Kompetenzorientierter Physikunterricht
Basisvortrag
Reinhard Bayer, LSOktober/November 2009
Präsentation im Zusammenhang mit der
Fortbildungsreihe Qualitätsoffensive Gymnasium
Impressum
Mitglieder der Zentralen Projektgruppe Physik (ZPG PH)
– Prof. Reinhard Bayer, LS Stuttgart
– StD Joachim Friederich, Kepler-Gymnasium, Pforzheim
– StD Florian Karsten, Seminar Stuttgart
– StD Horst Petrich, Seminar Freiburg
– StD Michael Renner, Seminar Tübingen
– Prof. Dr. Peter Schmälzle, Seminar Karlsruhe
Die Materialien dürfen im Rahmen der Fortbildungsmaßnahme eingesetzt und von den
Multiplikatoren für ihren eigenen Einsatz angepasst werden.
Die Datei „modul1_basisvortrag.ppt“ befindet sich auf dem Fortbildungsserver
www.lehrerfortbildung-bw.de
Kurzbeschreibung
In dieser Präsentation wird erläutert, was unter Kompetenzorientierung für
den Physikunterricht zu verstehen ist.
Es wird zunächst ein vom Fach Physik unabhängiges Kompetenzmodell
(Weinert) analysiert. Es schließt sich die Vorstellung der Kompetenz-
bereiche an, die im Fach Physik sowohl den Nationalen Bildungsstandards
als auch den Niveaukonkretisierungen in Baden-Württemberg eine Struktur
geben.
Danach werden die Implikationen für den Unterricht aufgezeigt und die
Kompetenzmatrix als Planungshilfe vorgestellt.
Schule im Zentrum konkurrierender Kräfte?
Bildungsstandards 2004
Nationale Bildungsstandards
Politik, Hochschulen, Industrie, Eltern
SchulcurriculumPISA
DVA
Erziehungs-wissenschaft
FachwissenschaftFachdidaktikHirnforschung
Abitur
Kerncurriculum
Selbstevaluation
Fremdevaluation
EPA
NIKO
Alles soll anders werden?
Out
puto
rient
ieru
ngKompetenzorientierungIndividualisierung
?Inhalte
Fachwissen
Paradigmenwechsel
Ängste, Widerstände und Unsicherheit
Werden nur noch Kompetenzen unterrichtet?
Strukturieren wir den Unterricht jetzt ausschließlich nach
den Kompetenzen?
Wo bleiben denn da die Inhalte?
Kann man denn eine Kompetenz überhaupt isoliert
unterrichten?
Ja wie sieht ein kompetenzorientierter Unterricht denn
überhaupt aus?
Haben wir das nicht schon immer gemacht? Was ist
eigentlich so neu daran?
Kompetenzorientierter PhysikunterrichtWas ist das und wie geht das?
Vortragsaufbau
1. Was verstehen wir unter Kompetenzen?
2. Wie kann man Struktur in die Kompetenz-
beschreibung hineinbringen, die mit den
fachlichen und methodischen Anforderungen im
Fach Physik kompatibel ist?
3. Welche Auswirkungen hat das auf die
Unterrichtsplanung und den Unterricht?
Kompetenzorientierter PhysikunterrichtWas ist das und wie geht das?
Vortragsaufbau
1. Was verstehen wir unter Kompetenzen?
2. Wie kann man Struktur in die Kompetenzbeschreibung
hineinbringen, die mit den fachlichen und methodischen
Anforderungen in Fach Physik kompatibel ist?
3. Welche Auswirkungen hat das auf die
Unterrichtsplanung und den Unterricht?
Was ist Kompetenz?
Kompetenzen sind
„die bei Individuen verfügbaren oder durch sie erlernbaren
kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte
Probleme zu lösen, sowie die damit verbundenen
motivationalen, volitionalen und sozialen Bereitschaften und
Fähigkeiten, um die Problemlösungen in variablen
Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu
können“.
