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Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht Dr. Lutz Stäudel, Leipzig.

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Präsentation zum Thema: "Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht Dr. Lutz Stäudel, Leipzig."—  Präsentation transkript:

1 Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht Dr. Lutz Stäudel, Leipzig

2 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 Austausch Was Sie heute erwartet Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

3 Aufgaben für verändertes Lernen Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel 1.Aufgaben für eine veränderte Unterrichtsgestaltung 2.Aufgaben zur Förderung selbstständigen Lernens 3.(anspruchsvolle) Aufgaben für die kognitive Aktivierung der Schülerinnen und Schüler 4.Aufgaben zur gezielten Unterstützung des Kompetenzaufbaus

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

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

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

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

8 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 2. Aufgaben... zur Förderung selbstständigen Lernens

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

10 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 Offener Unterrichtd =.01 Leistungsgruppierungd =.12 Interne Differenzierungd =.16 Web-basiertes Lernend =.18 Team Teachingd =.19 Was hilft nicht und schadet nicht? (0 < d < 0.2) Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

12 Reduzierung der Klassengrößed =.21 Individualisiertes Lernend =.22 Teaching to the Testd =.22 Finanzielle Ausstattungd =.23 Summer Schoolsd =.23 Integration/Inklusiond =.28 Hausaufgabend =.29 Was hilft ein wenig? (0.2 < d < 0.4) Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

13 Externe Differenzierung für Leistungsstarked =.30 Entdeckendes Lernend =.31 Induktives Unterrichtend =.33 Regelmäßige Tests/Leistungskontrollend =.34 Störungspräventiond =.34 Schulleitungd =.36 Lehrerfortbildungd =.37 Time on taskd =.38 Zusatzangebote für Leistungsstarked =.39 Was hilft ein wenig? (0.2 < d < 0.4) Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

14 Angstreduktiond =.40 Kooperatives Lernend =.41 Ein hohes Selbstvertrauen der Schülerd =.43 Kleingruppenlernend =.49 Classroom Managementd =.52 Peer Tutoringd =.55 Herausfordernde Ziele setzend =.56 Concept Mappingd =.57 Arbeit mit Lösungsbeispielend =.57 Direkte Instruktiond =.59 Was hilft schon mehr? (0.4 < d < 0.6) Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

15 Was hilft richtig? (0.6 < d ) Regelmäßige Tests mit Feedbackd =.62 Metakognitive Strategiend =.69 Verteiltes vs. massives Lernend =.71 Lehrkraft-Schüler-Verhältnisd =.72 Feedbackd =.73 Klarheit der Instruktiond =.75 Micro-Teachingd =.88 Akzelerationsprogrammed =.88 Formatives Assessmentd =.90 Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

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

17 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 4. Aufgaben zur gezielten Unterstützung des Kompetenzaufbaus Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

18 Und jetzt zum Praktischen Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel 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

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 Methodenwerkzeuge zur Unterstützung fachsprachlich angemessener Formulierung zur Erarbeitung und Kommunikation fachlicher Inhalte zur Strukturierung und Hierarchisie- rung vorhandener Kenntnisse zur Wiederholung, Festigung und Vertiefung WortlisteKugellagerMindmapLückentext WortfeldLernplakatConzeptmapMemory WortgeländerThesentopfFlussdiagrammHeißer Stuhl TextpuzzleFilmleisteBegriffsnetzKetten-Quiz SatzmusterDialogZuordnungStille Post FragemusterArchiveKärtchentischDomino SprechblasenSchaufenster- bummel KartenabfragePartner-Kärtchen BildergeschichteAushandelnBildsequenzKreuzworträtsel 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 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 Das Programm für heute, Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

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

25 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. Zum Kennenlernen Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

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

27 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? Inhaltliche Hilfen Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

28 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! Lernstrategische Hilfen Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

29 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 Was sich für eine Aufgabe mit gestuften Hilfen eignet 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 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. Kontext Komplexität Form der Lösung erkennbar Eher geschlossen Selbstdiffe- renzierend wenn mit Hilfen 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? 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. Läuft das Glas aus? Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

33 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. 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. Läuft das Glas aus? Die Konstruktion der Hilfen (II) Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

34 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. Die Konstruktion der Hilfen (III) Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

35 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 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. Methodische Varianten der Hilfen-Präsentation Tramin - 07./ Dr. Lutz Stäudel

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

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

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

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

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

44 Termin Mögliche Wochen: 14. – – –

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


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