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Naturwissenschaftsunterricht transdisziplinär und integriert – eine Utopie?

Naturwissenschaftsunterricht transdisziplinär und integriert – eine Utopie?. 8. Schweizer Forum Fachdidaktiken Naturwissenschaften – 24. Januar 2014. Gliederung. Einleitung: Transdisziplinarität – Integrierter Unterricht Naturwissenschaftliche Grundbildung und Bildungsstandards

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Naturwissenschaftsunterricht transdisziplinär und integriert – eine Utopie?

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  1. Naturwissenschaftsunterricht transdisziplinär und integriert – eine Utopie? 8. Schweizer Forum Fachdidaktiken Naturwissenschaften – 24. Januar 2014

  2. Gliederung • Einleitung: Transdisziplinarität – Integrierter Unterricht • Naturwissenschaftliche Grundbildung und Bildungsstandards • Das Fach Naturwissenschaften (in NRW) • Kontexteffekte • Gendereffekte • Gelungenes Beispiel: HIGHSEA-Projekt in Bremerhaven • Unterrichtsmaterial • Zusammenfassung und Ausblick

  3. Interdisziplinäres Arbeiten • Voraussetzungen • Fachkompetenz in der eigenen Disziplin und das Wissen um deren Stärken, Schwächen und Bedingtheiten • Toleranz und Akzeptanz gegenüber anderen Disziplinen • Wissen um die Handlungsformen anderer Disziplinen • Teamkompetenz und kommunikative Kompetenz (Defila & Giulio,1996, S. 130) Interdisziplinarität ist ein herzustellender Zustand, eine spezifische, besonders voraussetzungsvolle Form wissenschaftlicher Kommunikation…, setzt einschlägiges disziplinäres Wissen voraus (Kaufmann, 1987, S.70)

  4. Von Multidisziplinarität zu Transdisziplinarität • Multidisziplinarität Mehrere Disziplinen ohne Wechselwirkungen parallel zueinander - normaler Stundenplan mit unterschiedlichen Fächern • Interdisziplinarität Interaktionen zwischen den beteiligten Disziplinen • Transdisziplinarität Wechselbeziehungen zwischen den beteiligten Disziplinen führen zu inhaltlichen Veränderungen, Verschiebung von Disziplingrenzen oder neuen Disziplinen Erfordert gemeinsame Fragestellung, Theorien, Methoden und Kriterien der Wissenschaftlichkeit, gemeinsame Sprache

  5. Naturwissenschaftsunterricht transdisziplinär und integriert • Fachüberschreitend Einbringen von Erkenntnissen aus einem anderen Fach • Fächerverknüpfend Konzepte aus unterschiedlichen Fächern werden durch curriculare Absprachen systematisch verbunden • Themenzentriert Betrachtung eines übergeordneten Themas aus den unterschiedlichen Perspektiven der einzelnen Fächer • Integriert Integrierte Entwicklung naturwissenschaftlicher Begriffe Zeigt Parallelitäten zu Transdisziplinarität • Geeignet für naturwissenschaftliche Grundbildung?

  6. Naturwissenschaftliche Grundbildung • Unterscheidung von Konzepten und Prozessen Naturwissenschaftliche Grundbildung (nach PISA) • Naturwissenschaftliches Wissen anwenden • Naturwissenschaftliche Fragen erkennen • Schlussfolgerungen ziehen • Umgehen mit Evidenzen • Kommunizieren von naturwissenschaftlichen Inhalten • Enge Verzahnung der drei naturwissenschaftlichen Fächer durch gemeinsame Ziele und Arbeitsweisen • Fortsetzung des Sachunterrichts der Primarstufe • Nationale Bildungsstandards ProzessbezogeneKompetenzen

  7. Nationale Bildungsstandards • Gemeinsame Kompetenzbereiche für die drei naturwissenschaftlichen Fächer • Fachwissen • Erkenntnisgewinnung • Kommunikation • Bewertung • Sind die Kompetenzbereiche fachspezifisch oder naturwissenschaftsübergreifend?

  8. Fachabhängigkeit der Bewertungskompetenz Biologie • Stichprobe: 777 SchülerInnen • Deviance: 16015.62 • Separation Reliability: .994 • EAP/PV Reliability: Dim 1(außerfachlich): .47 Dim 2 (Chemie): .68 Dim 3 (Biologie): .65 • Personenparameter Dim 1: -2.76 – 4.47, MW: 2.04 Dim 2: -5.59 – 4.27, MW: .21 Dim 3: -4.81 – 5.44, MW: .51 • .77 ≤ MNSQ ≤ 1.20 • -3.5 ≤ T-Value ≤ 2.3 außerfachlich Chemie (Hostenbach & Walpuski, 2013) jedes,X‘ steht für 4.9 Fälle

  9. Latente Korrelationen • Latente Korrelationen • Bei insgesamt niedrigen bivariaten Korrelationen (<.3) sind diejenigen zur außerfachlichen Anwendung von Bewertungsstrategien, zum Umgang mit Fachwissen und zu den kognitiven Fähigkeiten am größten. • Bewertungskompetenz ist abhängig von der Situation – fachspezifisch • Schüler(innen) können besser außerfachlich Bewertungsstrategien nutzen als in Chemie/Biologie • Was bedeutet das für ein Unterrichtsfach Naturwissen-schaft? (Hostenbach & Walpuski, 2013) 9

  10. Das Fach ,Naturwissenschaft‘ (NRW)

  11. Das Fach ,Naturwissenschaft‘ (NRW) • Erprobungsphase des Fachs Naturwissenschaft in NRW (Schuljahre 2003/2004 und 2004 /2005; > 70 Gymnasien; Jahrgangsstufen 5 und 6) • Integration chemischer, biologischer & physikalischer Inhalte • Grundlegende Ziele • Anschlussfähige naturwissenschaftliche Grundbildung • Ganzheitliche Wahrnehmung naturwissenschaftlicher Phänomene • Interessenförderung • Prozess- und konzeptbezogene Kompetenzen eingebunden in verpflichtende Rahmenthemen

  12. Projekt • Vergleich der beiden unterschiedlichen Unterrichtstypen Naturwissenschaft versus Einzelfächer (Biologie und Physik) : • Fachwissen Chemie • Naturwissenschaftliche Arbeitsweisen • Interesse und Selbstkonzept (Biologie, Physik und Chemie) • Unterrichtsmethoden des differenzierten und integrierten Naturwissenschaftsunterrichts • Design • Ca. 600 Schülerinnen und Schüler aus 21 Klassen (21 Lehrkräfte)(ca. 300 Probandinnen und Probanden pro Gruppe)

  13. Ergebnisse mit Blick auf den Unterricht • Forschungsfragen • Werden in einem integrierten Naturwissenschaftsunterricht andere Unterrichtsformen und –methoden fokussiert? • Beeinflusst das Studienfach der Lehrkraft im integrierten Naturwissenschaftsunterricht das fachliche, hier chemiebezogene Wissen der Schülerinnen und Schüler?

  14. Angaben zum Unterricht (Walpuski , geb. Klos & Sumfleth, 2012)

  15. Experimentelles Arbeiten (Klos, 2008)

  16. * Fachwissen Chemie integrierte Unterrichtsform – Lehrkraft (Klos, 2008)

  17. Ergebnisse des Lehrerfragebogens • Die meisten beteiligten Lehrkräfte waren Biologielehrkräfte, keine Physiklehrkraft • Liste der Schwierigkeiten • kein geeigneter Unterrichtsraum • kein geeignetes Schulbuch • erhöhter Materialaufwand • erhöhter Zeitaufwand: Einarbeitung in fachfremde Themengebiete • erfordert Absprachen mit Kolleginnen und Kollegen und Fortbildungen •  Die Umsetzung war sicherlich suboptimal

  18. Effektbezogene Hypothesen und Forschungsfragen • Hypothesen: • Schülerinnen und Schüler, die zwei Jahre in dem Fach Naturwissenschaft unterrichtet worden sind… • beherrschen grundlegende naturwissenschaftliche Arbeitsweisen besser • besitzen mehr allgemein prozessbezogene Kompetenzen • erlernen mehr chemisches Fachwissen • Weitere Forschungsfragen • Mindert oder stärkt das Fach Naturwissenschaft • das Interesse an den Fächern Biologie, Physik und Chemie? • das Selbstkonzept in den Fächern Biologie, Physik und Chemie? • Profitieren Mädchen oder Jungen unterschiedlich stark von einem integrierten Naturwissenschaftsunterricht?

  19. Ergebnisse • Schülerinnen und Schüler, die zwei Jahre in dem Fach Naturwissenschaft integriert unterrichtet worden sind… • beherrschen grundlegende naturwissenschaftliche Arbeitsweisen nicht besser (NAW-Test) • besitzen nicht mehr allgemein prozessbezogene Kompetenzen • verfügen nicht über mehr chemisches Fachwissen • haben kein höheres naturwissenschaftliches Selbstkonzept • zeigen aber ein höheres Fachinteresse zu Beginn der 7. Klasse als die Kontrollgruppe. (Klos, 2008) • Mögliche Ursachen für die Interessenseffekte?

  20. Exkurs: Kontexteffekte

  21. Kontexteffekt: Situationales Interesse • Haupteffekt des Kontextes auf • das situationale Interesse: • F(2,153) = 5.95; • p = .003, partielles ² = .072 • Effekte Inhalt (a) > Effekte • Inhalt (b) • Probanden stufen Inhalt (b) • auch im nicht lebensweltlichen • Kontext als interessant ein  Wasser ist gleichzeitig Kontext und Inhalt (Kölbach & Sumfleth, 2013)

  22. Kontexteffekt: Situationales Interesse Chemie versus Biologie • Haupteffekt des Kontextes auf • das situationale Interesse: • F(3,134) = 3.61; • p = .015, partial ² = .075 • Effekte Inhalt (a) > Effekte • Inhalt (b) > Effekte Inhalt (c) • Probanden stufen Inhalt (b) und (c) auch im nicht lebenswelt-lichen Kontext als interessant ein (Kölbach & Sumfleth, 2013)

  23. Kontextorientierung und Relevanz • Haupteffekt des Kontextes auf • die empfundene Relevanz des • Themas: • F(3,129) = 7.90; • p < .001, partielles ² = .155 • Effekte nur durch Inhalt (a) • hervorgerufen: • F(1,131) = 21.76; • p < .001, partielles ² = .141 • Inhalte (b) und (c) werden • auch im nicht lebensweltlichen • Kontext als relevant eingestuft •  Kein Haupteffekt: F(1,131) < 1

  24. Schlussfolgerungen • Effekte des Kontextes hängen auch vom Inhalt ab. • Lässt sich diese Idee auf das Fach Naturwissenschaft übertragen? • Vermutung: • je weiter entfernt Kontext und • Inhalt sind, desto größer ist der • Interessenseffekt • desto größer ist der Effekt auf die Relevanz Inhalt Inhalt Kontext Kontext Salze Wasser

  25. Zurück zum Unterrichtsfach NaturwissenschaftGendereffekte

  26. Gendereffekte Sachinteresse Selbstkonzept Fachinteresse (Klos, 2008)

  27. Interessenentwicklung in Klasse 7 (Klos, 2008)

  28. Gendereffekte – Unterrichtsfach Naturwissenschaft Interaktionseffekt (signifikant) p = .014 F(1; 567) = 6.054, Eta² = .011 Ende der Klasse 7 ist der Interaktions-effekt nicht mehr nachweisbar, aber Mädchen besser als Jungen Parallele Entwicklung im Laufe der Klasse 7 (Klos, 2008; Klos, Henke, Kieren, Walpuski & Sumfleth, 2008)

  29. Ein weiteres Beispiel: • Das HIGHSEA-Projekt in Bremerhaven

  30. Das HIGHSEA-Projekt • HIGHSEA-Projekt am AWI in Bremerhaven 22 Schülerinnen und Schüler des 11. Jahrgangs werden in 2½ Jahren in den Fächern Biologie (LK), Chemie, Mathematik und Englisch in einem themenzentrierten, fächerübergreifenden Projektunterricht zum Abitur geführt. • Ziele des Projekts • Nachhaltige Förderung der naturwissenschaftlichen Fähigkeiten • Unterstützung des Interesses • Nachwuchsförderung • Hypothese Höhere experimentell-naturwissenschaftliche Fähigkeiten der Projekt-gruppe als bei vergleichbaren Schülerinnen und Schülern in Bremerhaven

  31. HIGHSEA Schüler/innen N=21 Vergleichs- schüler/innen N= 21 von ca.180 Design der Evaluation Parallelisierung über KFT TIMSS Motivation & Interesse • Vergleich der Gruppen (pre-post) hinsichtlich • naturwissenschaftlicher/experimenteller Kompetenz • Motivation und Interesse an den Naturwissenschaften • Fachwissen

  32. Veränderung der NAW-Testergebnisse über ein Schuljahr Haupteffekte Gruppenzugehörigkeitp < .05 F(1;36) = 5,774Eta² = .138 Messzeitpunkt p < .001 F(1;36) = 52,166Eta² = .592 Interaktionseffekt: Gruppe *Messzeitpunktp = .001 F(1;36) = 13,932Eta² = .279

  33. Sind die Schüler zu jung?

  34. Wissen über naturwissenschaftlich- experimentelles Arbeiten – Jahrgangsstufe 5 (Mannel, Walpuski & Sumfleth, eingereicht) Raschanalyse (ConQuest) Gesamtsample (N=1134) • EAP / PV Reliabilität =.766 • Varianz: 1.347 • 119 von 140 Items: 0.75 < weighted MNSQ < 1.2 -2 < T-Wert < +2 discrimination über .20 Modellpassunggegeben Test isttendenziell zu schwierig für das Gesamtsample

  35. Ergebnisse für das Gymnasium und Hauptschule Gymnasium Hauptschule • Nachkonstruktion leichterer Items • Einsatz der Aufgaben in der siebten Jahrgangsstufe (Mannel, Walpuski & Sumfleth, eingereicht)

  36. Ergebnisse einer Folgestudie in Jahrgangsstufe 7 Gymnasium Gesamtsample Hauptschule (Mannel, 2011)

  37. Unterrichtsmaterial für den integrierten Anfangsunterricht

  38. Prinzipien der Materialentwicklung • Berücksichtigung der vier Kompetenzbereiche der nationalen Bildungsstandards • Berücksichtigung der Vorgaben der Bundesländer • Schülerarbeitsmaterial und Lehrerbegleitbögen • Farbliche und symbolische Markierung der Materialien mit Blick auf die zu fördernden Kompetenzen • (Hübinger, Emden, & Sumfleth, 2009)

  39. Unterschiedliche Kompetenzbereiche • Kompetenzbereich Fachwissen Inhaltsbereiche zum Thema Wasser Breite Abstimmung auf curriculare Vorgaben • Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung Unterschiedlich eng geführte Schülerexperimente Strukturierungstraining • Kompetenzbereich Kommunikation Fokussierung auf Lesen und Konstruieren schematischer Darstellungen • Kompetenzbereich Bewertung Erste Schritte zur Bewertung: Individuelle Betroffenheit Unterschiedliche Perspektiven (Emden & Sumfleth, 2009)

  40. ZusammenfassungFächer versus Naturwissenschaften • Formale Rahmenbedingungen • Änderung von Organisationsstrukturen und Inhalten • Lehrerausbildung - Überwiegend fachfremd erteilter Unterricht • Chemieunterricht  Physikunterricht  Biologieunterricht • Konsequenzen für Unterricht • Komplexität der Problemsituation – cognitive load - Interesse • Akzentuierung der Unterschiede versus Erkennen von Gemeinsamkeiten • Exemplarisch versus systematisch • Horizontale versus vertikale Vernetzung • Aber: Unterrichtsqualität vermutlich wichtiger als die Auswahl inhaltlicher Beispiele

  41. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit • Vielen Dank für die erfolgreiche Zusammenarbeit Markus Emden Eva Kölbach Christian Henke Susanne MannelJulia Hostenbach Maik WalpuskiRegina Hübinger Silke Walpuski, geb. Klos • Vielen Dank für die finanzielle Unterstützung nwu-essen Entwicklung derFG + GK Materialien Kontakt:elke.sumfleth@uni-due.de www.nwu-essen.de http://www.uni-due.de/ chemiedidaktik/ 09_forschung_agsumfleth.shtml elke.sumfleth@uni-due.de

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