Analyse von Unterrichtskonzepten zum Experimentieren hinsichtlich theoretisch begründeter Unterrichtsprinzipien

Bestandsaufnahme und kriteriale Gegenüberstellung

Autor/innen

  • Arne Bewersdorff PH Heidelberg
  • Armin Baur Pädagogische Hochschule Heidelberg, Institut für Naturwissenschaften, Geographie und Technik, Fach Biologie
  • Markus Emden Pädagogische Hochschule Zürich, Zentrum für Didaktik der Naturwissenschaften

DOI:

https://doi.org/10.4119/zdb-3395

Schlagworte:

Unterrichtskonzepte, Forschendes Lernen, Scientific Inquiry, Experimentieren

Abstract

Seit vielen Jahrzehnten versucht die naturwissenschaftsdidaktische Entwicklung die Lernwirksamkeit lernendenaktiver Experimentierphasen durch innovative, unterschiedlich akzentuierte Unterrichtskonzepte zu fördern. Unterrichtskonzepte sind Gesamtorientierungen didaktisch-methodischen Handelns, in denen ein begründeter Zusammenhang von Ziel-, Inhalts- und Methodenentscheidungen hergestellt wird. Dies hat zu einer Vielzahl von namens- wie auch teils inhaltsgleichen Unterrichtskonzepten geführt, aus deren Nebeneinander Lehrkräfte möglichst geeignete Ansätze für ihren Unterricht auswählen sollen. In diesem Artikel werden prominente Unterrichtskonzepte zum Experimentieren gesichtet, geordnet und bezüglich ihrer Potenziale untersucht, Experimentieren im Sinne der Bildungsstandards zu fördern. Zur Analyse werden vornehmlich im deutschsprachigen Raum besprochene Unterrichtskonzepte ausgewählt, die konstruktivistischen Theorien zum aktiven Lernen folgen. Grundlage des kriteriengeleiteten Vergleichs sind acht theoretisch begründete Unterrichtsprinzipien: (P1) ‚Teilprozesse des Experimentierens berücksichtigen‘, (P2) ,Experimentieren als expliziter Unterrichtsgegenstand‘, (P3) ‚Experimentieren üben‘, (P4) ‚Experimentieren zum Problemlösen einsetzen‘, (P5) ‚Prozessreflektierend experimentieren‘, (P6) ‚Grenzen von Experimenten ansprechen‘, (P7) ‚Wissenschaftliche Strenge walten lassen‘, (P8) ‚Zunehmende Selbstständigkeit der Lernenden beim Experimentieren‘. Als Ergebnis ist festzustellen, dass keines der untersuchten Unterrichtskonzepte alle acht Unterrichtsprinzipien berücksichtigt. Besonders hinsichtlich einer zunehmenden Lernendenselbstständigkeit und des Übens wissenschaftlichen Experimentierens wurden bei vielen Unterrichtskonzepten Leerstellen identifiziert. Die Konzepte des Forschend-entdeckenden Lernens nach Höttecke und des Forschenden Lernens nach Arnold versprächen, nach Erweiterung um einen Übungs-Aspekt, die Berücksichtigung aller Unterrichtsprinzipien.

Literaturhinweise

Abrahams, I. (2017). Minds-on Practical Work for Effective Science Learning. In B. Akpan & K. S. Taber (Hrsg.), Science education. An international course companion (New directions in mathematics and science education, volume 31, 403–413). Rotterdam: Sense Publishers.

Alexakos, K. (2010). Teaching the practice of science, unteaching the “scientific method”. Science Scope, 33(9), 74–79.

Anderson, R. D. (2007). Inquiry as an Organizing Theme for Science Curricula. In S. K. Abell & N. G. Lederman (Hrsg.), Handbook of Research on Science Education (S. 807–830). Mahwah: Erlbaum.

Arnold, J. (2015). Die Wirksamkeit von Lernunterstützungen beim Forschenden Lernen. Berlin: Logos.

Banchi, H. & Bell, R. L. (2008). The Many Levels of Inquiry. Science and Children, 46(2), 26–29.

Barell, J. (2007). Problem-based learning. Thousand Oaks: Corwin Press.

Barron, B. & Darling-Hammond, L. (2010): Prospects and Challenges for Inquiry-Based Approaches to Learning. In: H. Dumont, D. Istance & F. Benavides (Hrsg.): The Nature of Learning. Using Research to Inspire Practice (S. 199–225). Paris: OECD Publishing.

Baur, A. & Emden, M. (2020). How to open inquiry teaching? An alternative teaching scaffold to foster students’ inquiry skills. Chemistry Teacher International, 2(1), 1–12.

Baur, A., Emden, M. & Bewersdorff, A. (2019). Welche Unterrichtsprinzipien sollten für den Aufbau von Kompetenzen zum Experimentieren Beachtung finden? Eine Ableitung auf Basis multiperspektivisch begründeter Unterrichtsziele. Zeitschrift für Didaktik der Biologie, 23(1), 10–24.

Bell, R. L., Blair, L. M., Crawford, B. A. & Lederman, N. G. (2003). Just Do It? Impact of a Science Apprenticeship Program on High School Students' Understandings of the Nature of Science and Scientific Inquiry. Journal of Research in Science Teaching, 40(5), 487–509.

Bell, R. L., Smetana, L. & Binns, I. (2005). Simplifying Inquiry Instruction. The Science Teacher, 7(72), 30–33.

Bell, T. (2007). Entdeckendes und forschendes Lernen. In S. Mikelskis-Seifert & T. Rabe (Hrsg.), Physik-Methodik (S. 70–81). Berlin: Cornelsen.

Bell, T., Urhahne, D., Schanze, S. & Ploetzner, R. (2010). Collaborative Inquiry Learning. International Journal of Science Education, 32(3), 349–377.

Berck, K.-H. & Graf, D. (2018). Biologiedidaktik. Wiebelsheim: Quelle & Meyer Verlag.

Bevins, S. & Price, G. (2016). Reconceptualising Inquiry in Science Education. International Journal of Science Education, 38(1), 17–29.

Blumenfeld, P. C., Soloway, E., Marx, R. W., Krajcik, J. S., Guzdial, M. & Palincsar, A. (1991). Motivating Project-Based Learning. Educational Psychologist, 26(3) 369–398.

Bruner, J. S. (1961). The act of discovery. Harvard Educational Review, 31(1), 21–32.

Bundesassistentenkonferenz. (2009). Forschendes Lernen – Wissenschaftliches Prüfen. Bielefeld: Universitäts-Verlag Webler (Originalarbeit erschienen 1970).

Crawford, B. A. (2014). From Inquiry to Scientific Practices in the Science Classroom. In N. G. Lederman & S. K. Abell (Hrsg.), Handbook of Research on Science Education, Volume II (S. 515–541). London: Routledge.

Dewey, J. (1910). Science as Subject-Matter and as Method. Science, 31(787), 121–127.

Dewey, J. (1916). Democracy and Education. An Introduction to the Philosophy of Education. New York: Macmillan.

Dewey, J. (1938). Logic: The Theory of Inquiry. New York: Henry Holt.

Dörner, D. (1976). Problemlösen als Informationsverarbeitung. Stuttgart: Kohlhammer.

Emden, M. (2011). Prozessorientierte Leistungsmessung des naturwissenschaftlich-experimentellen Arbeitens. Berlin: Logos.

Emden, M. & Baur, A. (2017). Effektive Lehrkräftebildung zum Experimentieren – Entwurf eines integrierten Wirkungs- und Gestaltungsmodells. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 23, 1–19.

Emden, M., Bewersdorff, A. & Baur, A. (2019). Kann Experimentieren in der Schule bilden ? Ein Beitrag zur bildungstheoretischen Legitimation eines selbstverständlichen Gegenstandes des Naturwissenschaftsunterrichts. Zeitschrift für Pädagogik, 65(5), 710–729.

Fischer, H. E. & Sumfleth, E. (Hrsg.) (2013). nwu-essen. 10 Jahre Essener Forschung zum naturwissenschaftli-chen Unterricht. Logos: Berlin.

Furtak, E. M., Seidel, T., Iverson, H. & Briggs, D. C. (2012). Experimental and Quasi-Experimental Studies of Inquiry-Based Science Teaching. Review of Educational Research, 82(3), 300–329.

Göhlich, M., Wulf, C. & Zirfas, J. (2014). Pädagogische Zugänge zum Lernen. In M. Göhlich, C. Wulf & J. Zirfas (Hrsg.), Pädagogische Theorien des Lernens (S. 7–19) Weinheim: Beltz.

Gößling, J. M. (2010). Selbständig entdeckendes Experimentieren. Dissertation. Universität Duisburg-Essen.

Hammann, M. (2004). Kompetenzentwicklungsmodelle. MNU, 57(4), 196–203.

Henke, C. (2007). Experimentell-naturwissenschaftliche Arbeitsweisen in der Oberstufe. Berlin: Logos.

Herron, M. D. (1972). The Nature of Scientific Enquiry. The School Review, 79(2), 171–212.

Hmelo-Silver, C. E. (2004). Problem-Based Learning. Educational Psychology Review, 16(3), 235–266.

Hmelo-Silver, C. E., Duncan, R. G. & Chinn, C. A. (2007). Scaffolding and Achievement in Problem-Based and Inquiry Learning. Educational Psychologist, 42(2), 99–107.

Hofstein, A. (2017). The Role of Laboratory in Science Teaching and Learning. In B. Akpan & K. S. Taber (Eds.), Science education. An international course companion (New directions in mathematics and science education, volume 31, 357–368). Rotterdam: Sense Publishers.

Hofstein, A. & Kind, P. M. (2012). Learning In and From Science Laboratories. In B. J. Fraser, K. G. Tobin & C. J. McRobbie (Hrsg.), Second International Handbook of Science Education (Bd. 1, S. 189–207). Dordrecht: Springer.

Hofstein, A. & Lunetta, V. N. (1982). The Role of the Laboratory in Science Teaching. Review of Educational Research, 52(2), 201–217.

Hood Cattaneo, K. (2017). Telling Active Learning Pedagogies Apart. Journal of New Approaches in Educational Research, 6(2), 144–152.

Höttecke, D. (2010). Forschend-entdeckender Physikunterricht. Unterricht Physik, 21(119), 4–12.

Huber, L. (2018). Forschendes Lernen. Bochum: Zentrum für Wissenschaftsdidaktik der Ruhr-Universität Bo-chum.

Jiang, F. & McComas, W. F. (2015). The Effects of Inquiry Teaching on Student Science Achievement and Attitudes. International Journal of Science Education, 37(3), 554–576.

Jong, T. de & Joolingen, W. R. van (1998). Scientific Discovery Learning with Computer Simulations of Conceptual Domains. Review of Educational Research, 68(2), 179.

Kilpatrick, W. (1918). The Project Method. The Use of the Purposeful Act in the Educative Process. New York: Teachers College, Columbia University.

Kircher, E., Girwidz, R. & Häußler, P. (Hrsg.). (2015). Physikdidaktik. Berlin: Springer Spektrum.

Kirschner, P. A., Sweller, J. & Clark, R. E. (2006). Why Minimal Guidance During Instruction Does Not Work. Educational Psychologist, 41(2), 75–86.

Klahr, D. & Dunbar, K. (1988). Dual Space Search during Scientific Reasoning. Cognitive Science, 12(1), 1–48.

Klautke, S. (2003). Entdeckend-forschendes Lernen. Lernchancen, 31(5), 33–41.

Klos, S. (2008). Kompetenzförderung im naturwissenschaftlichen Anfangsunterricht. Berlin: Logos.

Klos, S., Henke, C., Kieren, C., Walpuski, M. & Sumfleth, E. (2008). Naturwissenschaftliches Experimentieren und chemisches Fachwissen. Zeitschrift für Pädagogik, 54(3), 304–321.

