Top Banner
1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007 Elke Hartmann Martin-Luther-Universität Halle Wittenberg Zentrum für Ingenieurwissenschaften
29

1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

Apr 06, 2015

Download

Documents

Uwe Blier
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

1

Technik- und Naturwissenschaftenim Unterricht

Gemeinsames und Spezifisches

Physikdidaktisches KolloquiumPädagogische Hochschule Freiburg

08.11.2007

Elke Hartmann Martin-Luther-Universität Halle Wittenberg

Zentrum für Ingenieurwissenschaften

Page 2: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

2

1. Naturwissenschaftliche und technische Bildung in der Allgemeinbildung - Gemeinsames

3. Vergleich von Naturwissenschaften und Technikwissenschaften

2. Naturwissenschaftliche und technische Bildung im Unterricht - Spezifisches

4. Naturwissenschaftliche und technische Betrachtungen am Beispiel

Page 3: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

3

Klafkis Definition der Allgemeinbildung

Allgemeinbildung muß verstanden werden als Aneignungder die Menschen gemeinsam angehenden Frage- undProblemstellungen ihrer geschichtlich gewordenenGegenwart und der sich abzeichnenden Zukunft und alsAuseinandersetzung mit diesen gemeinsamen Aufgaben,Problemen, Gefahren.

aus: „Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik“, bELTZ Verlag, Weinheimund Basel 1993

1. Gemeinsames

Page 4: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

4

Bildungsrelevante Bereiche derWirklichkeit

Mathematik Human- undNaturwissenschaften Geisteswissenschaften

Natur Gesell- schaft

Technik

Technikwissenschaften

Page 5: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

5

1. kognitive Fähigkeiten

2. handwerklich-technische Fähigkeiten

3. emotional- soziale Fähigkeiten

4. ästhetische Wahrnehmungs-, Gestaltungs- und

Urteilsfähigkeiten

5. ethische Handlungsfähigkeiten (Sinndeutung)

6. politische Handlungsfähigkeiten

Grunddimensionen menschlicher Interessen und Fähigkeitennach W. Klafki, 1993

Page 6: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

6

Gemeinsames in den Zielen naturwissenschaftlicher und technischer Bildung

auf der Basis der NaWi- Bildungsstandards

Allgemeine Ziele

• Weltbegegnung und spezifische Weltsicht

• Multiperspektivische Betrachtungen

• Systemisches Denken

• Vorhersage von Wirkungszusammenhängen, Naturgesetze

• Mensch als Gegenüber der Natur, umweltverträgliches Handeln

• Sensibilisierung für nachhaltige Nutzung von Ressourcen

• Kommunikation und Meinungsbildung über technische Entwicklungen

• Bedeutung der industriellen Herstellung von Stoffen, ihr sachgerechter Umgang

• Orientierung für naturwissenschaftlich-technische Berufe

• Anschlussfähiges Wissen für berufsbezogenes Lernen

Page 7: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

7

Gemeinsames in den Arbeitsmethodenauf der Basis der NaWi-Standards

• Experimente zur Gewinnung und Überprüfung von Erkenntnissen

• Modellbildung für das Verallgemeinern, das Abstrahieren, das Transferieren

• Wahrnehmen und Analysieren

• Ordnen von Wissensbeständen

• Fachsprachen: natürliche, mathematische, grafische (Tabellen, Diagramme, Symbole

Page 8: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

8

Gemeinsames in den Tätigkeiten

Experimentieren/ Untersuchen Berechnen

Beobachten Interpretieren

Messen Erklären

Erkennen Begründen

Vergleichen Definieren

Gemeinsames in den Unterrichtsverfahren

Lehrgang Erkundung

Projekt Analyse

Experiment

Page 9: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

9

Zusammenfassung der Gemeinsamkeiten

1 Die hier extrahierten allgemeinen Ziele haben zwar eine hohe Übereinstimmung, fokussieren aber nicht auf den Kernbereich beider Lernbereiche. Sie verdeutlichen lediglich ihren Beitrag zu den allgemeinen Zielen von Schule und ihre Legitimierung in dem Fächerkanon.

2 Die extrahierten Arbeitsmethoden, Tätigkeiten und Unterrichtsverfahren sind weitestgehend unspezifisch für die Charakterisierung naturwissen- schaftlicher und technischer Bildung. Die Gemeinsamkeiten sind ohne Inhalts- bestimmung nur formaler Art und deshalb ungeeignet, daraus entweder eigenständige oder integrative Unterrichtskonzepte zu begründen.

