Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht

Aufgaben im naturwissenschaftlichen

UnterrichtDr. Lutz Stäudel, Leipzig

Heute vormittag• Vorstellung – Ihre Lieblingsaufgabe?• Ein Input über die Bedeutung von Aufgaben• Aufgabenvielfalt • Arbeitsphase:

eine Aufgabe mit einem Methodenwerkzeug gestalten• AustauschHeute nachmittag• Was „gute Aufgaben“ ausmacht • Aufgaben variieren – Lieblingsaufgabe einmal anders• Arbeitsphase: weiteres Thema gestalten• Austausch

Was Sie heute erwartet

Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

Aufgaben für verändertes Lernen


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



Josef Leisen:Qualitätssteigerung des Physikunterrichts durch Weiterentwicklung der Aufgabenkultur. In: MNU 54/7 2001, S. 401 – 405

• Stichwort: Methodenvielfalt• Stichwort: Alle Schüler erreichen

(Konstruktivistische Sicht aufs Lernen)

• Stichwort: Selbstdifferenzierende Lernumgebungen



• 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


LEV VYGOTSKI (1896-1934)Zone der proximalen

Entwicklung

Zum Stichwort „Peer-Group“


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




Heterogenitätin allen Klassen


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


Offener Unterricht d = .01 Leistungsgruppierung d = .12 Interne Differenzierung d = .16 Web-basiertes Lernen d = .18 Team Teaching d = .19

Was hilft nicht und schadet nicht?

(0 < d < 0.2)


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

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

Was hilft ein wenig?(0.2 < d < 0.4)


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

Was hilft schon mehr?(0.4 < d < 0.6)


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


• 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


Hattie:„Anspruchsvolle

Ziele setzen“

d = .56

• 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 desKompetenzaufbaus


Und jetzt zum Praktischen


• Zwei bewährte Methodenwerkzeuge– Wortgeländer– Denk- und Sprechblasen

• Zwei wichtige Kompetenzen– Wechsel der Darstellungsform /

Dekodieren von naturwissenschaftlich-technischenInformationen

– Produktion von fachbezogenen Texten• Jeweils zwei Beispiele

– WG: Abbildung an der Linse / Evolution– DSB: Phasendiagramm / Stoffkreislauf

MethodenwerkzeugeWoher sie kommen

Wozu sie dienenZusammengestellt 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.


Methodenwerkzeuge - ÜbersichtWortlisteWortgeländerSprechblasenLückentextWortfeldText-/BildpuzzleBildsequenzFilmleisteFehlersucheLernplakatMind-MapIdeennetzBlockdiagrammSatzmusterFragemusterBildergeschichteWorträtselStrukturdiagrammFlussdiagrammZuordnung

ThesentopfDialogAbgestufte LernhilfenArchiveHeißer StuhlDominoMemoryWürfelspielPartnerkärtchenKettenquizZwei aus DreiStille PostBegriffsnetzKartenabfrageLehrer-KarussellKärtchentischSchaufensterbummelKugellagerExpertenkongressAushandeln

Quelle: Leisen


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


Was eine gute Aufgabe ausmachtgünstig: 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)


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 gestaltenHeute nachmittag• Die erarbeiteten Beispiele ausprobieren• Ein Instrument zur Beurteilung von Aufgaben• Arbeitsphase: Aufgaben zum naturwissenschaftlichen

Arbeiten• Austausch, Terminfindung, Abschluss

Das Programm für heute, 8.3.13


Aufgabenmit gestuften Hilfen


Eine „komplexe“Problemstellung

aus einem (lebensweltlichen)

Kontext heraus entwickelt

einge-bettet in Vor-wissen

grundsätz-lich

ohne Hilfen lösbar

unter-stütztdurch Hilfen

inhalt-lichund lern-

strategisch

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


Gestufte Hilfen


Inhaltliche Hilfen Lernstrategische 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?

Inhaltliche 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!

Lernstrategische Hilfen


• 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


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.


Läuft das Glas aus?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:


Kontext

Komplexität

Form der Lösung

erkennbar

Eher geschlossen

Selbstdiffe-renzierendwenn mit

Hilfen


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:


Läuft das Glas aus?


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:


Läuft das Glas aus?

Die Konstruktion der Hilfen (II)


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:


Die Konstruktion der Hilfen (III)


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


• 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


Kompetenzaufbau„naturwissenschaftliches Arbeiten –

Erkenntnisgewinnung“


Kompetenzaufbau„naturwissenschaftliches Arbeiten –

Erkenntnisgewinnung“


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.


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




Welches Muster hat Rutherford vermutlich erwartet und aus welchem Grund.

Oliv

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n



Dimensionen

Ausprägungen

Wissensart

Fakten

Prozeduren

Konzepte

Metakognition

Kognitiver Prozess

Reproduktion naher

Transfer weiter

Transfer

Problemlösen

Wissenseinheiten

eine WE

bis zu 4 WE

mehr als 4 WE

Offenheit

definiert/konvergent

definiert/divergent

ungenau/divergent

Lebensweltbezug

kein

konstruiert

authentisch

real

Sprachliche Komplexität

niedrig

mittel

hoch

Repräsentationsformen

eine

Integration

Transformation

L. S

täud

el, T

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l, S.

Mer

k, M

. Reh

m: A

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Instrument zur Aufgabenanalyse



TerminMögliche Wochen:

14. – 18.10.13

21. – 25.10.13

06. – 07.11.13

Vielen Dank für Euer Interesse und für Eure rege Mitarbeit!


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