Forschendes Lernen - Forschende Schüler – Individuelles Fördern

Präsentation zum Thema: "Forschendes Lernen - Forschende Schüler – Individuelles Fördern"—  Präsentation transkript:

1 Forschendes Lernen - Forschende Schüler – Individuelles Fördern

2 Kopernikanische Revolution in der Schule
Nicht der Lehrer sondern der Schüler steht im Mittelpunkt des Unterrichts

3 Man muss nur die Bremsklötze wegziehen….
Magnetkanone (rechts) mit Reed-Schaltern, Klasse 5,6 und 7 als Antriebstest für Schwebebahn

4 Film: LoL in Physik Vorkenntnis: „Goldene Regel der Mechanik“ = Energieerhaltungssatz bei einer schiefen Ebene Arbeitsauftrag: Gilt der Energieerhaltungssatz auch bei einem Flaschenzug und einem Hebel? Beobachten Sie die Aktivitäten der Schüler/innen: Was fällt Ihnen auf? Vergleichen Sie mit eigenen Unterrichtserfahrungen

5 Mikromethode: Eigenverantwortliches Arbeiten EVA
Was Lehrer nicht dürfen: Alles entscheiden Alles planen Alles erklären Alles korrigieren Alles strukturieren Sich für alles verantwortlich fühlen Alles kontrollieren Alle Probleme Lösen Alles visualisieren Ständig Anweisungen geben Alles anschreiben Alles diktieren Dem aktiven eigenverantwortlichen Lernen im Wege stehen

6 Eigenverantwortliches Arbeiten EVA
Was Lehrer dürfen/sollten: Vorstrukturieren Moderieren Rahmenbedingungen organisieren Beraten Sachbezogene Arbeitsinseln schaffen, auf denen Schüler frei herumgehen dürfen Fehler zulassen und selbst machen Lernumwege zulassen Durch Zielvorgaben führen und strukturieren Loslassen! Kooperative Arbeitsformen fördern Prinzip der minimalen Hilfe anwenden Differenzierungsmöglichkeiten schaffen

7 Konstruktivistische Lehr- und Lern-Theorie
Wissen kann nicht einfach übernommen werden, es muss aktiv konstruiert werden. Lernen ist ein aktiver Konstruktionsprozess mit individuellen und kollektiven Aspekten: Individuell Eigenständigkeit Metakognition Methode Kommunikation Inhalt

8 Konstruktivistisches Arbeiten
Eigene Gedanken Impulse Informationen Vorverständnis Netzwerk von Zusammenhängen Üben Anwenden

9 Konstruktivistisches Arbeiten
Metakognitive Begleitung: Intensive Beratung zur Förderung der Anstrengungsbereitschaft, der Motivation und der Ausdauer Entwickeln einer Methodenkompetenz Beratung bei Lernproblemen Individuelle Aspekte: Eigenverantwortung: Planen, Durchführen und Kontrollieren des Lernens und Forschens Inhaltliche Aspekte: Fachübergreifende Bezüge herstellen Offene, authentische Probleme, keine kleinschrittigen eingeengten Fragestellungen Exemplarische Aspekte mit wesentlichen Bedeutungen Sozial-Kommunikative Aspekte: Kommunikation und Disput der Lernenden anregen Angstfreies Ausdrücken von Ideen, Fragen und Problemen Methodische Aspekte: z.B.: Eigenständige Projektarbeit mit Präsentation Methodenvielfalt: auch Vorträge, Unterrichtsgespräche neben freiem Arbeiten

10 Was ist forschendes Lernen?
Erarbeitung eines (komplexeren) Themas mit eigenen Ansätzen und Ideen Entwicklung eigener Fragestellungen oder auch Vorgabe fachlicher Ziele Das Neue wird auf eigenem Weg und durch eigene kognitive Aktivitäten erschlossen Die Lernenden spüren und entwickeln eine eigene Autonomie, führen ihre Erfolge auf eigene Kompetenzen und Anstrengungen zurück Misserfolge können anspornen, zu neuen Wegen und Erfahrungen führen Das Gelernte wird hinterfragt und eigene Fragen werden beantwortet Problemorientiertes Unterrichten kombiniert mit eigenständiger Arbeit ermöglich forschendes Lernen Forschendes Lernen ist kein entdeckendes Lernen, denn Wissen lässt sich aus Beobachtungen nur theoriegeleitet aufbauen Forschendes Lernen erfordert einen Wechsel zwischen Instruktion und eigenständiger Konstruktion

11 Rollenwechsel: Lehrer als Lernberater:
Rücknahme der belehrenden Wissensvermittlung Modelling, Scaffolding, Coaching: Vom stützenden Vormachen zur Eigenständigkeit und zurück Forschendes Lernen erfordert eine Veränderung der Rolle von Lehrer/innen zum Berater und Facilitator

12 Themenfindung: Forschendes Lernen
Fokussierender und motivierender Einstieg führt zur Entwicklung von Fragenkatalogen Strukturierung und Finden von Oberthemen Beispiel: Wie schwingt ein Pendel? (Weg-Zeit-Gesetz) Warum schwingt ein Pendel? (Rücktreibende Kraft und Trägheit) Wie lang schwingt ein Pendel? (Dämpfung) Wie kann eine Schwingung aufrecht erhalten werden? (Entdämpfung, Rückkopplung) Wann schwingt ein Pendel? (Eigenschwingungen, erzwungene Schwingungen, Resonanz) Wie kann man eine Schwingung beschreiben? (Kreisbewegung)

13 Themenfindung: Forschung
Hinführung: Festlegung des Fachgebietes durch Anknüpfen an Interessantes und Bekanntes Vorauswahl notwendig Markt der Möglichkeiten und Ideen ? Teambildung und Themenfindung sind gekoppelt Behandlung von Leitthemen (Chaosphysik, Netzwerktheorie)? Beschränkung: Teamzusammensetzung: Alter, Freunde, soziale Aspekte, Intelligenz und Anspruch Mehr Zeit und mehr Beratung zu Beginn? Auswahlkriterien: Ist eine eigene Untersuchung möglich? Sind Geräte und Theorien zugänglich? Lassen sich die fachlichen Inhalte bearbeiten? Ist das Thema schon bearbeitet? Gefahr: Berater/in entwickelt eigene Vorstellungen, die dominieren können Idee wird zum Thema, wenn eine leitende Fragestellung präzise formuliert werden kann. Das Projekt erfordert aber noch ein methodisches Verfahren. Forschungsfragen und Experimente können auch erst im Laufe der Beschäftigung konkretisiert werden.

14 Wissenserwerb Eigenes Vorwissen erkennen Wissensstand reflektieren
Standortbestimmung durchführen können: Was war das Ausgangsproblem, die Zielvorgabe? Welche Aspekte sind verstanden/noch nicht verstanden? Wie sind wir vorgegangen, wo traten Schwierigkeiten auf? Sachtexte erfassen und zusammenfassen Antwort auf eine Frage im Text suchen Texte erläutern, Beispiele und Skizzen hinzufügen Hilfsfragen: Worum geht es? Was ist wichtig? Was verstehe ich (nicht)? Vorbereitende Gespräche auf Metaebene dienen dem Kompetenzerwerb? Informationsquellen kennen und benutzen können Recherchieren können Kurse zur Vermittlung der Basiskompetenzen? Der Inhaltsbereich des forschenden Lernens ist letztlich noch fremdbestimmt. Mit welchem Gefühl geht man an einen Sachinhalt, den man sich ganz allein ausgesucht hat und den man nur intrinsisch motiviert erarbeiten möchte?

15 Forschendes Lernen Forschen
Phasenmodell (Bybee, Bell, Haupt) Zu klärendes Phänomen Forschungsfrage Zielvorgabe Vorwissen aktivieren, Ideen sammeln Information suchen, Experimentieren (Ausprobieren), Diskutieren Messreihen durchführen, auswerten Wissen ausdrücken, Modell entwickeln, hinterfragen, korrigieren Standortbestimmung: Ziel erreicht? Ergebnissicherung, Präsentation Anwenden, Üben

16 Hypothesenbildung Hypothesen sind Suchstrategien, vorläufige Annahmen
Ordnungsfunktion: z.B. Bedeutsames und Unwichtiges trennen Anregungsfunktion: neue Sichtweisen erschließen, neue Möglichkeiten ausloten Verschiedene Bereiche und Aspekte werden in einen denkbaren Zusammenhang gebracht Orientierungsfunktion: z.B. bei einer Einarbeitung in unbekannte Gebiete Konkretisierungsfunktion: Allgemeine Forschungsfragen werden auf überprüfbare Aspekte konkretisiert (operationalisiert) Hilfefunktion: Bei der Suche nach Variablen und Verknüpfungen Es gibt für Schülerinnen und Schüler nur einen eingeschränkten Hypothesen-Suchraum, multiple Hypothesen werden von ihnen nicht in Betracht gezogen. • Dem Vorgehen: Variablen werden nicht systematisch kontrolliert, mehrere Variable werden gleichzeitig getestet. • Dem Entkräften unplausibler Hypothesen: Hypothesenrevisionen sind bei den Schülerinnen und Schülern kaum zu beobachten. • „Positive Capture“: Es werden nur die Daten wahrgenommen, welche die Anfangshypothese bestätigen. In welcher Phase erwerben die Teams dieses Meta-Wissen?

17 Miteinander kooperieren
- Ein Team ermöglicht gemeinsame Benennung von Schwierigkeiten und Ideen Schülersprache unmittelbarer und besser geeignet zur Benennung von Problemen Lernen durch Lehren: Erklären erfordert Rekonstruktion, Strukturierung und logisches Aufbereiten Dörner: Die Rolle des (Selbst-)Gesprächs Kommunikation über unterschiedliche Vorgehensweisen und Resultate Nach Monaten gelingt die Kooperation zwischen 10- und 14-jährigem Forschendes Lernen erfordert Erfahrung mit kooperativen Unterrichtsmethoden Teamfähigkeit kann nicht vorausgesetzt werden! Kann sie vermittelt werden?

18 Gesprächsführung in der Gruppe
Gesprächsregeln (gelten auch für das Coaching): Ich – Botschaften formulieren Beim Zuhören zuwenden Niemanden abwerten Informationen allen zugänglich machen Verabredungen einhalten Gesprächszeiten vereinbaren und einhalten

19 Coaching: Diagnose, Unterstützen, Feedback
Einstiegsfrage eines Gesprächs: Was macht ihr? Was habt ihr vor? Aus der Antwort wird die Stärke der notwendigen Beratung deutlich! Nach dem Suchen, was das Team, nicht der Betreuer, als erfolgreiches Ergebnis ansieht Verwende W-Fragen: Was? Wo? Wann? Wer? Aber niemals „Warum?“, weil es einen negativen und feindlichen Unterton besitzen kann. „Und wie kommt es,…“ ermuntert zu Erklärungen und Hinterfragungen. Eine Reaktion mit „aber“ zu beginnen produziert Widerspruch und lässt Zweifel am Gegenüber aufkommen. Ein „und“ signalisiert Akzeptieren und die Bereitschaft auf dem Gesagten aufzubauen. Stimmt man mit dem Ziel der Gruppe nicht überein, keine Überzeugungsarbeit leisten sondern sofort einen anderen Berater empfehlen! Kleine Schritte reichen aus! Sie können eine Lawine lostreten! Was braucht man für den nächsten kleinen Schritt? Die Visionen muss das Team entwickeln! Es ist unsere Aufgabe, die Bedürfnisse der Teams anzunehmen und realistische und erreichbare Ziele auszuhandeln. Entscheidungsträger ist der Schüler, und dies in mehrfacher Hinsicht. Er entscheidet zunächst über die Teilnahme, dann über das konkrete Thema seines Forschungsprojektes und dann über die anzuwendenden Methoden. Je nach Alter und Leistungsstand sind die Schüler dabei auf Hilfe angewiesen, der Lehrer ist Berater, Begleiter, hat auf keinen Fall das letzte Wort. Gilt auch bei BLL! Den Mangel als Ich-Botschaft ansprechen ("Ich fühle mich verletzt, ich bin wütend auf Dich, ich fühle mich gestört..."), nicht bestrafen sondern überzeugen, das Gespräch suchen. Wir sollten letztlich auch bei Fehlverhalten uns als Berater auf gleicher Augenhöhe auffassen. Das Fehlverhalten und dessen Auswirkungen zum Gegenstand des Gesprächs machen, nicht die Person.

20 Coaching: Diagnose, Unterstützen, Feedback
Ein Element der Selbststeuerung des Lernprozesses ist die Selbstreflexion: Die jungen Forscher werden aufgefordert, ihren Weg mit seinen Stolpersteinen, Hindernissen, Umwegen, Höhen und Tiefen zu reflektieren. Schwierigkeiten und Hindernisse auszuhalten ist ein wesentlicher Bestandteil des forschenden Lernens. Während des Gesprächs Anerkennung ausdrücken, die Schwere des Vorhabens ausdrücken, neugierig sein. Denkpausen mit räumlicher Distanz (Rausgehen…) einlegen, besonders bei aufkommenden Spannungen und unklarem Vorgehen. Feedback geben und geben lassen: Zusammenfassen, was ist zu tun? Was ist wegzulassen? Was wurde gelernt? Was ist zu beachten (auch im Bezug auf Sicherheit)? Das nächste Gespräch vereinbaren! Nicht zu viel in eine Beratung reinpacken, sondern sich auf die Schlüsselkomponente konzentrieren. Keine Voreingenommenheit , sondern herausfinden, was dem Team wichtig ist! Das Ziel des Teams sehr ernst nehmen! Das Beratungsgespräch auf die inhaltlichen Aspekte der Arbeit beschränken, nicht auf anderes, privates ausdehnen! Respekt entwickeln vor den vielen farbenprächtigen und kreativen Wegen auf denen die Teams Lösungen finden. Anders ist das beim Aufnehmen von neuen Methoden. Wir haben im Moment etwa Leute, die Elektrodynamik lernen sollen, und damit nullstens zurechtkommen (die Plasma-Gruppe im vorletzten Raum). Oder Leute, die eine komplizierte Maschine bauen sollen (3D-Drucker), und vermutlich noch nie einen Akkuschrauber für was anderes benutzt haben als das Zerlegen von Dingen. Die sind hilflos! Wir haben auch immer wieder Leute, die Programmieren oder Elektronik lernen sollen. Diese Leute sind meistens davon frustriert, oder noch schlimmer: haben akzeptiert, dass ihre Lerntätigkeit nicht belohnend ist, und machen Dienst nach Vorschrift (Radioteleskop). Dieser Teil der Arbeit im Physikclub ist nicht per se motivierend. Das klappt genau dann, wenn die Teilnehmer selbst bemerkt haben, dass sie die Methode /für ihr Projekt/ brauchen. Wenn die neue Methode sie einfach überrennt, ohne dass auf dem Weg dorthin eine eigene Entscheidung lag, reagieren viele durch Einigeln. Oder durch Herumalbern. Und beides find ich verständlich! Die große Eigenständigkeit und Aktivität klappt nämlich nicht, wenn man die aller-ersten Gehversuche auf einem völlig neuen Gebiet macht. Da muss man Vorbilder haben, von denen man abgucken kann (normalerweise: wir), um irgendwann selber in der Lage zu sein, einen Schaltplan zu lesen oder zwanzig Zeilen Code zu schreiben. Dieses Lernen funktioniert nur im Vollkontakt.

21 Coaching: Konkrete Aspekte
Hilfe beim Aussuchen und Besprechen des Themas: Klärende Fragen beantworten, eingrenzen Anregungen geben Ziele diskutieren Fachliche und methodische Aspekte ansprechen Zeitliche Strukturierung ansprechen Hilfe während des Projektes: Stückweise anleiten und unterstützen Am Fortschritt interessiert sein Zwischenresultate besprechen Bei Schwierigkeiten moderieren Bei der Materialbeschaffung helfen Hilfe bei der Konzeptentwicklung: Team entwickelt ein eigenes Konzept Rückmeldung geben Arbeitsplan diskutieren Bei der Präzisierung von Fragen unterstützen Vertrag oder Vereinbarung abschließen??? Wie weit geht die Hilfe bei Hilflosigkeit? z.B.: Einarbeiten in Elektrodynamik fehlende handwerkliche Fähigkeiten? Schweiz: BLL Vertrag Wenn wir den Teilnehmern die Stützräder schon abschrauben, sollten wir am Anfang zumindest Anschubsen, Führen und Helfen das Gleichgewicht zu halten. Und sie erst dann allein lassen, wenn sie eine gewisse Grundfertigkeit haben. „Wenn wir den Teilnehmern die Stützräder schon abschrauben, sollten wir am Anfang zumindest Anschubsen, Führen und Helfen das Gleichgewicht zu halten. Und sie erst dann allein lassen, wenn sie eine gewisse Grundfertigkeit haben.“

22 Methoden der Projektbegleitung: Forschung
Ziel der Projektbegleitung: Selbständiges Steuern des Arbeitsprozesses Entwickeln von Lösungsstrategien unterstützen Unterscheiden von Wichtigem und Unwichtigem lernen Wissenschaftliche Methode implementieren: - Fragen formulieren Untersuchungen planen und durchführen Daten auswerten, mathematisieren Daten interpretieren Fehlerbetrachtungen Theoriebezug herstellen - Konsens herstellen Wissenschaftliches Arbeiten ist theoriegeleitet und genügt methodischen Normen. Es liefert einen Beitrag zur Diskussion der wissenschaftlichen Community, insbesondere werden Resultate mit zitierter Literatur verknüpft. Insofern abreiten viele Projekte im SFN forschend, zumindest im propädeutischen Sinn. Wann achten wir darauf: Wissenschaftliches Arbeiten ist theoriegeleitet und genügt methodischen Normen. Es liefert einen Beitrag zur Diskussion der wissenschaftlichen Community, insbesondere werden Resultate mit zitierter Literatur verknüpft?

23 Methoden der Projektbegleitung: Forschung
Authentische Forschungsprojekte: Austüfteln, Verstehen, Konkretisieren und Lösen von eigenen Fragen, zu denen noch keine Antworten bekannt sind. Projektstart: Kooperative Diskurse zur Erfassung der inhaltlichen Zusammenhänge Intensive individuelle Beratung bei Projektauswahl und Teambildung Eigene Strukturierung des Wissens und Erfassung der Problembezüge Erarbeiten und bewerten konventioneller Problemlösungen Projektablauf: Forschungsansätze erarbeiten, bewerten Lösungen planen und umsetzen Finanzierung mit Hilfe von Beratern und Sponsoren erarbeiten Ergebnisse bewerten und zur Weiterentwicklung nutzen Running Presentations Projektende: Präsentation für Fachleute und Laien Verteidigen und Vertreten der Ergebnisse Vorbereiten einer Poster-Präsentation Vorbereiten eines Vortrages Wissenschaftliches Arbeiten ist theoriegeleitet und genügt methodischen Normen. Es liefert einen beitrag zur Diskussion der wissenschaftlichen Community, insbesondere werden Resultate mit zitierter Literatur verknüpft. Insofern abreiten viele Projekte im SFN forschend, zumidnest im propädeutischen Sinn.

24 Arbeitsmethoden: Weitere Bausteine zur Vorbereitung auf forschendes Lernen
Hinweis: Bausteine für forschendes Lernen im Unterricht können auch Trainingseinheiten für Forscherteams, insbesondere im KidsClub und JuniorClub sein. Sprachliche Kompetenzen entwickeln: Kernpunkte einer Erarbeitung zusammenfassen und individuell sichern Stichwortsammlungen breiten individuelle Ergebnissicherungen vor Bilder, Skizzen, Diagramme dienen als Vorlage für Bildunterschriften und Texte Begriffsnetze, Mindmap als Schreibhilfe anbieten Mitschreiben üben: Vortrag enthält auch überflüssige, nebensächliche und schlecht erklärte Informationen Was ist forschendes Lernen? Erarbeitung eines (komplexeren) Themas mit eigenen Ansätzen und Ideen Entwicklung eigener Fragestellungen oder auch Vorgabe fachlicher Ziele Das Neue wird auf eigenem Weg und durch eigene kognitive Aktivitäten erschlossen Die Lernenden spüren und entwickeln eine eigene Autonomie, führen ihre Erfolge auf eigene Kompetenzen und Anstrengungen zurück Misserfolge können anspornen, zu neuen Wegen und Erfahrungen führen Das Gelernte wird hinterfragt und eigene Fragen werden beantwortet Problemorientiertes Unterrichten kombiniert mit eigenständiger Arbeit ermöglich forschendes Lernen Forschendes Lernen ist kein entdeckendes Lernen, denn Wissen lässt sich aus Beobachtungen nur theoriegeleitet aufbauen Forschendes Lernen erfordert einen Wechsel zwischen Instruktion und eigenständiger Konstruktion - Forschendes Lernen erfordert eigene Texte der Lernenden - Schreiben schafft Präzision und führt zur Konzentration auf das Wesentliche

25 Fragen stellen können Entwickeln von Fragekatalogen
Strukturieren der Fragen, Finden von Oberthemen Entwickeln eines Lern- und Forschungsprogramms Generieren und Präzisieren von neuen Fragen Forschendes Lernen geht von Problemen und Fragen aus und steuert auf bekannte Ziele hin Die Lehrer/innen haben die Aufgabe Problemstellungen so in den Fokus der Lernenden zu rücken, dass diese ihre eigenen Fragen formulieren können und sich mit forschendem Lernen hierzu kundig machen können. Fragen und deren Auswahl verstärken das Interesse und fokussieren die weitere Arbeit,

26 Sachtexte erfassen und zusammenfassen
Lesen lernen: Sachtexte erfassen und zusammenfassen Antwort auf eine Frage im Text suchen Texte erläutern, Beispiele und Skizzen hinzufügen Hilfsfragen: Worum geht es? Was ist wichtig? Was verstehe ich (nicht)? Forschendes Lernen erfordert eigenständige Informationsbeschaffung und Bewertung

27 Das eigene Üben organisieren und kontrollieren
Lernteams stellen sich ihre eigenen HA, trainieren ihre sprachlichen Kompetenzen Lernteams vergleichen ihre HA und korrigieren Fehler Unterstützung durch Selbstdiagnosebögen HA Schritte erläutern - Forschendes Lernen erfordert eine Rücknahme der Kontrolle durch Lehrer/innen

28 Notizen machen und dokumentieren
Im Unterricht: Keine Merksätze und Zusammenfassungen diktieren oder anschreiben! Ergebnissicherung zunehmend in die Hand der Lernenden geben. Portfolio führen Im Labor: Laborbuch führen Kontrollieren? Motivieren? Überzeugen? Verlangen?

29 Metareflexion „Weshalb sehen wir unser Vorgehen als gelungen oder nicht gelungen an?“ „Gibt es unterschiedliche Auffassungen und wie begründen sie sich?“ „Nach welchen Kriterien entscheiden wir über Wichtiges und Unwichtiges?“ „ Welchen persönlichen Gewinn und welchen Nutzen hat das Projekt für mich?“ Wann? Zeit für Metareflexion am Ende einplanen!?

30 Bausteine zur Vorbereitung auf forschendes Lernen
Selbstvertrauen schaffen! Keine Merksätze und Zusammenfassungen diktieren oder anschreiben! Ergebnissicherung zunehmend in die Hand der Lernenden geben. Behutsames Hinführen zur Fachsprache Überprüfen der HA im Team! Forschendes Lernen erfordert Kompetenzen Fehler zu erkennen, zu bewerten und zu beheben! - Forschendes Lernen erfordert ein Selbstwirksamkeitskonzept: Vertrauen auf eigene Fähigkeiten

31 Bausteine zur Vorbereitung auf forschendes Lernen
Fehler als Möglichkeiten zum Lernen erkennen! Trennen von Lern- und Bewertungssituation Fehler markieren und kommentieren Forschendes Lernen erfordert Kompetenzen Fehler zu erkennen, zu bewerten und zu beheben! - Forschendes Lernen erfordert ein Selbstwirksamkeitskonzept: Vertrauen auf eigene Fähigkeiten

32 Bausteine zur Vorbereitung auf forschendes Lernen
Sich selbst einschätzen lernen Eigenes Vorwissen erkennen Wissensstand reflektieren Standortbestimmung durchführen können: Was war das Ausgangsproblem, die Zielvorgabe? Welche Aspekte sind verstanden/noch nicht verstanden? Wie sind wir vorgegangen, wo traten Schwierigkeiten auf? Hilfen: Selbstdiagnosebögen, moderiertes Gespräch, Lerntagebuch, Zwischenbericht Forschendes Lernen erfordert Zielvorgaben: Nur wer das Ziel kennt, kann es erreichen!

33 Forschungsprogramm Schwingungen
Beispiele von Schwingungen beobachten Aus Fragenkatalog entwickelt sich ein Forschungsprogramm: Wie schwingt ein Pendel? (Weg-Zeit-Gesetz) Warum schwingt ein Pendel? (Rücktreibende Kraft und Trägheit) Wie lang schwingt ein Pendel? (Dämpfung) Wie kann eine Schwingung aufrecht erhalten werden? (Entdämpfung, Rükkopplung) Wann schwingt ein Pendel? (Eigenschwingungen, erzwungene Schwingungen, Resonanz) Wie kann man eine Schwingung beschreiben? (Kreisbewegung) Texte, Lehrbücher, Internet, Simulationen, Experimentiermaterial, Inputreferate

34 Forschungsprogramm Linsen
Glaskörper, Kerze, Wand Fragenkatalog Forschungsprogramm: Gibt es nicht gewölbte Linsen? Welche Rolle spielt die Linsenform? Was passiert an der Oberfläche? Gibt es in jedem Abstand ein Bild? Was passiert, wenn die Kerze verschoben wird? Traditioneller Weg: - Übergang Wasser- Luft, Glas-Luft - Planparallele Platte - Prisma - Linse - Optische Abbildung Antrag an Geldgeber mit Begründung des Forschungsprojektes Einbeziehung schon bekannter Forschungsarbeiten Präsentation Festlegung von verbindlichem Wissen Sicherung durch Daumenkino

35 Beispiel Optische Geräte
Beschreibe Aufbau und Funktionsweise, führe einen Modellversuch vor Erläutere, wie das jeweilige Gerät fokussiert, insbesondere beim Übergang von nah zu fern. Führe Konstruktionen und Experimente durch Bereite eine Präsentation mit Handout und Demonstrationsversuch vor Fotoapparat, Beamer, Auge, Fernrohr ev. arbeitsteilig

36 Beispiel Gleichförmige Bewegung
Was bedeutet die Angabe 50 km/h? Rechne auch in m/s um. Stelle eine Umrechnungsregel auf und begründe sie. Erläutere und unterscheide die Begriffe Momentan- und Durchschnittsgeschwindigkeit Untersuche Bewegungen mit konstanter Momentangeschwindigkeit. Wie hängt der zurückgelegte Weg von der benötigten Zeit ab?

37 Beispiel Einführung der Dichte

38 Beispiel: „Determinismus und freier Wille“
Leitfrage: Schließen sich Determinismus und freier Wille aus? Entwickeln von Forschungsfragen Eigenständige Literaturrecherche, Expertenbefragung Während regulärer Stunden nur Beratungsmöglichkeit, keine Präsenzpflicht Vorbereitung einer beliebig gestalteten Präsentation (CD-Rom, Ausstellung, Aufsatz, Portfolio, Vortrag) Anfertigen eines Zwischenberichtes (Klausurersatz) mit anschließender metakognitiver Beratung - Charakterisiere die Begriffe Determinismus und freier Wille und stelle die Problematik ihrer Beziehung dar. - Beschreibe den Ablauf Deiner bisherigen Arbeit, der aufgetretenen Schwierigkeiten und der beabsichtigten Lösungen - Beschreibe das weitere Vorgehen. Zitate aus Zwischenberichten lesen

39 Forschendes Lernen --- Forschende Schüler/innen
- Wechsel zwischen Lehrerunterstützung und Selbstständigkeit Selbstwirksamkeitserfahrung Erfahrung und Überwinden von Widerständen Eigene Wissenskonstruktion Eigene Ergebnissicherung Gestaltung von Lehr- Lern – Umgebungen Lehrer als Lernberater: Modeling, Scaffolding, Coaching Entwicklung einer eigenen Methodenkompetenz Erkenntnisse sind objektiv vorhanden, sie werden aber als subjektiv neu entdeckt offene authentische Fragestellungen „Hilf mir es selbst zu tun“ Kein Abarbeiten von Arbeitsblättern oder Versuchsanleitungen

40 Eigenständiges Forschen im PhysikClub/SchülerForschungsZentrum
Albert-Schweitzer-Schule Kinder- und Jugendakademie Kassel Universität Kassel Eigenständiges Forschen im PhysikClub/SchülerForschungsZentrum Nach Georg Kerschensteiner (1914) gilt auch 2009: Physikunterricht an der Schule ist häufig wie Lateinunterricht, in dem man Vokabeln lernt aber keine Lektüre liest. Im PhysikClub lesen wir nicht nur, wir schreiben unsere Lektüren selbst: Physik begreifen durch aktives Forschen!

41 Organisation Träger: Kinder- und Jugendakademie des Staatlichen Schulamts Kassel Stadt und Land, Albert-Schweitzer-Schule, Kassel, Universität Kassel Leiter: Klaus-Peter Haupt (Fachleiter am Studienseminar für Gymnasien)) Mitarbeit: 23 Mitarbeiter (StudentInnen, Referendare, Lehrerinnen) , regelmäßige Beraterkonferenzen 25 Lehrerstunden (8 Lehrer: Physik, Mathematik, Chemie, Biologie, Astrophysik, Geographie), 17 Werkverträge (KuMi),), 3 Werkverträge (ASS) (15 Studenten), Angebote: ScienceClub: Eigenständige mehrjährige Forschungsarbeiten aus allen MINT Fächern für 91 Jugendliche aus Klasse 9 bis 13 aus 20 Schulen in 36Projekten Bau einer Tarnkappe – Untersuchung von Spektren – Rotationslichtwechsel von Kleinplaneten – Entstehung von Jets – Entwicklung einer Roboterhand – Strömungen in Wasserbrücken – Quantenkryptographie – Schwarmverhalten u.v.a. JuniorClub: Eigenständige einjährige Forschungsprojekte für 55 Schüler/innen Klasse 7 und 8 aus 3 Schulen in 11 Projekten Biolumineszenz – Abschirmung von Magnetfeldern – Chaosphysik - Ökosysteme KidsClub: Forschendes Lernen für 80 Schüler/innen Klasse 5 und 6 aus 3 Schulen in verschiedenen Kursen

42 Ferienakademie in der letzten Woche der Sommerferien, Klasse 4 – 7: Spielend lernen und experimentieren in Bio, Chemie und Physik Vorträge für Jugendliche der Oberstufe Donnerstags, vierzehntägig: Pizza with the Prof Experimentier- und Theoriekurse (Studenten unterrichten Schüler) freitags ab Uhr: Mathematica – Fehlerrechnung – Textverarbeitung – Programmierung - LabView Workshops alle 15 Monate: Quantenmechanik – Zeitbegriff – Navigation - Wellenphysik Schülerkongress: jährlich mit Workshops und Experimentierstationen nordhessischer Schülerlabore Lehrerfortbildung: Kurse, Workshops, Hospitationen, Beratungen Zeit: Jeden Freitag, Uhr bis 23.00, dienstags Uhr bis Uhr, donnerstags Uhr bis Uhr, samstags Uhr – Uhr, Ferienforschungstage NaTWorking Projekt (Robert-BoschStiftung), Science for People Science Teaching European Network for Creativity and Innovation in Learning (STENCIL), NatWorking Botschafter Nordhessen SIGNO - Erfinderclub

43 Das Berater-Team: Studenten mit fachlich hohen Kompetenzen lernen durch Beratertätigkeit soziale und kommunikative Kompetenzen Alumni – Prinzip als Säule der Betreuung: Vorbildfunktion, Learning by teaching, trainieren von Soft Skills

44 Ziele der Arbeit Fähigkeit zum Selbstmanagement: Selbstkontrolle
Umgang mit persönlichen Emotionen und Motiven Pflichtbewusstsein, Durchhaltevermögen Ermöglichen von Selbstwirksamkeitserfahrung Eigene Ziele werden mit bedeutsamen Strategien verfolgt Korrespondiert mit großer Lern- und Leistungsfreude Betroffene werden zu Beteiligten Lehrer werden zu Lernberatern und Facilitatoren Hochbegabtenförderung

45 Ziele der Arbeit Im PhysikClub geht es weniger um Physik sondern mehr um die Schüler, die etwas über sich selbst am Beispiel der MINT – Fächer lernen Normative Strukturen der Schulsysteme ermöglichen wenig Selbsterprobung und Selbsterfahrung, die Verantwortung für den Lernprozess liegt bei den Lehrern. Wissen wird im PhysikClub als Werkzeug erfahren, mit dem man selbst konkrete Probleme lösen kann. Es gibt keinen Zeit-und keinen Notendruck: Der PhysikClub ist eine bewertungsfreie Zone. Fachübergreifendes Arbeiten als zentrale Arbeitsform, einschl. der Verwendung der englischen Sprache

46 Ziele der Arbeit Erwerben von Schlüsselqualifikationen, die im Berufsleben als gleichberechtigt zum Faktenwissen angesehen werden. Sowohl Unterricht als auch Ausbildung werden in Zukunft kompetenz- und nicht lernzielorientiert gestaltet sein! Teamfähigkeit Kreativität Verantwortungsbewusstsein Konsequente Realisierung langfristiger Planungen Durchhaltevermögen Soziale Kompetenz Zuverlässigkeit Präsentationstechniken

47 Anreize für Schüler/innen
Praktisches Arbeiten mit modernen Geräten an authentischen Aufgaben Weg vom 45/90 Minuten Takt Kompetenzerleben: Erfahren der eigenen Grenzen und Fähigkeiten Erlernen und Einüben sozialer Fähigkeiten (Teamarbeit, kooperative Kompetenzen) Fachübergreifende Forschung Kompetente und engagierte Ansprechpartner/innen Umfeld, in dem Hochbegabte sich entfalten und ihre eigenen Herangehensweisen ausprobieren dürfen

48 Anreize für Lehrer/innen
Neue Ideen und Impulse an die eigene Schule tragen Aktualisierung des eigenen Fachwissens Erfahrung mit echten Projekten sammeln Erfahrung mit fachübergreifendem Arbeiten sammeln Erfahrung mit kooperativen schülerorientierten Unterrichtsmethoden sammeln Motivierte und engagierte Schüler und Kollegen kennenlernen Eine neue Sicht auf Schüler erhalten Erfahrung mit Begabtenförderung Umgang mit Hochbegabten lernen

49 Leitlinien (siehe www.physikclub.de)
Leitlinien für Berater: Hilf mir, es selbst zu tun wir geben Denkanstöße und fordern die Teams heraus, über ihre eigenen Grenzen zu gehen. Wir motivieren die Teams, den Anteil echter Arbeits- und Lernzeit zu erhöhen. Wir erwarten aber auch von ihnen, dass sie ohne Kontrolle aus Eigenverantwortung heraus gezielt an ihrem Projekt arbeiten. Uns gelingt (meistens) die Gratwanderung zwischen Loslassen und Beraten. Leitlinien für Teilnehmer/innen Du hast keine Scheu dich mit Themen auseinander zu setzen, die Du noch nicht genau kennst. Du solltest bereit sein, mal an die Grenzen Deiner Fähigkeiten zu gehen und diese Grenzen vielleicht sogar zu überschreiten. Du solltest eigenständig und eigenverantwortlich arbeiten wollen (auch wenn Du vielleicht damit noch nicht viel Erfahrung hast) und nicht warten, bis Dir jemand eine Anweisung gibt.

50 Förderung von Kompetenzen
Selbstkompetenz: Entwicklung von Selbstständigkeit, der Fähigkeit zur Selbsteinschätzung und einer am Lernprozess orientierten Reflexionsfähigkeit Sachkompetenz: Erfassen, Strukturieren und Nutzen von Wissen Methodenkompetenz: Erwerben, anwenden und reflektieren von Lern- und Forschungsmethoden Sozialkompetenz: Kooperative Zusammenarbeit im Team, konstruktive Kommunikation mit Beratern und Wissenschaftlern

51 Forschen im PhysikClub
Authentische Forschungsprojekte: Austüfteln, Verstehen, Konkretisieren und Lösen von eigenen Fragen, zu denen noch keine Antworten bekannt sind. Projektstart: Kooperative Diskurse zur Erfassung der inhaltlichen Zusammenhänge Intensive individuelle Beratung bei Projektauswahl und Teambildung Eigene Strukturierung des Wissens und Erfassung der Problembezüge Erarbeiten und bewerten konventioneller Problemlösungen Projektablauf: Forschungsansätze erarbeiten, bewerten Lösungen planen und umsetzen Finanzierung mit Hilfe von Beratern und Sponsoren erarbeiten Ergebnisse bewerten und zur Weiterentwicklung nutzen Running Presentations Projektende: Präsentation für Fachleute und Laien Verteidigen und Vertreten der Ergebnisse Vorbereiten einer Poster-Präsentation Vorbereiten eines Vortrages

52 Präsentationen Jährliche mehrtägige Abschlusspräsentation des PhysikClubs Präsentationen einzelner Projekte auf Messen und Tagungen Teilnahme an „Jugend forscht“ Präsentation auf der Homepage

53 Schülerkongress 2010, 1200 Besucher, auf 1000 m² Fläche

54 Beispiel:Ein- Photonen-Experiment
Plan: Aufbau und Justieren eines Mach-Zehnder-Interferometers 15 Monate Einarbeitung, dann Motivationsproblem, trotz JuFo – Anmeldung Nachbau des Taylorexperimentes(1908) mit Laser und unter Berücksichtigung des Schwarzschildexponenten führt zu überraschendem Ergebnis Deutung: Filmkorn kann nicht durch einzelne Photonen belichtet werden, Taylors Erfolg basiert auf bunching – Effekt thermischen Lichts Untersuchung und Erhärtung der These mit Hilfe von Single-Photon-Avalanche-Dioden und Picosekundenlaser mit Zeitauflösung im Picosekundenbereich Untersuchung zum Bunching des thermischen Lichts Sponsoring (Material und Bar) ca € Beste Arbeit Regionalwettbewerb JuFo Landessieger Physik Sieger beim Bundeswettbewerb 2006

55 Beispiel: Nitinol (Gedächtnismetall)
Themenfindung durch Gruppe selbst Ausführliche Phase der Information, Theoriedurchdringung Experimente mit Blechen und Drähten zur Erzeugung von Zugkräften ergeben wenig Anwendungsmöglichkeiten Idee: Bau einer Wasserschlange aus Nitinolelementen, die eine Nutzlast tragen kann (Minikamera) und über neuronales Netz programmiert und lernfähig autonom schwimmen kann: lautloser Unterwasser-Roboter Erfolgreicher Prototyp von Schlangensegmenten gebaut Empfehlung: Überspringen einer Jahrgangsstufe durch Beobachtung eines Schülers Springen erfolgreich durchgeführt, Supervision im PhysikClub MINT Award Preis 2006, mit € dotiert - Jeweils beste Arbeit Regionalwettbewerb und Landeswettbewerb 2007 - Landessieger Technik 2007 5. Platz Bundeswettbewerb Einladung zur Hannovermesse Industrie 08

56 Lautloser Unterwasserantrieb

57 Beispiele: Sonische Modulation von Aerogelen
Herstellung eines Silica-Gels Umwandlung in ein Aerogel über Trocknung im Autoklaven Untersuchung der Schallein -wirkung auf den Gelierungs-prozess Debye-Sears Effekt: Beugung von Licht an Schall Aerogellabor Fertiges Aerogel Kugelmoden

58 Beispiele: Sonische Modulation von Aerogelen
Bestimmung der Geleigenschaften über die Änderung der Schallgeschwindigkeit während des Gelierungsprozesses Beben im Gel: Anregung von transversalen Schallwellen bei der Ausbildung eines festen Netzwerkes (Perkolation) Bester Arbeit Regionalwettbewerb Landessieg Physik Sonderpreis für schöpferisch wertvollste Arbeit Bundes-Sonderpreis für herausragende physi- kalische Arbeit Debye-Sears-Effekt Longitudinale Beugung Longitudinale und transversale Beugung Senderpiezo im Gel

59 Beispiele: Plasmonenresonanz von Nano-Gold
1.Preis Physik im Regionalwettbe-werb Hessen Nord Landessieg Jugend forscht Hessen in Physik sowie Sonderpreis Bundessieg Physik 2009, Zukunftspreis der Forschungsministerin, Teilnahme am europäischen Wettbewerb

60 Auszeichnungen, JuFo Bisher 74 Arbeiten (Physik, Technik, Astronomie, Geophysik, Informatik, Biologie, Chemie) seit 2004 bei Jugend forscht (44) und Schüler experimentieren (30), davon in Folge achtmal die jeweils beste Arbeit des Regionalwettbewerbs Hessen Nord 10 Landessiege (1.Platz) in Physik, Technik, Geo- und Raum 10 zweite Plätze (Astronomie, Technik, Geo- und Raum, Physik, Chemie) und 6 dritte Plätze (Physik, Informatik) beim Landeswettbewerb Zahlreiche Sonderpreise auf Landesebene Hessischer Schulpreis 2005, 2010, Technikpreis 2007 Drei Bundessiege Physik 2006,2009 und 2011 (Preis des Bundespräsidenten) , 4.und 5. Platz Bund 2007/2011 (Technik) Sonderpreis Bundeswettbewerb der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 2004 und 2008, Zukunftspreis 2009, Stipendien 2011 Soemmerring Preis des physikalischen Vereins Frankfurt Nominiert für den Nat Working Preis 2006 der Robert Bosch Stiftung: Top 10 in Deutschland MINT Award Preis 2006 und 2007, Sonderpreis 2009, Platz Nat Working Preis 2007 (2. Platz) Klaus von Klitzing Preis 2007 Lehrerpreis der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forscher 2007 Kerschensteiner-Preis der DPG 2008 Jugend forscht – Schulpreis 2010,2011

61 Workshops Alpenfahrt: Leben auf einer Berghütte, Arbeit an astronomischen Projekten unter Betreuung von Doktoranden, Wanderungen Höhlenexpedition: Zelten in Frankreich, Erkunden von Großhöhlen, Experiment Kamiokanne The Cave Workshop Evolutionäre Systeme: Gemeinsam mit Erwachsenen in Projektgruppen in der schwäb. Alb an fachübergreifenden Fragen zur Evolution, mit Höhlenexkursion, Prof. H.Ruder Workshop Was ist Zeit?: Physikalische, biologische, philosophische Aspekte in Projektgruppen, Höhlenexkursion, Prof.Ruder Workshop Die Welt der Quanten: Gastreferenten Nobelpreisträger v. Klitzing, Prof. Ruder, Out door – Event, Workshop Orchester, Eigenständige Erarbeitung der physikalischen, mathematischen und philosophischen Aspekte der Quantenmechanik

62 Workshops Workshop Navigation (2007): Teilnehmer stellen die Mannschaft eines Dreimasters und erarbeiten sich in Kleingruppen Aspekte der Navigation Geo- und Astrophysik 2008 (Berghütte im Dachsteinmassiv mit Höhlenbefahrung Kosmische Klänge im Harz 2010 Philosophie und Physik 2011 Vorträge aus Physik, Astronomie und Philosophie, Freitags und Donnerstags im PhysikClub, gehalten von Mitarbeitern und Teilnehmern

63 Literatur: Haupt, Moegling: Eigenständiges und fächerübergreifendes Lernen- Konstruktivistisches Denken als Lehr- und Lernprinzip, Lehrerhandbuch, November 2001, Berlin, Raabe Verlag Haupt, Beispiele eigenständigen Lernens im Fach Physik, in Moegling (Hrsg.), Gymnasium aktuell, Klinkhardt 2000 Haupt, Erfahrungen mit selbstständigem Lernen im Grundkurs Philosophie, in Moegling (Hrsg.), Gymnasium aktuell Labudde, Konstruktivismus im Physikunterricht der Sekundarstufe II, Bern 2000 Eck, Guldimann, Zutavern (Hrsg.), Eigenständig lernen, St.Gallen 1996 Haupt, Moegling (Hrsg.), Gymnasium konkret, Videodokumentation, Klinkhardt 2000 Meyer, Hilbert, Was ist guter Unterricht?, Cornelson 2005 Klippert, Heinz, Eigenverantwortliches Arbeiten und Lernen, Beltz, 2002 Haupt, Physik als Event: Der PhysikClub in Kassel, in Spektrum der Wissenschaft, Heft 12/2005 P. Eyerer, D. Krause: Die Methode TheoPrax in Spektrum der Wissenschaft, Mai 2005, S Haupt, Hilf mir es selbst zu tun, Physik Journal August/September 2008 Haupt, Kompetenzförderung im naturwissenschaftlichen Arbeiten bei forschendem Lernen in Schulpädogik heute, Ausgabe 1/10 sowie Bd.9 „Theorie und Praxis der Schulpädagogik, Prolog Verlag, 2010 Haupt, Öffnung des Physikunterrichts durch forschendes Lernen, Unterricht Physik 2010, Nr.119