Entwicklung und Evaluation eines Lernzirkels unter … · Konstruktivismus (de Witt & Czerwionka, 2007) KMK: Orientierung auf Schülerhandeln & Kompetenzen (Sekretariat der ... Wagenschein,

1Einführung in die Fachdidaktik der Physik 14.11.2013 – Bildungsstandards / Schülervorstellungen

Andreas BorowskiDidaktik der Physik | Universität Potsdam107. MNU Bundeskongress, Leipzig, 23.03.2016

AnFELS

Forschend-Entdeckendes Lernen

mit dem Smartphone

Ein auf Smartphonenutzung ausgelegter

Kreislauf des forschenden Lernens für

den naturwissenschaftlichen Unterricht

Jirka Müller

Dr. Uta Magdans

Prof. Dr. Andreas Borowski


Andreas BorowskiDidaktik der Physik | Universität Potsdam

FELS: Forschend - Entdeckendes Lernen mit dem

Smartphone Jirka Müller, Uni Potsdam

Gliederung

Bedeutung eigener Handlungen

Wie kann man Smartphones im Unterricht verwenden?

Welche didaktischen Funktionen haben Smartphones beim Experimentieren?

Wie können Lernarrangements für Schülerexperimente aussehen?

01





Gliederung

Was ist „FELS“?

Was bringt FELS für die Lernenden?

Wie kann man diese Methode verbessern?

Diskussion

01





Bedeutsamkeit eigener Handlungen

„Was du mir sagst, das vergesse ich.

Was du mir zeigst, daran erinnere ich mich.

Was du mich tun lässt, das verstehe ich.“

Konfuzius (ca. 551 - 479 v. Chr.)

02





Konstruktivismus (de Witt & Czerwionka, 2007)


03







03







03







03






KMK: Orientierung auf Schülerhandeln & Kompetenzen (Sekretariat der

Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland , 2005)


03









Problem: Wie motiviert man Schülerinnen &

Schüler in einem unbeliebten und

vermeintlich lebensfremden Fach zum

Arbeiten und Lernen?

03









Problem: Wie motiviert man Schülerinnen &

Schüler in einem unbeliebten und

vermeintlich lebensfremden Fach zum

Arbeiten und Lernen?

Idee: Nutzung von gegenständlicher

Situiertheit mit dem Smartphone (Kuhn, 2011)

03





Wie kann man

Smartphones im

Unterricht verwenden?

04





Eigenschaften des Smartphones

Mobilität (Handlichkeit + Akku + Internet über Funk)

05







+Leistungsparameter (Prozessor, Speicher)

05








+Funktionen (Sensorphalanx)

05









+Verbreitung > 90 % (Jim-Studie, 2015)

05





Vorteile des Smartphones für den Unterricht





Ein überall verfügbares und günstiges, für die Schule quasi

kostenfreies Experimentiergerät.

05









Ein überall verfügbares und günstiges, für die Schule quasi kostenfreies Experimentiergerät.


05





Welche didaktischen

Funktionen haben

Smartphones beim

Experimentieren?

06





Schülerexperiment

(Frischknecht-Tobler & Labudde , 2010, S. 135)

07





Wie können

Lernarrangements für

Schülerexperimente

aussehen?

08





Lernarrangement für (Schüler-)Experimente

Versuchsanleitung als Rezept

09







09







Kommunikation

Aktives Handeln Schülerperspektive

(Börlin, 2012)

09






Kommunikation


(Börlin, 2012)

09

Unterricht im Jahresverlauf






Kommunikation


(Börlin, 2012)

09

Unterricht im Jahresverlauf





Entdeckendes Lernen

Fragemethode(nach Suchmann,

1973)

Genetischer Unterricht(nach Wagenschein,

1968)

Modellmethode(nach Kuhn, 1976 & Kircher, 1978)

Forschender Unterricht

(nach Huber, 1970)

Nachempfindender Unterricht

(nach Weltner, 1962)

Forschend-entwickelnder

Unterricht (Schmidkunz

& Lindemann, 1978)

Normalverfahren(nach Mothes,

1968)

Fokussierung

auf Inhalte(Hopf et al., 2011)

10

(nach Duit et al., 1981)







Entdeckendes Lernen


(nach Huber, 1970)

Inquiry BasedLearning

(nach Schwab, 1960)=

Forschend-Entdeckender Unterricht

als neue Nomenklatur(nach Schmidkunz & Lindemann, 1976)

Fragemethode(nach

Suchmann, 1973)

Genetischer Unterricht

(nach Wagenschein,

1968)

Modellmethode(nach Kuhn,

1976 & Kircher, 1978)

Nachempfindender Unterricht

(nach Weltner, 1962)

Forschend-entwickelnder

Unterricht (Schmidkunz &

Lindemann, 1978)

Normalverfahren(nach Mothes, 1968)

10







(nach Huber, 1970)

Inquiry BasedLearning

(nach Schwab, 1960)=

Forschend-Entdeckender Unterricht

als neue Nomenklatur(nach Schmidkunz & Lindemann, 1976)

10





Problem: Durchführbarkeit (Materialverfügbarkeit, Überforderung der Schülerinnen & Schüler inkl. Demotivation)

(Kirschner et al., 2006)

Aufweichen der Offenheit

11







Lösung: Unterstützung durch Lehrende, „Level of inquiry“(Hmelo-Silver et al., 2007; Banchi & Bell, 2008)


11







Lösung: Unterstützung durch Lehrende, „Level of inquiry“(Hmelo-Silver et al., 2007; Banchi & Bell, 2008)

Beispiel: PROFILES(Streller, 2012)


11





Theory of Inquiry Learning Arrangements – TILA

TILA –„Theorie forschender Lernarrangements“

(Reitinger, 2013)

Kri

teri

en =

> D

efin

itio

n

Pri

nzi

pie

n =

> H

and

lun

gen

Org

anis

atio

n =

> St

rukt

ur

12






TILA –„forschendes Lernen“

bzw. „forschender Unterricht“

(Reitinger, 2013)

Kri

teri

en =

> D

efin

itio

n

Pri

nzi

pie

n =

> H

and

lun

gen

Org

anis

atio

n =

> St

rukt

ur

12






(Reitinger, 2013)

Entdeckungsinteresse & Methodenaffirmation

als Voraussetzung

13

Kriterien => Definition

Prinzipien => Handlungen

TILA

Organisation => Struktur






(Reitinger, 2013)


als Voraussetzung

Erfahrungsbasiertes Hypothetisieren

13


TILA








(Reitinger, 2013)


als Voraussetzung


Authentisches Explorieren

13


TILA








(Reitinger, 2013)


als Voraussetzung


Authentisches Explorieren

kritischer Diskurs & conclusiobasierter

Transfer

13


TILA








(Reitinger, 2013)

13

TILA Prinzipien => Handlungen

SelbstbestimmtheitKriterien => Definition







(Reitinger, 2013)

13


Selbstbestimmtheit

Sicherheit

TILA








(Reitinger, 2013)

13


Selbstbestimmtheit

Sicherheit

Personalisieren

TILA








(Reitinger, 2013)

13


Selbstbestimmtheit

Sicherheit

Personalisieren

Strukturierung

TILA








(Reitinger, 2013)

13


Selbstbestimmtheit

Sicherheit

Personalisieren

Strukturierung

Vertrauen & Veranschaulichung

TILA








(Reitinger, 2013)

13


Unterricht

Entwurf








(Reitinger, 2013)

13


Unterricht

Performanz

Entwurf








(Reitinger, 2013)

13


Unterricht

Performanz

Reflexion

Entwurf








(Reitinger, 2013)

13


An

alyse

Unterricht

Performanz

Reflexion

Entwurf







TILA stellt den theoretischen Rahmen dar, der

nun für die Smartphoneverwendung

konkretisiert und adaptiert wird.

TILA in Bezug auf Smartphoneverwendung

14






- Physikalische Messungen im Alltag inklusive einsehbare

Tipps der Lehrkraft (downloadbare pdf-Files)

- Handlungsnachverfolgung durch „Untersuchungsblog“

- Reflexion durch Kommentierung / Präsentation des

Blogs



+

Leistungsparameter (Prozessor, Speicher)

+

Funktionen (Sensorphalanx)

+

Verbreitung > 90 % (Jim-Studie, 2015)

TILA stellt den theoretischen

Rahmen dar, der nun auf die

Smartphoneverwendung

konkretisiert wird.

14






Nachhaltigkeit durch

Blended Learning(de Witt, 2013)

Hausaufgaben(Crossley & Starauschek, 2015; Kasper & Vogt, 2015; Müller et

al., 2015, Himmelrath, 2015)

TILA stellt den theoretischen

Rahmen dar, der nun auf die

Smartphoneverwendung

konkretisiert wird.

- Physikalische Messungen im Alltag inklusive einsehbare

Tipps der Lehrkraft (downloadbare pdf-Files)

- Handlungsnachverfolgung durch „Untersuchungsblog“

- Reflexion durch Kommentierung / Präsentation des Blogs



+

Leistungsparameter (Prozessor, Speicher)

+

Funktionen (Sensorphalanx)

+

Verbreitung > 90 % (Jim-Studie, 2015)

14





Was ist „FELS“?

15





FELS Forschend – Entdeckendes Lernen mitdem Smartphone

Phase I: Motivation und Präsentation des Sachverhalts

Nennt bitte, was ihr gesehen habt.

„Die Gitarre klang anders als die Geige.“

Warum könnten diese Instrumente unterschiedlich klingen?

Das Material der Saiten ist anders.“

„Die Geige ist kleiner.“

„Weil die Gitarre gezupft und nicht gestrichen wurde.“

„Weil die Geige anders aussieht.“

…

16








» „Der Typ federt im Stuhl und der wippt.“

Warum könnten diese Instrumente unterschiedlich klingen?

„Das Material der Saiten ist anders.“




…

16









Was passiert denn mit dem Stuhl?

„Das Material der Saiten ist anders.“




…

16







16



Was passiert denn mit dem Stuhl?

» „Der Stuhl bewegt sich rhyhmisch.“

» „Das wippen nimmt ab.“

» „Die Person verlangsamt sich und wird wieder schneller.“

» …

.






17






Phase II: Vermittlung des Handwerkszeugs

18






Phase II: Vermittlung des Handwerkszeugs

Android-App: „FELS“

18






19





„Der Stuhl bewegt sich irgendwie rhyhmisch, aber die Bewegung wird kleiner.“

Schreibt kurz und knapp auf, was ihr bereits über das gezeigte Phänomen wisst! Nutzt hierfür eure Erfahrungen sowie Wissen aus dem Unterricht, Büchern und dem Internet.

Begriffe wie Periodendauer, Amplitude, etc. tauchen auf

Bewegung ist periodisch

Bewegung wird nach einer Weile kleiner

wFELS Forschend – Entdeckendes Lernen mitdem Smartphone

Phase III: Untersuchung planen

20





„Der Stuhl bewegt sich irgendwie rhyhmisch, aber die Bewegung wird kleiner.“

Begriffe wie Periodendauer, Amplitude, etc. tauchen auf

Bewegung ist periodisch

Bewegung wird nach einer Weile kleiner

Was ist euch, bezogen auf eure Anfangsidee, noch nicht über das Phänomen oder den Sachverhalt bekannt? Formuliert eine Behauptung (Hypothese) aus eurer "Fragestellung", in dem ihr physikalische Zusammenhänge formuliert!



20





„Der Stuhl bewegt sich irgendwie rhytmisch, aber die Bewegung wird kleiner.“

Was ist euch, bezogen auf eure Anfangsidee, noch nicht über das Phänomen oder den Sachverhalt bekannt? Formuliert eine Behauptung (Hypothese) aus eurer "Fragestellung", in dem ihr physikalische Zusammenhänge formuliert!

Die Bewegung ist zwar periodisch, die Periodendauer nimmt aber zusammen mit der Amplitude ab.



20






21






Phase IV: Experiment durchführen inkl. Validierung

22

„Der Stuhl bewegt sich irgendwie rhytmisch, aber die Bewegung wird kleiner.“





<FELS Forschend – Entdeckendes Lernen mitdem Smartphone

23






Phase V: Daten aufbereiten

24

Gruppe 1

Schwingung auf dem Sitzball

von Gruppe 1 - Dienstag, 15. März 2016, 15:30


Bearbeiten I Löschen I Dauerlink

[Geändert: Dienstag, 15. März 2016, 16:30]




Maike saß auf dem Sitzball und wippte auf diesem. Um Den Ball in Schwingung zu

versetzen, drückten wir sie an den Schultern runter und ließen los.

Um den Ball am weiterhin schwingen zu lassen, musste Maike aktiv wippen

(rechtes Diagramm im Vergleich zum linken). Die Periodendauer änderte

sich aber nicht.






25






Phase VI: Untersuchung präsentieren & reflektieren

26

„Wir mussten … .“

„Es war sehr schwer, das Gleichgewicht auf dem Ball zu halten, ohne darauf mit zu wippen… .“

„Habt ihr methodische Einwände oder alternative Lösungsvorschläge?“

„Ihr hättet euch zu zweit oder so halten können … .“

ale … .“Gruppe 1













sich aber nicht.







26


















sich aber nicht.







26


















sich aber nicht.







26




» „Ihr hättet euch zu zweit oder so halten können … .“

Gruppe 1













sich aber nicht.






(erstellt nach Labudde,

2010; de Witt, 2013;

Reitinger, 2013;

Specht et al., 2013;

Streller, 2013; Barth,

2014)

27





Weitere Themenvorschlage für FELS in …

28

Physik

„Beschleunigungen im Alltag“

„Bewegungen im Alltag“

„mechanische Energien“

Chemie

„Chemische Zusätze im Badezimmer“

„Lebensmittelzusätze“

Biologie„Lebensräum vor der Haustür“






28

Physik

» „Beschleunigungen im Alltag“

» „Bewegungen im Alltag“

» „mechanische Energien“

Chemie

„Chemische Zusätze im Badezimmer“

„Lebensmittelzusätze“







28

Physik




Chemie

» „Rotkohlsaft als Indikator für Säuren und Basen im Haushalt“







28

Physik




Chemie

» „Rotkohlsaft als Indikator für Säuren und Basen im Haushalt“

Biologie

» „Lebensräume vor der Haustür“





Was bringt FELS für

die Lernenden?

29





Fachwissen» F1 strukturiertes

Basiswissen

» F2 Kenntniswiedergabe

» F3 Kenntnisnutzung zur Lösung von Aufgaben

» F4 Anwendung in Kontexten

» F5 Heranziehung von Analogien

Abgleich mit Bildungsstandards

F1F2

F4

F3

(Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der

Bundesrepublik Deutschland , 2005)

F3 F4

30





Erkenntnisgewinnung» E1 Phänomenbeschreibung

& Rückführung auf physik. Zusammenhänge

» E2 Informationsauswahl & Prüfung auf Relevanz

» E3 Analogie- und Modellverwendung zur Wissensgenerierung

» E4 Anwendung einfacher Mathematisierung

» E5 Vornahme einfacher Idealisierungen


E1

E1E2

E4

E6

E3



E1E3 E7

E8

E4E5

E5

E5

E9

E10

E7

E8

30





Erkenntnisgewinnung» E6 Aufstellung von

Hypothesen

» E7 Durchführung & Auswertung einfacher Experimente

» E8 Planung & Durch-führung einfacher Exp. & Dokumentierung der Ergebnisse

» E9 Auswertung der Daten

» E10 Beurteilung der Gültigkeit empirischer Ergebnisse & Verallg.




E1

E1E2

E4

E6

E3

E1E3 E7

E8

E4E5

E5

E5

E9

E10

E7

E8

30





Kommunikation» K1 Austausch physik.

Erkenntnisse & deren Anwendung in Fach---sprache & mit Darstellungen

» K2 Unterscheidung Alltags-& Fachsprache bei Phänomenbeschreibung

» K3 Recherche in unterschliedl. Quellen

» K4 Beschreibung des Aufbaus & der Wirkungsweise einfacher technischer Geräte


K2

K1



K3

K1

K4

K2

K2

K5

K5

K5

K6

K7

30





Kommunikation» K5 Dokumentation der

Arbeitsergebnisse

» K6 adressatengerechte Präsentation der Arbeitsergebnisse

» K7 Diskussion der Arbeitsergebnisse & Sachverhalte unter physik. Gesichtspunkten




K2

K1

K3

K1

K4

K2

K2

K5

K5

K5

K6

K7

30





Bewertung» B1 Aufzeigen der Chancen &

Grenzen physik. Modelle an einfachen Beispielen

» B2 Vergleich/Bewertung alternativer techn. Lösungen auch unter Berücksichti-gung diverser Aspekte

» B3 Nutzung physik. Wissens zur Bewertung von Risiken & Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten & im Alltag

» B4 Benennung der Auswirkungen physik. Zusammenhänge in gesellschaftl. & historischen Zusammenhängen




B1

B2

B2

B3

30





Fachwissen

Erkenntnisgewinnung

Kommunikation

Bewertung




F

K

E

B F

E

EK

E

F

K

F

30





Fachwissen

Erkenntnisgewinnung

Kommunikation

Bewertung


F

K

E

B F

E

EK

E

F

K

F

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Alle Kompetenzen auf einmal zu üben wäre zu viel.Es ist nur eine Darlegung der Möglichkeiten, welche Kompetenzen mit FELS unterrichtet werden können.





Wie kann man

diese Methode

verbessern?

31





Wie kann man

diese Methode

verbessern?

31





FELS – App

Datenaufnahme

32





FELS – App

Datenaufnahme

Verarbeitung und Darstellung der Daten

32





FELS – App

Datenaufnahme


Betrieb online & offline

32





FELS – App

Datenaufnahme



Dokumentation

32





FELS – App

Datenaufnahme



Dokumentation

Anbindung zu moodle/blog

„Moodle-logo“ von Moodle.org - http://moodle.org/other/Using-Your-

Moodle.pdf. Lizenziert unter GPL über Wikimedia Commons -

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Moodle-logo.svg#/media/File:Moodle-

logo.svg

32





Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

35





Literatur

Banchi, H. & Bell, R. (2008). The many levels of inquiry, Science and Children, S. 26 – 29, Oktober 2008, NSTA.

Barth, J. M. (2014). Experimentieren im Physikunterricht der gymnasialen Oberstufe. Eine Rekonstruktion übergeordneter Einbettungsstrategien (Dissertation), Berlin: Logos.

Bell¸T.(2007). Entdeckendes und forschendes Lernen, in: S. Mikelskis-Seifert & T. Rabe (Hrsg.): Physik Methodik. Handbuch für die Sekundarstufe I und II, S. 70 – 81, Berlin: Cornelsen Scriptor.

Börlin, J. (2012). Das Experiment als Lerngelegenheit. Vom interkulturellen Vergleich des Physikunterrichts zu Merkmalen seiner Qualität; Berlin: Logos.

Crossley, A. & Starauschek, E. (2015). Online-Hausaufgaben im Physikunterricht. In: S. Bernholt (Hrsg.), Heterogenität und Diversität - Vielfalt der Voraussetzungen im naturwissenschaftlichen Unterricht. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Bremen 2014 (S. 184-186). Kiel: IPN.

de Witt, C. (2013). Vom E-Learning zum Mobile Learning – wie Smartphones und Tablet PCs Lernen und Arbeiten verbinden. In: de Witt, C. & Sieber, A. (Hrsg.): Mobile Learning. Potenziale, Einsatzszenarien und Perspektiven des Lernens mit mobilen Endgeräten, S. 13 – 26, Wiesbaden: Springer.

de Witt, C. & Czerwionka, T. (2007). Mediendidaktik. Studientexte für Erwachsenenbildung, Bielefeld: Bertelsmann Verlag.

Duit, R., Häussler, P. & Kircher, E. (1981). Unterricht Physik. Materialien zur Unterrichtsvorbereitung, Köln: Aulis.

Gudjons, H. (20072). Frontalunterricht – Neu entdeckt. Integration in offene Unterrichtsformen; Bad Heilbrunn: Julius Klinkhardt.

Himmelrath, A. (2015). Hausaufgaben - Nein Danke!. Warum wir uns so bald wie möglich von den Hausaufgaben verabschieden sollten. Bern: Hep-Verlag

Hmelo-Silver, C.E. et al (2007). Scaffolding and Achievement in Problem-Based and Inquiry Learning: A Response to Kirschner, Sweller, and Clark (2006), in: EDUCATIONAL PSYCHOLOGIST, 42(2), S. 99-107.

Hopf, M., Schecker, H. & Wiesner, H. (2011). Physikdidaktik kompakt, Hallbergmoos: Aulis.

Kasper, L. & Vogt, P. (2015). Physics2Go! – Hausaufgaben mit Smartphones. In: S. Bernholt (Hrsg.), Heterogenität und Diversität - Vielfalt der Voraussetzungen im naturwissenschaftlichen Unterricht. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Bremen 2014 (S. 705-707). Kiel: IPN.

36





Literatur

Kirschner, P. A. et al. (2006). Why Minimal Guidance During Instruction Does Not Work: An Analysis of the Failure of Constructivist, Discovery, Problem-Based, Experiental, and Inquiry-Based Teaching, in: EDUCATIONAL PSYCHOLOGIST, 41(2), 75 – 86.

Kuhn, J. et al. (2011). Handys und Smartphones. Einsatzmöglichkeiten und Beispielexperimente im Physikunterricht. In: PdNPHYSIK in der Schule, PHYSIK MIT HANDY UND SMARTPHONE, 7 (60), S. 5–11, Aulis.

Frischknecht-Tobler, U. & Labudde, P. (2010). Beobachten und Experimentieren, in: Labudde, P. (Hrsg.): Fachdidaktik Naturwissenschaft: 1. – 9. Schuljahr; Bern: Haupt, S. 133-148.

Müller, J., Borowski, A. & Magdans, U. (2015). Smartphoneexperimente außerhalb des Klassenraums. In: S. Bernhold (Hrsg.), Heterogenität und Diversität - Vielfalt der Vorraussetzungen im naturwissenschaftlichen Unterricht. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Bremen 2014 (S. 702-704). Kiel:IPN

Reitinger, J. (2013). Forschendes Lernen. Theorie, Evaluation und Praxis in naturwissenschaftlichen Lernarrangements, Magdeburg: Prolog.

Ring, M. (2015). Extrapoliert, in: MINT Zirkel, 4. Jahrgang, Ausgabe 3+4, S. 1.

Schwab, J. J. (1960). Inquiry, the Science Teacher, and the Educator. In: The school review, Vol 68, Nr. 2, S. 176–195, Chicago: The University of Chicago Press.

Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (Hrsg.) (2005). Beschlüsse der Kultusministerkonferenz. Bildungsstandards im Fach Physik für den mittleren Schulabschluss. Beschluss vom 16.12.2004.

Smeds, P. et al. (2015). Farm Education and the Value of Learning in an Authentic Learning Environment, in: International Journal of Environmental & Science Education, 2015, 10(3), S. 381 – 404.

Specht, M. et al. (2013). Innovation und Trends für Mobiles Lernen. In: de Witt, C. & Sieber, A. (Hrsg.): Mobile Learning. Potenziale, Einsatzszenarien und Perspektiven des Lernens mit mobilen Endgeräten, S. 55–74, Wiesbaden: Springer.

Streller, S. (2013). PROFILES in der Lehramtsausbildung; in: S. Bernholt (Hrsg.), Inquiry-based Learning - Forschendes Lernen, S. 194–196, Kiel: IPN-Verlag.

Jim-Studie 2015, eingesehen unter: http://www.mpfs.de/fileadmin/JIM-pdf15/JIM_2015.pdf, am 03.03.2016

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Entwicklung und Evaluation eines Lernzirkels unter … · Konstruktivismus (de Witt & Czerwionka, 2007) KMK: Orientierung auf Schülerhandeln & Kompetenzen (Sekretariat der ... Wagenschein,