Knoll, M. (1997). The Project Method. Journal of Industrial Teacher Education, 43(3), 59–80.

Koenen, J. (2014). Entwicklung und Evaluation von experimentunterstützten Lösungsbeispielen zur Förderung naturwissenschaftlich-experimenteller Arbeitsweisen. Berlin: Logos.

Koenen, J. (2016). Gestaltung von Experimentiersituationen. In: J. Koenen, M. Emden & E. Sumfleth (Hrsg.), Chemieunterricht im Zeichen der Erkenntnisgewinnung (S. 19–24). Münster: Waxmann.

Kokotsaki, D., Menzies, V. & Wiggins, A. (2016). Project-based learning: A review of the literature. Improving Schools, 19(3), 267–277.

Köster, H. (2006). Freies Explorieren und Experimentieren. Berlin: Logos.

Köster, H. & Galow, P. (2014). Forschendes Lernen initiieren. Naturwissenschaften im Unterricht – Physik, 25(144), 24–26.

Krajcik, J. S., Blumenfeld, P. C., Marx, R. W. & Soloway, E. (1994). A Collaborative Model for Helping Middle Grade Science Teachers Learn Project-Based Instruction. The Elementary School Journal, 94(5),483–497.

Krajcik, J. S. & Shin, N. (2014). Project-Based Learning. In R. K. Sawyer (Hrsg.), The Cambridge handbook of the learning sciences (S. 275–297). Cambridge: Cambridge University Press.

Kranz, J. & Schorn, J. (Hrsg.). (2012). Chemie-Methodik. Berlin: Cornelsen.

Kuhn, T. S. (1976). Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen. Frankfurt am Main: Suhrkamp.

Lederman, N. G. (2007). Nature of Science. Past, Present, and Future. In S. K. Abell & N. G. Lederman (Hrsg.), Handbook of Research on Science Education (S. 831–879). Mahwah: Erlbaum.

Lederman, N. G. & Lederman, J. S. (2012). Nature of Scientific Knowledge and Scientific Inquiry. Building Instructional Capacity Through Professional Development. In B. J. Fraser, K. G. Tobin & C. J. McRobbie (Hrsg.), Second International Handbook of Science Education (S. 335–359). Dordrecht: Springer.

Leisen, J. (2013). Handbuch Sprachförderung im Fach. Stuttgart: Klett Sprachen.

Lu, J., Bridges, S. & Hmelo-Silver, C. E. (2014). Problem-Based Learning. In R. K. Sawyer (Hrsg.), The Cambridge handbook of the learning sciences (S. 298–318). Cambridge: CUP.

Lunetta, V. N., Hofstein, A. & Clough, M. P. (2007). Learning and Teaching in the School Science Laboratory: An Analysis of Research, Theory, and Practice. In S. K. Abell & N. G. Lederman (Hrsg.), Handbook of Re-search on Science Education (S. 393–441). Mahwah: Erlbaum.

Lucas, A. M. (1971). Creativity, Discovery and Inquiry in Science Education. The Australian Journal of Education, 15(2), 185–196.

Martius, T., Delvenne, L. & Schlüter, K. (2016). Forschendes Lernen. MNU Journal, 69(4), 220–228.

Mayer, J. & Ziemek, H.-P. (2006). Offenes Experimentieren. Unterricht Biologie, 30(317), 4–13.

Mayer, R. E. (2004). Should there be a Three-Strikes Rule against pure Discovery Learning? The American psychologist, 59(1), 14–19.

Meyer, H. (1987). Unterrichtsmethoden. Frankfurt am Main: Scriptor.

Mikelskis-Seifert, S. & Rabe, T. (Hrsg.). (2012). Physik-Methodik. Berlin: Cornelsen.

NRC (1996). National Science Education Standards. Washington, D.C.: National Academies Press.

NRC (2000). Inquiry and the National Science Education Standards. Washington, D.C.: National Academies Press.

NRC (2011). A Framework for K–12 Science Education. Washington, D.C.: National Academies Press.

Osborne, J. (2014). Teaching Scientific Practices. Journal of Science Teacher Education, 25(2), 177–196.

Peschel, M. (2009). Der Begriff der Offenheit beim Offenen Experimentieren. In D. Höttecke (Hrsg.), Chemie- und Physikdidaktik für die Lehramtsausbildung (S. 268–270). Münster: LIT.

Priemer, B. (2011). Was ist das Offene beim offenen Experimentieren? Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 17, 315–337.

Prince, M. & Felder, R. (2006). Inductive Teaching and Learning Methods. Journal of Engineering Education, 95(2), 123–138.

Prince, M. & Felder, R. (2007). The Many Faces of Inductive Teaching and Learning. Journal of College Science Teaching, 36(5), 14–20.

Reinhold, P. (1996). Offenes Experimentieren und Physiklernen. Kiel: IPN.

Reinhold, P. (1997). Offenes Experimentieren. In H. E. Fischer (Hrsg.), Handlungsorientierter Physik-Unterricht Sekundarstufe II (S. 104–124). Bonn: Dümmler.

Rumann, S. (2005). Kooperatives Experimentieren im Chemieunterricht. Berlin: Logos.

Scheersoi, A. (2016). „Forschendes Lernen“ im Biologieunterricht. In P. Geiss, R. A. Ißler & R. Kaenders (Hrsg.), Fachkulturen in der Lehrerbildung (S. 242–244). Göttingen: V & R Unipress.

Schmidkunz, H. & Lindemann, H. (1992). Das forschend-entwickelnde Unterrichtsverfahren. Magdeburg: Westarp Wissenschaften (Originalarbeit erschienen 1976).

Schwab, J. (1962). The Teaching of Science as Enquiry. In J. Schwab & P. F. Brandwein (Hrsg.), The Teaching of Science (S. 1–103). Cambridge: Harvard University Press.

Singer, S. R., Hilton, M. L. & Schweingruber, H. A. (2006). America's Lab Report. Washington, D.C.: National Academies Press.

Sommer, K., Wambach-Laicher, J. & Pfeifer, P. (Hrsg.). (2018). Konkrete Fachdidaktik Chemie. Seelze: Friedrich Aulis.

Spörhase-Eichmann, U. & Ruppert, W. (Hrsg.). (2012). Biologie-Methodik. Berlin: Cornelsen.

Sweller, J., Kirschner, P. A. & Clark, R. E. (2007). Why Minimally Guided Teaching Techniques Do Not Work. Educational Psychologist, 42(2), 115–121.

Thomas, J. W. (2000). A Review of Research on Project-Based Learning. San Rafael: Autodesk Foundation.

Wahser, I. (2007). Training von naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen zur Unterstützung experimenteller Kleingruppenarbeit im Fach Chemie. Berlin: Logos.

Walpuski, M. (2006). Optimierung von experimenteller Kleingruppenarbeit durch Strukturierungshilfen und Feedback. Berlin: Logos.

Weber, A. (2007). Problem-based Learning. Bern: hep.

Wellnitz, N. & Mayer, J. (2013). Erkenntnismethoden in der Biologie – Entwicklung und Evaluation eines Kompetenzmodells. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 19, 315–345.

Wheeler, L. B. & Bell, R. L. (2012). Open-ended Inquiry. The Science Teacher, 79(3), 32–39.

Zion, M. & Mendelovici, R. (2012). Moving from Structured to Open Inquiry. Science Education International, 23(4), 383–399.

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Veröffentlicht

2020-09-22

Zitationsvorschlag

Bewersdorff, A., Baur, A., & Emden, M. (2020). Analyse von Unterrichtskonzepten zum Experimentieren hinsichtlich theoretisch begründeter Unterrichtsprinzipien: Bestandsaufnahme und kriteriale Gegenüberstellung. Zeitschrift für Didaktik Der Biologie (ZDB), 24, 108–130. https://doi.org/10.4119/zdb-3395

Ausgabe

Rubrik

Entwicklungsarbeiten und Kurzbeiträge