Vom Regen zu den Aggregatzuständen
Die Entwicklung einer
naturwissenschaftlichen Grundbildung von der Grundschule in die
weiterführende Schule
Eva-Maria Lankes & Mirjam Steffensky
Agenda
•
Naturwissenschaftliche Grundbildung
•
Bildungsstandards und Kerncurricula
•
Naturwissenschaftlicher Unterricht
•
Vom Regen zu den Aggregatzuständen
– ein Beispiel
Naturwissenschaft und Technik in der heutigen Zeit
• Bestandteil der Kultur
• Alltäglicher Umgang
• Verantwortliches Handeln
• Sicherung zukünftiger Lebensgrundlagen
• Berufliche Perspektiven
•
Forderung: Public Understanding of Science
(Field & Powell 2001, Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft, 1999. )
•
Demgegenüber: Befunde aus TIMSS/PISA/IGLU
•
Handlungsbedarf: Aufbau von naturwissenschaftlichen Kompetenzen als kontinuierlicher, kumulativer Prozess
(Rost et al. 2004)
Was ist naturwissenschaftliche Grundbildung?
Scientific knowledge and the use of that knowledge. Scientific knowledge is knowledge of and about science (OECD 2006)
•
naturwissenschaftliches Wissen, Verständnis und Anwendung naturwissenschaftlicher Konzepte
•
naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen
•
Wissen über Naturwissenschaften
•
Interesse, Aufgeschlossenheit, Engagement
•
Wertorientierungen, Einstellungen, Überzeugungen
(IGLU, PISA, Bildungsstandards, Norris & Phillips 2003)
Forschung: Kompetenzmodelle
Kompetenzbereiche (IGLU 2001)
• Wissensreproduktion
• Konzeptanwendung
• Verständnis
• Prozesswissen
Kompetenzbereiche (PISA 2000)
• Verständnis
naturwissenschaftlicher Konzepte
• Verständnis der
Besonderheiten naturwiss.
Untersuchungen
• Umgehen mit Evidenz
• Kommunizieren naturwiss.
Beschreibungen oder Argumente
Einige Dinge wurden in feuchter Erde
vergraben. Einige Jahre später wurden sie wieder ausgegraben. Welches Ding ist am ehesten unverändert?
O eine Eierschale O ein Plastikbecher O ein Papierteller
O eine Orangenschale (566)
Forschung: Kompetenzmodelle
Kompetenzbereiche (IGLU 2001)
• Wissensreproduktion
• Konzeptanwendung
• Verständnis
• Prozesswissen
Kompetenzbereiche (PISA 2000)
• Verständnis
naturwissenschaftlicher Konzepte
• Verständnis der
Besonderheiten naturwiss.
Untersuchungen
• Umgehen mit Evidenz
• Kommunizieren naturwiss.
Beschreibungen oder Argumente
Einige Dinge wurden in feuchter Erde
vergraben. Einige Jahre später wurden sie wieder ausgegraben. Welches Ding ist am ehesten unverändert?
O eine Eierschale O ein Plastikbecher O ein Papierteller
O eine Orangenschale (566)
Forschung: Kompetenzmodelle
Kompetenzstufen IGLU
• Vorschulisches Alltagswissen
1. Einfache Wissensreproduktion
2. Anwenden alltagsnaher Begriffe
3. Anwenden naturwissen- schaftlicher Begriffe
4. Beginnendes naturwissen- schaftliches Verständnis
5. Naturwissenschaftliches Denken und Lösungsstrategien
Kompetenzstufen PISA
1. Nominelle naturwissen- schaftliche Grundbildung
2. Nutzung naturwissenschaft- lichen Alltagswissens
3. Nutzung naturwissenschaft- licher Konzepte
4. Konzeptuelle und prozedurale Grundbildung
5. Nutzung konzeptueller Modelle
In einer Schachtel ist eine Mischung aus Eisenspänen und Sand. Wie kannst du am leichtesten die Eisenspäne vom Sand trennen?
