Kompetenzorientierter Physikunterricht Basisvortrag Reinhard Bayer, LS Oktober/November 2009 Präsentation im Zusammenhang mit der Fortbildungsreihe Qualitätsoffensive Gymnasium

Impressum Mitglieder der Zentralen Projektgruppe Physik (ZPG PH) Prof. Reinhard Bayer, LS Stuttgart StD Joachim Friederich, Kepler-Gymnasium, Pforzheim StD Florian Karsten, Seminar Stuttgart StD Horst Petrich, Seminar Freiburg StD Michael Renner, Seminar Tübingen Prof. Dr. Peter Schmälzle, Seminar Karlsruhe Die Materialien dürfen im Rahmen der Fortbildungsmaßnahme eingesetzt und von den Multiplikatoren für ihren eigenen Einsatz angepasst werden. Die Datei „modul1_basisvortrag.ppt“ befindet sich auf dem Fortbildungsserver www.lehrerfortbildung-bw.de

Kurzbeschreibung In dieser Präsentation wird erläutert, was unter Kompetenzorientierung für den Physikunterricht zu verstehen ist. Es wird zunächst ein vom Fach Physik unabhängiges Kompetenzmodell (Weinert) analysiert. Es schließt sich die Vorstellung der Kompetenz-bereiche an, die im Fach Physik sowohl den Nationalen Bildungsstandards als auch den Niveaukonkretisierungen in Baden-Württemberg eine Struktur geben. Danach werden die Implikationen für den Unterricht aufgezeigt und die Kompetenzmatrix als Planungshilfe vorgestellt.

Schule im Zentrum konkurrierender Kräfte? Abitur EPA Bildungsstandards 2004 DVA Nationale Bildungsstandards NIKO Fremdevaluation Politik, Hochschulen, Industrie, Eltern Selbstevaluation PISA Schulcurriculum Erziehungs- wissenschaft Kerncurriculum Hirnforschung Fachdidaktik Fachwissenschaft

Alles soll anders werden? Kompetenzorientierung ? Inhalte Fachwissen Outputorientierung Individualisierung Paradigmenwechsel

Ängste, Widerstände und Unsicherheit Werden nur noch Kompetenzen unterrichtet? Strukturieren wir den Unterricht jetzt ausschließlich nach den Kompetenzen? Wo bleiben denn da die Inhalte? Kann man denn eine Kompetenz überhaupt isoliert unterrichten? Ja wie sieht ein kompetenzorientierter Unterricht denn überhaupt aus? Haben wir das nicht schon immer gemacht? Was ist eigentlich so neu daran?

Kompetenzorientierter Physikunterricht Was ist das und wie geht das? Vortragsaufbau Was verstehen wir unter Kompetenzen? Wie kann man Struktur in die Kompetenz-beschreibung hineinbringen, die mit den fachlichen und methodischen Anforderungen im Fach Physik kompatibel ist? Welche Auswirkungen hat das auf die Unterrichtsplanung und den Unterricht?

Kompetenzorientierter Physikunterricht Was ist das und wie geht das? Vortragsaufbau Was verstehen wir unter Kompetenzen? Wie kann man Struktur in die Kompetenzbeschreibung hineinbringen, die mit den fachlichen und methodischen Anforderungen in Fach Physik kompatibel ist? Welche Auswirkungen hat das auf die Unterrichtsplanung und den Unterricht?

Was ist Kompetenz? Kompetenzen sind „die bei Individuen verfügbaren oder durch sie erlernbaren kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte Probleme zu lösen, sowie die damit verbundenen motivationalen, volitionalen und sozialen Bereitschaften und Fähigkeiten, um die Problemlösungen in variablen Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu können“. (Weinert 2001)  Optionaler Link für Vertiefung

Erweiterter Kompetenzbegriff Nicht nur Wissen, Fähigkeiten und Fertigkeiten, sondern auch motivationsbezogene Prozesse sind als Kompetenzen zu begreifen. Folgerung: Unterricht ist auch zum Erwerb selbstregulatorischer Kompetenzen anzulegen. Dies umfasst das Bewusstmachen von (Lern)Prozessen und den Erwerb von kognitiven, metakognitiven und motivationalen Strategien.

Motivationsbezogene Kompetenzen Prozess der Handlungssteuerung kann unterteilt werden in motivationale Kompetenz (sich auf etwas einlassen) Richtungsfindung/Intensitätssteuerung für zukünftiges Verhalten (2) volitionale Kompetenz (dabeibleiben) Den Willen betreffende Prozesse, um die ursprünglich gewählte Richtung auch unter konkurrierenden Neigungen beizubehalten selbstbewertende Kompetenz (reflektieren und reagieren) Reflexion über die Wirksamkeit des eigenen Verhaltens und Anpassung der Richtungsfindung  Grundlage für lebenslanges Lernen

Wie kann die Schule auf lebenslanges Lernen vorbereiten? Planung des Lern- und Auftragsangebots Differenzierende Lernangebote bzw. Arbeitsaufträge (nach unter-schiedlichen Schwierigkeiten bzw. mit abgestuften Hilfen) und geeignete Unterrichtsmethoden (Gruppenarbeit, Projektarbeit, Lernzirkel, Stationenlernen, …), flexible Lernzeiten 2. Aktive Förderung der Schülerkompetenz Selbstverantwortetes Lernen, Methoden der Selbstkontrolle (siehe Modul Diagnose und Förderung), Lernplan, Lerntagebuch, …  Weniger Belehrung, mehr aktives Schülerhandeln!

Konsequenzen für Physik Bildungsstandard Physik (BW) - Leitgedanken Handlungsorientiertes und entdeckendes Lernen und Arbeiten in Teams – auch im Physikpraktikum – sind tragende Säulen des Physikunterrichts. Diese Handlungsorientierung ermöglicht einen differenzierten Unterricht, sodass jede Schülerin und jeder Schüler eine Chance hat, auf der eigenen Stufe des Könnens zu arbeiten. Vor allem im handlungsorientierten Unterricht, bei der Teamarbeit oder im Physik-Praktikum können die Denk- und Arbeitswege der einzelnen Schülerinnen und Schüler beobachtet werden. Auf diese Weise kann die Lehrkraft bei individuellen Problemen helfen. Durch offene Problemstellungen und entdeckendes Lernen werden die Schülerinnen und Schüler zur Suche nach eigenen Lösungswegen angeregt. Ihre eigene Anstrengungsbereitschaft und Kreativität werden unter anderem durch Referate und eigene Experimentalvorträge gefördert und der eigene Kompetenzzuwachs wird erkannt. Lehrerinnen und Lehrer können aus den angewandten Strategien Denk- und Lernwege erkennen und den folgenden Unterricht danach organisieren.

Kompetenzorientierter Physikunterricht Was ist das und wie geht das? Vortragsaufbau Was verstehen wir unter Kompetenzen? Wie kann man Struktur in die Kompetenz-beschreibung hineinbringen, die mit den fachlichen und methodischen Anforderungen in Fach Physik kompatibel ist? Welche Auswirkungen hat das auf die Unterrichtsplanung und den Unterricht?

Konkretisierung der Kompetenzen im Fach Physik Wer nach Bildungsstandard unterrichtet, macht doch automatisch kompetenzorientierten Physikunterricht? Kommt drauf an! Wichtig ist nicht nur, was man anbietet, sondern auch wie man es anbietet.

Kompetenzorientierter Unterricht Problematisch ist Unterricht der dauerhaft lehrerzentriert ist der nur Fachkompetenz aufbaut ohne Differenzierung ohne Diagnose und Förderung der Schülerinnen und Schülern keine Selbstverantwortung überträgt die Selbstdiagnose und Selbstlernfähigkeit nicht unterstützt Zwei subjektive Beobachtungen 

S-Bahn-Gespräche zwischen Schülern „Du Karl, hast du Physik begriffen?“ „Ja, ist doch ganz einfach: U=R*I, W=P*t, P=U*I, ….“ [gemeinsames Memorieren der Formeln, auch in Umformungen] „So, jetzt kann ich Physik!“

S-Bahn-Gespräche zwischen Schülern „Du Karl, hast du das mit der Sicherung verstanden?“ „Ja, das ist so…“ [erläutert anhand von Heftaufschrieben Bimetallschalter und Schmelzsicherung] „… und wenn es heiß wird, fliegt die Sicherung raus.“ „… also wenn ich mich 10 Minuten föhne, das habe ich verstanden!“

Wo bleibt die Kompetenz? Viel zu oft: Formel- und Gerätewissen, aber kein Verständnis (eingeschränktes Anforderungsniveau!) Selbstkritische Frage: Liegt das am Vermögen der Schülerinnen und Schüler oder am Unterricht bzw. an den Prüfungsfragen, die das nicht hinreichend thematisieren bzw. abverlangen? Kompetenzanalyse: Der Unterricht war hinsichtlich fachlicher Kompetenz (Niveau A) und Selbstbewertungskompetenz mäßig erfolgreich, erkennbar war jedoch Motivation, Kommunikationsfähigkeit und soziale Kompetenz. Unsicher ist jedoch, ob die Lehrkraft nur dieses fachliche Niveau angestrebt hat.

Kompetenzorientierte Fragen Erläutere die Formel W=U*I*t. Gehe dabei auf folgende Aspekte ein: Welche physikalischen Größen enthält sie? Gib auch die Einheiten an. Was beschreibt sie? Beschreibe in eigenen Worten den Zusammenhang zwischen den physikalischen Größen. Gib eine Möglichkeit an, diese Formel experimentell zu erschließen. In welchen Zusammenhängen spielt sie eine Rolle? Auf einem Akku steht: 1,2 V – 2100 mAh. Was bedeutet das für die Praxis?

Kompetenzorientierte Fragen Erläutere die Formel W=U*I*t. Gehe dabei auf folgende Aspekte ein: Welche physikalischen Größen enthält sie? Gib auch die Einheiten an. Was beschreibt sie? Beschreibe in eigenen Worten den Zusammenhang zwischen den physikalischen Größen. Gib eine Möglichkeit an, diese Formel experimentell zu erschließen. In welchen Zusammenhängen spielt sie eine Rolle? Auf einem Akku steht: 1,2 V – 2100 mAh. Was bedeutet das für die Praxis? Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung

Selbstdiagnose Erläutere die Formel W=U*I*t. Ich kenne die physikalischen Größen und Einheiten. Ich weiß, was die Formel beschreibt. Ich kann den Zusammenhang in eigenen Worten beschreiben. Ich kann ein Experiment entwickeln und durchführen, das diese Formel bestätigt. Ich weiß, wozu man die Formel braucht. Ich kann die Formel zu Berechnungen einsetzen.

Lernaufgabe Warum benötigt man im elektrischen Haushalts-Stromnetz Sicherungen? Analysiere die beigelegten Unfallmeldungen* und leite daraus Anforderungen an elektrische Sicherungen ab (+ Fachwissen) Niveau A-B: Führe die Experimente (siehe Arbeitsanweisungen mit abgestuften Hilfen*) durch (+ Fachwissen), schreibe deine Erkenntnisse in dein Lerntagebuch Niveau C: Entwickle Modellversuche für technische Lösungen für elektrische Sicherungen und führe sie durch (+ Fachwissen) und schreibe eine Anleitung für Mitschüler Bearbeite/Wiederhole im Schulbuch das Kapitel elektrische Leistung und beantworte mit dem Wissen folgende Frage: Eine Stromleitung im Haushalt ist mit einer 10 A - Sicherung abgesichert. Welche Leistung darf ein angeschlossenes Elektrogerät höchstens haben? * Nur als Idee, Material nicht ausgearbeitet Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung

Kompetenzbereiche im Fach Physik (NBS) Fachwissen Physikalische Phänomene, Begriffe, Prinzipien, Fakten, Gesetzmäßigkeiten kennen und Basiskonzepten zuordnen Inhaltsbereiche: Mechanik, Elektrizitätslehre, Wärmelehre, Optik und Struktur der Materie Basiskonzepte: Materie, Wechselwirkung, Systeme und Energie Erkenntnis-gewinnung Experimentelle und andere Untersuchungsmethoden sowie Modelle nutzen Kommunikation Informationen sach- und fachbezogen erschließen und austauschen Bewertung Physikalische Sachverhalte in verschiedenen Kontexten erkennen und bewerten Handlungsdimension I Inhaltliche Dimension

Pendants im Bildungsstandard BW Fachwissen Physikalisches Wissen besteht nicht nur aus Faktenwissen und aus der Kenntnis von Bezeichnungen, Begriffen und „Formeln“. Wichtig ist auch das Verständnis von grundlegenden Konzepten … Erkenntnis-gewinnung Die Fachmethoden der Physik werden an geeigneten Physik-Inhalten vermittelt, hierbei spielen physikalische Konzepte, Modelle und Strukturen eine wichtige Rolle. Kommunikation Der Physikunterricht bietet vielfältige Möglichkeiten, die sprachliche Bil-dung der Schülerinnen und Schüler zu fördern, da neben mathematischen Formulierungen auch das Sprechen, das Schreiben und das Argumen-tieren eine wichtige Rolle spielen. Voraussetzung für den Aufbau eines tragfähigen Physikverständnisses ist eine hinreichende Lesefähigkeit. Sie wird in der Physik mit der Fähigkeit zur Verbalisierung physikalischer Problemstellungen, zur Veranschaulichung in Bildern, zur Benutzung der Fachsprache und zur Darstellung in einer mathematischen Schreibweise weiter ausgebaut. Bewertung Durch eine physikalische Grundbildung sollen Schülerinnen und Schüler in die Lage versetzt werden, erworbenes physikalisches Wissen anzuwenden. Sie sollen physikalische Fragen erkennen und sachgerechte Entscheidungen treffen können, die die natürliche Welt und die durch menschliches Handeln an ihr vorgenommenen Veränderungen betreffen. Handlungsdimension I Inhaltliche Dimension

Kompetenzmatrix (NBS)

Anforderungsbereiche zum Fachwissen (NBS) Komplexität „Fakten und einfache Sachverhalte“ „einfache Kontexte“ „unbekannte Kontexte“ 2. Kognitive Prozesse „reproduzieren“ „benennen, identifizieren und nutzen“ „auswählen und anwenden“

Anforderungsbereiche zur Erkenntnisgewinnung

„Inhalte“ zum Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung Experimente nach Anleitung durchführen exemplarisch die Historie physikalischer Entdeckungen kennen Messgeräte und Messmethoden kennen und sachgerecht einsetzen Aus gegebenen Tabellen oder Diagrammen eigenständig Schlüsse über den Zusammenhang zwischen Größen ziehen Aus Sachtexten und anderen medialen Quellen Erkenntnisse gewinnen (auch Recherchieren) Aus Experimenten Schlüsse ziehen Wissenschaftliche Arbeitsweisen unterscheiden (u.a. Induktion, Deduktion) und selbst anwenden Experimente gezielt planen (Hypothese, …, Reflexion/Fehleranalyse) Interviews zur Erkenntnisgewinnung planen, durchführen und nachbereiten (Expertenbefragung) …

Anforderungsbereiche zur Kommunikation

„Inhalte“ zum Kompetenzbereich Kommunikation Einen Sachverhalt sachgerecht, d.h. korrekt und fachlich angemessen aufbereiten (Tabelle, Grafik, Diagramm, Text, Plakat, Internetseite, Wiki, ...) Eine Zusammenfassung erstellen Einen Fachvortrag halten Darstellungsformen für naturwiss. Sachverhalte ineinander überführen Diagramm ↔ Text (z.B. Geschichte zum Diagramm erfinden) Tabelle ↔ Diagramm Text ↔ Mindmap Text ↔ Flussdiagramm Formel ↔ textliche Umschreibung Fachbegriffe ↔ Umgangssprache Aus mehreren gegebenen Darstellungen eine sachlich richtige oder/und adressatengemäße auswählen lassen (mit Begründung) Jemandem (reale / gedachte Person) etwas erklären (adressatengemäß, Partnerarbeit, Rollenspiel) Fachlich argumentieren (abwägen, begründen, Rollenspiel) Adaptiert aus „Kommunikation in den Bildungsstandards“, Naturwissenschaften im Unterricht 18 (2007), Schecker et al.

Anforderungsbereiche zur Bewertung

„Inhalte“ zum Kompetenzbereich Bewertung Eine Anzahl vorgegebener Aussagen oder Fragestellungen zu einem Sachverhalt unterschiedlichen Perspektiven zuordnen (naturwiss. / politisch / ökonomisch / alltagsbezogen / ...) oder mehrperspektivische Aussagen und Fragestellungen entwickeln und ausarbeiten. Eine Bewertung aus den Perspektiven verschiedener Betroffener analysieren oder entwickeln (Rollenspiel). Auswirkungen naturwiss. Erkenntnisse in persönlichen oder gesellschaftlichen Kontexten benennen. Eine (vorgegebene) Entscheidung auf ihre Folgen hin untersuchen. Verschiedene Handlungsoptionen aufzeigen. Aus einer vorgegebenen Liste von Aussagen auswählen, um eine eigene Bewertung zu stützen (mit Begründung). Eine vorgelegte Bewertung kommentieren im Hinblick auf Argumentationsstrukturen (z.B.: Gibt es eine Begründung? Wie ist sie aufgebaut?). Eine eigene Position zu einem Sachverhalt formulieren.

Wie bedeutsam ist das für Baden-Württemberg? Die Zusammenarbeit der Länder in der Entwicklung von kompetenz-orientiertem Unterricht gelingt nur mit einem einheitlichen Grund-verständnis über Kompetenzmodelle. Die o.g. Kompetenzmatrix ist die allgemein anerkannte Basis für Physik. Der Bildungsstandard Physik in Baden-Württemberg ist trotz anderer Struktur dazu kompatibel, insbesondere unter Einbeziehung der Leitgedanken. Die Niveaukonkretisierungen orientieren sich bereits an der Kompetenzmatrix, auch der Bezug zu den NBS wird jeweils angegeben. Die von der KMK 2012 durchgeführten bundesweiten Tests zur natur-wissenschaftlichen Kompetenz werden die vier Kompetenzbereiche Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation, Bewertung prüfen. Inhaltlich sind die Basiskonzepte Materie, Wechselwirkung, Systeme und Energie nicht als Prüfbereiche vorgesehen.

Kompetenzorientierter Physikunterricht Was ist das und wie geht das? Vortragsaufbau Was verstehen wir unter Kompetenzen? Wie kann man Struktur in die Kompetenz-beschreibung hineinbringen, die mit den fachlichen und methodischen Anforderungen in Fach Physik kompatibel ist? Welche Auswirkungen hat das auf die Unterrichtsplanung und den Unterricht?

Unterricht kompetent kompetenzorientiert planen Unterrichtsplanung nach fachsystematischer Struktur 1 xxxxxxx 1.1 xxx 1.2 xxx 2 xxxxxxx 2.1 … Unterrichtsstunde Einstieg (z.B. Alltagsbezug) Systematische Untersuchung (z.B. Demo- oder Schülerexperiment) Festigung (z.B. Aufgaben) Evt. weitere Kontexte Ist das nicht schon kompetenzorientierter Unterricht? Das ist auf dieser Basis nicht entscheidbar!

Unterricht kompetent kompetenzorientiert planen Unterrichtsplanung geht von Kompetenzen fördernden Lernprozessen aus Schülerinnen und Schüler übernehmen (Teil)verantwortung für ihr Lernen, Lehrkräfte begleiten den Lernprozess Unterrichtsplanung berücksichtigt verschiedene Anforderungssituationen mit Bezug auf Kompe-tenzbereiche und mögliche Untergliederungen Fachkompetenzen werden an Inhalten erworben, die Handlungskompetenzen im Rahmen von Unterrichtssituationen und Lernarrangements

Mehrdimensional planen So wie bislang die Fachkompetenz strukturiert und umfassend geplant wird, sind auch die anderen Kompetenzbereiche Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung gezielt kumulativ auszubauen.

Unterricht kompetent kompetenzorientiert planen Unterrichtsplanung unter Berücksichtigung von Inhalten Prozessen unterschiedlichen Kompetenzbereichen unterschiedlichen Anforderungsniveaus Unterrichtssequenz Hohe Eigentätigkeit der Schülerinnen und Schüler Hohe Selbstverantwortung der der Schülerinnen und Schüler für ihr Lernen Differenzierung im Unterricht

Planungsraster für Unterrichtsplanung (nach Ziener erweitert) 1. Welche Kompetenz nach BS? Zitat Fachkompetenz nach BS: … Zitat method. Kompetenz nach BS: … Welche weiteren Kompetenzen werden damit gefördert (Inhaltsdimension und Handlungsdimension): … 2. Was kann ein(e) Schüler(in), wenn er/sie über diese Kompetenzen verfügt? Eigene Formulierung: ... 3. Über welche Kenntnisse / Fähigkeiten / Fertigkeiten / Haltungen verfügt ein(e) Schüler(in) im Blick auf diese Kompetenz? Je betr. Kompetenzbereich: Anforderungsniveau 1: … Anforderungsniveau 2: … Anforderungsniveau 3: … 4. Unterrichtsplanung Material, Lernarrangement, Impuls, Inszenierung, etc. der Lehrkraft: … Aktivität der Schüler(innen) ...

Zusammenfassung Kompetenzorientierter Unterricht berücksichtigt sowohl die Leitgedanken als auch Kompetenzen und Inhalte der Bildungsstandards berücksichtigt Inhaltsdimension und Handlungsdimension hat differenzierende Angebote fördert und fordert selbstständiges Lernen fördert und fordert die Selbstdiagnosefähigkeit …

Nachhaltige Umsetzung Ein Vortrag wie dieser kann nur Problembewusstsein schaffen und Impulse geben. Nachhaltige Wirkung ist nur mit der inhaltlichen Beschäftigung mit Bezug auf eigenen aktuellen Unterricht zu erwarten, also über Workshops (Fortbildung) Fachkonferenzen (Sprengelarbeit) Individuelle Arbeit (Kollegiale Zusammenarbeit)

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit