Was sind prototypische Beispiele?

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1 Prototypische Beispiele Physik, Chemie und Biologie zur Verwendung im Tiroler Schulwesen (Zusammengesucht, adaptiert und aufbereitet von Herbert Oberhauser, OLadNMS Rum und Mitarbeiter in ZFD) Von 2007 bis 2011 arbeitete ich in der Projektgruppe Physik des Bifie zur Erstellung prototypischer Beispiele für die NAWI mit. Nachdem Bildungsstandards für Deutsch, Mathematik und Englisch entwickelt wurden, geschah das auch in den naturwissenschaftlichen Fächern Biologie, Chemie und Physik für die 8. Schulstufe, indem Kompetenzmodelle zur Erreichung von Bildungsstandards erarbeitet werden sollten. Dieser Beschluss wurde im Schuljahr 2006/07 von Seiten des bmukk gefasst und das Bildungsforschungsinstitut (Bifie) in Salzburg mit der Abwicklung dieses Projekts beauftragt. Im Februar 2007 erging der Auftrag an unsere Arbeitsgruppe, in einem ersten Schritt ein Kompetenzmodell in Form von Regelstandards für die naturwissenschaftlichen Gegenstände Biologie, Chemie und Physik im Hinblick auf Regelstandards auf der 8. Schulstufe zu entwickeln. Das zu entwickelnde Kompetenzmodell soll nach einer Implementierungs- und einer Pilotphase auch die Testung von Schülerinnen und Schülern und somit auch eine Rückmeldung über erworbene Kompetenzen ermöglichen. Es soll darüber hinaus auch zu einem Kompetenzmodell der naturwissenschaftlichen Fachbereiche für die 12. Schulstufe erweiterbar sein. Dabei wurde die Übereinkunft erzielt, eine gemeinsame Handlungsdimension für die drei naturwissenschaftlichen Gegenstände Biologie, Chemie und Physik festzulegen, da die Arbeitsmethoden und somit auch die zu erwartenden Handlungskompetenzen in allen drei Gegenständen sehr ähnlich sind. Ebenso wurden auch identische Anforderungsniveaus für alle drei Fachgebiete erstellt. Auf Grund unterschiedlicher Lehrpläne und verschiedener zeitlicher Dotierung in den Stundentafeln werden für jedes Fach getrennt inhaltsbezogene Dimensionen formuliert. Anschließend folgte eine Phase der Entwicklung erster prototypischer Beispiele mit einer Pilotierung in Form von paper and pencil (Mai 2008) und nach entsprechenden Rückmeldungen der Kollegenschaft ein Wechsel zur Onlinepilotierung (Februar 2009). Von 2009 bis 2011 wurden weitere Unterrichtsbeispiele (prototypische Aufgaben) erarbeitet und in zwei Pilotphasen erprobt, wobei die Zwischenergebnisse der Kollegenschaft zur Diskussion vorgelegt wurden und die dabei gewonnenen Rückmeldungen in die weitere Entwicklungsarbeit einflossen. Es war eine spannende und herausfordernde Arbeit, Unterricht neu zu denken, denn eine neue Aufgabenkultur erfordert in Zukunft eine nachhaltige Änderung des Unterrichts und eine neue Prüfungskultur. Es gilt sicher auch, die starre Unterrichtszeit von 50 Minuten zu überdenken. Da es derzeit an den finanziellen Mitteln fehlt, um eine Standardüberprüfung in den NAWI durchzuführen, werden die von uns entwickelten Aufgaben teilweise für die IKM (Informelle Kompetenzmessung) NAWI verwendet. Prototypische Beispiele Was sind prototypische Beispiele? werden aus dem Kompetenzmodell abgeleitet und haben einen eindeutigen Lehrplanbezug. sind empirisch erprobt und auf Zielgruppen abgestimmt. machen Aussagen über Dauer, Akzeptanz, Lösungswahrscheinlichkeit, Kompetenzausprägung. sind Unterrichtsaufgaben und keine Testaufgaben. können in der Einstiegs-, Erarbeitungs- und Ergebnissicherung eingesetzt werden. orientieren sich an grundlegenden, längerfristig zu behaltenden Fähigkeiten und Kompetenzen (Sachverhalte, Phänomene, Konzepte, Herangehensweisen). sind auf ein zu Grunde zu legendes Kompetenzmodell hin (Inhalts-, Handlungs- und Anforderungsdimension) zu entwickeln. sind Aufgaben, bei denen die Inhaltsdimension mit der Handlungsdimension verbunden wird weisen einen möglichst eindeutig zuordenbaren Schwierigkeitsgrad entsprechend dem zweistufigen Anforderungsniveau auf.

2 beinhalten im Kommentar für die Lehrperson die Benennung der mit der Bearbeitung und Lösung der Aufgaben verbundenen Fähigkeiten (abgeleitet aus dem Kompetenzmodell) sind praktisch erprobt und nach Überarbeitung frei zugänglich. sind in einen Kontext eingebunden (Lehrplan-, Alltags-, Schüler/innen-Bezug). können eine multimediale Ausstattung beinhalten (Simulationen, Videos, virtuelle Versuche etc.). weisen folgenden Aufbau auf: einleitende Information (Texte, Grafiken, Tabellen, Kurzvideos), als Sachverhaltsdarstellung, Phänomen-, Problem- oder Versuchsbeschreibung. Detailinformationen, die nicht als Grundwissen vorausgesetzt werden können, werden angegeben. gliedern sich meist in mehrere Unteraufgaben, die (möglichst) eindeutig Inhalts-, Handlungs- und Anforderungsdimensionen zugeordnet werden können. Worin können sich Schwierigkeiten von Aufgaben begründen? Arbeitsumfang der Aufgabe Struktur der Unteraufgaben Spezifische Inhalte Komplexität des Informationstextes und Verständlichkeit Format der Fragestellung Personale Einflüsse (Selbstkonzept, intrinsische, extrinsische Motivation, Lernstile, Vorstellungen über Wissen und Wissenserwerb) Thema der Aufgabe benötigte Arbeitszeit Lehrplanbezug Grundlegende/s Kompetenz, Konzept vorausgesetztes Vorwissen der SchülerInnen Aufbau einer prototypischen Aufgabe im Detail Aufgabenstellung Information, einführender Text in Kontext eingebunden eventuell weitere Hilfsmittel für Bearbeitung der Aufgabe Fragestellungen Multiple Choice, halboffene, offene Antworten, einsetzen, reihen, drag and drop etc. Antworten die erwarteten Antworten werden mitgeliefert Klassifikation Zuordnung der Fragestellungen zu den Deskriptoren der Inhalts-, Handlungs-und Anforderungsdimension Nach Anfrage meinerseits bei Herrn Univ.-Prof. Dr. Martin Hopf, Universität Wien, Österreichisches Kompetenzzentrum für Didaktik der Physik und dessen Intervention beim Bifie Wien dürfen die von verschiedenen AutorInnen entwickelten Aufgaben veröffentlicht und im Unterricht verwendet werden. Dabei handelt es sich um Links zu den Online-Aufgaben PH, CH und BU, die sich auf der Homepage des Bifie Wien befinden, und um Aufgaben im PDF Format, die ausgedruckt und kopiert oder an Interaktiven Tafeln bearbeitet werden können. Die Lösungen und die Abbildung im Kompetenzmodell werden jeweils im 2. Teil der Aufgaben mitgeliefert. Das Kompetenzmodell und die entsprechenden Deskriptoren sind am Ende dieses Schreibens zu finden.

