Vom Regen zu den Aggregatzuständen Die Entwicklung einer naturwissenschaftlichen Grundbildung von der Grundschule in die weiterführende Schule Eva-Maria

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)

Grundbildung – Rahmenvorgaben – Unterricht - Beispiel

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 EierschaleO ein PlastikbecherO ein PapiertellerO 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 EierschaleO ein PlastikbecherO ein PapiertellerO eine Orangenschale (566)

Forschung: Kompetenzmodelle Kompetenzstufen IGLU• Vorschulisches Alltagswissen1. Einfache Wissensreproduktion2. Anwenden alltagsnaher Begriffe3. Anwenden naturwissen-

schaftlicher Begriffe4. Beginnendes naturwissen-

schaftliches Verständnis5. 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 gebenO ein Vergrößerungsglas verwendenO einen Magneten verwendenO die Mischung erhitzen (566, Stufe V)

Forschung: Kompetenzmodelle Kompetenzstufen IGLU• Vorschulisches Alltagswissen1. Einfache Wissensreproduktion2. Anwenden alltagsnaher Begriffe3. Anwenden naturwissen-

schaftlicher Begriffe4. Beginnendes naturwissen-

schaftliches Verständnis5. 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

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Forschung: Kompetenzmodelle Beginn der GrundschuleEinfache WissensreproduktionAnwenden alltagsnaher Begriffe


Ende Sek. IKonzeptuelle und prozeduraleGrundbildungNutzung konzeptueller Modelle

?

Bildungsstandards für den Mittleren SchulabschlussKompetenzbereiche • Fachwissen • Erkenntnisgewinnung • Kommunikation • Bewertung

Basiskonzepte

Einführung – Rahmenvorgaben – Unterricht - Beispiel

Chemie• Stoff-Teilchen-Beziehungen• Struktur-Eigenschafts-

Beziehungen• chemische Reaktion• energetische Betrachtung bei

Stoffumwandlungen

Biologie• System• Struktur und

Funktion• Entwicklung

Physik• Materie• Wechselwirkung• System• Energie

WahrnehmenOrdnenErklärenPrüfenModelle bildenWissen erschließen/dokumentierenExperimentieren

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

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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:• SpezialistenStärken: • 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·aWissen über gelegte Grundlagen

Wissen über Erwartungen

Vom Regen zu den Aggregatzuständen – GS meets WS


UnterrichtGS

anzustrebende bzw. zu erwartende Ergebnisse

UnterrichtWS

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 überKontexte Wissen Methoden


Beruf

Ausbildung

ChemiePhysik

Biologie

Nawi 5/6

Lernfeld Natur im SU

Elementarbereich

Beobachten

Beschreiben

Vergleichen/Ordnen

messen

Wissen erschließen

Experimentieren

Prüfen

Erklären

Modelle finden

Wissen dokumentieren

Documents

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