Experimentieren im Biologieunterricht. Bedeutung, Vorstellungen, Akzente

Transkript

1 Experimentieren im Biologieunterricht Bedeutung, Vorstellungen, Akzente

2 Gliederung 1. Bedeutung des Experimentieren im Biologieunterricht 2. Logische Voraussetzungen 3. Vorstellungen vom Experimentieren - Schüler - Lehrer 4. Folgerungen und Akzentsetzungen

3 Bedeutung Biologieunterricht hat die größte methodische Vielfalt aller Unterrichtsfächer. - Freilandarbeit - Mikroskopieren - Präparieren - Vergleichen - Beobachten - Experimentieren - Sammeln und Ausstellen - Modellieren - Textarbeit

4 Bedeutung Empirisches Vorgehen Problemstellung Untersuchungsplan Durchführung Dokumentation Auswertung Theorie Hypothesen Beobachten Vergleichen Experimentieren im Labor oder Freiland Interpretation Diskussion

5 Gliederung oder 3. weiß und schwarz Intuition Schwarzhalsschwan Induktion Deduktion Gefiederfarbe ist weiß und schwarz (Gropengießer, Kattmann & Krüger, 2010)

6 Wie kommt es? Wie kam es dazu? Hypothese / Theorie ) Aktualitätsprinzip neue, modifizierte oder erweiterte Hypothese / Theorie Ulrich Kattmann: Wie unterscheiden sich Naturwissenschaft und Religion? Vortrag zur Didaktik der Naturwissenschaften, Universität Bamberg, 24. April 2013

7 Logische Fehler Einzelfall-Fehlschluss Abfolge-Fehlschluss Korrelations-Fehlschluss (Kattmann & Jungwirth 1988)

8 Schülervorstellungen Ein Experiment ist, wenn man etwas ausprobiert und guckt, ob es klappt. (Carey et al., 1989) Schauble et al.: 1991)

9 Schülervorstellungen Schüler vertreten die Ansicht, Experimentieren bedeute etwas auszuprobieren und Entdeckungen zu machen. Sie stellen sich Experimentieren nicht als zielgerichtetes Handeln vor. Sie denken häufig, das Ziel eines Experiments bestehe darin, einen Effekt zu erzielen, anstatt Ursachen zu erklären. Ingenieurs-Modus (Carey et al.,1989; Schauble et al., 1991)

10 Schülervorstellungen Beispielaufgabe Suche im Hypothesenraum (Hammann, Phan, Bayrhuber, 2007)

11 Schülervorstellungen! Schwierigkeiten beim Aufstellen und Testen von Hypothesen beim Planen von Experimenten bei der Datenanalyse (Hammann, 2007)

12 Lehrervorstellungen Welche Vorstellungen haben Biologielehrkräfte zum Experimentieren im Unterricht? Wie gestalten sie experimentellen Unterricht zur Förderung des wissenschaftlichen Denkens? Warum gestalten sie ihn auf diese Art und Weise? (Kizil & Kattmann, 2014) 12

13 Lehrervorstellungen Modell der Didaktischen Rekonstruktion für die Lehrerbildung (van Dijk & Kattmann, 2007) 13

14 Lehrervorstellungen Sample: Zwölf Biologielehrkräfte von Gymnasien und Integrierten Gesamtschulen Mindestens fünf Jahre Unterrichtserfahrung Vorgaben an die Lehrkräfte: Experimenteller Unterricht in der Sekundarstufe I Förderung des wissenschaftlichen Denkens (Kizil & Kattmann, 2014) 14

15 Lehrervorstellungen Datenerhebung Datenaufbereitung Datenauswertung Unterrichtsvideos Transkripte Gesprächsanalyse Stimulated-Recall- Interviews Sieben Fälle: Transkripte Dokumentarische Methode Fall 1 GYM Jg. 5 Fall 2 GYM Jg. 5 Fall 3 IGS Jg. 7 Fall 4 GYM Jg. 7 Fall 5 GYM Jg. 5 Fall 6 GYM Jg. 8 Fall 7 GYM Jg. 5 (Kizil & Kattmann, 2014) 15

16 Lehrervorstellungen Erkunden und Erkennen Wir haben hier nicht Hypothesen vorab geklärt. Das ist ja gerne der didaktische Weg. Aber oft auch ein bisschen hölzern, weil die Schüler sagen: Her mit dem Zeug! Dann ist bei den Schülern eine Freude da, zu sagen: Wahnsinn! Was ist denn da passiert? So kommen die Schüler dann ins Erklären über den Effekt, also der, woran sich dann hoffentlich eine Erkenntnis anschließt. Und so müssen die Versuche aussehen, dass es einen Effekt gibt! Informierender Unterrichtseinstieg Durchführung nach Anleitung Auswertung (Kizil & Kattmann, 2014) 16

17 Lehrervorstellungen Zur Bedeutung von Effekten Ingenieurmodus der Lernenden: Effekte als Ziel experimentellen Handelns Die Lehrkraft will Effekte als Mittel zur Erkenntnisgewinnung nutzen. Ingenieurmodus nicht als Hindernis betrachten und abwerten, sondern diesen für die naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung nutzen. (Kizil & Kattmann, 2014) 17

18 Lehrervorstellungen Exploration Problemstellung Untersuchungsplan Durchführung Dokumentation Auswertung Theorie Hypothesen Beobachten Vergleichen Experimentieren im Labor oder Freiland Interpretation Diskussion

