Naturwissenschaftliches Lernen im Sachunterricht der Grundschule Aspekte des Sprachenlernens

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1 Naturwissenschaftliches Lernen im Sachunterricht der Grundschule Aspekte des Sprachenlernens Prof. Dr. Andreas Hartinger Universität Augsburg Vortrag auf der MINT-Konferenz des Goethe-Instituts 16. November 2017

2 Grundidee des Vortrags drei zentrale Aspekte/ Diskussionslinien zum naturwissenschaftlichen Lernen im Sachunterricht der Grundschule 1. Konzeptionierung des Fachs Sachunterricht 2. Lerntheorie 3. Unterrichtsmethodik Dabei dann immer: Das ist aus Sicht des naturwissenschaftlichen Lernens wichtig. Und so kommt die Sprache ins Spiel.

3 Agenda 1. Grundsätzliches zum Naturwissenschaftlichen Lernen im Sachunterricht der Grundschule: a) doppelte Anschlussaufgabe b) Vielperspektivität c) Unterteilung in 1) Themenbereiche und 2) Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen 2. naturwissenschaftliches Lernen als Konzeptveränderung 3. Experimente als zentrale Erkenntnismethode des naturwissenschaftlichen Lernens a) Definitorisches b) Einbettung in Erhebung des Vorwissens und Ko-Konstruktion durch Gesprächskreise o.ä.

4 Grundsätzliches

5 Grundsätzliches doppelte Anschlussaufgabe des Sachunterricht: Der Sachunterricht muss einerseits anschlussfähig sein an die Lernvoraussetzungen, an die vor- bzw. außerschulisch erlangten Wissensbestände und Kompetenzen sowie an die Fragen, Interessen und Lernbedürfnisse der Schülerinnen und Schüler. Andererseits muss er Anschluss suchen an das in Fachkulturen erarbeitete, gepflegte und weiter zu entwickelnde Wissen. (GDSU 2013, S.10; Hervorhebung i.o.) bei naturwissenschaftlicher Perspektive Erleben und Deuten von Naturphänomenen inhaltliche und methodische Angebote der Naturwissenschaften

6 Grundsätzliches Konsequenzen aus der doppelten Anschlussaufgabe des Sachunterricht: Sachunterricht im Spannungsverhältnis von Fächergrenzen und fächerübergreifender Themen, Inhalte und Fragen naturwissenschaftliches Lernen mit spezifischen Themenbereichen und Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen

7 perspektivenbezogene Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen Bereich: perspektivenbezogene Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen Dimensio Bereich: perspektivenbezogene Konzepte/ Themenbereiche perspektivenbezogene Konzepte/ Themenbereiche Dimension: Denk-, Arbeitsund Handlungsweisen z.b. verhandeln, urteilen, partizipieren z.b. sich in Zeiten orientieren; rekonstruieren z.b. erkunden und sich in Räumen orientieren erkennen/ verstehen z.b. ordnen, vergleichen perspektivenübergreifende Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen im Sachunterricht Dimension: Konzepte/ Themenbereiche eigenständig erarbeiten z.b. Informationen erschließen evaluieren/ reflektieren z.b. bewerten, n: Denk-, erkennen/ verstehen Arbeitsund Handlung einschätzen s-weisen Bereich: perspektivenübergreifende Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen im SU z.b. sam-meln, ordnen, verglei-chen, struktu-rieren, vernetzen modellie-ren z.b. vor- und nachdenken, partizipieren ei g e n- st ä n di g er ar b ei te n z. B. b e o b- a c ht e n, In fo r m a- ti o n e n er s c hl ie - ß e n, re - c h er c hi e- re n evaluie-ren/ reflek-tieren sozialwissenschaftliche Perspektive Politik Wirtschaft Soziales historische Perspektive Zeit Wandel sozialwissenschaftliche Perspektive Gemeinschaft Politik Wirtschaft Interessen entwickeln kommunizieren/ mit anderen zusammena rbeiten z.b. austauschen, Interessen entwickeln argumentieren k o m m u- ni zi er e n/ m it a n d e- re n z u- s a m m e n- ar b ei te n z.b. bewer-ten, beur-teilen, einschät-zen, sich positionieren, Lernprozesse reflektie-ren z. B. m itte il e n, a u st a u- s c h e n, ar g u m e n- ti er e n z.b. forschende Haltung entwickeln, fragen, vermuten, deuten geographische Perspektive Räume Naturgrundlagen - Lebenssituationen u m s et z e n/ h a n d el n z. B. g e st al te n, P ro je kt e d ur c h- fü hr e n z.b. Demokratie z.b. forschende Haltung zeigen umsetzen/ handeln z.b. gestalten, Projekte realisieren z.b. Demokratie z.b. Wandel z.b. Raumnutzung z.b. sich in Zeiten orientieren; Zeit Wandel historische Perspektive rekonstruieren z.b. Wandel z.b. untersuchen, experimentieren z.b. konstruieren, herstellen, Technik nutzen z.b. Räume erkunden und sich in diesen orientieren z.b. bauen, konstruieren, herstellen, Technik nutzen, bewerten und beurteilen geographische Perspektive Räume Naturgrundlagen - Lebenssituationen naturwissenschaftliche z.b. die belebte Perspektive und unbelebte naturwissenschaftliche Perspektive Natur untersuchen, experi- belebte und unbelebte Natur belebte und unbelebte mentieren Natur technische Perspektive Technik Arbeit technische Perspektive Technik Arbeit z.b. Mobilität z.b. Ernährung z.b. gesellsc haftliche Kernfra gen" wie nachhalt ige Entwickl ung, Friede Bereich: perspektivenübergreifende Themenbereiche und Fragestellungen z.b. Raumnutzung z.b. Leben, Kraft z.b. Stabilität Dimension: Konzepte/ Themenbereiche z.b. Leben, Kraft z.b. Stabilität z.b. Mobilität z.b. Ernährung z.b. gesellschaftliche Kernfragen" wie nachhaltige Entwicklung, Friede perspektivenübergreifende Themenbereiche und Fragestellungen

