Institut für Physik und Technische Bildung

Es ist ein Ziel des naturwissenschaftlichen Unterrichts, Schülerinnen und Schüler dazu zu befähigen, Aussagen bzgl. naturwissenschaftlicher Inhalte evidenzbasiert, z.B. durch eine Argumentation, zu begründen (Schiepe-Tiska et al. 2012, KMK 2004). Das naturwissenschaftliche Experiment kann im Unterricht zwei wesentliche Bestandteile eines Arguments, nämlich Daten und Hypothesen, „in situ“ produzieren und weist daher eine besondere Eignung als Ausgangspunkt für einen Argumentationsprozess anhand experimenteller Daten und Beobachtungen auf. Durch eine solche Ausrichtung der funktionalen Rolle des Experiments im Unterricht, weg von einer reinen (positivistischen) Lerngelegenheit für methodische Fähig- und Fertigkeiten und fachliche Inhalte hin zu einer Argumentationsgelegenheit, können konzeptionelles Fach-Verständnis sowie ein angemessenes Bild z. B. des vorläufigen, diskursiven und unsicheren Charakters naturwissenschaftlicher Erkenntnis vermittelt werden (Driver, Newton & Osborne 2000). Es gibt bisher nur wenige Untersuchungen, die sich mit dem Experiment als Argumentationsgelegenheit befasst haben. Daher wurden in zwei Studien mit über 1500 Schülerinnen und Schülern Zusammenhänge zwischen personalen Faktoren, der Verwendung bestimmter Argumente nach Durchführung eines Experiments und dem Lernerfolg untersucht. Dabei konnte beispielsweise gezeigt werden, dass fachliches Vorwissen begünstigend für das Heranziehen von Daten als Evidenz (statt z. B. intuitiver Heuristiken und Hinweisreize) auf der einen, sowie das Argumentieren anhand von Daten wiederum begünstigend für Lernerfolg durch das Experiment wirkt. In den Untersuchungen wurde auch deutlich, dass ein mangelndes Verständnis im Umgang mit Unsicherheit in Daten den Lernerfolg schmälert. Schülerinnen und Schüler, die z. B. von statistischen Schwankungen in den experimentellen Daten „überrascht“ waren, neigten dazu eine physikalisch inkorrekte Hypothese beizubehalten, weil sie den eigenen Daten – die eine gute Qualität aufwiesen – kein Vertrauen mehr schenkten.

Auf Grundlage dieser Studien aus der physikdidaktischen Grundlagenforschung sollen nun modulare Unterrichtssequenzen für die Schulpraxis entwickelt und evaluiert werden, bei denen das naturwissenschaftliche Experiment als Ausgangspunkt für eine diskursiv-kritische Auseinandersetzung mit naturwissenschaftlichen Informationen im Mittelpunkt steht. Zentrale Themenbereiche sind der Umgang mit Messdaten und ihren Unsicherheiten sowie das Evidenz-basierte Argumentieren im Kontext naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung. Die auf der Basis des design-based research angelegte wissenschaftliche Begleitung prüft, ob sich die Argumentationsfähigkeit, die Nutzung bestimmter Argumentationstypen (also z. B. das Heranziehen von Daten als Evidenz in einer Argumentation) sowie der fachliche Lernerfolg durch die Intervention (nachhaltig) steigern lassen. Es soll kein Curriculum entwickelt werden, da aus der Vergangenheit bekannt ist, dass „radikale Innovationen“ im Bildungsbereich schwer zu erzielen sind (Reinmann 2005). Stattdessen sollen niedrigschwellig zu verwendende, modulare Einheiten entwickelt werden und so eine Veränderung im Hinblick auf den Einsatz des Experiments eher inkrementell bewirken. Die Entwicklung und Evaluation der Materialien erfolgt in Zusammenarbeit mit Physikdidaktikern, erfahrenen Lehrkräften unserer Kooperationsschulen, Fachseminarleitern, sowie den Studierenden der Lehramtsstudiengänge Physik. So wird durch dieses Projekt die Verzahnung von Grundlagenforschung, Schulpraxis und Lehrerausbildung weiter vorangetrieben. In diesem mehrzyklischen Projekt fließen Ergebnisse, welche in Praxisphasen mit Begleitstudien erzielt wurden, zurück an die Forschung und in die Ausbildung. Lehrer und Studierende gewinnen so einen vertieften Einblick in physikdidaktische Grundlagenforschung und fungieren als Multiplikatoren für die Verbreitung der Erkenntnisse. Zu Ende der angestrebten Projektlaufzeit ist eine Disseminationsphase integriert, in der die Ergebnisse und Materialien nachhaltig und wirkungsvoll deutschlandweit in die Schulpraxis integriert werden sollen.

