BLK Programm Sinus-Transfer Grundschule Frühjahrstagung Bayern Schloss Spindlhof Mai 2006

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1 BLK Programm Sinus-Transfer Grundschule Frühjahrstagung Bayern Schloss Spindlhof Mai 2006 Wie helfen wir Kindern beim Erlernen von Naturwissenschaften? Umgang mit Lernschwierigkeiten am Beispiel des Themas Luft und Luftdruck erforschen Prof. Dr. Kornelia Möller Universität Münster

2 Programm I. Lernen und Lernschwierigkeiten im naturwissenschaftlichen Bereich der Grundschule Was heißt Lernen in den Naturwissenschaften? Lernschwierigkeiten beim Erlernen von Naturwissenschaften in der Grundschule Wie können wir Kindern helfen beim Erlernen von Naturwissenschaften? II. Das Beispiel Luft und Wetter: Welche Lernschwierigkeiten sind zu erwarten? Wie können wir Kindern helfen, integriertes und anwendungsfähiges Wissen zu erreichen? Was folgt aus diesem Beispiel für unsere zentrale Frage? 2

3 Lernschwierigkeiten? Wir lassen die Kinder experimentieren... 3

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5 Und dann lesen sie selbstständig die Antwort: Wenn das Plastilin die Form eines Schiffes erhält, schwimmt es. Es braucht so mehr Platz und verdrängt mehr Wasser. Dadurch wird es stärker vom Wasser nach oben gedrückt. 5

6 Meine Antwort... So geht es nicht! 6

7 Ein Beispiel aus den 70er Jahren Zum Thema Schwimmen und Sinken: Lernen über Merksätze: Vollkörper, die leichter sind als die gleiche Raummenge Wasser schwimmen; Vollkörper, die schwerer sind als die gleiche Raummenge Wasser sinken. Hohlkörper schwimmen auch dann auf dem Wasser, wenn sie aus einem Material bestehen, das schwerer ist als die gleiche Raummenge Wasser. (aus Leicht 1973) 7

8 Scheitern der damaligen Ansätze.. Vernachlässigung vorhandener Vorstellungen bei den Kindern und kindlicher Denkweisen in den sog. lernzielorientierten Ansätzen (adaptiert aus den USA) Kognitive Überforderung der Kinder 8

9 Befund: Grundschulkinder lernen nicht, die naturwissenschaftlichen Fachbegriffe zu verstehen, sondern bestenfalls Wörter, die für sie stehen, assoziativ und grammatikalisch korrekt zu gebrauchen (Lauterbach 1992, S. 205) Naturwissenschaftliche Inhalte verschwanden aus den Grundschul Lehrplänen (bis in die 90er Jahre) 9

10 Analyse der Lehrpläne seit 1970 Strunck, Lück, Demuth

11 Prozentuale Häufigkeit fachlicher Themen in 16 deutschen Lehrplänen (3./4. Klasse) aus dem Jahre 1998 (nach Einsiedler 2002) ,8 19,6 11,1 10,6 10,2 8,1 6,2 1,5 7 Biologie Soziales Lernen Geographie Gesundheit Geschichte Technik Physik Chemie Sonstiges 11

12 Anteile der naturwissenschaftlich orientierten Inhaltsbereiche des Sachunterrichts am Gesamtanteil der Inhalte in deutschen Schulbüchern (Blaseio 2002) ,1 18,2 16,14 6, Biologisch orientierte Inhalte Physikalische, chemische und technisch orientierte Inhalte 12

13 Was wollen wir heute in der Grundschule erreichen? Interesse und Freude am Nachdenken über Phänomene aus Natur und Technik Selbstvertrauen, etwas herausfinden und verstehen zu können Bereitschaft, sich auf forschendes Denken einzulassen ( science is hard fun ) Verständnis grundlegender Konzepte und Zusammenhänge Erwerb grundlegender Verfahren (Experimentieren) Bereitschaft und Fähigkeit, über naturwissenschaftlichtechnische Phänomene und Fragen zu kommunizieren 13

14 Verändertes Lernverständnis: Was verstehen wir unter LERNEN? Lernen ist Verändern und Neuaufbau von Vorstellungen (Conceptual Change) (Carey 1985, Vosniadou 1992) vorhandene Vorstellungen werden erprobt, überprüft und gffs. verändert neue Vorstellungen, Erklärungen und Zusammenhänge werden aufgebaut vorhandene Vorstellungen werden präzisiert, ausdifferenziert, feiner abgestimmt 14

15 Grundgedanke Wissen kann nicht nach dem Nürnberger Trichter vermittelt werden (Wissens vermittlung!) Wissen muss aktiv vom Lernenden aufgebaut werden (konstruiert!) werden 15

16 Lernpsychologische Grundlagen Piagets Theorie des Aufbaus geistiger Strukturen Bruners Theorie vom Lernen durch Entdecken 16

17 Lernpsychologische Grundlagen Heute: Konstruktivistisch orientierte Vorstellungen vom Lernen und Lehren (sozial-konstruktivistische Vorstellungen): Wissen wird aktiv konstruiert vom Lernenden in Lerngemeinschaften in möglichst realen Zusammenhängen (problemorientiert) 17

18 Folgerungen für die Gestaltung von Lernprozessen (an sozial konstruktivistischen Sichtweisen orientiert...) (Möller 1999) Vorhandene Vorstellungen aufgreifen/ berücksichtigen Das eigene Denken fördern Individuelle Lernwege zulassen Vorstellungen gemeinsam (im Klassengespräch, in Gruppen) entwickeln und prüfen lassen Problemorientierte und anwendungsbezogene Inhalte wählen Lernwege reflektieren 18

19 Schwierigkeiten beim Erlernen von Naturwissenschaften... Kognitiv anspruchsvolle Themen Kinder weder unter- noch überfordern Wissen nicht vermitteln, sondern gemeinsam erarbeiten... Was ist mit leistungsschwachen Kindern? Anspruchsvolles Hintergrundwissen auf Seiten der Lehrkraft erforderlich Geeignete Versuche auswählen 19

20 Lernschwierigkeiten Unterscheidung von Innenbedingten Lernschwierigkeiten Lehrbedingte Lernschwierigkeiten Sachbedingte Lernschwierigkeiten 20

21 Lernschwierigkeiten Unterscheidung von Innenbedingten Lernschwierigkeiten Lehrbedingte Lernschwierigkeiten Sachbedingte Lernschwierigkeiten 21

22 Innenbedingte Lernschwierigkeiten Lernschwierigkeiten, die in der Person des Lernenden begründet sind Beispiele: Mangelnde Sprachfähigkeit Allgemein: Kinder mit geringerer Leistungsstärke (Abstraktionsfähigkeit, logisches Denken...) 22

23 Möglichkeiten der Förderung bei innenbedingten Lehrschwierigkeiten Förderung sprachschwacher Kinder durch Umgang mit Experimentiermaterialien Sprache und Handeln verknüpfen (Sachunterricht ist immer auch Sprachunterricht!) (Loska) Nutzung von Zeichnungen und Symbolen, um Aufträge verständlich zu präsentieren ( Klassenkiste Luft und Luftdruck Arbeitsblätter für sprachschwache Kinder) 23

24 Möglichkeiten der Förderung bei innenbedingten Lehrschwierigkeiten Förderung leistungsschwacher Kinder Forschungsstand: Entdeckende, schülerorientierte Unterrichtsformen benachteiligen leistungsschwache Kinder 24

25 Lösungsansatz: Strukturierung in schülerorientiertem Unterricht Ein schüler- und problemorientierter Sachunterricht, der ergänzt wird durch strukturierende Maßnahmen im Sinne von Unterstützung und Lenkung durch die Lehrkraft Sequenzierung des Unterrichts in sinnvolle, aufeinander aufbauende Teileinheiten 25

26 Auswirkungen von Unterricht zum Schwimmen und Sinken auf das Verständnis physikalischer Basiskonzepte Ein Forschungsprojekt im Rahmen des DFG- Schwerpunktprogramms BiQua Kornelia Möller (Universität Münster) Elsbeth Stern (MPI Berlin) Angela Jonen (Universität Münster) Ilonca Hardy (MPI Berlin)

27 Schwimmen und Sinken 27

28 Studie zum naturwissenschaftlichen Sachunterricht Untersuchung des Effekts von schülerorientiertem Unterricht mit stärkerer bzw. geringerer Strukturierung In sechs vergleichbaren Grundschulklassen Mit einer konstanten Lehrperson Mit konstanter Lernzeit und konstanten Lernmaterialien Untersuchung leistungsbezogener und nichtleistungsbezogener Ziele Bei leistungsstärkeren und leistungsschwächeren Sch. 28

29 Variation des Unterrichts Konstant: aktives, konstruktives und kooperatives Lernen (konstruktivistisch orientierter Unterricht) Zwei unterschiedliche Unterrichtsformen: Stärkere Strukturierung (durch Gliederung des Unterrichts, durch eine strukturierende Gesprächsführung, durch höheren Anteil an gemeinsamem Gespräch) (MIT) Geringere Strukturierung (durch Werkstattunterricht mit stärkerer Selbststeuerung, durch eine zurückhaltende Gesprächsführung, durch geringeren Anteil an gemeinsamem Gespräch) (OHNE)

30 Lernerfolge für Kinder mit günstigen und ungünstigen Lernvoraussetzungen in stärker und weniger stark strukturierten Lehr-Lernumgebungen Summenwert MIT OHNE MIT OHNE ungünstige Lernvoraussetzungen günstige Lernvoraussetzungen 30

31 Konstruktivistischer Unterricht mit stärkerer Strukturierung Im Vergleich zum weniger strukturierten, konstruktivistischen Unterricht haben leistungsschwächere Schüler.. signifikant bessere Lernerfolge Stärkeres Kompetenzerleben Höhere selbstbestimmte Motivation Stärkere Erfolgszuversicht Keine signifikante Benachteiligung der leistungsstärkeren Schüler! 31

32 Lehrbedingte Lernschwierigkeiten Lernschwierigkeiten, die durch den Unterricht und seine Organisation hervorgerufen werden Mangelndes Fachwissen von Lehrkräften Auswahl ungeeigneter Experimente Organisationsschwierigkeiten im Unterricht Fehlende materielle Ausstattung, unzureichende Räumlichkeiten 32

33 Möglichkeiten bei lehrbedingten Lernschwierigkeiten Gemeinsames Erarbeiten fachlicher und did.-meth. Hintergründe (anhand geeigneter Materialien) in Fachgruppen oder SINUS-Gruppen Teilnahme an Fortbildungen zu Inhalten des Sachunterrichts Materialausstattung: Science ressource persons, science coordinators, Materialienkisten... Sachunterrichtsraum ist hilfreich... Langfristige Erziehung zum selbständigen Experimentieren (Organisationsformen einführen: Aufräumen, Austeilen, Transport der Materialien) 33

34 Sachbedingte Lernschwierigkeiten Inhaltliche Schwierigkeit vieler physikalischen/chemischen/technischen Inhalte Vorhandene Vorstellungen der Kinder, die dem Erlernen der wissenschaftlichen Vorstellung entgegenstehen 34

35 Umgang mit sachbedingten Lernschwierigkeiten Vorstellungen, die Kinder vor dem Unterricht haben, ermitteln (Präkonzepte) Schritte analysieren, die zum Erreichen des Lernzieles (der Lernziele) notwendig sind überprüfen, ob und wie diese Schritte für Kinder im Grundschulalter möglich sind 35

36 Hilfreich: Theorie von Vygotsky Kognitive Entwicklung braucht Lenkung und Unterstützung: Die Unterstützung soll die Entwicklung in der Zone der nächsten Entwicklung (ZNE) ermöglichen 36

37 Kernidee von Vygotskys Theorie Die Zone der nächsten Entwicklung ist der Bereich zwischen dem Problemlösen, zu dem ein Kind ohne Unterstützung in der Lage ist und dem Problemlösen, zu dem es mit Hilfe oder in Zusammenarbeit mit anderen in der Lage ist, 37

38 Geistige Entwicklung in der Zone der nächsten Entwicklung Nicht erreichbare Lernprozesse Problemlösung ohne Unterstützung Zone der nächsten Entwicklung: Mit Unterstützung erreichbare Lernprozesse Unterstütztes Lernen 38

39 Folgerung für Unterricht Wir müssen herausfinden, welches die Zone der nächsten Entwicklung der Kinder ist, um ihre Denkentwicklung fördern zu können. Anders formuliert: Wir müssen den Lernraum ermitteln Wir müssen ermitteln, welche Unterstützung Kinder in diesem Lernraum brauchen 39