GRIN - Funktionsmodelle zur Erkenntnisgewinnung im Unterricht. Reflexion sowie Unterrichtsentwurf für das Fach Biologie (9. Klasse) (2022)

Inhalt

1. Einleitung

2. Theoretische Grundlagen von (Funktions-) Modellen und des Unterrichtsversuches im Fach Biologie

3. Planung und Durchführung der Unterrichtseinheit

4. Auswertung der Resultate und Reflexion

5. Zusammenfassung und Ausblick

6. Bibliografie

7. Anhang

1. Einleitung

Die vorliegende Arbeit thematisiert die Eignung eines Funktionsmodells für die Erkenntnisgewinnung im Unterrichtsfach Biologie in einer neunten Klasse einer Hamburger Stadtteilschule. Um mit einem Beispiel zu beginnen: Schüler X, 14, berichtet vom naturwissenschaftlichen Unterricht und sagt: Wir haben heute einen Text gelesen und zwei Abbildungen angeschaut. Das hatte wohl irgendetwas mit dem neuen Thema Sehen zu tun. Vergleichbare Aussagen von Schülerinnen und Schülern inklusiver Lerngruppen sind nicht selten. Fachwissen ist als inhaltliche Basis für die „stärker prozessbezogenen Kompetenzbereiche“ erforderlich (Hamburger Rahmenplan 2014, S. 15). Bleibt es jedoch bei der alleinigen theoretischen Beschreibung von komplexen Vorgängen, werden letztere insbesondere von der für das Design gewählten Lerngruppe als abstrakt und somit nicht als hinreichend erfassbar wahrgenommen, was sich unter anderem durch entsprechende Indikatoren im Unterrichtsgespräch manifestiert. Mithilfe von Modellen, hier ein Funktionsmodell, können Prozesse wie das Beispiel der Nah- und Fernakkommodation anschaulich erklärt, nach Auffassungen der Didaktik tiefgreifend verstanden und der Lernzuwachs gefördert werden (vgl. Killermann & Stöhr, 1980; Meyer 1990). Hieraus ergibt sich die Leitfrage der Arbeit, die den inhaltlichen Rahmen begrenzt: Inwiefern ist das Funktionsmodell zur Akkommodation für die Erkenntnisgewinnung geeignet?

Methodisch geht die Arbeit nicht empirisch vor, sondern orientiert sich an der Darstellung und Reflexion eines statistisch nicht signifikanten Unterrichtsversuchs in einer inklusiven Lerngruppe. Bezogen auf die didaktischen Annahmen wird in diesem Rahmen die Hypothese aufgestellt, dass der Einsatz eines Funktionsmodells in der ausgewählten Schülergruppe eine positive Auswirkung auf die Erkenntnisgewinnung hat und geringe fachliche Verständnisschwierigkeiten auftreten.

Um diesem Anspruch gerecht zu werden, wurde die Arbeit folgender Maßen gegliedert: Im zweiten Kapitel werden theoretische Grundlagen zum Einsatz von Funktionsmodellen im Unterricht sowie Angaben zum Untersuchungsschwerpunkt aufgezeigt. Das dritte Kapitel stellt die konkrete Planung und Durchführung der Einheit mit Angaben zur Lerngruppe, des -gegenstands sowie zu didaktischen Entscheidungen dar.

Im vierten Kapitel erfolgen die Auswertung der Resultate im Hinblick auf die Leitfrage und die Hypothese sowie eine Reflexion. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick im fünften Kapitel ab.

2. Theoretische Grundlagen von (Funktions-) Modellen und des Unterrichtsversuches im Fach Biologie

Mit der Auffassung des Modellierens als zentrale Arbeitsweise der Biologie und der Tatsache der „Mannigfaltigkeit (…) der belebten Natur“ existiert eine Bandbreite an Modelltypen, die aufgrund des thematischen Fokus der Arbeit primär auf die Auseinandersetzung mit Funktionsmodellen reduziert wird (Peters 1998, S. 102).

2.1 Definition des Terminus (Funktions-) Modell

Der Terminus Modell wird aus etymologischer Sicht als Diminutiv von modus aufgefasst und als Maß beziehungsweise Maßstab definiert. In der Biologie basieren Modelle unter anderem auf Beobachtungen oder Experimenten und können eingesetzt werden, wenn die Analyse der Originalstruktur nicht oder schwierig möglich ist. Somit können Modelle betrachtet werden als vereinfachte ideelle oder materielle Abbildungen der Wirklichkeit als Ganzes, eines Ausschnitts oder bestimmter Zusammenhänge der Wirklichkeit, die der Veranschaulichung wesentlicher Struktur- oder Funktionsmerkmale originaler Objekte oder Vorgänge dienen (Meyer 1990, S. 4).

Dieser Erklärungsansatz verweist auf die Klassifizierung von Modellen als ideelle oder materielle Objekte, wobei letztere als Anschauungsmodelle zusammengefasst und in statische Strukturmodelle, die morphologische beziehungsweise anatomische Merkmale zeigen, sowie in dynamische Funktionsmodelle differenziert werden (vgl. ebd.). Funktionsmodelle sind morphologisch abstrahiert, weil sie spezifische Aspekte fokussieren, um entsprechende Prozessverläufe beziehungsweise Funktionen zu veranschaulichen (vgl. Schneider 1981, S. 259). Aufgrund der Reduktion für die didaktische Zielsetzung kann ein Modell nicht als Kopie des Originals erfasst werden.

2.2 Professionalisierte Wahrnehmungen des Modelleinsatzes

Stachowiak (1980, S. 9) erfasst den Menschen als ein modellbildendes Wesen, das sich neue und unbekannte Aspekte „im Medium der Modellbildung anschauend, beobachtend, interpretierend, vergewissernd“ aneignen möchte und somit „an und mit Modellen“ lernt und handelt. Funktionsmodelle veranschaulichen Prozesse und erzeugen demnach Vorstellungen mentaler Repräsentationen der Vorgänge durch visuelle sowie haptische Komponenten. Dadurch werden nicht nur verschiedene Lerntypen angesprochen, sondern ebenfalls eine intensive Auseinandersetzung mit dem Lerngegenstand erzielt. Für einen effektiven Lernprozess erhebt die Didaktik Anforderungen an Funktionsmodelle wie zum Beispiel das Vorhandensein von ähnlichen, vereinfachten, exakten und hervorgehobenen Eigenschaften sowie Subjektivierungsmerkmalen des Abbilds vom Original (s. Kapitel 2.2.1). Des Weiteren werden unterschiedliche Bedeutungen im Unterricht an Funktionsmodelle herangetragen, die für den Unterrichtsversuch relevant sind (s. Abschnitt 2.2.2).

2.2.1 Anforderungen an (Funktions-) Modelle zur Unterstützung der Erkenntnisgewinnung

Im Hamburger Bildungsplan für Stadtteilschulen (2014, S. 15) wird die Arbeit mit Modellen im Unterrichtsfach Biologie dem Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung zugeordnet. Ferner heißt es, dass Modelle zur Veranschaulichung komplexer Phänomene verwandt und die Lernenden „nur Aufbau und diejenigen Eigenschaften eines Realobjekts, die für die Beantwortung der Fragestellung als wesentlich erachtet werden“, berücksichtigen (ebd.). Vorteilhaft für einen effektiven Lernprozess sind gemäß der didaktischen Literatur (vgl. Eschenhagen et. al., 1998; Meyer 1990) Funktionsmodelle ohne naturalistische Strukturen, deren Grad der Reduktion vom Lernziel und dem (subjektiven) Vorstellungsvermögen der Schülerinnen und Schüler abhängt. Dabei ist das Vorhandensein analoger Strukturen von Modell und Original notwendig. Die entsprechenden Charakteristika beziehungsweise Funktionen müssen dem Original ähnlich sein sowie anschaulich, sachlich und fachlich korrekt dargestellt werden.

Bestenfalls erfolgt eine Hervorhebung der für die Lernintention relevanten Aspekte, um die Erkenntnisgewinnung der Lernenden adäquat zu fördern. Letztendlich erfolgt so eine denkökonomische, das heißt vereinfachte Erfassung von Sachverhalten mit einer veranschaulichten Problemeingrenzung und -orientierung.

2.2.2 Zum Einsatz von (Funktions-) Modellen im Lernprozess

Im Allgemeinen können bei dem Einsatz von Modellen im Biologieunterricht je nach Lernvorhaben und Subjektivierungsmerkmal unterschiedliche Teilkompetenzen fokussiert werden, die den Kategorien Konstruktion und Weiterentwicklung, Modellanwendung sowie Vergleich und Bewertung angehören. Diese stellt die Abbildung (1) in der Spinnennetz-Methode dar:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung (1): Teilkompetenzen beim Modellieren in der Spinnennetz-Methode (Uni Bremen, o.J)

Die Kompetenzspinne erhält die Bedeutung einer Doppelfunktion, da sie einerseits als Planungsraster für das Design von Unterrichtseinheiten oder ebenfalls als Diagnoseinstrument und zur Rückmeldung von kompetenzbasierten Leistungen mit verschiedenen Bedeutungs- und Fähigkeitsabstufungen verwandt werden kann (vgl. Maiseyenka et. al., 2011, S. 50; Stäudel 2004).

Hieraus ergibt sich eine didaktische Kontroverse: Bei der eigenständigen Entwicklung sind die Lernenden direkt am Entstehungsprozess beteiligt und üben sich im Modellieren, was auf einer hohen Abstraktionsebene unter anderem eine intensive Auseinandersetzung mit dem Lerngegenstand sowie die Kreativität und das Vorstellungsvermögen schult.

Eine informierende Modelleinführung kann insbesondere im Hinblick auf das Subjektivierungsmerkmal und das Lernziel vorteilhaft sein, da sich die Schülerinnen und Schüler gezielt auf das Verstehen des jeweiligen Prozesses beziehungsweise auf eine Fragestellung konzentrieren können und nicht durch die freie Konstruktion eines Modells wohlmöglich überfordert werden. Entsprechend kann ein induktives Vorgehen im Unterricht erfolgen, das heißt, dass die Lernenden mithilfe eines (vorgegebenen) Funktionsmodells ihnen bislang unbekannte Vorgänge entdecken und beschreiben. Des Weiteren ist ein deduktiver Ansatz möglich, demnach die Schülerinnen und Schüler basierend auf bereits erlerntem Fachwissen theoretisch bekannte Funktionen mithilfe von Modellen nachvollziehen (vgl. Eschenhagen et. al., 1998; Meyer 1990; Stäudel, 2004).

Stachowiak (1980, S. 96) verweist darauf, dass in Lernprozessen oftmals nicht thematisiert wird, „was eigentlich im Modell wiedergegeben wird, so dass Modelle sich zu einer eigenständigen Wirklichkeit verselbständigen“. Aufgrund der Reduktion der Strukturen sowie der Abstraktion von Funktionsmodellen zum Beispiel durch die Verwendung realitätsferner Materialien und Farben resultiert daraus die Anforderung an den Lernprozess, das „kritische Reflektieren des Modells“, als relevanter Bestandteil der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung (Bildungsplan 2014, S. 15, Bereich der Spinne: Vergleich und Bewertung). Bereits zu Beginn der Modellarbeit sind im Bereich der Modellanwendung die Aspekte „Modellelemente benennen / beschriften“ sowie „Analogien“ aufgeführt worden (s. Abbildung 1), die das Verständnis stützen und auf eine abschließende Modellkritik vorbereiten. Letztere basiert unter anderem darauf, dass die mithilfe des Funktionsmodells erzielten Analogieschlüsse auf das Original übertragen werden. Schlussendlich analysieren die Lernenden anhand von (selbst) gewählten Kriterien die Aussagekraft, das heißt die Möglichkeiten und Grenzen der Übertragbarkeit des Modells auf die Realität, sowie den Wert für die eigene Erkenntnisgewinnung.

Hier liegt die Chance, Schülerinnen und Schüler neben einer reflexiven Haltung zur Kritikfähigkeit und zu einer Modifikation selbst erstellter Modelle zu befähigen, wobei letzteres überwiegend in der Sekundarstufe II erfolgt (vgl. ebd.).

2.3 Untersuchungsschwerpunkt und Zielsetzung

Um im Rahmen dieses Unterrichtsversuches fundierte Aussagen zu treffen, sind neben der Formulierung einer Leitfrage beziehungsweise Hypothese das Aufzeigen von Kriterien und Indikatoren zur Überprüfung der Erkenntnisgewinnung erforderlich.

2.3.1 Darlegungen der Leitfrage und der Hypothese

Der Fokus des Unterrichtsversuches besteht in der Beantwortung der Frage, inwiefern ein Funktionsmodell zur Akkommodation für die Erkenntnisgewinnung geeignet ist. Als adäquat kann der Einsatz eingestuft werden, wenn das Funktionsmodell auf den Prozess der Akkommodation angewandt werden kann, indem die Lernenden im Rahmen der Modellanwendung die jeweiligen Bestandteile mit dem Original analogisieren, mithilfe der morphologisch abstrahierten Strukturen den Prozess der Akkommodation erklären und eine Modellkritik bezogen auf die Aussagekraft der funktionalen Nachbildung und des Beitrags für die Erkenntnisgewinnung durchführen können.

Bislang existieren vereinzelte empirische Erhebungen über die Vermittlung von Modellkompetenzen und deren nachhaltige Effektivität im Lernprozess. Nach Killermann und Stöhr (1980, S. 224-230) kann ein Modell dazu beitragen, den Lernzuwachs zu erhöhen. Da die vorliegende Arbeit keine empirischen und statistisch signifikanten Erhebungen über den Verlauf von Lernprozessen anstrebt, wird in diesem Rahmen die Hypothese aufgestellt, dass mithilfe des Einsatzes eines Funktionsmodells zur Akkommodation eine positive Auswirkung auf die Kompetenzen im Bereich der Erkenntnisgewinnung mit geringen fachlichen Verständnisschwierigkeiten erzielt wird.

2.3.2 Kriterien und Indikatoren

Die Lernziele der Unterrichtseinheit (s. Kapitel 3) und ebenfalls die Leitfrage sowie die Hypothese beziehen sich schwerpunktmäßig auf den Bereich Erkenntnisgewinnung. Orientiert an dem Ziel der vorliegenden Arbeit muss sich die Beurteilung für die Eignung des Modells zur Erkenntnisgewinnung in den erreichten Teil-Kompetenzen der Schülerinnen und Schülern widerspiegeln. Dies impliziert die Aufstellung von Kriterien, die anhand verschiedener Indikatoren auf ihre Validität hin überprüft werden. Die Hypothese gilt als verifiziert beziehungsweise das Funktionsmodell als geeignet für die Erkenntnisgewinnung, wenn bei der Hälfte der Schülerinnen und Schüler die Indikatoren zutreffen. Ist letzteres nicht gegeben, werden sowohl die Hypothese als falsifiziert als auch das Modell als nicht adäquat für den Einsatz im Unterricht zum Ausbau der Erkenntnisgewinnung eingestuft.

Einen Überblick der für die Untersuchung gewählten Kriterien und Indikatoren zeigt die folgenden Tabelle (2):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle (2): Kriterien und Indikatoren für den Untersuchungsschwerpunkt

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Last Updated: 10/14/2022

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