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Lernen über die Natur der Naturwissenschaften – Forschender und historisch orientierter Physikunterricht im Vergleich

Learning About the Nature of Science: A Comparison of Inquiry and Historical Investigative Learning

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Zusammenfassung

Physikunterricht kann und soll dazu beitragen, naive Sichtweisen auf professionelle Forschung ab- und angemessene Vorstellungen zur „Natur der Naturwissenschaften“ (NdN) aufzubauen. Dieser Prozess wird durch eine Unterrichtsgestaltung unterstützt, welche die explizite und reflexive Auseinandersetzung mit NdN-Themen in wissenschaftsauthentischen Lernumgebungen erfordert. Verschiedene Unterrichtsansätze lassen sich derart gestalten und bis dato ist ungeklärt, welche Vor- oder Nachteile einzelne Ansätze für das Lernen über die NdN aufweisen und warum. Diese Studie vergleicht zwei etablierte Ansätze – den Nachvollzug historischer Forschung und das angeleitete forschende Lernen – anhand zweier an NdN-Inhalten und -Erarbeitungsmethoden identischer Unterrichtsreihen (8 Wochen, Jgst. 8 Gym., N = 58). Vor- und nachunterrichtlich wurden Schülervorstellungen zu ausgewählte Aspekten der NdN mittels Interviews erhoben, ihre Angemessenheit eingeschätzt und divergierende Vorstellungsentwicklungen qualitativ-verstehend untersucht. Weiterhin wurde geprüft, ob beim NdN-Lernen Interaktionseffekte zwischen Unterrichtsansatz und ausgewählten Lernvoraussetzungen auftreten (Selbstkonzept und Fach-/Sachinteresse in Physik und Geschichte sowie Autonomieerleben im jeweiligen Unterricht). Es zeigt sich, dass beide Treatments insgesamt ähnlich starke Lernwirkungen zur NdN hervorrufen. Interaktionseffekte sind nur beim forschenden Unterricht zu beobachten. Auf der Ebene einzelner Themen der NdN divergiert die Vorstellungsentwicklung markant. Dies betrifft vor allem Schülervorstellungen zur Logik des Experimentierens, zu Forschungsmotiven sowie zur sozialen Kontrolle und Vorläufigkeit naturwissenschaftlichen Wissens. Der Artikel stellt dar, wie sich die Deutungsmuster der Lernenden zu diesen Aspekten verschieben und diskutiert, welche Merkmale des jeweiligen Unterrichtsansatzes dabei eine Rolle spielen.

Abstract

Physics teaching can and should reduce naive views about scientific research and foster adequate understandings of the “nature of science” (NOS). This process is supported by appropriate instructional design, which allows students to deal with those ideas explicitly and reflexivelyin a content-integrated manner, and within a scientifically authentic learning environment. Various teaching approaches can be designed that way and it is unclear what relative advantages or disadvantages individual approaches have regarding learning about the NOS and what the reasons might be. This study compares two teaching approaches – historical-investigative learning and guided inquiry learning. For each approach a treatment was designed consisting of an 8‑week lesson-series featuring identical NOS content and methods (8th grade German gymnasium, N = 58). Before and after each treatment students’ ideas about selected NOS aspects were determined through interviews and rated for adequacy. Divergent developments between both treatments were subsequently analyzed using qualitative methodology. Interaction effects of NOS-learning, teaching approach and several motivational measures were explored. The overall efficiency of both treatments regarding learning about the NOS is similar. Interaction effects are only observed for guided inquiry learning. The development of students’ ideas diverges at the level of individual NOS aspects, in particular with regard to their ideas about the logic of experimentation, about research motives and about the provisional nature of scientific knowledge. The article illustrates students’ sense-making of those topics in the light of each teaching approach and discusses the role of pedagogical, conceptual and epistemological features of instructional settings in shaping students’ thinking about the NOS.

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Abb. 1
Abb. 2

Notes

  1. In der vorliegenden Studie werden die Konstrukte Lernzuwächse und Vorstellungsänderungen zur NdN synonym genutzt, da Inhalte der NdN Gegenstand intentionalen Unterrichtens sind. Didaktisch wünschenswerte Vorstellungen sind demnach als Lernziele zu verstehen, die Erhebung diesbezüglicher Vorstellungsänderungen als lernzielorientiertes Testen.

