Anni Heitzmann 23.09.2010 DGTB, Potsdam 2010 exreTu Der Ansatz "expliziter, reflektiver Technikunterricht" Einblick in das Projekt exreTu

Anni Heitzmann 23.09.2010DGTB, Potsdam 2010

exreTu

www.fhnw.ch/ph

Der Ansatz "expliziter, reflektiver Technikunterricht"

Einblick in das Projekt exreTu

Kooperationsprojekt der Professuren Naturwissenschaftsdidaktik und Technisches Design

Team : A. Heitzmann, K.Güdel, M. Oberli, Ch. Rieder, B. Sidler, Th. Stuber, F. Theiler, I. Urfer Hauser

DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann 2

Gliederung des Vortrags

1. Zur Situation des Technikunterrichts heute (Situation Schweiz) - Hintergründe des Projekts exreTu

2. Das Modell des expliziten, reflektiven Technikunterrichts

3. Überblick über das Forschungsprojekt exreTu (Forschungsdesign, Stand)

4. Fokus: Interventionsphase exreTu - Technikunterricht

5. Fokus: Metakognition und Explikation

6. Fokus: Befragung Technikinteresse - Berufswünsche

7. Ausblick: Kompetenzmessung (Schwierigkeiten - Möglichkeiten)

Übersicht


1. Zur Situation des Technikunterrichts (Blickwinkel CH)

•Technik ist ein wichtiger Teil des Alltags - Alltagsbezüge sind für (ein nachhaltiges) Lernen unabdingbar wichtig

• In der Sekundarstufe I sind Kontakte mit der Welt der Technik wichtig aus Gründen der Berufswahl

• Über technisches Handeln kann die Grundkompetenz „Problemlösen“ geschult werden

• Technisches Handeln verbindet kognitive und manuelle Fähigkeiten und Fertigkeiten und spricht so verschiedene Schülertypen an

Situation des Technikunterrichts

Internationale Diskussionen um Bildungsstandards und "technical/ technological literacy"

Stiefmütterchen-Dasein in Curricula und dem realen Schulalltag


Warum gibt es keinen oder wenig Technikunterricht?Schwierigkeiten:

• Stundenplanprobleme: keine passenden Gefässe, Marginalisierung

• Unsicherheit unter Lehrpersonen wegen übergreifenden Aspekten

– bin ich kompetent?

– ist das nicht zu aufwändig?

– komme ich dann trotzdem mit dem Pflichtstoff durch?

• Mangelnde Räumlichkeiten: keine Werkräume, keine Naturwissenschaftsräume...

• Andere, "wichtigere" Probleme: Disziplinarprobleme, Sprachprobleme

• Mangelnde Erfahrung, wenig Austauschmöglichkeiten

• Angst vor aufwändiger Vorbereitung und Durchführung



Auswirkungen der Standarddiskussion in der CH:HarmoS und Lehrplan 21

• Harmonisierung des Schweizerischen Schulsystems: für die 21 deutschschweizer Kantone ein gemeinsamer Lehrplan für die Volksschule

• Ausarbeitung von Basisstandards für vier Fachbereiche

– Schulsprache

– Fremdsprachen

– Mathematik

– Naturwissenschaften



Kompetenzmodell HarmoS: Naturwissenschaften (www.harmos.phbern.ch)

Basisstandards für vier Niveaustufen



Lehrplan 21

(www.lehrplan21.ch)



Zahlreiche vielversprechende Ansätze in CH

explore-it: Lernmittel und Unterstützung übers Internet (Weber et al. 2010)

Do-it-Werkstatt: www.do-it-Werkstatt.ch; Th. Stuber

Projekt Real-Tec: www.real-tec.ch, J.P. Keller

"Technik begreifen„: Lehrmittel(Baumann, Theiler & Baumann, 2010).


http://www.do-it-werkstatt.ch/

http://www.real-tec.ch/




Erfahrungen aus bisherigen Projekten• Technikunterricht wird von Schülerinnen und Schülern positiv erlebt

