Interesse im Physikunterricht

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1 Universität Salzburg School of Education Didaktik der Naturwissenschaften AG Didaktik der Physik Alexander Strahl Markus Herbst Eva Maria Fürtbauer Marcus Hochwarter Krems 6. März 2017 Interesse im Physikunterricht

2 [IV 2013 MINT 2020]

3 Fast sechs von zehn Österreicherinnen und Österreichern stufen es als unwichtig für den persönlichen Alltag ein, etwas über Wissenschaft und Forschung zu wissen Österreich ist damit negativer Spitzenreiter unter 32 Staaten in Europa [EK 2010]. Nur jede bzw. jeder 4. bis 5. Österreicherin bzw. Österreicher verbindet mit Chemie oder Physik positive Berufsaussichten; [IMAS 2009]. Nur jede bzw. jeder 4. Österreicherin bzw. Österreicher tritt dafür ein, die Fächer Chemie und Physik stärker im schulischen Unterricht zu betonen [IMAS 2010]. [IV 2013 MINT 2020]

4 Frauen in der Forschung aber, mehr als 10 Prozent Zuwachs pro Jahr in Österreich [IV 2013 MINT 2020]

5 Situation d. NaWi Schule geringe Beliebtheit im Schulunterricht Studium Abnahme d. Studierendenzahlen Arbeit Fachkräftemangel in Industrie & Wirtschaft 5

6 Begriff Interesse Interesse = kognitive Anteilnahme & Aufmerksamkeit positiver Einflussfaktor für den Lernprozess Situatives Interesse durch Anreiz in einer best. Situation von kurzer Dauer! Individuelles Interesse entwickelt sich stufenweise von langer Dauer! Naturwissenschaftlicher Unterricht 6

7 Interessensgenese ist abhängig von Persönlichkeit Kontext Inhalt Eigenständigkeit [Krapp 1998; Deci & Ryan 1993; verändert durch Elster 2010] Erregung - Situativen Interesses durch catch-komponenten: Experimente, lebende Organismen, Aufrechterhalten - Interesses durch hold-komponenten: bedeutsame Inhalte, Integration d. SuS 7

8 Inhalt & Kontext Interesse an versch. fachl. Gebieten & Inhalten Interesse an Anwendungsbereichen & Kontexten Interesse an Tätigkeiten 8

9 Interessensforschung - Fragestellungen Wofür interessieren sich SuS? Wie sehr sind SuS an NaWi interessiert? o Wie sehr an Physik? Wodurch lässt sich ein best. Interesse d. SuS erklären? Was sind die Ursachen? Liegt ein genderspezif. Unterschied vor? 9

10 Interesse Tätigkeiten Vier Faktoren, die sowohl für den Physik-, als auch Chemieunterricht gelten: 1. Die Faszination technischer Phänomene 2. Die Faszination natürlicher Phänomene 3. Selbstvertrauen in die eigene Leistungsfähigkeit 4. Die empfundene persönliche Bedeutung Geräte zerlegen / zusammenbauen Versuche aufbauen, etwas bauen Versuche durchführen, messen Versuche beobachten Sich ein Gerät ausdenken, erfinden Sich eine eigene Meinung bilden Technische Neuerungen diskutieren Nutzen von Technik beurteilen Eine Vermutung prüfen Berechnen, Aufgaben lösen Einem Vortrag zuhören Einen Physiktext lesen aktiv-handwerkliche Tätigkeiten aktiv-kognitive Tätigkeiten physikalisch-wissenschaftliche Tätigkeiten passiv-kognitive Tätigkeiten [Strahl & Preißler 2014], [Hoffmann, Häußler, Lehrke 1998] 10

