Kompetenzorientierter Physikunterricht

Basisvortrag

Reinhard Bayer, LSOktober/November 2009

Präsentation im Zusammenhang mit der

Fortbildungsreihe Qualitätsoffensive Gymnasium

Impressum

Mitglieder der Zentralen Projektgruppe Physik (ZPG PH)

– Prof. Reinhard Bayer, LS Stuttgart

– StD Joachim Friederich, Kepler-Gymnasium, Pforzheim

– StD Florian Karsten, Seminar Stuttgart

– StD Horst Petrich, Seminar Freiburg

– StD Michael Renner, Seminar Tübingen

– Prof. Dr. Peter Schmälzle, Seminar Karlsruhe

Die Materialien dürfen im Rahmen der Fortbildungsmaßnahme eingesetzt und von den

Multiplikatoren für ihren eigenen Einsatz angepasst werden.

Die Datei „modul1_basisvortrag.ppt“ befindet sich auf dem Fortbildungsserver

www.lehrerfortbildung-bw.de

Kurzbeschreibung

In dieser Präsentation wird erläutert, was unter Kompetenzorientierung für

den Physikunterricht zu verstehen ist.

Es wird zunächst ein vom Fach Physik unabhängiges Kompetenzmodell

(Weinert) analysiert. Es schließt sich die Vorstellung der Kompetenz-

bereiche an, die im Fach Physik sowohl den Nationalen Bildungsstandards

als auch den Niveaukonkretisierungen in Baden-Württemberg eine Struktur

geben.

Danach werden die Implikationen für den Unterricht aufgezeigt und die

Kompetenzmatrix als Planungshilfe vorgestellt.

Schule im Zentrum konkurrierender Kräfte?

Bildungsstandards 2004

Nationale Bildungsstandards

Politik, Hochschulen, Industrie, Eltern

SchulcurriculumPISA

DVA

Erziehungs-wissenschaft

FachwissenschaftFachdidaktikHirnforschung

Abitur

Kerncurriculum

Selbstevaluation

Fremdevaluation

EPA

NIKO

Alles soll anders werden?

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ngKompetenzorientierungIndividualisierung

?Inhalte

Fachwissen

Paradigmenwechsel

Ängste, Widerstände und Unsicherheit

Werden nur noch Kompetenzen unterrichtet?

Strukturieren wir den Unterricht jetzt ausschließlich nach

den Kompetenzen?

Wo bleiben denn da die Inhalte?

Kann man denn eine Kompetenz überhaupt isoliert

unterrichten?

Ja wie sieht ein kompetenzorientierter Unterricht denn

überhaupt aus?

Haben wir das nicht schon immer gemacht? Was ist

eigentlich so neu daran?

Kompetenzorientierter PhysikunterrichtWas ist das und wie geht das?

Vortragsaufbau

1. Was verstehen wir unter Kompetenzen?

2. Wie kann man Struktur in die Kompetenz-

beschreibung hineinbringen, die mit den

fachlichen und methodischen Anforderungen im

Fach Physik kompatibel ist?

3. Welche Auswirkungen hat das auf die

Unterrichtsplanung und den Unterricht?

Kompetenzorientierter PhysikunterrichtWas ist das und wie geht das?

Vortragsaufbau

1. Was verstehen wir unter Kompetenzen?

2. Wie kann man Struktur in die Kompetenzbeschreibung

hineinbringen, die mit den fachlichen und methodischen

Anforderungen in Fach Physik kompatibel ist?

3. Welche Auswirkungen hat das auf die

Unterrichtsplanung und den Unterricht?

Was ist Kompetenz?

Kompetenzen sind

„die bei Individuen verfügbaren oder durch sie erlernbaren

kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte

Probleme zu lösen, sowie die damit verbundenen

motivationalen, volitionalen und sozialen Bereitschaften und

Fähigkeiten, um die Problemlösungen in variablen

Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu

können“.