• Technikunterricht ist fächerübergreifender Unterricht, wobei hier alle Fächer als Zugänge dienen können - Vertiefungen sind fachspezifisch oder fächerübergreifend möglich

• Eine fast zwingende Verbindung ergibt sich zwischen Technischer Gestaltung und Naturwissenschaften und ist für beide Fachbereiche bereichernd

• Technikunterricht kann Gender-Differenzen vermindern, da sowohl Mädchen als Knaben sich positiv einbringen können

Notwendige Voraussetzungen:

Verankerung und Konkretisierung in Curricula

Schulfächergrenzen überschreiten, aufheben

Unterstützung von Lehrpersonen



2. Das Modell exreTu: expliziter reflektiver Technikunterricht

Das Unterrichtsmodell exreTu

Grundansätze

1. Handlungs- und Problemorientierung in komplexen Situationen Ingenieuransatz Technik konstruieren und herstellen

2. Informierend-experimenteller Ansatz (funktionsanalytischer Ansatz)Funktionsanalyse technischer Gegenstände: beschreiben und einander erklären, Vorkonzepte schrittweise erweitern, Begriffe be-greifen Technik verstehen

3. Soziokultureller Ansatz gesellschaftlich-soziale Dimension von Technik ist im Vordergrund Technik nutzen und Technik bewerten

4. Reflexionsorientierung: Metakognition übenArbeitsprozess, Lernprozess und Erkenntnisprozess reflektieren


Konstitutierende Merkmale von exreTu

1. Ingenieur-technisches Handeln

2. Explizit machen von Technik - Technikbegriff erweitern

3. Explizieren von Technik - Nutzen von metakognitiven Strategien

4. Auseinandersetzung mit Berufsrollen - Entwicklung von Rollenverständnis

Das Unterrichtsmodell exreTu


3. Das Forschungsprojekt

exreTu: Wie wirkt sich expliziter, reflektiver Technikunterricht aus? erworbenes Wissen, Kompetenzen, Interesse, Selbstwirksamkeit?

Kompetenzen: technische Kompetenzen? Was gehört dazu? Wie werden sie erworben?

Berufswahl: Gibt es einen Zusammenhang zwischen Technikunterricht und Berufswünschen auf Sek I - Stufe?

Gender: Gibt es unterschiedliche Auswirkungen bei den beiden Geschlechtern?

Das Forschungsprojekt exreTu

Anni Heitzmann 23.09.2010DGTB, Potsdam 2010

Teil 1: Befragung Teil 2: Intervention Datenerhebung

Befragung F1Erhebung Technikinteresse und Berufswünsche

Technikinteresse und Berufswünsche, strukturierter Fragebogen zu Beginn und am Ende des 7. oder 8. Schuljahrs, 30 Klassen (N=450), 15 Kl. Versuchsgruppe V, 15 Kl. Kontrollgruppe K

Versuchsgruppe V mit 15 Klassen (N=225):PK1 + exreTu + PK2;

Kontrollgruppe K mit 15 Klassen (N=225):nur PK1 + PK2

FragebogenF

Pretest PK1: Technikkompetenz, standardisierte Aufgaben

Posttest PK2:Technikkompetenz, standardisierte Aufgaben

Befragung F2Erhebung Technikinteresse und Berufswünsche

Testaufgaben mit Kurzfragebogen

Expliziter, reflektiver Technikunterricht ExreTu:Unterrichtssequenz von ca. 30 Lektionen, Erwerb von Technikkompetenz, Best-practice-Beispiele

Zeit

Gruppeninterviewmit Lehrpersonen

Gruppeninterview

Okt. - Nov. 2010

Durchführung Intervention Nov. 10 - März 11

April - Juni 2011

Testaufgaben mit Kurzfragebogen

Arbeitsjournale mit Meilensteinreflexionen

Protokolle

FragebogenF

Projektbeginn Nov. 09 bis Okt 10

Entwicklung der Instrumente (Fragebogen)

Aufgaben für Kompetenzerhebung

Planung Intervention/Info LP

April - Juni 2012 Befragung F3 - Follow upErhebung Technikinteresse und Berufswünsche

FragebogenF

Übersicht über die Projektanlage von exreTu (Projektplan Juni 2010)

Weiterbildung Lehrpersonen der Versuchsgruppe (ca. 15); Eröffnungsveranstaltung: 11. August 2010


Technik erkunden

Was ist Technik? Bezug zur Aussen- und Umwelt

(ca.2 Lektionen)

Technische Fähigkeiten, Fertigkeiten und Kenntnisse entwickeln

Funktionszusammenhänge verstehen, Werkstoffe kennen lernen und Fertigkeiten entwickeln

(ca. 4 Lektionen)

Technik konstruieren und herstellen

Konstruktion, Herstellung und Optimierung des Produkts im Team, problemlösendes Handeln

(ca. 12 Lektionen)

Technik bewerten

Produktanalyse, Technikstudie oder Expertenkontakt

(ca. 2 Lektionen)

Technik erklären und kommunizieren

Arbeitsjournal mit Meilenstein-reflexionen: Darstellung des Arbeits-prozesses, Präsentation oder Ausstellung

(fortwährend; am Schluss ca. 2 Lektionen)

Technik problemlösend angehen: Lösungsansätze entwickeln und

Handlungsplan erstellen

Firma gründen/Team bilden, Berufe und (Berufs-)rollen kennenlernen, Aufgaben

verteilen, Arbeitsschritte festlegen

(ca. 4 Lektionen)

Technikunterrichtim exreTu-Projekt

Produktherstellung

in einer "Firma" (Teams)

4. Fokus Intervention

Fokus Intervention


Ausgearbeitete Themenbeispiele

Licht-Leuchte

Schokolade

Naturkosmetik

Alarmanlage Flip Flop-Schaltung

Leichtbaufahrzeuge

Outdoor-Bekleidung

Fokus Intervention



Konzept der Intervention - Konzeptraster

Arbeitsschritte

und Meilensteine

Offenheit und

Steuerung

Fokus Intervention

A1) Technik erkunden: Technikbegriff (ca. 2 Lektionen):Was ist Technik überhaupt und wie können wir Technik beschreiben?

Aufgabenstellungen / Arbeitsschritte (AS)

Mögliche Umsetzungen (Umsetzung vorgegeben)

Empfehlung Zeitpunkt

1.Definition(en) Technikbegriff: Was ist Technik überhaupt? Was kann Technik alles sein?

oSichtung ausgewählter, technischer Produkte aus SchokoladeoKennenlernen des Entstehungszyklus dieser Produkte: Entwicklung, Herstellung, Bedarf, Entsorgung oBegriff Technik ausloten

Am Anfang

1.Vorgabe der allgemeinen Aufgabenstellung (Auftrag): Ein Stück Schokolade soll neu erfunden und bis zur Marktreife entwickelt werden

Problemorientierte Werkaufgabe (je nach Situation eher engere oder offenere Aufgabestellung: evtl. Bedingungen mit den SuS festlegen)

Am Anfang

Meilenstein 1: Vorstellung von weit gefasstem Technikbegriff nach AS 1 und 2


B) Technische Fähigkeiten, Fertigkeiten und Kenntnisse entwickeln (ca. 4 Lektionen):Funktionszusammenhänge verstehen, Werkstoffe kennen lernen und Fertigkeiten entwickeln

Aufgabenstellungen / Arbeitsschritte (AS) Mögliche Umsetzungen (Umsetzung vorgegeben)

Empfehlung Zeitpunkt

7. Geschichtlicher Bezug:Entwicklung der künstlichen Beleuchtung kennen lernen (z.B. „Vom Kienspan zur LED“ od. „Wer waren Th.A.Edison und W.v.Siemens?“)

oReferatohistorische Entwicklung von technischen Verfahren, Erfindung des Produkts, Begriff Fortschritt

