Aktuelle Entwicklungen in der Didaktik der Naturwissenschaften

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Inhaltsverzeichnis
Jörg Zumbach/Günter Maresch
Aktuelle Entwicklungen in der fachdidaktischen Lehr-Lernforschung:
Ansätze und Beispiele aus Informatik und Biologie 9
Einleitung: Aktuelle fachdidaktische Entwicklungen 9
Literatur 12
Teil I: Biologiedidaktik mit informationstechnischen
Schwerpunkten 13
Karin Haider/Birgit Reisenhofer/Jörg Zumbach
Eine Gartenexpedition mit allen Sinnen –
Mobiles Lernen im naturwissenschalichen Unterricht 15
Einleitung 15
Entdeckendes und situiertes Lernen 15
Multimediales Lernen: Gestaltung situierter Lernumgebungen
mit Hilfe neuer Informationstechnologien 17
Entdeckendes Lernen im Unterricht 18
Umsetzung der Prinzipien eines multimedialen und
entdeckenden Lernens in der Naturpädagogik 19
Ausblick 22
Literatur 23
Georg Pigersdorer
Das Planspiel „Flood Control“: Ein Beitrag zur Entwicklung
systemischer Kompetenzen 25
Einleitung 25
„Unsere Welt - ein vernetztes System“ 26
Konzeption und Inhalt des computerunterstützten Planspiels 29
Lerneekte von Planspielen 31
Literatur: 34
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Ulrike Unterbruner und Kathrin Otrel-Cass
Wie sich Jugendliche Technik und neue Medien in einer Welt
in 20 Jahren vorstellen: Ergebnisse der Studie Jugend-Zukun-2008/09
mit Jugendlichen aus Österreich, Deutschland und Neuseeland. 37
Einleitung 37
Jugend-Zukun-2008/09: Das Forschungsdesign 38
Einige zentrale Ergebnisse 39
Technik in den Zukunsvorstellungen – Ausdruck eines Imageproblems? 40
Technische Produkte im Überblick 45
Fabriken und Autos als Luverpester 46
Neue Medien – nicht der Rede wert? 49
Konsequenzen für den Unterricht 51
Literatur 52
Teil II: Informatikdidaktik mit interdisziplinären
Ansätzen 55
Jörg Zumbach und Hans-Stefan Siller
Technologienutzungsfolgenabschätzung - ein zentrales ema
für den Informatikunterricht und die Informatikdidaktik 57
Einleitung 57
Informatik und Gesellscha: Eine Herausforderung
für den Informatikunterricht 58
Beispiele für gesellschasrelevante emenbereiche im
Informatikunterricht zur Technologienutzenfolgenabschätzung 60
Informationssuche und -bewertung 61
Ausgewogene und angemessene Computernutzung 63
Vertraulichkeit und Schutz der Privatsphäre 65
Fazit und Zusammenfassung 68
Literatur 69
Sonja Moser/Birgit Reisenhofer/Manuela Pächter/Jörg Zumbach
Kompetenzorientiertes Unterrichten im Informatikunterricht 71
Bildungsstandards und Kompetenzen 71
Das Kompetenzmodell Angewandte Informatik 72
Die Bewertung von Unterrichtsbeispielen im standardbasierten
Unterricht: Eine Evaluationsstudie 75
Diskussion und Fazit 79
Literatur 80
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Fritz Baier
Geocaching - Eine moderne Schatzsuche mit GPS 81
Einleitung 81
Didaktische Verbreitung des Geocaching 81
Entwicklung des Global Positioning Systems 82
Entwicklung Geocaching 83
Organisation und Kommunikation 84
Wirtschaliche Bedeutung 85
Einsatzmöglichkeiten im Schulunterricht 85
Praktische Erfahrungen und Umsetzungen für den GW-Unterricht 87
Literatur: 90
Teil III: Fachdidaktik in der LehrerInnenbildung 91
Günter Maresch
Hypothesen für nachhaltige Wirksamkeit von LehrerInnen-Fortbildungen 93
Einleitung 93
Ezienz und Nachhaltigkeit 93
Parameter für LehrerInnen-Fortbildungen 94
Hypothesen für die Nachhaltigkeit von LehrerInnen-Fortbildungen 96
Zusammenfassung 98
Literatur 99
Hans-Stefan Siller/Karl Josef Fuchs/Helmut Caba/
Peter Einhorn/Johannes Maurek
Aktuelle Entwicklungen in der Fort- und Weiterbildung von
InformatiklehrerInnen: Perspektiven zwischen Universität und
Pädagogischer Hochschule 101
eoretische Überlegungen zum Kooperationsmodell
(orientiert an einem Kompetenzmodell) 102
Existierende und geplante Kooperation im Rahmen der Ausbildung 103
Kooperationen in Fort- und Weiterbildung:
Inhaltliches und Strukturelles 106
Zur Organisation 110