Gefördert durch die Deutsche Telekom Stiftung, 08/2019-07/2022

Mitarbeiter

• Engin Kardas
• Tobias Ludwig

[Abstract folgt]

Mitarbeiter

• Ralph Hansmann

Eingebettet in MINT²KA, einem Kooperationsprojekt von KIT und PH Karlsruhe, das den Auf- und Ausbau von Lehr-Lern-Laboren zur Vernetzung von Lehre, Forschung und Praxis im Lehramtsstudium in den Blick nimmt, widmet sich dieses Promotionsprojekt der Konzeption von Modulen für das Lehr‑Lern‑Labor physiK²A. Dabei stehen fachinhaltlich physikalische Prozesse im menschlichen Körper im Fokus. Durch die Methode der Didaktischen Rekonstruktion werden Vermittlungskonzepte erarbeitet, die Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe I das Herausarbeiten von physikalischen Sachzusammenhängen insbesondere in Lerngelegenheiten mit physikalischen Experimenten ermöglichen und zudem Gelegenheiten bieten, fachmethodische und ‑didaktische Aspekte der Lehrpersonenbildung zu adressieren. Umsetzung findet die didaktische Strukturierung in Modulen zum Auge, zu Farbe und Farbmischung und zur Wärmeregulation im Körper, welche im Rahmen eines Lehr‑Lern‑Labor‑Seminars mit den Studierenden vorbereitet und mit Schulklassen der Sekundarstufe I durchgeführt werden. Das Projekt umfasst eine erste empirische Untersuchung der Wirksamkeit des Vermittlungskonzepts zu Farbe und Farbmischung. Eine Fortführung der empirischen Untersuchungen in Folgeprojekten bietet sich an. 

Mitarbeiter/-in:

• Tina Schulze
• Roman Dengler
   

Seit dem Einsatz moderner digitaler Technologien ist es beim Experimentieren im naturwissenschaftlichen Unterricht möglich, entweder sehr schnell über eine kurze Zeitspanne oder über eine sehr lange Zeitspanne große Mengen an Messdaten automatisiert zu sammeln. Diese neuen Möglichkeiten führen zum einen dazu, dass der Umgang mit großen Datenmengen im Sinne der Forderung nach 21st Century Skills (Pratama et al., 2020) gefördert werden kann. In diesem Zusammenhang sind aber verschiedene physikdidaktische Fragestellungen ungeklärt: So ist z.B. derzeit ungeklärt, welchen Einfluss die Menge experimentell aufgenommener Messwerte auf das Lernen von Physik hat, z.B. im Bereich des Argumentierens. Das Argumentieren ist eine zentrale wissenschaftliche Praxis (Driver, Newton & Osborne, 2000) bei der Hypothesen mit Daten verknüpft werden und eine bedeutsame Rolle auch im Physikunterricht spielt. Vor diesem Hintergrund soll in diesem Projekt untersucht werden, ob die Menge an selbsterhobenen Messdateneinen Einfluss auf die Qualität der Argumente nimmt. Es soll geprüft werden, ob die Menge an Messdaten zu einer besseren Qualität der Argumente (Sampson & Clark, 2008) führt. Als Kontrollvariable soll u.a. die kognitive Belastung einbezogen werden. Zudem soll in Vorstudien der Effekt der Auswertemethode sowie ein eventueller Zusammenhang des wahrgenommenen Grads der Evidenz sowie der Überzeugung auf die Qualität der Argumente evaluiert werden.

Das Forschungsprojekt wird im Rahmen des Teilprojekts Physik „Förderung des Einsatzes digitaler Messwerterfassungsysteme“ im hochschulweiten Projekt „InDiKo“ zur Digitalisierung in der Lehrkräftebildung bearbeitet.

Mitarbeiter

•  Gregor Benz
• Tobias Ludwig

Die Hamburgisch-Karlsruher Linie der Technikdidaktik

Ausgangspunkt

Technik begleitet das Menschengeschlecht von Anbeginn. Sie ist Gattungsmerkmal und für den Bildungsgang jedes Menschen bedeutsam. Zugleich ist sie ein eigener Wirklichkeitsbereich, unterscheidbar von Mythos und Religion, Sprache, Kunst, Geschichte und Wissenschaft. Sie hat ihre eigenen Denk- und Vorgehensweisen und stellt ein vernetztes System dar. In der Begegnung und Auseinandersetzung mit ihr erzielen wir Erkenntnisse über uns selbst und die Welt. Sie ermöglicht uns, wirksam zu sein und gezielt die Welt zu verändern. Damit gestalten wir unsere Kultur und wachsen geistig an ihr als Individuum, wie als Gesellschaft, Von diesen Sachverhalten ausgehend kommt die Hamburgisch-Karlsruher Linie zu Überzeugungen, in denen sie teilweise mit anderen Richtungen der Technikdidaktik übereinstimmt, die aber in bestimmten Punkten von diesen abweichen:

Kennzeichnungen

Philosophischer und anthropologischer Aspekt:

Es gilt der Primat des Geistes. Im Rahmen seiner Lebensführung hat der Mensch Freiheiten, die er verantwortlich zum Gewinn oder zum Schaden der Mitmenschen oder allgemein der Schöpfung nutzen kann. Technik ist deshalb vom Menschen als ihrem Schöpfer zu verantworten. Positivistisch-materialistische Welterklärungen tendieren dazu, den Geistprimat und damit die Freiheitmenschlicher Entscheidungen in Frage zu stellen.

Pädagogischer Aspekt:

Die Schule hat in ihrem Unterricht die Wirklichkeit des Menschen in den Blick zu nehmen, was aber keine Angleichung an die Wirklichkeit der Lebenswelt bedeutet. Zwischen ihr und der Schule besteht eine wesentliche Differenz. Kinder und Jugendliche haben ein Anrecht darauf, für das spätere Leben im Schutzraum Schule zu lernen. Politisch ambitionierte pädagogische Programme, einhergehend mit Einflussnahmen von welcher Seite auch immer, weichen das pädagogische Ethos auf und verfälschen es. Für die Gestaltung von Unterricht und Erziehung in der Schule müssen pädagogische Erwägungen ausschlaggebend sein.

Didaktischer Aspekt:

Technik als Wirklichkeits- und Kulturbereich korrespondiert mit anderen Bereichen. Als Schulfach hat Technik aber eigene Ziele Inhalte, Methoden, verlangt bestimmte räumliche Bedingungen und muss deshalb seine spezifische Didaktik besitzen. Daraus folgt: Sie muss je nach Schulart in einem Schwerpunkt bzw. in einem eigenen Fach unterrichtet werden. Zwangsvereinigungen wie MINT verkürzen die in solchen Konglomeraten versammelten Fächer und verleiten zu Oberflächlichkeit dort, wo übergreifende Ordnungen und Wesenschau anzustreben sind. Damit ist ein fächerverbindendes Arbeiten am rechten Ort und in der rechten Weise keineswegs ausgeschlossen.

Innerhalb der drei bestehenden technikdidaktischen Richtungen ordnet sich die Hamburgisch-Karlsruher Linie dem mehrperspektivischen Technikunterricht zu. Das drückt sich in ihrem Bestreben aus, eine Begegnung von Schüler und Technik unter drei Perspektiven herbeizuführen: 1. Es müssen grundlegende instrumentelle Fähigkeiten, technisches Sach- und Regelwissen vermittelt werden. 2. Technik muss als sozio-technisches Phänomen bewusst gemacht werden. Denn sie steht als Teil der Gesamtkultur immer in Zusammenhang mit dem einzelnen Menschen und der Gesellschaft. 3. Technikunterricht muss Sinn- und Wertfragen erörtern, die sich aus der Technik ergeben.

Über die Entwicklungsschritte der Hamburgisch Karlsruher Linie der Technikdidaktik informiert in den Räumen der Abteilung technische Bildung an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe ein wandfüllender Fries. Er kann an dieser Stelle als PDF hernutergeladen werden.

1996 wurde die Deutsche Gesellschaft für Technische Bildung mit zwei Gründungsmitgliedern der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe ins Leben gerufen. Die DGTB ist die Plattform, in deren Zentrum die Technik und die dazugehörigen Bildungsimplikationen stehen. Sie vereinigt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit verschiedenen Forschungsansätzen und vernetzt sie.  Es entstehen in gemeinsamer Arbeit Lösungsansätze für die Bildung in einer von Technik maßgeblich geprägten Welt. In ihr spielt die Technik als Schulfach eine entscheidende Rolle. Seit 2013 ist der Karlsruher Professor Dr. Christian Wiesmüller inzwischen in der 4. Amtsperiode der Erste Vorsitzende.

Die Deutsche Gesellschaft für technische Bildung finden Sie hier.