FD Biologie at PH Zürich - Pädagogische Hochschule Zürich

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Experimentieren als handelnde Auseinander-
setzung mit der Natur

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Experimentieren als naturwissenschaftliche
Erkenntnismethode
→ Wissenschaftliches Denken

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Experimentieren als handelnde Auseinander-
setzung mit der Natur
→ Lösen experimenteller Probleme

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Teilprozessansatz

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Problemtypenansatz

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Kategoriengeleitetes Beobachten

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Problemtyp: Zusammenhangsgeleitetes Untersuchen

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Effektbasiertes Vergleichen

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Funktionsgeleitetes Dekonstruieren

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Kriteriengeleitetes Klassifizieren

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Explorative Studie zu Qualitätsmerkmalen guten
Biologieunterrichts

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Experimentieren als naturwissenschaftliche
Erkenntnismethode

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FD Biologie

Experimentieren als handelnde Auseinander-
setzung mit der Natur

Experiment:
- Bedingt handelnde Auseinandersetzung mit beobachtbarer / manipulierbarer Natur.
- Methoden der handelnden Auseinandersetzung gehen über das Arbeiten mit kontrollierten Versuchsanordnungen hinaus:
▪ Biologie: Beobachten, Vergleichen, …
▪ Chemie: verfahrensbasiertes Identifizieren, …
▪ Physik: technisch-konstruktives Herstellen einer
Messvorrichtung, ...
Zweck:
- Handlungsoptionen schaffen
-Faktenwissen generieren
- Entdeckung und Rechtfertigung von Erkenntnissen

FD Biologie

Experimentieren als naturwissenschaftliche
Erkenntnismethode
→ Wissenschaftliches Denken

Prozessorientierung
➢ Experimentieren in Teilprozesse (Hypothese,
Planung, Durchführung, Auswertung …) zerlegt
➢ Korrekte Bewältigung der Teilprozesse führt zu
gerechtfertigter Erkenntnis
Kompetenzbezug:
➢ Die Bewältigung von Teilprozessen erfordert Wissen
und Können und kann sogenannten «process skills»
zugeordnet werden.
(Miller & Driver, 1987)

FD Biologie

Experimentieren als handelnde Auseinander-
setzung mit der Natur
→ Lösen experimenteller Probleme

Problemorientierung
➢ Die handelnde Auseinandersetzung mit der Natur
besteht aus der Lösung vielfältiger Problemstellungen,
die es seriell oder parallel zu lösen gilt.
➢ Die Problemstellungen können im Sinne von
Problemtypen systematisiert werden.
Kompetenzbezug
➢ Die Bewältigung solcher Problemtypen erfordert Wissen
und Können und kann spezifischen Problemlöse-
fähigkeiten zugeordnet werden.
(Gut, Metzger, Hild, Tardent, 2014)

FD Biologie

Teilprozessansatz

➢ Experimentieren als lineare «chain of
processes»:
Hypothese formulieren, Untersuchung planen
& durchführen, Daten auswerten
(e.g. Murphy & Gott, 1984; Tamir & Amir, 1987; Lock, 1989; Hammann et
al. 2007; Mayer, 2008, Wellnitz, 2012)
➢ Kompetenz: transferfähige «process skills»
(Gott & Duggan, 2002)

FD Biologie

Problemtypenansatz

➢ Experimentieren als integrale Problemlösung:
Vergleichen, Messen, Beobachten,
Klassifizieren, Konstruieren, Untersuchen
(e.g. Millar et al., 1996; Ruiz-Primo & Shavelson, 1996)
➢ Kompetenz: Problemlösefähigkeit auf
transferfähigem Methodenwissen basierend
(Gott & Duggan, 2002)

FD Biologie

Kategoriengeleitetes Beobachten

Problemstellung:
Phänomen beobachten, anhand
gegebener Kategorien
Aufgaben) beschreiben und
vergleichen
Problemverständnis
Unterscheidung von subjektiver
Interpretation und objektiver
Beschreibung eines Phänomens
Methodenwissen
Verwendung einer einheitlichen
Fachsprache als Strategie, die
Objektivität der Erkenntnis zu
sichern und subjektive
Interpretationen zu verhindern

Art der „Erkenntnis“
Eigenschaften, Merkmale können erfasst, häufig quantifiziert (gemessen,
gezählt) und vor dem Theoriehintergrund interpretiert werden
→ nominale oder ordinale Einordnung von Merkmalsausprägungen

FD Biologie

Problemtyp: Zusammenhangsgeleitetes Untersuchen

Problemstellung:
Korrelative oder kausale
Zusammenhänge zwischen
gegebenen Variablen untersuchen
und Hypothesen überprüfen
Problemverständnis
Zusammenhänge als Abhängigkeit
einer abhängigen Variable von einer
bzw. zwei unabhängigen Variable,
Sicherstellung der Reproduzier-
barkeit und Glaubwürdigkeit der
Untersuchung
Methodenwissen
Variablenkontrolle als Strategie,
einfache Abhängigkeiten zu
isolieren und untersuchen

Art der „Erkenntnis“
Messergebnisse der Parametermanipulation können verglichen werden.
Unter Einbindung von theoretischen Elementen können Zusammenhänge
(Ursache‐Wirkungsbeziehungen) zwischen den Parametern postuliert
werden.
→ Qualitative Ausprägung von Merkmalszusammenhängen

FD Biologie

Effektbasiertes Vergleichen

Problemstellung:
Objekte anhand einer gegebenen
Eigenschaft experimentell (ohne
direkte Messung) vergleichen
Problemverständnis
Fairer Vergleich als „Gleiches
mit Gleichem auf immer die
gleiche Weise zu vergleichen“
Methodenwissen
Standardisierung von Vergleichs-
prozeduren als Strategie,
belastbare Vergleiche zu
ermöglichen

Art der „Erkenntnis“
Eigenschaften und Merkmale von Objekten können anhand eines Effekts
erfasst und vor einem Theoriehintergrund interpretiert werden.
→ Qualitative (ev. quantifizierbare) Rangfolge von bestimmten Merkmals-
ausprägungen, Möglichkeit einer entsprechenden quantifizierbaren Skala

FD Biologie

Funktionsgeleitetes Dekonstruieren

Problemstellung:
Funktionsweise von Objekten /
Mechanismen durch
Dekonstruktion untersuchen
Problemverständnis
Sachgerechte Zerlegung eines
Objektes zum Verständnis der
Struktur und Funktionsweise
Methodenwissen
Verwendung einer systematischen
Vorgehensweise als Strategie,
mögliche Zusammenhänge
zwischen Struktur und Funktions-
weise zu erschliessen

Art der „Erkenntnis“
Eigenschaften und Merkmale von Objekten können erfasst und hinsichtlich
ihrer Funktionsweise interpretiert werden.
→ Qualitative Einordnung von Merkmalsausprägungen und den damit
verbundenen, möglichen Funktionsweisen

FD Biologie

Kriteriengeleitetes Klassifizieren

Problemstellung:
Objekte anhand eines Kriterien-
systems vergleichen, einordnen
und klassifizieren
Problemverständnis
Hierarchisches Kriteriensystemmit
eindeutigem und aus-
schliessendem Charakter
Methodenwissen
Standardisierung von
Vergleichsprozeduren als
Strategie, belastbare Vergleiche zu
ermöglichen

Art der „Erkenntnis“
Eigenschaften und Merkmale von Objekten können erfasst und hinsichtlich
eindeutiger und ausschliessender Kriterien geordnet und klassifiziert werden.
(Gut &Mayer, 2018)
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→ Phänomenologie (Ordnung, Struktur) auf der Basis von ordinalen Skalen
(Kriterien)

FD Biologie

Explorative Studie zu Qualitätsmerkmalen guten
Biologieunterrichts

Ergebnisse (Auswahl)
▪ Einsatz von Realobjekten und lebenden Organismen
▪ Explizitmachen biologischer Systemebenen
▪ Umgang mit Modellen (Modellkritik)
▪ Sensibler Umgang mit Schülervorstellungen und –fehlern
▪ Präsenz der Basiskonzepte im Unterricht
▪ Orientierung am Schüleralltag
▪ Naturwissenschaftliches Arbeiten im Biologieunterricht
▪ Angemessener und gezielter Umgang mit der Fachsprache
▪ Fachliche Richtigkeit und inhaltliche Stimmigkeit des dargebotenen Stoffs
▪ Inhaltliche Klarheit und Strukturiertheit des dargebotenen Stoffs
▪ Angemessene Komplexität der Unterrichtsstunde
▪ Einsatz von kognitiv anspruchsvollen Aufgaben

FD Biologie

Experimentieren als naturwissenschaftliche
Erkenntnismethode

Experiment:
➢ wiederholbares, objektives Verfahren zur Erkenntnis-
gewinnung
➢ unter kontrollierten Bedingungen wird ein
ausgewählter Naturausschnitt gezielt manipuliert, um
aus der Reaktion der Natur Daten zu gewinnen
Experimentieren:
➢ Form der hypothetisch-deduktiven Erkenntnis-
gewinnungsmethode
➢ Teil des naturwissenschaftlichen Denkens
Zweck:
➢ Gewinnung oder Bestätigung von Hypothesen zu
kausalen Zusammenhängen

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