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Anni Heitzmann 23.09.2010 DGTB, Potsdam 2010 exreTu www.fhnw.ch/ph Der Ansatz "expliziter, reflektiver Technikunterricht" Einblick in das Projekt exreTu.

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1 Anni Heitzmann DGTB, Potsdam 2010 exreTu Der Ansatz "expliziter, reflektiver Technikunterricht" Einblick in das Projekt exreTu Kooperationsprojekt der Professuren Naturwissenschaftsdidaktik und Technisches Design Team : A. Heitzmann, K.Güdel, M. Oberli, Ch. Rieder, B. Sidler, Th. Stuber, F. Theiler, I. Urfer Hauser

2 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann2 Gliederung des Vortrags 1.Zur Situation des Technikunterrichts heute (Situation Schweiz) - Hintergründe des Projekts exreTu 2.Das Modell des expliziten, reflektiven Technikunterrichts 3.Überblick über das Forschungsprojekt exreTu (Forschungsdesign, Stand) 4.Fokus: Interventionsphase exreTu - Technikunterricht 5.Fokus: Metakognition und Explikation 6.Fokus: Befragung Technikinteresse - Berufswünsche 7.Ausblick: Kompetenzmessung (Schwierigkeiten - Möglichkeiten) Übersicht

3 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann3 1. Zur Situation des Technikunterrichts (Blickwinkel CH) Technik ist ein wichtiger Teil des Alltags - Alltagsbezüge sind für (ein nachhaltiges) Lernen unabdingbar wichtig In der Sekundarstufe I sind Kontakte mit der Welt der Technik wichtig aus Gründen der Berufswahl Über technisches Handeln kann die Grundkompetenz Problemlösen geschult werden Technisches Handeln verbindet kognitive und manuelle Fähigkeiten und Fertigkeiten und spricht so verschiedene Schülertypen an Situation des Technikunterrichts Internationale Diskussionen um Bildungsstandards und "technical/ technological literacy" Stiefmütterchen-Dasein in Curricula und dem realen Schulalltag

4 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann4 Warum gibt es keinen oder wenig Technikunterricht? Schwierigkeiten: Stundenplanprobleme: keine passenden Gefässe, Marginalisierung Unsicherheit unter Lehrpersonen wegen übergreifenden Aspekten –bin ich kompetent? –ist das nicht zu aufwändig? –komme ich dann trotzdem mit dem Pflichtstoff durch? Mangelnde Räumlichkeiten: keine Werkräume, keine Naturwissenschaftsräume... Andere, "wichtigere" Probleme: Disziplinarprobleme, Sprachprobleme Mangelnde Erfahrung, wenig Austauschmöglichkeiten Angst vor aufwändiger Vorbereitung und Durchführung Situation des Technikunterrichts

5 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann5 Auswirkungen der Standarddiskussion in der CH: HarmoS und Lehrplan 21 Harmonisierung des Schweizerischen Schulsystems: für die 21 deutschschweizer Kantone ein gemeinsamer Lehrplan für die Volksschule Ausarbeitung von Basisstandards für vier Fachbereiche – Schulsprache – Fremdsprachen – Mathematik – Naturwissenschaften Situation des Technikunterrichts

6 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann6 Kompetenzmodell HarmoS: Naturwissenschaften (www.harmos.phbern.ch) Basisstandards für vier Niveaustufen Situation des Technikunterrichts

7 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann7 Lehrplan 21 ( Situation des Technikunterrichts

8 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann8 Zahlreiche vielversprechende Ansätze in CH explore-it: Lernmittel und Unterstützung übers Internet (Weber et al. 2010) Do-it-Werkstatt: Th. Stuberwww.do-it-Werkstatt.ch Projekt Real-Tec: J.P. Kellerwww.real-tec.ch "Technik begreifen: Lehrmittel (Baumann, Theiler & Baumann, 2010). Situation des Technikunterrichts

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11 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann11 Erfahrungen aus bisherigen Projekten Technikunterricht wird von Schülerinnen und Schülern positiv erlebt Technikunterricht ist fächerübergreifender Unterricht, wobei hier alle Fächer als Zugänge dienen können - Vertiefungen sind fachspezifisch oder fächerübergreifend möglich Eine fast zwingende Verbindung ergibt sich zwischen Technischer Gestaltung und Naturwissenschaften und ist für beide Fachbereiche bereichernd Technikunterricht kann Gender-Differenzen vermindern, da sowohl Mädchen als Knaben sich positiv einbringen können Notwendige Voraussetzungen: Verankerung und Konkretisierung in Curricula Schulfächergrenzen überschreiten, aufheben Unterstützung von Lehrpersonen Situation des Technikunterrichts

12 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann12 2. Das Modell exreTu: expliziter reflektiver Technikunterricht Das Unterrichtsmodell exreTu Grundansätze 1.Handlungs- und Problemorientierung in komplexen Situationen Ingenieuransatz Technik konstruieren und herstellen 2.Informierend-experimenteller Ansatz (funktionsanalytischer Ansatz) Funktionsanalyse technischer Gegenstände: beschreiben und einander erklären, Vorkonzepte schrittweise erweitern, Begriffe be-greifen Technik verstehen 3.Soziokultureller Ansatz gesellschaftlich-soziale Dimension von Technik ist im Vordergrund Technik nutzen und Technik bewerten 4.Reflexionsorientierung: Metakognition üben Arbeitsprozess, Lernprozess und Erkenntnisprozess reflektieren

13 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann13 Konstitutierende Merkmale von exreTu 1.Ingenieur-technisches Handeln 2.Explizit machen von Technik - Technikbegriff erweitern 3.Explizieren von Technik - Nutzen von metakognitiven Strategien 4.Auseinandersetzung mit Berufsrollen - Entwicklung von Rollenverständnis Das Unterrichtsmodell exreTu

14 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann14 3. Das Forschungsprojekt exreTu: Wie wirkt sich expliziter, reflektiver Technikunterricht aus? erworbenes Wissen, Kompetenzen, Interesse, Selbstwirksamkeit? Kompetenzen: technische Kompetenzen? Was gehört dazu? Wie werden sie erworben? Berufswahl: Gibt es einen Zusammenhang zwischen Technikunterricht und Berufswünschen auf Sek I - Stufe? Gender: Gibt es unterschiedliche Auswirkungen bei den beiden Geschlechtern? Das Forschungsprojekt exreTu

15 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann15 Forschungsidee und Forschungsplan 1.Erheben von Technikinteresse und Berufswünschen in der Sekundarstufe I Feststellen von Technikkompetenz 2. Durchführung von explizitem, reflektivem Technikunterricht (exreTu-Intervention) ??? Gibt es Effekte von exreTu??? Technikunterricht: Interventionsvorbereitung zusammen mit Lehrpersonen (Lehrerweiterbildung) Umsetzungsaufgaben zu Technikkompetenzen Idee: Unterrichtsintervention mit explizitem, reflektivem Technikunterricht Das Forschungsprojekt exreTu

16 Anni Heitzmann DGTB, Potsdam 2010 Teil 1: BefragungTeil 2: InterventionDatenerhebung Befragung F1 Erhebung Technikinteresse und Berufswünsche Technikinteresse und Berufswünsche, strukturierter Fragebogen zu Beginn und am Ende des 7. oder 8. Schuljahrs, 30 Klassen (N=450), 15 Kl. Versuchsgruppe V, 15 Kl. Kontrollgruppe K Versuchsgruppe V mit 15 Klassen (N=225): PK1 + exreTu + PK2; Kontrollgruppe K mit 15 Klassen (N=225): nur PK1 + PK2 Fragebogen F Pretest PK1: Technikkompetenz, standardisierte Aufgaben Posttest PK2: Technikkompetenz, standardisierte Aufgaben Befragung F2 Erhebung Technikinteresse und Berufswünsche Testaufgaben mit Kurzfragebogen Expliziter, reflektiver Technikunterricht ExreTu: Unterrichtssequenz von ca. 30 Lektionen, Erwerb von Technikkompetenz, Best-practice-Beispiele Zeit Gruppeninterview mit Lehrpersonen Gruppeninterview Okt. - Nov Durchführung Intervention Nov März 11 April - Juni 2011 Testaufgaben mit Kurzfragebogen Arbeitsjournale mit Meilensteinreflexionen Protokolle Fragebogen F Projektbeginn Nov. 09 bis Okt 10 Entwicklung der Instrumente (Fragebogen) Aufgaben für Kompetenzerhebung Planung Intervention/Info LP April - Juni 2012Befragung F3 - Follow up Erhebung Technikinteresse und Berufswünsche Fragebogen F Übersicht über die Projektanlage von exreTu (Projektplan Juni 2010) Weiterbildung Lehrpersonen der Versuchsgruppe (ca. 15); Eröffnungsveranstaltung: 11. August 2010

17 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann17 Technik erkunden Was ist Technik? Bezug zur Aussen- und Umwelt (ca.2 Lektionen) Technische Fähigkeiten, Fertigkeiten und Kenntnisse entwickeln Funktionszusammenhänge verstehen, Werkstoffe kennen lernen und Fertigkeiten entwickeln (ca. 4 Lektionen) Technik konstruieren und herstellen Konstruktion, Herstellung und Optimierung des Produkts im Team, problemlösendes Handeln (ca. 12 Lektionen) Technik bewerten Produktanalyse, Technikstudie oder Expertenkontakt (ca. 2 Lektionen) Technik erklären und kommunizieren Arbeitsjournal mit Meilenstein- reflexionen: Darstellung des Arbeits- prozesses, Präsentation oder Ausstellung (fortwährend; am Schluss ca. 2 Lektionen) Technik problemlösend angehen: Lösungsansätze entwickeln und Handlungsplan erstellen Firma gründen/Team bilden, Berufe und (Berufs-)rollen kennenlernen, Aufgaben verteilen, Arbeitsschritte festlegen (ca. 4 Lektionen) Technikunterricht im exreTu-Projekt Produktherstellung in einer "Firma" (Teams) 4. Fokus Intervention Fokus Intervention

18 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann18 Ausgearbeitete Themenbeispiele Licht-Leuchte Schokolade Naturkosmetik Alarmanlage Flip Flop-Schaltung Leichtbaufahrzeuge Outdoor-Bekleidung Fokus Intervention

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20 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann20 Konzept der Intervention - Konzeptraster Arbeitsschritte und Meilensteine Offenheit und Steuerung Fokus Intervention A1) Technik erkunden: Technikbegriff (ca. 2 Lektionen): Was ist Technik überhaupt und wie können wir Technik beschreiben? Aufgabenstellungen / Arbeitsschritte (AS) Mögliche Umsetzungen (Umsetzung vorgegeben) Empfehlung Zeitpunkt 1.Definition(en) Technikbegriff: Was ist Technik überhaupt? Was kann Technik alles sein? o Sichtung ausgewählter, technischer Produkte aus Schokolade o Kennenlernen des Entstehungszyklus dieser Produkte: Entwicklung, Herstellung, Bedarf, Entsorgung o Begriff Technik ausloten Am Anfang 1.Vorgabe der allgemeinen Aufgabenstellung (Auftrag): Ein Stück Schokolade soll neu erfunden und bis zur Marktreife entwickelt werden Problemorientierte Werkaufgabe (je nach Situation eher engere oder offenere Aufgabestellung: evtl. Bedingungen mit den SuS festlegen) Am Anfang Meilenstein 1: Vorstellung von weit gefasstem Technikbegriff nach AS 1 und 2

21 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann21 B) Technische Fähigkeiten, Fertigkeiten und Kenntnisse entwickeln (ca. 4 Lektionen): Funktionszusammenhänge verstehen, Werkstoffe kennen lernen und Fertigkeiten entwickeln Aufgabenstellungen / Arbeitsschritte (AS)Mögliche Umsetzungen (Umsetzung vorgegeben) Empfehlung Zeitpunkt 7.Geschichtlicher Bezug: Entwicklung der künstlichen Beleuchtung kennen lernen (z.B. Vom Kienspan zur LED od. Wer waren Th.A.Edison und W.v.Siemens?) o Referat o historische Entwicklung von technischen Verfahren, Erfindung des Produkts, Begriff Fortschritt 9.Anwendungen, Übungen zum Verständnis: Zusammenbau von Kabel, Stecker, Schalter, Fassung Lichtwirkung untersuchen: Optimales Zusammenspiel von Leuchtmittel und Schirm/Material Lösungen für funktionale Probleme entwickeln: Verbindungen, Gelenke, Aufhängungen etc. o Lehrgang o Übungsaufgabe mit Problemlösung o Gestalterisches Experiment o Technische Experimente 10.Funktionsabläufe darstellen und erklären: Elektrotechnik: Aufgaben zum Stromkreis lösen und Erkenntnisse festhalten Reduktion von komplexen Phänomenen in Einzelschritte (Grafiken/Skizzen) [k1] [k1] o Lehrgang o Verfahren/Problem in verschiedene Schritte aufgliedern, grafisch darstellen, erläutern (erstellen von Planskizzen) Meilenstein 3-1: Funktionsablauf, Planskizze nach AS 6, 7, 8, 9 und 10 [k1] hierzu bitte Arbeitsblätter, Beispiele, Anleitungen zuhanden Lehrpersonen erstellen[k1] Fokus Intervention

22 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann22 Bsp. Auszug aus Meilenstein 3 - Schülerdokumentation 1. Untersuche ein (reales) Metallvelo mit einem vom Rad angetriebenen Velogenerator (ab jetzt "Dynamo" genannt) genau. Bei manchen Velos führt nur ein einziges Lichtkabel zu jeder Lampe (Vorder- und Rücklicht). Zeichne danach auf der folgenden schematischen Abbildung eines Velos alle Bestandteile der Beleuchtung mit einem Farbstift ein : 2. Komisch, dass vom Velodynamo nur ein Draht zum Scheinwerfer resp. Rücklicht führt. Eigentlich müssen doch zwei Leitungen da sein, damit der Stromkreis geschlossen ist. Diskutiert zu zweit, was passiert, damit das Vorder- und das Rücklicht am Velo leuchten. Schreibt anschliessend eure Vermutung auf. Fokus Intervention Dynamo Scheinwerf er Rücklicht Kabel

23 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann23 Übersicht über die Meilensteine Meilen- stein ZielPhase 1Vorstellung von weit gefasstem TechnikbegriffNach Arbeitsschritten 1 und 2 2-1Produktbewertung nach vorgegebenen KriterienNach Arbeitsschritten 3 und 4 2-2Erkundung: industrielle ProduktionNach Arbeitsschritt 5 3-1Funktionsablauf, PlanskizzenNach Arbeitsschritten 6,7,8,9,10 3-2Dokumentation ProblemlöseprozessNach Arbeitsschritt 11 4Teamorganisation (Berufsrollen, Firma)Nach Arbeitsschritt 12, 13, Lösungsansätze entwickeln (Reflexion) 5-2Handlungsplan für Produktprozess Skizze bzw. Plan des geplanten Produkts Während Arbeitsschritten 15, 16, 17 6Reflexion beim technischen HandelnNach Arbeitsschritten 18, BeurteilungenNach 20 und SchlussreflexionNach 23 Fokus Intervention

24 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann24 5. Fokus Explikation und Metakognition Schlüsselkompetenz "Technik verstehen": Explikation Fokus Explikation und Metakognition Komplexe technische Systeme, z.B. Funktionsabläufe müssen schrittweise erschlossen werden. Undifferenzierte Vorkonzepte sind bewusst zu machen und mit differenzierten, fachlich richtigen Teilkonzepten in Bezug zu setzen Eine vereinfachte Gesamtdarstellung der Teilkonzepte in ikonischer Form führt zum Grundverständnis Das Grundverständnis kann später mit Fachbegriffen, Ergänzungen erweitert werden.

25 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann25 1.Von undifferenzierten Vorbegriffen ausgehen: Raum und Zeit geben für die Erschliessung –des assoziativen Umfelds: Druck, Wärme beim Pumpen, Zischen, Kraftaufwendung, ziehen, stossen.... –sprachliche Definitionen: eine Pumpe ist eine Vorrichtung, die Gase, Flüssigkeiten oder Flüssigkeits-/Feststoffgemische fördern kann –des Begriffsumfangs: Luftpumpen, Kolbenpumpen, Wasserpumpen, Wärmepumpen..... Undifferenzierte Vorbegriffe durch Problemstellung und Frage evozieren. Explikation (1) Bsp. Wie funktioniert eine Velopumpe? (nach Aeschbacher, 2010) Fokus Explikation und Metakognition

26 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann26 Explikation (2) 2. Komplexe Abläufe, strukturell und zeitlich aufschlüsseln Phase 1: "Ansaugen" von Luft durch Kraft- wirkung des Kolbens Phase 1Phase 2 Phase 2: Ausstossen von Luft durch Kraftwirkung des Kolbens Fokus Explikation und Metakognition

27 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann27 Explikation (3) 3. Grafischer Bezug auf undifferenzierte Vorstellung oder Problemstellung (eine Pumpe hat unten nicht zwei Öffnungen) Fokus Explikation und Metakognition

28 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann28 Explikation (4) 4. Vereinfachte, abstrahierte Struktur des Gesamtablaufs undifferenzierte Vorstellung differenziertere, Vorstellung Fokus Explikation und Metakognition

29 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann29 Explikation (5) 5. Fachwörter, Hilfskonstruktionen und Optimierungen einführen anfänglich nur vertraute Elemente und Beziehungen verwenden: Öffnungen, Verschlussklappen Fachwörter für erarbeitete Begriffe einführen: bewegliche Klappen = Ventile Hilfskonstruktionen, Optimierungen, Details: Detailbau eines Ventils etc. Fokus Explikation und Metakognition

30 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann30 Reflexion im exreTu-Projekt - Nutzung von Denkstrategien Arbeitsjournal mit kognitiven und metakognitiven Impulsen (vorher, begleitend oder rückschauend im Arbeitsprozess) Fokus Explikation und Metakognition Organisation des Wissens: "Welches waren wichtige Dinge, die ich heute gelernt habe?", "Was habe ich gemacht?", etc. Elaboration des Wissens: "Welches Bsp. zeigt die Anwendung dieses Prinzips?", "Welche Beziehung zum vorher Gelernten hat das?", "Wie kann ich es bestätigen"?, "Gibt es Konflikte zu früher gelerntem?", " Wo stimmt es, wo nicht?" etc.. Überwachung und Kontrolle: "Was habe ich noch nicht verstanden?", " Was habe ich gut verstanden?", " Wo habe ich Schwierigkeiten?" und Hilfsstrategien " Welche Möglichkeiten habe ich die Probleme zu lösen", " Wo kann ich mehr erfahren?", "Wo kann ich Hilfe holen?", "Was müsste ich besser machen?"

31 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann31 Befragung 1+2: Vor+nach Intervention exreTu Fragen für die Auswertung: Wie gross ist das Interesse an Tätigkeiten/Inhalten, die mit Technik zu tun haben? Welche Berufswünsche haben Jugendliche? Welche Wirkung hat der Technikunterricht auf das Interesse, die Selbstwirksamkeitserwartung und die gesellschaftliche Bedeutsamkeit von Technik? Befragung Technikinteresse und Berufswünsche Fokus Befragung: Technikinteresse-Berufswünsche Befragung 3: Nach einem Jahr (ca. Frühling 2012) Durchführung: Minuten elektronisch, paper-pencil je 15 Klassen (Versuchs- und Kontrollgruppe)

32 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann32 Beispiel Fragebogenauszug Fokus Befragung: Technikinteresse-Berufswünsche

33 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann33 Befragung Technikinteresse und Berufswünsche Fragebogenkonstrukt Gesellschaftliche Bedeutsamkeit Selbstwirksam- keitserwartung Inhaltsbezogene Dimensionen gesells. Bedeutsamkeit von exreTu Selbst- wirksamkeits- erwartung in Bezug auf exreTu gesells. Bedeutsamkeit von Technik allgemein Selbst- wirksamkeits- erwartung Technik allgemein Interesse: Freude, Aktivierung, Wichtigkeit, Nützlichkeit Interesse an exreTu Befragung 2 Interesse an Technik Intervention mit explizitem, reflektivem Technikunterricht (exreTu) Personenbezogene Variablen Befragung Technikspezifische Kontexte Technik im Beruf Technik in der Schule Technik in Alltag und Freizeit Technikspezifische Kompetenzen/Tätigkeiten Technik verstehen Technik erklären, kommunizieren Technik nutzen Technik entwickeln Technik konstruieren und herstellen Technik bewerten Fokus Befragung: Technikinteresse-Berufswünsche

34 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann34 6. Ausblick: Kompetenzmessung - Herausforderungen Messen von Technikkompetenz mit PISA-Aufgaben (Paper-Pencil)??? Messen von Technikkompetenz mit HarmoS-Aufgaben (Experimentieraufgaben)??? Messen von Technikkompetenz mit einem Metawissenstest??? Vor- und Nachteile Neue Ideen??? - Vorschläge???

35 DGTB Tagung Potsdam Anni Heitzmann35 Wir danken für die Aufmerksamkeit


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