Fördern konzeptueller Entwicklungen von Kindern im ...dozenten.alp.dillingen.de/2.2/inhalte/naturwissenschaften_gs/moeller.pdf · Kornelia Möller, Dillingen 2007 Gliederung Was

Kornelia Möller, Dillingen 2007

Fördern konzeptueller Entwicklungen von Kindern

im naturwissenschaftlichen Unterricht

Prof. Dr. Kornelia Möller

Seminar für Didaktik des SachunterrichtsUniversität Münster


Gliederung

Was denken Kinder über Phänomene und Probleme aus

Natur und Technik? – Einige Beispiele

Conceptual Change Theorien und konstruktivistische

Ansätze

Zu welchen „Veränderungen“ sind Grundschulkinder bei

entsprechender Förderung fähig?

Wie kann die Lehrkraft solche Prozesse unterstützen?

Folgerungen für die Lehreraus- und -fortbildung....


Beispiele zum Thema Regen

Wie kommt es eigentlich, dass es regnet? „Die Engel weinen, wenn man böse ist. (5,8)

Woher kommen die Wolken? Von ganz viel Qualm. Woher kommt der Qualm? Von Bierfabriken und normalen Fabriken. Was ist denn, wenn keine Fabriken da sind, zum Beispiel auf einem Feld oder über dem Meer? Oh! Das weiß ich nicht… Wenn man, …, wie sagt man das? Hm, .., wie heißt das? Ja .. Stroh schlägt, wie man das früher gemacht hat. Oder wenn man mit dem Staubwedel zu Hause wedelt, dann kommt auch ganz viel Qualm. (6,10)


Fortsetzung Beispiele

Wie kommt es eigentlich, dass es regnet? „Weil die Wolke zuviel Wasser drin hat. Die muss genauso Pippi wie wir auch. Wenn sie es nicht mehr aushält, muss sie halt platzen.“ (7,8)

Woher kommen die Wolken? {unsicher] „Aus dem Boden von der Sonne“ Wie geschieht das? {etwas sicherer) „Wenn es regnet, dann saugt die Sonne das Wasser aus dem Boden und es verdampft... “ (9,11)


Welche „Denkmechanismen“ sind zu erkennen anhand dieser Beispiele?


Wie denken Kinder?

Magisch-mythisches Deuten

Die Technik macht! (technischer Artifizialismus)

Der Mensch macht! (anthropomorpher Artifizialismus)

Die Natur macht! (natürlicher Artifizialismus)

Analogien bilden: Wolke = Nebel

„Assimilieren“ mit Hilfe vorhandener Vorstellungen

und Rahmentheorien


Wie kommt es, dass es regnet? (Etzhold)D0: Keine Aussage, D1: Nicht belastbare Aussage,

D2: Ausbaubare Aussagen, D3: Angemessene Deutung

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Aufgabe von Unterricht

Veränderung von Vorstellungen anregen

Ziele: Belastbare Vorstellungen entwickelnVorstellungen von größerer Reichweite erreichenStabilere Vorstellungen erreichen Integriertere Vorstellungen erreichenAnwendungsfähige Vorstellungen erreichen


Veränderung von gedanklichen Vorstellungen (Konzepte) – ein schwieriger Prozess!

Warum so schwierig?

Oft sind Überzeugungen tief verwurzelt (Kultur, Erfahrung)Aufgeben von Vorstellungen fällt schwerHäufig sind die „neuen“ Vorstellungen nicht überzeugend (wissen, aber nicht glauben)Auch bei Veränderung von Vorstellungen bleiben alte Vorstellungen häufig parallel erhalten...


Deshalb:

Häufig (meistens) kein Auswechseln von falschen gegen richtige Vorstellungen ...

Sondern:Allmähliche Veränderung von VorstellungenHäufig noch mit begrenzter ReichweiteHäufig noch nicht vollständig integriertHäufig behalten frühere Vorstellungen in gewissen Anwendungsbereichen noch ihre Gültigkeit


Verändern von gedanklichen Vorstellungen

In der Lernpsychologie häufig bezeichnet als:

Conceptual Change =

Konzeptuelle Veränderung


Nicht alle Conceptual Change Prozesse sind gleichartig!

Unterscheidung zwischen harten und weichen Conceptual Change Prozessen:

Harte Prozesse:Vorhandene Vorstellungen stehen den angemessenen Vorstellungen entgegenTeil-(aufgabe) von Vorstellungen notwendigUmstrukturierung notwenig

Beispiel: Wenn Wasser verschwindet, dann ist es für immer weg.

Weiche Prozesse:Aufgreifen vorhandener Konzepte möglichDifferenzierung bzw. Anreicherung von VorstellungenBeispiel:

Beispiel: Wasser verschwindet, wenn es warm ist.


Erste Konsequenzen

Conceptual Change ...

... braucht Zeit

... ist ein kognitiv anspruchsvoller Prozess

... sollte nicht mit Konzeptwechsel, sondern besser mit Konzeptveränderung übersetzt werden (= Veränderung gedanklicher Vorstellungen)... ist insbesondere im naturwissenschaft-lichenBereich häufig schwierig


Wie kann Conceptual Change gefördert werden?

Konstruktivistisch orientierte Ansätze zum Lernen:

Lernende müssen selbst aktiv und engagiert sein Konzepte/Vorstellungen müssen vom Lernenden selbst konstruiert werden

Vorhandene Vorstellungen der Lernenden berücksichtigenindividuelle Lernwege ermöglichenBelastbarkeit von Vorstellungen muss selbst getestet werden

Aufbau von Konzepten in einem kooperativen und dialogischen Prozess ist hilfreichSinnvolle Kontexte wählenLernwege reflektieren


Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, um Konzeptveränderungen zu ermöglichen?

Conceptual Change Theorie von Posner et.al (1982)

Die Lernenden müssen unzufrieden sein mit der bisherigen Vorstellung (dissatisfaction)Die neue Vorstellung muss einsichtig sein (intelligible).Die neue Vorstellung muss überzeugend sein (plausible).Die neue Vorstellung muss fruchtbar sein (fruitful).


Aktuelle Erweiterungen der Theorie

Die Änderung gedanklicher Vorstellungen (ConceptualChange)

ist auch abhängig von motivationalen Faktoren und von Umgebungsfaktoren (sog. heiße Conceptual Change Theorien von Pintrich et al.)

ist auch abhängig von der Situation (z.B.: in der Schule wird anderes Wissen aktualisiert als im Alltag) (sog. situierte Kognition)

ist auch abhängig von sozialen Interaktionen (wer weiß, was richtig ist?) (sog. sozial-konstruktivistische Auffassungen)


Strategien zur Förderung von Conceptual Change

Modelle zur Förderung

Modell 1: Konfrontieren Vorhandene Vorstellungen in Frage stellen neue Vorstellungen aufbauen

Modell 2: Anknüpfenvorhandene Vorstellungen aufgreifendiese Vorstellungen weiterentwickeln

Modell 3: UmgehenBelastbare Vorstellungen aufbauenUrsprüngliche Vorstellungen anschließend reflektieren und bearbeiten


„Conceptual Change“ in der Grundschule –Lernbereich Naturwissenschaften

ein zu anspruchsvolles, langwieriges Unterfangen?

Sind Grundschulkinder in der Lage, ihre Vorstellungen zu verändern und umzustrukturieren?

Warum diese Anstrengung?


Ein Beispiel aus den 70er Jahren

Zum Thema Schwimmen und Sinken:

Lernen über Merksätze:Vollkörper, die leichter sind als die gleiche Raummenge Wasser

schwimmen; Vollkörper, die schwerer sind als die gleiche Raummenge Wasser sinken.

Hohlkörper schwimmen auch dann auf dem Wasser, wenn sie aus einem Material bestehen, das schwerer ist als die gleiche Raummenge Wasser. (aus Leicht 1973)


Probleme der sog. geschlossenen Curricula aus den 70er Jahren

„Grundschulkinder lernen nicht, die naturwissenschaftlichen Fachbegriffe zu verstehen, sondern bestenfalls Wörter, die für sie stehen, assoziativ und grammatikalisch korrekt zu gebrauchen“ (Lauterbach 1992)

Mangelnde Passung, Überforderung,Motivationsprobleme


Ziele frühen naturwissenschaftlichen Lernens heute

Vorstellungen verändern:nicht belastbare Vorstellungen abbauenangemessenere Vorstellungen aufbauenneue Vorstellungen integrieren

um verstandenesanwendungsfähigesweitgehend integriertes Wissen

zu erreichen.


