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Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht

Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht. Dr. Lutz Stäudel , Leipzig. Was Sie heute erwartet. Heute vormittag Vorstellung – Ihre Lieblingsaufgabe? Ein Input über die Bedeutung von Aufgaben Aufgabenvielfalt Arbeitsphase: eine Aufgabe mit einem Methodenwerkzeug gestalten Austausch

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Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht

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  1. Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht Dr. Lutz Stäudel, Leipzig

  2. Was Sie heute erwartet Heute vormittag • Vorstellung – Ihre Lieblingsaufgabe? • Ein Input über die Bedeutung von Aufgaben • Aufgabenvielfalt • Arbeitsphase: eine Aufgabe mit einem Methodenwerkzeug gestalten • Austausch Heute nachmittag • Was „gute Aufgaben“ ausmacht • Aufgaben variieren – Lieblingsaufgabe einmal anders • Arbeitsphase: weiteres Thema gestalten • Austausch Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  3. Aufgaben für verändertes Lernen • Aufgaben für eine veränderte Unterrichtsgestaltung • Aufgaben zur Förderung selbstständigen Lernens • (anspruchsvolle) Aufgaben für die kognitive Aktivierung der Schülerinnen und Schüler • Aufgaben zur gezielten Unterstützung desKompetenzaufbaus Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  4. 1. Aufgaben für eine veränderte Unterrichtsgestaltung Josef Leisen:Qualitätssteigerung des Physikunterrichts durch Weiterentwicklung der Aufgabenkultur. In: MNU 54/7 2001, S. 401 – 405 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  5. 1. Aufgaben für eine veränderte Unterrichtsgestaltung • Stichwort: Methodenvielfalt • Stichwort: Alle Schüler erreichen (Konstruktivistische Sicht aufs Lernen) • Stichwort: Selbstdifferenzierende Lernumgebungen Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  6. 2. Aufgaben... zur Förderung selbstständigen Lernens • Überantwortung von Teilen des Lern- und Erkenntnisprozesses • Nutzung kooperativer Lernformen • Nutzung von Peer-Group-Effekten • Unterstützung der „Selbstwirksamkeits-erwartung“ („Ich kann das …“) Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  7. Zum Stichwort „Peer-Group“ LEV VYGOTSKI (1896-1934) Zone der proximalen Entwicklung Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  8. 2. Aufgaben... zur Förderung selbstständigen Lernens 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 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  9. 2. Aufgaben... zur Förderung selbstständigen Lernens Heterogenität in allen Klassen Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  10. Whatworks (empirische Befunde) John Hattie (2009) • d = Maß für die Effektstärke • d < 0: negativer Effekt • 0 < d < .20: kein bzw. zu vernach- lässigenderEffekt • .20 < d < .40: kleiner Effekt • .40 < d < .60: moderater Effekt • d >. 60: großer Effekt Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  11. Was hilft nicht und schadet nicht? (0 < d < 0.2) • Offener Unterricht d = .01 • Leistungsgruppierung d = .12 • Interne Differenzierung d = .16 • Web-basiertes Lernen d = .18 • Team Teaching d = .19 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  12. Was hilft ein wenig? (0.2 < d < 0.4) • Reduzierung der Klassengröße d = .21 • Individualisiertes Lernen d = .22 • Teaching tothe Test d = .22 • Finanzielle Ausstattung d = .23 • Summer Schools d = .23 • Integration/Inklusion d = .28 • Hausaufgaben d = .29 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  13. 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 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  14. Was hilft schon mehr? (0.4 < d < 0.6) • 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 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  15. 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 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  16. Hattie: „Anspruchsvolle Ziele setzen“ d = .56 3. (anspruchsvolle) Aufgaben für die kognitive Aktivierung der Schülerinnen und Schüler • Konstruktivistische Sicht auf das Lernen – Lernen als Konstruktion • Aktive Aneignung statt passive Rezeption • Vermittlung von Erfolgserlebnissen und Stärkung der Motivation Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  17. 4. Aufgaben zur gezielten Unterstützung desKompetenzaufbaus • 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 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  18. 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 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  19. Zusammengestellt 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 Woher sie kommenWozu sie dienen Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  20. Methodenwerkzeuge - Übersicht Wortliste Wortgeländer Sprechblasen Lückentext Wortfeld Text-/Bildpuzzle Bildsequenz Filmleiste Fehlersuche Lernplakat Mind-Map Ideennetz Blockdiagramm Satzmuster Fragemuster Bildergeschichte Worträtsel Strukturdiagramm Flussdiagramm Zuordnung Thesentopf Dialog Abgestufte Lernhilfen Archive Heißer Stuhl Domino Memory Würfelspiel Partnerkärtchen Kettenquiz Zwei aus Drei Stille Post Begriffsnetz Kartenabfrage Lehrer-Karussell Kärtchentisch Schaufensterbummel Kugellager Expertenkongress Aushandeln Quelle: Leisen Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  21. Methodenwerkzeuge Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  22. Was eine gute Aufgabe ausmacht günstig: 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) Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  23. Das Programm für heute, 8.3.13 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 gestalten Heute nachmittag • Die erarbeiteten Beispiele ausprobieren • Ein Instrument zur Beurteilung von Aufgaben • Arbeitsphase: Aufgaben zum naturwissenschaftlichen Arbeiten • Austausch, Terminfindung, Abschluss Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  24. Aufgabenmit gestuften Hilfen Eine „komplexe“ Problemstellung einge-bettet in Vor-wissen grundsätz-lich ohne Hilfen lösbar unter-stützt durch Hilfen inhalt-lich und lern-strategisch aus einem (lebensweltlichen) Kontext heraus entwickelt Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  25. Zum Kennenlernen 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. Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  26. Gestufte Hilfen Inhaltliche Hilfen Lernstrategische Hilfen Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  27. Inhaltliche 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? Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  28. Lernstrategische 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! Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  29. Was sich für eine Aufgabe mit gestuften Hilfen eignet • 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 alsNeuerarbeitung • Aktivierung und Reorganisation vonVorwissen Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  30. 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. Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  31. Läuft das Glas aus? Kontext Eher geschlossen 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: 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. Selbstdiffe-renzierend wenn mit Hilfen Komplexität Form der Lösung erkennbar Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  32. 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? Läuft das Glas aus? 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. Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  33. Die Konstruktion der Hilfen (II) 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. Läuft das Glas aus? 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. Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  34. Die Konstruktion der Hilfen (III) 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: 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. Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  35. 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 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  36. Methodische Varianten der Hilfen-Präsentation • 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. Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  37. Kompetenzaufbau„naturwissenschaftliches Arbeiten – Erkenntnisgewinnung“ Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  38. Kompetenzaufbau„naturwissenschaftliches Arbeiten – Erkenntnisgewinnung“ Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  39. 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. Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  40. Aufgaben und naturwissenschaftliches Arbeiten Statt gesamtem Erkennnis- bzw. Forschungsprozess: Aspekte durch Aufgaben thematisieren: • Planung eines Experiments • Auswertung, Interpretation • Rekonstruktion eines Experi-ments vom Ergebnis her Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  41. Aufgaben und naturwissenschaftliches Arbeiten Oliver Wißner, Giessen Welches Muster hat Rutherford vermutlich erwartet und aus welchem Grund. Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  42. Aufgaben und naturwissenschaftliches Arbeiten Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  43. Instrument zur Aufgabenanalyse Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  44. Termin Mögliche Wochen: 14. – 18.10.13 21. – 25.10.13 06. – 07.11.13 Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

  45. Vielen Dank für Euer Interesse und für Eure rege Mitarbeit! Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel

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