Modul 4 - Kognitive Aktivierung in Biologie
Ziel des Moduls
Die Lerngemeinschaft geht in diesem Modul einen Schritt weiter und optimiert die in Modul 3 erarbeitete Unterrichtsstunde hinsichtlich der kognitiven Aktivierung von Schülerinnen und Schülern.
Die Lerngemeinschaft wird:
eine Auswahl der grundlegenden Theorien und wissenschaftlichen Erkenntnisse zu einem kognitiv aktivierenden Biologieunterricht kennenlernen,
die drei Aspekte der kognitiven Aktivierung mit digitalen Medien entdecken,
die Theorien an konkreten Unterrichtssituationen einüben und ausprobieren.
- Phase 1: Einführung in die kognitive Aktivierung Wie kann man mit digitalen Medien zum Denken anregen?
- Phase 2: Kognitives Niveau von Schüleraktivitäten (I) Wie kann man im Biologieunterricht kognitiv aktivierende Prozesse anregen?
- Phase 3: Aktivierung durch Vernetzung (II) Wie ist der allgemeine Ablauf einer kognitiv aktivierenden Unterrichtsstunde?
- Phase 4: Integration des Konzepts der kognitiven Aktivierung in die Unterrichtsstunde An welchen Stellen des Unterrichtskonzepts ist kognitive Aktivierung möglich?
Wie kann man mit digitalen Medien zum Denken anregen?
Zu den Herausforderungen des Biologieunterrichts zählt unter anderem, dass neue Inhalte von Schülerinnen und Schülern auch in neuen Situationen angewandt werden können. Damit Schülerinnen und Schülern dies gelingt, müssen sie ihr Wissen tiefer verarbeiten. Hier bietet ein kognitiv aktivierender Unterricht einen Lösungsansatz.
Unter kognitiver Aktivierung wird dabei verstanden, dass Schülerinnen und Schüler angeregt werden, sich tiefer mit dem Inhalt auseinanderzusetzen, auf einer höheren Ebene zu denken und sich schließlich konstruktiv mit den Inhalten auseinandersetzen.
Kognitive Aktivierung kann mittels drei Aspekten im Unterricht umgesetzt werden:
(I) Kognitives Niveau von Schüleraktivitäten anheben
(II) Konzeptuelles Unterrichten (Aktivieren durch Vernetzen)
(III) Angeregtes Unterrichtsgespräch
(Chi & Wylie, 2014; Förtsch et al., 2016; Klieme et al., 2006; Lipowsky et al., 2009).
Im weiteren Verlauf dieses Moduls werden wir nun die theoretischen Grundlagen der Aspekte (I) und (II) näher beleuchtet (siehe Phase 2 und Phase 3).
Wie kann man im Biologieunterricht kognitiv aktivierende Prozesse anregen?
Die kognitive Aktivierung ist eines der Unterrichtsqualitätsmerkmale. Ein Schlüsselelement der kognitiven Aktivierung stellt das kognitive Niveau der Schüleraktivitäten dar (siehe Phase 1, (I)).
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Prinzipiell unterscheidet man zwischen vier kognitiven Prozessen, die zunehmend kognitiv aktivierend auf Schülerinnen und Schüler wirken: reproduzieren, selegieren, organisieren und integrieren. Im Folgenden stellen wir Ihnen unterschiedlichen Aufgabenstellungen bzw. Aktionen zu den jeweiligen kognitiven Prozessen am Beispiel des Themas „Sinnesorgan Auge“ vor.
Optimalerweise findet in einer mit digitalen Medien gestützten, konzeptorientierten Unterrichtsstunde ein stetiger Wechsel in der Offenheit der Aufgabenstellungen statt, bei der das kognitive Niveau der Schüleraktivitäten variiert.
Um kognitiv aktivierende Aufgaben im Unterricht zu integrieren, ist es nützlich, ihre Merkmale zu kennen und sich die folgenden Fragen zu stellen:
Woher kommen die Lernenden?
Anknüpfen an Vorwissen und Verständnisniveau der Lernenden
Wie werden kognitiv aktivierende Prozesse angeregt?
Anwendung des Gelernten auf neue Situationen
Variable Lösungswege, mehrere richtige Lösungen sind möglich
Auslösen kognitiver Konflikte
Nicht alle relevanten Informationen zur Lösung der Aufgabe sind gegeben
Mögliche Aufgaben und Materialien
Lesen Sie sich zusammen mit Ihrer Lerngemeinschaft die Beispiele unterschiedlicher kognitiver Prozesse zum Thema „Sinnesorgan Auge“ durch.
Formulieren Sie gemeinsam weitere Beispiele/Aktionen, oder diskutieren Sie neue Beispiele/Aktionen zu einem weiteren Lehrplaninhalt der 8. Jahrgangsstufe Biologie.
Wie ist der allgemeine Ablauf einer kognitiv aktivierenden Unterrichtsstunde?
