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Bildungsstandards Bildungsstandards NaturwissenschaftenNaturwissenschaften
Hintergründe, Konsequenzen und Hintergründe, Konsequenzen und praktische Umsetzungpraktische Umsetzung
Didacta Köln 2007Dr. Georg Trendel
Was hat sich geändert?Was hat sich geändert?
Gesellschaftliche BedingungenGesellschaftliche Bedingungen Politische und ökonomische FaktorenPolitische und ökonomische Faktoren Kulturelle Einbettung und kulturelle IdentitätKulturelle Einbettung und kulturelle Identität
Sicht auf die NaturwissenschaftenSicht auf die Naturwissenschaften Inhalte und Fakten Inhalte und Fakten Denk- und ArbeitsweisenDenk- und Arbeitsweisen
Wissen über LernenWissen über Lernen Vernetztes Wissen und kumulatives LernenVernetztes Wissen und kumulatives Lernen
Ziele des UnterrichtsZiele des Unterrichts Naturw. Grundbildung (Scientific Literacy)Naturw. Grundbildung (Scientific Literacy) Erwerb von KompetenzenErwerb von Kompetenzen
InhalteInhalte Gesellschaftliche BedingungenGesellschaftliche Bedingungen
Politische und ökonomische FaktorenPolitische und ökonomische Faktoren Kulturelle Einbettung und kulturelle Identität Kulturelle Einbettung und kulturelle Identität
Sicht auf die NaturwissenschaftenSicht auf die Naturwissenschaften Inhalte und Fakten Inhalte und Fakten Denk- und ArbeitsweisenDenk- und Arbeitsweisen
Wissen über LernenWissen über Lernen Vernetztes Wissen und kumulatives Vernetztes Wissen und kumulatives
LernenLernen Ziele des UnterrichtsZiele des Unterrichts
Naturw. Grundbildung (Scientific Literacy)Naturw. Grundbildung (Scientific Literacy) Erwerb von KompetenzenErwerb von Kompetenzen
Scientific Literacy =Scientific Literacy =Naturwissenschaftliche Grundbildung Naturwissenschaftliche Grundbildung
wird seit ca. 50 Jahren diskutiertwird seit ca. 50 Jahren diskutiert Debatte wurde in Deutschland verschlafenDebatte wurde in Deutschland verschlafen führte zur Formulierung von Standards in führte zur Formulierung von Standards in
vielen Ländernvielen Ländern(vergl. z.B. Science for All Americans, Benchmarks Project, (vergl. z.B. Science for All Americans, Benchmarks Project, NSES (USA) 2061, Kanadische und skandinavische NSES (USA) 2061, Kanadische und skandinavische Curricula)Curricula)
ist normativ und nicht ganz unumstrittenist normativ und nicht ganz unumstritten ist ohne sichtbare Alternativeist ohne sichtbare Alternative
Aufwertung der NaturwissenschaftenAufwertung der Naturwissenschaften Naturwissenschaft als Beitrag zur BildungNaturwissenschaft als Beitrag zur Bildung
Naturwissenschaftliche Grundbildung Naturwissenschaftliche Grundbildung (Scientific Literacy)(Scientific Literacy)
... ist die Fähigkeit,... ist die Fähigkeit,naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden,naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden,naturwissenschaftliche Fragen zu erkennen und naturwissenschaftliche Fragen zu erkennen und aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen,aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen,
um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen, um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen, welche die natürliche Welt und die durch welche die natürliche Welt und die durch menschliches Handeln an ihr vorgenommenen menschliches Handeln an ihr vorgenommenen Veränderungen betreffen.Veränderungen betreffen.(OECD, 1999)(OECD, 1999)
Zum KompetenzbegriffZum Kompetenzbegriff (Weinert 2001)(Weinert 2001)
„„Kompetenzen sind die bei Individuen Kompetenzen sind die bei Individuen verfügbaren oder durch sie erlernbaren verfügbaren oder durch sie erlernbaren kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte Probleme zu lösenum bestimmte Probleme zu lösen, sowie die , sowie die damit verbundenen motivationalen, volitionalen damit verbundenen motivationalen, volitionalen und sozialen und sozialen BereitschaftenBereitschaften und Fähigkeiten, und Fähigkeiten, um die Problemlösungen in variablen Situationen um die Problemlösungen in variablen Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzenerfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu können.“zu können.“
Der Kompetenzbegriff impliziert ungleich höhere Der Kompetenzbegriff impliziert ungleich höhere Anforderungen als der bisher übliche Begriff der Anforderungen als der bisher übliche Begriff der ObligatorikObligatorik
Vernetztes Wissen und kumulatives LernenVernetztes Wissen und kumulatives Lernen
Wissen ist keine lineare Struktur, sondern Wissen ist keine lineare Struktur, sondern integriert sich in ein Netz von Begriffen mit ihren integriert sich in ein Netz von Begriffen mit ihren kontextabhängigen Bedeutungen und kontextabhängigen Bedeutungen und assoziierten Erfahrungen, Emotionenassoziierten Erfahrungen, Emotionen
Konzepte sind durch Beziehungen bestimmtKonzepte sind durch Beziehungen bestimmt Wissen ist umso belastbarer, je besser es Wissen ist umso belastbarer, je besser es
integriert und vernetzt istintegriert und vernetzt ist Inselwissen mit schwacher Integration ist schwer Inselwissen mit schwacher Integration ist schwer
nutzbar („Träges Wissen“)nutzbar („Träges Wissen“)
Die Funktion vonDie Funktion von BasiskonzeptenBasiskonzepten
Basiskonzepte sind geeignet als Anker für die Basiskonzepte sind geeignet als Anker für die Vernetzung von Wissen aus ganz Vernetzung von Wissen aus ganz unterschiedlichen Wissensbereichen. Sie haben unterschiedlichen Wissensbereichen. Sie haben dabei zwei Funktionen:dabei zwei Funktionen:
Sie sind selbst Sie sind selbst KonzepteKonzepte mit einer besonders mit einer besonders großen Komplexität, Reichweite und großen Komplexität, Reichweite und Erklärungsmächtigkeit und haben deshalb eine Erklärungsmächtigkeit und haben deshalb eine strukturierendestrukturierende Funktion. Funktion.
Sie beschreiben Perspektiven oder Sie beschreiben Perspektiven oder LeitideenLeitideen, , unter denen man Objekte und Sachverhalte unter denen man Objekte und Sachverhalte betrachten kann und haben deshalb eine betrachten kann und haben deshalb eine orientierendeorientierende Funktion. Funktion.
Beispiel orientierende FunktionBeispiel orientierende Funktion
Betrachtung eines elektrischen Stromkreises unter Betrachtung eines elektrischen Stromkreises unter den Perspektiven Materie, Wechselwirkung, den Perspektiven Materie, Wechselwirkung, Energie, SystemEnergie, System
Je nach Basiskonzept ergeben sich völlig andere Je nach Basiskonzept ergeben sich völlig andere FragestellungenFragestellungen
WW
E
EM
WW
SY
Denk-, Arbeits- und Denk-, Arbeits- und ArgumentationsweisenArgumentationsweisen
Bezug zu einem Problem aus der realen WeltBezug zu einem Problem aus der realen Welt Konstruieren eines ModellsKonstruieren eines Modells Entscheiden, ob das Modell passtEntscheiden, ob das Modell passt Sich der Kritik stellen, andere überzeugenSich der Kritik stellen, andere überzeugen Ergebnisse als Beitrag zum Wissen verbreitenErgebnisse als Beitrag zum Wissen verbreiten
Naturwissenschaftler generierenNaturwissenschaftler generierenund prüfen und prüfen ModelleModelle der Realität der Realität
Modelle und HypothesenModelle und Hypothesen
Klima-wandel
Treibhaus-Effekt
AnomalerTemperatur-
anstieg
VorhersageErwärmung
Beobachtung/Experiment
Argument/Berechnung
ExperimentelleAnordnung
(Keine) Überein-stimmung
Positve(negative)Evidenz
Hypothese (falsch)
Modell (un)passend
Kommunikation und Bewertung Kommunikation und Bewertung (Standards)(Standards)