11 Interesse Tätigkeiten II Physikalisches Video ansehen Versuch aufzubauen, etwas bauen Versuch beobachten Versuch durchführen, messen Geräte zerlegen / zusammenbauen Sich ein Gerät ausdenken, erfinden Versuch mittels Computersimulation Technische Neuerungen diskutieren Eine Vermutung prüfen Einem Vortrag zuhören Gesellschaftliche Auswirkungen diskutieren Aufgaben selbstständig zu lösen Den Ausgang eines Versuches vorherzusagen Sich eine eigene Meinung bilden Recherchen im Internet durchzuführen Berechnenen Einen Physiktext zu lesen neue Fragen aktiv-handwerkliche Tätigkeiten aktiv-kognitive Tätigkeiten physikalisch-wissenschaftliche Tätigkeiten passiv-kognitive Tätigkeiten 199 Schülerinnen und Wer? Schüler (n =83, n =116; vorwiegend 9. und 10. Schulstufe) Art? sieben Gymnasien Wo? Stadt Salzburg Wann? März 2015 [Herbst, Führbauer & Strahl 2016] 11

12 Neurowissenschaftliche Argumente Der eigentliche Gegenstand menschlichen Interesses ist zunächst einmal - der Mensch selbst und seine Lebenswelt. [Ulrich Hermann] Lernfaktoren (Gerhard Roth) - Die Motivation und Glaubhaftigkeit des Lehrenden - Die Individuellen kognitiven und emotionalen Lernvoraussetzungen der Lernenden - Die allgemeine Motiviertheit und Lernbereitschaft der Schüler - Die spezielle Motiviertheit der Schüler für einen bestimmten Stoff, Vorwissen und aktueller emotionaler Zustand - Der spezifische Lehr- und Lernkontext Dinge, die für den Lernenden neu, d.h. nicht anschlussfähig sind, fallen durch die Gedächtnisnetze hindurch, weil sie nirgendwo Brücken zu bereits vorhandenem Wissen bilden können. [Gerhard Roth] 12

13 Neurowissenschaftliche Argumente II Die Rolle der Emotion beim Lernen ist nicht zu unterschätzen. [Ralf Spitzer] Emotionale und soziale Aspekte des Lernens spielen eine mindestens ebenso wichtige Rolle für das Schulgeschehen, wie die intellektuell-kognitive. [Joachim Bauer] Hippocampus bewusstseinsfähiges Gedächtnis Assoziationen kreativ leichter Stress positive Gefühle Freude, Spaß Amygdala (Mandelkern) unbewusste Konditionierung Regeln reine Reproduktion starker Stress negative Gefühle Angst, Furcht Gelernt wird nicht nur am besten, wenn damit eine Aktivität des Lernenden verbunden ist, sondern wenn diese Aktivität auch Spaß macht. [Ulrich Hermann] Alles, was beim Lernen Freude macht, unterstützt des Gedächtnis. [Johann Amos Comenius ( )] 13

14 Eigene Interessensbereiche 14

15 Interessensbereiche aus Untersuchungen werden 3 Interessensbereiche abgeleitet Physik & Technik reine Physik ohne konkrete Anwendungen Inhalte d. Wissenschaft Physik & Technik Mensch & Natur Anwendungen d. Physik & Erklärungen v. (Natur)Phänome nen Beschäftigung mit dem menschl. Körper Gesellschaft gesellschaftl. Bedeutung v. Physik & Technik polit. & geschichtl. Entwicklungen durch Physik & Technik 15

16 Interesse Gebiete Physik und Technik Typ A Typ A ca.20%: - meist männlich - gute Noten in Physik - an allen Bereichen interessiert - Deutsch, Kunst und Sprachen sind eher unbeliebt => naturwissenschaftlicher Typus Mensch und Natur Gesellschaft Typ B Typ C Typ B ca.55%: - männlich und weiblich - Noten im mittleren Bereich - nur an Mensch und Natur interessiert - praktisch orientiert - Hat zu keinem Fach ein besonderes Interesse Typ C ca.25%: - meist weiblich - schlechte Noten in Physik - Interesse an Folgen der Naturwissenschaft für Gesellschaft - Deutsch, Kunst und Sprachen liegen im besonderen Interesse => geisteswissenschaftlicher Typus [Strahl & Preißler 2014], [Hoffmann, Häußler, Lehrke 1998] 16

