Die Krise, in welcher der heutige naturwissenschaftliche Unterricht in Deutschland steckt, wurde bereits 1977 von Born und Euler provokativ auf den Punkt gebracht:
Unsere Kinder lernen keine Physik, weil der Lehrer über ihre Köpfe hinweg doziert.
Unsere Kinder wählen Physik ab, weil der Unterricht zu abstrakt und nicht interessant ist.
Unsere Kinder werden morgen die Welt nicht verstehen, weil ihnen das physikalische Grundwissen fehlt.
In den Ergebnissen der internationalen Vergleichstudien TIMSS („Third International Mathematics and Science Study“, vgl. Baumert et al., 1997) und auch der PISA-Studie („Programme for International Student Assessment“, vgl. Baumert et al., 2001) zeigte sich, dass deutsche Schüler mit ihren Fähigkeiten aus dem mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich lediglich im Mittelfeld liegen. Zwar konnten sie Routineaufgaben relativ sicher ausführen, sobald aber ein größerer Transfer oder logische Schlussfolgerungen gefordert waren, fielen die Ergebnisse weit schlechter aus.
Diese anscheinend bei deutschen Schülern noch kaum vorhandene Fähigkeit, neuartige Aufgaben zu lösen, wird in der Pädagogik und Psychologie als Problemlösekompetenz bezeichnet. Die Tatsache, dass japanische Schüler in der Spitzengruppe lagen, erklärt Schümer (1998) eben gerade durch die starke Konzentration auf das Problemlösen im Unterricht an japanischen Schulen. In ihrer Auswertung der Videostudien von TIMSS schreibt sie: „Den Schülern werden Probleme d.h. anspruchsvolle Aufgaben gestellt, die einen Bezug zur Realität haben. Die Probleme werden anschaulich dargeboten, intensiv diskutiert […]. Auffallend häufig stehen Probleme im Mittelpunkt, die auf verschiedene Arten gelöst werden können oder mehrere Lösungen haben.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Lerntheoretische Grundlagen
2.1. Verschiedene Aspekte des Wissenserwerbs
2.1.1. Motivation und Interesse beim aktiven Wissenserwerb
2.1.2. Selbstgesteuerter Wissenserwerb
2.1.3. Konstruktiver Wissenserwerb
2.1.4. Situativer Wissenserwerb
2.1.5. Wissenserwerb im sozialen Zusammenhang
2.2. Förderung des Wissenserwerbs
2.2.1. Systemvermittelnde Lernumgebungen
2.2.2. Problemorientierte Lernumgebungen
2.2.3. Adaptive Lernumgebungen
2.3. Vorwissen und Wissensstrukturen
2.3.1. Bereichsbezogenes Wissen
2.3.2. Strategisches Wissen
2.3.3. Metakognitives Wissen
2.4. Wissensstrukturen und Concept Maps
2.4.1. Methoden zur Erstellung von Wissensstrukturen
2.4.2. Concept Maps
3. Lernfördernde Funktionen von Beispielen und deren Bedeutung beim Problemlösen
3.1. Relevanz von Beispielen
3.2. Beispielarten
3.3. Beispiele und ihre Funktion
3.3.1. Motivationale Funktion
3.3.2. Beispiele als Materialien für exploratives Lernen
3.3.3. Beispiele als Illustration allgemeiner Prinzipien und Prozeduren
3.4. Optimierung von Beispielen
4. Problemlösendes Lernen
4.1. Definition eines Problems
4.2. Problemarten
4.3. Problemlösen und Lernprozesse
4.3.1. Die Grundlagen für erfolgreiches Problemlösen
4.4. Verbesserung des Problemlösens
5. Transferprozesse
5.1. Arten und Formen des Lerntransfers
5.2. Äußere Einflussnahme zur Verbesserung analogen Transfers
5.2.1. Modellbegründete Instruktion
5.2.2. Struktur-Abbildungs-Theorie
5.2.3. Ausgearbeitete Beispielaufgaben
5.2.4. Metakognitive Kontrolle
6. Didaktische Ansätze problemorientierten Lernens
6.1. Problembewusstsein und Motivation
6.2. Problemorientierter Unterricht
6.3. Die Praxis des Klassengesprächs
6.4. Selbständiges Problemlösen der Schüler
6.5. Der Ansatz des Cognitive Apprenticeship
6.6. Kreativität und die Fähigkeit Probleme zu stellen
7. Fachdidaktische Ansätze problemorientierten Lernens
7.1. Die Rolle des Experiments im (problemorientierten) Physikunterricht
7.1.1. Verschiedene Experimentierformen und ihr Erfolg
7.1.2. Didaktische Leistungen des Computereinsatzes
7.2. Zum Einsatz von Schulbuch und Fachsprache im (problemorientierten) Physikunterricht
8. Planung des Unterrichts
8.1. Bestimmung und Präzisierung des (Basis-) Lehrstoffs
8.2. Darstellung des Lehrstoffs als Aufgabenklasse
8.3. Von der Aufgabenklasse zu konkreten Aufgaben
9. Schlussbetrachtung
Zielsetzung & Themen
Ziel der Arbeit ist es, aktuelle pädagogische und fachdidaktische Ansätze zum problemlösenden Lernen im Kontext des Physikunterrichts darzustellen und zu diskutieren. Dabei wird untersucht, wie Lehrkräfte durch gezielte methodische Ansätze die Problemlösekompetenz von Schülern verbessern und dabei gleichzeitig den spezifischen Anforderungen der Physikdidaktik gerecht werden können.
- Aktuelle Lerntheorien und Wissenserwerb im konstruktivistischen Kontext
- Die didaktische Relevanz und Optimierung von Beispielen beim Problemlösen
- Methoden und Ansätze zum problemorientierten Unterricht und deren praktische Umsetzung
- Die Rolle von Experimenten, Schulbüchern und Fachsprache in der Physikdidaktik
- Strategien zur systematischen Unterrichtsplanung mittels Verfahren wie PLANA
Auszug aus dem Buch
2.4.2. Concept Maps
Der entscheidende Vorteil der Concept Maps ist, dass die Schüler selbst ihre Wissensstrukuren in Begriffsnetzen konstruieren. Dadurch ist keine (möglicherweise falsche) Fremdinterpretation der Schülerantworten mehr nötig, um die Struktur darzustellen. Allerdings muss diese Methode zuvor mit den Schülern kurz eingeübt werden. Zunächst muss der Schüler die zentralen Begriffe (z.B. Spannung, Strom, Widerstand,…) aufstellen. Dann erstellt er die zugehörigen Relationen (z.B. bewirkt, verringert, beeinflusst,…) und visualisiert sie in Begriffnetzen. Zur Übung helfen einfache Strukturierungen mit Ist-Relationen einer Abstraktionshierarchie, d.h. die Zerlegung eines Begriffs in untergeordnete Elemente, oder Hat-Relationen einer Komplexionshierarchie, d.h. Zerlegung des Begriffs in zugehörige Merkmale, wie in Abb.2.1 dargestellt.
Etwas komplizierter wird es dann bei Kausalrelationen, bei denen ein Begriff in direkte oder indirekte Ursache-Wirkungs-Folgen zerlegt werden soll, oder bei Ablaufrelationen, die den Begriff in Zeitfolgen aufschlüsseln (siehe Abb.2.2).
Auf diese Art lassen sich viele verschiedene Relationen zwischen Begriffen grafisch darstellen und schließlich kombinieren. In einer Erprobung von Peuckert, Rothenhagen und Sylvester (1999) schafften es die Schüler einer 11.Klasse nach einer 25minütigen Einführung, in der eine Concept Map zum Thema ‚Schule’ vorgestellt und danach eine solche zum Thema ‚Straßenverkehr’ gemeinsam erarbeitet wurde, innerhalb der restlichen 20 Minuten Einzelarbeit eine eigene Concept Map zur ‚Flugphysik’ zu erstellen.
Auch wenn dies für die Schüler eine Einschränkung bedeutet, erscheint es dennoch oft sinnvoll, die Begriffe in Rastern, Listen oder auf Karten, die die Schüler danach in Struktur bringen, vorzugeben. Dies erleichtert die Auswertung, da die verschiedenen Concept Maps somit besser vergleichbar sind, und – falls dies geschehen soll – die gerechte Benotung. Für den Unterricht empfiehlt es sich die wichtigen Begriffe gemeinsam mit den Schülern festzulegen und eventuell den Schülern die Möglichkeit für zusätzliche Begriffe zu lassen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die aktuelle Krise im naturwissenschaftlichen Unterricht und führt den Begriff der Problemlösekompetenz als zentrales Ziel ein.
2. Lerntheoretische Grundlagen: Erläutert die Rolle des Konstruktivismus und analysiert Merkmale des Wissenserwerbs sowie die Bedeutung von Vorwissen und Wissensstrukturen.
3. Lernfördernde Funktionen von Beispielen und deren Bedeutung beim Problemlösen: Analysiert, warum Beispiele für die Konstruktion vernetzten Wissens essentiell sind und wie diese im Unterricht optimiert werden können.
4. Problemlösendes Lernen: Definiert den Problembegriff und diskutiert die kognitiven Prozesse, die für erfolgreiches Problemlösen notwendig sind.
5. Transferprozesse: Untersucht die Übertragung gelernten Wissens auf neue Probleme und Wege zur Verbesserung analogen Transfers.
6. Didaktische Ansätze problemorientierten Lernens: Stellt didaktische Konzepte wie das Klassengespräch und das Cognitive Apprenticeship vor, um schülerorientiertes Lernen zu fördern.
7. Fachdidaktische Ansätze problemorientierten Lernens: Konkretisiert die Anwendung auf das Fach Physik, insbesondere die Rolle von Experimenten, Computereinsatz und die Herausforderung durch Fachsprache.
8. Planung des Unterrichts: Bietet einen strukturierten Leitfaden für die Unterrichtsplanung mittels des Verfahrens PLANA, von der Lehrstoffanalyse bis hin zur konkreten Aufgabengestaltung.
9. Schlussbetrachtung: Reflektiert die Vielfalt der Ansätze und empfiehlt eine ausgewogene Anwendung im Schulalltag.
10. Literaturverzeichnis: Listet die verwendeten Quellen für die theoretische Fundierung der Arbeit auf.
Schlüsselwörter
Problemlösendes Lernen, Physikdidaktik, Wissenserwerb, Konstruktivismus, Problemlösekompetenz, Transferprozesse, Concept Maps, Unterrichtsplanung, PLANA, Schülerexperiment, Kognitive Prozesse, Metakognition, Schulbuch, Fachsprache, Didaktische Ansätze.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Integration des problemlösenden Lernens in den Physikunterricht unter Berücksichtigung aktueller lerntheoretischer Erkenntnisse.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Zu den Schwerpunkten zählen die theoretischen Grundlagen des Wissenserwerbs, die Funktion von Beispielen, Transferprozesse sowie spezifische fachdidaktische Methoden für den Physikunterricht.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist eine anwendungsorientierte Übersicht, die Lehrern konkrete Impulse zur Verbesserung der Problemlösefähigkeit ihrer Schüler im Physikunterricht bietet.
Welche wissenschaftliche Methode verwendet der Autor?
Der Autor stützt sich auf eine fundierte Literaturanalyse pädagogischer und psychologischer Theorien, die in fachdidaktische Empfehlungen für den Unterricht übersetzt werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Fundierung, eine Analyse beispielbasierten Lernens, Transferüberlegungen sowie praktische didaktische Ansätze für den Unterrichtsalltag und dessen Planung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Schlagworte sind neben dem problemlösenden Lernen vor allem Konstruktivismus, Transfer, Concept Maps, Experimente und das Unterrichtsplanungsverfahren PLANA.
Wie kann das Modell der "Concept Maps" im Physikunterricht eingesetzt werden?
Concept Maps dienen der Diagnose und Visualisierung von Wissensstrukturen. Schüler konstruieren dabei Begriffsnetze, die dem Lehrer helfen, Fehlkonzepte zu erkennen und den Lernfortschritt gezielt zu steuern.
Warum ist laut Autor die "Lehrerpersönlichkeit" so einflussreich?
Hofstein und Lunetta werden zitiert, um aufzuzeigen, dass Methoden nur dann effektiv sind, wenn sie mit den Überzeugungen und Fähigkeiten des Lehrers harmonieren, da aufgezwungene Stile oft kontraproduktiv wirken.
- Quote paper
- Martin D. C. Bruch (Author), 2006, Problemlösendes Lernen im Physikunterricht, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/116197