8 Grundsätzliches na.wi. jede Perspektive mit zentralen Themenbereichen und zentralen Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen Themenbereiche der naturwissenschaftlichen Perspektive nicht lebende Natur Eigenschaften von Stoffen/ Körpern nicht lebende Natur Stoffumwandlungen physikalische Vorgänge lebende Natur (Pflanzen, Tiere und ihre Unterteilungen) lebende Natur (Entwicklungs- und Lebensbedingungen von Lebewesen) Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen der naturwissenschaftlichen Perspektive: Naturphänomene sachorientiert (objektiv) untersuchen Methoden zum Erkenntnisgewinn aneignen und anwenden Naturphänomene auf Regelhaftigkeiten zurückführen Konsequenzen aus naturwissenschaftlichen Erkenntnissen für das Alltagshandeln ableiten Naturwissenschaftliches Lernen bewerten und reflektieren

9 Grundsätzliches na.wi. jede Perspektive mit zentralen Themenbereichen und zentralen Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen Themenbereiche der naturwissenschaftlichen Perspektive nicht lebende Natur Eigenschaften von Stoffen/ Körpern nicht lebende Natur Stoffumwandlungen physikalische Vorgänge lebende Natur (Pflanzen, Tiere und ihre Unterteilungen) lebende Natur (Entwicklungs- und Lebensbedingungen von Lebewesen) Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen der naturwissenschaftlichen Perspektive: Naturphänomene sachorientiert (objektiv) untersuchen Methoden zum Erkenntnisgewinn aneignen und anwenden Naturphänomene auf Regelhaftigkeiten zurückführen Konsequenzen aus naturwissenschaftlichen Erkenntnissen für das Alltagshandeln ableiten Naturwissenschaftliches Lernen bewerten und reflektieren

10 Grundsätzliches Konsequenzen aus der doppelten Anschlussaufgabe des Sachunterricht: Sachunterricht im Spannungsverhältnis von Fächergrenzen und fächerübergreifender Themen, Inhalte und Fragen naturwissenschaftliches Lernen spezifischen Themenbereichen und Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen naturwissenschaftliches Lernen auch in Verbindung mit übergeordneten Themen Verbindung mit sozialwissenschaftlichen Themen: Wofür benötigt der Mensch Wasser? Wasserverschmutzung? (Lingo: S.1 und S.2) Verbindung mit geographischen Themen: Wasserkreislauf (Lingo: S.9 und S.10)!! vor Verklebungen (z.b. Schwimmen und Sinken + Oberflächenspannung + Wasserverschmutzung + Wassermangel in Teilen der Welt)

11 Grundsätzliches na.wi. doppelte Anschlussaufgabe des Sachunterricht Erleben und Deuten von Naturphänomenen inhaltliche und methodische Angebote der Naturwissenschaften von der Alltagssprache zur Fachsprache beim Erschließen der Sache in der starken Sprache bleiben (Gibbons 2006)

12 Lernen als Konzeptveränderung aus Erkenntnissen der Lernpsychologie: Kinder kommen mit Vorerfahrungen/ Präkonzepten in den Unterricht

13 Beispiel für Präkonzepte: Form der Erde (Nussbaum, 1985, 179)

14 Beispiel für Präkonzepte: Stromkreislauf (Wiesner 1995)

15 Entstehung der Präkonzepte Präkonzepte haben ihren Ursprung in unterschiedlichen individuellen Erfahrungen, die auf direkter Beobachtung und Wahrnehmung, Kultur und Sprache, Erklärungen von Lehrpersonen sowie Unterrichtsmaterialien beruhen können, z.b.

