Kornelia Möller, Dillingen 2007
Fördern konzeptueller Entwicklungen von Kindern
im naturwissenschaftlichen Unterricht
Prof. Dr. Kornelia Möller
Seminar für Didaktik des SachunterrichtsUniversität Münster
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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....
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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)
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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)
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Welche „Denkmechanismen“ sind zu erkennen anhand dieser Beispiele?
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Wie kommt es, dass es regnet? (Etzhold)D0: Keine Aussage, D1: Nicht belastbare Aussage,
D2: Ausbaubare Aussagen, D3: Angemessene Deutung
0
5
1 0
1 5
K a te g o rie
Anz
ahl d
er K
inde
r
4 . K l.2 . K l.K ig a .
4 . K l. 0 0 5 5
2 . K l. 0 5 5 0
K ig a . 2 6 2 0
D 0 D 1 D 2 D 3
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Aufgabe von Unterricht
Veränderung von Vorstellungen anregen
Ziele: Belastbare Vorstellungen entwickelnVorstellungen von größerer Reichweite erreichenStabilere Vorstellungen erreichen Integriertere Vorstellungen erreichenAnwendungsfähige Vorstellungen erreichen
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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...
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Verändern von gedanklichen Vorstellungen
In der Lernpsychologie häufig bezeichnet als:
Conceptual Change =
Konzeptuelle Veränderung
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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.
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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).
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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)
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
„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?
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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)
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Ziele frühen naturwissenschaftlichen Lernens heute
Vorstellungen verändern:nicht belastbare Vorstellungen abbauenangemessenere Vorstellungen aufbauenneue Vorstellungen integrieren
um verstandenesanwendungsfähigesweitgehend integriertes Wissen
zu erreichen.
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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?
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
3. Wie kommt es, dass ein großes, schweres Schiff aus Eisen nicht untergeht?
Kornelia Möller, Dillingen 2007
„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.
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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?
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Häufige Vorstellungen von Kindern
Großes sinkt - Kleines schwimmtSchweres sinkt – Leichtes schwimmtLöcheriges sinktFlaches schwimmtLackiertes schwimmtLanges Dünnes schwimmt .....
Ziel: Nicht haltbare Vorstellungen verändern
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Vermutungen überprüfen
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Erfahrungen machen: Ein schwerer Wachsklotz schwimmt, obwohl keine Luft darin ist!
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Unterricht zu dem Thema:„Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff im Wasser nicht untergeht?“
Erkennen: Es kommt auf das Material an, nicht auf Größe, Gewicht, Löcher...
2. Schritt des Unterrichts:
Erforschen: Warum sinken manche Materialien, manche nicht?
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Vergleich der „Schwere“ von Gegenständen mit der „Schwere“ von Wasser
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Unterricht zu dem Thema:„Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff im Wasser nicht untergeht?“
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 ...
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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...
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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.
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Wissensdiagnostik :Baumstammaufgabe
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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.
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Anwendung des Wissens:Würfelaufgabe
Richtige Lösungen:
1. Aufgabe93 %
2. Aufgabe52 %
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Anwendung des Wissens:Ei im Salzwasser
Richtige Lösung:
93 %
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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.
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Motivationale und selbstbezogene Ziele
Hohes Interesse (keine Unterschiede zwischen Mädchen und Jungen)Ausgeprägte intrinsische MotivationHohe LernzufriedenheitAusgeprägtes Kompetenzerleben
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Vergleich eines Unterrichts mit stärkerer Strukturierung/ mit geringerer Strukturierung
Je drei vergleichbare KlassenLehrkraft konstantMaterialien und Unterrichtszeit konstant
Strukturierung als
unterstützende GesprächsführungSequenzierung des komplexen Inhaltes
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Anforderungen an die Lehrkraft
Orientierende Klassengespräche vor Beginn des Unterrichts:
Präkonzepte erheben und Erfahrungen aktualisierenProblemorientierung entwickeln und Vermutungen erfragen und festhalten
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Anforderungen an die Lehrkraft
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
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Anforderungen an die LehrkraftAuswertende Klassengespräche:
Erfahrungen und Deutungen zusammentragen und festhaltenImpulse zur Strukturierung und IntegrationImpulse zur VerallgemeinerungReflektion des Lernwegs anregen
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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.
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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!
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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!
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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)
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Es geht auch anders ... und schneller:
Die Kinder experimentieren und
.... die Lehrkräfte (oder die Schulbücher ...)
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Kornelia Möller, Dillingen 2007
... 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!
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Naturwissenschaften in der Grundschule
Nicht: Wissen vermitteln ....,sondern Wissensumstrukturierung fördern
als wesentliches Element eines kognitiv anspruchsvollen Unterricht in der Grundschule!
Kornelia Möller, Dillingen 2007
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Universität MünsterSeminar für Didaktik des Sachunterrichts
ddsu.uni-muenster.de/www/
Kornelia Möller, Dillingen 2007
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.