(Weinert 2001)

Opt on l r L nO ür V rt uni a e i f e ief g

Erweiterter Kompetenzbegriff

Nicht nur Wissen, Fähigkeiten und Fertigkeiten,

sondern auch motivationsbezogene Prozesse sind als

Kompetenzen zu begreifen.

Folgerung:

Unterricht ist auch zum Erwerb selbstregulatorischer

Kompetenzen anzulegen. Dies umfasst das

Bewusstmachen von (Lern)Prozessen und den Erwerb von

kognitiven, metakognitiven und motivationalen Strategien.

Motivationsbezogene Kompetenzen

Prozess der Handlungssteuerung kann unterteilt werden in

(1) motivationale Kompetenz (sich auf etwas einlassen) Richtungsfindung/Intensitätssteuerung für zukünftiges Verhalten

(2) volitionale Kompetenz (dabeibleiben)

Den Willen betreffende Prozesse, um die ursprünglich gewählte

Richtung auch unter konkurrierenden Neigungen beizubehalten

(3) selbstbewertende Kompetenz (reflektieren und reagieren)

Reflexion über die Wirksamkeit des eigenen Verhaltens und

Anpassung der Richtungsfindung

Grundlage für lebenslanges Lernen

Wie kann die Schule auf lebenslanges Lernen vorbereiten?

1. Planung des Lern- und Auftragsangebots

Differenzierende Lernangebote bzw. Arbeitsaufträge (nach unter-

schiedlichen Schwierigkeiten bzw. mit abgestuften Hilfen) und

geeignete Unterrichtsmethoden (Gruppenarbeit, Projektarbeit,

Lernzirkel, Stationenlernen, …), flexible Lernzeiten

2. Aktive Förderung der Schülerkompetenz

Selbstverantwortetes Lernen, Methoden der Selbstkontrolle (siehe

Modul Diagnose und Förderung), Lernplan, Lerntagebuch, …

Weniger Belehrung, mehr aktives Schülerhandeln!

Handlungsorientiertes und entdeckendes Lernen und Arbeiten in Teams – auch im

Physikpraktikum – sind tragende Säulen des Physikunterrichts. Diese

Handlungsorientierung ermöglicht einen differenzierten Unterricht, sodass jede

Schülerin und jeder Schüler eine Chance hat, auf der eigenen Stufe des Könnens zu

arbeiten.

Vor allem im handlungsorientierten Unterricht, bei der Teamarbeit oder im Physik-

Praktikum können die Denk- und Arbeitswege der einzelnen Schülerinnen und

Schüler beobachtet werden. Auf diese Weise kann die Lehrkraft bei individuellen

Problemen helfen.

Durch offene Problemstellungen und entdeckendes Lernen werden die Schülerinnen

und Schüler zur Suche nach eigenen Lösungswegen angeregt. Ihre eigene

Anstrengungsbereitschaft und Kreativität werden unter anderem durch Referate und

eigene Experimentalvorträge gefördert und der eigene Kompetenzzuwachs wird

erkannt. Lehrerinnen und Lehrer können aus den angewandten Strategien Denk- und

Lernwege erkennen und den folgenden Unterricht danach organisieren.

Konsequenzen für PhysikBildungsstandard Physik (BW) - Leitgedanken

Kompetenzorientierter PhysikunterrichtWas ist das und wie geht das?

Vortragsaufbau

1. Was verstehen wir unter Kompetenzen?

2. Wie kann man Struktur in die Kompetenz-

beschreibung hineinbringen, die mit den

fachlichen und methodischen Anforderungen in

Fach Physik kompatibel ist?

3. Welche Auswirkungen hat das auf die

Unterrichtsplanung und den Unterricht?

Konkretisierung der Kompetenzen im Fach Physik

Wer nach Bildungsstandard unterrichtet, macht

doch automatisch kompetenzorientierten

Physikunterricht?

Kommt drauf an!

Wichtig ist nicht nur, was man anbietet,

sondern auch wie man es anbietet.