17 Interesse Gebiete II Physik und Technik Mensch und Natur Gesellschaft Typ A ca. 80 % an Themen aus dem Gebiet Mensch und Natur interessiert. Typ B Typ C Typ A ca.20%: - meist männlich - gute Noten in Physik - an allen Bereichen interessiert - Deutsch, Kunst und Sprachen sind eher unbeliebt => naturwissenschaftlicher Typus Typ B ca.44%: - männlich und weiblich - Noten im mittleren Bereich - nur an Mensch und Natur interessiert - praktisch orientiert - Hat zu keinem Fach ein besonderes Interesse Typ C ca.14%: - meist weiblich - schlechte Noten in Physik - Interesse an Folgen der Naturwissenschaft für Gesellschaft - Deutsch, Kunst und Sprachen liegen im besonderen Interesse => geisteswissenschaftlicher Typus Nicht erfasst: 4,5 % Typ D Typ D ca.16%: - sowohl weiblich wie männlich - schlechte Noten in Physik - Nur wenig Interesse an physikalischen Fragen => interessensloser Typus [Herbst, Führbauer & Strahl 2016] 17

18 Interessenstypen Typ A Verteilung Interessenstypen 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% Typ B Typ C Typ D Sonstige alle Befragten weiblich männlich 18

19 uninteressant interessant Themeninteresse alle Befragten weiblich männlich 20% 30% 50% 20% 80% 30% 40% 30% 30% 20% 20% 70% 80% 30% 50% Mensch & Natur Gesellschaft Physik & Technik [Herbst, Führbauer & Strahl 2016] 19

20 Beispielfragen [Fürtbauer, Herbst, Strahl 2015] 20

21 Themengebiete Fürtbauer, Herbst, Strahl

22 Fragen Fürtbauer, Herbst, Strahl

23 Interessante Bereiche 23

24 Uninteressante Bereiche 24

25 Beliebtheit d. Schulfächer Biologie, Chemie, Physik, Mathematik 1905 Pionierstudie von Stern aus Schlesien 1972 Befragung durch Illichmann & Moser-Hofer, Universität Salzburg o OÖ, Sbg, K, NÖ o AHS-Schüler o n = o u.a. folgende Frage: "Welche Gegenstände haben Sie als Lieblingsfächer auf Grund des Interesses?" 25

26 Beliebtheit d. Schulfächer Biologie, Chemie, Physik, Mathematik Auswertung: Lebende Fremdsprachen & LÜ sehr beliebt Mathematik & Naturgeschichte im Mittelfeld Chemie & Physik weit unten Illichmann & Moser-Hofer,

27 Einflussfaktoren: Fragestellung, Alter, Geschlecht 1992 Befragung von Greck & Muckenfuß Oberschwaben Realschüler n = 751 Fragen: o Welche waren deine 3 liebsten Fächer? o Welche waren deine 3 unbeliebtesten Fächer? Greck 1992, Muckenfuß

28 Beliebtheit d. Schulfächer Biologie, Chemie, Physik, Mathematik Vergleich: (älterer) Studien aus GER, CH & AUT unterschiedl. Beliebtheit d. Fächer Biologie, Chemie, Physik & Mathematik o o o Biologie: überdurchschnittlich beliebt Mathematik: stark polarisierend Physik & Chemie: sehr unbeliebt keine "Probleme" d. Beliebtheit v. NaWi allgemein "nur" bei Physik & Chemie 28

29 ROSE-Studie Fragebogen Items Jedes Item beinhaltet eine Inhalts- & eine Kontextdimension Inhaltsdimension Kontextdimension Humanbiologie Gesunderhaltung, gesundheitl. Risiken Zoologie, Tiere besondere Relevanz für Jugendliche ("Young Body") Botanik, Pflanzen Medizin Chemie Mystik, Wunder Physik Ästhetisch sinnliche Aspekte Erde/Geowissenschaften Umwelt, Umweltschutz gesellschaftl. Relevanz (STS) Natur d. Naturwissenschaften (NOS) Astronomie & Astrophysik 29

30 ROSE-Studie Ergebnisse Geschlechter & Inhalte Jugendliche + Humanbiologie & Zoologie - Geowissenschaften & Physik -- Chemie & Botanik Mädchen VS. Jungen o Mädchen interessierter an Humanbiologie o Jungen interessierter an Physik & Chemie Mittelwerte; n=1.247; D & Ö; Ende Sek. 1 1 = nicht interessiert, 4 = sehr interessiert (Elster, 2010) 30

31 ROSE-Studie Ergebnisse Geschlechter & Kontexte Jugendliche + "Young Body", Gesundheit, Medizin & Mystik - STS & Umwelt -- NOS & Sinnliches Mädchen VS. Jungen o Mädchen interessierter an "Young Body", Medizin, Mystik & Sinnlichem o Jungen interessierter an STS & Astronomie Mittelwerte; n=1.247; D & Ö; Ende Sek. 1 1 = nicht interessiert, 4 = sehr interessiert (Elster 2010) 31

32 ROSE-Studie Résumé 1. Selbstvertrauen fördern Jungen haben höheres Interesse an Physik Interesse wird vor allem durch Selbstvertrauen & eigener Leistungsfähigkeit beeinflusst Mädchen sollen sich im naturwissenschaftl. Unterricht als kompetent & leistungsstark erleben Wagenschein, 1965: "Wenn man sich im Unterricht an die Mädchen richtet, so ist es auch für die Jungen richtig, umgekehrt aber nicht." 32

33 ROSE-Studie Résumé 2. Bezug zum eigenen Körper herstellen Bereich d. Humanbiologie mit Kontexten Medizin, Gesundheit & Young Body für Jungen & Mädchen interessant erleben die Jugendlichen Inhalte des Lernens als bedeutungsvoll & persönlich relevant, so steigt dadurch ihre Motivation sich mit diesen Inhalten zu beschäftigen ("catching" & "holding") Gilbert, 2006: " they should experience their learning as relevant to some aspect of their lives " Schülerin: "Ich finde es extrem langweilig, wenn wir über den Gebrauch von Chemikalien in der Industrie unterrichtet werden viel interessanter wäre es für mich, mehr darüber zu erfahren, wie Medikamente oder Drogen auf den menschlichen Körper wirken." 33

34 ROSE-Studie Résumé 3. Gesellschaftsrelevante Themen integrieren Schülerin: "Wie kann man mit Äpfeln Auto fahren? Wenn man 500gr. Äpfel kauft, könnte man mit der Energie der Herstellung, Verpackung und Transports mit dem Auto 4km weit fahren. Ich war erstaunt..." 4. Schülerrelevante Curricula entwickeln Armstrong (1973): "Teachers should look for a permanent path of interaction to discover which topics their students want to study in addition to the formal curriculum." 34

35 ROSE-Studie Résumé 5. Zukunftsorientierung zukunftsorientierter naturwissenschaftl. Unterricht, der Jugendliche darauf vorbereitet sich in der Gesellschaft zu behaupten! Osborne, 2003: "In short, to capitalize on students interests, school science needs to be less retrospective and more prospective." 35

36 Interesse Beliebteste Schulfächer 0% 20% 40% 60% Quelle: Sasol-Studie Shell-Studie Haben wir Hoffnung? Sport Physik Englisch Biologie Geschichte Musik Mathematik Bildnerische Erz. Geografie Deutsch Spanisch Französisch Informatik Chemie Religion Ethik Latein Techn. Werken Italienisch alle männlich weiblich Angaben in % (Mehrfachnennung möglich) 199 Mädchen und Jungen der 9. und 10. Schulstufe im Alter von Jahren an sieben Salzburger Gymnasien [Herbst, Führbauer & Strahl 2016] 36

37 Das Sheldon Phänomen The Big Bang Theory Staffel 3 Season 10

38 Das Sheldon Phänomen II 38

39 Interesse Beliebteste Schulfächer II Greck & Muckenfuß 1992 [Hoffmann & Lehrke 1985] 39

40 Fach Fach Fach Gesamtranking der Unterrichtsfächer Mittelwert Leibesübungen (Sport) Technisches Werken Leibesübungen (Sport) Technisches Werken Bildnerische Erziehung Chemie Geschichte und Politische Bildung Informatik Textiles Werken Englisch Musikerziehung Physik Biologie und Umweltkunde Mathematik Geographie und Wirtschaftskunde Geometrisch Zeichnen Deutsch Religion Chemie Textiles Werken Informatik Technisches Werken Geschlecht: Geschichte und Politische Bildung Musikerziehung Physik Englisch Biologie und Umweltkunde Bildnerische Erziehung Mathematik Physik Englisch Geographie und Wirtschaftskunde Ranking Unterrichtsfächer männlich Verteilung der Schulstufen Geometrisch Zeichnen Mathematik Musikerziehung Geographie und Wirtschaftskunde Nach Ausschluss Religion einiger Fragebögen aufgrund von offensichtlichen DeutschFalschanworten Textiles Werken Religion Deutsch Mittelwert Insgesamt: 306 Alter: Großteil 13 und 14 Jahre 151 weiblich 155 männlich blieben: 262 für die Auswertung Leibesübungen (Sport) Bildnerische Erziehung Geschichte und Politische Bildung Chemie Biologie und Umweltkunde Informatik Geometrisch Zeichnen Ranking Unterrichtsfächer weiblich Mittelwert 40

41 Mittelwert MINT Fächer Beliebtheit der MINT-Fächer nach Geschlecht männlich weiblich 3.0 Chemie Informatik Physik Biologie und Umweltkunde Fach Mathematik 41

42 Anzahl Anzahl Berufswunsch Berufswunsch mit Physik Berufswunsch mit Technik 70 weiblich männlich 70 weiblich männlich gar nicht gerne nicht gerne gerne sehr gerne weiß nicht Beliebtheit 0 gar nicht gerne nicht gerne gerne sehr gerne weiß nicht Beliebtheit 42

43 Zusammenspiel Unterricht Was denke Ich? Schülervorstellung Lehrervorstellung Unterrichtsmethode Wie? Ziel Warum? Interesse Was denken Sie? Wer? Bildungsstandards, Lehrplan Was? Fach Fachdidaktik Bildungswissenschaften Schulpraxis Salzburger Model 43

44 Interessensstudie Salzburg:??? Wieso sollte man eine Interessensstudie in vielen/allen Fächern durchführen? Oftmals keine aktuellen Zahlen/Ergebnisse/Hinweise Wichtiger Faktor für das Lernen und Lehren Interesse beinhaltet emotionale Komponenten Interesse ist eine der wesentlichen Motivatoren Relativ einfach durchzuführen Gut als Quer- und Längsstudie umzusetzen Ergebnisse gut verknüpfbar Sehr außenwirksam (Zeitung, Rundfunk, Fernsehen) Geht alle Fächer etwas an Zeitaufwand hält sich in Grenzen Einfacher Weg der Vernetzung der Fächer Möglicherweise gute Möglichkeit Drittmittel einzuwerben 44

45 Probleme Probleme im Fach Physik Hohe Mathematisierung Abstraktes Lernen Träges Wissen Fähigkeiten werden nicht auf echte Probleme übertragen Synthetische Wirklichkeit Erschaffung einer eigenen Realität, die nicht mit der Lebenswelt verknüpft zu sein scheint Eigene Sprache und Wortbedeutung Ausweg: Authentische Kontexte Authentisch: Empirischer Befund Die über behandelten Schülervorstellungen: Probleme sollen für die Lernenden bedeutungshaltig sein. Schüler akzeptieren die Unterrichtsinhalte, aber glauben sollen mit Vorerfahrungen verknüpfbar sein. nicht an ihre Gültigkeit im wirklichen Leben. 45

46 Begrifflichkeiten Alltag und Kontext Alltag: Direkte Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler, dies meint nicht nur die Umwelt, sondern ebenso Bereiche die sie als wichtig empfinden und erweitert den Begriff um die virtuelle Dimension: Fernsehen, Computer, Internet, Mobiltelefon,, da diese direkte Bezugspunkte für die Schülerinnen und Schüler sind und deshalb zu ihrem Alltag gehören. Kontext: Ein Setting, das um die Dimension eines Weltbezuges erweitert wurde. Kontextorientiert heißt, dass es sich nicht mehr um reine physikalische Erkenntnisse handelt, sondern dass diese in ein Bedeutungsfeld eingebettet wurden. Physik Kontext Alltag Kontextorientierte Alltagsphysik 46

47 Authentische Aufgaben 47

48 Neue methodische Ansätze Kontextorientierung Physik im Alltag in der Technik der freien Hand und Philosophie/Geschichte in der Medizin in der Kunst in Computerspielen der Superhelden in der Literatur im (Spiel)film 48

49 Kontextorientierung am Beispiel: Sicherheit im Auto I Verkehrssicherheit hat im Unterrichtsfach Physik eine fest etablierte Tradition. - Behandelte Themen: - Bremsweg - Bremszeit - Überholweg - Nicht behandelte Themen: - Sicherheitsgurt - Knautschzone - Airbag - Gurtstraffer Der Kraftbegriff steht nicht im Mittelpunkt. Der Kraftbegriff steht im Mittelpunkt. Die Kräfte, die auf den menschlichen Körper wirken, sollen bei einem Unfall möglichst klein gehalten werden. 49

50 Sicherheit im Auto II: Das Newton sche [Müller 2008] 50

51 Sicherheit im Auto II: Sicherheitsgurt I - Ohne Sicherheitsgurt hat man bei einem Autounfall schlechte Chancen. Man prall gegen das Lenkrad oder die Windschutzscheibe. - Landläufige Meinung ist, dass man sich mit den Armen abstützen kann. - Aufgabe: Schätzen Sie die Kraft ab, die Ihre Armen maximal aufbringen können. - Lösung: Die maximale Kraft, die Ihre Arme aufbringen können, ist durch die Belastbarkeit der Armmuskulatur begrenzt. [Müller 2008] 51

52 Sicherheit im Auto II: Sicherheitsgurt II [Müller 2008] 52

53 Sicherheit im Auto II: Sicherheitsgurt III [Müller 2008] 53

54 Sicherheit im Auto II: Sicherheitsgurt IV Zeit-Weg-Diagramm Abstand Lenkrad - Fahrer für Fahrer und Lenkrad 54

55 Sicherheit im Auto III: Knautschzone I

56 Sicherheit im Auto III: Knautschzone I

57 Sicherheit im Auto III: Knautschzone 57

58 Sicherheit im Auto IV: Airbag

59 Sicherheit im Auto IV: Airbag Das Aufblasen des Airbags muss sehr schnell gehen. Aufgabe: Schätzen Sie ab, wie schnell der Airbag sich aufblasen muss? Lösung: Die Informationen haben wir schon gewonnen. Innerhalb von 4 bis 5 Hundertstel Sekunden hat der Fahrer die Sitzposition gegenüber dem Lenkrad noch kaum verändert. => Innerhalb dieser Zeit muss das Aufblasen des Airbags abgeschlossen sein. 59

60 Sicherheit im Auto V: Alle Sicherheit umsonst

61 Literatur [IV 2013 MINT 2020] [Herbst, Führbauer & Strahl 2016] Der Unterricht von Morgen. Auf dem Weg zu mehr Zukunftsqualifikation für Österreich. Vereinigung der Österreichischen Industrie (Industriellenvereinigung), Haidinger, W. (2013) Herbst, M., Führtbauer E. & Strahl, A. (2016) Interesse Physik in Salzburg. DPG Tagung 2016 (Hannover) Poster & Paper [Hoffmann, Häußler & Lehrke 1998] Hoffmann, L.; Häußler, P.; Lehrke M. (1998) Die IPN- Interessenstudie Physik. Kiel: IPN (Datenerhebung ) [Hoffmann & Lehrke 1985] [Müller 2008] [Strahl & Preißler 2014] Hoffmann, L. & Lehrke, M. (1986) Eine Untersuchung über Schülerinteressen an Physik und Technik. Z. F. Päd., 32. Jg. Nr. 2, Müller, R. (2008) Sicherheit im Auto. Elementare Kinematik im Kontext anwenden. Praxis der Naturwissenschaften Physik in der Schule 1/57 Strahl, A. & Preißler, I. (2014) Fachdidaktik der Naturwissenschaften unter besonderer Berücksichtigung der Physik. BoD. 61