Neugier, Kreativität, Kompetenzförderung Schülerlabore in Deutschland: Erfolgsgeschichte & Herausforderungen
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- Joseph Dressler
- vor 7 Jahren
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1 Neugier, Kreativität, Kompetenzförderung Schülerlabore in Deutschland: Erfolgsgeschichte & Herausforderungen Leverkusen, Prof. Dr. Manfred Euler
2 Rolle naturwissenschaftlicher & technologischer Bildung Veränderte Sichtweisen Wissenschaft & Technologie formen Lebenswelt & Kultur Rapider Wissenszuwachs, globaler Wettbewerb Hohes Niveau von Kompetenzen in NW&T Wesentlicher Faktor der ökonomischen Prosperität Voraussetzung für Innovationen & nachhaltige Entwicklung Herausforderungen Bildung und Kompetenzen in NW&T verbessern Standards erhöhen ("Wissen" & "Können") Visionen und gemeinsame Ziele etablieren Den Rahmen für die Entfaltung kreativer Potentiale verbessern
3 Landscape of S&T initiatives Increase public awareness of S&T top down formal Informed, active citizens Communication & role of S&T in knowledge society S&T and economic prosperity Innovations & sustainable future Professions/workforce professional knowledge informal excellence school lab movement bottom up literacy general education Improve outcomes of S&T education Raise interest Improve literacy Activate learners Foster creativity & engagement Prepare for life Inform about S&T careers
4 Deutsche Schülerlabor- Bewegung ist einmalig auch im internationalen Kontext top down formal Centers for informal learning professional knowledge excellence school lab movement general education literacy La main à la pâte informal On stage activities (public awareness) bottom up
5 Erfolgsrezept der Schülerlabore Förderung von Interesse & Aktivierung durch interaktive Einbindung: Authentische Erfahrungen von NW&T Zentrale Rolle von Experimenten Stimulierende Lernumgebung Herausfordernde, lebensweltbezogene Probleme Vielfältige projektbezogene Lernerfahrungen Persönlicher Kontakt mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern Praktische Einsichten in Prozesse der Forschung & Entwicklung Gegenwarts- und Zukunftsbedeutung von NW&T
6 Schülerlabore im Überblick Schwerpunkt Biologie Chemie Physik Technik (Ing.-wiss.) Andere Anteil (%) N labs 200 N S /a N T /a
7 Zielgruppen & Schwerpunkte Hauptziel: Steigerung des Interesses Biologie: Authentisches Bild: Biologie als Naturwissenschaft, neue Methoden (Biotechnologie, Genetic engineering) Chemie: Interessante Experimente (Chemie im Alltag); Anregungen Lehrerbildung Physik & Technik: Nachwuchsförderung, Imageverbesserung, interessante Projekte LeLa Erhebung (2004/5)
8 Wirksamkeit & Nachhaltigkeit Fachinteresse Sachinteresse Selbstkonzept Geschlecht Aktuelles Interesse 3 Dimensionen: emotional, epistemisch, wertorientiert Herausforderung Lernunterstützung Zusammenarbeit Authentizität Verständlichkeit Offenheit Persönlichkeitsmerkmale der Lernenden Wahrgenommene Merkmale des Schülerlabors: Prätest T 1 Laborbesuch Posttest T 2 ~ Wochen Follow-Up T 3 Unterricht + Interviews Pilotstudie: Replikation & Vertiefung: Längsschnitt: Diss. Katrin Engeln Diss. Christoph Pawek Diss. Friederike Gienke
9 Interesse Haupteffekte bei Bio- & Physiklaboren ähnlich! Interesse T 2 Dimensionen des Interesses emotional: 'Spaß' wertorientiert: 'wie wichtig?' epistemisch: 'möchte mehr darüber erfahren' EMO WERT EPI
10 Interesse Haupteffekte bei Bio- & Physiklaboren ähnlich! Interesse T 3 Dimensionen des Interesses emotional: 'Spaß' wertorientiert: 'wie wichtig?' epistemisch: 'möchte mehr darüber erfahren' EMO WERT EPI
11 Das Konzept geht auf Experimente, Aktivitäten, Spaß Lernen BIO-Labs
12 Zusammenhänge verstehen Ich habe heute mehr Zusammenhänge verstanden als an einem normalen Schultag. stimmt teilweise stimmt wenig stimmt gar nicht stimmt ziemlich stimmt völlig BIO-Labs
