1.  Einleitung  1

2.  Theoretischer Bezugsrahmen  3

2.1  Die naturwissenschaftlichen Kompetenzen der Schüler innen: Eine  

  Übersicht  3

2.1.1  Die IGLU - Studie  4

2.1.2  Die TIMS - Studie  4

2.1.3  Die PISA - Studie  5

2.1.4  Zusammenfassung der Studien  6

2.2  Scientific literacy als Konzeption für eine naturwissenschaftliche  

Grundbildung  im Primarbereich - ihre Bedeutung  7

2.2.1  Scientific literacy - eine Definition.  7

2.2.2  Die grundlegenden Ziele einer naturwissenschaftlichen Bildung im  

Primarbereich   9

2.2.3  Bausteine des Konzepts der scientific literacy  9

2.3  Präkonzepte  10

2.3.1  Präkonzepte - eine Definition  10

2.3.2  Die Entstehung von Präkonzepten.  11

2.3.3  Relevanz für den Sachunterricht  12

2.3.4  Zur Erhebung von Präkonzepten  13

2.4  Grundlagen der Evolutionsbiologie  14

2.4.1  Evolution im Sachunterricht - ihre Kernfragen  14

2.4.2  Geschichte der Evolutionstheorien  15

2.4.3  Angepasstheit und natürliche Selektion  17

2.5  Ausgewählte Forschungsergebnisse zu Schülervorstellungen zur  

Evolution  - speziell der Angepasstheit von Tieren  21

2.6  Conceptual Change  23

2.6.1  Conceptual Change Theorie - eine Definition  23

2.6.2  Lernen als kognitives Konstruieren  24

2.6.3  Die Bedeutung der Conceptual Change Theorie für den Sachunterricht  25

3.  Die Pilotstudie  28

3.1  Design der Studie  28

3.1.1  Theoretische Vorüberlegungen  28

3.1.2  Die Datenerhebung  32

3.1.2.1  Präkonzepte  32

3.1.2.2  Unterrichtliche Intervention  35

3.1.2.3.1  Theoretische Vorüberlegungen zur unterrichtlichen Intervention  35

3.1.2.3.2  Von der Theorie zu praktischen Vorüberlegungen  36

3.1.2.3.3  Grobplanung  37

3.1.2.3.4  Feinplanung  38

3.1.2.3  Postkonzepte  42

3.1.3  Datenauswertung  44

3.1.3.1  Auswertung der Interviews nach Gropengießer (2009)  44

3.1.3.2  Auswertung der Prä- Postkonzepte  45

3.2  Durchführung der Pilotstudie  48

4.  Ergebnisse  50

4.1  Unterrichtliche Intervention  50

4.1.1  Scientific literacy: die Bausteine  51

4.1.1.1  Präkonzepte ermitteln: die Vorerfahrungen aufgreifen  51

4.1.1.2  Hands on: entdeckendes Lernen  51

4.1.1.3  Minds on: Schüler innen konstruieren das Wissen in eigenen  

Denkprozessen   52

4.1.2  Begegnung mit dem lebendigen Tier: Das Wandelnde Blatt als „Begleiter  

der  unterrichtlichen Intervention“  53

4.1.3  Zusammenfassung  53

4.2  Ergebnisse der Interviews  54

4.2.1  Ergebnis Kind 1  55

4.2.1.1  Präkonzepterhebung  55

4.2.1.2  Postkonzepterhebung  60

4.3.1  Ergebnis Kind 2  63

4.3.1.1  Präkonzepterhebung  63

4.3.1.2  Postkonzepterhebung  67

4.4.1  Ergebnis Kind 3  69

4.4.1.1  Präkonzepterhebung  69

4.4.1.2  Postkonzepterhebung  74

5.  Interpretation der Ergebnisse  77

5.1  Reflexion der Interviewsituation und des methodischen Vor-  

gehens   77

5.2  Zusammenfassende Interpretation der Ergebnisse  79

6.  Schluss und Ausblick  81

Literaturliste   

1. Einleitung

Der Sachunterricht der Grundschule soll Kinder auf dem Weg begleiten, sich zunehmend die Welt erklären zu können. Dabei ist der naturwissenschaftliche Bereich von Bedeutung und explizit als Bildungsauftrag in den Curricula im Primarbereich zu finden (vgl. Bildungsplan Sachunterricht 2007). Über die Aneignung von (naturwissenschaftlichen) Kompetenzen soll eine aktive Teilhabe am eigenen Bildungsprozess erreicht werden. Das Konzept der scientific literacy spielt hierbei eine große Rolle. Der Bildungsplan Sachunterricht nennt als bedeutende Fragen: „Wie funktioniert die Welt?“ und „Wie soll sie einmal werden?“ (Bildungsplan Sachunterricht 2007, S. 4). Das Darwin-Jahr 2009 hat durch seine bildungspolitische Präsenz dazu eingeladen, sich mit dem Thema Evolution auseinander zu setzen. In aktuellen Untersuchungen vor allem höherer Schulklassen lassen sich immer wieder Erklärungsmuster zu evolutionsbiologischen Themen finden, die nicht mit der fachwissenschaftlichen Erklärung darwinistischer Grundlagen übereinstimmen. Es zeigte sich, dass zum Beispiel die Fragen nach Angepasstheit von Tieren an ihren Lebensraum als ein zentrales evolutionsbiologisches Konzept mittels finaler, religiöser oder individueller Vorstellungen zu beantworten versucht wurden (Wandersee 1995, Moller Andersen und Hesselholdt 1998, Baalmann 2004). Schüler_innen haben scheinbar Probleme mit dem Begriff „angepasst werden“, weil sie sich „Anpassung“ als ein aktives Verhalten vorstellen und mit ihren eigenen Erfahrungen des „sich Anpassens“ an Situationen in Verbindung bringen (Johannsen et. al. 2005, S. 39.). In der Literatur findet man die Annahme, dass evolutionsbiologische Themen für die Grundschule zu komplex seien (Hesselholdt et al. 1998, S. 158). In der vorliegenden Pilotstudie soll untersucht werden, ob sich die Präkonzepte von Grundschulkindern zu dem Thema „Angepasstheit von Tieren an ihren Lebensraum“ durch eine unterrichtliche Intervention anreichern lassen. Dies würde neue Hypothesen zulassen, ab wann sinnvoll mit dem Thema gearbeitet werden kann und ob sich daraus weitere Vorgehensweisen für den Sachunterricht eröffnen. Dabei liegt die Herausforderung der vorliegenden Arbeit auf folgenden Fragen: Wie lässt sich solch ein Konzeptwachstum erreichen und wie kann dieses beim Thema Angepasstheit gemessen werden? Welche Kriterien für die Definition von Konzeptlevels ¹ können festgelegt

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werden, um eine Aussage über „vorher und nachher“ treffen zu können und wie lassen sich die dafür notwendigen Prä- & Postkonzepte erfassen? Des Weiteren ist zu klären, wie eine geeignete unterrichtliche Intervention gestaltet sein muss, um ein Konzeptwachstum erreichen zu können und abschließend stellt sich die Frage, wie die Ergebnisse ausgewertet und im Sinne einer Antwort auf die Forschungsfrage verwertet werden können?

Im Rahmen dieser Arbeit wird zunächst der theoretische Bezugsrahmen zu der Forschungsfrage dargelegt. Dieser umfasst neben einer Übersicht ausgewählter Studien zu den naturwissenschaftlichen Kompetenzen im schulischen Kontext auch die Auseinandersetzung mit scientific literacy als Konzeption für eine naturwissenschaftliche Grundbildung im Primarbereich. Es folgen Betrachtungen zur Bedeutung von Präkonzepten und das Konzept der Angepasstheit wird anhand von Grundlagen der Evolutionsbiologie erörtert, um die Haltung hinter der Arbeit zu verdeutlichen sowie transparent zu machen, auf welcher Grundlage letztlich die Interviews geführt und ausgewertet werden. Den Abschluss zum theoretischen Bezugsrahmen bilden die Darstellungen von Schülervorstellungen zur Angepasstheit sowie die Diskussion der Conceptual Change Theorie als Möglichkeit, Konzepte anzureichern.

Es schließt sich die Darstellung der Pilotstudie an. Es wird zunächst das Design der Studie beschrieben. Hier werden theoretische Vorüberlegungen vorgestellt und die Datenerhebung inklusive der Präkonzepterhebung, der unterrichtlichen Intervention sowie der Postkonzepterhebung als Rahmen der Untersuchung beschrieben. Im Anschluss folgt die theoretische Grundlage für die Datenauswertung und abschließend erfolgt die Beschreibung der Durchführung der Pilotstudie.

Bei der sich anschließenden Darstellung der Ergebnisse werden in einem ausgewählten Rückblick die erfolgreiche Umsetzung der Ziele der Intervention evaluiert sowie die Ergebnisse der Interviews ausgewertet und auf die Forschungsfrage bezogen.

Die Arbeit schließt mit der Interpretation der Ergebnisse sowie einem Schluss und Ausblick ab.

2. Theoretischer Bezugsrahmen

An dieser Stelle wird zunächst der aktuelle Stand der Studien zu naturwissenschaftlichen Kompetenzen im schulischen Kontext diskutiert. Es folgen Ausführungen zur Bedeutung von scientific literacy als Konzeption einer naturwissenschaftlichen Grundbildung und zur Relevanz von Präkonzepten für schulisches Lernen. Die Darstellungen der Grundlagen zur Evolution leiten zu vergleichenden Ausführungen relevanter Studien über, in denen Erklärungsversuche von Schüler_innen zu evolutionsbiologischen Fragen erörtert werden. Den Abschluss bildet die Diskussion der Conceptual Change Theorie als Möglichkeit, Präkonzepte anzureichern.

2.1 Die naturwissenschaftlichen Kompetenzen der Schüler_innen:

Eine Übersicht

Sowohl der Bildungsrahmen als auch der Perspektivrahmen geben vor, dass die naturwissenschaftliche Perspektive in der Grundschule ein wichtiger Aspekt des Sachunterrichts sein soll (Perspektivrahmen Sachunterricht 2007, S. 7; Bildungsplan Sachunterricht für die Primarstufe 2007, S.4). Verschiedene Untersuchungen zeigen eine Diskrepanz zwischen den angestrebten und den tatsächlichen naturwissenschaftlichen Kompetenzen nach Ende der Grundschulzeit auf. „Scientific literacy for all“ als Zielkonzeption bildete in den angelsächsischen Ländern (v.a. Großbritannien, Kanada und USA) die Grundlage von Curricula-Entwicklungen und ebenfalls für internationale Schulleistungsversuche (vgl. Marquardt - Mau 2004, S. 67). „Im Sachunterricht blieben die Diskussionen zur scientific literacy bisher nahezu unbeobachtet.“ (ebd., S. 78) und lassen sich auch in der Sachunterrichtsdidaktik kaum finden (ebd.). Die IGLU - E Studie hingegen nutzte scientific literacy als Rahmenkonzeption, was zu der Annahme führt, „dass scientific literacy die Diskussion um zukünftige Entwicklungen im Bereich der naturwissenschaftlichen Grundbildung auch im Sachunterricht beeinflussen wird.“ (ebd., S. 67). Im Folgenden soll anhand der Problemlage naturwissenschaftlicher Kompetenzen im schulischen Kontext aufgezeigt werden, was die grundlegenden Ziele einer naturwissenschaftlichen Bildung im Primarbereich sind und was di- daktisch - methodisch in der Umsetzung zu beachten ist.

2.1.1 Die IGLU - Studie

Die IGLU- Studie (Internationale Grundschul - Lese - Untersuchung) untersuchte die Lesekompetenz von Grundschulkindern am Ende der vierten Klasse. In Deutschland wurde die Untersuchung zum Leseverständnis um Mathematik, Naturwissenschaften, Orthographie und Aufsatz (IGLU-E) erweitert. Weltweit nahmen 35 Länder an diesem Projekt teil. Die naturwissenschaftlichen Kompetenzen wurden auf der Grundlage der Konzeption von naturwissenschaftlicher Grundbildung im Sinne von Scientific literacy zugrunde gelegt und wie folgt differenziert:

- Vorschulisches Alltagswissen

- I: Einfache Wissensreproduktion

- II: Anwenden alltagsnaher Begriffe

- III: Anwenden naturwissenschaftsnaher Begriffe

- IV: Beginnendes naturwissenschaftliches Verständnis

- V: Naturwissenschaftliches Denken und Lösungsstrategien (IEA: Progress in International Reading Literacy Study © IGLU-Germany; Bos 2003, S. 20).

Das Ergebnis der Studie ist, dass (nur) ca. 40% der deutschen Kinder am Ende der Grundschulzeit über die höheren Kompetenzstufen (IV und V), also „über ein naturwissenschaftliches Grundverständnis auf dem Übergang von naturwissenschaftsbezogenen Alltagsvorstellungen zu belastbaren naturwissenschaftlichen Vorstellungen [verfügen].“ (Marquardt - Mau 2004, S. 80 f.). Der Anteil der Kinder auf den beiden niedrigsten Kompetenzstufen lag bei ca. 16%. Besondere Beachtung sollte im Hinblick auf die 16% finden, dass Kinder mit Migrationshintergrund überrepräsentiert sind. Die auffällige Verteilung von Mädchen und Jungen sollte ebenfalls kritisch betrachtet werden: Mädchen sind auf den „unteren“ Kompetenzstufen und Jungen auf den „oberen“ Kompetenzstufen signifikant stark zu finden (vgl. Marquardt - Mau 2004, S. 81).

2.1.2 Die TIMS - Studie

In der TIMS - Studie, an der Deutschland im Jahr 2007 zum ersten Mal teilgenommen hat, werden u.a. Schülerleistungen im mathematischen und naturwissenschaftlichen Bereich getestet und in fünf Kompetenzstufen differenziert (Bos et al. 2008, S.3). Zusammengefasst lässt sich hier konstatieren, dass Deutsch-land im oberen Leistungsdrittel aller Teilnehmerstaaten lag, aber dennoch „ein erheblicher Abstand in der mittleren Leistung zu den Staaten mit den höchsten

Kompetenzwerten in den Naturwissenschaften [bestand].“ (Bos 2008, S. 5). Es gelang laut Ergebnissen, ein inhaltlich breit gefächertes naturwissenschaftliches Verständnis zu vermitteln. Jedoch befanden sich nur ca. 25% auf den beiden höchsten Kompetenzstufen. Bedenklich ist laut Studie auch, dass ca. 6 % der Schüler_innen nur über ein rudimentäres naturwissenschaftliches Anfangswissen verfügen und Deutschland im internationalen Vergleich noch immer die größten Geschlechterdifferenzen in den naturwissenschaftlichen Kompetenzen aufweise (vgl. Bos et al. 2008, S. 6). Dennoch lässt sich wie auch bei der IGLU - E Studie verzeichnen, dass die Grundschüler_innen noch am Ende der Grundschulzeit offen und interessiert an naturwissenschaftlichen Themen sind, was sich in der PISA - Studie nicht mehr wiederfinden lässt (Bos et al. 2003, S. 25; Bos et al. 2008, S.6).

2.1.3 Die PISA - Studie

Die PISA - Studie (Programme for International Student Assessment) untersucht auf Forderung der OECD seit dem Jahr 2000 alle 3 Jahre 15-jährige Schüler_innen in den Bereichen Lesen, Mathematik und Naturwissenschaften. Die „schlechten Ergebnisse“ der PISA - Studien v.a. 2000 und die kritischen Diskussionen nach TIMSS haben die Frage nach einer „optimalen Schule“ angestoßen und dafür sensibilisiert, sich mit den Konsequenzen der Ergebnisse und förderlichen Rahmenbedingungen auseinander zu setzen (vgl. Prenzel et al. 2007, S. 22). 2006 lag der Schwerpunkt auf der Erhebung der naturwissenschaftlichen Kompetenzen. Es ging darum, „Fragestellungen zu erkennen, die mit naturwissenschaftlichen Zugängen bearbeitet werden können, naturwissenschaftliche Phänomene zu beschreiben, vorherzusagen und zu erklären und naturwissenschaftliche Evidenz zu nutzen und zu interpretieren, um Entscheidungen zu treffen“ (Prenzel et al. 2007, S.5). Die naturwissenschaftliche Kompetenz verbesserte sich von 2000 zu 2006 stetig, aber es bleibt dennoch zu verzeichnen, dass es trotz „kompetenter Schüler_innen“ wenig Interesse an den Naturwissenschaften gibt (Prenzel et al. 2007, S. 6 f.). „Während im OECD-Durchschnitt 19.2 Prozent der Jugendlichen auf oder unter der ersten Stufe naturwissenschaftlicher Kompetenz liegen, beträgt dieser Anteil in Deutschland 15.4 Prozent. Geht man davon aus, dass die Prognosen für die weitere berufliche und schulische Zukunft bei einem entsprechenden Kompetenzniveau sehr ungünstig sind, ist dieser Anteil immer noch zu hoch.“ (Prenzel et al. 2007, S. 5).

Das Interesse lasse mit zunehmendem Alter bzw. Schuljahren nach und die Einstellungen der Naturwissenschaften gegenüber seien negativ gefärbt (Gräber et al. 2002, S. 7).

2.1.4 Zusammenfassung der Studien

Die Ergebnisse der Vergleichsstudien zeigen auf, dass am Ende der Grundschulzeit keine befriedigende naturwissenschaftliche Kompetenz vorliegt und sich diese im weiteren (Schul-)Verlauf nicht signifikant ausgleicht. Hinzu kommt das Desinteresse an Naturwissenschaften. Die mangelnde Fähigkeit, Wissen anzuwenden (vgl. Bos et al. 2008, S. 6) unterstreicht die Forderung nach einer Vermittlung ganzheitlicher Kompetenzen über die separierte Vermittlung von naturwissenschaftlichem Wissen hinaus. Wenn die Schüler_innen hohe Kompetenzniveaus in der Grundschule erwerben und diese auch in höheren Schulstufen beibehalten und anwenden können sollen, ist das eine wichtige Grundlage dafür, dass Grundschüler_innen Forschungsprozesse „durchschauen lernen“ und diese „als von Menschen gemacht und veränderbar vermittelt werden.“ (Marquardt -Mau 2004, S. 78). Dies führt zu der Auseinandersetzung mit dem Konzept der scientific literacy als wichtigem Impuls für die naturwissenschaftliche Perspektive im Sachunterricht, da diese Konzeption für die Vermittlung von Kompetenzen über den Wissenstransfer hinaus steht (vgl. Gräber 2002, S. 135). In der aktuellen Literatur zur Didaktik des Sachunterrichts ist scientific literacy eine vielfach geforderte Konzeption, auf die im folgenden Kapitel näher eingegangen werden soll.

2.2 Scientific literacy als Konzeption für eine naturwissenschaftli-che Grundbildung im Primarbereich - ihre Bedeutung

Das Konzept der scientific literacy befasst sich mit naturwissenschaftlichen Bildungsprozessen und wird in der deutschsprachigen Naturwissenschaftsdidaktik häufig mit „naturwissenschaftlicher Grundbildung“ übersetzt (vgl. Hoffmann et al. 2009, S. 268). Es lässt sich in der Literatur keine allgemein akzeptierte Form finden, da aus unterschiedlichen Perspektiven und in verschiedenen lehr-lerntheoretischen Ansätzen individuelle Akzente gesetzt werden (vgl. Marquardt

- Mau 2004, S. 71). Im Folgenden werden die Annahmen der vorliegenden Arbeit zum Konzept der scientific literacy auf Grundlage der Literatur dargestellt.

2.2.1 Scientific literacy - eine Definition

Die auf der Basis konstruktivistischer Annahmen ausgerichtete Konzeption versucht, die „Wissenschaftsorientierung und die Orientierung an den Vorstellungen der Kinder in einen produktiven Dialog zu bringen.“ (ebd.). Dabei geht es um mehr als reine Wissensvermittlung. Die Metapher literacy soll andeuten, „dass Kinder ohne die Kenntnisse grundlegender Konzepte, Methoden und Sichtweisen der Naturwissenschaften nicht über eine für das Leben in einer Wissensgesellschaft zentrale „Kulturtechnik“ verfügen“ (Hoffman et al. 2009, S. 270), „(…) dieähnlich wie Schreiben, Lesen und Rechnen - eine grundlegende Voraussetzung für eine erfolgreiche Teilhabe (…)ist“ (Marquardt - Mau 2004, S. 67). Scientific literacy als naturwissenschaftliche Kenntnis und Kompetenz trage demnach einen Teil zur „allgemeinen Lebenskompetenz“ bei (Gräber et al. 2002, S. 135).

Hierbei hat Bybee (1997) ein Modell naturwissenschaftlicher Bildung entwickelt, welches in seiner Komplexität hierarchisch gegliedert ist. Es soll als lebenslanger Prozess verstanden und stetig ausgebaut werden:

- Nominale scientific literacy: hierbei werden Begriffe und Fragestellungen der Naturwissenschaft zugeordnet, es liegen jedoch noch “naive Deutungen” der Lernenden vor. Wissenschaftlich angemessene Erklärungen fehlen noch.

- Funktionale scientific literacy: naturwissenschaftliches Vokabular und technische Begriffe liegen vor, Begriffe werden korrekt definiert.

- Konzeptionelle und prozedurale scientific literacy: Es liegt ein Verständnis naturwissenschaftlicher Konzepte vor. Naturwissenschaftliche Vorgänge

werden verstanden und naturwissenschaftliche Fertigkeiten liegen vor. Naturwissenschaftliche Teilbereiche werden in den Zusammenhang ihrer Gesamtstruktur gebracht, die grundlegenden Prinzipien und Prozesse der Naturwissenschaft werden verstanden.

- Multidimensionale scientific literacy: höchste Stufe der scientific literacy. Die Besonderheit und die Geschichte sowie das Wesen der Naturwissenschaft und auch die Einbettung in den gesellschaftlichen Kontext werden erkannt und von anderen Wissenschaften differenziert gesehen (Gräber et al. 2002, S. 11, vgl. Marquardt - Mau 2004, S. 70 f.). Will man den Erwerb naturwissenschaftlicher Kompetenzen fördern, scheint ein frühzeitiges Vermitteln von naturwissenschaftlichen Kenntnissen und Kompetenzen im Sinne von scientific literacy als sinnvoll. Es kann davon ausgegangen werden, dass sich die Schüler_innen bei Eintritt in die Grundschule (evtl. schon im Kindergarten) häufig auf der Stufe der „nominalen scientific literacy“ befinden und es Chance und Aufgabe von Schule (bzw. Kindergarten) sein sollte, die jeweils vorliegende Stufe zu erkennen und didaktisch-methodisch sinnvoll daran anzuknüpfen.

Paul de Hart Hurd (1958) stellte in den USA die Forderung zur Diskussion, dass „ein umfassendes Verständnis der Naturwissenschaften und deren gesellschaftliche Nutzung (.) notwendig [seien], um der dominierenden Rolle der Naturwissenschaft in der Gesellschaft Rechnung zu tragen.“ (Marquardt - Mau 2004, S. 70). Die schon damals aufgestellte These, dass die Naturwissenschaft eine dominante Rolle einnehme, hat sich bestätigt und bedeutet, „(…) dass das Industriezeitalter durch eine neue soziale Ordnung abgelöst werde, deren grundlegendes Organisationsprinzip nicht mehr die Güterproduktion, sondern Wissen und Information seien.“ (Marquardt - Mau 2001, S. 99). Im schulischen Kontext nehmen Mathematik, Technik und Naturwissenschaft eine zentrale Rolle ein, da die Entwicklungen in diesen Bereichen eine wesentliche Grundlage jeder Wissensgesellschaft darstellen (ebd., S. 98). Die dahinter stehenden Ziele bzw. Ideen lassen sich dem Konzept der scientific literacy zuordnen.

2.2.2 Die grundlegenden Ziele einer naturwissenschaftlichen Bildung im

Primarbereich

In der jüngeren Literatur über scientific literacy erhält der Begriff „Kompetenz“ zunehmend Gewicht (Gräber et al. 2002, S. 136). Es geht dabei um die Aneignung mannigfacher Kompetenzen, wie unter anderem der Sachkompetenz (als Voraussetzung aller anderen Kompetenzen), der Gesundheits-, Sozial-, historischen, ästhetischen, Lern- und Sprachkompetenz u.v.m. (vgl. Gräber 2002, S. 135). Scientific literacy im Sachunterricht umfasst vor allem „Vorstellungen zu und Kenntnisse von naturwissenschaftlichen Basiskonzepten, -theorien und -modellen, Prozessen des (natur-)wissenschaftlichen Wissenserwerbs, der Bedeutung der Naturwissenschaft als kultureller Errungenschaft sowie dem Zusammenhang der Naturwissenschaften mit sozialen und gesellschaftlichen Fragen.“ (Marquardt - Mau 2004, S. 71).

2.2.3 Bausteine des Konzepts der scientific literacy

Glauert (2009) weist auf einige wichtige Punkte hin, die bei „science learning“ von großer Bedeutung sind:

- “Building on children´s interests and questions (…)

- Recognizing the scientific potential in children´s investigations (…)

- Promoting children´s independent enquiries over time (…)

- Capitalising on informal learning from everyday life (…)

- Providing opportunities for learning both from practical explorations and interactions with others (…)

- Engaging children in debate about subject matter under study (…)

- Employing a range of approaches to assessment (…)” (Glauert 2009, S. 53).

In Deutschland wird das Konzept der scientific literacy vor allem in den Fächern Biologie, Chemie und Physik aufgegriffen (vgl. Gräber 2002, S. 137). Es beinhaltet in Deutschland neben der fachlichen Spezifizierung (Sachkompetenz) auch die Lernkompetenz (Wissensaneignung) und die psycho-soziale Kompetenz (Marquardt-Mau 2004, S. 77). Das Konzept der scientific literacy als Ziel der naturwissenschaftlichen Grundbildung in der Grundschule bestehe laut Marquardt -Mau et al. (2009) aus mehreren Bausteinen: die Vorerfahrungen (Präkonzepte) und Interessen der Schüler_innen werden im Sachunterricht aufgegriffen, das entdeckende Lernen sowie der experimentelle Zugang gewährleistet (hands on)

und die Schüler_innen konstruieren ihr Wissen in eigenen Denkprozessen (minds on) (Marquardt - Mau et al. 2009, S. 110). Im Folgenden soll auf die Bedeutung und Relevanz von Präkonzepten beim schulischen Lernen als wichtiger Baustein von scientific literacy eingegangen werden.

2.3 Präkonzepte

Der Folgende Teil führt in das Thema Präkonzepte ein. Dabei wird zunächst auf die entsprechende Begrifflichkeit eingegangen und vertiefend werden Ausführungen zu der Entstehung von Präkonzepten folgen. Abschließend soll aufgezeigt werden, welche Relevanz diese im schulischen Kontext für den Sachunterricht im Primarbereich haben und wie sich diese methodisch erheben lassen.

2.3.1 Präkonzepte - eine Definition

Schüler_innen kommen nicht mit „Wissen auf Stand 0“ zur Schule. Sie „sind keine unbeschriebenen Blätter“ (Möller 2010, S. 57) und haben „tief verankerte Vorstellungen zu Begriffen und Phänomenen und Prinzipien (…) (Duit 2002, S. 3). „They build up a wealth of knowledge of the world from their earliest experiences both in and outside school“ (Glauert 2009, S.54), was bedeutet, dass sie vorunterrichtliche, außerschulische Erfahrungen besitzen, die zu eigenen Vorstellungen, den Präkonzepten, führen. Unter Präkonzepten fasst man die Vorstellungen zusammen, die Schüler_innen zu bestimmten Themen, Fragen oder Phänomenen haben (vgl. Duit 1997, Duit 2002, Möller 2010). Es sind vorunterrichtliche gedankliche Entwürfe oder Theorien, die in der Literatur unter den Synonymen Präkonzepte, Alltagskonzepte, Schülervorstellungen, naive Theorien, Alltagsvorstellungen oder -erfahrungen, Vortheorie, Lernvoraussetzungen, Ist-Stand, Vorwissen oder einem so genannten Lernstand zu finden sind und oft jeweils unterschiedliche Schwerpunkte oder Akzente beinhalten (Duit 1997; Duit 2002; Möller 2010; Baalmann et al. 2004; Hempel 2004). Vorstellungen sind „individuelle Konstrukte“, sie sind für die Orientierung in der Umwelt wichtig und sichern „das (psychosoziale) Überleben des Menschen“ (Marohn 2008, S. 58). Es lassen sich demnach Alltagsvorstellungen von wissenschaftlichen Konzepten unterscheiden: diese Unterscheidung liegt zum einen darin, dass Alltagsvorstellungen häufig spontan entstehen und isoliert zu anderen Konzepten bestehen, wobei wissenschaftliche Konzepte „allgemein, abstrakt, idealisiert [und] mit anderen allgemeinen Konzepten verbunden [sind].“ (Schneider et al. 2008, S. 27). Zum anderen sind Alltagsvorstellungen nicht wissenschaftlich fundiert und stim-

men oft nicht mit der Argumentation auf fachwissenschaftlicher Ebene überein oder werden miteinander verknüpft (Marohn 2008, S. 59). Präkonzepte lassen sich weiter in stabile Überzeugungen (deep structures), eine tief verankerte Vorstellung, sowie Ad-hoc-Konstruktionen (current ² constructions = spontane Konstruktionen) unterscheiden (Möller 2010, S. 60). Erstere sind für die Lerner häufig so glaubwürdig, dass die Wahrnehmung durch sie beeinflusst wird und eine Veränderung der Vorstellung nur schwerlich zu erreichen ist (Duit 2002, S. 11). Duit (2002) charakterisiert die Ad-hoc-Konstruktionen dadurch, dass sie mehr dazu dienen, die eigenen Vorstellungen zu verteidigen, als dass sie wissenschaftliche Annahmen sind (Duit 2002, S. 16).

2.3.2 Die Entstehung von Präkonzepten

Wandersee et al. (1995) gehen davon aus, dass „alternative Schülervorstellungen über die Evolutionstheorie ernsthafte Bemühungen der Lernenden sind, natürliche Phänomene zu verstehen, und daß sie im Unterricht erstaunlich wider-standsfähig gegen Veränderungen sind.“ (Wandersee et al. 1995, S. 45). Die Differenzierung von lebensweltlichen und wissenschaftlichen Vorstellungen kann hilfreich bei dem Verstehen derselben sein (Marohn 2008, S. 59). Dabei ist keine der Vorstellungen „richtig oder falsch“. Die Unterscheidung erleichtert die Analyse der Genese von Lernervorstellungen (ebd.). Bei den tief verwurzelten Konzepten kann es dazu kommen, dass diese die Wahrnehmung bestimmen und Schüler_innen „bei Experimenten das sehen, was sie sehen `wollen`“ (Möller 2010, S. 60). Wahrgenommene Phänomene („Schwimmen und Sinken“), eigene Erfahrungen (Wollpullover wärmt) aber auch durch den alltäglichen Wortgebrauch ( „der Strom wird verbraucht“, „der Mond geht unter“ oder „verbrauchte Luft“) lassen individuelle Erklärungsmuster entstehen. Allgemeine Denkschemata führen dann zu Vorstellungen wie: „Es regnet, weil die Wolke platzt.“ und vermittelte Erklärungen und Darstellungen lassen Interpretationen wie „Es regnet, wenn Wolken an einen Berg stoßen.“ zu (vgl. Möller 2010, S. 61). Die Entstehung der Vorstellungen wird zudem durch den Sprachgebrauch der Medien beeinflusst: Immer wieder lassen sich z.B. bei Tierfilmdokumentationen Sprachwendungen vernehmen, die eine reaktive und ziel- orientierte Anpassung von Tieren an ihren Lebensraum vermuten lassen (z.B.

„Die Schildkröten haben sich angewöhnt, ihre Eier nachts zu legen, damit die Neugeborenen eine größere Überlebenschance haben.“ (Planet Erde, Folge „Wasserwelten“, Originaltitel: Fresh Water, Folge 3). Diese Art der (unreflektierten) Informationsvermittlung verstärkt die Ausbildung alltäglicher Vorstellungen (vgl. Duit 2002, S.3, Möller 2010, S. 61). Insgesamt lässt sich ein zunehmender medialer Einfluss auf die Erklärungsversuche von Kindern vernehmen, der sich in Form von Kindersendungen, -zeitschriften, -hörbücher und -webseiten verzeichnen lässt. Die deutlichen qualitativen Unterschiede dieser Informationsquellen lassen sich als eine weitere Einflussvariable konstatieren (vgl. Max 1997, S. 8). Zu dem oben genannten individuellen Erfahrungshintergrund sei auch der Genderaspekt als Einflussvariable für individuelle Vorstellungsbildung erwähnt, der jedoch innerhalb der Masterarbeit vernachlässigt werden muss, weil dies den Rahmen der vorliegenden Arbeit sprengen würde.

2.3.3 Relevanz für den Sachunterricht

Ein guter Sachunterricht berücksichtigt laut Hempel (2004) die Individualität und greift die Verschiedenheit der Sozialisations- und Lernprozesse in der Unterrichtsplanung auf (Hempel 2004, S. 38). Duit (2002) ruft dazu auf, die bestehenden Vorstellungen der Schüler_innen ernst zu nehmen und diese in die Planung des Unterrichts mit einzubeziehen, um einen Lernzuwachs zu erreichen (Duit 2002, S. 14). Das Erlernen naturwissenschaftlicher Begriffe und Prinzipien wird beeinflusst durch vorunterrichtliche Vorstellungen (Duit 1997, S. 234). Die vorunterrichtlichen Alltagsvorstellungen bleiben oft neben den wissenschaftlichen Vorstellungen bestehen. Die wissenschaftlichen Ideen werden in die Alltagsvorstellungen integriert und lösen sich nicht ab von nichtwissenschaftlichen Vorstellungen (ebd.). Andererseits bieten die vorunterrichtlichen Vorstellungen auch die Möglichkeit, didaktisch - methodisch anzuknüpfen und so das Denken der Schüler_innen weiter in Richtung wissenschaftlicher Konzepte zu lenken (Duit 1997, S. 234, vgl. Möller 2010, S. 66).

„Unterricht kann an dieses vorhandene Vorwissen anknüpfen - das Vorwissen kann aber auch den Lernprozess erschweren.“ (Möller 2010, S. 57). Im Sinne der konstruktivistischen Lernperspektive wird neues Wissen „auf der Basis vorhandener Erfahrungen konstruiert“ (Möller 2010, S. 59; Möller 2001, S. 118; vgl. Hempel 2004, S. 39). „Alltagsvorstellungen bestimmen das Lernen, weil man das Neue nur durch die Brille des bereits Bekannten „sehen“ kann (Duit 2002, S. 3).

Max (1997) beschreibt, dass man von einer „doppelten konstruktivistischen Annäherung“ bei Schüler_innen an ein Phänomen ausgehen müsse:

- „der Schüler konstruiert die Situation entsprechend seiner Wahrnehmung, seiner Vorstellungen, aktuellen Bedürfnisse und Interessen, und nur er allein kann ihr einen Sinn verleihen;

- die Kategorie, welcher der Schüler eine Situation zuordnet, ist ebenfalls eine persönliche Konstruktion“ (Max 1997, S. 2 f.). Die Präkonzepte können demnach sehr individuell und unterschiedlich sein, da sie auf der Basis von Alltagserfahrungen entstehen und auch die Entstehung selbst individuell verläuft (vgl. Hempel 2004, S. 39 ff.; Duit 2002, S. 3, Landwehr 2004, S.45). Für den Sachunterricht bedeutet es, dass die Präkonzepte möglichst umfangreich erfragt und vom Lehrenden verstanden werden müssen, um diese in das Lernangebot aufnehmen zu können.

In der Arbeit mit Präkonzepten sei zu beachten, dass „die Deutungen der Erwachsenen aus ihrem eigenen Erfahrungshorizont heraus kaum vermeidbar sind, so dass oft die Vorstellung der Lehrenden von den Vorstellungen der Schüler_innen zum Ausgangspunkt didaktischen Denkens gemacht wird.“ (Hempel 2004, S. 39). Es gilt also, sich bewusst damit auseinander zu setzen, ob die Interpretation der Präkonzepte des Lehrenden tatsächlich die Annahmen der Schüler_innen wiederspiegelt oder doch die eigenen Vorstellungen sind.

2.3.4 Zur Erhebung von Präkonzepten

Zur Erhebung von Präkonzepten lassen sich unterschiedliche Vorgehensweisen finden (Max 1997, Duit 1997, Möller 2010 u.a.), auf die hier ausgewählt in Bezug zur Forschungsfrage eingegangen werden soll. Duit (1997) nennt konkret die Erhebung mittels Fragebögen, Multiple-Choice-Tests, Assoziationstests, Conceptmapping und unterschiedliche Formen des Interviews (Duit 1997, S. 241). Laut Möller (2010) lassen sich Präkonzepte neben verbalen Äußerungen auch durch Zeichnungen oder Handlungen erfassen (Möller 2010, S. 61). Max 1997 beschreibt ein Mehrphasenmodell, bei dem die Erfassung und Anreicherung der Präkonzepte beschrieben wird und folgende Einheiten umfasst: Mobilisierungs-, Artikulations-, Herausforderungs-, Argumentations- und Weiterführungsphase (Max 1997, S. 17 ff.).

Die Ziele seien hierbei

• das Mobilisieren der Schülervorstellungen und ihres Interpretationsrahmens

• das Bewusstmachen der Vielfalt und Verschiedenheit der Schülervorstellungen

• die Weiterentwicklung und die Umstrukturierung der bereits vorhandenen Vorstellungen durch die Erfahrbarkeit ihrer Unzulänglichkeit

• die Bewusstwerdung der Schüler_innen des eigenen Verstehensniveau und die Validität der erarbeiteten Vorstellungen

• Ausweitung der entwickelten Vorstellungen auf andere Situationen (ebd.).

Zusammenfassend lässt sich für die vorliegende Arbeit konstatieren, dass im Erhebungsverfahren die beschriebenen Vorgehensweisen auf die Forschungsfrage bezogen genutzt wurden. Dieses wird im Kapitel „Die Pilotstudie“ näher beschrieben.

2.4 Grundlagen der Evolutionsbiologie

Ausgewählte Theorieansätze zur Evolution zeigen die wissenschaftliche Grundhaltung der Arbeit auf und sollen an dieser Stelle themenspezifisch erörtert werden. Nach einer Diskussion über die Relevanz evolutionsbiologischer Themen im Sachunterricht soll ein ausgewählter Überblick zur Evolutionsgeschichte vorgestellt werden, da dies ein Kriterium für die später folgende Definition der Kompetenzstufen darstellt.

2.4.1 Evolution im Sachunterricht - ihre Kernfragen

Bei dem Thema Evolution denken die meisten Menschen vermutlich an Dinosaurier, Neandertaler oder Fossilien - also an abgeschlossene, in der Vergangenheit liegende Ereignisse. Dabei bedeutet Evolution im Grunde einfach „Wandel“ und ist demnach weder auf die Vergangenheit, noch auf Lebewesen beschränkt (vgl. Kleinert, Ruppert, & Stratil 2007, S. 7). Man kann von einem „zeitlosen Prinzip“ sprechen (ebd). In der Grundschule kann und soll es nicht darum gehen, den Kindern die Evolutionstheorie Darwins „kindgerecht“ zu vermitteln (vgl. Marquardt

- Mau und Rojek 2009, S. 2). Vielmehr soll Sachunterricht den Schüler_innen zunehmend wissenschaftlich-orientierte Konzepte bzw. Erklärungsmuster aus naturwissenschaftlicher Perspektive anbieten und die eigenen Alltagsvorstellun-

gen reflektieren und anreichern (ebd.), denn Schüler_innen haben (eigens entwickelte) Fragen zu selbst beobachteten oder erlebten Naturphänomenen (vgl. Hoffmann et al. 2009, S. 269). Im Sachunterricht soll es darum gehen, „selbst die Welt zu erkunden und sie mit Hilfe der Lehrenden verstehen [zu] lernen.“ (Landwehr 2004, S. 50).

Die Kernfragen zu evolutionsbiologischen Themen, die sinnvoll erscheinen, sind die von Eschenhagen bereits 1976 herausgearbeiteten Punkte:

- Mannigfaltigkeit und abgestufte Ähnlichkeit der Lebewesen

- Veränderung der Lebewesen im Laufe langer Zeit

- Angepasstheit der Lebewesen an ihre Umweltbedingungen

(vgl. Eschenhagen 1976, S. 3 [(Unterricht Biologie 1 (3): 2-12)].

Die häufig auftretenden Fragen der Schüler_innen wie z.B. danach, warum Dinosaurier heutzutage nicht mehr leben, wieso es so viele verschiedene Tiere gibt oder wie es zu dem (teilweise sehr) speziellen Aussehen von Tieren kommt, bieten geeignete Anknüpfungspunkte, um evolutionsbiologische Themen zu behandeln. In der vorliegenden Pilotstudie zum Thema Angepasstheit der Lebewesen an ihren Lebensraum wurden diese Fragen initiiert und in der unterrichtlichen Intervention (vgl. Kapitel 3.1.2.2) aufgegriffen.

2.4.2 Geschichte der Evolutionstheorien

„Die Evolution unseres Kosmos entstand vor etwa 15 bis 20 Milliarden Jahren mit dem „Urknall“. (vgl. Kleinert, Ruppert, & Stratil 2007, S. 7). Man geht davon aus, dass sich ca. vor 3,5 Milliarden Jahren die ersten Einzeller, vor ca. 1 Milliarde Jahren die ersten Vielzeller in den Meeren und vor ca. 500 Millionen Jahren dann die ersten Landlebewesen entwickelten (ebd.). Alle Lebewesen, so der Kern einer der wichtigsten Erkenntnisse der modernen Biologie, sind einmal aus einer Einzelzelle hervorgegangen (vgl. Kutscher 2006, S. 11). „Diese erste Zelle hat sich entweder zu einem einzelligen Organismus (z.B. Bakterium) oder einem vielzelligen, höher organisierten Lebewesen entwickelt (ebd.). Die Verwandtschaftsbeziehung von rezenten und fossilen Organismen ist ein Teil der Forschung innerhalb der Biologie (ebd). Unsere heutige Artenvielfalt hat sich über all die Milliarden Jahre hinweg gebildet. Dennoch: „Bis weit in das 18. Jahrhundert