Naturwissenschaftliches Lernen und. Grundschulen

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1 Naturwissenschaftliches Lernen und Lehren im Sachunterricht an Grundschulen Universität Münster Seminar Didaktik des Sachunterrichts Klaus Lemmen Sinustagung Neuss

2 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) o e ebu Conceptual Change

3 Bis in die 90er Jahre: Kaum Sachunterricht ht 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

4 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, KMöll K.Möller, H. Schreier, MZ M.Zolg )fordern die Vermittlung grundlegender Kenntnisse im Bereich des naturwissenschaftlich-technischen Lernens Im Besonderen: Physik, Chemie und Technik

5 Aus Fehlern der Vergangenheit g lernen eine kurze Geschichte der Entwicklung des Sachunterrichts in Deutschland

6 Zu Beginn der 20er Jahre: Heimatkunde Wichtigster Vertreter: Eduard Spranger ( ) Die Kinder sollten wie in einem Brennglas ohne Trennung von Fächern am Beispiel der heimatlichen Umgebung lernen V.a. geographische, h biologische, i historische i h Kenntnisse Grundlegende Bildung entsteht nach Spranger durch Verbindung des Wissenserwerbs mit den persönlichen Erlebnissen in der Heimat Dadurch wird anschlussfähiges Wissen (so Spranger) aufgebaut

7 In den 50er Jahren: Sputnik-Schock S k (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)

8 wissenschaftorientierter i ti t Sachunterricht, ht bezogen auf jede Altersstufet Basiskonzepte sollten vermittelt werden (z.b. dass jede Materie aus kleinsten Teilchen besteht) Die Inhalte sollten nicht mehr aus der Heimat, der Lebensumgebung ng der Kinder, sondern aus den Wissenschaften kommen. Abkehr vom Schwerpunkt des wissenschaftsorientierten i ti t Sachunterrichts 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)

9 Nicht mehr fächerspezifisch, h 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 d 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

10 Subjektives Erleben wird stark betont, Bewusstmachen von Strukturen und Reflexion des Alltagsverhaltens auf begründete Regeln und Wertorientierung i 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

11 Lebenswelt-Sachunterricht allein läuft Gefahr, nur Alltagswissen zu wiederholen und evtl. Projekte hervorzubringen, die zwar hübsch h 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 h Sachunterricht aussehen?

12 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

13 Anstelle des Fachunterrichts ht 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.

14 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

15 Wie können Lehrkräfte unterstützt werden, die anspruchsvollen modernen naturwissenschaftlichen Sachunterricht unterrichten möchten?

16 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, ) 2002)

17 Hindernisse i 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

18 Was Grundschullehrerinnen h und lehrer für anspruchsvollen naturwissenschaftlichen Sachunterricht brauchen: (fast) alle für den Unterricht benötigten Materialien Fachliche h Hintergrundinformationen, ti verständlich aufbereitet t am konkreten Unterricht orientiert Organisatorische Hinweise für den Unterricht und detaillierte Unterrichtsvorschläge Arbeitsblätter und Demonstrationsmaterialien

19 Didaktische und methodische Hilfen Hinweise auf typische Schülervorstellungen, Schülerfragen und Lernschwierigkeiten

20 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

21 2. Luftdruck und Wetter Kurzbefragung (nur für sich selbst) Wie funktioniert ein Wandhaken?

22 2. Luftdruck und Wetter Wiegt Luft etwas? - Luft hat Gewicht - eine wichtige Erkenntnis für den weiteren Unterricht

23 2. Luftdruck und Wetter Aufbau der Luftschichten ht Wir leben auf dem Grund eines Meeres aus Luft

24 2. Luftdruck und Wetter 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?

25 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

26 Veränderung in unseren Vorstellungen Wie funktioniert i t der Wandhaken? Vergleich der Vorstellungen Prä-Postkonzepte

27 Veränderung in unseren Vorstellungen Was passiert wohl, wenn du diesen Wandhaken hier auf die Platte drückst? vor dem Unterricht Ja... Das da drinnen keine Luft ist, und dann saugt sich das so an. (Felix 2000) Die bleiben kleben! (Aria, prä 2000) Die Luft wird darunter zusammengedrückt, sozusagen, deshalb bleibt das genauso kleben wie das Glas. (Pia 2004) nach dem Unterricht 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) Ich glaub, weil wenn man da dran drückt, kommt die Luft raus und die äußere Luft drückt das dran. (Aria, 2000) Weil da wieder keine Luft drunter ist und die Luft von außen den herunter drückt. (Pia 2004)

28 Was verstehen wir unter lernen? Lernen ist Verändern von Vorstellungen Falsche 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

29 Im Unterricht das Verändern von Vorstellungen unterstützen Entdeckendes d 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 kti i ti Ansätze als theoretische ti h Basis

30 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.

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!