Schülervorstellungen zum Blutkreislauf. Eine kriteriengeleitete Analyse von Unterrichtsmaterialien

Inhaltsverzeichnis

1 Abstract

2 Einleitung

3 Theoretischer Hintergrund
3.1 Schülervorstellungen
3.2 Konstruktivismus und konstruktivistisch orientierter naturwissenschaftlicher Unterricht
3.3 Das Modell der Didaktischen Rekonstruktion
3.4 Conceptual Change Theorie
3.5 Schülervorstellungen zum Blutkreislauf

4 Analyse der Unterrichtsmaterialien
4.1 Beschreibung der Analysekriterien
4.1.1 Erkunden der Schülervorstellungen als Kriterium
4.1.2 Umstrukturieren der Schülervorstellungen als Kriterium
4.1.3 Berücksichtigung affektiver und situativer Kontextfaktoren
4.2 Analyseergebnisse
4.2.1 Analyse der Unterrichtsreihe „Der Blutkreislauf des Menschen“ von H. Gropengießer & U. Kattmann
4.2.2 Analyse der Unterrichtsreihe „Matters of the Heart“ von R. Richter
4.2.3 Analyse des Unterrichtskonzepts zur Konstruktion einer Modellsimulation des Blutkreislaufs von H. Gresch

5 Fazit und Ausblick

Literaturverzeichnis

Anhang

Plagiatserklärung

1 Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich, basierend auf dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion, der Conceptual Change Theorie und dem Ansatz des Konstruktivismus, mit der Frage, ob und inwiefern Unterrichtsmaterialien auf Schülervorstellungen Bezug nehmen. Dazu wurden drei verschiedene Unterrichtskonzepte zum Thema Blutkreislauf des Menschen, die in der Sekundarstufe 1 eingesetzt werden können, auf ihr didaktisches Vorgehen untersucht.

Als Kriterium für die Analyse wurde zum einen das Erkunden der Schülervorstellungen gewählt, um zu untersuchen, ob die Materialien die Möglichkeit bieten vorunterrichtliche Vorstellungen der Lernenden zu erfassen. Zum anderen wurde mithilfe des Kriteriums der Umstrukturierung der Vorstellungen analysiert, in welcher Weise die Materialien zu einer Veränderung der Schülervorstellungen beitragen. Das dritte Kriterium diente zur Beantwortung der Frage, ob die Materialien affektive und situative Kontextfaktoren in die Unterrichtsgestaltung miteinbeziehen.

Die Analyse der Unterrichtskonzepte zeigte, dass die Materialien an die Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler ausgerichtet sind. Zudem wurde deutlich, dass die Unterrichtskonzepte einige theoretische Empfehlungen zum Umgang mit den Schülervorstellungen berücksichtigen und praktisch umsetzten. Die einzelnen Unterrichtsphasen und die dazu entwickelten Arbeitsblätter ermöglichen eine umfassende Auseinandersetzung mit den eigenen Vorstellungen und Erfahrungen, aber auch mit der fachlichen Perspektive, sodass insgesamt eine Ergänzung der Schülervorstellungen um die naturwissenschaftlichen Vorstellungen erfolgt.

2 Einleitung

‚Vom Herzen fließt das Blut mit dem Sauerstoff Richtung Fuß. Und wenn der Sauerstoff vom Fuß verbraucht ist, fließt es wieder durch die Venen zurück.‘ (Riemeier, Jankowski, Kersten, Pach, Rabe, Sundermeier & Gropengießer, 2010, S. 85). Das Zitat stammt von einer Schülerin aus der 8. Klasse und wurde von Riemeier et. al. (2010) im Rahmen ihrer Forschungsstudie zu den Schülervorstellungen zum „Blut, Herz und Kreislauf beim Menschen“ erhoben (S. 77). Die Aussage soll verdeutlichen, dass Schülerinnen und Schüler bereits über vielfältige Vorstellungen zu biologischen Themen verfügen, wenn sie in den Unterricht kommen. Lehrkräfte werden im Laufe des Unterrichts immer wieder mit den Vorstellungen der Lernenden konfrontiert, da sich diese innerhalb jeden Themas und jeder Klassenstufe finden lassen. Grund dafür ist die Tatsache, dass die Schülerinnen und Schüler bereits außerhalb des Unterrichts Erfahrungen mit bestimmten Phänomenen gesammelt haben, auf denen sich ihre Vorstellungen gründen (Schecker & Duit, 2018). Die Aussage macht zudem deutlich, dass die Lernenden Schwierigkeiten damit haben, sich das Blutkreislaufsystem des Körpers vorzustellen, da es nicht direkt erfahr- oder sichtbar ist. Somit kann nicht erwartet werden, dass Schülerinnen und Schüler bereits über wissenschaftlich richtige Vorstellungen verfügen, wenn das Thema im Unterricht behandelt wird (Schecker & Duit, 2018).

Da die vorunterrichtlichen Vorstellungen bestimmen, wie das im Unterricht präsentierte Wissen verstanden wird, ist es notwendig diese zu thematisieren (Jung, 1986). Zudem sind Schülervorstellungen sehr hartnäckig und können auch noch nach dem Unterricht bestehen bleiben, wenn sie nicht explizit aufgegriffen werden (ebd.). Diese Aspekte machen die Notwendigkeit, dass sich Lehrkräfte mit den Schülervorstellungen beschäftigen, um diese als „Ausgangspunkt“ des Unterrichts zu begreifen, deutlich (Duit 1993, S. 8). Die Beschäftigung mit Forschungsstudien zu typischen Schülervorstellungen ist zudem hilfreich, um zu erfahren, über welche Vorstellungen die Lernenden verfügen und um diese im eigenen Unterricht identifizieren zu können (Hammann & Asshoff, 2017). Weiterhin kann die Auseinandersetzung mit diesen der Lehrkraft dabei helfen, ihre „Einstellung zum Unterricht zu korrigieren“ und die Verknüpfung von Schülervorstellungen und naturwissenschaftlichen Vorstellungen „ernster zu nehmen als bisher“ (Jung, 1989, S. 5).

Es wird jedoch kritisiert, dass der Schwerpunkt der Forschungsstudien vorwiegend „auf der Beschreibung von Schülervorstellungen liegt und nicht auf der Diskussion ihrer unterrichtlichen Konsequenzen“ (Hammannn & Assshoff, 2017, S. 9). Für die Unterrichtspraxis ist es nicht ausreichend die Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler zu kennen. Essentiell ist der methodische Umgang mit den Vorstellungen, da diese das Lernen im Unterricht beeinflussen.

Die vorliegende Arbeit setzt an diesem Punkt an und untersucht die zentrale Frage: Wie gestaltet sich in Unterrichtsmaterialien zum Thema Blutkreislauf der Umgang mit den Schülervorstellungen? Dazu wird zum einen untersucht, ob eine Erfassung der Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler anhand der Materialien stattfindet. Zum anderen wird der Frage nachgegangen, inwiefern die vorunterrichtlichen Vorstellungen genutzt werden, um zu fachlich richtigen Vorstellungen zu gelangen. Um die aufgeworfenen Fragen zu beantworten, werden drei Unterrichtskonzepte anhand von Kriterien analysiert. Die Kriterien basieren auf den theoretischen Überlegungen zur Conceptual Change Theorie, dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion und den Annahmen zum Konstruktivismus und dem konstruktivistisch orientierten Unterricht.

Die curriculare und fachliche Relevanz des Themas Blutkreislauf gründet auf der Tatsache, dass das Thema Bestandteil des Kernlehrplans für die Real-, Haupt- und Gesamtschule ist. Im Kernlehrplan der Realschule heißt es „Der Unterricht eröffnet […] Einblicke in Bau und Funktion des eigenen Körpers und leistet so einen wichtigen Beitrag zur Gesundheitserziehung und Lebensplanung“ (Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen, 2011, S. 9). Das Thema Blutkreislauf findet sich im Inhaltsfeld „Gesundheitsbewusstes Leben (2)“ des Kernlehrplans der Realschule und lässt sich dem Basiskonzept System und Struktur sowie dem Basiskonzept Funktion zuordnen (ebd.).¹ Laut des Kernlehrplans sollen die Lernenden nach der Unterrichtseinheit in der Lage sein, die Transportfunktion des Blutkreislaufes unter Berücksichtigung der Aufnahme und Abgabe von Nährstoffen, Sauerstoff und Abbauprodukten zu beschreiben (ebd.). Für die Schülerinnen und Schüler ist das Thema Blutkreislauf relevant, da sie es mit ihrem eigenen Körper und somit auch mit „ihrer eigenen Erfahrungswelt verknüpfen können“ (Meisert, 2015, S. 255). Durch den Bezug zum eigenen Körper wird zudem das Interesse der Lernenden gesichert (ebd.). Kenntnisse über die Funktionsweise und die Bedeutsamkeit des Herz-Kreislauf-Systems fördern außerdem das Bewusstsein „eines verantwortungsvollen Umgangs mit dem eigenen Körper“, sodass auch eine „gesellschaftliche Relevanz“ gegeben ist (ebd., S. 258).

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, durch die Untersuchung von Unterrichtsmaterialien am Beispiel des Blutkreislaufs, neue Erkenntnisse bezüglich der Frage zu gewinnen, inwiefern Schülervorstellungen in Unterrichtsmaterialien tatsächlich aufgegriffen werden. Die Arbeit umfasst die Analyse von drei ausgewählten Unterrichtsreihen, die im Unterricht eingesetzt werden können. Ein Einblick in reale Unterrichtsverläufe wird nicht gewährleistet.

Nachfolgende wird zunächst eine Definition des Begriffs Schülervorstellung gegeben. Außerdem werden die Hintergründe zum Ursprung der Vorstellungen und deren Merkmale dargelegt. Als Basis für die Analyse werden das Modell der didaktischen Rekonstruktion, die Conceptual Change Theorie und die theoretischen Grundlagen zum konstruktivistisch orientierten Unterricht erläutert. Zudem wird anhand von zwei Studien auf den aktuellen Forschungsstand zu Schülervorstellungen zum Thema Blutkreislauf eingegangen. Im Anschluss erfolgt die theoretische Beschreibung der Analysekriterien. Daran schließt sich die Analyse der Unterrichtsmaterialeien an.

3 Theoretischer Hintergrund

Im Folgenden wird zunächst der theoretische Hintergrund zu den Schülervorstellungen erläutert, um eine Einführung in das Thema zu ermöglichen. Außerdem werden drei theoretische Konzepte, die innerhalb des Unterrichts als Grundlage genutzt werden können, um konstruktiv mit den Schülervorstellungen umzugehen, vorgestellt. Abschließend werden einschlägige Forschungsergebnisse aus Studien, die Schülervorstellungen zum Blutkreislauf erhoben haben, wiedergegeben, um darzustellen über welche Kenntnisse die Schülerinnen und Schüler zum Thema verfügen.

3.1 Schülervorstellungen

Unter Schülervorstellungen werden allgemein Gedanken oder Überlegungen zusammengefasst, die die Lernenden zu bestimmten Phänomenen und Begriffen entwickelt haben (Kattmann, 2017). Synonym dazu wird der Begriff Alltagsvorstellungen verwendet (ebd.). Dabei ist zu bemerken, dass sich die Vorstellungen der Lernenden häufig von den fachlichen Vorstellungen unterscheiden (Hammann & Asshoff, 2017). Die Vorstellungen entstammen aus individuellen Erfahrungen, sowie der Alltagssprache (Schecker & Duit, 2018). Innerhalb der Alltags- oder Umgangssprache wird bestimmten Begriffen eine andere Bedeutung zugeschrieben. Diese unterscheidet sich von der fachlichen Bedeutung. Quellen hierfür sind unter anderem die Medien oder Alltagsgespräche. Jedoch kann auch vorangegangener Unterricht zur Entstehung von Schülervorstellungen beitragen (Häußler, Bünder, Duit, Gräber & Mayer, 1998).

Nach der „erfahrungsbasierten Theorie des Verstehens“ kann hinsichtlich der Schülervorstellungen zwischen erfahrungsbasierten und imaginativen Vorstellungen unterschieden werden (Gropengießer 2006, S. 94). Unter erfahrungsbasierten Vorstellungen werden Vorstellungen verstanden, die aus „Erfahrungen mit der Wahrnehmung, der Körperbewegung, der physischen und sozialen Umwelt“ entstammen (ebd. S. 43). Diese Erfahrungen werden auch als „verkörpert“ bezeichnet, da sie Teil „unseres kognitiven Systems“ sind (ebd.). Die erfahrungsbasierten Vorstellungen können wiederum, mithilfe von „Imagination“ und „Metaphern“, auf andere, nicht direkt erfahrbare Bereiche, übertragen werden um dort „Verständnis zu erlangen“ (ebd.,S. 94f.). Diese Vorstellungen werden unter dem Begriff imaginative Vorstellungen zusammengefasst.

Des Weiteren kann zwischen tief verankerten und ad-hoc-konstruierten Vorstellungen unterschieden werden (Häußler et. al., 1998). Die tief verankerten Vorstellungen weisen eine „hohe Glaubwürdigkeit“ auf, weshalb es besonders schwierig ist sie zu verändern (Möller, 2013, S.60). Im Gegensatz dazu werden die ad-hoch konstruierten Vorstellungen spontan entwickelt und sind dementsprechend leichter zu verändern (Häußler et. al., 1998). Ad-hoc konstruierte Vorstellungen treten zum Beispiel auf, wenn die Schülerinnen und Schüler gebeten werden spontan eine Vorstellung, zu einem ihnen nicht bekannten Thema, zu entwickeln (ebd.).

Wandersee, Mintzes und Novak (1994, S.195) haben ihre Forschungsergebnisse zu den Merkmalen von Schülervorstellungen in acht Thesen zusammengetragen. Laut der ersten These von Wandersee et. al. (1994) kommen Schülerinnen und Schüler mit vielfältigen Vorstellungen in den Unterricht. Die Vorstellungen, die die Schülerinnen und Schüler mit in den Unterricht tragen, finden sich außerdem in Gruppen jeden Alters, jeder Fähigkeit, jeden Geschlechts und jeder Kultur. Die dritte These umfasst die Tatsache, dass die Vorstellungen resistent gegenüber der Auslöschung durch konventionelle Lehrmethoden sind. Zudem konnte im Rahmen ihrer Arbeit herausgefunden werden, dass die Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler oft den Vorstellungen ähneln, die bereits vorangegangene Generationen von Wissenschaftlern und Philosophen gegeben haben. Die persönlichen Vorstellungen entspringen aus unterschiedlichen Erfahrungen, der Kultur und Sprache, sowie Erklärungen aus dem Unterricht. Die sechste These enthält die Annahme, dass Lehrkräfte über ähnliche Vorstellungen verfügen wie ihre Schülerinnen und Schüler. Des Weiteren konnten Wandersee et al. (1994) aufklären, dass die vorunterrichtlichen Vorstellungen in Wechselwirkung mit dem im Unterricht präsentierten Wissen stehen. Daraus resultieren unterschiedliche Lernergebnisse. Für die Unterrichtspraxis ergibt sich deshalb die Vermutung, dass sich Methoden, die einen Conceptual Change hervorrufen, als effektiv erweisen (Wandersee et. al., 1994).

Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass die vorunterrichtlichen Vorstellungen vom jeweiligen Kontext, innerhalb dessen sie geäußert werden, aber auch von der Erhebungsmethode abhängen (Hammann & Asshoff, 2017). Ergänzend dazu geht Duit (1993) davon aus, dass die vorunterrichtlichen Vorstellungen im Unterricht nicht einfach überwunden werden können, sondern sie bilden einen Rahmen, innerhalb dessen neue Informationen interpretiert werden (S.5). Dies führt dazu, dass nur die Informationen wahrgenommen werden, die als wichtig erscheinen (Duit, 1993). Weiterhin kann eine Nichtbeachtung der Vorstellungen zu „Lernschwierigkeiten“ führen, da die Vorstellungen teilweise „tief verankert“ sind und die Lernenden dadurch Schwierigkeiten haben fachlich richtige Vorstellungen zu erwerben und anzuwenden (Hammann & Asshoff, 2017, S. 17f.). Die Annahmen machen deutlich, dass die Verarbeitung, des im Unterricht präsentierten Wissens, durch die Schülervorstellungen beeinflusst wird. Deshalb ist es notwendig, die Vorstellungen im Unterricht aufzudecken und zu berücksichtigen (Schecker & Duit, 2018).

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Lehrpersonen im Unterricht stetig mit Schülervorstellungen konfrontiert werden, da sich diese innerhalb jeder Klassenstufe und jeden Themas finden lassen. Weiterhin wurde die Notwendigkeit, die Vorstellungen aufzugreifen deutlich, da ansonsten Lern- und Verständnisschwierigkeiten entstehen können. Grund dafür ist, dass die Lernenden an ihren alten Vorstellungen festhalten, wenn diese im Unterricht nicht aktiv berücksichtigt werden.

3.2 Konstruktivismus und konstruktivistisch orientierter naturwissenschaftlicher Unterricht

Im Folgenden werden die theoretischen Grundlagen zum Ansatz des Konstruktivismus dargelegt. Dazu wird zunächst auf die Kategorien des konstruktivistisch orientierten Unterrichts eingegangen. Anschließend wird das Modell der konstruktivistischen Lehr-Lern-Sequenzen erläutert.

Der Konstruktivismus bietet Ansatzpunkte, die im Unterricht genutzt werden können, um fruchtbar mit den Schülervorstellungen umzugehen. Insgesamt lassen sich verschiedene konstruktivistische Ansätze finden, wobei sich innerhalb der letzten Jahre der moderate Konstruktivismus etabliert hat (Riemeier, 2007). Der moderate Konstruktivismus setzt sich mit dem Lernprozess des Individuums auseinander (Zabel, 2018). Im Gegensatz dazu steht der radikale Konstruktivismus, welcher davon ausgeht, „dass eine direkte Erfassung einer außen liegenden Wirklichkeit unmöglich ist“ (Riemeier, 2007, S. 70).

Grundsätzlich nimmt der Konstruktivismus an, dass Schülerinnen und Schüler „ihre Welt in voller Bewusstheit selbst und individuell höchst unterschiedlich konstruieren“ (Holz, 2012, S. 65). Dies bedeutet für den Unterricht, dass die Lernenden bestimmte Aussagen anders interpretieren als die Lehrkraft und keine „Eins-zu-Eins-Übertragung“ des Wissens stattfinden kann (Klein & Oettinger, 2007, S. 36). Ursache dafür ist, dass das individuelle Vorwissen und die bestehenden mentalen Strukturen, die Interpretation der Informationen bestimmen (Weitzel, 2015a). Die Lernenden integrieren neues Wissen forschend in ihre vorhandenen Denkmuster (ebd.). Daraus resultiert die Notwendigkeit im Erwerbsprozess eine aktive Rolle einzunehmen, da eine passive Übernahme des Wissens nicht erfolgreich ist (Häußler, 1998). Zudem verfolgen konstruktivistische Ansätze die These, dass Lernen in einem sozialen Kontext stattfindet, innerhalb dessen Ideen geteilt und ausgehandelt werden (Riemeier, 2007). Somit ist es notwendig, eine Lernumgebung und Lernangebote zu schaffen, die es ermöglichen neues Wissen zu konstruieren (ebd.).

Widodo und Duit (2004) haben bezüglich der Lernumgebung ein System mit fünf Kategorien entwickelt, welches einem konstruktivistisch orientierten Unterricht entspricht (Kategoriensystem KONU) (S. 238). Das Modell dient als Hilfestellung, um konstruktivistische Ansichten in die Praxis zu überführen, da es konkrete Umsetzungsmöglichkeiten enthält. Die Kategorien sind:

1. Konstruktion des Wissens ermöglichen
2. Relevanz und Bedeutung der Lernerfahrungen
3. Soziale Interaktionen
4. Unterstützung der Schüler beim eigenständigen Lernen
5. Wissenschaft, Wissenschaftler und wissenschaftliches Wissen

Das Kriterium Konstruktion des Wissens ermöglichen ermittelt, inwiefern im Unterricht auf die Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler eingegangen wird, um eine aktive und selbstständige Konstruktion des Wissens zu fördern (Widodo & Duit, 2004). Dazu zählt, dass den Schülerinnen und Schülern, durch Vor- und Rückschau, ihr „Lernstatus“ im Unterricht bewusst gemacht wird (ebd., S. 238). Diesbezüglich ist es notwendig, das Vorwissen und die Denkweisen der Lernenden aufzudecken. Ein weiterer Aspekt der Kategorie ist das Anbieten von „herausfordernde[n] Problemen“, da diese das Denken fördern und „kognitive Konflikte“ provozieren (ebd., S.239). Um die Konstruktion des Wissens zu ermöglichen kann mit den Vorstellungen auf evolutionäre oder revolutionäre Weise umgegangen werden (ebd.). Evolutionäre Strategien werden auch als kontinuierlich bezeichnet und revolutionäre Strategien als diskontinuierlich (Duit 1999, S. 275). Bei der kontinuierlichen Strategie wird an die Vorstellungen der Lernenden angeknüpft, um zu einer fachlich richtigen Vorstellung zu gelangen oder die vorhandenen Vorstellungen werden umgedeutet (ebd.). Im Gegensatz dazu werden die Vorstellungen bei einem diskontinuierlichen Weg direkt mit den fachlichen Vorstellungen konfrontiert, um einen Konflikt zu erzeugen (ebd.).

Die Kategorie Relevanz und Bedeutung der Lernerfahrungen greift die Bedeutsamkeit des Kontextes, innerhalb dessen sich der Lernprozess vollzieht, auf. Es wird dementsprechend ermittelt, inwiefern im Unterricht auf „Interessen, Einstellungen und Gefühle der Schüler“ eingegangen wird (Widodo & Duit, 2004, S. 238). Darunter fällt die Berücksichtigung und die Anknüpfung an die „Lernbedürfnisse“ der Schülerinnen und Schüler (ebd., S. 239). Zudem gehen Widodo und Duit (2004) davon aus, dass konstruktivistisch orientierter Unterricht Materialien sowie Phänomene und Beispiele aus dem Alltag der Lernenden berücksichtigen sollte, damit das im Unterricht erworbene Wissen mit dem Alltag in Verbindung gebracht werden kann (S. 239). Daran knüpft der Aspekt des Thematisierens von „Anwendungsmöglichkeiten“ des erworbenen Wissens an, um die Einbettung in einen relevanten Kontext zu ermöglichen (Widodo & Duit, 2004, S. 239).

Die Kategorie soziale Interaktion greift die Annahme auf, dass Lernen innerhalb eines sozialen Kontextes stattfindet (Widodo & Duit, 2004). Ein Aspekt der Kategorie ist deshalb der Austausch zwischen den Schülerinnen und Schülern, welcher so organisiert werden kann, dass sich die Lernenden untereinander austauschen oder sich gegenseitig Fragen stellen und Antworten geben (ebd.). Dieselben Formen des Austauschs finden sich ebenfalls im zweiten Aspekt der Kategorie, bei dem es um den Austausch zwischen Lehrkraft und Schülerinnen und Schülern geht. Ein weiterer Aspekt, der in die Kategorie fällt, ist die „soziale Organisation der Klasse“. Dabei lassen sich die verschiedenen Sozialformen: Einzel-, Gruppen- und Partnerarbeit unterscheiden, welche im Unterricht eingesetzt werden können, um den sozialen Austausch zu fördern (ebd.).

Die vierte Kategorie beinhaltet die Unterstützung der Schüler beim eigenständigen Lernen. Innerhalb der Kategorie wird erfasst, inwieweit die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit haben selbstständig zu Lernen (Widodo & Duit, 2004). Dies wird einerseits durch Freiräume gewährleistet, andererseits muss die Möglichkeit bestehen Vorstellungen und Sichtweisen Überdenken zu können. Dazu müssen die Lernenden durch die Lehrperson zu einem selbst-regulativen Handeln ermutigt werden (ebd.).

Die Kategorien des konstruktivistisch orientierten Unterrichts werden mit der Kategorie Wissenschaft, Wissenschaftler und wissenschaftliches Wissen abgeschlossen. Diese Kategorie beruht auf der Annahme, dass naturwissenschaftliches Wissen einen vorläufigen Charakter hat (Widodo & Duit, 2004). Die Kategorie zielt darauf ab, den Lernenden im Rahmen des Unterrichts die Möglichkeit zu geben, die Vorläufigkeit und die Grenzen von Wissen anzuerkennen. Zudem sollen sie verschiedene wissenschaftliche Theorien kennenlernen, um zu erfahren, dass zu einem Thema unterschiedliche Ansichten existieren. Weiterhin sind Widodo und Duit (2004) der Ansicht, dass der Unterricht einen Einblick in verschiedene naturwissenschaftliche Denk-und Arbeitsweisen, wie zum Beispiel Beobachtungen und Hypothesen, ermöglichen sollte (ebd.).

Insgesamt ermöglichen die von Widodo und Duit (2004) entwickelten Kriterien einen eigenständigen Konzeptwechsel, da die Schülerinnen und Schüler durch das selbstständige und sozial determinierte Lernen die Möglichkeit zur Reflexion ihrer Vorstellungen erhalten. Wobei betont werden sollte, dass es sich hierbei nicht um einen vollständigen Wechsel der Konzepte handeln muss. Ziel sollte es sein, den Schülerinnen und Schülern bewusst zu machen, dass in gewissen Situationen, die fachlichen Vorstellungen erfolgreicher sind, als die Alltagsvorstellungen (Jung, 1986).

Weiterhin ist nach Duit (1993) für einen konstruktivistisch orientierten Unterricht das Unterrichtklima von Bedeutung. Die Lehrkraft müsse dafür sorgen, dass ein vertrauensvolles Klima im Klassenraum herrsche, damit es den Schülerinnen und Schülern erleichtert werde ihre Vorstellungen zu thematisieren. Da die Lernenden ihr Wissen nach dem konstruktivistischen Ansatz weitestgehend selbst konstruieren, wird davon ausgegangen, dass die Lehrkraft nicht ausschließlich als Wissensvermittler fungiert, sondern auch eine unterstützende Funktion hat (Duit, 1993).

Da sich der Prozess des Konzeptwechsels mittels des Durchlaufens verschiedener Phasen vollzieht, haben Widodo und Duit (2005) ebenfalls ein Modell entwickelt, welches den „Verlauf konstruktivistischer Lehr-Lern- Sequenzen“ veranschaulicht (S. 135). Das Modell besteht aus einer Abfolge von fünf Phasen. Ausgehend von den Schülervorstellungen kann mithilfe des Modells der Aufbau des fachlichen Wissens nachvollzogen werden.

Die erste Phase des Modells ist die Orientierung, welche dazu dient, die Schülerinnen und Schüler mit dem Unterrichtsthema vertraut zu machen und ihr Interesse zu wecken (Widodo & Duit, 2005). Daran schließt sich die zweite Phase an, die das Erkunden der Schülervorstellungen zum Ziel hat (ebd.). Um als Lehrperson im Unterricht an die vorhandenen Vorstellungen der Lernenden anknüpfen zu können, ist es notwendig diese zu kennen. Zudem hilft das Erkunden der Vorstellungen den Lernenden sich ihrer eigenen Vorstellungen bewusstzuwerden. Darauf folgt im dritten Schritt die Umstrukturierung der Schülervorstellungen. Innerhalb dieser Phase soll den Lernenden die naturwissenschaftliche Sichtweise nähergebracht und ein Konzeptwechsel angestrebt werden (ebd.). Um die Vorstellungen zu ändern, bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Die Lernenden können beispielsweise dazu aufgefordert werden ihre Vorstellungen mithilfe von Experimenten zu überprüfen. Zudem kann die Lehrkraft die Schülerinnen und Schüler bitten, ihre Vorstellung auf der Basis neu erworbener Informationen zu überdenken. Weiterhin ist es möglich, dass die Lehrkraft die Lernenden mit widersprüchlichen oder analogen Vorstellungen konfrontiert (ebd.). In der nächsten Phase, der Anwendung, sollen die neu erworbenen Vorstellungen in vielfältigen Situationen genutzt werden, um diese zu festigen (Widodo & Duit, 2005). Das Modell schließt mit dem Überprüfen und Bewerten der neuen Vorstellungen ab. Im Unterricht kann die Lehrperson dazu die Methode der Rückschau anwenden, um den Lernenden bewusst zu machen, welche Vorstellungen sie vor dem Unterricht hatten und welche neuen Vorstellungen sie durch den Lernprozess erworben haben (Widodo & Duit, 2005). Eine weitere Möglichkeit ist es die Schülerinnen und Schüler anhand von anwendungsbezogenen Aufgaben überprüfen zu lassen, ob die neuen Vorstellungen fruchtbarer sind als die vorunterrichtlichen (Widodo & Duit, 2005).

Insgesamt kann festgestellt werden, dass der Konstruktivismus bei den Schülerinnen und Schülern und ihren Vorstellungen selbst ansetzt und darauf abzielt, die Vorstellungen innerhalb des Unterrichts durch eine eigenständige Konstruktion von Wissen zu reflektieren und zu überarbeiten. Dabei werden vor allem die affektiven Lernmotive der Lernenden berücksichtigt. Zudem wird der Umgebung, innerhalb derer gelernt wird, eine große Bedeutung zugeschrieben. Dies zieht nach sich, dass die Aufgabe der Lehrkraft im Unterricht einerseits darin besteht, für ein vertrauensvolles Klima zu sorgen, andererseits muss sie herausfordernde Aufgaben bereitstellen, um eine Erprobung und Überarbeitung der Vorstellungen zu ermöglichen.

3.3 Das Modell der Didaktischen Rekonstruktion

Grundlegendes Ziel des Modells der Didaktischen Rekonstruktion ist es, „fachliche Vorstellungen […] mit Schülerperspektiven so in Beziehung zu setzen, daß daraus ein Unterrichtsgegenstand entwickelt werden kann“ (Kattmann, Duit, Gropengießer & Komorek, 1997, S. 3). Die Notwendigkeit, die fachliche Perspektive mit der Perspektive der Lernenden in Beziehung zu setzen, gründet in der Erkenntnis, dass die fachlichen Inhalte nicht unverändert in den Unterricht integriert werden können, da die Schülerinnen und Schüler nicht über dieselben Konzepte, wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, verfügen (ebd.). Das Modell setzt an dieser Erkenntnis an und betrachtet die fachlichen Vorstellungen und die Schülervorstellungen als „gleichwertige persönliche Konstrukte“ (Kattmann, 2007). Ziel des Modells ist es jedoch nicht, die alten Vorstellungen zu überwinden, sondern die Lernenden sollen ihre Vorstellungen eigenständig neu konstruieren (Kattmann, 2017).

Das Modell der Didaktischen Rekonstruktion basiert auf einer konstruktivistischen Sichtweise und stellt deshalb die „Anschauungen und inneren Tätigkeiten der Lernenden“ in den Mittelpunkt (Reinfried, Mathis & Kattmann, 2009, S. 405). Das Modell umfasst die drei Komponenten: „fachliche Klärung, Erfassung von Schülervorstellungen und didaktische Strukturierung“ (Kattmann et. al., 1997, S.4). Die fachliche Klärung umfasst die Analyse von aktuellen und historischen Aussagen und Theorien zum jeweiligen Thema, welches im Unterricht behandelt werden soll (Kattmann, 2007). Dazu klärt die Lehrkraft unter anderem die Fragen, welche Bedeutung die wissenschaftlichen Aussagen haben, in welchem Kontext sie stehen und welche Alltagsvorstellungen sich in ihnen finden lassen (Kattmann, 2007). Die Erfassung der Schülervorstellungen dient dazu, die „individuellen Lernvoraussetzungen“ und die „gedanklichen Konstrukte“ der Schülerinnen und Schüler zu identifizieren (Kattmann, 2007, S. 95). Zur Auf-deckung der Vorstellungen kann untersucht werden, in welchem Zusammenhang die Vorstellungen der Lernenden stehen, welche Erfahrungen den Vorstellungen zugrunde liegen und welche Gemeinsamkeiten sich zwischen den wissenschaftlichen Vorstellungen und den Schülervorstellungen finden lassen (Kattmann, 2007). Die didaktische Strukturierung ist die dritte Komponente des Modells und umfasst den „Planungsprozess“, der zu den „Ziel, Inhalts- und Methodenentscheidungen für den Unterricht führt“ (ebd., S. 96). Grundsätzlich dient die didaktische Strukturierung dazu, die wissenschaftlichen Vorstellungen und die Schülervorstellungen miteinander in Beziehung zu setzten. Dazu wird geklärt, welche Schülervorstellungen bei der Vermittlung des Themas zu beachten sind und mit welchen wissenschaftlichen Vorstellungen diese bereits Übereinstimmungen zeigen (ebd.).

Nach dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion bestehen verschiedene Möglichkeiten, um die Schülervorstellungen im Unterricht effektiv zu nutzen. Es gibt die Möglichkeiten „Anknüpfung“, „Perspektivwechsel“, „Kontrast“ und „Brücke“ (Kattmann, 2017, S. 9). Bei der Anknüpfung wird laut Kattmann (2017) so vorgegangen, dass im Unterricht einzelne Aspekte aus den Schülervorstellungen aufgegriffen werden, die bereits mit den wissenschaftlichen Aussagen übereinstimmen. Diese Aspekte dienen als Ausgangspunkt, um fachlich richtige Vorstellungen aufzubauen. Die Anknüpfung zielt somit darauf ab, die Vorstellungen der Lernenden mit den wissenschaftlichen Vorstellungen in Verbindung zu bringen. Demnach müssen die Schülervorstellungen nicht vollständig umstrukturiert werden, sondern es reicht sie zu erweitern (Hammann & Asshoff, 2017). Bei der Methode des Perspektivwechsels, wird die „der Alltagsvorstellung zugrunde liegende Betrachtungsweise […] durch einen anderen Standpunkt ergänzt“ (Kattmann, 2017, S. 9). Im Gegensatz dazu wird bei der Vorgehensweise des Kontrastes, die Alltagsvorstellung der fachlichen Vorstellung gegenübergestellt. Diese Methode kann einen kognitiven Konflikt auslösen (ebd.). Der Konflikt wiederum führt die Lernenden in ein Dilemma, welches zur Ausbildung neuer Konzepte beiträgt (Kattmann, 2007b). Jedoch sei nach Kattmann (2007b) nicht immer ein Dilemma notwendig, da ein attraktives Lernangebot ebenfalls zur Neukonstruktion von Vorstellungen führen könne. Eine weitere Methode für den Umgang mit den Vorstellungen ist es, die vorunterrichtlichen Vorstellungen als Brücke zu nutzen, um zu fachlich richtigen Vorstellungen zu gelangen (Kattmann, 2017).

Zusammenfassend, stellt das Modell der Didaktischen Rekonstruktion ein Konzept dar, mithilfe dessen im Rahmen des Unterrichts die Vorstellungen der Lernenden Schritt für Schritt auf die wissenschaftlichen Vorstellungen bezogen werden können, um neue, fachlich richtige Vorstellungen zu erwerben. Das Modell weißt Ähnlichkeiten zum Konstruktivismus auf, da auch hier die Lernenden, mit ihren vorunterrichtlichen Vorstellungen, im Mittelpunkt stehen und ein produktiver Umgang mit den Vorstellungen gewählt wird. In beiden Ansätzen werden die Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler erfasst und durch das unterrichtliche Vorgehen neu konstruiert.

3.4 Conceptual Change Theorie

Seit den 1980er Jahren beschäftigen sich Forschungen mit der Frage, auf Grundlage welcher Bedingungen Lernende ihre vorunterrichtlichen Vorstellungen verändern. Dabei werden zwei Formen der Vorstellungsänderung, die auf Piaget zurückgehen, unterschieden. Zum einen der Prozess der „Assimilation“, bei dem neue Informationen in bereits vorhandene kognitive Schemata integriert werden (Häußler et. al., 1998, S. 184). Zum anderen den Prozess der „Akkommodation“, welcher hervorgerufen wird, wenn die neuen Phänomene nicht mit den vorhandenen Strukturen vereinbar sind und somit völlig neue Schemata entwickelt werden müssen (Posner, Strike, Hewson & Gertzog, 1982, S. 212).

Posner et. al. (1982, S. 214) haben vier Bedingungen formuliert, unter denen Schülerinnen und Schülern bereit sind ihre Vorstellungen zu ändern und den Prozess der Akkommodation zu vollziehen. Der Prozess der Vorstellungsveränderung wird als Conceptual Change bezeichnet (ebd., S. 211). Die erste Bedingung für einen Conceptual Change ist die Unzufriedenheit mit den bisherigen Vorstellungen (Posner et. al., 1982). Demnach sind die Lernenden dazu bereit neue Vorstellungen zu entwickeln, wenn sie den Eindruck haben, dass ihre alte Vorstellung nicht ausreicht, um ein Problem zufriedenstellend zu lösen (ebd.). Die zweite Bedingung ist die Verständlichkeit der neuen Konzepte. Demnach würden Lernende den Prozess der Vorstellungsänderung erst dann vollziehen, wenn die neue Vorstellung verständlich erscheint (ebd.). Eine weitere Bedingung ist die Plausibilität der neu konstruierten Vorstellung. Die neue Vorstellung muss dazu dienen, Probleme lösen zu können, die mit der alten Vorstellung nicht bewältigt werden konnten (ebd.). Die vierte Bedingung ist die Fruchtbarkeit. Demnach muss durch die neue Vorstellung die Möglichkeit entstehen, neue Untersuchungsbereiche erkunden zu können (Posner et. al., 1982).

[...]

¹ Die curriculare Relevanz des Themas wird beispielhaft anhand des Kernlehrplans der Realschule erläutert. Der Kernlehrplan der Hauptschule führt das Thema Blutkreislauf ebenfalls unter dem Inhaltsfeld „Gesundheitsbewusstes Leben (3)“ auf (Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen, 2011, S. 32). Innerhalb des Kernlehrplans der Gesamtschule wird das Thema dem Inhaltsfeld „Körper und Leistungsfähigkeit (4)“ zugeordnet (Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen, 2013, S. 36).