16 Entstehung der Präkonzepte Alltags-Sprache Ordnung_im_Einzelnen/Die_globale_Situation.htm,

17 Entstehung der Präkonzepte Alltags-Sprache en.de/de/detail.php?gsid= bremen179.c.4449.de,

18 Entstehung der Präkonzepte Sprache in den Medien

19 Entstehung der Präkonzepte manchmal auch Ungenauigkeiten in Unterrichtsmaterialien

20 Heran-Dörr 2011 Entstehung der Präkonzepte Analogiebildungen Der Strom wird im Lämpchen verbraucht, so wie Kohle, Öl oder Gas zum Heizen im Ofen verbrannt werden.

21 Heran-Dörr 2011 Entstehung der Präkonzepte Analogiebildungen Ein Schiff schwimmt, weil der Motor es antreibt. Wenn ich im Wasser bin und vorwärts schwimme, gehe ich auch nicht unter, sonst schon.

22 Alltagsvorstellungen sind hartnäckig, da bewährt Konzepte bleiben oft nebeneinander stehen +

23 Lernen als Konzeptveränderung aus Erkenntnissen der Lernpsychologie: Kinder kommen mit Vorerfahrungen/ Präkonzepten in den Unterricht neue Wissensbestände müssen sich gegenüber diesen Vorerfahrungen bewähren, damit sich die Präkonzepte dauerhaft verändern Bedingungen für Konzeptveränderungen Unzufriedenheit mit dem bisherigen Konzept (dissatisfaction) Verständlichkeit des neuen Konzepts (intelligible) Glaubwürdigkeit u. Überzeugungskraft des neuen Konzepts (plausible) Fruchtbarkeit des neuen Konzepts (fruitful) (Posner, Strike, Hewson & Gertzog 1982)

24 Lernen als Konzeptveränderung aus Erkenntnissen der Lernpsychologie: Kinder kommen mit Vorerfahrungen/ Präkonzepten in den Unterricht neue Wissensbestände müssen sich gegenüber diesen Vorerfahrungen bewähren, damit sich die Präkonzepte dauerhaft verändern Bedingungen für Konzeptveränderungen Unzufriedenheit mit dem bisherigen Konzept (dissatisfaction) Verständlichkeit des neuen Konzepts (intelligible) Gibbons Glaubwürdigkeit u. Überzeugungskraft des neuen Konzepts (plausible) Fruchtbarkeit des neuen Konzepts (fruitful) (Posner, Strike, Hewson & Gertzog 1982)

25 Was ist ein Experiment? zentrale empirische Methode der modernen (Natur-)Wissenschaft Unterscheidung: theoriegeleitetes Experimentieren exploratives Experimentieren Merkmale: Vorhandensein einer Hypothese planmäßige Vorbereitung gezielte Variation von Variablen Wiederholbarkeit und Nachprüfbarkeit schulische Experimente: häufig alles als Experiment bezeichnet, bei dem ein Phänomen vorgeführt wird oder bei dem die Schüler (naturwiss.) selbsttätig sind Problem Vermischung verschiedenster Ziele Unterscheidung: Lehrer-/ Schülerexperiment

26 Was ist ein Experiment? Vorgehensweise bekannt Fragestellung zu Beginn vorhanden Laborieren Fragestellung zu Beginn nicht vorhanden Versuch Vorgehensweise nicht vorgegeben Experimentieren Explorieren (Grygier & Hartinger 2009, S.15)

27 Was ist ein Experiment? Halte eine leere Flasche waagrecht, lege ein kleines Papierkügelchen in den Flaschenhals und puste kräftig Fragestellung zu Beginn vorhanden auf das Kügelchen. Fragestellung zu Beginn nicht vorhanden Vorgehensweise bekannt Laborieren Versuch Vorgehensweise nicht vorgegeben Experimentieren Explorieren (Grygier & Hartinger 2009, S.15)

28 Was ist ein Experiment? Vorgehensweise bekannt Stimmt das? Fragestellung Das Kügelchen zu Beginn fliegt aus der Flasche, vorhanden weil die Luft am Flaschenboden abprallt? Laborieren Fragestellung zu Beginn nicht vorhanden Versuch Vorgehensweise nicht vorgegeben Experimentieren Explorieren (Grygier & Hartinger 2009, S.15)

29 Einbettung von Experimenten mögliche Probleme: hands on minds off kein Bezug zu bisherigem Vorwissen Einbezug in naturwissenschaftliche Lernumgebung (Hartinger, Grygier, Tretter & Ziegler 2013) Explizieren der Präkonzepte erklärungswürdige Einstiegsphänomene Forscheraufträge Aufgaben zum Ordnen/ Sortieren Konfrontation mit verschiedenen anderen Präkonzepten eigenständiges Erarbeiten Forscheraufträge Variieren von Versuchen Phänomenkreise, deren Versuche aufeinander bezogen werden Ko-Konstruktionen im Gespräch