O Wasser zu der Mischung geben O ein Vergrößerungsglas verwenden O einen Magneten verwenden
O die Mischung erhitzen
(566, Stufe V)
Forschung: Kompetenzmodelle
Kompetenzstufen IGLU
• Vorschulisches Alltagswissen
1. Einfache Wissensreproduktion
2. Anwenden alltagsnaher Begriffe
3. Anwenden naturwissen- schaftlicher Begriffe
4. Beginnendes naturwissen- schaftliches Verständnis
5. Naturwissenschaftliches Denken und Lösungsstrategien
Kompetenzstufen PISA
1. Nominelle naturwissen- schaftliche Grundbildung
2. Nutzung naturwissenschaft- lichen Alltagswissens
3. Nutzung naturwissenschaft- licher Konzepte
4. Konzeptuelle und prozedurale Grundbildung
5. Nutzung konzeptueller Modelle
?
?
Forschung: Kompetenzmodelle
Beginn der Grundschule
Einfache Wissensreproduktion Anwenden alltagsnaher Begriffe
Ende Sek. I
Konzeptuelle und prozedurale Grundbildung
Nutzung konzeptueller Modelle
?
Bildungsstandards für den Mittleren Schulabschluss
Kompetenzbereiche
•
Fachwissen
•
Erkenntnisgewinnung
•
Kommunikation
•
Bewertung
Basiskonzepte
Chemie
• Stoff-Teilchen-Beziehungen
• Struktur-Eigenschafts- Beziehungen
• chemische Reaktion
• energetische Betrachtung bei Stoffumwandlungen
Biologie
• System
• Struktur und Funktion
• Entwicklung
Physik
• Materie
• Wechselwirkung
• System
• Energie Wahrnehmen
Ordnen Erklären Prüfen
Modelle bilden
Wissen erschließen/dokumentieren Experimentieren
Ziele (Vergleich GS und WS)
Kerncurriculum Sachunterricht (Niedersachsen, 2006)
•
Symbol- oder Fachsprache kennen, verstehen und anwenden,
•
fachspezifische Methoden und Verfahren kennen und zur Erkenntnisgewinnung nutzen,
•
Verfahren zum selbstständigen Lernen und zur Reflexion über erfolgreiche Lernprozesse kennen und einsetzen,
• Zusammenhänge erarbeiten und erkennen sowie bei der Problemlösung nutzen und eigenverantwortlich auf der
fachlichen und ethischen Ebene
handeln.
Ziele (Vergleich GS und WS)
Kerncurriculum Naturwissenschaften (Niedersachsen, 2006)
Prozessbezogene Kompetenzbereiche
•
Symbol- oder Fachsprache kennen, verstehen und anwenden,
•
fachspezifische Methoden und Verfahren kennen und zur Erkenntnisgewinnung nutzen,
•
Verfahren zum selbständigen Lernen und zur Reflexion über Lernprozesse kennen und einsetzen,
•
Zusammenhänge erarbeiten und erkennen sowie ihre Kenntnis bei der Problemlösung nutzen.
Die inhaltsbezogenen Kompetenzbereiche sind fachbezogen.
Chemie Biologie Physik
Kerncurriculum (Niedersachsen, 2006)
Erwartete
Kompetenzen Kenntnisse und Fertigkeiten
... erkennen grundle- gende Eigenschaften von Stoffen
• Aggregatzustände von Wasser kennen
• ausgewählte Eigenschaften anderer Flüssigkeiten kennen (Geruch, Geschmack, Farbe, Dichte, Viskosität)
• Versuche zum Lösungsverhalten von festen Stoffen in Wasser durchführen und beschreiben
Fachwissen Erkenntnisgewinnung
• … unterscheiden Körper und Stoff im Sinne des Stoffbegriffs
• … erkennen Stoffe an ihren typischen Eigen- schaften
• … unterscheiden Stoffe anhand messbarer Eigenschaften
• … nutzen Stoffeigenschaften zur Trennung von Stoffgemischen
• … erklären Stoffkreisläufe
• Beobachten, Beschreiben
• Geräte einsetzen, Experimentieren
• Chemische Fragestellungen erkennen
• Merkmale von Modellen benennen
• Zwischen Stoff und Teilchenebene unterscheiden
• Den Nutzen des Teilchenmodells aufzeigen
GrundschuleRealschule 6. Jgst.
