Naturwissenschaftliches Lernen im Sachunterricht der ......Naturwissenschaftliches Lernen im...

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

Grundidee des Vortrags

drei zentrale Aspekte/ Diskussionslinien zum naturwissen-

schaftlichen Lernen im Sachunterricht der Grundschule

1. Konzeptionierung des Fachs Sachunterricht

2. Lerntheorie

3. Unterrichtsmethodik

Dabei dann immer:

Das ist aus Sicht des naturwissen-schaftlichen Lernens wichtig.

Und so kommt die Sprache ins Spiel.

Agenda

1. Grundsätzliches zum Naturwissenschaftlichen Lernen im Sach-

unterricht 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 naturwissen-

schaftlichen Lernens

a) Definitorisches

b) Einbettung in Erhebung des Vorwissens und Ko-Konstruktion durch

Gesprächskreise o.Ä.

Grundsätzliches

Grundsätzliches

• doppelte Anschlussaufgabe des Sachunterricht:

„Der Sachunterricht muss einerseits anschlussfähig sein an die Lern-

voraussetzungen, an die vor- bzw. außerschulisch erlangten Wissens-

bestände 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

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

Dimensio

n: Denk-,

Arbeits- und

Handlung

s-weisen

Bereich: perspektivenübergreifende Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen im SU

erkennen/ verstehen ei

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evaluie-ren/

reflek-tieren k

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Interessen

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z.B. sam-meln, ordnen,

verglei-chen, struktu-rieren,

vernetzen modellie-ren

z.

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z.B. bewer-ten,

beur-teilen,

einschät-zen,

sich positionier-

en, Lern-

prozesse

reflektie-ren

z.

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z.B. forschende

Haltung

entwickeln,

fragen,

vermuten,

deuten

z.

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Arb

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z.B. vor- und

nachdenken,

partizipieren

sozialwissenschaftliche Perspektive Gemeinschaft – Politik – Wirtschaft

z.B.

Demokratie

Bere

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Th

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z.B. sich in Zei-

ten orientieren;

rekonstruieren

historische Perspektive Zeit – Wandel

z.B. Wandel

z.B. Räume er-

kunden und

sich in diesen

orientieren

geographische Perspektive Räume – Naturgrundlagen - Lebenssituationen

z.B. Raum-

nutzung

z.B. die belebte

und unbelebte

Natur untersu-

chen, experi-

mentieren

naturwissenschaftliche Perspektive belebte und unbelebte Natur

z.B. Leben,

Kraft

z.B. bauen, kon-

struieren, her-

stellen, Technik

nutzen,

bewerten und

beurteilen

technische Perspektive Technik – Arbeit

z.B. Stabilität

z.B. „Mobilität“ z.B. „Ernährung“ z.B.

gesellsc

haftliche

„Kernfra

gen" wie

nachhalt

ige

Entwickl

ung,

Friede

Dimension:

Konzepte/ Themen-

bereiche

Bereich: perspektivenübergreifende Themenbereiche und

Fragestellungen

Dimension:

Denk-,

Arbeits- und

Handlungs-

weisen

Dimension:

Konzepte/

Themen-

bereiche

perspektivenübergreifende Denk-, Arbeits- und

Handlungsweisen im Sachunterricht

erkennen/ verstehen

eigen-

ständig

erarbeiten

Interes-

sen entwi-

ckeln

umsetzen/

handeln

kommuni-

zieren/ mit

anderen

zusammena

rbeiten

evaluie-

ren/

reflek-

tieren

z.B. ordnen, vergleichen

z.B.

Informa-

tionen erschließen

z.B.

gestalten,

Projekte realisieren

z.B.

forschende

Haltung zeigen

z.B. austau-

schen,

argumen-tieren

z.B. bewer-

ten, einschätzen

sozialwissenschaftliche Perspektive

Politik – Wirtschaft – Soziales

historische Perspektive

Zeit – Wandel

geographische Perspektive

Räume – Naturgrundlagen - Lebenssituationen

naturwissenschaftliche Perspektive

belebte und unbelebte Natur

technische Perspektive

Technik – Arbeit

z.B.

Demokratie

z.B. Wandel

z.B. Raum-

nutzung

z.B. Leben,

Kraft

z.B.

Stabilität

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urteilen, partizipieren

z.B. sich in Zei-

ten orientieren; rekonstruieren

z.B. erkunden

und sich in

Räumen orientieren

z.B. untersu-

chen, experi-mentieren

z.B.

konstruieren,

herstellen, Technik nutzen

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z.B. „Mobilität“ z.B. „Ernährung“ z.B. gesellschaftliche

„Kernfragen" wie nachhal-tige Entwicklung, Friede

perspektivenübergreifende Themenbereiche und

Fragestellungen

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

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 übergeordne-ten 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 + Oberflächenspan-nung + Wasserverschmutzung + Wassermangel in Teilen der Welt)

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)

Lernen als Konzeptveränderung

• aus Erkenntnissen der Lernpsychologie:

– Kinder kommen mit Vorerfahrungen/ Präkonzepten in den

Unterricht

Beispiel für Präkonzepte: Form der Erde

(Nussbaum,

1985, 179)

Beispiel für Präkonzepte: Stromkreislauf

(Wiesner

1995)

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.


Alltags-Sprache

http://www.gotteswahn.info/Gesamtergebnis/Neue_Ordnung_im_Einzelnen/Die_globale_Situation.htm, 11.03.2013


Alltags-Sprache

http://www.umwelt.bremen.de/de/detail.php?gsid=bremen179.c.4449.de, 11.03.2013


Sprache in den

Medien

http://www.lew.de, 11.03.2013

http://www.klima-luegendetektor.de, 11.03.2013

http://www.yellostrom.de, 11.03.2013


manchmal auch

Ungenauigkeiten

in Unterrichts-

materialien


Analogiebildungen

Der Strom wird im Lämpchen verbraucht, so wie Kohle, Öl oder Gas zum Heizen im Ofen verbrannt werden.

Her

an-D

örr

20

11


Analogiebildungen

Her

an-D

örr

20

11

Ein Schiff schwimmt, weil der Motor es antreibt. Wenn ich im Wasser bin und vorwärts schwimme, gehe ich auch nicht unter, sonst schon.

Alltagsvorstellungen sind hartnäckig, da bewährt

Konzepte bleiben oft nebeneinander stehen

+



– 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)



– 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)

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

Fragestellung zu Beginn vorhanden

Vorgehensweise

bekannt Laborieren

Fragestellung zu Beginn nicht vorhanden

Versuch

Vorgehensweise nicht

vorgegeben Experimentieren Explorieren


(Grygier & Hartinger 2009, S.15)


Vorgehensweise

bekannt Laborieren


Versuch





Halte eine leere Flasche waagrecht, lege ein kleines Papierkügelchen in den Flaschenhals und puste kräftig auf das Kügelchen.


Vorgehensweise

bekannt Laborieren


Versuch





Stimmt das? Das Kügelchen fliegt aus der Flasche, weil die Luft am Flaschenboden abprallt?

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

ein empirischer Befund

NT: p = .015; Beta = .572; FU: p<.001; Beta =.757

Befunde zu Strom

(Hartinger, Grygier, Ziegler, Kullmann & Tretter 2014)

4,71

8,00 7,62

5,06

6,73

6,14

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Prätest Posttest Follow-Up

GribS

Vergleichsschulen

ein empirischer Befund

Befunde zu Strom

(Hartinger, Grygier, Ziegler, Kullmann & Tretter 2014)

3,45

2,68

1,54

0,35

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

deutsch nicht deutsch oderzweisprachig

GribS

Vergleichsschulen

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 !!!

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. 269-290). 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. (http://www.sinus-an-grundschulen.de/fileadmin/uploads/Material_aus_SGS/Handreichung_ 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, 102-114.

• Heran-Dörr, E. (2011): Von Schülervorstellungen zu anschlussfähigem Wissen im Sachunterricht. (Modul für SINUS an Grundschulen). Kiel: IPN. (http://www.sinus-an-grundschulen.de/fileadmin/uploads/Material_aus_SGS/Handreichung_Heran-Doerr.pdf)

• Nussbaum, J. (1985). The Earth as a Cosmic Body. In: Driver, R., Guesne, E. & Tiberghien, A. (eds.): Children´s Ideas in Science (pp. 170-192). 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, 211-227.

• Thürmann, E. & Vollmer H.J. (2017). Sprachliche Dimensionen fachlichen Lernens. In: Becker-Mrotzek & Roth. H.-J. (Hrsg.): Sprachliche Bildung – Grundlagen und Handlungsfelder (S. 299-320). Münster & New York: Waxmann.

• Wiesner, H. (1995): Untersuchungen zu Lernschwierigkeiten von Grundschülern in der Elektrizitätslehre. Sachunterricht und Mathematik in der Primarstufe, 22, 50-58.

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