Ute Franz, IfG, Physikdidaktisches Kolloquium, 28.01.2003 Physikalische Lerninhalte in der Grundschule Wie werden Schülerinnen und Schüler für den Natur-

Ute Franz, IfG, Physikdidaktisches Kolloquium, 28.01.2003

Physikalische Lerninhalte in der Grundschule

Wie werden Schülerinnen und Schüler für den Natur- und Technikunterricht der 5. Jahrgangsstufe vorbereitet?

IfG Institut für GrundschulforschungErziehungswissenschaftliche Fakultät der FAU Erlangen-Nürnberg

Ute Franz


Physikalische Lerninhalte in der GrundschuleWie werden Schülerinnen und Schüler für den Natur- und Technikunterricht

der 5. Jahrgangsstufe vorbereitet?

1. Was soll in der Grundschule vermittelt werden?

2. Wie sollen physikalische Lerninhalte in der Grundschule vermittelt werden?

3. Empirische Studie zu Wissenserwerb und Interessenförderung im naturwissenschaftlichen Bereich des Sachunterrichts

4. Ausblick


1. Was soll in der Grundschule vermittelt werden?

Ziele


Bildungsauftrag der Grundschule

vgl. Kößler 1988; Einsiedler 1997

1. Wissen und Verstehen erwerben

• deklaratives Wissen

• prozedurales Wissen

• Lernstrategien

2. Interessen entwickeln

• positive Einstellungen zu Lerngegenständen

• Lernmotivation

3. Wertorientierungen anbahnen


Grundlage für zunehmend eigenverantwortliches Handeln

Orientierung an Erfahrungen der Kinder

Grundlage für weiterführendes Lernen

Orientierung an fachlich gesichertem Wissen

Gegenwart Zukunft

Kind-orientierung

Wissenschafts-orientierung


Bildungspotential der naturwissenschaftlichen und technischen Perspektive

im Sachunterricht

vgl. Perspektivrahmen der Gesellschaft für Didaktik des Sachunterrichts (GDSU), 2002

Naturwissenschaftliche Perspektive:

• Kennen von Stoffeigenschaften und Stoffumwandlungen

• Untersuchung von Naturphänomenen im Hinblick auf physikalische Regelhaftigkeiten

• Naturwissenschaftliche Verfahren erarbeiten

Technische Perspektive:

• Erweiterung des lebenspraktischen technischen Könnens

• Verstehen grundlegender technischer Funktions- und Handlungszusammenhänge

• geschlechtsspezifische Einstellungen zur Technik thematisieren und Hemmnisse abbauen


Inhalte


Neuer Lehrplan „Heimat- und Sachunterricht“ in Bayern (2000)

• wieder stärkere Wissenschaftsorientierung (Lebensweltorientierung)

• stärkere Betonung naturwissenschaftlicher Inhalte und Verfahrensweisen

• neue Anordnung der Themen


Beispiel: „Elektrizität“ im bayerischen Lehrplan für Heimat- und Sachunterricht (2000)

Themen-bereiche:

Lernfeld 1: Köper- und Gesundheit

Lernfeld 2: Individuum und Gemein-schaft

Lernfeld 3: Zeit und Geschichte

Lernfeld 4: Heimat und Welt

Lernfeld 5: Arbeit und Freizeit

Lernfeld 6: Natur und Technik

Lernfeld 7: Tiere und Pflanzen

…

3.7.2

Magnetis-mus und

Elektrizität

3.7

Erkunden der

Umwelt

3.7.2 Magnetismus und Elektrizität

• Die magnetische Wirkung kennen

• Einen einfachen Stromkreis bauen und anwenden

• Die elektromagnetische Wirkung erproben

• Die verschiedenen Wirkungen des elektrischen Stromes untersuchen



Themen-bereiche:








…

3.7

Erkunden der

Umwelt

3.7.3

Nutzung von Strom

3.7.2

Magnetis-mus und

Elektrizität

3.7.3 Verantwortungsbewusste Nutzung von Strom

• Bedeutung des Stromes für das Alltagsleben erfassen

• Strom sparen als Notwendigkeit begreifen



Themen-bereiche:








…

Teilaspekt von 3.7.2

3.7

Erkunden der

Umwelt

3.7.3

Nutzung von Strom

3.7.2

Magnetis-mus und

Elektrizität

Die Gefahren des elektrischen Stromes kennen


Themen mit physikalischer bzw. technischer Perspektive im bayerischen Lehrplan für Heimat- und Sachunterricht (2000)

1. Jahrgangsstufe

1.2.3 Materialien Verschiedene Eigenschaften von Materialien über die Sinne wahrnehmen Nutzung von Materialeigenschaften (z.B. transparentes Material für Fensterscheibe)

1.3.3 Technisches Spielzeug

Mit mechanischem Spielzeug spielen und die Funktion erkennen Eine mechanische Funktion erkunden: Rolle, Hebel oder einfacher Antrieb Ein Modell bauen

1.6.2 Tag und Nacht

Mit Licht und Schatten Erfahrungen sammeln Die Raum-Lage-Beziehung zwischen Lichtquelle, Gegenstand und Schatten

bestimmen Versuche mit Schattenstab oder Sonnenuhr vornehmen

1.7.2 Erfahrungen mit der Luft

Mit Luft spielerisch umgehen Einfache Spielzeuge bauen; Fallschirm und Löwenzahn-Samen

1.7.3 Erfahrungen mit Wetter

Wettererscheinungen beobachten


2. Jahrgangsstufe

2.6.1 Uhr und Uhrzeit Relative Zeitmesser bauen und erproben; normierte Zeitmesser Uhrzeiten ablesen, Zeitpunkte und –dauern ermitteln

2.7.2 Erfahrungen mit Wasser

Schwimmen und Sinken erproben Zustandsformen unterscheiden; fest, flüssig, gasförmig Einfache Trennverfahren durchführen (absinken lassen, destillieren...)

2.7.3 Erfahrungen mit Temperaturen

Einfluss verschiedener Temperaturen auf Materialien und Stoffe untersuchen Das subjektive Empfinden von Temperaturen erkunden Thermometer bauen und Temperaturen messen (Ausdehnung bei

Temperaturzunahme)


3. Jahrgangsstufe

3.2.2 Sinnesleistungen (Auge oder Ohr, in Verbind. mit 3.2.3) Leistung und Aufbau des Auges (Linse, Blende etc.) Schutz vor Lichteinstrahlung (z.B. Filter) Leistung und Aufbau des Ohrs (Schall als Bewegung der Luft verstehen; Schallwandler);

hoch-tief, laut-leise Schutz vor Lärm

3.2.3 Optische oder akustische Phänomene ("Licht" oder "Schall" ist verbindl.) Ausbreitung des Lichts und Spiegelphänomene bewusst machen Die Ausbreitung des Schalls untersuchen Verstärken oder Bündeln des Schalls: Trichter, Lautsprecher, Hörrohr

3.3.1 Medien als Fenster zur Welt Computerprogramme, Internet, Suchmaschinen

3.4.3 Maschinen helfen bei der Arbeit Möglichkeiten der Arbeitserleichterung beim erkundeten Betrieb beobachten, z.B.

Transport, Lasten heben Entwurf, Bau (technischer Baukasten) und Erprobung einfacher Kräne, Seilwinden,

Fahrzeuge o.Ä.

3.5.4 Bedeutung des Waldes Temperaturausgleichsfunktion von Waldgebieten (Speicherung von innerer Energie)


3. Jahrgangsstufe

3.6.2 Orientierung mit Kartenskizze ... Haupt- und Nebenhimmelsrichtungen anhand natürlicher oder technischer

Hilfsmittel bestimmen

3.7.1 Verbrennung Entzündungstemperatur...

3.7.2 Magnetismus und Elektrizität

3.7.3 Verantwortungsbewusste Nutzung von Strom Bedeutung des elektrischen Stroms für das Alltagsleben erfassen Strom sparen als Notwendigkeit begreifen

3.7.4 Technische Entwicklung im Wandel der Zeit Den Einfluss technischer Entwicklung auf das Zusammenleben in verschiedenen

Zeitabschnitten betrachten: Entweder Heiztechnik oder elektrischer Gebrauchsgegenstand

3.7.4 Technische Entwicklung im Wandel der Zeit Vergleich von Zeitaufwand – Kosten – Nutzen – Umweltverträglichkeit (Energie...)

3.8.1 Das Verkehrsmittel Fahrrad Umweltfreundlichkeit

3.8.3 Angemessenes Verhalten im Verkehr Schutz und Sicherheit: Schutzkleidung und Helm, Beleuchtungsanlagen am

Fahrrad


4. Jahrgangsstufe

4.5.1 Der natürliche Kreislauf des Wassers

Den Weg des Regenwassers beschreiben, Versuche zur Wasserdurchlässigkeit verschiedener Bodenarten

Messgeräte zur Wetterbeobachtung entwerfen, bauen und erproben Wolkenbildung und Niederschlag verstehen: Verdunsten, Verdampfen,

Kondensieren, Gefrieren

4.5.3 Wasserversorgung, Abwasseraufbereitung als Aufgaben der Gemeinde: Entweder Wasserversorgung: System der verbundenen Röhren

oder Abwasseraufbereitung: Reinigungsversuche

4.7.1 Ausgangsstoffe und –materialien Teilchenmodell zum „in Lösung gehen“ oder „Schmelzen“ Material/Werkstoffe verarbeiten (Energieaufwand...)


2. Wie sollen physikalische Lerninhalte in der Grundschule vermittelt werden?


Unterrichtshinweise aus dem Fachprofil Heimat- und Sachunterricht (2000)

• Problemorientiertes Lernen

• Projektorientiertes Lernen

• Handlungsorientiertes Lernen

• Selbständiges bzw. selbstgesteuertes Lernen

• Forschend-entdeckendes Lernen


Moderat konstruktivistisch orientierter Lernbegriff

• Lernen knüpft an den Vorerfahrungen und Vorwissen an

• Lernen ist eine aktive und individuelle Konstruktion von Wissen

Merkmale einer moderat konstruktivistisch orientierten Lernumgebung

vgl. Möller 1999

• Möglichkeiten zum selbständigen Lernen schaffen

• Zeit für individuelle Lernwege (auch Umwege und „Fehler“) lassen

• Aufgaben in (Alltags-)Situationen einbetten

• Lernsituation didaktisch strukturieren (offene und strukturierte Phasen)

• Kommunikation und Kooperation zwischen den Schülern zulassen


Experimentieren in der Grundschule

Worauf man beim Experimentieren in der Grundschule achten sollte

vgl. u.a. Spreckelsen, 1992

• keine „Trivialisierung“!

• vom Staunen zum Erkennen kommen

• Einsatz von „Alltagsmaterialien“

• Anordnung in Phänomenkreisen


Einsatzmöglichkeiten für Experimente in der Grundschule

• Lernen an Stationen (Erarbeitung, Vertiefung)

• Morgenkreis

• Freiarbeit

• Werkstatt-Unterricht


3. Empirische Studie zu Wissenserwerb und Interessenförderung im naturwissenschaftlichen

Bereich des Sachunterrichts


Bedeutung von

Lehrer- und Wissenserwerb und

Unterrichtsvariablen Interessenentwicklung

im naturwissenschaftlichen Bereich des Sachunterrichts

für

Unterrichtssequenzen in dritten Klassen zu den Themen:

„Der einfache Stromkreis“ und „Die Verbrennung“


Unabhängige Variablen

Lehrervariablen

• Aus- und Weiterbildung• Kompetenzgefühl• Interesse

Lehrerfragebogen

Unterrichtsvariablen

• Problemorientierung• Autonomieorientierung• Kindorientierung• Fachgem. Arbeitsweisen• ...

Unterrichtstagebuch

Abhängige Variablen

Wissen•„Strom“•„Verbrennung“

Schülervariablen

Wissenstest

Interesse• „Strom“•„Verbrennung“

Interessenfragebogen

Forschungsdesign


Stichprobe

Lehrerinnen:

n = 21

Schulen:

13 Grundschulen

(Stadt Nürnberg, Stadt Erlangen, Landkreis Fürth, Landkreis Erlangen-

Höchstadt)

Kinder:

n = 461

Mädchen = 224

Jungen = 237


September 2001

November 2001

Vor den

Unterrichts-sequenzen

„Strom“ und

„Verbrennung“

Hauptuntersuchung im Schuljahr 2001/2002

Untersuchungsplan für jeweils eine Klasse

Während der Unterrichtssequenz

„Strom“

Nach der Unterrichtssequenz

„Strom“

Während der Unterrichtssequenz

„Verbrennung“

Dezember 2001

Mai 2002

Nach der Unterrichtssequenz

„Verbrennung“

Lehrerfragebogen

Wissenstest „Strom + Verbrennung“

Interessenfragebogen„Strom + Verbrennung“

Unterrichtstagebuch

Unterrichtstagebuch

Wissenstest +Interessenfragebogen

„Strom “

Wissenstest + Interessenfragebogen

„Verbrennung“

Phase 1

Phase 2


Ausgewählte Ergebnisse

Lehrerinnen


Unterrichtsfach

(nicht vertieft studiertes Fach)

44 SWS

Fachwissenschaft

Fachdidaktik

Studium für das Lehramt an Grundschulen in Bayern

Erziehungswissen-schaftliches Studium

32 SWS

Pädagogik/ Schulpädagogik

Psychologie

Politikwissenschaft oder Soziologie oder Landes- und

Volkskunde

Philosophie oder Theologie

Unterrichtsfach

(nicht vertieft studiertes Fach)

44 SWS

Fachwissenschaft

Fachdidaktik

Didaktik der Grundschule

44 SWS

1. Grundschulpädagogik

• Pädagogik der Grundschule

• Schriftspracherwerb

• Sachunterricht

2. Didaktikfächergruppe

• Deutsch

• Mathematik

• Kunst oder Sport oder Musik


Lehrerfragebogen


Aus- und Fortbildung

Kompetenzgefühl

-> Bitte beantworten Sie die folgenden Fragen, indem Sie auf der Skala von 1 bis 4 ankreuzen. 1 = überhaupt nicht 2 = wenig 3= ziemlich 4 = sehr

Privates Interesse

Berufliches Interesse

Als wie gut empfanden Sie Ihre bisherigen Fortbildungsaktivitäten in folgenden Bereichen?

Wie hoch schätzen Sie Ihre Kompetenz ein, spontane Fragen der Kinder zu folgenden Bereichen zu beantworten?

Wie sehr interessiert Sie privat folgendes?

Wie gerne setzen Sie sich mit folgenden Themen für die Unterrichtsvorbereitung inhaltlich auseinander?


Ausbildung in Physik bzw. im physikalischen Lernbereich des Sachunterrichts

• Physik als Unterrichtsfach: 0 (21)

• Physik als Didaktikfach: 0 (21)

2,65

2,21

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Aus- und Fortbildung Kompetenzgefühl

Einschätzungen zur Aus- und Fortbildungssituation und zum Kompetenzgefühl


Interesse an Physik/bzw. am physikalischen Lernbereich des Sachunterrichts

2,61

1,99

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Privates Interesse Berufliches Interesse



Unterricht


Unterrichtstagebuch


Problem-orientierung

Kind-orientierung

-> Bitte kreuzen Sie das Kästchen dann an, wenn Sie die Aussage mit JA beantworten können

Autonomie-orientierung

Fachgemäße Arbeitsweisen führten die Kinder selbständig Experimente durch.

wählten die Kinder unter verschiedenen Aufgabenarten frei aus.

wurde von einer Problemfrage ausgegangen.

griff ich Ideen der Kinder auf.

habe ich mich über das Vorwissen der Kinder informiert.

In dieser Unterrichtseinheit...


Was wurde unterrichtet?

Ausgewertete Unterrichtseinheiten: 126

Thema Häufigkeit Leistung von Strom (Licht, Wärme, Bewegung) 20 Bauen einer Beleuchtungsanlage 18 Funktionsweise eines Schalters 17 Leiter und Nichtleiter 17 Gefahren des Stroms 17 Teile einer Glühbirne 15 Aufbau eines Stromkreises 8 Stromsparen 4 Parallel- und Reihenschaltung 2 Die Batterie 1 Stromerzeugung 1 Stromarten 1

Thema Häufigkeit Leistung von Strom (Licht, Wärme, Bewegung) 20 Bauen einer Beleuchtungsanlage 18 Funktionsweise eines Schalters 17 Leiter und Nichtleiter 17 Gefahren des Stroms 17 Teile einer Glühbirne 15 Aufbau eines Stromkreises 8 Stromsparen 4 Parallel- und Reihenschaltung 2 Die Batterie 1 Stromerzeugung 1 Stromarten 1


Wir bauen einen Leuchtturm

Wie können wir unsere Weihnachtskrippe beleuchten?

Wir bauen ein „Richtig-Falsch“-Spiel

Eine elektrische Beleuchtung für meine Laterne


Wie wurde unterrichtet?

Ausgewählte Unterrichtsvariablen

46%

39%

17%

0

10

20

30

40

50

60

Problemorientierung Kindorientierung Autonomieorientierung


Einsatz von Experimenten

17% 21%

53%

34%

0

10

20

30

40

50

60

Demonstration

Schülerversuch

Strom

Verbrennung



Schülerinnen und Schüler


Wissenstest


9. Petra hat diesen Stromkreis genau nach Anleitung gebaut, aber das Lämpchen leuchtet trotzdem nicht.

Warum leuchtet das Lämpchen nicht? Welche Begründungen stimmen? Kreuze ja oder nein an!

Weil das Lämpchen zu klein ist. ja nein Weil das Lämpchen kaputt ist. ja nein Weil die Batterie leer ist. ja nein Weil die Drähte zu lang sind. ja nein Weil die Batterie und das Lämpchen auf einem Holztisch stehen. ja nein


Wie viel wissen Schülerinnen und Schüler vor dem Unterricht zum Thema „Strom“?

KLASSE

Wis

se

n1,00

,50

0,00


Wie viel wissen Schülerinnen und Schüler vor und nach dem Unterricht zum Thema „Strom“?

KLASSE

Wis

se

n1,0

,5

0,0

Prätest

Posttest


Interessenfragebogen


überhaupt nicht nicht so sehr ziemlich sehr!

SchulischesInteresse

PrivatesInteresse

Wie sehr interessieren dich diese HSK-Themen?

Wie gerne würdest du mit diesem Spielzeug spielen?

Wie gerne würdest du diese Bücher lesen?

Wie gerne würdest du das tun?


Wie sehr interessieren sich Schülerinnen und Schüler vor dem Unterricht für das Thema „Strom“?

KLASSE

Sch

ulisch

es I

nte

re

sse

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0


Wie sehr interessieren sich Schülerinnen und Schüler vor und nach dem Unterricht für das Thema „Strom“?

KLASSE

Sch

ulisch

es I

nte

resse

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

Prätest

Posttest


Zusammenfassung der Schülerergebnisse

Klassenunterschiede

Prätest Posttest

Wissen

Schulisches Interesse

**

****


4. Ausblick


Betonung naturwissenschaftlicher Inhalte in

Sach-unterricht

Universität

• Forschung

• Lehre

Kooperation mit den Fachdidaktiken


Schule

Grund-schule

Austausch zwischen den Schularten

• Inhalte

• Methoden

• Medien/Materialien

Austausch zwischen Lehrern und Schülern

• Vorwissen

• Interessen, Erfahrungen, Fragen

• „Methodenkompetenz“

Natur und

Technik

Lernvoraussetzungen erheben!

• Medien/Materialien


Internetportal zum Sachunterricht:

www.sachunterricht-online.de

Kontakt:

Ute Franz

Institut für Grundschulforschung

Erziehungswissenschaftliche Fakultät der FAU

Regensburger Str. 160, 90478 Nürnberg

Tel.: 0911/5302-533; Mail: [email protected]

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