500 Naturwissenschaften und Mathematik
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Das wichtigste Ziel der schulischen Bildung muss sein, mündige Bürgerinnen und Bürger auszubilden, die zum selbstständigen lebenslangen Weiterlernen erzogen wurden. Neben flexiblem, fachlichem Wissen, sind dafür vor allem soziale und personale Kompetenzen zu fördern.
Eine konstruktivistische Methode, die diese Ziele adressiert, ist das Problembasierte Lernen (PBL), das ursprünglich aus dem Fachbereich der Medizin stammt. Dabei generieren die Lernenden ausgehend von einem authentischen Problem, selbstgesteuert in Kleingruppen mit Hilfe eines Lösungszyklus und unter Begleitung einer Tutorin bzw. eines Tutors, Fachwissen und Kompetenzen für lebenslanges Lernen. Diese Methode wurde im Arbeitskreis didaktik-aktuell für die Arbeit mit Kindern und Jugendlichen angepasst. Zentrale Ergänzungen sind Strukturierungshilfen und die Kopplung der Problemstellung an einen Firmenauftrag sowie die Möglichkeit inhaltlicher Ergänzungen in sogenannten Mitarbeiterseminaren. Das entstandene Unterrichtskonzept heißt Lucycity und wurde nach der virtuellen Lernstadt und dem Sitz der fiktiven Firmen benannt (www.lucycity.de).
Diese Arbeit untersucht die folgenden Fragestellungen: (1) Kann Problembasiertes Lernen mit dem Unterrichtskonzept im Schulunterricht umgesetzt werden? (2) Können damit ausgewählte naturwissenschaftliche Arbeitsweisen bei Schülerinnen und Schülern gefördert werden? (3) Sind Lehrkräftefortbildungen für die Verbreitung des Unterrichtskonzepts hilfreich? (4) Schätzen Lehrkräfte die Möglichkeit ein Unterrichtsprojekt im Rahmen einer Fortbildung selbst zu durchlaufen?
Es wurden Unterrichtsversuche mit zwei ausgewählten Projekten durchgeführt und die Schülerinnen und Schüler befragt (N=198). Dabei konnte gezeigt werden, dass die Schülerinnen und Schüler Spaß an den Lucycity-Unterrichtseinheiten haben und diese ihr Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungen und ihre Mitarbeit im Unterricht steigern. Die angestrebte Kompetenzförderung wurde in den Bereichen Team- und Planungskompetenzen erreicht. Für die Problemlöse-, Dokumentations- und Reflexionsprozesse wurden Vorgehensweisen vorgestellt, wobei offen bleibt, inwiefern die Schülerinnen und Schüler diese in ihr persönliches Repertoire übernehmen werden. Für das Bilden von Hypothesen und den Umgang mit naturwissenschaftlichen Texten wurde die Bedeutung der Mitarbeiterseminare als Unterstützungsmaßnahme deutlich.
Eine Lehrkräftebefragung (N=99) ergab, dass lehrerzentrierte Methoden immer noch den größten Anteil der Unterrichtszeit bestimmen. Problembasiertes Lernen in der beschriebenen Form wird nur von einem kleinen Anteil der Lehrkräfte umgesetzt. Die Lehrpersonen erkennen, dass zum Erlernen neuer Methoden Lehrkräftefortbildungen nötig sind. Daraufhin wurden Fortbildungsveranstaltungen zu einem ausgewählten Lucycity-Projekt durchgeführt und evaluiert (N=38). Die Teilnehmenden lobten die Aufteilung in Theorie- und Praxisphase sowie das Unterrichtskonzept Lucycity.
In den Kindergärten ist frühe naturwissenschaftliche Bildung inzwischen offiziell verankert und gehört zum elementarpädagogischen Bildungsauftrag (KMK 2004). Pädagogische Fachkräfte erfahren aktive Unterstützung durch Fortbildungsprogramme, Materialsammlungen, Literatur und Kinderlabore. Kindergartenkonzeptionen haben naturwissenschaftliche Bildungsangebote in ihren Alltag implementiert. Fachdidaktische Studien nehmen die Qualität in den Blick, in dem unter anderem die Kompetenzen der pädagogischen Fachkräfte untersucht, die Entwicklung und Gestaltung altersgerechter und nachhaltige Motivation fördernde Lernumgebungen voran getrieben werden sowie die Lernprozesse als Ergebnis der aktiven Bildungsbemühungen erforscht werden. Für einen nachhaltigen Bildungserfolg ist allerdings auch die Tatsache ausschlaggebend, dass die Mehrzahl der Kinder in einem geteilten Betreuungsfeld leben und täglich zwischen Kindergarten und Familienleben wechseln. Beide Lebenswelten bieten Bildungsangebote. Die individuellen Erfahrungen der Kinder stammen also aus verschiedenen Quellen. Folgt man pädagogischen Studien, ist davon auszugehen, dass insbesondere der Einfluss des Familienlebens nachweislich eine große Rolle für den Bildungserfolg spielt (Sylva&Taggart, 2010; Tietze et al., 2012). Eltern geben Orientierung und bieten unterschiedliche Erfahrungsspielräume. Sie können auf die Erlebnisse und Erfahrungen, die die Kinder im Kindergarten machen, reagieren und diese in ihren eigenen Familienalltag einbeziehen, denn „es ist (…)wichtiger, was Eltern tun, als was sie sind“ (Sylva&Taggart, 2010, 17). Um anknüpfen zu können, brauchen Eltern die Kenntnis der Kindergartenpraxis. Die pädagogischen Fachkräfte in den Kindergärten brauchen wiederum die Kenntnis über die Bildungsarbeit in den Familien. Beide sollten darüber kommunizieren. In dieser explorativen Feldstudie wurde der Informationsfluss zwischen pädagogischer Fachkraft und Eltern im Bereich früher naturwissenschaftlicher Bildungsangebote untersucht. Mit Hilfe einer induktiven und deduktiven computergestützten qualitativen Inhaltsanalyse konnte belegt werden, dass im Kindergarten ein Austausch von Informationen zwischen pädagogischen Fachkräften und Eltern stattfindet, jedoch nachweislich eine Diskrepanz zwischen allgemeiner Information und Information über naturwissenschaftlichen Angeboten besteht. Ebenso zeigt sich in der Nutzung der Informationskanäle ein einseitiges Informationsverhalten. Damit ein guter Austausch zwischen Elternhaus und Kindergarten über frühe naturwissenschaftliche Bildung stattfinden kann, brauchen pädagogische Fachkräfte eine spezielle Kommunikationskompetenz, die sie befähigt naturwissenschaftliche Bildungsarbeit im Kindergarten für Eltern transparent zu machen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass gerade Kommunikationskompetenz im Hinblick auf frühe naturwissenschaftliche Bildung in die Aus-und Weiterbildung implementiert werden sollte.
Naturwissenschaftliche Modelle sind zentrale Arbeits- und Denkweisen in der Biologie und Chemie. Fähigkeiten im Vermitteln von Modellkompetenz sind somit auch ein wichtiger Teil der Lehrkompetenz in den Schulfächern Biologie und Chemie. Bisherige Studien zu Modellen im Unterricht untersuchen zumeist das Wissen über Modelle von Lehrkräften und Schülerinnen und Schülern. Es bestehen jedoch Zweifel in der fachdidaktischen Forschung, ob das Wissen über Modelle zentral ist für die Vermittlung von naturwissenschaftlicher Modellkompetenz. Studien zu Modellwissen und zur quantitativ angelegten fachdidaktikischen Forschung, die sich an deklarativem Wissen orientieren, sind in die Kritik geraten. Es wird bezweifelt, ob solche Tests dem Anspruch auf Abbildung von Lehrkompetenz gerecht werden.
Deswegen wurde erstmalig auf Grundlage eines systematischen Literaturreviews ein theoriebasiertes Modell der Elemente zur Vermittlung von Modellkompetenz im Biologie- und Chemieunterricht entwickelt. Es gelang erstmals in einem Biologievignettentest, sowohl Noticing als auch Reasoning, also Professionelle Unterrichtswahrnehmung in ihrer Gesamtheit, zu modellieren. Die beim Chemievignettentest theoretisch angenommene Reasoningstruktur findet sich nicht in den empirischen Daten. Die Noticingstruktur ergibt ein fittendes Modell; nur der Fitindex TLI ist knapp schlechter als gefordert. Die auf Grundlage einer exploratorischen Faktorenanalyse gefundene Struktur des Chemievignettentests fittet jedoch gut.