3 Die Aufgaben im WORD Format wurden von mir teilweise in der Formatierung zum Zwecke des Ausdruckens bzw. Kopierens adaptiert und Titel neu formuliert. Auch wurden von mir die Handlungsdimensionen von H1 H3 auf die entsprechenden neuen Bezeichnungen W 1 4, E 1 4 und S 1 4 umbenannt und die alten Textbeschreibungen dazu durch die neuen ersetzt. Inhaltlich wurden die Aufgaben selbstverständlich nicht verändert. Schließlich und endlich habe ich in der Fußzeile das Bifie Wien als Aufgabeneigentümer und die jeweiligen AufgabenerstellerInnen angeführt und die Aufgaben als PDF Dateien konvertiert. Kompetenzmodell Naturwissenschaften 8. Schulstufe Vorläufige Endversion Oktober 2011 Das vorliegende Kompetenzmodell stellt die auf Basis der bisher durchgeführten Pilotierungen überarbeitete Version dar. Alle übrigen Versionen des Kompetenzmodells sind somit nicht mehr auf dem neuesten Stand und dementsprechend nicht mehr zu verwenden. Anforderungsdimension N3 N2 N1 B1 B5/C1 C5/P1 P5 Inhaltsdimension W E S Handlungsdimension

4 Kompetenzmodell Naturwissenschaften 8. Schulstufe 2 1 Handlungsdimension 1.1 Handlungskompetenzen (H) Wissen organisieren: Aneignen, Darstellen und Kommunizieren Ich kann einzeln oder im Team W 1 Vorgänge und Phänomene in Natur, Umwelt und Technik beschreiben und benennen W 2 aus unterschiedlichen Medien und Quellen fachspezifische Informationen entnehmen W 3 Vorgänge und Phänomene in Natur, Umwelt und Technik in verschiedenen Formen (Grafik, Tabelle, Bild, Diagramm ) darstellen, erklären und adressatengerecht kommunizieren W 4 die Auswirkungen von Vorgängen in Natur, Umwelt und Technik auf die Umwelt und Lebenswelt erfassen und beschreiben Erkenntnisse gewinnen: Fragen, Untersuchen, Interpretieren Ich kann einzeln oder im Team E 1 zu Vorgängen und Phänomenen in Natur, Umwelt und Technik Beobachtungen machen oder Messungen durchführen und diese beschreiben E 2 zu Vorgängen und Phänomenen in Natur, Umwelt und Technik Fragen stellen und Vermutungen aufstellen E 3 zu Fragestellungen eine passende Untersuchung oder ein Experiment planen, durchführen und protokollieren E 4 Daten und Ergebnisse von Untersuchungen analysieren (ordnen, vergleichen, Abhängigkeiten feststellen) und interpretieren Schlüsse ziehen: Bewerten, Entscheiden, Handeln Ich kann einzeln oder im Team S 1 Daten, Fakten und Ergebnisse aus verschiedenen Quellen aus naturwissenschaftlicher Sicht bewerten und Schlüsse daraus ziehen S 2 Bedeutung, Chancen und Risiken der Anwendungen von naturwissenschaftlichen Erkenntnissen für mich persönlich und für die Gesellschaft erkennen, um verantwortungsbewusst zu handeln S 3 die Bedeutung von Naturwissenschaft und Technik für verschiedene Berufsfelder erfassen, um diese Kenntnis bei der Wahl meines weiteren Bildungsweges zu verwenden S 4 fachlich korrekt und folgerichtig argumentieren und naturwissenschaftliche von nicht-naturwissenschaftlichen Argumentationen und Fragestellungen unterscheiden 2 Anforderungsdimension (N) N1 Anforderungsniveau I Ausgehend von stark angeleitetem, geführtem Arbeiten Sachverhalte aus Natur, Umwelt und Technik mit einfa- cher Sprache beschreiben, mit einfachen Mitteln untersuchen und alltagsweltlich bewerten; reproduzierendes Handeln. N2 Anforderungsniveau II Sachverhalte und einfache Verbindungen zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik unter Verwendung einzelner Elemente der Fachsprache (inkl. Begriffe, Formeln) und der im Unterricht behandelten Gesetze, Größen und Einheiten beschreiben, untersuchen und bewerten; Kombination aus reproduzieren- dem und selbstständigem Handeln.

5 Kompetenzmodell Naturwissenschaften 8. Schulstufe 3 N3 Anforderungsniveau III Verbindungen (auch komplexer Art) zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen herstellen und naturwissenschaftliche Konzepte nutzen können. Verwendung von komplexer Fachsprache (inkl. Modelle); weitgehend selbstständiges Handeln. 3 Inhaltsdimension (I) 3.1 Inhaltsdimension Biologie Ich kann folgende Inhalte beobachten, benennen, beschreiben, bewerten, Experimente dazu planen etc.: Planet Erde B1 Ökosysteme B2 Organismen B3 Organe B4 Zelle B5 ausgewählte Gesteinsarten Boden Kreislauf der Gesteine und Bewegungen der Erdkruste Geschichte der Erde und seiner Lebewesen Stoffkreislauf, Energieumwandlung und Wechselwirkungen in Modellökosystemen Wirkung des Menschen in Ökosystemen (Land- und Forstwirtschaft, Tourismus, Naturschutz ) Ökosysteme, die für Weltklima und Welternährung einer besondere Bedeutung haben Kennzeichen für gesunde und kranke Wälder, Gewässer und Böden Besonderheiten des Ökosystems Stadt Wirkungen des Konsumverhaltens in Ökosystemen und auf Mitmen- schen (Nahrung, Rohstoffe, Energie, Klima) und Möglichkeiten, sich umweltgerecht und nachhaltig zu verhalten ausgewählte Tier- und Pflanzenarten, auch aus eigener Beobachtung charakteristische Merkmale von Pflanzen- und Tiergruppen (Wirbel- tiere, Wirbellose ) Merkmale und Lebensweisen von Mikroorganismen und Pilzen Bedürfnisse von Tieren und Pflanzen Arten der Verständigung zwischen Lebewesen (chemische, akusti- sche, optische, haptische Signale) Ernährungsweise von Tieren und Pflanzen Fortpflanzung bei Menschen, Tieren und Pflanzen in Grundzügen Weitergabe der Erbanlagen bei Menschen, Tieren und Pflanzen Alltagsanwendungen von Gentechnik (Nahrungsmittel, Medizin), Möglichkeiten und Risiken Gesundheit und Krankheit Lage und Aufgabe ausgewählter Organe und Organsysteme des menschlichen Körpers (Verdauung, Kreislauf, Atmung) charakteristische Organe ausgewählter Vertreter des Tierreichs Organe von Pflanzen und ihre Aufgaben Möglichkeiten der Kommunikation zwischen Organen (Nerven, Hormone) Aufbau von Lebewesen aus Zellen innere Organisation von Zellen

6 Kompetenzmodell Naturwissenschaften 8. Schulstufe Inhaltsdimension Chemie Ich kann Auskunft geben über folgende Inhalte und sie (anhand von Beispielen) erklären: Aufbauprinzipien der Materie C1 Einteilung und Eigenschaften der Stoffe C2 Grundmuster chemischer Reaktionen C3 Rohstoffquellen und ihre verantwortungsbewusste Nutzung C4 Biochemie und Gesundheitserziehung C5 Teilchenmodell der Materie Atommodell Periodensystem der Elemente Elementsymbole, Summen-, Struktur- und Gerüstformeln chemische Bindungen unterschiedliche Eigenschaften von Gemengen und Reinstoffen Eigenschaften wichtiger Substanzen und Stoffklassen physikalische Trennverfahren und deren Anwendung Unterschied von Zustandsänderung (physikalischer Vorgang) und Stoffumwandlung (chemische Reaktion) Massenerhalt bei chemischen Reaktionen exotherme und endotherme Reaktionen Oxidation und Reduktion Säuren, Basen, Neutralisation, Salze, ph-wert Reaktionen ausgewählter organischer Stoffe Nutzung und Schutz von Luft, Wasser, Boden Bedeutung, Gewinnung und Verarbeitung wichtiger anorganischer und organischer Rohstoffe Wiederverwertung und Entsorgung chemische Grundkenntnisse in praxisrelevanten Bereichen (Kleidung, Wohnen, Energieversorgung, Verkehr, Technik) wichtige Inhaltsstoffe der Nahrung Funktionen und Reaktionen von Stoffen in der Nahrung Wirkung von Genussmitteln, Medikamenten und Drogen Stoffe für Reinigung und Hygiene sicherheits- und verantwortungsbewusster Umgang mit Stoffen in allen Lebensbereichen und deren vorschriftsmäßige Entsorgung

7 Kompetenzmodell Naturwissenschaften 8. Schulstufe Inhaltsdimension Physik Ich kann folgende Inhalte beobachten, benennen, beschreiben, bewerten, Experimente dazu planen etc.: Mechanik P1 grundlegende physikalische Begriffe und Größen (Zeit, Länge, Masse, Dichte, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft, Schwerkraft, Leistung, Energie) einfache Bewegungen Kräfte als Ursache für Bewegungsänderungen Energieformen und deren Umwandlung Elektrizität und Magnetismus P2 Wärmelehre P3 Optik P4 Aufbau der Materie P5 grundlegende physikalische Begriffe und Größen (elektrisch geladene Teilchen, Spannung, Stromstärke, Widerstand, Gleich- strom, Wechselstrom) Erklärungen für elektrische Erscheinungen in Natur und Technik einfache Stromkreise (Ohm sche Beziehung, Serienschaltung und Parallelschaltung von Verbrauchern) Unterschied zwischen Permanentmagnet und Elektromagnet Weg der elektrischen Energie vom Kraftwerk zum Verbraucher Sicherheitsaspekte beim Umgang mit elektrischer Energie grundlegende physikalische Begriffe und Größen (Temperatur, Druck, Energie, Wärmekapazität) Umwandlung innerer Energie in andere Energieformen Zusammenhang zwischen Energie, Temperatur und Teilchenbewegung Zustandsformen fest, flüssig und gasförmig und deren Übergän- ge am Beispiel Wasser grundlegende physikalische Begriffe und Größen (Spiegelung/ Reflexion, Brechung, Lichtgeschwindigkeit) Ausbreitung von Licht und Entstehung von Schatten, Sender- Empfänger-Streu-Vorstellung Kurzsichtigkeit und Weitsichtigkeit sowie deren Korrektur Zerlegung von Licht: sichtbare, infrarote und ultraviolette Strahlung Teilchenmodell der Materie radioaktiver Zerfall als natürlicher Prozess (Halbwertszeit, Kernumwandlungen) Eigenschaften und Auswirkungen ionisierender Strahlung Unterschied Kernfusion und Kernspaltung Abschließend noch der -Verkehr mit Univ.-Prof. Dr. Martin Hopf zwecks Erlaubnis der Veröffentlichung mit dem Bifie.

8 Kompetenzmodell Naturwissenschaften 8. Schulstufe 6 Sehr geehrter Herr Hopf, Gern stimmen wir der Verwendung von prototypischen Aufgaben unter Angabe der Quelle zum unten skizzierten Zweck zu. Herzliche Grüße, Claudia Schreiner Dr. Claudia Schreiner Departmentleiterin Telefon / Fax c.schreiner@bifie.at Von: Martin Hopf [mailto:martin.hopf@univie.ac.at] Gesendet: Donnerstag, 07. November :50 An: Schreiner Claudia Cc: Simon Peter; 'Herbert Oberhauser' Betreff: AW: Bitte, Material verbreiten zu dürfen S.g. Frau Schreiner, ich habe eine Anfrage von Herbert Oberhauser erhalten, der damals sehr aktiv in der Arbeit an prototypischen Aufgaben für die Nawi8-Standards mitgearbeitet hat: Es ist ihm ein Anliegen, die damals erstellten Beispiele Physik, Chemie und Biologie (auch die von der Bifie-Homepage) der Tiroler Lehrerschaft möglichst einfach und barrierefrei zugänglich zu machen, z.b. in Form einer netzwerkfähigen CD oder online. Dazu ist natürlich die Zustimmung des Bifie notwendig. Ich befürworte die Initiative von Herrn Oberhauser ausdrücklich und ersuche, dem zuzustimmen. Mit freundlichen Grüßen Martin Hopf Univ.-Prof. Dr. Martin Hopf Universität Wien Österreichisches Kompetenzzentrum für Didaktik der Physik Porzellangasse 4, Stiege 2 A-1090 Wien Tel: martin.hopf@univie.ac.at<mailto:martin.hopf@univie.ac.at