Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht

Präsentation zum Thema: "Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht"—  Präsentation transkript:

1 Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht
Dr. Lutz Stäudel, Leipzig

2 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Was Sie heute erwartet Heute vormittag Vorstellung – Ihre Lieblingsaufgabe? Ein Input über die Bedeutung von Aufgaben Aufgabenvielfalt Arbeitsphase: eine Aufgabe mit einem Methodenwerkzeug gestalten Austausch Heute nachmittag Was „gute Aufgaben“ ausmacht Aufgaben variieren – Lieblingsaufgabe einmal anders Arbeitsphase: weiteres Thema gestalten Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

3 Aufgaben für verändertes Lernen
Aufgaben für eine veränderte Unterrichtsgestaltung Aufgaben zur Förderung selbstständigen Lernens (anspruchsvolle) Aufgaben für die kognitive Aktivierung der Schülerinnen und Schüler Aufgaben zur gezielten Unterstützung des Kompetenzaufbaus Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

4 1. Aufgaben für eine veränderte Unterrichtsgestaltung
Josef Leisen:Qualitätssteigerung des Physikunterrichts durch Weiterentwicklung der Aufgabenkultur. In: MNU 54/7 2001, S. 401 – 405 Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

5 1. Aufgaben für eine veränderte Unterrichtsgestaltung
Stichwort: Methodenvielfalt Stichwort: Alle Schüler erreichen (Konstruktivistische Sicht aufs Lernen) Stichwort: Selbstdifferenzierende Lernumgebungen Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

6 2. Aufgaben... zur Förderung selbstständigen Lernens
Überantwortung von Teilen des Lern- und Erkenntnisprozesses Nutzung kooperativer Lernformen Nutzung von Peer-Group-Effekten Unterstützung der „Selbstwirksamkeits-erwartung“ („Ich kann das …“) Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

7 Zum Stichwort „Peer-Group“
LEV VYGOTSKI ( ) Zone der proximalen Entwicklung Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

8 2. Aufgaben... zur Förderung selbstständigen Lernens
Dabei …. Schüler dort abholen, wo sie sich momentan befinden (lebensweltliche Erfahrungen, Vorwissen, …) Anforderungen nicht an einem angenommen Durchschnitt orientieren (Differenzierung als Prinzip) keine leistungshomogenen Gruppen forcieren, sondern mit Heterogenität arbeiten Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

9 2. Aufgaben... zur Förderung selbstständigen Lernens
Heterogenität in allen Klassen Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

10 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
What works (empirische Befunde) John Hattie (2009) d = Maß für die Effektstärke d < 0: negativer Effekt 0 < d < .20: kein bzw. zu vernach- lässigender Effekt .20 < d < .40: kleiner Effekt .40 < d < .60: moderater Effekt d >. 60: großer Effekt Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

11 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Was hilft nicht und schadet nicht? (0 < d < 0.2) Offener Unterricht d = .01 Leistungsgruppierung d = .12 Interne Differenzierung d = .16 Web-basiertes Lernen d = .18 Team Teaching d = .19 Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

12 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Was hilft ein wenig? (0.2 < d < 0.4) Reduzierung der Klassengröße d = .21 Individualisiertes Lernen d = .22 Teaching to the Test d = .22 Finanzielle Ausstattung d = .23 Summer Schools d = .23 Integration/Inklusion d = .28 Hausaufgaben d = .29 Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

13 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Was hilft ein wenig? (0.2 < d < 0.4) Externe Differenzierung für Leistungsstarke d = .30 Entdeckendes Lernen d = .31 Induktives Unterrichten d = .33 Regelmäßige Tests/Leistungskontrollen d = .34 Störungsprävention d = .34 Schulleitung d = .36 Lehrerfortbildung d = .37 Time on task d = .38 Zusatzangebote für Leistungsstarke d = .39 Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

14 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Was hilft schon mehr? (0.4 < d < 0.6) Angstreduktion d = .40 Kooperatives Lernen d = .41 Ein hohes Selbstvertrauen der Schüler d = .43 Kleingruppenlernen d = .49 Classroom Management d = .52 Peer Tutoring d = .55 Herausfordernde Ziele setzen d = .56 Concept Mapping d = .57 Arbeit mit Lösungsbeispielen d = .57 Direkte Instruktion d = .59 Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

15 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Was hilft richtig? (0.6 < d ) Regelmäßige Tests mit Feedback d = .62 Metakognitive Strategien d = .69 Verteiltes vs. massives Lernen d = .71 Lehrkraft-Schüler-Verhältnis d = .72 Feedback d = .73 Klarheit der Instruktion d = .75 Micro-Teaching d = .88 Akzelerationsprogramme d = .88 Formatives Assessment d = .90 Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

16 „Anspruchsvolle Ziele setzen“
Hattie: „Anspruchsvolle Ziele setzen“ d = .56 3. (anspruchsvolle) Aufgaben für die kognitive Aktivierung der Schülerinnen und Schüler Konstruktivistische Sicht auf das Lernen – Lernen als Konstruktion Aktive Aneignung statt passive Rezeption Vermittlung von Erfolgserlebnissen und Stärkung der Motivation Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

17 4. Aufgaben zur gezielten Unterstützung des Kompetenzaufbaus
Mit Aufgaben akzentuieren (z.B. bereichsspezifische Lesefähigkeit, …) Mit Aufgaben differenzieren (Variation der Bearbeitungstiefe, …) Aufgaben zum Üben und Wiederholen Aufgaben zum Verknüpfen von Konzepten und Prozeduren Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

18 Und jetzt zum Praktischen
Zwei bewährte Methodenwerkzeuge Wortgeländer Denk- und Sprechblasen Zwei wichtige Kompetenzen Wechsel der Darstellungsform / Dekodieren von naturwissenschaftlich-technischen Informationen Produktion von fachbezogenen Texten Jeweils zwei Beispiele WG: Abbildung an der Linse / Evolution DSB: Phasendiagramm / Stoffkreislauf Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

19 Methodenwerkzeuge Woher sie kommen Wozu sie dienen
Zusammengestellt und teil- weise neu entwickelt von Lehrkräften im Auslands- schuldienst. Erstmals veröffentlicht von Josef Leisen (Studienseminar Koblenz / Universität Mainz). (1998) Adaptiert und weiter entwic- kelt in den SINUS-Projekten mehrerer Bundesländer. (ab 1998) Unterstützend zur Erzeugung von Methodenvielfalt im Unterricht. Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

20 Methodenwerkzeuge - Übersicht
Wortliste Wortgeländer Sprechblasen Lückentext Wortfeld Text-/Bildpuzzle Bildsequenz Filmleiste Fehlersuche Lernplakat Mind-Map Ideennetz Blockdiagramm Satzmuster Fragemuster Bildergeschichte Worträtsel Strukturdiagramm Flussdiagramm Zuordnung Thesentopf Dialog Abgestufte Lernhilfen Archive Heißer Stuhl Domino Memory Würfelspiel Partnerkärtchen Kettenquiz Zwei aus Drei Stille Post Begriffsnetz Kartenabfrage Lehrer-Karussell Kärtchentisch Schaufensterbummel Kugellager Expertenkongress Aushandeln Quelle: Leisen Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

21 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Methodenwerkzeuge zur Unterstützung fachsprachlich angemessener Formulierung zur Erarbeitung und Kommunikation fachlicher Inhalte zur Strukturierung und Hierarchisie-rung vorhandener Kenntnisse zur Wiederholung, Festigung und Vertiefung Wortliste Kugellager Mindmap Lückentext Wortfeld Lernplakat Conzeptmap Memory Wortgeländer Thesentopf Flussdiagramm Heißer Stuhl Textpuzzle Filmleiste Begriffsnetz Ketten-Quiz Satzmuster Dialog Zuordnung Stille Post Fragemuster Archive Kärtchentisch Domino Sprechblasen Schaufenster-bummel Kartenabfrage Partner-Kärtchen Bildergeschichte Aushandeln Bildsequenz Kreuzworträtsel Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

22 Was eine gute Aufgabe ausmacht
günstig: aus einem Kontext heraus entwickelt (vgl. Chemie / Physik / Biologie im Kontext sowie die Konstruktion von PISA-Aufgaben) günstig: eher offen als geschlossen (kann sich auf Ergebnisse beziehen wie auch auf die Lösungswege) günstig: selbstdifferenzierend (spricht unterschiedliche Fähigkeitsniveaus; kann mit unterschiedlicher fachlicher Vertiefung gelöst werden) günstig: unterstützt Kooperation und Kommunikation (weitgehend unabhängig von der konkreten Aufgabe; aber eine Frage der Formulierung) günstig: aktiviert Vorwissen / ist kognitiv herausfordernd (anspruchsvolle Fragestellungen lösbar wenn Hilfen angeboten werden) Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

23 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Das Programm für heute, Heute vormittag Nachtrag: Medienportal der Siemens Stiftung Aufgaben mit gestuften Hilfen – erste Beispiele Was sich bei der Konstruktion der Hilfen bewährt hat Weitere Beispiele ausprobieren Arbeitsphase: eine Aufgabe mit gestuften Hilfen gestalten Heute nachmittag Die erarbeiteten Beispiele ausprobieren Ein Instrument zur Beurteilung von Aufgaben Arbeitsphase: Aufgaben zum naturwissenschaftlichen Arbeiten Austausch, Terminfindung, Abschluss Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

24 Aufgaben mit gestuften Hilfen
Eine „komplexe“ Problemstellung einge-bettet in Vor-wissen grundsätz-lich ohne Hilfen lösbar unter-stützt durch Hilfen inhalt-lich und lern-strategisch aus einem (lebensweltlichen) Kontext heraus entwickelt Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

25 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Zum Kennenlernen Bitte wählen Sie mit Ihrem Partner eine Aufgabe, die Sie noch nicht kennen. Lösen Sie die Aufgabe zunächst ohne Hilfe. Benutzen Sie dann der Reihe nach alle Hilfen und klären Sie gemeinsam, welche Funktion die einzelnen Hilfen für die Lösung der Aufgabe haben. Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

26 Gestufte Hilfen Lernstrategische Hilfen Inhaltliche Hilfen
Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

27 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Inhaltliche Hilfen z.B. als direkte Hilfe Wir benötigen: eine Petrischale mit Deckel, schwarzes Papier, mit dem wir … In einem rohen Ei ist das Innere flüssig, genau genommen zähflüssig. Das Innere … oder als Frage formuliert Überlegt welche Materialien ihr für eure Untersuchung benötigt! Wenn ihr nass aus dem Wasser kommt, warum friert ihr dann? Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

28 Lernstrategische Hilfen
Formuliere die Aufgabe in eigenen Worten! Versuche die wichtigen von den unwichtigen Informationen zu trennen! Was weißt du schon über den Sachverhalt und was kannst du daraus folgern? Kennst du etwas Ähnliches? Was weißt du schon über das Gesuchte und was benötigst du dafür? Versuche das Problem in einem Schema / einer Skizze zu veranschaulichen! Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

29 Was sich für eine Aufgabe mit gestuften Hilfen eignet
Aktivierung von Vorwissen / Reorganisation von Wissen Anwendung von bereits Erarbeitetem auf eine verwandte Fragestellung für die leistungsstärksten Lerngruppen auch ohne Benutzung von Hilfen lösbar erkennbare Art der erwarteten Lösung mehr oder weniger eindeutiger Bearbeitungsweg daher nur bedingt geeignet für prozess- und ergebnisoffene Problemstellungen mit praktischem experimentellen Tun kombinierbar, wenn ein Experiments entworfen, vorbereitet oder ausgewertet werden soll Interpretation eines Phänomens oder Ergebnisse Diskussion einer zuvor aufgestellten Hypothese Als Charakteristik für gute Lern-Aufgaben mit Hilfesystemen gilt: • komplex aber eher geschlossen • eher Anwendung als Neuerarbeitung • Aktivierung und Reorganisation von Vorwissen Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

30 Läuft das Glas aus? Ein Beispiel für den nw Anfangsunterricht
David und Florian schwitzen über den Hausaufgaben. Da bringt Florians Mutter zwei Gläser Apfelsaft. „Hier, damit ihr bei der Hitze ein bisschen Erfrischung habt. Ich habe extra ein paar Eiswürfel rein gegeben.“ Die beiden trinken einen Schluck und vertiefen sich wieder in ihre Matheaufgaben. Als David nach ein paar Minuten wieder zum Glas greift, ist das Heft, das darunter lag, nass. „Du, das Glas hat wohl einen Sprung, es ist ausgelaufen!“ Florian lacht. „Das glaubst du selbst nicht. Leck doch mal außen dran!“ David schmeckt und nickt, „Stimmt, es ist nur Wasser! Aber wo kommt es dann her?“ Aufgabe: Wenn Florian Recht hat und das Glas keinen Sprung hat, woher kommt dann das Wasser außen an der Glaswand? Finde eine Erklärung mit Hilfe deiner natur-wissenschaftlichen Kenntnisse. Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

31 Selbstdiffe-renzierend Form der Lösung erkennbar
Läuft das Glas aus? Kontext Eher geschlossen Läuft das Glas aus? David und Florian schwitzen über den Hausaufgaben. Da bringt Florians Mutter zwei Gläser Apfelsaft. „Hier, damit ihr bei der Hitze ein bisschen Erfrischung habt. Ich habe extra ein paar Eiswürfel rein gegeben.“ Die beiden trinken einen Schluck und ver- tiefen sich wieder in ihre Matheaufgaben. Als David nach ein paar Minuten wieder zum Glas greift, ist das Heft, das darunter lag, nass. „Du, das Glas hat wohl einen Sprung, es ist ausgelaufen!“ Florian lacht. „Das glaubst du selbst nicht. Leck doch mal außen dran!“ David schmeckt und nickt, „Stimmt, es ist nur Wasser! Aber wo kommt es dann her?“ Aufgabe: Wenn Florian Recht hat und das Glas keinen Sprung hat, woher kommt dann das Wasser außen an der Glaswand? Finde eine Erklärung mit Hilfe deiner natur-wissenschaftlichen Kenntnisse. Selbstdiffe-renzierend wenn mit Hilfen Komplexität Form der Lösung erkennbar Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

32 Die Konstruktion der Hilfen (I)
Woher kann das Wasser kommen? Glas und Umgebung als System betrachten: -> Außer dem Glas und seinem Inhalt ist hier nur noch die Luft darum herum vorhanden. Schlüsse ziehen: -> Also muss das Wasser aus der Luft kommen. Vor- / Alltags-Wissen aktivieren: -> Kennt ihr andere Situationen, wo Wasser „aus der Luft kommt“? Denkt dabei auch an Wettererscheinungen. Aktivierung unterstützen: -> Habt ihr an Nebel oder Raureif gedacht? Oder an das Beschlagen eines Spiegels durch die ausgeatmete Luft oder das Beschlagen einer Brille, wenn man von draußen in einen warmen Raum kommt? Läuft das Glas aus? Aufgabe: Wenn Florian Recht hat und das Glas keinen Sprung hat, woher kommt dann das Wasser außen an der Glaswand? Finde eine Erklärung mit Hilfe deiner natur-wissenschaftlichen Kenntnisse. Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

33 Die Konstruktion der Hilfen (II)
Verallgemeinern, Ursache finden: -> Was haben Nebel, Raureif, das Beschlagen eines Spiegels oder einer Brille gemeinsam? Inhaltliche Unterstützung: -> Bei Nebel, Raureif, beim Beschlagen eines Spiegels oder der Brille ist eines gleich: Luft wird stark abgekühlt.. Unterstützung der Übertragung auf die Problemstellung: -> Das kann auch an der Oberfläche eines kalten Gegenstands geschehen. Generalisierung bzgl. Wassergehalt der Luft: -> In der Luft ist immer Wasserdampf enthalten. Wie kann man sich vorstellen, dass sich beim Abkühlen flüssiges Wasser aus der Luft abscheidet? -> … könnt ihr schließen, dass warme Luft mehr Wasser-dampf enthalten kann als kalte. Was beim Abkühlen „zu viel“ ist, schlägt sich als flüssiges Wasser nieder. Läuft das Glas aus? Aufgabe: Wenn Florian Recht hat und das Glas keinen Sprung hat, woher kommt dann das Wasser außen an der Glaswand? Finde eine Erklärung mit Hilfe deiner natur-wissenschaftlichen Kenntnisse. Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

34 Die Konstruktion der Hilfen (III)
Dazu die (immer gleiche) erste Hilfe: -> Erklärt euch gegenseitig die Aufgabe noch einmal mit eigenen Worten. Klärt, was ihr verstanden habt und was euch noch unklar ist. als Aufforderung zur Paraphrasierung (erste Durcharbeitung der Aufgabenstellung) und abschließend stets die Komplettlösung -> Jetzt habt ihr alles zusammen, um die gestellte Frage zu beantworten. Übertragt eure Überlegungen auf das Glas mit dem kalten Getränk und fasst eure Antwort mit ein oder zwei Sätzen zusammen. -> Durch den kalten Inhalt wird auch die Außenseite des Trinkglases sehr kalt. Dadurch wird die Luft in der Nähe stark abgekühlt. Ein Teil des enthaltenen Wasser-dampfes schlägt sich als flüssiges Wasser am Glas nieder – das Glas ist dann von außen nass. wegen der Wirksamkeit von Musterlösungen und zur Kontrolle für die Gruppen, die ohne Hilfen zur Lösung gekommen sind. Aufgabe: Wenn Florian Recht hat und das Glas keinen Sprung hat, woher kommt dann das Wasser außen an der Glaswand? Finde eine Erklärung mit Hilfe deiner natur-wissenschaftlichen Kenntnisse. Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

35 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Zur Gruppenarbeit: Planen Sie Aufgaben zur Reorganisation und Strukturierung von Wissen Akzentuierung von naturwissenschaftlichem Arbeiten (auch: Vorbereitung, Auswertung, Bewertung von Ergebnissen) Variation von Experimenten (Analogie-Konstruktion) Schlussfolgerndes Verknüpfen - Nutzen Sie den Aufgabenstamm zur Steuerung des Schwierigkeitsgrades Klären Sie das notwendige Vorwissen Gestalten Sie Hilfen / Impulse zur Lösung entsprechend den Erfordernissen Ihrer Lerngruppe Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

36 Methodische Varianten der Hilfen-Präsentation
Alle Gruppen erhalten Aufgabenstellung und einen Umschlag mit nummerierten Hilfekärtchen. Nummerierte Hilfekärtchen am Lehrerpult, es darf immer nur einer aus einer Gruppe nach vorn gehen und die Hilfe einsehen. Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

37 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Kompetenzaufbau „naturwissenschaftliches Arbeiten – Erkenntnisgewinnung“ Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

38 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Kompetenzaufbau „naturwissenschaftliches Arbeiten – Erkenntnisgewinnung“ Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

39 Wie kommen Schüler dahin?
Sie müssen das Handwerkliche jedes Schrittes lernen / am Beispiel erfahren / anwenden können. Sie müssen den Überblick über den gesamten Weg des nwA haben. Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

40 Aufgaben und naturwissenschaftliches Arbeiten
Statt gesamtem Erkennnis- bzw. Forschungsprozess: Aspekte durch Aufgaben thematisieren: Planung eines Experiments Auswertung, Interpretation Rekonstruktion eines Experi- ments vom Ergebnis her Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

41 Aufgaben und naturwissenschaftliches Arbeiten
Oliver Wißner, Giessen Welches Muster hat Rutherford vermutlich erwartet und aus welchem Grund. Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

42 Aufgaben und naturwissenschaftliches Arbeiten
Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

43 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Instrument zur Aufgabenanalyse Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

44 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Termin Mögliche Wochen: 14. – 21. – 06. – Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

45 Vielen Dank für Euer Interesse und für Eure rege Mitarbeit!
Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel