Intelligentes Wissen als der Schlüssel zum Können   Elsbeth Stern Institute for Research on Learning and Instruction 19.09.2018

Was macht lernwirksamen Unterricht aus? Auf der Suche nach der guten Lehrerpersönlichkeit – gibt es nicht (höchstens die Anti-Lehrerpersönlichkeit) Auf der Suche nach der richtigen Methode – gibt es nicht. Methoden müssen an das Vorwissen und den zu lehrenden Inhaltsbereich abgestimmt sein „Guter Unterricht kann auf unterschiedliche, aber nicht auf beliebige Weise realisiert werden.“Franz E. Weinert Professionelles Handlungswissen: Gute Lehrpersonen wissen, wie Schüler lernen

Lernen als Interaktion zwischen Gehirn, Geist und Umwelt: Auf welcher Ebene sollten Lehrpersonen das Lernen verstehen? Psychische Funktionen, Wissen, Gedächtnis, Intelligenz, Emotionen Aktuelle Hirnaktivierung, überdauernde Hirncharakteristika

Wo die neurophysiologische Perspektive zu kurz gegriffen ist Erklärung von Alterunterschieden in der Leistung: Rolle des Vorwissens Frühförderung: Anschlussfähiges Wissen statt Synapsenpflege Professionelles Handlungswissen von Lehrern: Lernprozesse, nicht Hirnzustände verstehen Im "Normalbereich" kann die Hirnforschung nichts über die Lernwirksamkeit von Unterricht aussagen

Lehrpersonen können nur indirekt durch die Bereitstellung von Lerngelegenheiten auf das Gehirn einwirken

Intelligentes Wissen = Kompetenz Ebene, auf der Lehrpersonen durch guten Unterricht wirksam werden können: intelligent angeordnetes und flexibel zugreifbares Wissen Intelligentes Wissen = Kompetenz

Der Steigung des Weg-Zeit-Graphen TIMS/III Aufgabe: Die Beschleunigung eines sich geradlinig bewegenden Objektes kann bestimmt werden aus Der Steigung des Weg-Zeit-Graphen Der Fläche unter dem Weg-Zeit-Graphen Der Steigung des Geschwindigkeits-Zeit-Graphen Der Fläche unter dem Geschwindigkeits-Zeit-Graphen Prozent korrekte Lösung bei deutschen Abiturienten mit Leistungskurs Mathematik: 50% mit Grundkurs Mathematik: 44% International 67% Schweiz: 60%

Kompetenzen setzten intelligent angeordnetes und flexibel zugreifbares Wissen voraus Konzepte sind nicht auf Labels und Merksätze reduziert, sondern bilden die Grundlage für Erklärungsmodelle Gute Routinen: Prozedurales Handlungswissen ist in Konzeptwissen integriert Konzepte sind hinreichend abstrakt, so dass auch Gemeinsamkeiten zwischen oberflächlich unterschiedlichen Ereignissen und Objekten gesehen werden können

Voruniversitäre Mathematik, Teilgebiet Elementargeometrie MPI für Bildungsforschung MPI for Human Development Voruniversitäre Mathematik, Teilgebiet Elementargeometrie Aufgabe K14 Eine Schnur ist symmetrisch um einen zylindrischen Stab gewi- ckelt. Die Schnur windet sich genau 4mal um den Stab. Der Um- fang des Stabs beträgt 4 cm und seine Länge 12 cm. Bestimmen Sie die Länge der Schnur. Schreiben Sie alle Ihre Ar- beitsschritte auf. IEA. Third International Mathematics and Science Study. © TIMSS/III-Germany

12 cm 4cm 3cm 3cm 3cm 3cm Satz des Pythagoras: a²+b²=c² c a b 16+9=25 Jede Diagonale ist 5 cm lang, also ist die Schnur 20 cm lang

Voruniversitäre Mathematik, Teilgebiet Elementargeometrie MPI für Bildungsforschung MPI for Human Development Voruniversitäre Mathematik, Teilgebiet Elementargeometrie Aufgabe K14 Eine Schnur ist symmetrisch um einen zylindrischen Stab gewi- ckelt. Die Schnur windet sich genau 4mal um den Stab. Der Um- fang des Stabs beträgt 4 cm und seine Länge 12 cm. Bestimmen Sie die Länge der Schnur. Schreiben Sie alle Ihre Ar- beitsschritte auf. IEA. Third International Mathematics and Science Study. © TIMSS/III-Germany

Eckpfeiler des professionellen Handlungswissens von Lehrern

Fachdidaktisches Dreieck Inhalte / Aufgaben Schülerkognitionen Vermittlung / Instruktion

Welches kognitive Potenzial haben bestimmte Aufgaben und Versuchsanordnungen? Inhalte / Aufgaben Schülerkognitionen Vermittlung / Instruktion

Welches kognitive Potenzial haben bestimmte Aufgaben und Versuchsanordnungen? Inhalte / Aufgaben Schülerkognitionen Vermittlung / Instruktion Welche Alltagsvorstellungen haben Schüler zu bestimmten Inhalten?

Welches kognitive Potenzial haben bestimmte Aufgaben und Versuchsanordnungen? Inhalte / Aufgaben Schülerkognitionen Vermittlung / Instruktion Welche Alltagsvorstellungen haben Schüler zu bestimmten Inhalten? Welche Darstellungsformen sind für bestimmte Inhalte geeignet?

Gute Lehrpersonen wissen, wie Schüler lernen Fachspezifisches pädagogisches Wissen ist “die Zusammenführung von Inhalt und Pädagogik zu einem Verständnis dessen, wie bestimmte Themen, Probleme oder Fragen strukturiert, dargestellt und an die Interessen und Fähigkeiten der Lernenden angepaßt und für den Unterricht aufbereitet werden sollten" (Shulman, 1987)

Fachdidaktisches Dreieck Inhalte / Aufgaben Schülerkognitionen Vermittlung / Instruktion

Fachdidaktisches Dreieck Inhalte / Aufgaben Schülerkognitionen Vermittlung / Instruktion

Kompetenz als Bildungsziel Sozialkompetenz Methodenkompetenz Kompetenz im Umgang mit Neuem Lern- und Denkfähigkeit Vorteil: passt immer Nachteil: sind keine überdauernden Persönlichkeitskonstrukte, sehr stark situationsabhängig

Leerer Begriff: Schlüsselkompetenzen Keine einheitlich messbare Fähigkeit Erlauben keine valide Vorhersage (höchstens bei extrem negativen Fällen) Lassen sich nicht direkt verbessern Lernbar, aber keinesfalls direkt lehrbar Fächerübergreifende Kompetenzen können nur durch den Erwerb von Inhaltswissen gefördert werden

Fachdidaktisches Dreieck Inhalte / Aufgaben Schülerkognitionen Vermittlung / Instruktion

Wissen als der Schlüssel zum Können Wissen DASS Deklatives Wissen (Fakten und Begriffe) Wissen WIE Prozedurales Wissen (automatisierte Handlungen) Wie muss Wissen im Gedächtnis einer Person organisiert sein, damit es bei der Bewältigung einer Anforderung zum richtigen Zeitpunkt aktiviert und genutzt wird?

Prozedurales Wissen: Automatisierte Handlungen und Mustererkennung

Prozedurales Wissen Wird durch wiederholte Ausführung der Tätigkeit erworben: Lernen durch Erfolg Vorteil: Benötigt nur geringe Konzentration Nachteil: Änderungsresistent, negative Transfereffekte

Deklaratives Wissen: Begriffe Merkmale: charakteristisch oder definitorisch (Säugetier) Prototypen, Beispiele Einbettung in grössere Erklärungszusammenhänge Ein Gegenstand bzw. ein Ereignis kann in sehr unterschiedliche Begriffsnetzwerke eingebettet sein.

Kategorisierung von Gebrauchsgegenständen Alltagswissen: Physikwissen: Bestehen aus Stahl Funktion beruht auf der Wirkung von Kräften

Alltagskonzepte: Klassifikation nach dem Einsatzbereich Haushalt Landwirtschaft Handwerk

Klassifikation nach physikalischen Prinzipien Hebel Keil

Veränderungen im Begriffsnetzwerk Konzeptwechsel: Zentrale Merkmale werden peripher (z.B. Säugetier) Von der Sinneserfahrung zur objektiven Messung (z.B. Gewicht) Konzeptuelle Erweiterung (z.B. Dichte) Analogieschlüsse durch Vergleich und Kontrastierung (Fehlschlüsse: kleinste Teilchen, elektrischer Stromkreis)

Hier sind 5 Vögel und hier sind 3 Würmer. Stell dir vor, alle Vögel fliegen los und jeder versucht, einen Wurm zu bekommen. Wie viele Vögel bekommen keinen Wurm? 96% Wie viel mehr Vögel als Würmer gibt es? 25%

Angleichung: Peter hat 8 Murmeln. Hans hat 5 Murmeln. Wie viele Murmeln muss Hans bekommen, um genauso viele Murmeln wie Peter zu haben? 95% Vergleich: Peter hat 8 Murmeln. Hans hat 5 Murmeln. Wie viele Murmeln hat Peter mehr als Hans? 20%

Darstellungsformen von „5“ Relationalzahl Relationalzahl 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Kardinalzahl Ordinalzahl

Wie kommt es, dass, ein kleines Stück Stahl untergeht, aber ein grosses, schweres Schiff aus Stahl schwimmt?   Hardy, I., Jonen, A., Möller, K., & Stern, E. (in Druck). Why does a large ship of iron float? Conceptual change in elementary school children. Journal of Educational Psychology.

Ton Kork Holz Stein Eisen Wasser Styropor

Ein Metalldraht wird ins Wasser getaucht. Was passiert?   geht unter  steigt nach oben  weil er sich festhält.  weil das weggedrängte Wasser weniger wiegt als der Metalldraht.  weil er so lang und dünn ist.  weil das weggedrängte Wasser mehr wiegt als der Metalldraht.  weil er aus Metall ist. weil er vom Wasser nicht stark genug nach oben gedrückt wird. weil er so leicht ist.

Ein Metalldraht wird ins Wasser getaucht. Was passiert?   geht unter  steigt nach oben  weil er sich festhält.  weil das weggedrängte Wasser weniger wiegt als der Metalldraht.  weil er so lang und dünn ist.  weil das weggedrängte Wasser mehr wiegt als der Metalldraht.  weil er aus Metall ist. weil er vom Wasser nicht stark genug nach oben gedrückt wird. weil er so leicht ist.

Lerngelegenheiten, die den Aufbau von Begriffsnetzwerken unterstützen NICHT Lernen von Merksätzen, Definitionen und Formeln probieren, Versuch und Irrtum Sondern Gelegenheiten zur Ko-Konstruktion von Wissen in Gesprächen Nutzung verschiedener Repräsentationssysteme (z.B. graphische Veranschaulichungen) Möglichkeiten zur Anwendung in unterschiedlichen Kontexten ZEIT: Spiralcurriculum

Fachdidaktisches Dreieck Inhalte / Aufgaben Schülerkognitionen Vermittlung / Instruktion

Kernexpertise der Lehrpersonen: Die Vorgabe lernwirksamer Aufgaben und Aufträge Lerngewinn ist am grössten bei Aufgaben …für die noch keine fertige Lösung abgerufen werden kann. …..die aber auf der Grundlage des bestehenden Wissens durch dessen Umstrukturierung gelöst werden können.

Beispiele für Handlungsmöglichkeiten von Lehrern Aufgabenwahl Fokussierung der Aufmerksamkeit der Schüler Indirekte Vermittlung der eigenen Gruddhaltung zum Lernen

Frühere Sowjetunion: > 45% Slowakei: > 40% Anspruchsvolle Textaufgaben in Schulbüchern: Peter hat 5 Murmeln. Susanne hat 3 Murmeln mehr als Peter. Wie viele Murmeln haben Susanne und Peter zusammen? Frühere Sowjetunion: > 45% Slowakei: > 40% Ehemalige DDR: > 30% (West) Deutschland: < 3%

Formalisierung parallel zur Erarbeitung der Konzepte anregen Missverständnis in der Didaktik der Naturwissenschaften: Erst mathematische Basis schaffen, dann Inhalte lehren Schon in der Primarschule Formale Repräsentationen lehren

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(Geheimmaterial: Größe 2, Gewicht 400) Wird das Geheimmaterial sinken oder schwimmen?

Woran die Mathematisierung scheitern kann Konventionen und Konzepte werden nicht auseinander gehalten

Fortbildung in Mengenlehre: Gibt es eine Teilmenge?

Fortbildung in Mengenlehre: Gibt es eine Teilmenge? Antwort: Nein, Mengen müssen so aussehen:

Graphen einer linearen Funktion: Von der Konvention zum Konzept TIMS/III Aufgabe: Die Beschleunigung eines sich geradlinig bewegenden Objektes kann bestimmt werden aus Der Steigung des Weg-Zeit-Graphen Der Fläche unter dem Weg-Zeit-Graphen Der Steigung des Geschwindigkeits-Zeit-Graphen Der Fläche unter dem Geschwindigkeits-Zeit-Graphen Graphen einer linearen Funktion: Von der Konvention zum Konzept

Einsicht durch Kontrastierung von Fallbeispielen Durch gezielte Kontrastierung von Fallbeispielen kann die Aufmerksamkeit auf die für das Verstehen relevanten Merkmale gelenkt werden. Sagen: dass lernen mit contrasten gut sein kann (fostering inseight and abstraction usw.) (Gick & Holyoak, 83; Kurtz, Miao, Gentner, 2001; Bransford et. al., 2000 )

Kontrastierung als Varation des Umwesentlichen: Gemeinsamkeiten herausarbeiten

Welches physikalische oder chemische Prinzip liegt hier zugrunde?

Welches physikalische oder chemische Prinzip liegt hier zugrunde?

Welches physikalische oder chemische Prinzip liegt hier zugrunde?

Welches physikalische oder chemische Prinzip liegt hier zugrunde? Wärmeleitung

Diss Anja Felbrich: Kontrastierung der Achsenbeschriftung

Automatisiertes numerisches Wissen jenseits der natürlichen Zahlen von 1-100 Nanotechnologie und Astronomie: Automatisierter Umgang mit sehr kleinen bzw. sehr grossen Zahlen notwendig Log10 (1000)=? Log10 (1000)=3 10−9 =? Ein Milliardstel = 0,000.000.001

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 19.09.2018