Forschungsprojekt

Untersuchung zum Aufbau physikalischer Vorstellungen durch Unterricht (Schwerpunktprogramm DFG BIQUA) (Schulstudie)

Kooperationsprojekt: Prof. Dr. K. Möller, A. Jonen, Universität Münster Prof. Dr. E. Stern, Dr. I. Hardy, Max-Planck Berlin


Forschungsfragen

Lassen sich vorhandene Vorstellungen durch Unterricht anhaltend - und nicht nur kurzfristig -verändern?

Ist das auch in anspruchsvollen Bereichen - wie z.B. physikalischen Themenbereichen bereits in der Grundschule - möglich?


Untersuchungsaufbau

Vergleich von Klassen mit und ohne UnterrichtSchriftlicher Test mit offenen und geschlossenen Items

Prätest Intervention:

8 Doppelstunden Unterricht

3 Klassen (N=66) konstruktivistisch orientiert

2 Klassen Baseline (N=41) kein Unterricht

2.-3. Woche1. Woche 1 Jahr später

Follow-up

4. Woche

Posttest


3. Wie kommt es, dass ein großes, schweres Schiff aus Eisen nicht untergeht?


„Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff im Wasser nicht untergeht?“

Erste Vermutungen der Kinder:

Vär leich wegen den Luft

Auf dem Schiff ist ein Kapiten. Das Schiff tragt schwere sache. Zum beischbil Fische, Öl und Kole.

Weil vielleicht im Schiff Luft drin ist oder weil es bestimmte Motoren hat.


Unterricht zu dem Thema:„Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff im Wasser nicht untergeht?“

1. Schritt des Unterrichts:

Vermuten und überprüfen: Welche „Vollkörper“ schwimmen, welche sinken?


Häufige Vorstellungen von Kindern

Großes sinkt - Kleines schwimmtSchweres sinkt – Leichtes schwimmtLöcheriges sinktFlaches schwimmtLackiertes schwimmtLanges Dünnes schwimmt .....

Ziel: Nicht haltbare Vorstellungen verändern


Vermutungen überprüfen


Erfahrungen machen: Ein schwerer Wachsklotz schwimmt, obwohl keine Luft darin ist!




Erkennen: Es kommt auf das Material an, nicht auf Größe, Gewicht, Löcher...

2. Schritt des Unterrichts:

Erforschen: Warum sinken manche Materialien, manche nicht?




Vergleich der „Schwere“ von Gegenständen mit der „Schwere“ von Wasser



Erkennen: Materialien, die leichter sind als gleich viel Wasser, schwimmen...

3. und 4. Schritt des Unterrichts: Warum schwimmen manche Materialien, manche nicht?

Gegenstände brauchen Platz im Wasser ...Das Wasser drückt Gegenstände nach oben ...










Erkennen ...

Je mehr Platz ein Topf im Wasser einnimmt, umso mehr Wasser wird verdrängt, umso mehr Wasser drängt zurück an seinen Platz, um so stärker wird der Topf nach oben gedrückt ....

Das Wasser drückt nach oben, die Erdanziehungskraft „zieht“ nach unten, beim eingetauchten Topf „gewinnt“ das Wasser...


Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff aus Metall nicht untergeht?

vor dem Unterricht nach dem Unterricht

Auf dem Schiff ist ein Kapiten. Das Schiff tragt schwere sache. Zum beischbil Fische, Öl und Kole

Das Wasser will auf sein alten Platz zurück, und das Wasser drückt ihn nach oben.

Vär leich wegen den Luft Das ligt Nicht an der luft das ligtauch Nicht an das glachgewicht es ligt an den Wasser

Das Schiff drängt ja Wasser weg und dieses Wasser trägt das Schiff, ... Wenn das Wasser weniger wiegt als das Schiff dann würde das Schiff untergehen.

Weil vielleicht im Schiff Luft drin ist oder weil es bestimmte Motoren hat.


Langzeitentwicklung: Integriertes wissenschaftliches Verständnis (Hardy, Jonen, Möller, Stern 2006)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

vorher nachher follow-up

Messzeitpunkte

erre

icht

e Pu

nktz

ahl

integriertes Verständnis_Interventionintegriertes Verständnis_Basisgruppehöheres wissenschaftl. Verständnis_Interventionhöheres wissenschaftl. Verständnis_Basisgruppe


Ergebnisse (drei unterrichtete Klassen)

Prä-Postvergleich: Die Kinder haben signifikant dazu gelernt.Sie haben signifikant nicht haltbare Vorstellungen abgebaut.Auch die Leistungsschwächeren haben vom Unterricht signifikant profitiert.

Nach einem Jahr:Der Abbau fehlerhafter Vorstellungen und der Aufbau neuer, integrierter Vorstellungen war noch nach einem Jahr signifikant nachweisbar. Er lag ebenfalls signifikant über den Leistungen der nicht unterrichteten Gruppe.Die nicht unterrichteten Kinder haben ebenfalls dazu gelernt, aber nicht bei höherwertigem Verständnis


Wissensdiagnostik :Baumstammaufgabe


Vorstellungen verändern

vor dem Unterricht nach dem Unterricht

Schwimmt,weil er aus Holz ist.

Schwimmt,weil er aus Holz ist. Weil er vom Wasser genug nach oben gedrückt wird.

Geht unter,weil er so schwer ist.

Schwimmt,weil er ganz aus Holz ist und deutsches Holz schwimmt.

Schwimmt,

weil der Baumstamm weniger wigt als das Wasser dass er verdrängt.

Geht unter,

weil der Baumstamm sehr schwer ist. Das Wasser kann schwere sachen nicht tragen.


Anwendung des Wissens:Würfelaufgabe

Richtige Lösungen:

1. Aufgabe93 %

2. Aufgabe52 %


Anwendung des Wissens:Ei im Salzwasser

Richtige Lösung:

93 %


Transfer des erworbenen Wissens

Warum steigt das Holzstück nicht nach oben?

Weil kein Wasser unten ist, dann kann das Wasser die Holzplate nicht nach oben drucken

Das Brett ist jetzt wie der Boden. Es lag ja schon auf dem Platz. Dort war vorher gar kein Wasser also braucht das Wasser nicht drücken.


Motivationale und selbstbezogene Ziele

Hohes Interesse (keine Unterschiede zwischen Mädchen und Jungen)Ausgeprägte intrinsische MotivationHohe LernzufriedenheitAusgeprägtes Kompetenzerleben


Vergleich eines Unterrichts mit stärkerer Strukturierung/ mit geringerer Strukturierung

Je drei vergleichbare KlassenLehrkraft konstantMaterialien und Unterrichtszeit konstant

Strukturierung als

unterstützende GesprächsführungSequenzierung des komplexen Inhaltes


Vergleich der Lehr-Lernumgebungen (Möller et al. 2002, Hardy et al. 2006; Blumberg et al. 2004)

Signifikante Überlegenheit der Klassen mit stärkerer Strukturierung, aber dennoch konstruktivistischer Orientierung

bzgl. des langfristigen Aufbaus eines integrierten Verständnissesbzgl. des Abbaues von Fehlvorstellungen bzgl. der intrinsischen Motivation, der empfundenen Kompetenz, des empfundenen Engagements und der entwickelten Erfolgszuversicht, insb. bei den leistungsschwächeren bzgl. der Lernzuwächse der leistungsschwächeren Kinderbzgl. der Vereinbarkeit von kognitiven und motivationalen Zielsetzungen (Blumberg et al. 2004


Anforderungen an die Lehrkraft

Vorbereitung des Unterrichts:

SachanalyseAnalyse des Lernstands der Kinder (Interessen, Vorerfahrungen, Präkonzepte)Analyse der LernschwierigkeitenAuswahl geeigneter Aufgaben Ggfs. Sequenzierung aufeinanderfolgender Lehr-Lerneinheiten



Orientierende Klassengespräche vor Beginn des Unterrichts:

Präkonzepte erheben und Erfahrungen aktualisierenProblemorientierung entwickeln und Vermutungen erfragen und festhalten



Begleitende Klassengespräche während des Unterrichts:

Aufgreifen und Fokussieren von ErfahrungenAufmerksam machen auf interessante Phänomene Impulse zur Überprüfung von VermutungenEinfordern von BegründungenAufmerksam machen auf abweichende Meinungen -Impulse zum Erkennen von WidersprüchenZusammenfassen und Festhalten von Teilergebnissen


Anforderungen an die LehrkraftAuswertende Klassengespräche:

Erfahrungen und Deutungen zusammentragen und festhaltenImpulse zur Strukturierung und IntegrationImpulse zur VerallgemeinerungReflektion des Lernwegs anregen


Fazit: Kognitiv anspruchsvollernaturwissenschaftlicher Unterricht

Grundschulkinder sind in der Lage, ihre Vorstellungen nachhaltig zu verändern und angemessenere Vorstellungen aufzubauen.Das gilt auch für leistungsschwächere Schüler, falls genügend Sequenzierung und Unterstützung im Lernprozess vorhanden ist.Grundschulkinder sind dazu bereit, sich kognitiv anstrengen! Die kognitive Schwierigkeit muss allerdings in ihrer „Reichweite“ liegen.

Ein solcher Unterricht fördert kognitive, motivationaleund persönliche Entwicklung.


Welche Fähigkeiten brauchen Grundschullehrkräfte?

Erforderliche Kompetenzen bei den unterrichteten Lehrkräften

FachwissenDiagnosefähigkeitFähigkeit hinsichtlich einer unterstützenden Gesprächsführung und einer Sequenzierungkomplexer Inhalte

Aber: Weltweit sind Grundschullehrkräfte eher Generalistenals Fachlehrkräfte

Aus-und Fortbildung entscheidend!


Wie aus- und fortbilden?

Ergebnisse unserer Lehrerfortbildungsstudie aus dem BIQUA-Schwerpunktprogramm zeigen (Möller et al. 2006):Abwendung von „Vermittlungsvorstellungen“ hin zu einem Conceptual Change-orientierten Verständnis durch intensive Fortbildungen möglich (Kleickmann et. al 2006, Möller et al. 2006)Conceptual-Change orientiertes Verständnis korreliert mit entsprechendem Verhalten der Lehrkräfte im Unterricht (hochinferente Videoratings)Lehrkräfte mit besserem Verständnis von ConceptualChange erzielen bessere Schülerleistungen!


Fazit aus Untersuchungen

Die Vorstellungen von Lehrkräften über LERNEN sind entscheidend!Aus- und Fortbildung muss das Verständnis über den Prozess des Lehrens und Lernens thematisieren und ein aktives Lernverständnis aufbauen!

(auch Staub/Stern 2002)


Es geht auch anders ... und schneller:

Die Kinder experimentieren und

.... die Lehrkräfte (oder die Schulbücher ...)



... liefern die Lösung:

„Wenn das Plastilin die Form eines Schiffes erhält, schwimmt es. Es braucht so mehr Platz und verdrängt mehr Wasser. Dadurch wird es stärker vom Wasser nach oben gedrückt.“

So einfach geht‘s!


Naturwissenschaften in der Grundschule

Nicht: Wissen vermitteln ....,sondern Wissensumstrukturierung fördern

als wesentliches Element eines kognitiv anspruchsvollen Unterricht in der Grundschule!


Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

[email protected]

Universität MünsterSeminar für Didaktik des Sachunterrichts

ddsu.uni-muenster.de/www/


LiteraturLernen von Naturwissenschaften in

der Primarstufe: Möller, Kornelia: Naturwissenschaftlicher Sachunterricht. Kindern beim Erlernen von Naturwissenschaften helfen. In: Grundschulmagazin. 1/07, S. 8-10.Möller, Kornelia: Naturwissenschaftliches Lernen in der Grundschule: Eine neue Idee? In: P. Hanke (Hrsg.): Grundschule in Entwicklung. Herausforderungen und Perspektiven für die Grundschule heute. Münster: Waxmann Verlag, S. 107-127Möller, Kornelia: Genetisches Lernen und Conceptual Change. In: Kahlert, Joachim u. a. (Hrsg.): Handbuch Didaktik des Sachunterrichts. Bad Heilbrunn: Klinkhardt 2007, S. 411-416

Literatur zum Forschungsprojekt BIQUA:Möller, Kornelia; Hardy, Ilonca; Jonen, Angela; Kleickmann, Thilo: Naturwissenschaften in der Primarstufe – Zur Förderung konzeptuellen Verständnisses durch Unterricht und zur Wirksamkeit von Lehrerfortbildungen. In: Prenzel, Manfred; Allolio-Näcke, Lars (Hrg.): Untersuchungen zur Bildungsqualität von Schule. Abschlussbericht des DFG-Schwerpunktprogramms BiQua. Münster: Waxmann. 2006, S. 161-193.Möller, Kornelia; Jonen, Angela; Kleickmann, Thilo: Für den naturwissenschaftlichen Sachunterricht qualifizieren. Eine Aufgabe für die Lehrerfortbildung. In: Grundschule 36 (2004) 6, S. 27-29.

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