Die Vermittlung von prozessbezogenen Kompetenzen durch

Wie lassen sich
prozessbezogene Kompetenzen
anhand historischer Beispiele
fördern ?
von Michael Barth
Karlsruhe 2011
199
6
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2
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8
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5
2000
Prozessbezogene Kompetenzen aus dem
Physik-Curriculum Niedersachsen
Prozessbezogene Kompetenzen nach KC Niedersachsen
Erkenntnisgewinnung
Kommunikation
Bewerten
Physikalisch argumentieren
Kommunizieren
Bewerten
Probleme lösen
Dokumentieren
Planen, experimentieren,
auswerten
Mathematisieren
Mit Modellen arbeiten
Prozessbezogene Kompetenzen nach KC Niedersachsen
Erkenntnisgewinnung
Kommunikation
Bewerten
Physikalisch argumentieren
Kommunizieren
Bewerten
Probleme lösen
Dokumentieren
Planen, experimentieren,
auswerten
Mathematisieren
Mit Modellen arbeiten
Zusätzlich für die gymnasiale
Oberstufe …..
Prozessbezogene Kompetenzen nach KC Niedersachsen
Erkenntnisgewinnung
Kommunikation
Bewerten
Physikalisch argumentieren
Kommunizieren
Bewerten
Probleme lösen
Dokumentieren
Planen, experimentieren,
auswerten
Mathematisieren
Mit Modellen arbeiten
Erkenntniswege der Physik
beschreiben und reflektieren
Prozessbezogene Kompetenzen nach KC Niedersachsen
1.Erkenntnisgewinnung 2.Kommunikation 3.Bewerten
Physikalisch argumentieren
Kommunizieren
Probleme lösen
Dokumentieren
Planen, experimentieren,
auswerten
Mathematisieren
Mit Modellen arbeiten
Erkenntniswege der Physik
beschreiben und reflektieren
Bewerten
Prozessbezogene Kompetenzen nach KC Niedersachsen
1.Erkenntnisgewinnung
1.1 Physikalisch argumentieren
1.2 Probleme lösen
1.3 Planen, experimentieren, auswerten
1.4 Mathematisieren
1.5 Mit Modellen arbeiten
1.6 Erkenntniswege der Physik beschreiben und
reflektieren
Historische Bezüge im Unterricht …….
……. sind in der Sek 1 nicht verboten.
……. sind in der gymnasialen Oberstufe vorgesehen.
Im Entwurf des KC bzw. in den EPA findet sich:
Die Bedeutung des Unterrichtsfaches Physik für den Unterricht in der
Qualifikationsphase erschließt sich aus den Merkmalen der
Fachwissenschaft Physik. Diese Fachwissenschaft
- ist eine theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft,
- betrachtet die Natur unter bestimmten Aspekten,
- hat einen hohen Grad an Formalisierung und
Mathematisierung,
- entwickelt ein spezifisches Methodenrepertoire,
- hat starke Anwendungsbezüge und hohe gesellschaftliche
Relevanz,
- unterliegt einem historisch-dynamischen Prozess.
Unter „Bewerten“ am Ende von Schuljahr 12 bzw. 13:
Die Schülerinnen und Schüler sind vertraut mit physiktypischen
Bewertungsansätzen, indem sie …
…. den Aspektcharakter der Wissenschaft Physik an ausgewählten Beispielen
erläutern.
…. die Beziehung zwischen Physik und Technik an ausgewählten Beispielen
darstellen.
…. Beispiele für die historische oder gesellschaftliche Bedingtheit
physikalischer Sichtweisen benennen.
Die Bedeutung des Unterrichtsfaches Physik für den Unterricht in der
Qualifikationsphase erschließt sich aus den Merkmalen der
Fachwissenschaft Physik. Diese Fachwissenschaft
- ist eine theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft,
- betrachtet die Natur unter bestimmten Aspekten,
- hat einen hohen Grad an Formalisierung und
Mathematisierung,
- entwickelt ein spezifisches Methodenrepertoire,
- hat starke Anwendungsbezüge und hohe gesellschaftliche
Relevanz,
- unterliegt einem historisch-dynamischen Prozess.
Unter „Bewerten“ am Ende von Schuljahr 12 bzw. 13:
Die Schülerinnen und Schüler sind vertraut mit physiktypischen
Bewertungsansätzen, indem sie …
…………………
…. den Aspektcharakter der Wissenschaft Physik an ausgewählten Beispielen
erläutern.
…. die Beziehung zwischen Physik und Technik an ausgewählten Beispielen
darstellen.
…. Beispiele für die historische oder gesellschaftliche Bedingtheit
physikalischer Sichtweisen benennen.
Historische Bezüge in der Sek 1 ?
Klasse 5 – 9 :
In diesen Klassenstufen liegt im Sinne eines
Spiralcurriculums die erste Begegnung mit Inhalten und
prozessbezogenen Kompetenzen. Sie werden tendenziell
vermittelt, zwar durchaus erarbeitet und begründet aber
weniger hinterfragt, Bewertungen sind nur sehr
eingeschränkt möglich. Historische Bezüge können die
Begründungen als Belege unterstützen, damit kann das
Bewusstsein geschaffen werden, dass (auch) die Physik
ein „historisch dynamischer Prozess“ ist. Als Gegenstand
der Analyse sind sie häufig zu schwierig, vor allem auch
wegen der fehlenden Erfahrung der Schüler/innen.
Erläuterung an Beispielen
Motivierende historische Bezüge sind Biographien,
historische Experimente und Apparaturen, Geschichten
über Entdeckungen und Personen etc., auch
Nachentdecken und Nacherfinden als Methode.
Prozessbezogene Kompetenzen werden aber damit kaum
gefördert.
Aber bei Nutzung der alternativen Stundentafel ist wenig
Zeit vorhanden, es sei denn, man integriert diese Aspekte
in den AG-Bereich
Historische Bezüge in Klasse 5 – 9 !
HIPST – Projekt
(für Deutschland Prof. Dietmar Höttecke
Universität Hamburg)
Historische Bezüge in Klasse 10 ?
Das Thema Dynamik baut auf dem Thema Mechanik auf,
damit haben die Schüler/innen vorher bereits Erfahrungen
gewonnen, es besteht die Möglichkeit zu reflektiertem
Umgang damit und mit prozessbezogenen Kompetenzen.
Historische Bezüge können dies unterstützen.
Erläuterung an Beispielen
Galilei, Naturwissenschaftliche Revolution, Newton,
Gravitationsgesetz, Bacon und Descartes, Akademien und
Publikationen, Kirche und Religion ….
Fasst man den Unterricht in Klasse 10 als Vorbereitung
der Arbeit in der Gymnasialen Oberstufe auf, muss man
vor allem für prozessbezogene Kompetenzen die
Anforderungen der GO im Blick haben.
Prozessbezogene
Kompetenzen umgesetzt in
Lernziele
Warum Lernziele?
- um Ordnung in die Unterrichtsplanung zu
bringen
- um den Unterrichtserfolg prinzipiell überprüfbar
zu machen
- als Grundlage für Prüfungen und Klausuren
- um Schülern Insgesamt:
(und Anderen
zeigen,
was
Um…)
zuzu
zeigen,
dass
gelernt werdenhistorische
soll
Zugänge mit den
„normalen“
- um historische
Zugänge (eher
zu legitimieren
inhaltsbezogenen) Zugängen
vergleichbar sind
Prozessbezogene Kompetenzen nach KC Niedersachsen
1.Erkenntnisgewinnung 2.Kommunikation 3.Bewerten
Physikalisch argumentieren
Kommunizieren
Probleme lösen
Dokumentieren
Planen, experimentieren,
auswerten
Mathematisieren
Mit Modellen arbeiten
Erkenntniswege der Physik
beschreiben und reflektieren
Bewerten
1. Erkenntnisgewinnung ……
1.1 Physikalisch argumentieren …..
Indem sie die Anforderungen des KC an historischen
Beispielen üben
1. Erkenntnisgewinnung ……
1.2 Probleme lösen …..
… historische Argumentationen nachvollziehen, kritisieren,
auf Berechtigung prüfen, Logik und Konsistenz abwägen,
experimentell mit modernen Mitteln prüfen.
… Prüfung auf eingeschränkter historischer Basis schärft
das Bewußtsein für Voraussetzungen.
… eigene Vorurteile und Defizite lassen sich leichter an der
Kritik historischer Personen und Umstände entdecken.
… „historisch forschend Forschen lernen“ (Beispiel).
1. Erkenntnisgewinnung ……
1.3 Planen, Experimentieren, Auswerten
indem sie
… die Anforderungen des KC-GO auch an historische
Phänomenen und Experimenten trainieren, die mit
modernern Apparaturen oder in Replikation durchgeführt
werden.
… erfahren, dass Standards für Genauigkeit und
Dokumentation einer historischen Entwicklung unterliegen.
… erfahren die Bedeutung von Messinstrumenten und
Messgenauigkeit anhand historischer Beispiele und
Entwicklungen
(
1. Erkenntnisgewinnung ……
1.4 Mathematisieren
…indem sie
… die historische Entwicklung der Mathematisierung seit
dem 17. Jahrhundert von Physik seit dem 17. Jahrhundert
erfahren und ihre Bedeutung für den innerphysikalischen
Erkenntnisprozess bzw. für die Popularisierung
physikalischen Wissens einschätzen.
).
1.5 Mit Modellen arbeiten …
… aus der Analyse der historischen Entwicklung von
Lichtmodellen Kriterien für „gute“ Modelle entwickeln,
Prognosefähigkeit, Grenzen und Modellerweiterungen
erleben, Rolle von Modellen in der Physik reflektieren.
(Beispiel)
…. an der historischen Entwicklung der Quantenphysik
nicht-anschauliche Modellerweiterungen erfahren
…hypothetisch-deduktives Argumentieren erfahren und
reflektieren und wissenschaftstheoretisches Grundwissen
erwerben (vergl. Meyling).
2. Kommunizieren und Dokumentieren…
… historische Entwicklung von Kommunikationsstandards
(17. und 19.Jhdt) und Rolle der sozialen Funktion von
Kommunikation (schriftlich in Protokoll und Publikation,
mündlich in Vortrag und Kongress) kennenlernen und auf
die eigene Kommunikation anwenden
…die Bedeutung der wiss. Kommunikation für den
Erkenntnisfortschritt aus historischen Beispielen ableiten
… vergl. Artikel über
wissenschaftliche Kommunikation
3. Bewerten …
… Anforderungen des KC-GO mit historischen Beispielen
belegen und damit nachweisbar machen.
- erläutern, dass man mithilfe experimenteller Daten Hypothesen zwar
widerlegen, aber nie beweisen kann.
- erörtern die Funktion eines Experiments bei der Entscheidung über
Hypothesen bzw. zur Initiierung von Ideen.
- erläutern die Vorgehensweise zur Informationsgewinnung aus Experimenten.
- erläutern die Bedeutung von Modellvorstellungen als Hilfsmittel zur
Problemlösung und Formulierung von Hypothesen.
- erläutern die Besonderheiten der quantenphysikalischen Sichtweise.
- den Aspektcharakter der Wissenschaft Physik an ausgewählten Beispielen
erläutern.
- die Beziehung zwischen Physik und Technik an ausgewählten Beispielen
darstellen.
- Beispiele für die historische oder gesellschaftliche Bedingtheit physikalischer
Sichtweisen benennen.
Disclaimer:
Ich unterrichte Physik, nihct Physikgeschichte
Obwohl Physikgeschichte ein
unverzichtbarer Teil meines Unterrichtes ist,
bleibt der Kern Physik und enthält mehr
inhaltsbezogene als prozessbezogene Kompetenzen
Meine Kurse isnd aber durchzogen von Physikgeschichte,
in speziellen Phasen oder Einheiten
Wird Physikgeschichte dann zum Hauptthema.
Erläuterung an 2 umfangreichen Beispielen
Faraday bei der Entdeckung der Induktion über die
Schulter geschaut
(Kircher u.a. : „Lehren und lernen über die Natur der Naturwissenschaften“,
Hohengehren 2004, S.188 - 201)
Brechungsgesetz/Lichtmodell: Ein historischer
Zugang
(PdN 8/41 Dezember 1992, S. 18 – 30)
Präsentation
Voraussetzungen:
Magnetische Stromwirkung, Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters (ggf. mit
historischem Bezug zum Oersted-Versuch), Rechte/Linke-Hand/Faust-Regel,
Eigenschaften von Spulen (Sek 2: Flussdichtedefinition und Gesetze der langen Spule,
Leiterschaukelversuch und Lorentzkräfte)
Apparatur 1
Der zentralen Teile der Einheit (werden in diesem Artikel skizziert)
Induktion
1
Text A
„Induktionsring“
Wiederholung der Experimente mit modernen Geräten
Vorhersage / Erklärung des Experimentes
aus Text A / B mit Lorentzkräften
2
Text B
Informationen über Faraday
Induktionsring
Nachbau
„Spule und Magnet“
Wiederholung der Experimente mit modernen Geräten
Qualitative Erweiterung zum Induktionsgesetz
Untersuchung der Richtung des Induktionsstromes und Lenzsche Regel
...an geeigneter Stelle
Faradays Fehler
... an geeigneter Stelle
Einfluss des Windungssinns
Erweiterung der Einheit (Materialien und Hinweise im Internet)
3
Weitere Texte:
C
D
E
„Für die Öffentlichkeit“: Publikationen in Deutsch und Englisch
„Faraday privat“: Brief zur Entdeckung der Induktion
„Systematisierung nach Lenz“: Text aus Poggendorffs Annalen
Interpretation (Lorentzkraft, Feldlinienschnitt, Magnetischer Fluss)
Induktionsgesetz und anschauliche Maxwelltheorie
Abb. 1: Überblick über die Unterrichtseinheit
Induktionsring
mit Batterie
Diary
Ergänzungen für die Sekundarstufe 2
4
Induktionsring
Orignal
Studienfahrt nach London
Artikel
Präsentation
Brechungsgesetz/Lichtmodell
Text B
Descartes
Text Huygens
Text Newton
Artikel
Einige ausgewählte Beispiele
und deren
Faradayeffekt
Zuordnung zu prozessbezogenen
Kompetenzen
(Klausuraufgabe)
Polarisation
(Klausuraufgabe)
Oersted
und die Entdeckung der
kreisförmigen Magnetfeldlinien
Farben (Klausuraufgabe)
Entwicklungslinien der Quantenphysik
Taylorexperiment
Franklins Bezeichnungen
in der E-Lehre
Mosleygerade
(Klausuraufgabe)
Galieleitext zum Freien Fall
Michelsoninterferometer: Ziele des Experiments
Huygens:
Farben, Longitudinalwellen,
Doppelbrechung
Vorentdeckung
der Induktion
durchAmpere und Henry
Warum werden historische
Zugänge so selten benutzt ?
Rückgriff auf einen Vortrag
von 1998, dessen Aussagen
nach meiner Einschätzung
immer noch aktuell sind.
(soll demnächst auch in
Deutsch erscheinen)
Breaking up the vivcious circle:
Implementation of HPS in teacher Training
(by Michael Barth1998)
•
•
•
•
The insecurity problem
The lack-of-guidance-problem
The lack-of-time problem
The missing-teaching-material problem
Breaking up the vivcious circle:
Implementation of HPS in teacher training
(1998)
• Implementation …..
• … HPS Themen konnten als Lernziele in
ofizielle Papiere eingebracht werden
(EPA, KC Niedersachsen), deren Einfluss
auf Schulunterricht und Lehrerausbildung
ist aber traditionell begrenzt.
Breaking up the vivcious circle:
Implementation of HPS in teacher training
(1998)
• Neue Curricula, die Forderung nach
prozessbezogenem und problemorientierten
Unterricht stellen hohe Arbeitsanforderungen an
Lehrer und Referendare (… siehe lack-of-time
problem)
• Die aktuelle Verkürzung des Unterrichts von 5
auf 4 Wochenstunden bzw. der Referendarszeit
von 2 auf 1,5 Jahre ist dafür kontraproduktiv
Breaking up the vivcious circle:
Implementation of HPS in teacher training
(1998)
• Ist der Blick auf die kommenden 12 Jahre
• …. optimistischer ?
•
Yes/No
?
Schluss
… besonders geeignet ?
… Schülerreaktionen?
… historische Kenntnisse ?
… Wissenschaftstheorie ?
… der historische Blick auf die Physik ?
… Aufgaben und Klausuren?
… Unterrichtsmaterialien ?
Schluss - 2
Vortrag selbst, meine Artikel und Materialien zum
Vortrag demnächst auf der Website des
Studienseminars Gymnasien Hildesheim unter
Fachseminar Physik Publikationen
http://www.nibis.de/~sts-hi/index.htm
PdN Geschichte der Physik 8/41 1992
PdN Physik und Geschichte 8/56 2007
(dort weitere Literatur)
NiU Physik Reihe „Geschichten über Geschichte“
Demnächst: Heft NiU Geschichte der Physik und
Übersetzung von
„Breaking up the vicious circle: Experiences from my classroom and
thoughts on implementation in teacher training“
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Das Bild von Rob Gonsalves
„New Moon Eclipse“ nicht
abgedruckt wegen fehlendem
Copyright