Didaktik der Geowissenschaften: Lehre an Schulen und an außerschulischen Lernorten

Die Menschheit steht heute vor der Herausforderung, globale Umweltveränderungen so zu beeinflussen, dass der Planet Erde langfristig als ihr Lebensraum erhalten bleibt. Wichtiges Wissen dafür liefern die Geowissenschaften, die heute interdisziplinär und auf naturwissenschaftliche Weise die Prozesse im System Erde erforschen. Ein Verständnis ihrer zentralen Ergebnisse und ihrer Denk- und Arbeitsweisen ist damit eine wichtige Voraussetzung, an der Gestaltung einer nachhaltigen Entwicklung teilhaben zu können. Mit diesem Sammelband liegt eine erste deutschsprachige Didaktik der Geowissenschaften vor, die anhand der international etablierten interdisziplinären Earth Systems Education Formate geowissenschaftlicher Vermittlung konkretisiert. Im disziplinär organisierten deutschen Schulsystem bietet geowissenschaftlicher Unterricht innovativen Kompetenzerwerb im interdisziplinären Kontext System Erde und fördert das Verständnis grundlegender Fragen zur Erdgeschichte und zum Verhältnis zwischen Mensch und Natur. Zahlreiche Praxisbeispiele veranschaulichen die naturwissenschaftliche Betrachtung der Erde als Gesamtsystem im Schulunterricht. Geowissenschaftlerinnen und Geowissenschaftler mit Interesse an der Vermittlung ihrer Inhalte lernen grundlegende pädagogische und didaktische Prinzipien und Methoden kennen. Sie erfahren, wie sie Schülerinnen und Schülern Lernerfahrungen ermöglichen, die das schulische Lernen passgenau ergänzen, und wie sie Lehrkräfte in deren geowissenschaftlichen Unterricht unterstützen. Das Werk richtet sich an Lehramtsstudierende und Lehrkräfte der Geowissenschaften, Geographie, Biologie, Chemie und Physik genauso wie an alle, die Geowissenschaften außerschulisch vermitteln (z. B. Museen, Geoparks, Öffentlichkeitsarbeit). Vorwort Inhaltsverzeichnis Autoren und Autorinnen (alphabetisch nach Nachnamen) 1 Fachwissenschaftliche Grundlagen 1.1 Einführung 1.1.1 Der Planet Erde – ein sich ständig veränderndes System 1.1.2 Selbstregulation 1.2 Das System Erde als Teil des Sonnensystems im Universum 1.3 Interagierende Sphären im System Erde 1.3.1 Der Bereich des Wassers – Hydrosphäre 1.3.2 Der Bereich der Luft – Erdatmosphäre 1.3.3 Der Bereich der Gesteine – die feste Erde, Lithosphäre 1.3.4 Der Bereich der Lebewesen – die Biosphäre 1.4 Rohstoffe im System Erde 1.5 Veränderungen im System Erde und ihre Auswirkungen auf die menschliche Zivilisation 1.5.1 Natürliche Geogefahren 1.5.2 Auswirkungen von Naturereignissen auf die geschichtliche Entwicklung der Menschheit 1.5.3 Das Anthropozän als jüngstes Erdzeitalter 1.6 Erkundung des Systems Erde mithilfe von Feld- und Laborarbeiten Literatur 2 Einführung in die Geowissenschaftsdidaktik 2.1 Allgemeine Didaktik und Fachdidaktik 2.1.1 Allgemeine Didaktik 2.1.2 Fachdidaktik als eigene wissenschaftliche Disziplin 2.2 Akteurinnen und Akteure geowissenschaftlicher Bildung 2.2.1 Akteurinnen und Akteure in Bildungspolitik und Bildungsverwaltung 2.2.2 Akteurinnen und Akteure in den Bildungswissenschaften 2.2.3 Schulbuchverlage 2.2.4 Geologische Landesämter 2.2.5 Akteure und Akteurinnen an geowissenschaftlichen Forschungsinstituten, Schülerlaboren und Museen 2.2.6 Akteurinnen und Akteure in Geoparks 2.2.7 Akteurinnen und Akteure in Fachgesellschaften und Verbänden 2.3 Didaktik geowissenschaftlicher Vermittlung 2.3.1 Geowissenschaften – die interdisziplinäre naturwissenschaftliche Erforschung der Erde als Gesamtsystem 2.3.2 Geoscience Education 2.3.3 Earth Systems Education im deutschen Schulunterricht – das Projekt „Forschungsdialog: System Erde“ 2.3.4 Einzelfachliche Entwicklungen in Deutschland 2.4 Aktuelle Entwicklungen im deutschsprachigen Raum 2.4.1 Die aktuelle Situation geowissenschaftlicher Vermittlung 2.4.2 Ausblick Literatur 3 Stand der Forschung im Bereich der Earth System Science Education 3.1 Einleitung 3.2 Environmental insight 3.3 Systemdenken 3.3.1 Forschung zum Systemdenken 3.3.2 Das mehrschichtige Systems Thinking Hierarchical-Modell (STH-Modell) 3.4 Die Lernumgebung im Freien 3.5 Die emotional-soziale Komponente und die Theorie des learning instinct 3.5.1 Emotionale Aspekte des Lernens in den Geowissenschaften 3.5.2 Die Theorie des learning instinct 3.6 Wo sich das Professionsverständnis wandelt 3.7 Eine bedenkliche Kluft 3.8 Zusammenfassung Literatur 4 Schulische Rahmenvorgaben und Anforderungen mit Relevanz für die Vermittlung von geowissenschaftlichen Sachverhalten 4.1 Bildungsstandards 4.1.1 Naturwissenschaftliche Grundbildung 4.1.2 Die Struktur der Bildungsstandards 4.1.3 Naturwissenschaftliche Bildung und Tests 4.1.4 Grenzen der Operationalisierung 4.1.5 Naturwissenschaftlicher Unterricht – ein Blick ins Fach oder auf das Fach? 4.1.6 Naturwissenschaftliche Bildung als Teil allgemeiner Bildung 4.2 Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) 4.2.1 Was ist BNE? – Entstehung und Begriffsklärung 4.2.2 Faktoren eines BNE-Bildungsangebotes 4.2.3 Lernvoraussetzungen 4.2.4 Ziele und Kompetenzen 4.2.5 Inhalte 4.2.6 Methoden und Medien 4.2.7 Evaluation 4.2.8 Partizipation 4.2.9 BNE in den Schulen 4.2.10 BNE an Hochschulen 4.2.11 BNE in der nonformalen Bildung 4.2.12 BNE-Whole-Institution-Approach (WIA) 4.2.13 Ausblick 4.3 Strategie für Bildung in einer digitalen Welt Literatur 5 Voraussetzungen auf Seiten der Lernenden 5.1 Interesse an geowissenschaftlichen Inhalten – Ausprägung und Förderansätze 5.1.1 Interesse: Eine gegenstandsspezifische und entwicklungsfähige Variable im Lernprozess 5.1.2 Interesse an der Domäne „Geowissenschaften“ aus empirischer Sicht 5.1.3 Interesse an geowissenschaftlichen Inhalten fördern 5.2 Schülervorstellungen 5.2.1 Schülervorstellungen – Grundlagen 5.2.2 Grundsätzliche Schwierigkeiten bei der Konstruktion geowissenschaftlicher Vorstellungen 5.2.3 Konkrete fehlerhafte Schülervorstellungen zu geowissenschaftlichen Sachverhalten Literatur 6 Spezifika geowissenschaftlicher Vermittlung 6.1 Bestimmung von Zielen im Rahmen eines kompetenzorientierten geowissenschaftlichen Unterrichtes 6.1.1 Erkenntnisgewinnung 6.1.2 Kommunikation 6.1.3 Bewertung 6.1.4 Umgang mit Fachwissen: Basiskonzepte 6.2 Auswahl konkreter Fachinhalte 6.2.1 Didaktische Konzepte zur Auswahl geeigneter Beispiele 6.3 Entscheidungen zur Strukturierung des Lehrangebots 6.3.1 Ausgewählte Unterrichtsverfahren für geowissenschaftliche Lehre 6.3.2 Mit Methoden den Unterricht strukturieren 6.3.3 Wissen sichern, vernetzen und transferieren 6.3.4 Mechanisches Üben – Auswendiglernen 6.3.5 Metakognition 6.4 Darstellungsformate für systemische Beziehungen 6.4.1 Mind Maps 6.4.2 Concept Maps 6.4.3 Flussdiagramme 6.4.4 Ursache-Wirkungs-Diagramm/Wirkungsdiagramm/Wirkungsgefüge/Wirkgefüge 6.4.5 Vergleich der Darstellungsformate 6.5 Konkrete Methoden 6.5.1 Mystery 6.5.2 Storytelling 6.5.3 Methoden für geowissenschaftliche Bildung im Gelände: Geländearbeit und Feldforschung 6.5.4 Aufbau von Modellkompetenz im naturwissenschaftlichen Geographieunterricht: Modellieren geowissenschaftlicher Phänomene in einem Geowindow Literatur 7 Earth Learning Ideas (ELI) 7.1 Die Erde erforschen mit Earth Learning Ideas (ELIs) – praktische Aktivitäten für den geographisch-naturwissenschaftlichen Schulunterricht und darüber hinaus 7.1.1 Der Earth-Learning-Idea-Ansatz – Überblick 7.1.2 Mit einer ELI kritisches Denken fördern 7.1.3 Beispiel für die Kategorie „Grundfertigkeiten (basic skills)“ 7.1.4 Beispiel für die Kategorie „Beobachtung (observation)“ 7.1.5 Beispiel für die Kategorie „Veranschaulichung (illustration)“ 7.1.6 Ein Beispiel für die Kategorie „Untersuchung (investigation)“ 7.1.7 Ein Beispiel für die Kategorie „Modelle (models)“ 7.1.8 Ein Beispiel für die Kategorie „Gedankenexperimente (thought experiment)“ 7.1.9 ELI around the world 7.2 Kurze und effektive Fortbildungsworkshops für Lehrkräfte der Naturwissenschaften und der Geographie sowie für angehende Lehrkräfte im Vorbereitungsdienst 7.2.1 Einzelheiten zu den Workshops 7.2.2 Evaluationsergebnisse 7.3 Diskussion 7.4 Schlussfolgerung Literatur 8 Geowissenschaften in der Schule – das Beispiel der Richard-Hallmann-Schule (RHS) in Schleswig-Holstein 8.1 Das Organisationsmodell für den geowissenschaftlichen Unterricht an der Richard-Hallmann-Schule (RHS) 8.2 Ausgewählte Beispiele der geowissenschaftlichen Unterrichtspraxis 8.2.1 Einführung in die naturwissenschaftliche Betrachtung der Erde als System 8.2.2 Fossilien – stumme Zeugen der Erdgeschichte 8.2.3 Kommt unsere Erde denn nie zur Ruhe? 8.2.4 Reise eines Wassertropfens in Trappenkamp 8.2.5 Heiß-kalt, heiß-kalt ... – Wie lange geht das schon so? 8.2.6 Welchen Einfluss hat der Mensch auf das Klima? 8.3 Resümee und Ausblick Literatur 9 International Earth Science Olympiad (IESO) – ein naturwissenschaftlicher Wettbewerb für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II 9.1 Einleitung 9.1.1 Historischer Abriss 9.1.2 Schülerwettbewerbe in Deutschland 9.2 Der internationale Wettbewerb – International Earth Science Olympiad (IESO) 9.2.1 Delegationen zur Teilnahme an einer IESO 9.2.2 Ablauf einer IESO 9.2.3 Die Wettbewerbsinhalte einer IESO 9.2.4 Wettbewerbskategorien 9.2.5 Erdsystemprojekte (Earth Systems Projects, ESPs) 9.2.6 Spezifische Wettbewerbskategorien der Online-IESOs 9.3 Auswahl einer Mannschaft der Bundesrepublik Deutschland zur Teilnahme an der IESO Literatur 10 Unterstützungsmaßnahmen von der Wissenschaft für die Schule – didaktische Brücke 10.1 Mileko: Der Mineralogische Lehrkoffer 10.1.1 Beschreibung und Ziele des Projektes 10.1.2 Einsatzbereiche 10.1.3 Weiterentwicklung und Bezugsmöglichkeiten 10.2 Fachvorträge in der Schule – Rent a Prof 10.2.1 Erfahrungsbericht 10.3 Bildungsserver 10.3.1 Einleitung 10.3.2 Das „Bildungswiki Klimawandel“ 10.3.3 Die Klimaplattform auf dem Hamburger Bildungsserver (HBS) 10.3.4 Wälder im Klimawandel – ein Beispiel 10.4 Erklärvideos in der DGGV-Videoreihe „Das System Erde“ 10.5 Urbane Geologie: Mit digitalen Medien Gesteine auf einem Stadtspaziergang entdecken 10.5.1 So wird’s gemacht 10.6 #Geologie-einfach-digital 10.6.1 Die Smartphone-App „OutcropWizard“ 10.6.2 Das Projekt „30 Geotope3“ 10.7 Plattform „Geowissenschaften in der Schule“ (GeoWidS) Literatur 11 Vermittlungsansätze der außerschulischen Lernorte Natur, Museum und Schülerlabor 11.1 Lernort Natur 11.2 Lernort Museum 11.3 Lernort Schülerlabor – Forschung erleben Literatur 12 Outreach – Wie sich die Wissenschaftskommunikation der modernen Mediennutzung anpasst 12.1 Was ist diese Wissenschaftskommunikation? 12.2 Wer kommuniziert da eigentlich? 12.3 An mehreren Fronten gleichzeitig – wie Wissenschaftskommunikation funktioniert 12.4 Wege der Kommunikation 12.5 Medialisierung 12.6 Soziale Medien und die Macht der Lauten 12.7 Audiovisualität als Fluch und Segen – Sexy Science sells 12.8 Was bleibt nach der Informationsflut? Lernorte 12.9 Interkulturelle Wissenschaftskommunikation Literatur 13 Der Arbeitskreis Polarlehrer (Polar Educators Germany) 13.1 Ansatz und Konzept des Arbeitskreises 13.2 Werkzeuge zum Umsetzen der gesetzten Ziele 13.2.1 Aktivitäten in Deutschland 13.2.2 Internationale Vernetzung 13.3 Aktivitäten der Expeditionslehrkräfte 13.3.1 Teilnahmen seit 2007 13.4 Ergebnisse der Expeditionen 13.5 Beispiele für Expeditionsteilnahmen von Lehrkräften 13.5.1 Expeditionsteilnahme Antarktis – Außerschulischer Lernort Museum 13.5.2 Expeditionsteilnahme bei MOSAiC (Arktis-Expedition 2019-2020): Ablauf und Arbeitsergebnisse 13.5.3 Expeditionsteilnahme und Publikationen 13.6 Expeditionsteilnahme und Fortbildungen für Lehrkräfte 13.7 Voraussetzungen und mögliche Herausforderungen zum Erreichen der Ziele 13.7.1 Der Weg zum Polarlehrer 13.7.2 Zu überwindende Hürden Literatur 14 Hochschuldidaktik in den Geowissenschaften 14.1 Einleitung 14.1.1 Lehr(kompetenz)entwicklung in den Geowissenschaften 14.1.2 Konzeptionelle Perspektiven der Lehre in den Geowissenschaften 14.2 Theorien aus der Hochschuldidaktik 14.2.1 Übersicht über allgemeine Theorien aus der Hochschuldidaktik 14.2.2 Kompetenzbegriffe in der Hochschuldidaktik 14.3 Aufbau von Hochschuldidaktik-Zertifikaten 14.3.1 Lehren und Lernen 14.3.2 Lehrveranstaltungen planen und vorbereiten 14.3.3 Lehrveranstaltungen durchführen 14.3.4 Lehrveranstaltungen auswerten 14.3.5 Studierende beraten und prüfen 14.4 Analoge und digitale Lehrmethoden in den Geowissenschaften 14.4.1 Flipped Classroom 14.5 Zukünftige Entwicklung der Hochschuldidaktik in den Geowissenschaften Literatur 15 Geowissenschaftsdidaktische Forschung 15.1 Räumliches Denken in geowissenschaftlichen Kontexten 15.2 Digitale Lernumgebungen schülerorientiert entwickeln – Videoanalysen zur Optimierung eines digital geführten Lernzirkels 15.3 Kompetenzbetrachtung im Umgang mit Systemen Literatur 16 Die Evaluation von geowissenschaftlichem Unterricht 16.1 Einführung 16.2 Die Stufen einer Evaluation Literatur