19 Lehrervorstellungen Fragen und Hypothesen Fragestellung Welche Isolation schützt am besten vor Wärmeverlust: Fett, Fell oder Federn? Vermutungen Das Fell schützt am besten, weil es so schön warm hält, besser als die dünnen Federn. Die Federn, weil sie wie Zwiebelschalen übereinanderliegen. Das hält sehr warm. Überprüfungs- möglichkeiten Im Internet recherchieren Experten befragen Ein Experiment durchführen Durchführung des Experiments Durchführung eines Schülerdemonstrationsexperiments nach Anleitung Auswertung Federn schützen am besten vor Wärmeverlust, weil im Ansatz mit Federn die Temperatur am geringsten gefallen ist. 19 (Kizil & Kattmann, 2014)

20 Unterrichtsgespräch Lehrkraft: Kommen wir zur Auswertung. Hier ist unsere Fragestellung (verweist auf die Tafel). Wir haben ein Experiment gemacht und jetzt wollen wir eine Antwort auf die Frage haben. Also, welche Isolierung schützt jetzt am besten vor Wärmeverlust? (zwei Schülermeldungen) Schüler 1: Federn. Lehrkraft: Mit Begründung, bitte! Schüler 1: Federn schützen am besten vor Wärmeverlust, weil, es kann sein, weil die dichter aneinander liegen. Lehrkraft: Aha. Schüler 2: Die Federn. Also, wenn sich ein Vogel aufplustert, dann bildet sich da so eine kleine Luftschicht. Und die wird von der Körperwärme halt warm gemacht. Das ist dann sowas wie ein isolierendes Luftpolster. Lehrkraft: Bezieht mal eure Begründung auf die Ergebnisse des Experimentes! Nicht auf irgendwelche Vögel oder sonst irgendwas. Wir haben ein Experiment gemacht und diese Beobachtungen, die sagen etwas, die können wir auswerten. (Stille) Lehrkraft: Also, auf den Punkt bringen! Welche dieser drei Isolierungen 20 schützt jetzt am besten vor Wärmeverlust? (Kizil & Kattmann, 2014)

21 Folgerungen Hypothesengeleitetes Experimentieren hinterlässt Lücken. Den Schülern fällt es schwer, die experimentell gewonnenen Daten zur Beantwortung der Frage heranzuziehen und mit diesen zu argumentieren Fehlender Zusammenhang: Fragestellung/Hypothesen Experiment (Kizil & Kattmann, 2014)

22 Fragestellung Welche Isolation schützt am besten vor Wärmeverlust: Fett, Fell oder Federn? Vermutungen u. Abstimmung Das Fell schützt am besten, weil es so schön warm hält, besser als die dünnen Federn. Die Federn, weil sie wie Zwiebelschalen übereinanderliegen. Das hält sehr warm. Überprüfungs- möglichkeiten Im Internet recherchieren Experten befragen Ein Experiment durchführen Planung eines Experiments Was muss gemessen werden, um die Frage zu beantworten? Warum ist das sinnvoll? Prognose Das beste Isolationsmaterial führt zum geringsten Temperaturabfall. Durchführung des Experiments Durchführung eines Schülerdemonstrationsexperiments nach Anleitung Auswertung Federn schützen am besten vor Wärmeverlust, weil im Ansatz mit Federn die Temperatur am geringsten gefallen ist. (Kizil & Kattmann, 2014)

23 (Natura 2, Klett)

24 Akzente!!!! 1. Beim Experimentieren sind logische Fehler besonders zu beachten. 2. Über den Effekt zur Erkenntnis: Exploratives Experimentieren generiert Hypothesen. 3. Planung und Auswertung von hypothesengeleitetem Experimentieren bedürfen konkreter Prognosen. 4. Im Biologieunterricht haben weitere empirische Methoden gleich große Bedeutung wie das Experimentieren.

25 Dank Anja Kizil: Vom Effekt zur Erkenntnis Ehud Jungwirth: Logische Fehler

26 Literatur Carey, S., Evans, R., Honda, M., Jay, E. & Unger, C. (1989). An experiment is when you try it and see if it works : A study of grade 7 students understanding of the construction of scientific knowledge. International Journal of Science Education (IJSE), 11, Dijk, E.M. & Kattmann, U. (2007). A research model for the study of science teachers PCK and improving teacher education. Teaching and Teacher Education, 23 (6), Gropengießer, H., Kattmann, U. & Harms, U & Kattmann, U. (Hrsg.). (2013). Fachdidaktik Biologie. Hallbergmoss: Aulis. Gropengießer, H., Kattmann, U. & Krüger, D. (2010). Biologiedidaktik in Übersichten. Hallbergmoos: Aulis. Hammann, M. (2007). Scientific Discovery as Dual Search-Modell. In D. Krüger & H. Vogt (Hrsg.), Theorien in der biologiedidaktischen Forschung (S ). Heidelberg: Springer.n Hammann, M., Hoi Phan, T. & Bayrhuber, H. (2007). Experimentieren als Problemlösen: Lässt sich das SDDS-Modell nutzen, um unterschiedliche Kompetenzen beim Experimentieren zu messen? Zeitschrift für Erziehungswissenschaft, Sonderheft 8, Kattmann, U. & Jungwirth, E. (1988). Beachten logischer Strukturen im Biologieunterricht. Unterricht Biologie (UB), 12(139), Kizil, A. & Kattmann, U. (2014). Über den Effekt zur Erkenntnis Empirische Untersuchung zum Experimentieren im Biologieunterricht. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht (MNU), 67, Schauble, L., Klopfer, L. & Raghavan, K. (1991). Students` transition from an engineering model to a science model of experimentation. Journal of Research in Science Teaching, 28,