30 Einbettung von Experimenten mögliche Probleme: hands on minds off kein Bezug zu bisherigem Vorwissen Einbezug in naturwissenschaftliche Lernumgebung (Hartinger, Grygier, Tretter & Ziegler 2013) Explizieren der Präkonzepte erklärungswürdige Einstiegsphänomene Forscheraufträge Aufgaben zum Ordnen/ Sortieren Konfrontation mit verschiedenen anderen Präkonzepten eigenständiges Erarbeiten Forscheraufträge Variieren von Versuchen Phänomenkreise, deren Versuche aufeinander bezogen werden Ko-Konstruktionen im Gespräch

31 ein empirischer Befund Befunde zu Strom ,06 4,71 8,00 6,73 7,62 6,14 GribS Vergleichsschulen Prätest Posttest Follow-Up NT: p =.015; Beta =.572; FU: p<.001; Beta =.757 (Hartinger, Grygier, Ziegler, Kullmann & Tretter 2014)

32 ein empirischer Befund Befunde zu Strom 4 3,5 3,45 3 2,68 2,5 2 1,5 1,54 GribS Vergleichsschulen 1 0,5 0,35 0 deutsch nicht deutsch oder zweisprachig (Hartinger, Grygier, Ziegler, Kullmann & Tretter 2014)

33 Mein Resümee/ Appell Naturwissenschaftliches Lernen bietet sehr gute Möglichkeiten zum Sprachlernen, wenn es um erklärungswürdige Phänomene geht. Wichtig ist zunächst die Kenntnis um die Sache Primat der fachunterrichtlichen Inhalte und Zielsetzungen (Thürmann & Vollmer 2017) So lange man sich die Sache erarbeitet, sollten die Schüler(innen) in der starken Sprache bleiben. Es gibt verschiedene Phasen im naturwissenschaftlichen Lernen, in denen die sprachliche Verarbeitung von großer Bedeutung ist Formulierung von Fragen (an die Welt) Verständlichkeit von neuen Konzepten Aushandeln und Ko- Konstruktionen (Belastbarkeit gegenüber Gegenargumenten) zentrale sprachliche Elemente beim naturwissenschaftlichen Lernen Operatoren Fachbegriffe, da sie der Objektivierung dienen!!! vor inhaltsleerem Begriffswissen!!!

34 Literatur GDSU (2013). Perspektivrahmen Sachunterricht. Bad Heilbrunn: Klinkhardt. Gibbons, P. (2006). Unterrichtsgespräche und das Erlernen neuer Register in der Zweitsprache. In: P. Mecherli & T. Quehl (Hrsg.): Die Macht der Sprachen englische Perspektiven auf die mehrsprachige Schule (S ). Münster: Waxmann. Grygier, P. & Hartinger, A. (2009). Gute Aufgaben Sachunterricht. Naturwissenschaftliche Phänomene begreifen. Berlin: Cornelsen. Hartinger, A., Grygier, P., Tretter, T. & Ziegler, F. (2013). Lernumgebungen zum naturwissenschaftlichen Experimentieren (Modul für SINUS an Grundschulen). Kiel: IPN. ( Hartinger_et_al_fuer_web.pdf) Hartinger, A., Grygier, P., Ziegler, F., Kullmann, H. & Tretter, T. (2014). Individuelle Förderung beim naturwissenschaftlichen Lernen im Sachunterricht der Grundschule. Zeitschrift für Grundschulforschung, 6, H.2, Heran-Dörr, E. (2011): Von Schülervorstellungen zu anschlussfähigem Wissen im Sachunterricht. (Modul für SINUS an Grundschulen). Kiel: IPN. ( Nussbaum, J. (1985). The Earth as a Cosmic Body. In: Driver, R., Guesne, E. & Tiberghien, A. (eds.): Children s Ideas in Science (pp ). Milton Keynes & Philadelphia: Open University Press. Posner, G. J., Strike, K. A., Hewson, P. W. & Gertzog, W. A. (1982): Accommodation of a scientific conception: Toward a theory of conceptual change. Science Education, 66, Thürmann, E. & Vollmer H.J. (2017). Sprachliche Dimensionen fachlichen Lernens. In: Becker-Mrotzek & Roth. H.-J. (Hrsg.): Sprachliche Bildung Grundlagen und Handlungsfelder (S ). Münster & New York: Waxmann. Wiesner, H. (1995): Untersuchungen zu Lernschwierigkeiten von Grundschülern in der Elektrizitätslehre. Sachunterricht und Mathematik in der Primarstufe, 22,