Kompetenzorientierter Unterricht

Problematisch ist Unterricht

• der dauerhaft lehrerzentriert ist

• der nur Fachkompetenz aufbaut

• ohne Differenzierung

• ohne Diagnose und Förderung

• der Schülerinnen und Schülern keine Selbstverantwortung überträgt

• die Selbstdiagnose und Selbstlernfähigkeit nicht unterstützt

Zwei subjektive Beobachtungen

S-Bahn-Gespräche zwischen Schülern

„Du Karl, hast du Physik begriffen?“

„Ja, ist doch ganz einfach:

U=R*I, W=P*t, P=U*I, ….“

[gemeinsames Memorieren der Formeln, auch in Umformungen]

„So, jetzt kann ich Physik!“

S-Bahn-Gespräche zwischen Schülern

„Du Karl, hast du das mit der Sicherung verstanden?“

„Ja, das ist so…“

[erläutert anhand von Heftaufschrieben Bimetallschalter und Schmelzsicherung]

„… und wenn es heiß wird, fliegt die Sicherung raus.“

„… also wenn ich mich 10 Minuten föhne, das habe ich verstanden!“

Wo bleibt die Kompetenz?

• Viel zu oft:

Formel- und Gerätewissen, aber kein Verständnis (eingeschränktes

Anforderungsniveau!)

• Selbstkritische Frage:

Liegt das am Vermögen der Schülerinnen und Schüler oder am Unterricht bzw. an

den Prüfungsfragen, die das nicht hinreichend thematisieren bzw. abverlangen?

• Kompetenzanalyse:

Der Unterricht war hinsichtlich fachlicher Kompetenz (Niveau A) und

Selbstbewertungskompetenz mäßig erfolgreich, erkennbar war jedoch

Motivation, Kommunikationsfähigkeit und soziale Kompetenz.

Unsicher ist jedoch, ob die Lehrkraft nur dieses fachliche Niveau angestrebt hat.

Kompetenzorientierte Fragen

Erläutere die Formel W=U*I*t. Gehe dabei auf folgende Aspekte ein:

– Welche physikalischen Größen enthält sie? Gib auch die

Einheiten an.

– Was beschreibt sie?

– Beschreibe in eigenen Worten den Zusammenhang zwischen

den physikalischen Größen.

– Gib eine Möglichkeit an, diese Formel experimentell zu

erschließen.

– In welchen Zusammenhängen spielt sie eine Rolle?

– Auf einem Akku steht: 1,2 V – 2100 mAh. Was bedeutet das für

die Praxis?

Kompetenzorientierte Fragen

Erläutere die Formel W=U*I*t. Gehe dabei auf folgende Aspekte ein:

– Welche physikalischen Größen enthält sie? Gib auch die

Einheiten an.

– Was beschreibt sie?

– Beschreibe in eigenen Worten den Zusammenhang zwischen

den physikalischen Größen.

– Gib eine Möglichkeit an, diese Formel experimentell zu

erschließen.

– In welchen Zusammenhängen spielt sie eine Rolle?

– Auf einem Akku steht: 1,2 V – 2100 mAh. Was bedeutet das für

die Praxis?

Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung

Selbstdiagnose

Erläutere die Formel W=U*I*t.

– Ich kenne die physikalischen Größen und Einheiten.

– Ich weiß, was die Formel beschreibt.

– Ich kann den Zusammenhang in eigenen Worten

beschreiben.

– Ich kann ein Experiment entwickeln und durchführen,

das diese Formel bestätigt.

– Ich weiß, wozu man die Formel braucht.

– Ich kann die Formel zu Berechnungen einsetzen.

LernaufgabeWarum benötigt man im elektrischen Haushalts-Stromnetz Sicherungen?