Auch die Aktivierung durch Vernetzung stellt ein Schlüsselelement der kognitiven Aktivierung dar. Dabei geht es darum, den Lerninhalt in das bestehende Wissensnetz der Schülerinnen und Schüler einzubetten. Dieses Vorwissen kann sowohl aus vorausgegangenen Lerneinheiten im Fach als auch in der Alltagswelt entstanden sein.
Auch ein Verweis auf die zukünftige Relevanz eines Themas hilft dabei, dieses zu verankern. Da es bei dem Vorwissen der Schülerinnen und Schüler zu Fehlvorstellungen kommen kann, ist es wichtig, neben dem Lernstatus die Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler zu erheben:
Digitale Medien bieten hierfür zahlreiche Werkzeuge und können z. B. Zusammenhänge zwischen Inhalten grafisch aufarbeiten, Vorwissen bzw. Vorstellungen abfragen oder Inhalte zu einem späteren Zeitpunkt wieder sichtbar machen.
Die folgende allgemeine Abfolge gemäß des Schalenmodells (Dorfner et al. (2019), Dorfner & Neuhaus (2019), Förtsch et al. (2016, 2020)), bietet sich für die Erarbeitung einer kognitiv aktivierenden Unterrichtsstunde an.
Aufgabe
Das beschriebene Beispiel zum Ablauf einer kognitiv aktivierenden Unterrichtsstunde bezieht auf den Lehrplan der 6. Jahrgangsstufe (Natur und Technik). Diskutieren Sie in der Lerngemeinschaft mögliche Anwendungsbeispiele für Inhalte, bzw. Themen aus dem Lehrplan der 8. Jahrgangsstufe Biologie. Machen Sie sich gerne Notizen dazu.
An welchen Stellen des Unterrichtskonzepts ist kognitive Aktivierung möglich?
Mögliche Aufgaben und Materialien
Im letzten Teil des Moduls sollen Sie sich zusammen mit den Mitgliedern Ihrer Lerngemeinschaft erneut mit Ihrem Unterrichtskonzept bzw. den erarbeiteten Elementen aus dem vorangegangenen Modul (Konzeptorientierung im Biologieunterricht/ NT) befassen.
Gehen Sie dazu schrittweise wie folgt vor:
(I) Kognitives Niveau von Schüleraktivitäten
Sehen Sie sich Ihre Hinführungsphase an: Analysieren Sie, ob diese kognitiv aktivierende (weitere) Aufgaben enthält. Ergänzen oder verändern Sie diese gegebenenfalls.
Sehen Sie sich Ihre formulierte Transferfrage an: Analysieren Sie diese bezüglich kognitiv aktivierender (weiterer) Aufgaben und verändern Sie diese gegebenenfalls.
(II) Aktivierung durch Vernetzen
Identifizieren Sie bereits bekannte Themen (Vorwissen der Schülerinnen und Schüler), an die Sie anknüpfen können und integrieren Sie diese in die Hinführungsphase.
Identifizieren Sie zukünftige Themen, auf die Sie verweisen können und integrieren Sie diese in die Vertiefungsphase.
Identifizieren Sie Stellen, an denen Sie Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler erheben können und wo Sie diese wieder aufgreifen können. Formulieren Sie im Entwurf, wie Sie dies umsetzen könnten.
Zum Abschluss des Moduls diskutieren Sie in der Gruppe den Medieneinsatz in den unterschiedlichen Unterrichtsphasen. Reflektieren Sie diese nach dem ICAP und dem SAMR Modell (Modul 2) und nehmen Sie ggf. Veränderungen vor.
Material
Eine Auswahl geeigneter Anwendungen, bzw. Online-Tools, die Sie bereits aus Modul 3 kennen, kann Ihnen erneut als Inspiration dienen:
Take Home Message
Lernende müssen sich mit Inhalten kognitiv aktiv auseinandersetzen, d. h. sie müssen die Bedeutung der Inhalte selbst konstruieren und in ihr bestehendes Wissen integrieren. Kognitive Aktivierung ist ein Merkmal von Unterrichtsqualität, das diese kognitive Aktivität anregt.
Das Materialpaket „DigitUS. MINT-Unterricht gemeinsam gestalten” von Birgit Brandstetter, Andrea Ludwig, Sebastian Schnurrenberger, Monika Simm, Markus Teubner und Isabel Zengerle, ist eine Bearbeitung des Dokuments: „DigitUS Material. Handreichung für DigitUS-Multiplikatorinnen und Multiplikatoren“, erstellt von den Beteiligten im Projekt DigitUS und lizenziert als CC BY-SA 4.0. Hinweis: Die Logos von DigitUS und seiner Projektpartner sind urheberrechtlich geschützt. Sie sind im Fall einer Bearbeitung des Materials zu entfernen. „DigitUS. MINT-Unterricht gemeinsam gestalten” steht, sofern nicht anders angegeben, ebenfalls unter CC BY-SA 4.0.