PETER LANG Internationaler Verlag der Wissenschaften

Transkript

1 Roswitha Greinstetter Naturwissenschaftliches Experimentieren in der Grundschule Eine empirische Studie zu konstruktivistisch orientiertem Lernen und Lehren PETER LANG Internationaler Verlag der Wissenschaften

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 Einleitung 13 1 Wissenserwerb und Erkenntnisgewinnung Wissen - Verstehen - Erklären: begriffliche Abgrenzung Theoriegrundlagen zum Wissenserwerb Genetische Epistemologie nach Jean Piaget und neue Theorien Wissen und subjektbezogene Einflussfaktoren Bloom'sche Taxonomie zum kognitiven Lernprozess Konzepterwerb und Wissensstrukturierung Funktionen von Schemata Conceptional changes Wissenserwerb im Grundschulalter Zusammenfassung: Wissenserwerb und Erkenntnisgewinnung 32 2 Konstruktivismus und Lernen Konstruktivistische Ansätze im Unterricht Konstruktion und Selbststeuerung Selbstgesteuertes Lernen Selbst erklären und eigenständiges Lernen Situationsspezifität und situiertes Lernen Viabilität und fokussierende Elemente Interaktion und Reflexion Kooperatives Lernen Metakognitives Lernen Zusammenfassung: Konstruktivismus und Lernen 56

3 3 Wissenschaftsverständnis und naturwissenschaftliches Lernen in der Grundschule Scientific Literacy Wissenschaftsverständnis und Grundschulalter Naturwissenschaftlicher Unterricht in der Grundschule Naturwissenschaftliches Experimentieren im Grundschulalter Forschendes Lernen in der Grundschule Unterrichtsgestaltung und Problemfelder Zusammenfassung: Wissenschaftsverständnis und naturwissenschaftliches Lernen in der Grundschule 71 4 Naturwissenschaftliche Phänomene im Grundschulunterricht Übersicht über naturwissenschaftliche Inhalte an Grundschulen nach österreichischem Lehrplan Fachinhaltliches Grundkonzept zu den beiden Themen der Studie Phänomenkreis Auftrieb des Wassers - schwimmen sinken von Gegenständen" Phänomenkreis Luft und Luftbewegungen" Zusammenfassung: Naturwissenschaftliche Phänomene im Grundschulunterricht 78 5 Konkretisierung der beiden Unterrichtsmodelle Konstruktivistische Lehr- und Lernumgebungen zum Experimentieren- Lernen Leitideen zur Unterrichtsgestaltung Lernzyklen zum gemäßigt konstruktivistischen Unterricht Gegenüberstellung der beiden Unterrichtsmodelle Spezielle Elemente des konstruktivistisch orientierten Unterrichtsmodells Phasenablauf des Unterrichtsmodells und Schülermaterialien Unterrichtskonzept zu physikalischen Phänomenen des Wassers und der Luft Zusammenfassung: Gegenüberstellung der beiden Unterrichtsmodelle 95 6 Hypothesen 97

4 7 Forschungsdesign Ablauf der Untersuchung Stichprobe Ausgangspositionen und Rahmung der Studie Zusammenfassung: Forschungsdesign Methoden, Validierung und Auswertungsverfahren der empirischen Studie 8.1 Methoden 8.2 Schriftlicher Test zu Pre- und Postkonzepten der Schüler und Schülerinnen - leistungsbezogene Items Konzept zum Forschungsinstrument Testbeispiele aus dem Forschungsinstrument Schriftliche Befragung der Schüler und Schülerinnen - nichtleistungsbezogene Konstrukte Schriftliche Befragung zu Interesse, Motivation, Selbstkonzept - Prebefragung Schriftliche Befragung zum Unterricht - Postbefragung Prüfung der Gütekriterien zur schriftlichen Befragung und Testung Überprüfung der inneren Konsistenz Prüfung der Interrater-Reliabilität Validierung durch Vortestung Auswertungsverfahren zur schriftlichen Befragung und Testung Zusammenfassung: Methoden, Validierung und Auswertungsverfahren Ergebnisse zur schriftlichen Befragung - nichtleistungsbezogene Konstrukte Ergebnisse der Prebefragung zu Selbstkonzept, Motivation und Interesse Postbefragung zum subjektiven Empfinden der Unterrichtseinheiten Postbefragung zur Einschätzung der Unterrichtsmerkmale Zusammenfassung: Ergebnisse zu den nichtleistungsbezogenen Konstrukten 142

5 10 10 Ergebnisse und Interpretation zur schriftlichen Testung der Studie - leistungsbezogene Variablen Darstellung der Ergebnisse zum Thema WASSER - Überblick Ergebnisse der Auswertung zum Teilthema Gegenstände schwimmen sinken" Ergebnisse der Auswertung zum Teilthema Verdrängung des Wassers" Ergebnisse der Auswertung zum Teilthema Auftrieb" Interpretation der Testergebnisse in einer Gesamtschau - Thema WASSER Vergleich der Ausgangsposition (Pretestung) Auswirkungen der Interventionen in beiden Klassen Ergebnisse zum Rahmenthema LUFT Zusammenfassung: Ergebnisse der schriftlichen Testung Analyse der Unterrichtsgespräche Analyse der Gespräche in den Experimentierphasen Forschungsmethodisches zu den Experimentierphasen in Gruppenarbeiten Erkenntnisse auf Basis der Dokumente der Experimentierphasen Analyse der Reflexionsgespräche Forschungsmethode und Kategorienschema zu den Reflexionsgesprächen Ergebnisse der Analyse - zeitliches Ausmaß Analyse zum Feststellen und Erklären von Phänomenen (Rahmenthema WASSER) Analyse aus fachinhaltlicher Perspektive Analyse zur Initiierung der Teilinhalte durch Lehrer Schüler- Rahmenthema WASSER Analyse zum Alltagsbezug - Rahmenthema WASSER Analyse der Reflexionsgespräche zum Rahmenthema LUFT Qualitative Betrachtung der Reflexionsgespräche - weitere Aspekte konstruktivistischen Unterrichtes Art der Fragestellungen und Umgang mit Falsch"-Aussagen Art der Diskussion (Frage-Antwort, Wechselgespräch, intensive Diskussion) Viabilitätscheck und Einsatz von Gegenbeispielen 210

6 Zusammenfassung und Schlussfolgerung zur Analyse der Unterrichtsgespräche Entscheidung zu den Hypothesen und theoriegeleitete Reflexion Hypothesen zur Studie Kritische Reflexion und Ergänzungen zur Studie Erkenntnisse aus weiteren Studien Reflexion zum Forschungsdesign und den Forschungsmethoden Reflexion zu einzelnen Versuchen Ergänzende Überlegungen zu neuen Forschungsansätzen Zusammenfassung: Entscheidung zu den Hypothesen und theoriegeleitete Reflexion Weiterentwicklung Naturwissenschaftlichen Unterrichtes an Grundschulen Naturwissenschaftliche Arbeitsweisen und Experimentierkompetenz entwickeln Unterrichtsmaßnahmen zum Experimentierenlernen - Rolle der Lehrperson Perspektiven für die Selbstevaluation von Lernprozessen und Unterricht Zusammenfassung: Weiterentwicklung Naturwissenschaftlichen Unterrichtes Ausblick 245 Literaturverzeichnis 249 Verzeichnis der Abbildungen 271 Verzeichnis der Tabellen 275 Abkürzungen 279

7 12 ANHANG A Unterrichtsmodelle 283 Al Merkmale der beiden Unterrichtsmodelle 283 A2 Phasenmodell zum Thema WASSER - konstruktivistisch orientiert 285 A3 Phasenmodell zum Thema LUFT - konstruktivistisch orientiert 286 Β Forschungsinstrumente 287 Bl Schriftliche Befragung pre (nichtleistungsbezogen) 287 B2 Schriftliche Befragung post (nichtleistungsbezogen) 289 B3 Testaufgaben zum Thema WASSER (leistungsbezogen) 290 B4 Testaufgaben zum Thema LUFT (leistungsbezogen) 293 C Leistungsbezogene Variablen Testaufgaben mit offenem Antwortformat. 297 CI Kategorisierung der Levelstufen zu den Testaufgaben 297 C2 Tabellarische Übersicht zu den Leveleinstufungen zum Thema WASSER 303 C3 Tabellarische Übersicht zu den Leveleinstufungen - Thema LUFT 305 D Analyse der Reflexionsgespräche 307 Dl Kriterienraster zur Analyse der Reflexionsgespräche 307 D2 Zeitliches Ausmaß der Sinneinheiten zu den 4 Stufen 309