9. Anwendungen, Übungen zum Verständnis: Zusammenbau von Kabel, Stecker, Schalter, Fassung

Lichtwirkung untersuchen: Optimales Zusammenspiel von Leuchtmittel und Schirm/Material

Lösungen für funktionale Probleme entwickeln: Verbindungen, Gelenke, Aufhängungen etc.

oLehrgangoÜbungsaufgabe mit ProblemlösungoGestalterisches Experiment oTechnische Experimente

10. Funktionsabläufe darstellen und erklären: Elektrotechnik: Aufgaben zum Stromkreis lösen und Erkenntnisse festhalten Reduktion von komplexen Phänomenen in Einzelschritte (Grafiken/Skizzen)[k1]

oLehrgangoVerfahren/Problem in verschiedene Schritte aufgliedern, grafisch darstellen, erläutern (erstellen von Planskizzen)

Meilenstein 3-1: Funktionsablauf, Planskizze nach AS 6, 7, 8, 9 und 10

Fokus Intervention


Bsp. Auszug aus Meilenstein 3 - Schülerdokumentation

1. Untersuche ein (reales) Metallvelo mit einem vom Rad angetriebenen Velogenerator (ab jetzt "Dynamo" genannt) genau. Bei manchen Velos führt nur ein einziges Lichtkabel zu jeder Lampe (Vorder- und Rücklicht). Zeichne danach auf der folgenden schematischen Abbildung eines Velos alle Bestandteile der Beleuchtung mit einem Farbstift ein :

2. Komisch, dass vom Velodynamo nur ein Draht zum Scheinwerfer resp. Rücklicht führt. Eigentlich müssen doch zwei Leitungen da sein, damit der Stromkreis geschlossen ist.

Diskutiert zu zweit, was passiert, damit das Vorder- und das Rücklicht am Velo leuchten. Schreibt anschliessend eure Vermutung auf.

Fokus Intervention

DynamoScheinwerferRücklichtKabel


Übersicht über die Meilensteine

Meilen-stein

Ziel Phase

1 Vorstellung von weit gefasstem Technikbegriff Nach Arbeitsschritten 1 und 2

2-1 Produktbewertung nach vorgegebenen Kriterien Nach Arbeitsschritten 3 und 4

2-2 Erkundung: industrielle Produktion Nach Arbeitsschritt 5

3-1 Funktionsablauf, Planskizzen Nach Arbeitsschritten 6,7,8,9,10

3-2 Dokumentation Problemlöseprozess Nach Arbeitsschritt 11

4 Teamorganisation (Berufsrollen, Firma) Nach Arbeitsschritt 12, 13, 14

5-1 Lösungsansätze entwickeln (Reflexion)

5-2 Handlungsplan für Produktprozess Skizze bzw. Plan des geplanten Produkts

Während Arbeitsschritten 15, 16, 17

6 Reflexion beim technischen Handeln Nach Arbeitsschritten 18, 19

7-1 Beurteilungen Nach 20 und 21

7-2 Schlussreflexion Nach 23

Fokus Intervention


5. Fokus Explikation und Metakognition

Schlüsselkompetenz "Technik verstehen": Explikation

Fokus Explikation und Metakognition

Komplexe technische Systeme, z.B. Funktionsabläufe müssen schrittweise erschlossen werden.

Undifferenzierte Vorkonzepte sind bewusst zu machen und mit differenzierten, fachlich richtigen Teilkonzepten in Bezug zu setzen

Eine vereinfachte Gesamtdarstellung der Teilkonzepte in ikonischer Form führt zum Grundverständnis

Das Grundverständnis kann später mit Fachbegriffen, Ergänzungen erweitert werden.


1. Von undifferenzierten Vorbegriffen ausgehen: Raum und Zeit geben für die Erschliessung

– des assoziativen Umfelds: Druck, Wärme beim Pumpen, Zischen, Kraftaufwendung, ziehen, stossen....

– sprachliche Definitionen: eine Pumpe ist eine Vorrichtung, die Gase, Flüssigkeiten oder Flüssigkeits-/Feststoffgemische fördern kann

– des Begriffsumfangs: Luftpumpen, Kolbenpumpen, Wasserpumpen, Wärmepumpen.....

Undifferenzierte Vorbegriffe durch Problemstellung und Frage evozieren.

Explikation (1)

Bsp. Wie funktioniert eine Velopumpe? (nach Aeschbacher, 2010)



Explikation (2)

2. Komplexe Abläufe, strukturell und zeitlich aufschlüsseln

Phase 1: "Ansaugen" von Luft durch Kraft-wirkung des Kolbens

Phase 1 Phase 2

Phase 2: Ausstossen von Luft durch Kraftwirkung des Kolbens



Explikation (3)

3. Grafischer Bezug auf undifferenzierte Vorstellung oder Problemstellung (eine Pumpe hat unten nicht zwei Öffnungen)



Explikation (4)

4. Vereinfachte, abstrahierte Struktur des Gesamtablaufs

undifferenzierte Vorstellung

differenziertere, Vorstellung



Explikation (5)

5. Fachwörter, Hilfskonstruktionen und Optimierungen einführen

anfänglich nur vertraute Elemente und Beziehungen verwenden:Öffnungen, Verschlussklappen

Fachwörter für erarbeitete Begriffe einführen: bewegliche Klappen = Ventile

Hilfskonstruktionen, Optimierungen, Details:Detailbau eines Ventils etc.



Reflexion im exreTu-Projekt - Nutzung von Denkstrategien

Arbeitsjournal mit kognitiven und metakognitiven Impulsen (vorher, begleitend oder rückschauend im Arbeitsprozess)


Organisation des Wissens: "Welches waren wichtige Dinge, die ich heute gelernt habe?", "Was habe ich gemacht?", etc. Elaboration des Wissens: "Welches Bsp. zeigt die Anwendung dieses Prinzips?", "Welche Beziehung zum vorher Gelernten hat das?", "Wie kann ich es bestätigen"?, "Gibt es Konflikte zu früher gelerntem?", " Wo stimmt es, wo nicht?" etc. .Überwachung und Kontrolle: "Was habe ich noch nicht verstanden?", " Was habe ich gut verstanden?", " Wo habe ich Schwierigkeiten?" und Hilfsstrategien " Welche Möglichkeiten habe ich die Probleme zu lösen", " Wo kann ich mehr erfahren?", "Wo kann ich Hilfe holen?", "Was müsste ich besser machen?"


Befragung Technikinteresse und Berufswünsche Fragebogenkonstrukt

Gesellschaftliche Bedeutsamkeit

Selbstwirksam-keitserwartung

Inhal

tsbez

ogene

Dim

ensi

onen

gesells.Bedeutsamkeit

von exreTu

Selbst-wirksamkeits-

erwartung in Bezug auf

exreTu

gesells. Bedeutsamkeitvon Technik

allgemein

Selbst-wirksamkeits-

erwartung Technik allgemein

Interesse: Freude, Aktivierung, Wichtigkeit,

Nützlichkeit

Interesse an exreTu

Befragung 2

Interesse an Technik

Intervention mit explizitem, reflektivem Technikunterricht (exreTu)

Personenbezogene Variablen

Befragung 1

+ 2

Technik

spez

ifisc

h

e Konte

xte

Techn

ik im

Ber

uf

Tech

nik

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chul

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Allta

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und

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Technikspezifische Kompetenzen/Tätigkeiten

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Fokus Befragung: Technikinteresse-Berufswünsche


6. Ausblick: Kompetenzmessung - Herausforderungen

Messen von Technikkompetenz mit PISA-Aufgaben (Paper-Pencil)???

Messen von Technikkompetenz mit HarmoS-Aufgaben (Experimentieraufgaben)???

Messen von Technikkompetenz mit einem Metawissenstest???

Vor- und Nachteile

Neue Ideen??? - Vorschläge???


Wir danken für die Aufmerksamkeit

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