13 Unterschiede im Detail Ich habe heute mehr Zusammenhänge verstanden als an einem normalen Schultag.
14 Einmaliger Besuch: mittelfristige Effekte Persönliche Bedeutung (z-transformation) DLR_School_Lab (DLR Göttingen), Quantensprung (GKSS, Geesthacht) Teutolab (U.Bielefeld) Vakuum & Radioaktivität Alle: Kl. 9/10
15 Einmaliger Besuch: mittelfristige Effekte Persönliche Bedeutung (z-transformation) DLR_School_Lab (DLR Göttingen), Quantensprung (GKSS, Geesthacht) Teutolab (U.Bielefeld) Vakuum & Radioaktivität Alle: Kl. 9/10 Beträchtliche Bedeutungszuwächse Nutzen der Langzeiteffekte Nachbereitung bislang problematisch
16 A fatal gender gap in school Student's interest at the end of S I (grade 9/10) Fine Arts English German Biology Music boys Favourite subj. "hate" subject girls Favourite subj. "hate" subject History Chemistry French Sports Mathematics Physics % % N 800 DLR_School_Labs Negative image of "hard science" does not promote girl's interest in technology subjects & careers
17 Schülerlabore: (Fast) kein Gender Gap n.s. n.s. DLR Kl 9/10 d=0.32 Stabile Ergebnisse mehrfach repliziert!
18 Nachhaltige Stärkung des Selbstkonzepts von Mädchen Klassen 9/10 Selbstkonzept d 0.9 d 0.7 DLR_School_Labs Schwerpunkt Physik-Technik T1 T2 T3 (vor Lab.) (sofort danach) ( Wochen)
19 Was hat wem gefallen? Der kleine Unterschied wird wieder sichtbar! % männlich weiblich 5 0 Zusammenarbeit Wissenserwerb sonstiges Material Forschungseinrichtung Experimente, selbstst. Experimente, konkret Experimente, allgemein Betreuung keine Aussage allgemeine Aussage
20 Schülerlabore: Eine gereifte Bewegung Summe mit Problemen der Förderung Gründungsjahr
21 Nach Gründungsboom in die Finanzierungskrise? Anzahl der Gründungen Gründungsjahr
22 Regionale Entwicklungspotenziale Bundesland Zahl ASL Bevölkerung in Mio Dichte ASL Bremen Berlin Hamburg Schleswig-Holstein Saarland Niedersachsen Sachsen Bayern Baden Württemberg Brandenburg Nordrhein-Westfalen Rheinland-Pfalz Sachsen-Anhalt Hessen Thüringen Mecklenb.-Vorpommern
23 Wo sind die Standorte? Standorte % Universitäten 57% Forschungseinrichtungen 18% Museen 8% Technologie-Gründerzentren 6% Science Center 5% Fachhochschulen 5% Industrie 2% Potenziale für wirksame & nachhaltige CSR
24 Wo sind die kreativen Köpfe?
25 Mit allen Sinnen lernen Minds-On Hands-On
26 Kreatives Potenzial des Experimentierens Erweiterung Erfahrungsraum Anregung v. Analogien & mentalen Modellen Herausforderung der Intuition Verkörperung abstrakter Ideen Testen von Hypothesen & Theorien spielerische Exploration hands-on Experimente minds-on mentale Werkzeuge, Gedankenexperimente Konzepte in Erfahrung verankern Entwickeln praktischer Fertigkeiten Stimulieren produktiver & kreativer Prozesse Ästhetische Funktion Anregungen für Konstruktion & Design
27 Hands-On Kreativität: "Flügel" des Geistes Experimente als "Intuitionsmaschinen" Werkzeuge & Denkzeuge Motoren/Mediatoren kreativer Prozesse Spielerisch-kreatives Experimentieren Küchenexperiment als Beispiel Sehen, was jeder sieht Universalität der Erfahrungen
28 Modell: Proteinfaltung Faltung Entfaltung komplexer Eigenschaften: "Nanomaschinen"
29 Nanomechanik von Biomolekülen Atomare Kraftmikroskopie Muskelprotein Titin Eine seltsame Feder Rief et al., Science 276 (1997) 1109
30 Modellexperiment: Entropiefedern Muskelprotein Titin Molekularer Schock- Absorber Kraft Euler, BIUZ, 37 (2007) 36 Dehnung
31 Natürliche Entropiefedern: Spinnenseide Welche Seide soll ich heute spinnen? 1 Haltefaden 2 Fangfaden hochelastisch - widerstandsfähiger als Stahl! Natur als Vorbild Biomimetische Materialien
32 Entdecken oder Nacherfinden? Kreative Mathematik Leonhard Eulers Methode, gekrümmte Linien zu erfinden, die sich gewisser maximaler & minimaler Eigenschaften erfreuen Ergänzung: elastische Kurven
33 Kreativer Transfer: Mathematik Physik Kirchhoffs Kreiselanalogie Wandlung dynamischer Muster
34 Kunst, Kreiselphysik und die Komplexität der Proteinfaltung Entwicklung ornamentaler Muster in der Töpferei Finkelstein, Protein Physics, 2002
35 Produktive Wandlungen: der kreative "Geist der Materie" 2π - twist "hands on" Basismodell mentales Werkzeug Universalität der Wandlungsprozesse
36 "Geist der Materie": Modell DNA-Selbstorganisation Produktive Wandlungen entfalten Komplexität der Biomaterie DNA-Biomechanik Kompaktifizierung, Regulation
37 Den kreativen Geist fördern Leonhard Eulers math.traum & materielle Realisationen Konkrete Erfahrungen Reflektierte Nutzung von Bildern, Metaphern Produktive Analogien Abstrakte Modelle, Universalität
38 Physik Chemie Kreative Verknüpfungen: Perspektive von Wissenschaft & Forschung Kunst & Design Biologie Mathematik Materialwiss.
39 Kreative Zyklen wundern - wissen wollen beobachten Probleme erkennen Hypothesen entwickeln Wissen Handeln Experimente konzipieren gestalten optimieren konstruieren Wundern, Lust an Erkenntnis: Keim des Wissens Wissen, Lust an Gestaltung: Keim der Technologie
40 Forschung Design Kreative Verknüpfungen: Perspektive von Wirtschaft & Industrie Technik Entwicklung Produktion Kommunikation
41 Forschung Design Kreative Potenziale entdecken entwickeln vernetzen Technik Entwicklung Produktion Kommunikation
42 Forschung Forschungsteam Design Kreative Verknüpfungen: Perspektive von Wirtschaft & Industrie Designteam Entwicklung Produktion Technik Kommunikation Technikteam Kommunikationsteam
43 Schülerlabore: eine Investition in unsere Zukunft Authentizität an der Lebenswelt anknüpfen Faszination Lernprozesse unterstützen Kreativität & Imagination fördern Zukunftsvisionen Herausforderung Wissenschaft & Technologie mit humanem Gesicht Verantwortung
44 Leuchttürme Forschungsbasierte Evidenzen für Wirksamkeit Potenzial zur Förderung von Kreativität & innovativem Geist bei der Jugend Herausforderungen: Innovationstransfer Wechselwirkung mit traditionellem Bildungssystem Verschränkung mit der Lehrerbildung Verbindungen zur Wirtschaft & Industrie Finanzierung
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Runden von Zahlen 1. Runde auf Zehner. a) 44 91 32 23 22 354 1 212 413 551 b) 49 57 68 77 125 559 3 666 215 8 418 c) 64 55 97 391 599 455 2 316 8 112 9 999 d) 59 58 98 207 505 624 808 2 114 442 2. Runde
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