Beispiele zur Illustration 111
Ausblick 112
Literatur 112
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Teil IV: Ausblick: Fachdidaktik in den
Naturwissenschaen und
Bildungsstandards in Österreich 115
Hubert Weiglhofer/Iris Venus-Wagner
Bildungsstandards in den Naturwissenschaen in Österreich 117
Einleitung und Ausgangslage 117
Entwicklungsschritte 118
Das Kompetenzmodell 119
Prototypische Beispiele 121
Ergebnisse der Pilotierungen 123
Literatur 127
Index 129
AutorInnenverzeichnis 131
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Aktuelle Entwicklungen in der
fachdidaktischen Lehr-Lernforschung:
Ansätze und Beispiele aus Informatik
und Biologie
Jörg Zumbach und Günter Maresch
Einleitung: Aktuelle fachdidaktische Entwicklungen
In der fachdidaktischen Forschung der Naturwissenschaen zeichnet sich derzeit
ein klarer Trend ab: Die Grenzen zwischen den Disziplinen verschwimmen zuse-
hends und die Verwendung Neuer Medien gehört zu einem integralen Bestandteil
jeder Fachdidaktik. Eine weitere Entwicklung – gerade in der deutschsprachigen
Fachdidaktik – ist zudem die Orientierung an Bildungsstandards und fachspezi-
schen, zugrunde liegenden Kompetenzmodellen. Hierdurch erhält auch immer
mehr die lernpsychologische Forschung mit ihren Ansätzen und Methoden Ein-
zug in die fachdidaktische Forschung.
Doch wie lassen sich diese Entwicklungen im Detail beschreiben?
Im Bereich der medial angereicherten Lernumgebungen ist die Nutzung neuer
Informations- und Kommunikationstechnologien nicht mehr wegzudenken. In
der Biologiedidaktik etwa kommen vermehrt mobile Informationstechnologien
in Kombination mit stationären Rechnern zum Einsatz. Ein Beispiel hierzu ndet
sich etwa bei Stanton-Fraser (2006). SchülerInnen greifen im fächerübergreifen-
den naturwissenschalichen Unterricht auf Personal Digital Assistants (PDAs)
zurück. Dabei ist es die Aufgabe der Lernenden, Zusammenhänge in der Natur mit
Hilfe solcher Geräte zu erfassen, Sachverhalte zu messen (mit entsprechenden Sen-
soren für Temperatur, PH-Gehalt und Fließgeschwindigkeit von Gewässern etc.),
vor Ort über diese Geräte je nach Bedarf nach Informationen zu recherchieren und
diese Daten dann über einen Server zusammenzuführen. Im Anschluss werden
die Daten und Informationen im Klassenzimmer weiter ausgewertet und auerei-
tet. Hier verlässt man beim forschenden Lernen die Ebene stationären Unterrichts
und nutzt reale Umgebungen in Kombination mit Neuen Medien. Einen ähnlichen
Zugang zur Verschmelzung der natürlichen Umwelt mit der pädagogischen-ar-
rangierten Lernumwelt zeigen auch Haider, Reisenhofer und Zumbach (in diesem
Band) sowie Baier (in diesem Band). Haider et al. zeigen, wie durch mobile auditive
und multikodale Informationen SchülerInnen beim explorativen Lernen im Bio-
logieunterricht unterstützt werden können. Auch hier kommen PDAs zum Ein-
satz, die beim Lernen etwa in botanischen Gärten zum Einsatz kommen: Lernende
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greifen dabei beim Stationenunterricht auf entsprechend auereitete Informatio-
nen zu und können dadurch vor Ort von einer informationellen Anreicherung der
realen Umwelt protieren; ein Lernen „mit allen Sinnen“ wird möglich. Während
solche didaktischen Zugänge primär aus der Museumspädagogik bekannt sind
(vgl. Vavoula, Sharples, Rudman, Meek & Lonsdale, 2009), erönen Sie gerade bei
naturwissenschalichen Fächern mit einem untrennbaren Bezug zur natürlichen
Umwelt völlig neue Perspektiven. So können didaktisch und medial auereitete
Informationen genau dort und dann zur Verfügung stehen, wenn sie von Lernen-
den oder Lehrenden gerade benötigt werden. Ein Beispiel, wie die Umwelt Einuss
auf schulisches Lernen haben kann, schildert Baier (in diesem Band). Er zeigt dabei
wie Geocaching, die „Schatzsuche“ mittels mobiler Geräte zur Nutzung des Global
Positioning Systems-Dienst (GPS), im Unterricht sinnvoll eingesetzt werden kann.
Nimmt man diese beiden Ansätze zusammen, kommt man in den Bereich aktuel-
ler und zuküniger Entwicklungen: Schulisches Lernen bleibt nicht mehr an bau-
liche und zeitliche Rahmenvorgaben gebunden, sondern ndet immer und überall
statt; wenn Informationen benötigt werden, können diese maßgeschneidert auf die
Person, die Zeit, den Gegenstandsbereich und den aktuellen Ort angeboten wer-
den. Lernen wird ubiquitär (vgl. Roschelle & Pea, 2002; Tan, Liu & Chang, 2007).
Nicht immer besteht die Gelegenheit, entsprechende Lernerfahrungen vor Ort
des Geschehens zu machen. Gerade bei räumlicher Distanz oder bei Gefahrensi-
tuationen kann dies nicht realisiert werden. Eine Alternative hier ist etwa die Nut-
zung von Simulationen. Im Beitrag von Pigersdorer (in diesem Band) steht die
Simulation komplexer Systeme im Vordergrund. ematisch beschäigt sich der
Beitrag mit den ökologischen Zusammenhängen von Überschwemmungsgebieten
und zeigt dabei auf, wie SchülerInnen durch das Arbeiten mit Simulationen solche
komplexen Wirkzusammenhänge erschließen können. Dadurch kann einseitiges
Denken vermieden bzw. abgebaut werden. Technologie hil dabei ohne Gefahren-
potenzial und aufs Wesentliche konzentriert die Besonderheiten solcher Systeme
zu erkunden.
Technologie steht auch im Vordergrund des Beitrags von Unterbruner und
Otrel-Cass (in diesem Band). Dabei geht es weniger um die unmittelbare Nutzung
von Unterrichtstechnologien, sondern um die Wahrnehmung von SchülerInnen:
Wie werden technologische Veränderungen und Entwicklungen wahrgenommen
und wie werden diese bewertet? Unterbruner und Otrel-Cass beschreiben dabei
den Unterschied zwischen unterschiedlichen Nationen (Österreich, Deutschland
und Neuseeland) und zeigen dabei auf, welche Zukunsängste und -vorstellungen
hier vorherrschen und wie diese sich in den vergangenen zwanzig Jahren verän-
dert haben.
Welche negativen Konsequenzen mit der zunehmenden Technologisierung
unserer Gesellscha einhergehen wird auch im Beitrag von Zumbach und Siller
(in diesem Band) thematisiert. Die Autoren zeigen anhand verschiedener Bei-
spiele im Umgang mit Neuen Informations- und Kommunikationstechnologien
Handlungsbedarf für die informatische Grundbildung auf: Welche Folgen kann
die uneingeschränkte Nutzung etwa des Internets oder von Computern haben?
Wie kann man diese vermeiden und wie kann der Informatikunterricht diesen
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Pfad zwischen Bildungs- und Erziehungsaurag beschreiten? Zentral ist dabei das
Konstrukt der Technologienutzungsfolgenabschätzung (TNFA), mit dem Schüler-
Innen ein sorgsamer und kompetenter Umgang mit neuen Informations- und
Kommunikationstechnologien vermittelt werden soll.
Kompetenzentwicklung spielt auch eine zentrale Rolle bei den gegenwärtigen
Bildungsplanreformen. Mit der Implementierung von Bildungsstandards stehen
auch die Fachdidaktiken vor der Herausforderung, kompetenzorientierte Zugänge
zu den Inhalten der jeweiligen Disziplin zu entwickeln. Im Beitrag von Moser,
Reisenhofer, Pächter und Zumbach (in diesem Band) wird dies am Beispiel der
Bildungsstandards Informatik an den Berufsbildenden Höheren Schulen Öster-
reichs deutlich: Die Einführung eines standardsbasierten Unterrichts macht eine
systematische Evaluation erforderlich, um zielorientiert eine Optimierung von
unterrichtlichen Lehr-Lernprozessen zu ermöglichen. Dabei stehen nicht nur kog-
nitive Parameter im Vordergrund, sondern auch die Frage, wie das Interesse an
unterrichtlichen Gegenständen gefördert werden kann. Gerade etwa im Bereich
der Berufsbildenden Höheren Schulen kann dies durch einen näheren Bezug der
allgemeinbildenden Disziplinen zu den berufsspezischen Fächern erfolgen.
Solche Änderungen im Bildungssystem betreen unterschiedlichste Zielgrup-
pen. Eine zentrale Gruppe sind die Lehrenden. Wie diese systematisch bereits in der
Ausbildung und dann auch in der Weiterbildung adäquat gefördert werden können
wird im Beitrag von Siller, Fuchs, Caba, Einhorn und Maurek (in diesem Band)
skizziert. Am Beispiel des Informatikunterrichts werden Bedarf und Praxis für das
enge Wechselspiel zwischen universitärer LehrerInnenbildung und Weiterbildung
durch die Pädagogischen Hochschulen in Österreich anhand der Situation in Salz-
burg illustriert. Dabei steht die Kompetenzorientierung nicht nur im Zentrum des
schulischen Unterrichts, sondern auch im Rahmen der Aus- und Weiterbildung.
Konsequent grei auch Maresch (in diesem Band) das ema der LehrerIn-
nenfort- und -weiterbildung auf und erörtert dabei verschiedenste Facetten, Pers-
pektiven und Möglichkeiten, wie die Nachhaltigkeit solcher Bildungsmaßnahmen
ermöglicht und gefördert werden kann.
Nachhaltigkeit spielt auch bei den bereits thematisierten Bildungsstandards
eine zentrale Rolle. Im Beitrag von Weiglhofer und Venus-Wagner wird der aktu-
elle Stand der Entwicklung der naturwissenschalichen Bildungsstandards in
Österreich fokussiert. Die Autoren zeigen dabei Erwartungen und Befürchtungen
im Hinblick auf die Einführung der Bildungsstandards auf. Zur Verdeutlichung
werden auch naturwissenschaliche Kompetenzmodelle, prototypische Aufgaben-
stellungen und grundlegende Ergebnisse aus ersten Großevaluationen vorgestellt
und diskutiert.
Fachdidaktik wird in der aktuellen Literatur als eine der zentralen Kriterien für
guten Unterricht erachtet und rückt daher vermehrt in den Fokus der pädagogi-
schen Aufmerksamkeit. Beispielha für diese Entwicklung sei angeführt, dass die
ExpertInnengruppe des bm:ukk und des bm:wf eine „Stärkung und Erweiterung
der ‚fachdidaktischen‘ Grund- und Weiterbildung für alle pädagogischen Berufe“
fordert (Härtel, Greiner, Hopmann et al, 2010). Hier nden sich u.a. viele weitere
deutliche Positionierungen für die Bedeutung der Fachdidaktik, z.B.
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„Fachdidaktik als Schlüssel für fachliche Lern- und Erkenntnisprozesse“
und
„Didaktik ist […] unmittelbar mit (Fach)Wissenscha verbunden und
gewissermaßen die Voraussetzung ihres Fortbestandes.“ (Härtel et al,
2010).
Insgesamt soll dieser Band einen Einblick in die aktuellen Entwicklungen in den
Fachdidaktiken Biologie und Informatik sowie der LehrerInnenbildung geben und
grei die Einladung der ExpertInnen zur Stärkung der Fachdidaktiken somit nach-
drücklich auf. Die verschiedenen Beiträge zeigen dabei Ansätze der angewandten
Forschung, der nutzeninspirierten Grundlagenforschung aber auch und vor allem
Best-Practice-Modelle. Dabei sollen die aktuellen Entwicklungen – repräsentiert
durch die Beiträge in diesem Band – auch Anregung zur Weiterentwicklung der
einzelnen Fächern in eorie und Praxis geben. Ein Anliegen ist es dabei, neben
der Annäherung der Disziplinen zueinander, auch die jeweilige Epistemologie zu
wahren und herauszuarbeiten.
Jörg Zumbach und Günter Maresch, Salzburg im Frühjahr 2010
Literatur
Härtel, P., Greiner, U., Hopmann, St., Jorzik, B., Krainz-Dürr M., Mettinger, A.,
Polaschek, M., Schratz, M., Stoll, M. & Stadelmann, W. (2010). LehrerInnen-
bildung NEU. Die Zukun der pädagogischen Berufe. Die Empfehlungen der
ExpertInnengruppe. Verfügbar unter http://www.bmwf.gv.at/lehrerinnenbil-
dung_neu_endbericht/, 25 und 35.
Roschelle, J., & Pea, R. (2002). A walk on the WILD side: How wireless handhelds
may change CSCL. International Journal of Cognition and Technology, 1(1),
145–168.
Stanton-Fraser, D. (2006). Creating engaging scientic investigations for schools
using mobile technologies. In G. Clarebout & J. Elen (Eds.), Avoiding simplicity,
confronting complexity (pp. 27–36). Rotterdam: Sense.
Tan, T.-H., Liu, T.-Y., & Chang, C.-C. (2007). Development and evaluation of an
RFID-based ubiquitous learning environment for outdoor learning. Interactive
Learning Environments, 15(3), 253–269.
Vavoula, G., Sharples, M., Rudman, P., Meek, J., & Lonsdale, P. (2009). Myartspace:
Design and evaluation of support for learning with multimedia phones between
classrooms and museums. Computers & Education, 53(2), 286–299.
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