Analysiere die beigelegten Unfallmeldungen* und leite daraus Anforderungen an

elektrische Sicherungen ab (+ Fachwissen)

Niveau A-B: Führe die Experimente (siehe Arbeitsanweisungen mit abgestuften

Hilfen*) durch (+ Fachwissen), schreibe deine Erkenntnisse in dein Lerntagebuch

Niveau C: Entwickle Modellversuche für technische Lösungen für elektrische

Sicherungen und führe sie durch (+ Fachwissen) und schreibe eine Anleitung für

Mitschüler

Bearbeite/Wiederhole im Schulbuch das Kapitel elektrische Leistung und

beantworte mit dem Wissen folgende Frage:

Eine Stromleitung im Haushalt ist mit einer 10 A - Sicherung abgesichert. Welche

Leistung darf ein angeschlossenes Elektrogerät höchstens haben?

* Nur als Idee, Material nicht ausgearbeitet

Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung

Kompetenzbereiche im Fach Physik (NBS)

Fachwissen Physikalische Phänomene, Begriffe, Prinzipien, Fakten,

Gesetzmäßigkeiten kennen und Basiskonzepten zuordnen

Inhaltsbereiche: Mechanik, Elektrizitätslehre, Wärmelehre,

Optik und Struktur der Materie

Basiskonzepte: Materie, Wechselwirkung, Systeme und

Energie

Erkenntnis-gewinnung

Experimentelle und andere Untersuchungsmethoden sowie

Modelle nutzen

Kommunikation Informationen sach- und fachbezogen erschließen und

austauschen

Bewertung Physikalische Sachverhalte in verschiedenen Kontexten

erkennen und bewertenHan

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Pendants im Bildungsstandard BWFachwissen Physikalisches Wissen besteht nicht nur aus Faktenwissen und aus der

Kenntnis von Bezeichnungen, Begriffen und „Formeln“. Wichtig ist auch

das Verständnis von grundlegenden Konzepten …

Erkenntnis-gewinnung

Die Fachmethoden der Physik werden an geeigneten Physik-Inhalten

vermittelt, hierbei spielen physikalische Konzepte, Modelle und Strukturen

eine wichtige Rolle.

Kommunikation Der Physikunterricht bietet vielfältige Möglichkeiten, die sprachliche Bil-

dung der Schülerinnen und Schüler zu fördern, da neben mathematischen

Formulierungen auch das Sprechen, das Schreiben und das Argumen-

tieren eine wichtige Rolle spielen. Voraussetzung für den Aufbau eines

tragfähigen Physikverständnisses ist eine hinreichende Lesefähigkeit. Sie

wird in der Physik mit der Fähigkeit zur Verbalisierung physikalischer

Problemstellungen, zur Veranschaulichung in Bildern, zur Benutzung der

Fachsprache und zur Darstellung in einer mathematischen Schreibweise

weiter ausgebaut.

Bewertung Durch eine physikalische Grundbildung sollen Schülerinnen und Schüler in

die Lage versetzt werden, erworbenes physikalisches Wissen

anzuwenden. Sie sollen physikalische Fragen erkennen und sachgerechte

Entscheidungen treffen können, die die natürliche Welt und die durch

menschliches Handeln an ihr vorgenommenen Veränderungen betreffen.

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Kompetenzmatrix (NBS)

Anforderungsbereiche zum Fachwissen (NBS)

1. Komplexität

„Fakten und einfache Sachverhalte“

„einfache Kontexte“

„unbekannte Kontexte“

2. Kognitive Prozesse

„reproduzieren“

„benennen, identifizieren und nutzen“

„auswählen und anwenden“

Anforderungsbereiche zur Erkenntnisgewinnung

„Inhalte“ zum Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung

Experimente nach Anleitung durchführen

exemplarisch die Historie physikalischer Entdeckungen kennen

Messgeräte und Messmethoden kennen und sachgerecht einsetzen

Aus gegebenen Tabellen oder Diagrammen eigenständig Schlüsse über

den Zusammenhang zwischen Größen ziehen

Aus Sachtexten und anderen medialen Quellen Erkenntnisse gewinnen

(auch Recherchieren)

Aus Experimenten Schlüsse ziehen

Wissenschaftliche Arbeitsweisen unterscheiden (u.a. Induktion, Deduktion)

und selbst anwenden

Experimente gezielt planen (Hypothese, …, Reflexion/Fehleranalyse)

Interviews zur Erkenntnisgewinnung planen, durchführen und nachbereiten

(Expertenbefragung)

…

Anforderungsbereiche zur Kommunikation

„Inhalte“ zum Kompetenzbereich Kommunikation

• Einen Sachverhalt sachgerecht, d.h. korrekt und fachlich angemessen aufbereiten

(Tabelle, Grafik, Diagramm, Text, Plakat, Internetseite, Wiki, ...)

• Eine Zusammenfassung erstellen

• Einen Fachvortrag halten

• Darstellungsformen für naturwiss. Sachverhalte ineinander überführen

Diagramm ↔ Text (z.B. Geschichte zum Diagramm erfinden)

Tabelle ↔ Diagramm Text ↔ Mindmap

Text ↔ Flussdiagramm Formel ↔ textliche Umschreibung

Fachbegriffe ↔ Umgangssprache

• Aus mehreren gegebenen Darstellungen eine sachlich richtige oder/und

adressatengemäße auswählen lassen (mit Begründung)

• Jemandem (reale / gedachte Person) etwas erklären (adressatengemäß,

Partnerarbeit, Rollenspiel)

• Fachlich argumentieren (abwägen, begründen, Rollenspiel)

Adaptiert aus „Kommunikation in den Bildungsstandards“,

Naturwissenschaften im Unterricht 18 (2007), Schecker et al.

Anforderungsbereiche zur Bewertung

„Inhalte“ zum Kompetenzbereich Bewertung

Eine Anzahl vorgegebener Aussagen oder Fragestellungen zu einem Sachverhalt

unterschiedlichen Perspektiven zuordnen (naturwiss. / politisch / ökonomisch /

alltagsbezogen / ...) oder

mehrperspektivische Aussagen und Fragestellungen entwickeln und ausarbeiten.

Eine Bewertung aus den Perspektiven verschiedener Betroffener analysieren oder

entwickeln (Rollenspiel).

Auswirkungen naturwiss. Erkenntnisse in persönlichen oder gesellschaftlichen

Kontexten benennen.

Eine (vorgegebene) Entscheidung auf ihre Folgen hin untersuchen.

Verschiedene Handlungsoptionen aufzeigen.

Aus einer vorgegebenen Liste von Aussagen auswählen, um eine eigene Bewertung

zu stützen (mit Begründung).

Eine vorgelegte Bewertung kommentieren im Hinblick auf Argumentationsstrukturen

(z.B.: Gibt es eine Begründung? Wie ist sie aufgebaut?).

Eine eigene Position zu einem Sachverhalt formulieren.

Wie bedeutsam ist das fürBaden-Württemberg?

1. Die Zusammenarbeit der Länder in der Entwicklung von kompetenz-

orientiertem Unterricht gelingt nur mit einem einheitlichen Grund-

verständnis über Kompetenzmodelle. Die o.g. Kompetenzmatrix ist die

allgemein anerkannte Basis für Physik.

2. Der Bildungsstandard Physik in Baden-Württemberg ist trotz anderer

Struktur dazu kompatibel, insbesondere unter Einbeziehung der

Leitgedanken. Die Niveaukonkretisierungen orientieren sich bereits an der

Kompetenzmatrix, auch der Bezug zu den NBS wird jeweils angegeben.

3. Die von der KMK 2012 durchgeführten bundesweiten Tests zur natur-

wissenschaftlichen Kompetenz werden die vier Kompetenzbereiche

Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation, Bewertung prüfen.

4. Inhaltlich sind die Basiskonzepte Materie, Wechselwirkung, Systeme und

Energie nicht als Prüfbereiche vorgesehen.

Kompetenzorientierter PhysikunterrichtWas ist das und wie geht das?