Was sagt das Kerncurriculum über die Gestaltung von Unterricht?
Unterricht laut Kerncurriculum
Naturwissenschaften (NieSa, 2006)
• Lernvoraussetzungen berücksichtigen
• Aufbau von Fachwissen durch wiederholte Auseinan- dersetzung mit konkreten Beispielen vor der Einordnung in fachlogische Strukturen
• Schülerexperimente zum eigentätigen Erkunden, Problemlösen, Dokumentieren, Präsentieren
• Anwendung des Gelernten in variierenden Kontexten
• Problemlösen in alltäglichen Situationen
Unterricht laut Kerncurriculum Sachunterricht (NieSa, 2006)
• Lernen durch Erfahrung
• Aufbau von Wissen und Können durch Handeln
• Gespräch und Fragekultur
• Direkte Begegnung als didaktisches Prinzip
Naturwissenschaftlicher Unterricht in der Grundschule
Lehrkräfte:
•
eher Generalisten als Spezialisten Stärken:
•
an den Erfahrungen der Kinder anknüpfend
•
entdeckend, phänomenorientiert, exemplarisch
•
mehrperspektivisch und vernetzend
•
Lernen lernen (z.B. GDSU, 2000) mögliche Probleme:
•
Experimente ohne Einbettung in den Lernprozess
•
Erkenntnisgewinnung spielt kaum eine Rolle
•
wenig Systematisierung des Wissens (z.B. BLK, 2004)
Naturwissenschaftlicher Unterricht in den weiterführenden Schulen
Lehrkräfte:
•
Spezialisten Stärken:
•
fachlich hohes Niveau (z.B. Duit, 2005)
•
Aufbau von systematischem Wissen und fachlicher Begrifflichkeit mögliche Probleme:
•
Dominanz des fragend-entwickelnden Unterrichts
•
Experimente zur Demonstration, seltener zur eigenen Erarbeitung naturwiss. Denk- und Arbeitsweisen
•
Individuelle Lernentwicklung wenig berücksichtigt
(Seidel et al., 2006)
Kontinuierlicher Übergang?
GS WS
???
Kompetenzen Inhalte
Unterrichtskultur
F = m·a Wissen über gelegte
Grundlagen Wissen über
Erwartungen
Vom Regen zu den Aggregatzuständen – GS meets WS
Unterricht
GS anzustrebende bzw. zu
erwartende Ergebnisse Unterricht WS Wasser im Erfahrungs-
raum der SuS beobachten, sammeln, ordnen
Übergänge zwischen Eis, Wasser und Dampf
experimentell erfahren
Bedingungen d. Übergänge untersuchen
Wasserkreislauf (mit
einfach. Modellen arbeiten) Zusammenhang herstellen zu anderen Stoffen, z.B.
Wachs
Wasser als Stoff (beginnendes Stoffverständnis) fest, flüssig und dampf/gasförmig
schmelzen, verdampfen, gefrieren, kondensieren (beschlagen)
Zusammenhang zur
Umgebung: Je …, desto schneller …
Erhaltung
Beispiele sammeln für Übergänge zwischen fest und gasförmig
Aggregatzustände und deren Übergänge auf der Teilchenebene beschreiben (Modelle) Zusammenhang
herstellen zw.
Siedetemp. und Druck
Kumulativer Aufbau über
Kontexte Wissen Methoden
Beruf Ausbildung
Chemie Physik Biologie Nawi 5/6
Lernfeld Natur im SU
Elementarbereich
Beobachten Beschreiben
Vergleichen/Ordnen messen
Wissen erschließen Experimentieren
Prüfen Erklären Modelle finden
Wissen dokumentieren