(Weinert 2001)
Opt on l r L nO ür V rt uni a e i f e ief g
Erweiterter Kompetenzbegriff
Nicht nur Wissen, Fähigkeiten und Fertigkeiten,
sondern auch motivationsbezogene Prozesse sind als
Kompetenzen zu begreifen.
Folgerung:
Unterricht ist auch zum Erwerb selbstregulatorischer
Kompetenzen anzulegen. Dies umfasst das
Bewusstmachen von (Lern)Prozessen und den Erwerb von
kognitiven, metakognitiven und motivationalen Strategien.
Motivationsbezogene Kompetenzen
Prozess der Handlungssteuerung kann unterteilt werden in
(1) motivationale Kompetenz (sich auf etwas einlassen) Richtungsfindung/Intensitätssteuerung für zukünftiges Verhalten
(2) volitionale Kompetenz (dabeibleiben)
Den Willen betreffende Prozesse, um die ursprünglich gewählte
Richtung auch unter konkurrierenden Neigungen beizubehalten
(3) selbstbewertende Kompetenz (reflektieren und reagieren)
Reflexion über die Wirksamkeit des eigenen Verhaltens und
Anpassung der Richtungsfindung
Grundlage für lebenslanges Lernen
Wie kann die Schule auf lebenslanges Lernen vorbereiten?
1. Planung des Lern- und Auftragsangebots
Differenzierende Lernangebote bzw. Arbeitsaufträge (nach unter-
schiedlichen Schwierigkeiten bzw. mit abgestuften Hilfen) und
geeignete Unterrichtsmethoden (Gruppenarbeit, Projektarbeit,
Lernzirkel, Stationenlernen, …), flexible Lernzeiten
2. Aktive Förderung der Schülerkompetenz
Selbstverantwortetes Lernen, Methoden der Selbstkontrolle (siehe
Modul Diagnose und Förderung), Lernplan, Lerntagebuch, …
Weniger Belehrung, mehr aktives Schülerhandeln!
Handlungsorientiertes und entdeckendes Lernen und Arbeiten in Teams – auch im
Physikpraktikum – sind tragende Säulen des Physikunterrichts. Diese
Handlungsorientierung ermöglicht einen differenzierten Unterricht, sodass jede
Schülerin und jeder Schüler eine Chance hat, auf der eigenen Stufe des Könnens zu
arbeiten.
Vor allem im handlungsorientierten Unterricht, bei der Teamarbeit oder im Physik-
Praktikum können die Denk- und Arbeitswege der einzelnen Schülerinnen und
Schüler beobachtet werden. Auf diese Weise kann die Lehrkraft bei individuellen
Problemen helfen.
Durch offene Problemstellungen und entdeckendes Lernen werden die Schülerinnen
und Schüler zur Suche nach eigenen Lösungswegen angeregt. Ihre eigene
Anstrengungsbereitschaft und Kreativität werden unter anderem durch Referate und
eigene Experimentalvorträge gefördert und der eigene Kompetenzzuwachs wird
erkannt. Lehrerinnen und Lehrer können aus den angewandten Strategien Denk- und
Lernwege erkennen und den folgenden Unterricht danach organisieren.
Konsequenzen für PhysikBildungsstandard Physik (BW) - Leitgedanken
Kompetenzorientierter PhysikunterrichtWas ist das und wie geht das?
Vortragsaufbau
1. Was verstehen wir unter Kompetenzen?
2. Wie kann man Struktur in die Kompetenz-
beschreibung hineinbringen, die mit den
fachlichen und methodischen Anforderungen in
Fach Physik kompatibel ist?
3. Welche Auswirkungen hat das auf die
Unterrichtsplanung und den Unterricht?
Konkretisierung der Kompetenzen im Fach Physik
Wer nach Bildungsstandard unterrichtet, macht
doch automatisch kompetenzorientierten
Physikunterricht?
Kommt drauf an!
Wichtig ist nicht nur, was man anbietet,
sondern auch wie man es anbietet.
Kompetenzorientierter Unterricht
Problematisch ist Unterricht
• der dauerhaft lehrerzentriert ist
• der nur Fachkompetenz aufbaut
• ohne Differenzierung
• ohne Diagnose und Förderung
• der Schülerinnen und Schülern keine Selbstverantwortung überträgt
• die Selbstdiagnose und Selbstlernfähigkeit nicht unterstützt
Zwei subjektive Beobachtungen
S-Bahn-Gespräche zwischen Schülern
„Du Karl, hast du Physik begriffen?“
„Ja, ist doch ganz einfach:
U=R*I, W=P*t, P=U*I, ….“
[gemeinsames Memorieren der Formeln, auch in Umformungen]
„So, jetzt kann ich Physik!“
S-Bahn-Gespräche zwischen Schülern
„Du Karl, hast du das mit der Sicherung verstanden?“
„Ja, das ist so…“
[erläutert anhand von Heftaufschrieben Bimetallschalter und Schmelzsicherung]
„… und wenn es heiß wird, fliegt die Sicherung raus.“
„… also wenn ich mich 10 Minuten föhne, das habe ich verstanden!“
Wo bleibt die Kompetenz?
• Viel zu oft:
Formel- und Gerätewissen, aber kein Verständnis (eingeschränktes
Anforderungsniveau!)
• Selbstkritische Frage:
Liegt das am Vermögen der Schülerinnen und Schüler oder am Unterricht bzw. an
den Prüfungsfragen, die das nicht hinreichend thematisieren bzw. abverlangen?
• Kompetenzanalyse:
Der Unterricht war hinsichtlich fachlicher Kompetenz (Niveau A) und
Selbstbewertungskompetenz mäßig erfolgreich, erkennbar war jedoch
Motivation, Kommunikationsfähigkeit und soziale Kompetenz.
Unsicher ist jedoch, ob die Lehrkraft nur dieses fachliche Niveau angestrebt hat.
Kompetenzorientierte Fragen
Erläutere die Formel W=U*I*t. Gehe dabei auf folgende Aspekte ein:
– Welche physikalischen Größen enthält sie? Gib auch die
Einheiten an.
– Was beschreibt sie?
– Beschreibe in eigenen Worten den Zusammenhang zwischen
den physikalischen Größen.
– Gib eine Möglichkeit an, diese Formel experimentell zu
erschließen.
– In welchen Zusammenhängen spielt sie eine Rolle?
– Auf einem Akku steht: 1,2 V – 2100 mAh. Was bedeutet das für
die Praxis?
Kompetenzorientierte Fragen
Erläutere die Formel W=U*I*t. Gehe dabei auf folgende Aspekte ein:
– Welche physikalischen Größen enthält sie? Gib auch die
Einheiten an.
– Was beschreibt sie?
– Beschreibe in eigenen Worten den Zusammenhang zwischen
den physikalischen Größen.
– Gib eine Möglichkeit an, diese Formel experimentell zu
erschließen.
– In welchen Zusammenhängen spielt sie eine Rolle?
– Auf einem Akku steht: 1,2 V – 2100 mAh. Was bedeutet das für
die Praxis?
Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung
Selbstdiagnose
Erläutere die Formel W=U*I*t.
– Ich kenne die physikalischen Größen und Einheiten.
– Ich weiß, was die Formel beschreibt.
– Ich kann den Zusammenhang in eigenen Worten
beschreiben.
– Ich kann ein Experiment entwickeln und durchführen,
das diese Formel bestätigt.
– Ich weiß, wozu man die Formel braucht.
– Ich kann die Formel zu Berechnungen einsetzen.
LernaufgabeWarum benötigt man im elektrischen Haushalts-Stromnetz Sicherungen?
Analysiere die beigelegten Unfallmeldungen* und leite daraus Anforderungen an
elektrische Sicherungen ab (+ Fachwissen)
Niveau A-B: Führe die Experimente (siehe Arbeitsanweisungen mit abgestuften
Hilfen*) durch (+ Fachwissen), schreibe deine Erkenntnisse in dein Lerntagebuch
Niveau C: Entwickle Modellversuche für technische Lösungen für elektrische
Sicherungen und führe sie durch (+ Fachwissen) und schreibe eine Anleitung für
Mitschüler
Bearbeite/Wiederhole im Schulbuch das Kapitel elektrische Leistung und
beantworte mit dem Wissen folgende Frage:
Eine Stromleitung im Haushalt ist mit einer 10 A - Sicherung abgesichert. Welche
Leistung darf ein angeschlossenes Elektrogerät höchstens haben?
* Nur als Idee, Material nicht ausgearbeitet
Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung
Kompetenzbereiche im Fach Physik (NBS)
Fachwissen Physikalische Phänomene, Begriffe, Prinzipien, Fakten,
Gesetzmäßigkeiten kennen und Basiskonzepten zuordnen
Inhaltsbereiche: Mechanik, Elektrizitätslehre, Wärmelehre,
Optik und Struktur der Materie
Basiskonzepte: Materie, Wechselwirkung, Systeme und
Energie
Erkenntnis-gewinnung
Experimentelle und andere Untersuchungsmethoden sowie
Modelle nutzen
Kommunikation Informationen sach- und fachbezogen erschließen und
austauschen
Bewertung Physikalische Sachverhalte in verschiedenen Kontexten
erkennen und bewertenHan
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Pendants im Bildungsstandard BWFachwissen Physikalisches Wissen besteht nicht nur aus Faktenwissen und aus der
Kenntnis von Bezeichnungen, Begriffen und „Formeln“. Wichtig ist auch
das Verständnis von grundlegenden Konzepten …
Erkenntnis-gewinnung
Die Fachmethoden der Physik werden an geeigneten Physik-Inhalten
vermittelt, hierbei spielen physikalische Konzepte, Modelle und Strukturen
eine wichtige Rolle.
Kommunikation Der Physikunterricht bietet vielfältige Möglichkeiten, die sprachliche Bil-
dung der Schülerinnen und Schüler zu fördern, da neben mathematischen
Formulierungen auch das Sprechen, das Schreiben und das Argumen-
tieren eine wichtige Rolle spielen. Voraussetzung für den Aufbau eines
tragfähigen Physikverständnisses ist eine hinreichende Lesefähigkeit. Sie
wird in der Physik mit der Fähigkeit zur Verbalisierung physikalischer
Problemstellungen, zur Veranschaulichung in Bildern, zur Benutzung der
Fachsprache und zur Darstellung in einer mathematischen Schreibweise
weiter ausgebaut.
Bewertung Durch eine physikalische Grundbildung sollen Schülerinnen und Schüler in
die Lage versetzt werden, erworbenes physikalisches Wissen
anzuwenden. Sie sollen physikalische Fragen erkennen und sachgerechte
Entscheidungen treffen können, die die natürliche Welt und die durch
menschliches Handeln an ihr vorgenommenen Veränderungen betreffen.
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Kompetenzmatrix (NBS)
Anforderungsbereiche zum Fachwissen (NBS)
1. Komplexität
„Fakten und einfache Sachverhalte“
„einfache Kontexte“
„unbekannte Kontexte“
2. Kognitive Prozesse
„reproduzieren“
„benennen, identifizieren und nutzen“
„auswählen und anwenden“
Anforderungsbereiche zur Erkenntnisgewinnung
„Inhalte“ zum Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung
Experimente nach Anleitung durchführen
exemplarisch die Historie physikalischer Entdeckungen kennen
Messgeräte und Messmethoden kennen und sachgerecht einsetzen
Aus gegebenen Tabellen oder Diagrammen eigenständig Schlüsse über
den Zusammenhang zwischen Größen ziehen
Aus Sachtexten und anderen medialen Quellen Erkenntnisse gewinnen
(auch Recherchieren)
Aus Experimenten Schlüsse ziehen
Wissenschaftliche Arbeitsweisen unterscheiden (u.a. Induktion, Deduktion)
und selbst anwenden
Experimente gezielt planen (Hypothese, …, Reflexion/Fehleranalyse)
Interviews zur Erkenntnisgewinnung planen, durchführen und nachbereiten
(Expertenbefragung)
…
Anforderungsbereiche zur Kommunikation
„Inhalte“ zum Kompetenzbereich Kommunikation
• Einen Sachverhalt sachgerecht, d.h. korrekt und fachlich angemessen aufbereiten
(Tabelle, Grafik, Diagramm, Text, Plakat, Internetseite, Wiki, ...)
• Eine Zusammenfassung erstellen
• Einen Fachvortrag halten
• Darstellungsformen für naturwiss. Sachverhalte ineinander überführen
Diagramm ↔ Text (z.B. Geschichte zum Diagramm erfinden)
Tabelle ↔ Diagramm Text ↔ Mindmap
Text ↔ Flussdiagramm Formel ↔ textliche Umschreibung
Fachbegriffe ↔ Umgangssprache
• Aus mehreren gegebenen Darstellungen eine sachlich richtige oder/und
adressatengemäße auswählen lassen (mit Begründung)
• Jemandem (reale / gedachte Person) etwas erklären (adressatengemäß,
Partnerarbeit, Rollenspiel)
• Fachlich argumentieren (abwägen, begründen, Rollenspiel)
Adaptiert aus „Kommunikation in den Bildungsstandards“,
Naturwissenschaften im Unterricht 18 (2007), Schecker et al.
Anforderungsbereiche zur Bewertung
„Inhalte“ zum Kompetenzbereich Bewertung
Eine Anzahl vorgegebener Aussagen oder Fragestellungen zu einem Sachverhalt
unterschiedlichen Perspektiven zuordnen (naturwiss. / politisch / ökonomisch /
alltagsbezogen / ...) oder
mehrperspektivische Aussagen und Fragestellungen entwickeln und ausarbeiten.
Eine Bewertung aus den Perspektiven verschiedener Betroffener analysieren oder
entwickeln (Rollenspiel).
Auswirkungen naturwiss. Erkenntnisse in persönlichen oder gesellschaftlichen
Kontexten benennen.
Eine (vorgegebene) Entscheidung auf ihre Folgen hin untersuchen.
Verschiedene Handlungsoptionen aufzeigen.
Aus einer vorgegebenen Liste von Aussagen auswählen, um eine eigene Bewertung
zu stützen (mit Begründung).
Eine vorgelegte Bewertung kommentieren im Hinblick auf Argumentationsstrukturen
(z.B.: Gibt es eine Begründung? Wie ist sie aufgebaut?).
Eine eigene Position zu einem Sachverhalt formulieren.
Wie bedeutsam ist das fürBaden-Württemberg?
1. Die Zusammenarbeit der Länder in der Entwicklung von kompetenz-
orientiertem Unterricht gelingt nur mit einem einheitlichen Grund-
verständnis über Kompetenzmodelle. Die o.g. Kompetenzmatrix ist die
allgemein anerkannte Basis für Physik.
2. Der Bildungsstandard Physik in Baden-Württemberg ist trotz anderer
Struktur dazu kompatibel, insbesondere unter Einbeziehung der
Leitgedanken. Die Niveaukonkretisierungen orientieren sich bereits an der
Kompetenzmatrix, auch der Bezug zu den NBS wird jeweils angegeben.
3. Die von der KMK 2012 durchgeführten bundesweiten Tests zur natur-
wissenschaftlichen Kompetenz werden die vier Kompetenzbereiche
Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation, Bewertung prüfen.
4. Inhaltlich sind die Basiskonzepte Materie, Wechselwirkung, Systeme und
Energie nicht als Prüfbereiche vorgesehen.
Kompetenzorientierter PhysikunterrichtWas ist das und wie geht das?
Vortragsaufbau
1. Was verstehen wir unter Kompetenzen?
2. Wie kann man Struktur in die Kompetenz-
beschreibung hineinbringen, die mit den
fachlichen und methodischen Anforderungen in
Fach Physik kompatibel ist?
3. Welche Auswirkungen hat das auf die
Unterrichtsplanung und den Unterricht?
Unterricht kompetent kompetenzorientiert planen
Unterrichtsplanung nach fachsystematischer Struktur
1 xxxxxxx
1.1 xxx
1.2 xxx
2 xxxxxxx
2.1 …
Unterrichtsstunde• Einstieg (z.B. Alltagsbezug)• Systematische Untersuchung (z.B.
Demo- oder Schülerexperiment)• Festigung (z.B. Aufgaben)• Evt. weitere Kontexte
Ist das nicht schon kompetenzorientierter Unterricht?
Das ist auf dieser Basis nicht entscheidbar!
Unterricht kompetent kompetenzorientiert planen
Unterrichtsplanung geht von Kompetenzen fördernden
Lernprozessen aus
Schülerinnen und Schüler übernehmen
(Teil)verantwortung für ihr Lernen, Lehrkräfte begleiten
den Lernprozess
Unterrichtsplanung berücksichtigt verschiedene
Anforderungssituationen mit Bezug auf Kompe-
tenzbereiche und mögliche Untergliederungen
Fachkompetenzen werden an Inhalten erworben, die
Handlungskompetenzen im Rahmen von
Unterrichtssituationen und Lernarrangements
Mehrdimensional planen
So wie bislang die Fachkompetenz
strukturiert und umfassend geplant wird,
sind auch die anderen Kompetenzbereiche
Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und
Bewertung gezielt kumulativ auszubauen.
Unterricht kompetent kompetenzorientiert planen
Unterrichtsplanung unter Berücksichtigung von
Inhalten Prozessen unterschiedlichen Kompetenzbereichen unterschiedlichen Anforderungsniveaus
Unterrichtssequenz
Hohe Eigentätigkeit der Schülerinnen und
Schüler Hohe Selbstverantwortung der der Schülerinnen
und Schüler für ihr Lernen Differenzierung im Unterricht
Planungsraster für Unterrichtsplanung (nach Ziener erweitert)
1. Welche Kompetenz nach BS? Zitat Fachkompetenz nach BS: …
Zitat method. Kompetenz nach BS: …
Welche weiteren Kompetenzen werden damit gefördert (Inhaltsdimension und Handlungsdimension): …
2. Was kann ein(e) Schüler(in), wenn er/sie
über diese Kompetenzen verfügt?
Eigene Formulierung: ...
3. Über welche Kenntnisse / Fähigkeiten /
Fertigkeiten / Haltungen verfügt ein(e)
Schüler(in) im Blick auf diese Kompetenz?
Je betr. Kompetenzbereich:
Anforderungsniveau 1: … Anforderungsniveau 2: … Anforderungsniveau 3: …
4. Unterrichtsplanung Material, Lernarrangement, Impuls,
Inszenierung, etc. der Lehrkraft: …
Aktivität der Schüler(innen) ...
Zusammenfassung
Kompetenzorientierter Unterricht
• berücksichtigt sowohl die Leitgedanken als auch
Kompetenzen und Inhalte der Bildungsstandards
• berücksichtigt Inhaltsdimension und
Handlungsdimension
• hat differenzierende Angebote
• fördert und fordert selbstständiges Lernen
• fördert und fordert die Selbstdiagnosefähigkeit
• …
Nachhaltige Umsetzung
• Ein Vortrag wie dieser kann nur Problembewusstsein
schaffen und Impulse geben.
• Nachhaltige Wirkung ist nur mit der inhaltlichen
Beschäftigung mit Bezug auf eigenen aktuellen
Unterricht zu erwarten, also über– Workshops (Fortbildung)
– Fachkonferenzen (Sprengelarbeit)
– Individuelle Arbeit (Kollegiale Zusammenarbeit)
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit