnen. Eine umfangreiche R¨uckmeldung ¨uber St¨arken wie auch Schw¨achen sowie die erreichten Kompetenzen ist f¨ur die Sch¨ulerinnen und Sch¨uler wichtig Ein f¨acher¨ubergreifender Unterricht kann Schwierigkeiten bei der Beurteilung mit sich bringen, wie folgende Beispiele zeigen sollen:

• Was muss alles beurteilt werden? • Soll man fachfremde Inhalte beurteilen?

• Wie lassen sich Beurteilungen in Kooperation mit Lehrerkollegen und Lehrerkolle-ginnen durchf¨uhren?

• Gibt es M¨oglichkeiten die Sch¨uler und Sch¨ulerinnen in die Beurteilung mit einzu-beziehen?

Aufgrund dessen besitzt die Dimension des Beurteilens, wie in Abbildung (12) zu sehen, zwei Teilbereiche. Ersterer setzt sich mit der zu beurteilenden Person auseinander. Der Zweite mit der Beurteilung und der Bewertung. Labudde unterscheidet bei der Beurteilung des Lernenden dabei zwischen , Selbst- und Mitbeurteilung. Fremd-beurteilung meint dabei die Beurteilung durch die Lehrkraft oder bei Kooperation mit mehreren Lehrkr¨aften die Beurteilung durch mehrere Lehrerinnen beziehungswei-se Lehrer. Unter Selbstbeurteilung versteht man die Beurteilung durch die Sch¨ulerin oder den Sch¨uler selbst. Hier m¨ussen die Lernenden ihren Arbeitsprozess selbstst¨andig, gegebenenfalls durch Hinzunahme von Frageb¨ogen analysieren und bewerten. Bei der Mitbeurteilung bewerten die Sch¨ulerinnen und Sch¨uler gegenseitig ihre Arbeiten. Der zweite Teilbereich zeigt Aspekte des Beurteilens und Bewertens. Die Sch¨uler und Sch¨ulerinnen k¨onnen dabei entweder in summativer oder auch in formativer Art beurteilt werden. Bei einer summativen Beurteilung oder Bewertung wird der Lernende aufgrund der Lernziele oder des Inhaltes im Vergleich zu anderen beurteilt. Im Gegensatz dazu versteht man unter einer formativen Beurteilung eine Bewertung des individuellen Lernfortschrittes eines Einzelnen.

Abbildung 12: Die Grafik zeigt M¨oglichkeiten und Formen der Beurteilung der Lernenden im Unterricht auf. Labudde unterscheidet innerhalb der Dimension des Beurteilens zischen der beurteilenden Person (Lernender, Lehrkraft, Mitbeurteilung) und der Art der Beurteilung und Bewertung (summativ bzw. formativ).

2.7.2.7 Frei Erg¨anzbares

Die letzte Dimension stellt das frei Erg¨anzbare dar. Diese Dimension wurde von Labudde in das Modell aufgenommen, weil er selbst das Modell als unabgeschlossen, unvollst¨andig und erweiterbar betrachtet.

Das Modell zur Planung und Umsetzung f¨acher¨ubergreifenden Unterricht wirkt auf den ersten Blick sehr komplex und vorbereitungsintensiv. Im Artikel ”Dimensionen und Facetten des f¨acher¨ubergreifenden naturwissenschaftlichen Unterrichts: ein Modell”l¨asst Labudde aber verstehen, dass ein f¨acher¨ubergreifender Unterricht nicht s¨amtliche Di-mensionen umfassen muss. Die 7 DiDi-mensionen mit deren insgesamt 16 Teilbereichen sollten lediglich die vielf¨altigen M¨oglichkeiten dieser Unterrichtsform aufzeigen.

3

Praktischer Teil

Nachdem in den vorangegangen Kapiteln gekl¨art wurde, was unter f¨acher¨ubergreifendem Unterricht zu verstehen ist und welche Facetten diese Art von Unterricht umfassen kann, widme ich mich hier der von mir erdachten praktischen Umsetzung dieser Unterrichtsform mit den Vernetzungen in die F¨acher Physik, Geografie und Wirtschaftskunde, Chemie, Werkerziehung und Biologie. Es folgt eine kurze Erl¨auterung zur Themenwahl des f¨acher¨ubergreifenden Physikunterrichts, die Wahl der Schulstufe f¨ur die die Planung sowie die Einbettung der Unterrichtsplanung in das Unterrichtsmodell nach Labudde. Insbesondere werden die von mir entwickelten Arbeitsmaterialien zur Umsetzung der Unterrichtssequenzen vorgestellt.

3.1 Themenwahl - Licht als Energietr¨ager

Der Lehrplan der Sekundarstufe I und II sieht im Kapitel allgemeine didaktische Grunds¨atze folgenden Punkte vor:

“Im Sinne des exemplarischen Lernens sind m¨oglichst zeit- und lebensnahe Themen zu w¨ahlen, durch deren Bearbeitung Einsichten, Kenntnisse, F¨ahigkeiten, Fertigkeiten und Methoden gewonnen werden, die eigenst¨andig auf andere strukturverwandte Probleme

und Aufgaben ¨ubertragen werden k¨onnen.”

“ Auf die unterschiedlichen Interessen sowohl der Sch¨ulerinnen als auch der Sch¨uler ist durch Auswahl entsprechender Inhalte und Aufgabenstellungen einzugehen.” [dB20] Aufgrund dieser beiden Punkten sowie den Forderungen der Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern im Unterricht die Gebiete ”Mensch und Natur” sowie ”Physik und Technik”vermehrt einzubinden, versuchte ich ein passendes Thema zu w¨ahlen. Die Thematik muss sowohl dem Lehrplan als auch den W¨unschen der Lernenden gerecht werden. Die mediale Pr¨asenz um Greta Thurnberg und die der ”Fridays for Future” Bewegung waren f¨ur mich der Anlass, die Themenwahl auf erneuerbare Energien einzuschr¨anken.

Die Auseinandersetzung der verschiedenen M¨oglichkeiten, regenerative Energien zu nut-zen, f¨uhrte mich schlussendlich auf die Solarzellen. Speziell die organischen Solarzellen, die mit den Sch¨ulerinnen und Sch¨ulern im Unterricht hergestellt werden k¨onnen, r¨uckten verst¨arkt in das Zentrum meiner Themenwahl. Infolge der verschiedensten Versuche mit den Solarzellen verlagerte sich der Schwerpunkt immer mehr auf die Nutzung beziehungsweise die Energieumwandlung des Lichts. Ausschlaggebend daf¨ur war der geringe Wirkungsgrad der organischen Solarzellen, der das Betreiben vieler Verbraucher leider nicht zul¨asst. In Hinblick auf den f¨acher¨ubergreifenden Unterricht entschloss ich mich deshalb, das Thema ”Licht als Energietr¨ager” zu w¨ahlen. Diese Entscheidung hatte mehrere Beweggr¨unde. Einerseits lassen sich mit diesem Thema die aktuellen Interessen der Sch¨ulerinnen und Sch¨uler am Klimaschutz[Rei18] und der damit geforderten Ener-giewende abdecken und andererseits k¨onnen eine Vielzahl an anderweitigen Exkursen in

die Bereiche ”Natur und Mensch” sowie ”Physik und Technik” realisiert werden (vgl. Kapitel 2.4.7). So haben sich im Zuge der Entwicklung der Lehrmaterialien Bez¨uge zu Geografie und Wirtschaftskunde (GWK) (Solarstrom aus der W¨uste), Werkerziehung (Analyse von Sternen, Licht l¨asst Musik spielen), Biologie (Forensik - Spurensuche mit Licht) und Chemie ( Solarzellen, Obst und Wandfarbe) ergeben (vgl. Abbildung 13 sowie Kapitel 3.5.2).

Abbildung 13: Das von mir entwickelte Unterrichtsprojekt zum Thema Licht als Energie-tr¨ager verkn¨upft mehrere Fachgebiete mit der Physik. Das Unterrichtsfach Physik bleibt der zentrale Ausgangspunkt, wobei meine Unterrichtsmaterialien zu diesem Thema die Biologie, die Chemie, die Geografie und Wirtschaftskunde, die Mathematik sowie die Werkerziehung miteinbeziehen.

Ein weiterer Aspekt, der diese Entscheidung und auch die Arbeit legitimiert, ist, dass sich meine Recherche nach keine Arbeiten zu diesem Thema in Bezug zum f¨acher¨ubergreifenden Unterricht in der Literatur oder bisherigen Forschungsarbeiten finden lassen. Daher m¨ochte ich mit meinen Ausarbeitungen zum Thema ”Licht als Energietr¨ager” einen Beitrag zum f¨acher¨ubergreifenden Unterricht in der Physik leisten. 3.2 Licht - Von der Entstehung der Welt bis in die Gegenwart

Im Sinne von Klafkis didaktischer Analyse kann dieses Kapitel als ein Versuch, die gegenw¨artige wie auch zuk¨unftige Bedeutung dieses Themas f¨ur die Lernenden darzu-stellen, verstanden werden.

(14)), ist der wichtigste Energielieferant11 _{der uns auf unserem Planeten zur Verf¨ugung} steht. Wie bedeutsam das Licht f¨ur die Entstehung des Lebens, die Entwicklung

unter-Abbildung 14: Die Grafik zeigt die elektromagnetische Strahlung, angeordnet nach deren Wellenl¨ange bzw. Frequenz. Nur ein sehr kleiner Teil der gesamten elektromagnetischen Strahlung ist f¨ur uns Menschen sichtbar. Diesen Teil der Strahlung nennen wir sichtbares Licht oder einfach nur Licht. Quelle: www.wikipedia.com

schiedlicher Kulturen und unserem modernen Leben war, ist und sein wird, versuche ich hier knapp anzuf¨uhren.

3.2.1 Der Anfang und das Licht

Im Anfang schuf Gott Himmel und Erde, die Erde aber war w¨ust und wirr, Finsternis lag ¨uber der Urflut und Gottes Geist schwebte ¨uber dem Wasser. Gott sprach: Es werde

Licht. Und es wurde Licht. Gott sah, dass das Licht gut war. (Gen 1,1-4) Ein Blick in die Bibel zeigt, dass die Menschen schon sehr bald erkannt haben muss-ten, dass das Licht eine bedeutsame Rolle in der Entstehung unseres Planeten spielte. Heute wissen wir, dass unser Universum rund 13,82 Milliarden Jahre alt ist.[Les18] Doch wie konnten wir herausfinden, wann alles begonnen hat? Die Antwort darauf ist das Licht. Das Licht, besser gesagt die elektromagnetische Strahlung, liefert uns Informationen dar¨uber, wann alles begonnen haben musste. Im Jahr 1929 beobachtet Edwin Powell Hubble, dass das Spektrum12von Galaxien und Sternen rot verschoben ist. Die Rotverschiebung basiert am gleichen Prinzip wie der Dopplere↵ekt. N¨ahert sich uns eine Tonquelle, dann nehmen wir einen h¨oheren Ton (h¨ohere Frequenz) war, als wenn sich die Tonquelle von uns wegbewegt. Gleiches gilt, wie in Abbildung (15) gezeigt wird, auch f¨ur das Licht. N¨ahert sich eine Lichtquelle, dann wird das Spektrum in Richtung h¨oherer Frequenzen verschoben, also in Richtung des blauen Lichts. Bewegt sich hingegen eine Lichtquelle von uns weg, dann ist das Spektrum in Richtung des roten

11_{Die Energie des Lichts ist direkt proportional zur Frequenz des Lichts und l¨asst sich durch die}

Formel E = h_{⇤ f ermitteln. h ist dabei das Planck’sche Wirkungsquantum (6.62607015 ⇤ 10} 34_{Js) und}

f die Frequenz des Lichts. Ultraviolettes Licht ist demnach energiereicher als Infrarotes Licht. (vgl. Abbildung (14))

12

Als Spektrum bezeichnet man in der Physik eine geordnete Anordnung einer physikalischen Gr¨oße. Im speziellen ist hier die Anordnung der elektromagnetischen Strahlung hinsichtlich der Wellenl¨ange bzw. Frequenz gemeint.(vgl. Abbildung (14))

Abbildung 15: Rot- und Blauverschiebung verursacht durch die relativ Bewegung einer Lichtquelle

Lichts verschoben. Ein belgischer Astrophysiker namens Georges Lemaitres ordnete die Beobachtung Hubbles dem oben beschriebenen Dopplere↵ekt zu und konnte daraus schlussfolgern, dass sich das gesamte Universum expandieren muss. [Les18]

Abbildung (16) zeigt ein Modell des expandierenden Universums, anhand eines Luftbal-lons und darauf markierten Gebieten.

Abbildung 16: Expansion des Universums anhand eines Luftballonmodells.

Das Wissen ¨uber die Expansion des Universums f¨uhrte zu der Frage, was vor der Expansion des Universums war. Im Jahr 1948 ver¨o↵entlichten die drei Kernphysiker Ralph Alpher, George Gamow und Hans Bethes eine Publikation unter dem Namen The Origin of chemical Elements. Darin beschreiben die drei Physiker die Entstehung der Materie unter der Annahme eines hochkomprimierten Neutronengases. Sie untersuchten, ob sich die zur damaligen Zeit bekannten Elemente in solch einer Gaswolke bilden konnten. Die angestellten Berechnungen zeigten, dass die M¨oglichkeit zur Bildung der uns bekannten Atomsorten best¨unde. Außerdem sagten die Wissenschaftler voraus, dass die W¨armestrahlung (jeder K¨orper mit einer Temperatur h¨oher als - 273,15 Grad Celsius tauscht Energie mit seiner Umgebung aus) der Gaswolke, unter Anbetracht der Expansi-on des Universums, im Mikrowellenbereich messbar sein sollte. [Alp48] Es dauerte Jahre, bis es der Zufall so wollte, dass Mitarbeiter der Bell Laboratorien die vorhergesagte