Vortragsaufbau

1. Was verstehen wir unter Kompetenzen?

2. Wie kann man Struktur in die Kompetenz-

beschreibung hineinbringen, die mit den

fachlichen und methodischen Anforderungen in

Fach Physik kompatibel ist?

3. Welche Auswirkungen hat das auf die

Unterrichtsplanung und den Unterricht?

Unterricht kompetent kompetenzorientiert planen

Unterrichtsplanung nach fachsystematischer Struktur

1 xxxxxxx

1.1 xxx

1.2 xxx

2 xxxxxxx

2.1 …

Unterrichtsstunde• Einstieg (z.B. Alltagsbezug)• Systematische Untersuchung (z.B.

Demo- oder Schülerexperiment)• Festigung (z.B. Aufgaben)• Evt. weitere Kontexte

Ist das nicht schon kompetenzorientierter Unterricht?

Das ist auf dieser Basis nicht entscheidbar!

Unterricht kompetent kompetenzorientiert planen

Unterrichtsplanung geht von Kompetenzen fördernden

Lernprozessen aus

Schülerinnen und Schüler übernehmen

(Teil)verantwortung für ihr Lernen, Lehrkräfte begleiten

den Lernprozess

Unterrichtsplanung berücksichtigt verschiedene

Anforderungssituationen mit Bezug auf Kompe-

tenzbereiche und mögliche Untergliederungen

Fachkompetenzen werden an Inhalten erworben, die

Handlungskompetenzen im Rahmen von

Unterrichtssituationen und Lernarrangements

Mehrdimensional planen

So wie bislang die Fachkompetenz

strukturiert und umfassend geplant wird,

sind auch die anderen Kompetenzbereiche

Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und

Bewertung gezielt kumulativ auszubauen.

Unterricht kompetent kompetenzorientiert planen

Unterrichtsplanung unter Berücksichtigung von

Inhalten Prozessen unterschiedlichen Kompetenzbereichen unterschiedlichen Anforderungsniveaus

Unterrichtssequenz

Hohe Eigentätigkeit der Schülerinnen und

Schüler Hohe Selbstverantwortung der der Schülerinnen

und Schüler für ihr Lernen Differenzierung im Unterricht

Planungsraster für Unterrichtsplanung (nach Ziener erweitert)

1. Welche Kompetenz nach BS? Zitat Fachkompetenz nach BS: …

Zitat method. Kompetenz nach BS: …

Welche weiteren Kompetenzen werden damit gefördert (Inhaltsdimension und Handlungsdimension): …

2. Was kann ein(e) Schüler(in), wenn er/sie

über diese Kompetenzen verfügt?

Eigene Formulierung: ...

3. Über welche Kenntnisse / Fähigkeiten /

Fertigkeiten / Haltungen verfügt ein(e)

Schüler(in) im Blick auf diese Kompetenz?

Je betr. Kompetenzbereich:

Anforderungsniveau 1: … Anforderungsniveau 2: … Anforderungsniveau 3: …

4. Unterrichtsplanung Material, Lernarrangement, Impuls,

Inszenierung, etc. der Lehrkraft: …

Aktivität der Schüler(innen) ...

Zusammenfassung

Kompetenzorientierter Unterricht

• berücksichtigt sowohl die Leitgedanken als auch

Kompetenzen und Inhalte der Bildungsstandards

• berücksichtigt Inhaltsdimension und

Handlungsdimension

• hat differenzierende Angebote

• fördert und fordert selbstständiges Lernen

• fördert und fordert die Selbstdiagnosefähigkeit

• …

Nachhaltige Umsetzung

• Ein Vortrag wie dieser kann nur Problembewusstsein

schaffen und Impulse geben.

• Nachhaltige Wirkung ist nur mit der inhaltlichen

Beschäftigung mit Bezug auf eigenen aktuellen

Unterricht zu erwarten, also über– Workshops (Fortbildung)

– Fachkonferenzen (Sprengelarbeit)

– Individuelle Arbeit (Kollegiale Zusammenarbeit)

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit