Konzeption einer Unterrichtsreihe zum Thema „Die glaziale Serie mit dem Schwerpunkt Zungenbecken“

Modelle im Geographieunterricht


Examensarbeit, 2016

90 Seiten, Note: 2,0

Larissa Ralfs (Autor)


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Hinweis

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Problemorientiertes und entdeckendes Lernen
2.1 ProblemlösenderUnterricht

3. Modelle im Geographieunterricht
3.1 Merkmale von Modellen
3.2 Funktion von Modellen und Modellkompetenzen
3.3 Arten von Modellen
3.3.1 Graphische Modelle
3.3.2 Konkrete Modelle
3.3.3 Semantische-, Bio- und Soziotechnische Modelle

4. Derexperimentelle Algorithmus

5. Die pleistozäne Vereisung und ihre Auswirkungen - Sachanalyse
5.1 Gletscher
5.1.1 Gletscherbewegungen
5.2 Die glaziale Serie
5.3 Moränen
5.4 Oser und Karnes
5.5 Toteis und Solle
5.6 Sander und Urstromtäler
5.7 Eisstauseen und Zungenbecken
5.7.1 Der große Plöner See als postglaziales Relikt

6. DidaktischeAnalyse
6.1 Inhaltsfelder und Bildungsstandards

7. Konstruktion des Analogmodells Zungenbecken - methodische Analyse
7.1 Einstieg und Problemorientierung - Erste Unterrichtsstunde
7.2 Überblick und Hypothesen - Zweite Unterrichtsstunde
7.3 Bau derAnalogmodelle - Dritte Unterrichtsstunde
7.4 Arbeit an den Modellen und Besprechung - Vierte Unterrichtsstunde
7.5 Reflexion, Fehlerquellendiskussion und Analogisierung - Fünfte Unterrichtsstunde

8. Fazit

Literaturverzeichnis

Anhang

Hinweis

Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird innerhalb dieser Arbeit das generische Maskulinum verwendet. Es wird darauf hingewiesen, dass dies geschlechtsunabhängig zu verstehen ist.

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1 : Graphische Modelle in der Geographie

Abb. 2: Konkrete Modelle in der Geographie

Abb. 3: Die glaziale Serie

Abb. 4: Tiefenprofile und Größe des großen Plöner Sees

Abb. 5: Probenentnahme aus dem großen Plöner See am 4.10.2015

Abb. 6: Probenentnahme vom Uferbereich des großen Plöner Sees am 4.10.2015

Abb. 7: Materialien zum Bau des Modells

Abb. 8: Schablone mit Anzeichnung

Abb. 9: Das ausgefeilte Modell

Abb. 10: Miteinander verklebte Elemente des Modells

Abb. 11 : Das fertig bemalte Modell

Abb. 12: Materialien der vierten Unterrichtsstunde

Abb. 13: Das mit Sedimenten bedeckte und ausgefeilte Becken

Abb. 14: Zwei Esslöffel befördern den Sand aus der Vertiefung

Abb. 15: Wasser des Eisblocks läuft in das Becken - an den Seiten erscheinen die Sedimente als Endmoräne

1. Einleitung

Problemorientiertes und entdeckendes Lernen nehmen nicht nur im Hinblick auf mangelhafte PISA-Ergebnisse eine Sonderstellung ein, sondern bieten ebenfalls die Möglichkeit, eine produktive Form des Unterrichts zu generieren. Schon seit längerem ist bekannt, dass neue experimentelle und kooperative Lernformen zu einem weit größeren Erkenntnisgewinn führen, als frontaler Unterricht dies zu leisten vermag. Eine besondere Aufgabe im naturwissenschaftlichen Unterricht kommt dem Modellieren und Experimentieren zu. Diese offenen und lösungsorientierten Methoden ermöglichen die mannigfaltige Förderung verschiedener Kompetenzen und bieten überdies einen wesentlich nachhaltigeren Lerneffekt als rein an Lernzielen orientierter Unterricht. Im Mittelpunkt stehen hierbei das möglichst selbstständige Erarbeiten einer Fragestellung und deren Bearbeitung durch Visualisierung im Rahmen eines Unterrichtskonzeptes.

Die folgende Arbeit befasst sich sowohl mit der Theorie des Modellierens als auch mit der Praxis in Form einer fiktiv konzipierten Unterrichtsreihe. Das Thema dieser Reihe bildet die glaziale Serie mit dem Schwerpunkt Zungenbecken. Im Laufe der Unterrichtsstunden wird ein entsprechendes Modell geplant, erbaut und im Anschluss analysiert.

Im ersten Teil werden das problemlösende und entdeckende Lernen genauer betrachtet und sowohl ein Überblick über die Historie gegeben, als auch die Möglichkeiten der Anwendung innerhalb des Unterrichts diskutiert. Im Folgenden werden Modelle im Hinblick auf ihre Merkmale und ihren Nutzen untersucht, wobei vor allem graphische und konkrete Modelle genauer beleuchtet werden. Um ein elaborierteres Verständnis über glaziale und periglaziale Vorgänge zu erlangen, beinhaltet die vorliegende Arbeit ebenfalls einen Überblick über das Pleistozän und im Besonderen über Gletschertätigkeiten und die Entstehung postglazialer Landschaften des norddeutschen Raumes.

Die Konzeption einer Unterrichtsreihe bildet eine praxisnahe Zusammenfassung der bearbeiteten Inhalte und konstruiert ein realistisches Beispiel für kompetenzorientierten Unterricht. Um im Sinne einer naturwissenschaftlichen Grundbildung korrekt zu agieren und einen optimalen Verlauf auszuarbeiten, folgen die Unterrichtsstunden im Kern dem experimentellen Algorithmus.

„Dann hast du die Teile in derHand, fehlt nur das geistige Band“. (vgl. Goethe, o.J., o.S., zít. nach Elverfeldt, 2012, S. 129)

2. Problemorientiertes und entdeckendes Lernen

Problemorientiertes und entdeckendes Lernen bilden einen elementaren Beitrag, wenn es um das Erlangen von Kompetenzen geht. Der Kompetenzbegriff definiert sich hierbei wie folgt: „Kompetenzen sind Systeme aus spezifischen, prinzipiell erlernbaren Fertigkeiten, Kenntnissen und metakognitivem Wissen, die es erlauben, eine Klasse von Anforderungen in bestimmten Alltags-, Schul- und Arbeitsumgebungen zu bewältigen“ (vgl. Klieme u.a., 2001, S. 182, zit. nach Funke et al., 2005, S. 12). Das Aneignen und Anwenden fächerübergreifender so genannter

Problemlösekompetenzen bildet ebenfalls eine wichtige Voraussetzung für die wissenschaftliche Grundbildung (Scientific Literacy): Denken in komplexen Zusammenhängen, die Übernahme von Verantwortung, aber auch Team- und Organisationsfähigkeit bilden Schlüsselqualifikationen, die im späteren Berufsleben der Schüler eine wichtige Rolle einnehmen werden (vgl. Beck, 1993, o.S., zit. nach Neef, 2010, S. 2). Problemlösendes und entdeckendes Lernen beginnen mit dem Interesse der Lernenden, wobei selbstständig ausgeführte Gedanken und Tätigkeiten im Vordergrund stehen. Dabei geht es nicht nur um den eigenständigen Erwerb von Informationen, sondern gleichwohl um das Aufstellen von Hypothesen und deren Überprüfung mittels eigens gewählter Lösungswege und Strategien (vgl. Liebig, 2002, S. 4). Bereits Sokrates (469-399 v. Chr.) ermutigte seine Schüler dazu, Fragen darüber zu stellen, wie sie die Welt sahen und verstanden. Auch Georg Christoph Lichtenberg (1742­1799) und Johann Gottfried Herder (1744-1803) postulierten, dass Lernen ohne eigenes Handeln nicht der Erkenntnis diene und es bei der schlichten Nachahmung bliebe (vgl. Liebig, 2002, S. 5, 6). Entdeckendes Lernen im Sinne der heutigen Pädagogik hatte seinen Ursprung Anfang des 20. Jahrhunderts bei den Amerikanern John Dewey (1859-1952) und William Heard Kilpatrick (1871-1965). Die von beiden aufgestellte Methode besagt, dass Schüler,,(...) selbstständig, eigenverantwortlich, planvoll und zielgerichtet arbeiten, verschiedene Wege ausprobieren, die geprüft und notfalls geändert werden (...)“ sollen (vgl. Liebig, 2002, S. 6). Die zu erwerbenden Erfahrungen - aktiver oder passiver Natur - stehen dabei im Mittelpunkt: Aktive Erfahrungen werden aktiv mitgestaltet, sprich: selbst gemacht; passive Erfahrungen hingegen sind als Teil eigener Handlungen anzusehen. Diese Erfahrungen schaffen einen persönlichen Erkenntnisgewinn, wie zum Beispiel das Verstehen von Beziehungen, Strukturen und Ordnung (vgl. Dewey, 1986, o.S., zit. nach Liebig, 2002, S. 6). Mit dem Aufkommen der Reformpädagogik im 19.

Jahrhundert folgte ein weiterer wichtiger Grundsatz: „Pädagogik vom Kinde aus“. Nach Bertold Otto (1859-1933), welcher ein Unterrichtskonzept basierend auf der selbstständigen Verfolgung im Unterrichts entstandener Inhalte beschrieb, prägte Paul Oesterreich (1878-1959) das Lernen mit „Kopf, Herz und Hand“ (vgl. Liebig, 2002, S. 7). Die Idee, Schüler in einer geöffneten Form an eigens entworfenen Problemstellungen arbeiten zu lassen und als Lehrkraft beratend und bestärkend zur Seite zu stehen, ist demnach nicht neu, sondern lediglich erneut in den Vordergrund gerückt und konkreter definiert worden. Auch der Pädagoge Jean Piaget (1896-1980) verstand unter der Entstehung von Wissen vor allem die aktive Auseinandersetzung mit den Lebenswelten von Kindern (vgl. Zocher, 2000, S. 20, zit. nach Liebig, 2002, S. 7). Hierbei ist wichtig zu erkennen, dass Lernen ein lebenslanger Prozess ist, welcher darauf abzielt, das eigene Wissen aus selbstständigem Antrieb zu verbessern und zu erweitern. Dieser Antrieb unterliegt jedoch einem Gefälle: Obgleich Säuglinge und Kleinkinder einer intrinsischen Neugier folgen, nimmt dieser Prozess mit Erreichen des Schulalters deutlich ab. Mit dem Eintritt in die Grundschule besteht plötzlich die Pflicht des

Lernens. Bereits die frühe Anwendung entdeckender und problemorientierter Lernformen erhält und fördert die Neugier der Kinder (vgl. Liebig, 2002, S. 8). Dabei bedarf es zu Anfang einer größeren Unterstützung seitens des Lehrers und es ist zu berücksichtigen, dass problemlösendes Lernen innerhalb verschiedener Alters- und Klassenstufen unterschiedliche Ausprägungsformen annimmt: Während in der Sekundarstufe I bereits wissenschaftsorientiert gearbeitet werden kann, schließt sich in der Sekundarstufe II eine komplexere Art des forschenden Lernens unter Berücksichtigung des aktuellen Standes der Wissenschaft an (vgl. Messner, 2009, S. 22, 23). Um die Problemlösekompetenz zu fördern, bietet sich somit die Entwicklung von selbstständigen Lern- und Handlungsstrategien an, welche ihren Ausgangspunkt im (naturwissenschaftlichen) Unterricht haben. Diese Lösungsstrategien sind innerhalb des Prozesses noch nicht zu erkennen und sollen - je nach Kompetenz der Lerngruppe - autonom erarbeitet werden (vgl. Kestler, 2015, S. 226). Um das Rätsel eines relevanten - beispielsweise geographischen - Problems lösen zu können, bietet sich die Erforschung dessen unter Zuhilfenahme des experimentellen Algorithmus (siehe Kapitel 4) an. Dieser muss jedoch - wie jede Form des problemlösenden Lernens - zuvor eingeübt werden. Wird der problemlösende Unterricht gänzlich offen gestaltet („Inquiry Learning“) führt dies genau so wenig zum Erfolg, wie komplett angeleiteter Unterricht (vgl. Prenzel et al., 2007, o.S.; Lunetta et al., 2007, o.S.; Kandt, 2008, o.S., zit. nach Parchmann, 2009, S. 77). Das

„InquiryModell“ geht auf Krajcik et al. (1999) zurück und hat sowohl das Beobachten und Fragenstellen sowie das Nutzen von Hintergrundinformationen und Sammeln von Daten zur Aufgabe. Es stellt folglich eine Konzeption zum Forschen, als auch eine Möglichkeit Antworten zu finden dar. Da das „Inquiry-Modell“ auf Grund des Auffindens neuer Informationen innerhalb des Prozesses mehrfach durchlaufen wird und somit keine lineare Abfolge erkennbar ist, findet es eher in der Oberstufe Anwendung und kann nicht mit jeder

Schülergruppe durchgeführt werden (vgl. Krajcik et al., 1999, o.S., zit. nach Heumann-Rupprecht, 2004, S. 20, 21). Im Sinne eines nachhaltigen Erkenntnisgewinns, sollte eine sinnvolle Kombination aus geöffnetem Unterricht, gemeinsamer Reflexion und bedarfsgerechter Hilfestellung geschaffen werden (vgl. Kandt, 2008, o.S., zit. nach Parchmann, 2009, S. 77). Die produktive Auseinandersetzung mit Gegenständen durch Aneignung wesentlicher Erkenntnisse, Zusammenhänge und Gesetzmäßigkeiten im Rahmen eines ganzheitlichen Erziehungsansatzes bildet das Ziel problemlösenden Unterrichts (vgl. Becher & Scheibner, 1983, S. 7).

2.1 Problemlösender Unterricht

Es stellt sich die Frage nach der Möglichkeit des Gelingens problemorientierten Lernens im Hinblick auf verschiedene Faktoren: Wie bereits dargelegt, bietet diese Lernform sehr viele Vorteile und einen fruchtbaren Weg zur Erkenntnisgewinnung. Das Fördern intrinsischer Motivation steht dabei im Vordergrund und lässt sich zu spontaner Neugier weiterentwickeln, so dass die Fähigkeit entsteht, durch selbst gestellte Fragen neues Wissen zu erlangen. Diese Form der Didaktik weicht von der reinen Übertragung der Unterrichtsinhalte vom Lehrer zur Klasse ab und bedeutet eine neue Art der Herausforderung (vgl. Both, 2005, S. 23). Eigenständig erworbenes Wissen verfestigt sich nachhaltiger im Gedächtnis der Schüler und wird daher schneller zu anwendbarem Wissen. Dieses steht auch in anderen Situationen und bei neu auftretenden Problemen zur Verfügung (vgl. Frey & Frey-Eiling, 2010, o.S., zit. nach Neef, 2010, S. 3). Zudem ist die Motivation, ein Problem selbst zu lösen bei Schülern höher, wenn es um eigens kreierte Fragestellungen geht - im Gegensatz dazu steht die Überprüfung vorgegebener Fragestellungen (vgl. Mayer & Ziemek, 2006, o.S., zit. nach Neef, 2010, S. 3). Einen weiteren signifikanten Vorteil bietet die Tatsache, dass der Unterricht sich offener gestalten lässt - Schüler entdecken Lösungen und haben Erfolgsmomente, ohne dass diese durch den Lehrer initiiert werden: Eine veränderte Rolle des Lehrers wird ersichtlich (vgl. Eigier et al., 1975, S. 90, zit. nach Neef, 2010, S. 3). Bei der Vermittlung von Scientific Literacy im naturwissenschaftlichen Unterricht ist eine Öffnung unerlässlich, um Selbstständigkeit und Eigeninitiative zu fördern. Offenheit in dieser Situation bedeutet: „Experimentation in wich the student reports in his own manner, draws his own conclusions, makes his own predictions, etc." (vgl. Carter, 1973, o.S., zit. nach Backhaus & Braun, 2009, S. 113). Beutelspacher bemerkt, dass das Lernen Erfolgsmomente benötigt. Ein erfahrbares und sichtbares Erleben von Erfolg steigert die Motivation der Schüler und bestärkt sie überdies in ihren Fähigkeiten und ihrem Interesse an der Sache. Er führt weiter aus, dass die „demokratische Variante des Frontalunterrichts“ - der fragen-entwickelnde Stil, ähnlich der klassischen Vorlesung an Universitäten - nicht zur Akkumulation nutzbaren Wissens führt. Hierbei entstehen nur seltene bis gar keine Erfolgsmomente (vgl. Beutelspacher, 2009, S. 31, 32). Es wäre vermessen zu behaupten, dass naturwissenschaftliche Bildung durch reines Vormachen, Vorrechnen oder rein via Kommunikation gelingen kann. Als eine wichtige Voraussetzung für die Integration und das Gelingen problemlösenden Unterrichts, steht die zuvor beschriebene Lehrerrolle und die damit einhergehende Motivation. Seriöser Unterricht benötigt neben einer produktiven Komponente und aktiven Schülern auch einen ebenso aktiven Lehrer, welcher bereit ist, festgelegte Muster zu durchbrechen und selbst Erfolgsmomente zu erleben (vgl. Beutelspacher, 2009, S. 32, 36). Allein die Bereitschaft, das problemlösende Lernen in den eigenen Unterricht zu integrieren, reicht jedoch nicht aus. So können schon bei der Unterrichtsplanung Schwierigkeiten auftreten, da problemlösender Unterricht schwer planbar ist und so bei jungen und ungeübten Lehrkräften zu Unruhe und wenig Konstruktivismus innerhalb der Klasse führen kann (vgl. Werning & Kriwet, 1999, o.S., zit. nach Neef, 2010, S. 3). Ein weiteres Problem bildet die generalisierte Annahme verschiedener Quellen, nach denen alle Schüler neugierig und interessiert an Fragestellungen, Experimenten und Modellen sind - dem ist freilich nicht so. Bei naturwissenschaftlich interessierten Schülern lässt sich diese Neugier schnell wecken, bei einem Teil der Klasse jedoch nur schleppend oder im schlechtesten Fall gar nicht. Das Generieren von Fragen und Hypothesen und deren Überprüfung setzen jedoch vor allem Motivation voraus. Innovativ begonnene Unterrichtsstunden verkommen so schnell zum alt bewährten fragen-entwickelnden Stil (vgl. Winter, 1991, o.S., zit. nach Neef, 2010, S. 3, 4). Eine weitere Problematik ist durch die 45-Minuten-Taktung einer Schulstunde gegeben: Innerhalb dieser eng vorgegebenen Zeit scheint es paradox, genügend Zeit und Raum für freie Entfaltung geben zu können (vgl. Liebig, 2002, S. 13). Als weitere Herausforderung des Lehrers stellt sich folglich gelungenes Zeitmanagement dar. Eine Möglichkeit, größere Projekte zu realisieren, bietet die Auslagerung dieser in Nachmittage oder Projektwochen (vgl. Liebig, 2002, S. 37). Die Anforderungen an Schüler und Lehrer scheinen also klar definierbar: Die Fähigkeiten der Detailanalyse, der Problematisierung von Ergebnissen zur Hypothesenbildung und das kritische und selbstbewusste Vorgehen sind ebenso wichtig, wie die Bereitschaft zur Selbstkritik, die Eingliederung in ein Team und die Akzeptanz begangener Fehler innerhalb des Forschungsprozesses (vgl. Fraedrich, 1999, S. 5). Das in dieser Arbeit vorgestellte - und mit Schülern zu konstruierende - Modell eines Zungenbeckens bildet ein Beispiel des problemlösenden Lernens.

„Die Naturwissenschaft braucht der Mensch zum

Erkennen, den Glauben zum Handeln“, (vgl. Max Planck, O.J., O.S., zít. nach Kugel, 2009, o.S.)

3. Modelle im Geographieunterricht

Obgleich Modelle in Fächern wie Biologie und Physik längst in das Unterrichtsgeschehen integriert wurden, besteht ein großer Nachholbedarf innerhalb des Geographieunterrichts. Bereits 1986 wies Ulrich Theißen im Rahmen eines Artikels darauf hin, dass die Erdkunde als „Kunde“ nicht vor der Schultür liegt und deshalb erfassbar gemacht und in das Klassenzimmer geholt werden müsse (vgl. Theißen, 1986, S. 3). Auch Franz Achilles postulierte im Jahre 1994, dass die Lehrmittelverlage kaum vorgefertigte Modelle anbieten könnten und ein Mangel an Modellen mitunter ebenfalls an einer unzureichenden Ausbildung angehender Lehrkräfte und dem Grundtenor der allgemeinen Zurückhaltung läge. Die Wenigen, zum Einsatz gekommenen Modelle, beschränkten sich auf Darstellungen in Form von Globen, Tellurien oder Höhenstufenmodellen (vgl. Achilles, 1994, S. 6). Es steht außer Frage, dass abwechslungsreicher Unterricht essentiell für den Wissens- und Erkenntnisgewinn der Schüler ist. Dabei genügt es nicht, sich rein theoretisch mit bestimmten Sachverhalten zu befassen - im Gegenteil: das übertriebene Theoretisieren ist kein Merkmal guten Unterrichts. Schüler behalten Gehörtes zu 20 Prozent im Gedächtnis, Gesehenes und Gehörtes in Kombination bereits zu 70 Prozent - selbst Ausgeführtes jedoch zu 90 Prozent (vgl. Schmidtke, 1990, S. 12, 13). Verbale Erklärungen sollten demnach nur den Anfang bilden, eine ergänzende Skizze dient der Vertiefung, aber ohne die selbst ausführende Komponente bleibt der Erkenntnisgewinn mangelhaft. Diese erkenntnistheoretische Funktion können geographische

Modelle leisten, indem sie eine erkenntnisorientierte Auseinandersetzung des Menschen mit geographischen Sachverhalten bieten (vgl. Köck, 1995, S. 251). Dabei fördern das Modellieren und die aktive Auseinandersetzung mit Modellen verschiedene Kompetenzen und unterstützen das für das Fach Geographie unerlässliche Verständnis komplexer Sachverhalte und Systeme. Im Zuge schlechter Ergebnisse innerhalb der PISA-Studie besteht die Forderung nach naturwissenschaftlicher Grundbildung (Scientific Literacy) mehr denn je. Um diese zu erlangen, wurden eine Reihe von zu erreichenden Kompetenzen in die Lehrpläne integriert (vgl. Bylebyl et al., 2010, S. 1). Innerhalb dieser kompetenzorientierten Bildungsstandards kommen dem Experimentieren und Modellieren besondere Bedeutungen zu, da durch sie eine mehrdimensionale naturwissenschaftliche Grundbildung erreicht werden kann (vgl. Monter & Hof, 2012, S. 291,292). Da vermittelte Fakten schnell wieder in Vergessenheit geraten, ist eine Strukturierung dieser erforderlich. Wissen akkumuliert sich erfolgreicher, wenn neue Fakten an bereits bekannte Inhalte anknüpfen und so zu einer Struktur werden. Erst der sich anschließende Transfer des Gelernten sorgt für eine Vernetzung und mithin für eine umfassende Erkenntnis. Bilder, Figuren oder Formeln haben einen großen Anteil an der Herstellung dieser Vernetzung und dienen somit einem höherwertigen Verständnis von Naturwissenschaft (vgl. Birkenhauer, 1995, S. 276). In der Vergangenheit wurde die Verwendung von Modellen im Hinblick auf einen zu hohen Abstraktionsgrad als eine unzumutbare Herausforderung für Schüler diskutiert. Doch schon im Zuge dieser lang zurückliegenden Debatte erkannte man, dass modellorientierter Unterricht bereits im Grundschulalter beginnen kann (vgl. Cole & Beynon, 1969/72, o.S., zit. nach Höllhuber, 1975, S. 9). Nach Hammann besteht allerdings eine Dichotomie zwischen den geforderten Kompetenzen und der tatsächlichen Situation im naturwissenschaftlichen Unterricht. Danach könnten nur 10 bis 15 Prozent der Schüler eines 8. Jahrgangs die Prinzipien einfachster experimenteller Anordnungen verstehen, was die Notwenigkeit experimentelle Kompetenzen zu schulen sehr deutlich offenbart. Dennoch ist es möglich - und ebenso erforderlich - Scientific Literacy zu klassifizieren und im Hinblick auf die herrschende Heterogenität sukzessive anwendbarzu machen (vgl. Hammann, 2004, S. 197). Um umfangreiche Fähigkeiten der Erkenntnisgewinnung vermitteln zu können, ist es unerlässlich, bereits in der Unterstufe mit der Arbeit an Modellen zu beginnen und dabei sinnvoll und strukturiert vorzugehen (vgl. Monter & Hof, 2012, S. 310). Dieses Vorgehen wird in Kapitel 4 erneut aufgegriffen. Im Folgenden werden Merkmale und Funktionen von Modellen und Modellkompetenzen näher betrachtet und überdies verschiedene Arten von Modellen vorgestellt.

3.1 Merkmale von Modellen

Der Begriff „Modell“ wird innerhalb vieler verschiedener Wissenschaften verwendet (vgl. Wirth, 1979, S. 129). Im Rahmen dieser Arbeit werden jedoch lediglich solche behandelt, die von geographischer Relevanz sind. Herbert Stachowiak definiert das Modell in einer Doppeldeutung als ,,(...) Abbild von etwas sowie als Vorbild für etwas (...)“ und in zweiter Deutung als,,(...) Repräsentation eines bestimmten Originals (...)“ (vgl. Stachowiak, 1973, S. 129). Dabei besteht der von ihm aufgestellte Modellbegriff aus drei Hauptmerkmalen:

1. Das Abbildungsmerkmal eines Modells besagt, dass dieses stets eine Abbildung eines natürlichen oder künstlichen Originals ist.
2. Das Verkürzungsmerkmal definiert die Vereinfachung eines Modells zum Original und beinhaltet, dass lediglich Attribute wiedergegeben werden, welche dem Modellierer relevant zur Bearbeitung seines Problems erscheinen.
3. Das pragmatische Merkmal besagt, dass Modelle ihrem Original nicht eindeutig zugeordnet sind, sondern diese Zuordnung nur für bestimmte Zeitintervalle und unter der Prämisse der Zweckausrichtung geschieht (vgl. Stachowiak, 1973, S. 131 ff.)

Alle drei Merkmale heben die Relation zwischen Modell und Original hervor. So betrachtet bilden sie Teilaspekte der für jeweilige Fragestellungen bedeutsamen Wirklichkeit ab und es entsteht ein vereinfachtes System (vgl. Wirth, 1979, S. 129, zit. nach Wiktorin, 2014, S. 7). Stachowiak beschreibt das künstliche oder natürliche Original, welches abgebildet wird, als System (vgl. Stachowiak, 1965, S. 438, zit. nach Wirth, 1979, S. 132). Als stark vereinfachte und verkleinerte Abbildung ermöglicht ein Modell die pragmatische Bearbeitung eines komplexen Systems und schafft eine - pädagogisch sinnvoll ausgerichtete - Basis für den modernen Geographieunterricht (vgl. Wiktorin, 2014, S.6). Obgleich Modelle in den meisten Fällen als verkleinertes Abbild eines Systems in Erscheinung treten, erfüllen sie auch als vergrößerte Darstellung einen wissenschaftlichen Zweck. Bei der Betrachtung von Planktonorganismen zum Beispiel bietet es sich an, ein dreidimensionales Modell zu konzipieren, welches erst durch seine starke Vergrößerung zu einem Erkenntnisgewinn führt (vgl. Bylebyl et al., 2010, S. 25 ff.). Ein weiteres Merkmal von Modellen bildet die These, dass Modelle - anders als die Theorie - nicht zwingend einen Bezug zur realen Welt haben müssen; eine Kohärenz jedoch muss gegeben sein. Es ist viel wichtiger, dass die ,,(...) Möglichkeit eines Bezugs auf die empirische Wirklichkeit gegeben ist (...)“ (vgl. Wirth, 1979, S. 131). Innerhalb geographischer Wissenschaften sollte ein Modell als Abbild eines räumlichen Systems und als erkenntnistheoretische Arbeitsbasis fungieren (ebd., S. 131). Bei der Konstruktion von Modellen kommen oftmals verschiedene technische Hilfsmittel zum Einsatz, welche im System so nicht zu finden sind - diese Elemente werden als abundante Eigenschaften deklariert. Sie nehmen bei der Arbeit an Modellen gleichwohl eine untergeordnete Rolle ein. Ein bedeutsames Merkmal hingegen bildet die Kontrastierung: Hiermit ist gemeint, dass das Modell einen deutlichen Hinweis auf die Intention des Modellierers gibt und nach subjektiven Merkmalen konzipiert in Erscheinung tritt (vgl. Wirth, 1979, S. 133). Es ist freilich angedacht, im Sinne der Scientific Literacy so zu verfahren. Innerhalb des geöffneten Unterrichts spiegelt ein von Schülern frei konstruiertes Modell den tendenziösen Erkenntnisgewinn dieses wider, welcher eine effektive Basis des Lernens bietet. Modellformen sind dennoch immer abhängig von ihrem zu erreichenden Zweck gestaltet. Dabei ist zu beachten, dass eine Reduzierung auch „Weglassen“ bedeutet. Das Modell verliert dadurch zwar nicht seine Aussagekraft, es bildet sich dennoch die Notwendigkeit, innerhalb einer Evaluation der Ergebnisse ausführlich darüber zu sprechen (vgl. Birkenhauer, 1995, S. 277). Gleichzeitig gestaltet sich genau diese Reduktion als zentrales Merkmal eines Modells. Durch diesen Vorgang ist es möglich, sich auf die wenigen, aussagekräftigen Erkenntnisse zu fokussieren und das System als Modellabbildung besser zu verstehen. Werden allerdings zentrale Aspekte weggelassen oder falsch dargestellt, ist das Modell als Abbild grob verfälscht und nicht mehr aussagekräftig im Hinblick auf seine zweckorientierte Ausrichtung (vgl. Birkenhauer, 1995, S. 278). Wie bereits beschrieben, stehen dem Prozess des Modellierens Entscheidungen vor. Diese sind kaum objektivierbar, denn die Auswahl bestätigt sich bei erneuter Gültigkeitsprüfung nicht für jeden Betrachter; auch eine Falsifikation ist möglich. Dennoch sollte ein Modell den Anforderungen der Überprüfbarkeit und Reproduzierbarkeit unterliegen und sowohl auf Vollständigkeit, als auch auf Präzision geprüft werden (vgl. Bossel, 2004, S. 62). Konklusiv betrachtet ist ein Modell kein Originalsystem, sondern kann lediglich vereinfachte, veränderte Ausschnitte dessen darstellen. Diese werden ganz klar durch den Modellzweck und die Modellausrichtung sowie durch den Modellierer selbst gesteuert. Das Modell verhält sich dabei nicht kongruent zum abgebildeten System und verlangt auf Grund dessen eine Evaluation. Der Antwortbereich eines Modells ist begrenzt und ein erkenntnistheoretischer Gewinn erfolgt ausschließlich überden Modellzweck (vgl. Bossel, 2004, S. 51). Besagter Zweck sollte bei wissenschaftlicher Modellbildung nach eindeutigen Kriterien erfolgen und gut durchdacht sein. Es muss gleichwohl berücksichtigt werden, dass eine zu starke Veränderung spätere Rückschlüsse auf das Original schwierig oder gar unmöglich machen kann (vgl. Wirth, 1979, S. 136).

3.2 Funktionen von Modellen und Modellkompetenzen

Die Funktion von Modellen liegt ganz klar in ihrem erkenntnistheoretischen Nutzen begründet. Im Rahmen des bereits beschrieben problemlösenden Lernens ist es unerlässlich, eine 13 eröffnete Wissenslücke über eine selbst erarbeitete Theorie und eine selbst ausgeführte Komponente zu schließen, sprich, mit Lernenden zu modellieren oder zu experimentieren. Dabei ist es wichtig, ein übergeordnetes Modellverständnis zu vermitteln und zusammen mit Modellwissen und der Arbeit an Modellen zu einer Modellkompetenz weiterzuentwickeln (vgl. Meisert, 2008, S. 243). Diese bietet drei Zielebenen: „learning science" als Aneignung naturwissenschaftlichen Wissens, „doing science" als Umsetzung dessen in Form von Strategien und Methoden der Erkenntnisgewinnung und „learning about science" als Ebene, welche die Bedeutung der Naturwissenschaft aufzeigt (vgl. Hodson, 1992, S. 548 f., zit. nach Meisert, 2008, S. 244). Hieraus ergeben sich das Modellwissen („learning scientific models"), die Modellarbeit („act of modelling") und das Modellverständnis („role and nature of models in science") (vgl. Henze, van Driel & Verloop, 2007, o.S., zit. nach Meisert, 2008, S. 244). Um vom Modellwissen und der Arbeit an Modellen zum Modellverständnis zu gelangen und somit Erkenntnisprozesse herbeiführen zu können, ist es wichtig, den Lernenden einen umfassenden Zugang zu modellbasierten Konzepten zu ermöglichen, damit diese sukzessive selbstständig weiterentwickelt werden können (vgl. Meisert, 2008, S. 245). Naturwissenschaften zu unterrichten, ohne Modelle einzubringen, scheint nicht lehrreich, da diese einen großen Anteil an wissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen innehaben (vgl. Harrison &Treagust, 2000, o.S., zit. nach Upmeier zu Beizen & Krüger, 2010, S. 42). Wissenschaftliche - und teils komplexe - Ansätze lassen sich leichter und strukturierter vermitteln, wobei die Realität veranschaulicht und - in für essentiell befundenen Teilen - erfassbar gemacht wird: Ein Modell bietet als Objekt einen leichteren Zugang zur Problemlösung, indem (...) Erlebnis-, Erfahrungs- und Informationsmittel eingesetzt werden (...) (vgl. Kattmann, 2006, o.S., zit. nach Upmeier zu Beizen & Krüger, 2010, S. 42). Die Arbeit mit Modellen kann allerdings nicht zur Zufriedenheit gelingen, wenn durch unzureichende Vermittlung ein falsches Modellverständnis generiert wird. Dies würde zur Folge haben, dass Schüler nicht - oder nur bedingt - dazu in der Lage sind, im Sinne der Scientific Literacy effektiv und selbstständig zu arbeiten und eröffnete Wissenslücken modellbasiert zu schließen (vgl. Meisert, 2008, S. 246). Nach Grosslight et al. ergeben sich drei Niveaustufen des Modellverständnisses: Das naive Modellverständnis, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Schüler von einer 1:1 Relation zwischen Modell und Original ausgeht, das Verständnis der begrenzten Zweckausrichtung eines Modells, welches überdies beinhaltet, dass der Schüler die Idee des Modellierens versteht und nachvollziehen kann und als dritte Stufe das Verständnis des Modells als Instrument der Erkenntnisgewinnung - der Schüler kann hierbei die Struktur und die Idee des Modellierers durchdringen (diese dritte Stufe gelang bei der durchgeführten Erhebung nur Experten) (vgl. Grosslight et al., 1991, S. 891, zit. nach Meistert, 2008, S. 250). Es ist an dieser Stelle wichtig anzumerken, dass ein naives Modellverständnis zu keinerlei Erkenntnisgewinn, oder schlimmer, zu falschen Rückschlüssen führen kann. Aus diesem Grund fungiert ein sicheres Modellwissen als Basis für ein Modellverständnis (vgl. Meisert, 2008, S. 246). Anke Meisert konnte dies durch eine Erhebung in Form von Fragen innerhalb einer 9. Jahrgangsstufe belegen: Als Ergebnis ist unter anderem beschrieben, dass Defizite bezüglich des Verständnisses von Modellen bestehen und überdies der Erkenntnisgewinn nicht transparent erscheint. Es wurde jedoch gezeigt, dass eine konkrete Auseinandersetzung mit Modellen (Modellarbeit) zu einem Modellverständnis entwickelt werden kann (vgl. Meisert, 2008, S. 258). Erkenntnisgewinn kann nur dann erreicht werden, wenn die Modellnutzung mit dem Generieren und Überprüfen von Hypothesen einhergeht und überdies die Beziehung zwischen einem Modell und der Vorstellung des Originals (des Systems) genauer eruiert wird (vgl. Upmeier zu Beizen & Krüger, 2010, S. 47). Dem Modellieren innerhalb des Unterrichts liegen - wie skizziert - elementare Funktionen zu Grunde: Zum einen geschieht die Sicherung des Lernerfolgs - zum Beispiel durch das Einbringen verschiedener Fachtermini an vorgesehenen Stellen - zum anderen bietet es die Unterstützung der Problemerkenntnis selbst, indem komplexe Zusammenhänge durchschaubar gemacht werden. Des Weiteren liefert die Arbeit an Modellen eine klare Strukturierung bei der Konzeption ganzer Unterrichtsreihen, innerhalb derer diese in Form einer selbst erarbeiteten Lösung brilliert (vgl. Birkenhauer, 1995, S. 281). Das Modell erscheint dabei selbst als Ordnungsschema - als erweiterte Erkenntnishilfe für eine Theorie oder einen Systemzusammenhang und schafft durch simulierte Überlegungen weitere Zusammenhänge (vgl. Albrecht, 1975, S. 65). Auch Köck führt die unterstützende und verstärkende Funktion von Modellen innerhalb einer allgemeingeographischen Grundorientierung aus (vgl. Köck, 1995, S. 254). Die erkenntnisfördernde Wirkung wird durch die Polyvalenz von Modellen und Modellwissen noch verstärkt, womit die Zustandsgesetzlichkeit innerhalb verschiedener Sachverhaltsklassen gemeint ist. Einmal verstandenes und anwendbar gemachtes Modellwissen - auf dem Weg zur Modellkompetenz - bietet evident eine Effektivierung und Potenzierung durch Transfer (vgl. Köck, 1995, S. 255). Modellen kommt nach Bossel noch eine weitere - entscheidende - Funktion zu: Oftmals ist es nicht möglich, Systeme (z.B. die glaziale Serie) als Ganzes zu betrachten. Diesem Sachverhalt liegen unterschiedliche Ursachen zu Grunde: Einige Teile eines Systems, oder auch das Systemverhalten, sind nicht sicht- und erforschbar. Eine Reise nach Norddeutschland bietet freilich die Möglichkeit, Teile der im Weichsel-Glazial entstandenen glazialen Serie zu begutachten - jedoch nur für ein geübtes Auge und gewiss nicht vollständig und mit einem erkenntnistheoretischen Mehrwert. Ein noch abstrakteres Beispiel bietet die Lehre des Mondes. Dieser ist mitnichten als Realraum zu erforschen. Modelle übergehen diese Defizite, indem an ihnen konkret geforscht werden kann und sich rasche Ergebnisse erzielen lassen (vgl. Bossel, 2004, S. 50). Des Weiteren kann ein Modell zu dem verändert werden, was es aussagen soll, ohne dass für das reale System oder Objekt eine Gefahr besteht. Wichtig ist dies vor allem innerhalb der Medizin oder Zahnmedizin oder bei der Erforschung von Tieren (vgl. Bossel, 2004, S. 15, 16). Modelle werden somit als Originalrepräsentation herangezogen und dienen neben der reinen Veranschaulichung von Zusammenhängen und der Überprüfung von Hypothesen, der tieferen Erkenntnis über Sachverhalte (vgl. Stachowiak, 1973, S. 138, 139). Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse lassen sich - je nach Gegenstand - teilweise oder ganz auf das System übertragen (vgl. Stachowiak, 1973, S. 140).

3.3 Arten von Modellen

Modelle werden in unterschiedliche Kategorien unterteilt, welche mannigfaltige Einsatzmöglichkeiten bieten. Sie treten als verkleinerte oder vergrößerte Darstellung eines Originals oder Systems, als Schnittzeichnung, Funktionsdiagramm oder Computerprogramm in Erscheinung - auch Planspiele und Simulationen gehören dazu (vgl. Bossel, 2004, S. 13). In welcher Form und in welchem Umfang ein Modell erstellt wird, unterliegt der Bestimmung des Modellzwecks und der gewünschten (natur)wissenschaftlichen Erkenntnis, welche die wichtigste Vorgabe für die Modellentwicklung bietet und als präzise Formulierung gleichzeitig den Beginn der Modellkonstruktion bildet (vgl. Bossel, 2004, S. 51, 52). Nachfolgend werden verschiedene Typen von Modellen vorgestellt, wobei solche, die für die Geographie nicht von Belang sind (semantische-, bio- und soziotechnische Modelle) nur marginal behandelt werden (vgl. Stachowiak, 1973, o.S., zit. nach Wiktorin, 2014, S. 7).

3.3.1 Graphische Modelle

Nach Stachowiak werden graphische Modelle als,,(...) eine wesentlich zweidimensionale anschauliche Ausbildung eines raumzeitlichen Systems (...)“ definiert (siehe Abbildung 1, S. 19) (vgl. Stachowiak, 1965, S. 439, zit. nach Wirth, 1979, S. 144). Ihnen zugehörig sind ¡konische Bildmodelle. Das Wort ¡konisch beschreibt die Abbildung eines Originals ohne Zuhilfenahme des Codes eines Systems, wie es bei Luftbildern oder Photographien der Fall ist. Darstellungsmodelle gehören ebenfalls den graphischen Modellen an, bedienen sich jedoch eines Codes. Dieser fungiert zum Beispiel als Erkennungshilfe. Unter Darstellungsmodelle fallen unter anderem Flussdiagramme oder geologische Karten. Graphische Modelle definieren sich als zweidimensionale Abbilder von Theorien der Wirklichkeit (vgl. Schultze, 2003, S. 4, zit. nach Rinschede, 2007, S. 319). Auch Profilzeichnungen, Zentralitäts- oder Stadtmodelle in funktionaler Gliederung bilden Beispiele dieses Modelltypus (vgl. Schultze, 1994, S. 6). Stachowiak determiniert sie als ,,(...) flächige Visualisation (...)“, die ,,(...) den Bereichen des Wahrnehmens, des Vorstellens und der gedanklichen Operation entstammen (...)“ (vgl. Stachowiak, 1973, S. 160). Darstellungsmodelle werden je nach Zweckbestimmung weiter in Prognosemodelle oder Entscheidungs- und Erklärungsmodelle untergliedert. Unter Erklärungsmodelle fallen das Demonstrationsmodell sowie theoretische Modelle. Letztere kommen beispielsweise als schematische Darstellung in Form von Merk- und Schaubildern vor und können induktiv oder deduktiv gewonnen werden (vgl. Wiktorin, 2014, S. 7).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Graphische Modelle in der Geographie

(Quelle: eigene Darstellung nach Stachowiak, 1973; Wirth, 1979; Wiktorin, 2014)

3.3.2 Konkrete Modelle

Konkrete, oder auch physiko-technische Modelle treten als dreidimensionale Modelle in Erscheinung und bilden somit Teile eines Systems oder das System selbst plastisch ab (siehe Abbildung 2, S. 21) (vgl. Wiktorin, 2014, S. 7). Physiko-technische Modelle bieten als unmittelbare Abbildungen einen direkten Zugang zum Original, da sie naturgetreu erscheinen und überdies abundante Merkmale stärker hervorheben als graphische Modelle (vgl. Wirth, 1979, S. 146). Konkrete Modelle gliedern sich - zweckgerichtet - in Anschauungs­oder Strukturmodelle, Funktionsmodelle, Arbeitsmodelle, Planungsmodelle und Versuchsmodelle (vgl. Rinschede, 2007, S. 319, 320). Anschauungsmodelle bilden didaktisch weniger bedeutsame Abbildungen, da diese als fertige Modelle nicht selbst konstruiert wurden und lediglich angeschaut und betastet werden können. Der

Vorteil liegt jedoch in der Langlebigkeit dieser Modelle (vgl. Achilles, 1994, S. 6). Sowohl eine Kliffküste, Watt und Deich, die glaziale Serie oder eine Talsperre können Anschauungsmodelle sein (vgl. Rinschede, 2007, S. 319). Das Funktionsmodell bietet die Möglichkeit der aktiven Teilnahme - Schüler können selbst tätig werden und ihre Ideen unter Zuhilfenahme von käuflichen Spielzeugen ergänzen. Beispiele hierzu bilden Schiffsschleusen und Stromerzeugung durch Wasser- oder Windräder. Arbeitsmodelle bieten durch zahlreiche Einzelteile, welche operationalisierbar und manipulierbar sind, eine anspruchsvolle und erkenntnistheoretische Art des Modellierens mit Lernenden - eventuell falsch gezogene Rückschlüsse helfen im Sinne der Scientific Literacy bei der Verfestigung von Modellwissen. Hierbei können Arbeitsvorgänge, wie eine Flussbegradigung, das Roden einer Siedlung oder Bewässerungsfeldbau nachgestellt werden (vgl. Achilles, 1994, S. 8, 9). Um planerische Fragestellungen beantworten zu können, bieten sich Planungs- oder Aufbaumodelle an, welche in der Modellierung von Industriestandorten oder Siedlungs- und Verkehrsplanung Anwendung finden. Versuchsmodelle hingegen nähern sich stark einem geographischen Versuch an. Sie gelingen zu Darstellungszwecken, an denen Lernende aktiv mitgewirkt haben, besonders gut. So lassen sich Phänomene, wie Erosion, Luftzirkulation oder ein Dauerfrostboden darstellen und erklären (vgl. Achilles, 1994, S. 9, 10). Stachowiak schlägt eine weitere Unterteilung physiko-technischer Modelle in elektronische und mechanische Modelle vor, wobei sich Letzteres weiter in statisch-mechanisch und dynamisch-mechanisch zergliedert. Nach dieser Definition bildet ein Globus ein statisch-mechanisches Modell, wohingegen ein Tellurium dynamisch-mechanischer Art ist (vgl. Wirth, 1979, S. 146). Wie bereits dargelegt, bildet die Vereinfachung eines Modells durch Veränderung eines der zentralen Merkmale von Modellen (siehe Kapitel 3.1). Diese Abänderung realer Systeme geschieht oftmals über eine so genannte analoge Codierung, da Modelle eine strukturelle und keine qualitative Angleichung bezwecken.

[...]

Ende der Leseprobe aus 90 Seiten

Details

Titel
Konzeption einer Unterrichtsreihe zum Thema „Die glaziale Serie mit dem Schwerpunkt Zungenbecken“
Untertitel
Modelle im Geographieunterricht
Hochschule
Philipps-Universität Marburg
Note
2,0
Autor
Jahr
2016
Seiten
90
Katalognummer
V371317
ISBN (eBook)
9783668497603
ISBN (Buch)
9783668497610
Dateigröße
1943 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Geographie Examen Geologie, Die glaziale Serie mit dem Schwerpunkt Zungenbecken, Zungenbecken, glaziale Serie, Modelle im Geographieunterricht, Geographie, Modelle, wissenschaftliche Hausarbeit, Examensarbeit, experimentelle Algorithmus, großer Plöner See, Plön, Plöner See, postglazial, Relikt, Analogmodell, Analogmodell Zungenbecken
Arbeit zitieren
Larissa Ralfs (Autor), 2016, Konzeption einer Unterrichtsreihe zum Thema „Die glaziale Serie mit dem Schwerpunkt Zungenbecken“, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/371317

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