  2. Damit ist zunächst regulärer Fachunterricht gemeint, auch wenn sich einige Gestaltungsaspekte ebenso in Wahlkursen oder außerschulischen Lernorten realisieren lassen.

  3. Hier werden bspw. „Black-Box“ oder „Puzzle“ Aufgabenstellungen diskutiert, in denen Lernende künstlich verdeckte Gesetzmäßigkeiten modellieren oder auf Basis unvollständiger Evidenz argumentieren, um daraus Analogien zum Vorgehen realer Forscher/innen abzuleiten. Die verständnisnotwendigen Analogieschlüsse sind nicht trivial, weswegen derartige Aktivitäten in bereits anderweitig NdN-fokussierte Unterrichtseinheiten eingebettet werden sollten (Scharmann et al. 2005).

  4. Lernende können auch selbst an realer Forschung teilnehmen, bspw. in Schülerpraktika an Forschungsinstituten arbeiten. Ihr NdN-Lernen hängt hier davon ab, wie sie in die Forschungsabläufe (Eigenverantwortung, Betreuung) und diese wiederum in den Fachunterricht (Sachbezug, Vor-/Nachbereitung) eingebunden sind (Guerra-Ramos et al. 2010). Da Lernende immer nur einen Ausschnitt der tatsächlichen Forschungsaktivitäten erleben und wissenschaftstheoretisch unbedarfte Äußerungen der beteiligten Praktiker/-innen nicht angemessen einordnen können, verbessert sich ohne reflektierende Nachbesprechungen zwar das Faktenwissen über Teile des Forschungsbetriebs, doch nicht zwingend die Vorstellungen über die NdN (ebd.).

  5. Dies tritt jedoch nur in Studien mit erfahrenen Lehrenden oder mit Expertenkontrolle der unterrichtliche Umsetzung auf – wie bspw. ausbleibende NdN-Effekte bei Foley und McPhee (2008) zeigen.

  6. Diese Befunde beziehen sich zwar auf Physikstudierende im ersten Studiensemester, doch man findet starke Parallelen in der Studie von Hofheinz (2008, 11. Jgst. Gym.).

  7. Umfassende Surveys zu Umfang, Art und Lehrintention der Nutzung von Geschichte für den naturwissenschaftlichen Unterricht stehen noch aus.

  8. Derartige Effekte zeigen sich vor allem in Studien mit schwerpunktmäßig qualitativen Verfahren (bspw. Heering 2000, Hofheinz 2008, Rudge et al. 2014).

  9. Das schließt laut Selbstauskunft der Lehrperson auch andere explizite NdN-Lehre aus, nicht jedoch implizite oder unbewusst sprachlich vermittelte Botschaften über Forschung. Die Lehrperson des zeitgleichen Geschichtsunterrichts war identisch. Die Lehrinhalte wiesen keinen Bezug zur historischen Epoche des Treatment-Unterrichts auf (Klassenbucheinträge).

  10. Auflistungen basaler Lehrziele zur NdN findet sich mittlerweile auch in deutschen physikdidaktischen Lehrwerken, u.a.bei Wiesner et al. (2011, S. 14).

  11. Eine fundierte Auseinandersetzung mit der theoretischen und empirischen Trennbarkeit dieser verschiedenen Wissensbereiche unternimmt Neumann (2011).

  12. Dieses Vorauswahlkriterium dient der Akzentuierung möglicher Interaktionen von Treatment, Lernvoraussetzungen und NdN-Lernen.

  13. Zwischenabstufungen („eher angemessen“, „Alltagsvorstellung“ o. ä.) wurden aus Gründen der Auswertungsökonomie nicht kodiert.

  14. So wird auch der Tatsache Rechnung getragen, dass Lernende zu vielen NdN-Themen erst durch explizite Lehre verbalisierbare Deutungen entwickeln.

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Didaktik der Naturwissenschaften (IDN), Abt. Physikdidaktik, FB 1 Physik/Elektrotechnik, Universität Bremen, Postfach 330440, 28334, Bremen, Deutschland

    Andreas Henke

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Henke, A. Lernen über die Natur der Naturwissenschaften – Forschender und historisch orientierter Physikunterricht im Vergleich. ZfDN 22, 123–145 (2016). https://doi.org/10.1007/s40573-016-0046-z

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