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Naturwissenschaftliches Lernen und Lehren im Sachunterricht an

Grundschulen

Universität Münster Seminar Didaktik des Sachunterrichts

Klaus Lemmen

SinustagungNeuss

14.03.2008


Agenda

1. Einführung – Zur Entwicklung des naturwissenschaftlichen Lernens und Lehrens von der Heimatkunde bis heute

2. Naturwissenschaftliches Lernen und Lehren am Beispiel des Unterrichtsthemas: Luftdruck und Wetter

3. Experimente zum Thema Luftdruck

Pause

4. Nachbesprechung der Versuche, Vorstellung der Unterrichtseinheit Luftdruck und Wetter

5. Vorstellungen von Kindern vor und nach der U-Einheit (Prä-/Postkonzepterhebungen) – Conceptual Change


1. Einführung

• Bis in die 90er Jahre: Kaum Sachunterricht mit naturwissenschaftlich-technischem Schwerpunkt– v.a. Biologie und Geographie

• TIMS und Pisa: Schüler im Alter von 15 Jahren haben mittelmäßige bis schlechte naturwissenschaftliche Kenntnisse– Forderung: Grundschulkinder sollten für einen naturwissenschaftlichen

Unterricht der Sekundarstufe besser vorbereitet werden

• Neue entwicklungspsychologische Erkenntnisse (B. Sodian, E.Stern)– Kinder im Grundschulalter sind zu weit anspruchsvolleren

Lernprozessen fähig, wenn Sie sich auf spezifische Erfahrungen in dem jeweiligen Inhaltsbereich stützen können


1. Einführung

• Die Industrie beklagt den Ausbildungsstand von angehenden Wissenschaftlern und Ingenieuren in Deutschland– Zu wenig Interesse an Naturwissenschaften und Technik

• Sachunterrichtsdidaktiker (M.Soostmeyer, S.Thiel, W.Köhnlein, K.Möller, H. Schreier, M.Zolg …) fordern die Vermittlung grundlegender Kenntnisse im Bereich des naturwissenschaftlich-technischen Lernens– Im Besonderen: Physik, Chemie und Technik


1. Einführung

Aus Fehlern der Vergangenheit lernen …

eine kurze Geschichte der Entwicklung des Sachunterrichts in Deutschland


1. Einführung

• Zu Beginn der 20er Jahre: Heimatkunde– Wichtigster Vertreter: Eduard Spranger (1882 – 1963)

• Die Kinder sollten wie in einem Brennglas ohne Trennung von Fächern am Beispiel der heimatlichen Umgebung lernen– V.a. geographische, biologische, historische Kenntnisse

• Grundlegende Bildung entsteht nach Spranger durch– Verbindung des Wissenserwerbs mit den persönlichen Erlebnissen in

der Heimat– Dadurch wird anschlussfähiges Wissen (so Spranger) aufgebaut


1. Einführung

• In den 50er Jahren: Sputnik-Schock (1957)– In den USA wurden „geschlossene Curricula“ mit festen Vorgaben

der Inhalte und Arbeitsweisen entwickelt– Neue Formen des naturwissenschaftlichen Lernens wurden diskutiert:

Entdeckendes Lernen (Jerome Bruner)– Entwicklungspsychologie: Man nahm Abschied von festen

Zuordnungen einzelner Fähigkeiten zu Altersstufen der Kindheit; Wichtiger: Gestaltung einer anregungsreichen Lernsituation.

• Diese Reformen hatten großen Einfluss auf die Entwicklung des Sachunterrichts in Deutschland– Reform der Lehrpläne in allen Bundesländern: ab Kl.1 Physik,

Chemie, Erdkunde, Geschichte (in NRW sogar 9 Fächer)


1. Einführung

– wissenschaftorientierter Sachunterricht, bezogen auf jede Altersstufe– Basiskonzepte sollten vermittelt werden (z.B. dass jede Materie aus

kleinsten Teilchen besteht)– Die Inhalte sollten nicht mehr aus der Heimat, der Lebensumgebung

der Kinder, sondern aus den Wissenschaften kommen.

• Abkehr vom Schwerpunkt des wissenschaftsorientiertenSachunterrichts Ende der 70er Jahre– Hauptkritik: Inhalte gingen an den Interessen der Kinder vorbei

• Kl.2: Steigt Öl in einem Kreidestück hoch?; • Lösen sich Zucker und Salz in Spiritus?

– Die Lehrkräfte waren für diese Art des Unterrichts nicht ausgebildet– Sachunterricht sollte Kompetenzen für die unmittelbare Bewältigung des

Alltags vermitteln (Lebens-Propädeutik)


1. Einführung

– Nicht mehr fächerspezifisch, sondern fächerübergreifend sollte gelernt werden.

• Wichtigste Methode: Projektunterricht– Rückbesinnung: Stärkerer Heimatbezug, emotionale Verbindung

(Migranten wurden dabei nicht berücksichtigt): Lebensweltorientierter Sachunterricht

• Problem des Lebensweltorientierten Sachunterrichts– Der Begriff Lebenswelt hat viele Facetten (Edmund Husserl:

„Es handelt sich um eine spezifisch subjektive Weltsicht, Menschen führen ihr Leben in ihrer Welt eher unreflektiert, man kann sogar sagen, es ist ein naives Hineinleben in den Alltag“


1. Einführung

– Subjektives Erleben wird stark betont, Bewusstmachen von Strukturen und Reflexion des Alltagsverhaltens auf begründete Regeln und Wertorientierung hin stehen dagegen zurück.

– Z.T. finden sich triviale Themen in den Lehrplänen:» „Erzählen vom Schwimmbad“» „Spielzeug aus Müll“» Ein Didaktiker hat beim Thema Hunde sogar eine

„subjektive Hundekunde“ empfohlen

– Wenn man beim Subjektiven stehen bleibt, entstehen falsche Konzepte


1. Einführung

• Lebenswelt-Sachunterricht allein– läuft Gefahr, nur Alltagswissen zu wiederholen und evtl. Projekte

hervorzubringen, die zwar „hübsch“ sind, aber wenig Bildungswert enthalten

• Wissenschaftlicher Sachunterricht allein– läuft Gefahr, den Kindern fachliche Themen überzustülpen, die in ihrem

Alltag nicht vorkommen und die in bloße Arbeit mit Begriffen und Merksätzen münden.

Wie soll also der moderne naturwissenschaftliche Sachunterricht aussehen?


1. Einführung

• Anfang 2000 entwickelte die Gesellschaft für die Didaktik des Sachunterrichts (GDSU) in Kommissionen und Arbeitskreisen für ganz Deutschland einen Rahmenplan und gemeinsame Zielsetzungen

– „Perspektivrahmen Sachunterricht“ 2002– Kein Curriculum, sondern offener Rahmen für detaillierte Ausarbeitung

von Lehrplänen– 5 Bereiche:

• Sozial- und kulturwissenschaftliche Perspektive• Raumbezogene Perspektive• Naturwissenschaftliche Perspektive• Technische Perspektive• Historische Perspektive


1. Einführung

– Anstelle des Fachunterrichts tritt das Vernetzungsmodell, Querverbindungen zwischen den Bereichen werden aufgezeigt.

• Viele Lehrpläne werden zur Zeit überarbeitet bzw. treten gerade in Kraft, folgende Entwicklungen können charakterisiert werden:

– Keine Fächer mehr, sondern Vernetzung von Lebenswelt mit mehreren Fachperspektiven.

– Keine geschlossenen Curricula, aber gemeinsame Grundlagen in wichtigen Ziel- und Inhaltsbereichen.

– In allen Bundesländern wieder viel stärkere Betonung naturwissenschaftlicher Themen.

– In der Didaktik wird die Anschlussfähigkeit des Wissens gefordert; Strukturwissen soll vermittelt werden.


1. Einführung

– In der Pädagogischen Psychologie wendet man sich gegen naive Methoden von Anschauungsunterricht und entwickelt eine forschungsbasierte Unterrichtstheorie, nach der die Schüler nicht nur sinnlich erfahren,

• sondern z.T. abstrakte Denkstrukturen aufbauen.

• Aktuellen Untersuchungen (Hardy, Jonen, Möller & Stern 2006) zum naturwissenschaftlichen Lernen:– Strukturierungshilfen: Die Lehrerin weist auf sinnvolle Abfolge von

Teilthemen hin und fokussiert auf die wichtigsten Aspekte– Kognitive Aktivierung: Die Lehrerin fordert immer wieder zur

kognitiven Durchdringung der Probleme auf: Vergleichen von Ergebnissen; Hinweise, aus Beobachtungen etwas abzuleiten; Anleitung zum wissenschaftlichen Denken, d.h. Vermutung überprüfen; Aufforderung zu Schlussfolgerungen


1. Einführung

Wie können Lehrkräfte unterstützt werden, die anspruchsvollen

modernen naturwissenschaftlichen

Sachunterricht unterrichten möchten?


1. Einführung

„Von Chirurgen verlangen wir nicht, dass sie sich auf ihrem Weg zur Arbeit Verbandstoff und scharfe Skalpelle besorgen, aber wir erwarten das entsprechende von Lehrern. Das funktioniert nicht.“

(Physics Today Online, 29.1.2002)


1. Einführung

Hindernisse auf dem Weg zur Implementation vom naturwissenschaftlichem Sachunterricht

– Das Sammeln und Besorgen der Materialien für die Experimente –Sehr zeitaufwändig.

– Viele Grundschullehrkräfte haben nicht ausreichende fachliche und didaktische Vorkenntnisse im Bereich Naturwissenschaften/Technik

– Lehrerinnen und Lehrer müssen selbst erfahren, dass Naturphänomene verstehbar sind (Fortbildungen in der 3.ten Phase sind notwendig)

– „untaugliche“ Experimente in Experimentierbüchern


1. Einführung

Was Grundschullehrerinnen und –lehrer für anspruchsvollen naturwissenschaftlichen Sachunterricht brauchen:

– (fast) alle für den Unterricht benötigten Materialien

– Fachliche Hintergrundinformationen, verständlich aufbereitet – am konkreten Unterricht orientiert

– Organisatorische Hinweise für den Unterricht und detaillierte Unterrichtsvorschläge

– Arbeitsblätter und Demonstrationsmaterialien


1. Einführung

– Didaktische und methodische Hilfen

– Hinweise auf typische Schülervorstellungen, Schülerfragen und Lernschwierigkeiten


2. Luftdruck und Wetter

Warum dieses Thema?- Lehrplan- alle Kinder haben bereits Erfahrungen mit Luft gemacht- starke Neugierde , Motivation

Welche Vorstellungen haben Kinder zu diesem Thema?- Luft nimmt keinen Platz ein- Luft ist nur da, wenn der Wind weht- Luft hat kein Gewicht

- Luft enthält Sauerstoff, ohne Luft kein Leben- Luft kann etwas bewegen, antreiben, bremsen



Kurzbefragung (nur für sich selbst)

Wie funktioniert ein Wandhaken?



Wiegt Luft etwas?

- Luft hat Gewicht- eine wichtige Erkenntnis für den weiteren Unterricht



Aufbau der Luftschichten

Wir leben auf dem Grund eines Meeres aus Luft …



Otto von Guericke- lebte vor ca. 350 Jahren- war Bürgermeister von Magdeburg- war begeisterter Naturwissenschaftler- ging der Frage nach:

Kann es einen Raum ohne Luft geben?


4. Unterrichtseinheit zu Luftdruck und Wetter

- 1. Sequenz: Hat Luft Gewicht?

- 2. Sequenz: Das Luftmeer

- 3. Sequenz: Wir entdecken das „Nichts“

- 4. Sequenz: Die Entdeckung des Vacuums durch Otto von Guericke – Die Magdeburger Halbkugeln

- 5. Sequenz: Die Wirkung des Luftdrucks anhand verschiedener Versuche erfahren

- 6. Sequenz: Ottos erste Wettervorhersage – das Barometer

- 7. Sequenz: Der Luftdruck verändert sich mit der Höhe


Veränderung in unseren Vorstellungen

Wie funktioniert der Wandhaken?

Vergleich der Vorstellungen Prä-Postkonzepte


Veränderung in unseren Vorstellungen

vor dem Unterricht nach dem Unterricht

Ja. .. Das da drinnen keine Luft ist, und dann saugt sich das so an. (Felix 2000)

Dann geht da drinnen die Luft raus, ja, dann bleiben die kleben. Ja, auch weil das dann so drückt, von außen, die Luft. (Felix 2000)

Die bleiben kleben! (Aria, prä 2000) Ich glaub, weil wenn man da dran drückt, kommt die Luft raus und die äußere Luft drückt das dran. (Aria, 2000)

Die Luft wird darunter zusammengedrückt, sozusagen, deshalb bleibt das genauso kleben wie das Glas. (Pia 2004)

Weil da wieder keine Luft drunter ist und die Luft von außen den herunter drückt. (Pia 2004)

Was passiert wohl, wenn du diesen Wandhaken hier auf die Platte drückst?


Was verstehen wir unter lernen?

Lernen ist Verändern von VorstellungenFalsche Vorstellungen werden als nicht belastbar erkannt und

verändert

• Neue Vorstellungen, Erklärungen und Zusammenhänge werden entdeckt

• Vorhandene Vorstellungen werden präzisiert, ausdifferenziert, feiner abgestimmt

• Vorstellungen werden in verschiedenen Situationen angewendet und

• Vorstellungen werden integriert


Im Unterricht das Verändern von Vorstellungen unterstützen

• Entdeckendes Lernen ermöglichen • Motivierende Aufgaben und Fragen• Gemeinsam denken und diskutieren• Lernmaterialien als Unterstützung• Anwendungen und sinnvolle Kontexte • Reflexion fördern

Lernen als Conceptual Change und konstruktivistische Ansätze als theoretische Basis


Im Unterricht das Verändern von Vorstellungen unterstützen

Solche Lernprozesse …

• fördern Kinder anspruchsvoll• fördern Kinder in ihrer kognitiven Entwicklung• entwickeln bei Kindern Interesse für naturwissenschaftliches

Denken• gleichen vorhandene Erfahrungsdefizite bei Kindern aus• und verfolgen darüber hinaus auch soziale und affektive Lernziele.


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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