Page 10: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

10

Technikbegriff nach TUCHEL (1967) und ROPOHL (1979)

Technik umfaßt:

die Menge der nutzenorientierten, künstlichen gegenständlichen Gebilde (Artefakte, Sachsysteme);

die Menge menschlicher Handlungen und Einrichtungen, in denen

Sachsysteme entstehen; die Menge menschlicher, zweckorientierter Handlungen, in denen

Sachsysteme verwendet werden

2. Spezifisches

Page 11: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

11

Technik als soziotechnisches SystemROPOHL (1979)

BEDINGUNGEN

ENTSTEHUNG

(SoziotechnischesSystem)

TECHNISCHESARTEFAKT(Sachsystem)

VERWENDUNG

(SoziotechnischesSystem)

FOLGEN

Natur, Mensch, Gesellschaft

Page 12: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

12

POLITOLOGISCH TECHNIK INGENIEURWISSEN-SCHAFTLICH

SOZIOLOGISCH ENTSTEHUNG PHYSIKALISCHSACHSYSTEME

SOZIALE VERWENDUNG NATURALEÖKONOMISCH DIMENSION DIMENSION CHEMISCH

HISTORISCH BIOLOGISCH

JURIDISCH ÖKOLOGISCH

HUMANE DIMENSION

ÄSTHETISCH ETHISCH ANTROPO- PSYCHOLOGISCH PHYSIOLOGISCH LOGISCH

Dimensionen und Erkenntnisperspektiven der Technik(nach Ropohl 1999)

Page 13: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

13

Spezifisches in den Zielen der Fächerauf der Basis der Bildungsstandards

Naturwissenschaftliche Bildung Technische Bildung

Natürliche Phänomene erfahrbar machen Sprache und Historie der Naturwissenschaften verstehen ihre Ergebnisse kommunizieren mit ihren spezifischen Methoden der Erkenntnisgewinnung und deren Grenzen auseinander setzen

Technik als Kulturgut und Mittel zur Weltgestaltung erfahrbar machen Bedingungen und Folgen der Technik aus historischer, gegenwärtiger und zukünftiger Sicht verstehen ihre Ergebnisse als soziotechnische, kompromissgeleitete Handlungssysteme mit den Mitteln der technischen Sprache kommunizieren Techniktypische Methoden für den Problemlösungsprozess zum Hervorbringen neuer technischer Systeme auswählen und praktisch nachvollziehbar machen

Page 14: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

14

Spezifisches in der Unterrichtsorganisation beider Lernbereiche

Naturwissenschaftliche Bildung

Technische Bildung

Unt

erri

chts

verf

ahre

n

Naturwissenschaftliches Experiment Erkundungen in der Natur Naturwissenschaftliche Analyse

Konstruieren Fertigen Technische Erkundung Technische Analyse Fallstudie Planspiel

Unt

erri

chts

med

ien

Labor Geräte Körper, Stoffe, Reagenzien Messinstrumente Energie- und Wasseranschluss

Werkstatt und Labor Werkzeuge, Bauteile und Geräte Werkstoffe, Halbzeuge, Hilfsstoffe Messinstrumente Energie- und Wasseranschluss

Page 15: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

15

Spezifisches in den Denk- und Arbeitsmethoden beider Lernbereiche

Naturwissenschaftliche Bildung Technische Bildung

Kausale Betrachtung mitUrsache-Wirkungs-Relation

Wahrnehmen durch Beobachten,Erkennen einer Problemstellung

Hypothesen aufstellen undReflektieren

Experimentieren, Auswerten,Beurteilen

Modelle bilden durch Idealisieren,Abstrahieren, Verallgemeinern,Theorien aufstellen

Finale Betrachtung mit Zweck-Mittel-Relation

Bedürfnisse/Probleme erkennen durchAnalysieren und Beobachten

Lösungen entwerfen durch Analogiebetrach-tung, Skizzieren, Modellieren, Berechnen

Konstruieren durch Pläne, Zeichnungen

Fertigen durch Organisieren und technischHandeln

Optimieren durch Testen, Prüfen, Bewerten,Entscheiden

Page 16: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

16

Spezifische Merkmale von Techniknach Wolffgramm 1997

• Technik ist die Einheit von:

naturwissenschaftlich (objektiv) Möglichem,

technisch Realisierbarem,

ökologisch Verträglichem,

ökonomisch Vertretbarem,

sozial Gewolltem.

• Technik ist finalorientiert

• Technik ist komplex

• Technik ist multipotent (Vielfalt von Lösungen)

Page 17: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

17

Formen des technischen Wissens

Technisches Wissen

Technisches KönnenFunktionales Regelwissen

Strukturales Regelwissen

TechnologischesGesetzeswissen

Öko- sozio-technologischesSystemwissen

Ropohl 2004

Page 18: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

18

Gegenüberstellung der Merkmale von Natur- und Technikwissenschaften (Technologie)

(nach G. Ropohl 1996)

Vergleichskriterien Naturwissenschaften Technologie

Zielsetzung

Gegenstand

Methodik

Resultate

Qualität

TheoretischeErkenntnis

Natürliche Phänomene

Isolierende Analyse

Idealisierte Theorien

Wahrheit

PraktischeFunktionsfähigkeit

Künstliche Gegenstände

Ganzheitliche Synthese

Realisierungsregeln

Erfolg

Page 19: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

19

Systemtheoretische Unterschiede in den Technikwissenschaften

nach G. Banse 2005

Kriterien empirische praktische

Zielsetzung

Gegenstand

Methoden

Ergebnis

Theoretische Erkenntnis

Soziotechnisches System

Experiment,Modellrechnung

Kausales und finalesAussagensystem

(Wissen, Erkenntnis)

Praktische Funktionsfähigkeit(Zweck-Mittel-Relation)

Herstellen und Verwendenvon Technik

Erfinden, Konstruieren usw.

Handlungsregeln"Know how"

Page 20: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

20

Technikwissenschaften sind finalorientierte Handlungswissenschaften, denen es nicht nur um Erkenntnis, sondern vor allem um Gestaltung geht.

Praktisches Ziel: Unterstützung technischer Praxis

Kognitives Ziel: Gewinnung, Systematisierung und Vermittlung

technischen Wissens

Soziales Ziel: Anerkennung, Erhaltung und Expansion

Naturwissenschaften sind kausalorientierte Erkenntniswissenschaften, denen es um Erkenntnisse und Theorienbildung geht.

Praktisches Ziel: Anwendung naturwissenschaftlicher Gesetze zum Lösen von

Aufgaben und Problemen

Kognitives Ziel: Naturgesetze und Theorienbildung

Soziales Ziel: Anerkennung, Erhaltung und Expansion

nach G. Banse 2006

Page 21: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

21

Verhältnis der Technikwissenschaften zu denNatur- und Gesellschaftswissenschaften

Allgemeine TechnologieGrundlagenwissenschaft der Technikwissenschaften

IngenieurwissenschaftenSpeziellen Wissenschaften

Elektrotechnik Verfahrens- Maschinen- Bautechnik Informationstechnik technik bautechnik

Hilfswissenschaften

Naturwissenschaften Mathematik Sozialwissenschaften

Humanwissenschaften

Allgemeine Technologie(Grundlagenwissenschaft der

Technikwissenschaften)

Ingenieurwissenschaften(spezielle Wissenschaften)

Hilfswissenschaften

Page 22: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

22

Technische Nutzung des Bimetallsals Zweipunkt-Regler

Page 23: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

23

Schüleraufgabe:

1. Bezeichne die Teile des Regelbügeleisens!

1 Temperaturwähler 2 Federkontakt

3 Bimetall 4 Heizwiderstand

5 Kontaktstößel 6 Spannungsanschluss

Page 24: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

24

Regler: Bimetall (Schalteinrichtung)

Regelstrecke:Temperatur der Heizsohle =(Bügelsohle mit Heizung)

Stellglied:Federkontakt

Störgröße:UmgebungstemperaturTemperatur des Bügelgutes

Sollwert:Temperaturwähler

2. Vervollständige den Regelkreis!

Page 25: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

25

3. Beschreibe den Regelvorgang!

Anfangszustand:Federkontakt geschlossen, Heizstrom fließt, Heizung erwärmt sich, Bimetall biegt sich und bewegt den Stößel

Federkontakt öffnet bei Erreichen der Solltemperatur, Stromfluss unterbrochen, Abkühlung der Heizung, Bimetall geht in den Anfangszustand,

Regelkreis schließt sich

Page 26: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

26

Page 27: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

27

Page 28: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

28

„Wenn (erstens) die Entwicklung von Technik und Technikfolgen keiner imma-

nenten Gesetzmäßigkeit gehorcht, sondern wenn sie von Menschen innerhalb

bestimmter ökonomisch-gesellschaftlich-politischer Zusammenhänge hervorge-

bracht wird und

wenn (zweitens) in einer mindestens ihrem Programm nach konsequent demo-

kratischen Gesellschaft der generelle Anspruch und die Verantwortlichkeit aller

zur Mitbestimmung an Entscheidungen über die Entwicklung der gemeinsamen

Lebensbedingungen gilt,

dann muss die Anbahnung von „Technikgestaltungsfähigkeit“ bzw. „-

mitgestaltungsfähigkeit“ als eine generelle pädagogische Zielbestimmung tech-

nischer Bildung gelten.“

(Wolfgang Klafki, 1999)

Page 29: 1 Technik- und Naturwissenschaften im Unterricht Gemeinsames und Spezifisches Physikdidaktisches Kolloquium Pädagogische Hochschule Freiburg 08.11.2007.

29

Schlussfolgerungen für den Unterricht über Technik

• Technikwissenschaften sind keine angewandten Naturwissenschaften, jedoch liegen allen technischen Vorgängen und Sachsystemen Naturvorgänge zu Grunde

• Technik ist mit einer phänomenalen Betrachtung nicht erklärbar und kann deshalb nicht als Anhängsel von naturwissenschaftlicher Bildung existieren.

• Technik hat eigene Denk- und Arbeitsmethoden, die in den Naturwissenschaften nicht vorkommen.

• Wenn Technikunterricht einen wissenschaftspropädeutischen Anspruch erfüllen soll, bedarf es einer eigenen Fachdidaktik, die auch auf der Systemtheorie der Technik (Allgemeine Technologie) beruht.

• Technikunterricht erfordert eine spezifische Ausstattung mit Lehr- und Lernmitteln

Technik braucht einen eigenständigen Platz in der Schule.In einem Fach „Natur und Technik“ muss nach den Konzeptender Technikdidaktik gelehrt werden.