Fachsprache nutzenFachsprache nutzenEindeutigkeit, Abgrenzung, Klarheit, Ökonomie, intersubjektives Eindeutigkeit, Abgrenzung, Klarheit, Ökonomie, intersubjektives VerständnisVerständnis
DarstellungDarstellungKlarheit, Überprüfbarkeit, ReproduzierbarkeitKlarheit, Überprüfbarkeit, Reproduzierbarkeit
Kritisches PrüfenKritisches PrüfenWiderspruchsfreiheit, Objektivität, Einfachkeit, Mächtigkeit, Widerspruchsfreiheit, Objektivität, Einfachkeit, Mächtigkeit, InteressenInteressen
Arbeitweisen, ihr Sinn und ihre Zielsetzungen, Arbeitweisen, ihr Sinn und ihre Zielsetzungen, sollten sollten explizitexplizit und nicht nur implizit unterrichtet und nicht nur implizit unterrichtet werdenwerden
Erkenntnisgewinn (Standards)Erkenntnisgewinn (Standards)
Handlungen und Ziele in Handlungen und Ziele in ArgumentationsstrukturenArgumentationsstrukturen
WahrnehmenWahrnehmenKenntnisnahme und Darstellung von FaktenKenntnisnahme und Darstellung von Fakten
OrdnenOrdnenReduzieren von KomplexitätReduzieren von Komplexität
ErklärenErklärenZusammenhang von Ursachen und Wirkungen herstellenZusammenhang von Ursachen und Wirkungen herstellen
Modelle bildenModelle bildenErklärungen verallgemeinern, Wichtiges hervorheben, Erklärungen verallgemeinern, Wichtiges hervorheben, Vorhersagen machenVorhersagen machen
PrüfenPrüfenGültigkeit von ModellenGültigkeit von Modellen, , Eindeutigkeit,Eindeutigkeit, Widerspruchsfreiheit, Objektivität, IntersubjektivitätWiderspruchsfreiheit, Objektivität, Intersubjektivität
Beispiel: Prüfen von HypothesenBeispiel: Prüfen von HypothesenVariablenkontrolle Variablenkontrolle (TIMSS-Aufgabe)(TIMSS-Aufgabe)
Die Zeichnungen zeigen mehrere Versuche, die Andrea mit Wagen mit Die Zeichnungen zeigen mehrere Versuche, die Andrea mit Wagen mit unterschiedlich großen Rädern durchgeführt hat. Sie hat sie von unterschiedlich großen Rädern durchgeführt hat. Sie hat sie von unterschiedlichen Höhen hinabrollen lassen. Die Blöcke, die sie hineingelegt unterschiedlichen Höhen hinabrollen lassen. Die Blöcke, die sie hineingelegt hat, haben alle die gleiche Masse.hat, haben alle die gleiche Masse.
Sie möchte folgende Vermutung überprüfen: Je schwerer ein Wagen ist, desto größer ist seine Geschwindigkeit am Fuße der Rampe. Welche drei Versuche sollte sie vergleichen?A. G, T und XB. O, T und ZC. R, U und ZD. S, T und UE. S, W und X
Aufgaben für die Einstiegsphase
Du wünschst dir zum Geburtstag einen Haartrockner und darfst dir selbst einen aussuchen.
Bevor du in ein großes Elektrogeschäft gehst überlegst du dir genau, welche Erwartungen du an den Haartrockner stellst. Sammle möglichst viele Fragen, die du einem Verkäufer stellen willst.
Schreibe jeweils eine Frage auf eine Karteikarte.
Kommentar •Einführung in die Thematik•Eingrenzung des Inhaltsbereichs•Motivation•Zuordnung zur Lebenswelt•Erfassen von Vorwissen und Vorerfahrungen•Ausgangspunkt zur Entwicklung von Fragen, die mit naturwissenschaftlichen Mitteln beantwortbar sind
Beispielsequenz Beispielsequenz (J. Birkner & C. Hermey)(J. Birkner & C. Hermey) Einüben des Entwickelns naturwissenschaftlicher FragestellungenEinüben des Entwickelns naturwissenschaftlicher Fragestellungen
„„Wir untersuchen Haartrockner“Wir untersuchen Haartrockner“
Die Fragen können nach folgenden Kriterien geordnet werden:
Trocknungsleistung
Lautstärke
Handhabbarkeit
Sicherheit
Aussehen, Design
Maße und Gewicht
Technische Daten
Preis und Zubehör
Verständlichkeit der Gebrauchsanweisungen
Beispielsequenz Beispielsequenz (J. Birkner & C. Hermey)(J. Birkner & C. Hermey) Einüben Ordnen und SystematisierenEinüben Ordnen und Systematisieren
Aufgaben für die Planungsphase
Überlege dir, welche der Fragen nur du selbst beantworten kannst, welche du durch Untersuchungen beantworten kannst oder welche der Verkäufer beantworten kann.
Notiere, zu welchen Fragestellungen du Untersuchungen durchführen möchtest!
Handlungen:• Ordnen der Fragen nach o.g. Kriterien• Identifizieren und Dokumentieren der Fragestellungen, die
mit naturwissenschaftlichen Methoden zu bearbeiten sind
Beispielsequenz Beispielsequenz (J. Birkner & C. Hermey)(J. Birkner & C. Hermey) Einüben naturwissenschaftliche FragestellungenEinüben naturwissenschaftliche Fragestellungen
„„Wir untersuchen Haartrockner“Wir untersuchen Haartrockner“
Liste der geplanten Messungen und Untersuchungen
Messung der
•Lautstärke
•Trockenzeit
•Temperatur des Luftstroms
•Geschwindigkeit des Luftstroms
•Luftfördermenge
Untersuchung
•möglicher Haarschädigung durch zu heiße Luft
•der Handhabbarkeit
•der Sicherheit
Beispielsequenz Beispielsequenz (J. Birkner & C. Hermey)(J. Birkner & C. Hermey) Einüben ModellbildungEinüben Modellbildung
Aufgaben für die spezielle Planungsphase
Überlege dir, wie du vorgehen willst.
Plane die Untersuchungen.
Möchtest du alle Untersuchungen machen oder nur einige?
Begründe deine Entscheidung.
Handlungen:• Entwicklung eigener Ideen zu Untersuchungsabläufen
bezogen auf die Fragestellung• Setzung von Schwerpunkten• Einschätzung der Umsetzbarkeit• Eingrenzung des Inhaltsbereichs• Erstellen eines Arbeitsplanes
Beispielsequenz Beispielsequenz (J. Birkner & C. Hermey)(J. Birkner & C. Hermey) Einüben ExperimentierenEinüben Experimentieren
Wie lange braucht der Haartrockner, bis er 5ml Wasser zum Verdunsten gebracht hat?
Trockenzeit
Beispielsequenz Beispielsequenz (J. Birkner & C. Hermey)(J. Birkner & C. Hermey) Einüben VariablenkontrolleEinüben Variablenkontrolle
Aufgaben für die spezielle Untersuchungsphase
(Enge Aufgabenformulierung für unerfahrene Schüler/innen.)
1. Plane einen Versuch, um die Trocknungszeit der verschiedenen Haartrockner vergleichen zu können.
Achte auf
gleiche Wassermengen
gleiche Abstände zwischen Haartrockner und feuchtem Tuch
gleiche Ausrichtung des Luftstromes auf das Tuch
exakte Zeitnahme!
2. Trage die Werte in ein Datenblatt ein.
3. Nenne Gründe dafür, dass Abstand und Richtung zwischen Haartrockner und feuchtem Tuch bei allen Messungen genau gleich groß sein müssen.
Beispielsequenz Beispielsequenz (J. Birkner & C. Hermey)(J. Birkner & C. Hermey) Einüben VariablenkontrolleEinüben Variablenkontrolle
ZusammenfassungZusammenfassungHerausforderungen:Herausforderungen:
Höherer Stellenwert durch geänderte Höherer Stellenwert durch geänderte BildungszieleBildungsziele
Kompetenzentwicklung mit Inhalts- und Kompetenzentwicklung mit Inhalts- und HandlungsdimensionenHandlungsdimensionen
Vernetztes Wissen in innerfachlichen und Vernetztes Wissen in innerfachlichen und überfachlichen Zusammenhängenüberfachlichen Zusammenhängen
Lernen in sinnvollen KontextenLernen in sinnvollen Kontexten Betonung von Denk- und ArbeitweisenBetonung von Denk- und Arbeitweisen
Ich danke für Ihre AufmerksamkeitIch danke für Ihre Aufmerksamkeit
Charakter der KMK-StandardsCharakter der KMK-Standards Mischung aus Content-Standards und Output-Mischung aus Content-Standards und Output-
StandardsStandards Von den Niveauanforderungen her Regelstandards,Von den Niveauanforderungen her Regelstandards,
weil Mindestanforderungen erst in einem längeren weil Mindestanforderungen erst in einem längeren Erfahrungsprozess formuliert und präzisiert werden Erfahrungsprozess formuliert und präzisiert werden können,können,
weil Instrumente zur Kompetenzmessung entwickelt weil Instrumente zur Kompetenzmessung entwickelt werden müssen,werden müssen,
weil ohne diese Arbeiten die Gefahr einer massiven weil ohne diese Arbeiten die Gefahr einer massiven Unterforderung oder Überforderung bestehen könnte.Unterforderung oder Überforderung bestehen könnte.
Die Standards sind noch nicht endgültigDie Standards sind noch nicht endgültig Einstieg in einen angestrebten Paradigmenwechsel Einstieg in einen angestrebten Paradigmenwechsel
hin zu Outcome-Orientierung, Rechenschaftslegung hin zu Outcome-Orientierung, Rechenschaftslegung und System-Monitoring.und System-Monitoring.
PISA-2000PISA-2000Naturwissen-Naturwissen-schaftenschaften
(PISA =(PISA =Program for Program for International International Student Student Assessment)Assessment)
Kompetenzstufen nach PISAKompetenzstufen nach PISAStufe V: Konzeptuelles und prozedurales Verständnis auf hohem NiveauStufe V: Konzeptuelles und prozedurales Verständnis auf hohem Niveau
Analysieren, erklären und kommunizieren mit differenzierten konzeptuellen Modellen Analysieren, erklären und kommunizieren mit differenzierten konzeptuellen Modellen
Stufe IV: Konzeptuelles und prozedurales VerständnisStufe IV: Konzeptuelles und prozedurales Verständniskonzeptuelle und prozedurale naturwissenschaftliche Grundbildung: Prinzipien, konzeptuelle und prozedurale naturwissenschaftliche Grundbildung: Prinzipien,
Zusammenhänge, Denk- und Arbeitsweisen verstehenZusammenhänge, Denk- und Arbeitsweisen verstehen
Stufe III: Funktionales naturwissenschaftliches WissenStufe III: Funktionales naturwissenschaftliches Wissennaturwissenschaftliche Konzepte nutzen naturwissenschaftliche Konzepte nutzen naturwissenschaftliche Untersuchungen nach Details analysierennaturwissenschaftliche Untersuchungen nach Details analysierenerkennen, welche Fragen naturwissenschaftlich beantwortet werden könnenerkennen, welche Fragen naturwissenschaftlich beantwortet werden könnenzwischen relevanten und irrelevanten Daten unterscheiden.zwischen relevanten und irrelevanten Daten unterscheiden.
Stufe II: Funktionales naturwissenschaftliches AlltagswissenStufe II: Funktionales naturwissenschaftliches AlltagswissenVorhersagen, Erklärungen und Überlegungen mit naturwissenschaftlichem Vorhersagen, Erklärungen und Überlegungen mit naturwissenschaftlichem
AlltagswissenAlltagswissenRichtiger Gebrauch von naturwissenschaftlichem Vokabular in einem engen RahmenRichtiger Gebrauch von naturwissenschaftlichem Vokabular in einem engen Rahmen
Stufe I: Nominelles naturwissenschaftliches WissenStufe I: Nominelles naturwissenschaftliches Wisseneinfaches Faktenwissen, Ausdrücke und einfache Regeln (unverstanden) wiedergebeneinfaches Faktenwissen, Ausdrücke und einfache Regeln (unverstanden) wiedergebenmit Alltagswissen Schlussfolgerungen ziehen und beurteilen, Fehlvorstellungen mit Alltagswissen Schlussfolgerungen ziehen und beurteilen, Fehlvorstellungen
sichtbarsichtbar
Naturwissenschaftliche LeistungenNaturwissenschaftliche Leistungennach PISAnach PISA
I
II
III
IV
V
PISA – Ergebnisse 2000PISA – Ergebnisse 2000
Leistungen in Naturwissenschaften Leistungen in Naturwissenschaften deutlich unterhalb des Schnitts der deutlich unterhalb des Schnitts der OECD - StaatenOECD - Staaten
Großer Abstand des unteren Großer Abstand des unteren Leistungsbereichs vom SchnittLeistungsbereichs vom Schnitt
26,3% erreichen nicht einmal die Stufe 26,3% erreichen nicht einmal die Stufe eines funktionalen Alltagswissenseines funktionalen Alltagswissens
Keine ausgeprägten Spitzengruppen im Keine ausgeprägten Spitzengruppen im oberen Leistungsbereichoberen Leistungsbereich
Probleme beim Verständnis und bei der Probleme beim Verständnis und bei der AnwendungAnwendung
