exreTu

1. exreTu Der Ansatz "expliziter,reflektiverTechnikunterricht" 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 www.fhnw.ch/ph

2. Übersicht Gliederung des Vortrags • Zur Situation des Technikunterrichts heute (Situation Schweiz) - Hintergründe des Projekts exreTu • Das Modell des expliziten, reflektiven Technikunterrichts • Überblick über das Forschungsprojekt exreTu (Forschungsdesign, Stand) • Fokus: Interventionsphase exreTu - Technikunterricht • Fokus: Metakognition und Explikation • Fokus: Befragung Technikinteresse - Berufswünsche • Ausblick: Kompetenzmessung (Schwierigkeiten - Möglichkeiten) DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

3. Situation des Technikunterrichts 1. Zur Situation des Technikunterrichts (Blickwinkel CH) Internationale Diskussionen um Bildungsstandards und "technical/ technological literacy" Stiefmütterchen-Dasein in Curricula und dem realen Schulalltag • 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 DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

4. Situation des Technikunterrichts 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 DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

5. Situation des Technikunterrichts 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 DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

6. Situation des Technikunterrichts Kompetenzmodell HarmoS: Naturwissenschaften(www.harmos.phbern.ch) Basisstandards für vier Niveaustufen DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

7. Situation des Technikunterrichts Lehrplan 21(www.lehrplan21.ch) DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

8. Situation des Technikunterrichts 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). DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

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11. Situation des Technikunterrichts 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 DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

12. Das Unterrichtsmodell exreTu 2. Das Modell exreTu: expliziter reflektiver Technikunterricht Grundansätze • Handlungs- und Problemorientierungin komplexen Situationen IngenieuransatzTechnik konstruieren und herstellen • Informierend-experimenteller Ansatz (funktionsanalytischer Ansatz)Funktionsanalyse technischer Gegenstände: beschreiben und einander erklären, Vorkonzepte schrittweise erweitern, Begriffe be-greifenTechnik verstehen • Soziokultureller Ansatzgesellschaftlich-soziale Dimension von Technik ist im Vordergrund Technik nutzen und Technik bewerten • Reflexionsorientierung: Metakognition übenArbeitsprozess, Lernprozess und Erkenntnisprozess reflektieren DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

13. Das Unterrichtsmodell exreTu Konstitutierende Merkmale von exreTu • Ingenieur-technisches Handeln • Explizit machen von Technik - Technikbegriff erweitern • Explizieren von Technik - Nutzen von metakognitiven Strategien • Auseinandersetzung mit Berufsrollen - Entwicklung von Rollenverständnis DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

14. Das Forschungsprojekt 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? DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

15. Übersicht über die Projektanlage von exreTu (Projektplan Juni 2010) Zeit Teil 1: Befragung Teil 2: Intervention Datenerhebung 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 Projektbeginn Nov. 09 bis Okt 10 Entwicklung der Instrumente (Fragebogen) Aufgaben für Kompetenzerhebung Planung Intervention/Info LP Versuchsgruppe V mit 15 Klassen (N=225):PK1 + exreTu + PK2;Kontrollgruppe K mit 15 Klassen (N=225):nur PK1 + PK2 Weiterbildung Lehrpersonen der Versuchsgruppe (ca. 15); Eröffnungsveranstaltung: 11. August 2010 Okt. - Nov. 2010 Befragung F1Erhebung Technikinteresse und Berufswünsche FragebogenF Durchführung Intervention Nov. 10 - März 11 Pretest PK1: Technikkompetenz, standardisierte Aufgaben Testaufgaben mit Kurzfragebogen Arbeitsjournale mit Meilensteinreflexionen Expliziter, reflektiver Technikunterricht ExreTu:Unterrichtssequenz von ca. 30 Lektionen, Erwerb von Technikkompetenz, Best-practice-Beispiele Protokolle Posttest PK2:Technikkompetenz, standardisierte Aufgaben Testaufgaben mit Kurzfragebogen April - Juni 2011 Befragung F2Erhebung Technikinteresse und Berufswünsche FragebogenF Gruppeninterviewmit Lehrpersonen Gruppeninterview April - Juni 2012 Befragung F3 - Follow upErhebung Technikinteresse und Berufswünsche FragebogenF

16. Fokus Intervention 4. Fokus Intervention Technik erklären und kommunizieren Arbeitsjournal mit Meilenstein-reflexionen: Darstellung des Arbeits-prozesses, Präsentation oder Ausstellung (fortwährend; am Schluss ca. 2 Lektionen) 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) Technikunterricht im exreTu-Projekt Produktherstellung in einer "Firma" (Teams) Technik problemlösend angehen: Lösungsansätze entwickeln und Handlungsplan erstellen Firma gründen/Team bilden, Berufe und (Berufs-)rollen kennenlernen, Aufgaben verteilen, Arbeitsschritte festlegen (ca. 4 Lektionen) Technik bewerten Produktanalyse, Technikstudie oder Expertenkontakt (ca. 2 Lektionen) Technik konstruieren und herstellen Konstruktion, Herstellung und Optimierung des Produkts im Team, problemlösendes Handeln (ca. 12 Lektionen) DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

17. Fokus Intervention Ausgearbeitete Themenbeispiele • Licht-Leuchte • Schokolade • Naturkosmetik • Alarmanlage Flip Flop-Schaltung • Leichtbaufahrzeuge • Outdoor-Bekleidung DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

18. DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

19. Fokus Intervention Konzept der Intervention - Konzeptraster • Arbeitsschritte und Meilensteine • Offenheit und Steuerung DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

20. Fokus Intervention DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann [k1]hierzu bitte Arbeitsblätter, Beispiele, Anleitungen zuhanden Lehrpersonen erstellen

21. 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 : • Dynamo • Scheinwerfer • Rücklicht • Kabel 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. DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

22. Fokus Intervention Übersicht über die Meilensteine DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

23. Fokus Explikation und Metakognition 5. Fokus Explikation und Metakognition • Schlüsselkompetenz "Technik verstehen": Explikation • 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. DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

24. Fokus Explikation und Metakognition Bsp. Wie funktioniert eine Velopumpe? (nach Aeschbacher, 2010) Explikation (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. DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

25. Fokus Explikation und Metakognition Explikation (2) 2. Komplexe Abläufe, strukturell und zeitlich aufschlüsseln Phase 1: "Ansaugen" von Luft durch Kraft-wirkung des Kolbens Phase 2: Ausstossen von Luft durch Kraftwirkung des Kolbens Phase 1 Phase 2 DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

26. Fokus Explikation und Metakognition Explikation (3) 3. Grafischer Bezug auf undifferenzierte Vorstellung oder Problemstellung(eine Pumpe hat unten nicht zwei Öffnungen)  DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

27. Fokus Explikation und Metakognition Explikation (4) 4. Vereinfachte, abstrahierte Struktur des Gesamtablaufs  undifferenzierte Vorstellung  differenziertere, Vorstellung DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

28. Fokus Explikation und Metakognition 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. DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

29. Fokus Explikation und Metakognition 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?" DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

30. Fokus Befragung: Technikinteresse-Berufswünsche Technikspezifische Kompetenzen/Tätigkeiten Befragung Technikinteresse und Berufswünsche Fragebogenkonstrukt Inhaltsbezogene Dimensionen Technik konstruieren und herstellen Technik erklären, kommunizieren Technik verstehen Technik entwickeln Technik nutzen Technik bewerten Technikspezifische Kontexte Personenbezogene Variablen Technik in der Schule Interesse: Freude, Aktivierung, Wichtigkeit, Nützlichkeit Selbstwirksam-keitserwartung Gesellschaftliche Bedeutsamkeit Technik in Alltag und Freizeit Selbst-wirksamkeits-erwartung Technik allgemein Interesse an Technik gesells. Bedeutsamkeitvon Technik allgemein Befragung 1 Technik im Beruf + 2 Intervention mit explizitem, reflektivem Technikunterricht (exreTu) Selbst-wirksamkeits-erwartung in Bezug auf exreTu gesells.Bedeutsamkeitvon exreTu Interesse an exreTu Befragung 2 DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

31. 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??? DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann

32. Wir danken für die Aufmerksamkeit DGTB Tagung Potsdam 23.9.10 Anni Heitzmann