Standards
in den
Naturwissenschaften
Fallbeispiel Biologie
BIOLernen

Begriffe

Begriffsdefinition (Quelle)
Bildungsstandards Die Umstellung vom bisherigen Lehrplansystem zu einem von Bildungsstandards getragenen System bedeutet, von einer input-orientierten Steuerung (eben durch Lehrpläne) zu einer output-orientierten Steuerung (durch Standards) zu gelangen. Während Lehrpläne und Curricula sehr detailliert festschreiben, was alles in den Lernenden/Studierenden "hineinkommen" muss, verlagern die Bildungsstandards die Perspektive darauf, was denn langfristig erreicht werden, also bei schulischer Bildung "herauskommen" soll. Ein output-orientiertes Steuerungssystem kann aber nur funktionieren, wenn man den "Output" in regelmässigen Abständen kontrolliert, das heisst mit Tests erfasst, inwieweit die Standards eingehalten werden (13; siehe auch 14).
SPS-Standards Student Performance Standards: Standards, die eine Leistung (Performanz) der Studierenden umschreiben (3)
CH-Standards Standards sind professionelle Kompetenzen, die den vier Kriterien Theorie*, Empirie, Qualität und Ausführbarkeit genügen. Sie gewährleisten die Sinn stiftende Verbindung von Theorie und Praxis (6)

Standards sind notwendige professionelle Wissens- und Könnensbestände, die von Professionellen, nicht aber von Laien in jeder - auch in komplexen - Situationen zur Anwendung gelangen. Sie sind wissenschaftlich abgestützt, optimal ausführbar und optimal beherrschbar. Standards umschreiben also ein Set von Handlungskompetenzen (5).

Anmerkung: Die Standard-Diskussion in deutschsprachigen Ländern ist in der Schweiz am aktuellsten. In deutschsprachigen Standardlehrbüchern der pädagogischen Psychologie/ Erziehungswissenschaften ist der Begriff noch kaum zu finden (Stand Ende 2002; siehe aber Bildungsstandards-Expertise vom 18.02.2003 (13)). Hierzulande stützt sich die Standard-Diskussion und Rechtfertigung eher einseitig auf OSER/OELKERS (4). Diese Standard-Definition bezieht sich auf den Lehrer/Lehrerinnen-Beruf, es handelt sich also primär um "professionelle" Standards, Berufsstandards also, die bei der Ausbildung der Lehrpersonen beachtet und evaluiert werden müssen. Oser hat 12 Klassen von Standards herausgeschält, nämlich Standards zu ("Ich habe in der Lehrerinnen- und Lehrerbildung gelernt, ...."): 1. Lehrer-Schüler-Beziehungen; 2. Schüler unterstützende Beobachtung (Diagnose) und Schüler unterstützendes Handeln; 3. Bewältigung von Disziplinproblemen und Schülerrisiken; 4. Aufbau und Förderung von sozialem Verhalten; 5. Lernstrategien vermitteln und Lernprozesse begleiten (Bsp. " .... wie Schülerinnen und Schüler Lernstrategien erarbeiten, ihr Lernen überwachen und über ihre Lerngewohnheiten nachdenken können"); 6. Gestaltung und Methoden des Unterrichts; 7. Leistungsmessung; 8. Medien des Unterrichts; 9. Zusammenhalt innerhalb der Schule; 10. Schule und Öffentlichkeit; 11. Selbstlernorganisationskompetenz der Lehrkraft; 12. Fachdidaktische Standards (Bsp. " .... in der Fachdidaktik gelernt, gesellschaftlich und fachlich bedeutsame Lerninhalte auszuwählen und sie zu operationalisieren").

Fachwissen als solches kann nicht mit den von OSER/OELKERS aus Fragebogenaktionen herausgeschälten Standards beschrieben und gemessen werden. "Ein professioneller Standard des Lehrberufs kann nur als unterstützendes oder verhinderndes, unterrichtliches oder erzieherisches Handeln z.B. mit Fachwissen im Unterricht verstanden werden. Das Fachwissen, wenn es noch so gut ist, sowie auch psychologisches, pädagogisches, ökonomisches Wissen kann an sich nicht professioneller Standard sein. ...... und es kann nun nicht sein, dass noch so gutes Wissen über ein Gebiet einen professionellen Lehrer-Standard ausmacht. Man kann dies mit einem einfachen Beispiel erklären. Jemand, der ein mathematisches Gesetz noch so richtig, umfassend und vernetzt denken und wiedergeben kann, kann dieses noch lange nicht unterrichtlich in richtiger, stufenmässiger, die Gesetze des Lernens berücksichtigender Weise unterrichten" (8: 243).

Diese m.E. heiklen Aussagen
1. führen leicht zu einer Geringschätzung bis Abwertung des fachwissenschaftlichen Wissens in der Lehrer- und Lehrerinnenbildung und andrerseits zu einer Überbetonung, ja Fixierung auf rein berufliche Kompetenzen (deren 88 (!) werden von Oser angeführt), die zum Berufshandeln führen und dieses Handeln reflektieren und steuern sollen. Diese eher abwertende Tendenz gegenüber den Fachwissenschaften wird bereits manifest in der Tatsache, dass z.B. Pädagogische Hochschulen der Primarlehrkräfteausbildung kaum oder eine deutlich reduzierte fachwissenschaftliche Ausbildung (ausser den "Führungsfächern" Erziehungswissenschaften und assoziierte Fachbereiche wie Psychologie) anbieten.
2. übersehen die wichtige Tatsache, dass noch so tief und vielseitig internalisierte Professionsstandards bei ungenügender Wissensqualität (schlechten "standards for content", wie man sie in den USA für den Bereich der Naturwissenschaften aufwändig erarbeitet hat [standards for science content (9, 10)]) zwar zu einem vielleicht sogar situationsspezifischen und psychologisch reflexivem und hypothesenfreudigen unterrichtlichem Handeln führen können, aber mit katastrophalem Resultat, z.B. mentale Konstrukte in den Köpfen der zu Unterrichtenden, die zu völlig falschen Vorstellungen der Welt (Alltagsvorstellungen mit begrenzter Tauglichkeit) und daraus abgeleiteten Schlussfolgerung oder Alltagsverhalten führen können. Vereinfacht gesagt, trotz Multi-Standards-geleitetem Unterrichten und unter Berücksichtigung der letzten Schikanen der erziehungswissenschaftlichen Lerngesetzforschung in z.B. Mathematik kann bei schlechtem Fachwissen kein richtiger, stufenmässiger "guter Unterricht" ablaufen (und die künftigen PISA-Studien würden dies auch schonungslos enthüllen ....). Konsequenz: Das eine Tun (Ausbildung professioneller Standards in geeigneter Tiefe) und das andere (hohe fachwissenschaftliche Wissens- und Prozesstandards) vermehrt wieder pflegen. Nur diese Kombination wird zu wirklich gutem Unterricht führen!

Es ist vielleicht noch anzumerken, dass interessanterweise die grossen Bemühungen um die in den USA mit enormem finanziellem und personellem Aufwand errichteten "National Science Education Standards" (9,10, 11), die verschiedenste Standards-Dimensionen ansprechen [z.B. Standards for Professional Development for Teachers of Science, Science Content Standards (mit den beiden Hauptrichtungen der 'Unifying Concepts and Processes Standard' und den 'Science as Inquiry Standards'] in der federführenden Standardsstudie von OSER (8,4) nicht einmal erwähnt werden.

*zum "Theorie"-Begriff: die Autoren verstehen unter Theorie "Thesen" bzw. "Hypothesen", auch "Theoriewissen aus der Literatur", letztlich also (zwar gebildete im Sinne von intelligenten) Behauptungen, die erst in einem zweiten Schritt durch Hinweise aus der erziehungswissenschaftlichen Literatur und Forschungsliteratur gestützt werden müssen.

SBST-Standards Standards für Lehrende/Dozierende, die einen Standards-basierten Unterricht/Veranstaltung gestalten möchten ("Standards-based Science Teacher", nach (1))
Fachstudium Das Fachstudium ist ein Ausbildungsteil, in dem fach- und nicht (fach)didaktisches Denken, Lernen und Handeln im Vordergrund steht. An pädagogischen Hochschulen ist das Fachstudium eine unter mehreren Studienformen (5)
Fähigkeiten Fähigkeiten können als Lern- und Leistungsbereitschaften umschrieben werden, die zur Lösung von Problemen durch gedankliche Arbeit führen (Bsp.: Fähigkeit zur Bewertung von Informationen) (2)
Fertigkeiten (skills) Fertigkeiten oder skills bilden ein System von einfachen Handlungen, i.d.R. als hierarchisches System von aufeinander aufbauenden Leistungen, meist automatisierte Fähigkeiten und anwendungsbereite Reaktionsweisen (z.B. Kulturtechniken, ICT-Techniken). Sie dienen der sicheren und ökonomischen Erledigung von Aufgaben durch manuelles, technisches, künstlerisches und geistiges Handeln (2,7)
Handlungskompetenzen Handlungskompetenzen umschreiben professionelle (Teil-) Fähigkeiten und (Teil-) Fertigkeiten, die in beruflich relevanten Situationen zur Anwendung kommen (5)
Studienformen An pädagogischen Hochschulen werden u.a. folgende Studienformen umschrieben:
- Kernstudium (elementare Wissens-, Verstehens- und Handlungskompetenzen für den Lehrberuf)
- Fachstudium (fachspezifisches Wissen)
- Vertiefungsstudium (begrenzte Spezialisierung)
- Berufspraktische Studien (Praxiseinsätze und Ausbildungsteile in direktem Zusammenhang damit)
- Modularisiertes Selbststudium (selbstverantwortetes Lernen in Lerngemeinschaften, das modulmässig ausgewiesen wird)
- Freifachstudien (zusätzliche Lernangebote zur Lückenkompensation oder nach eigenen Interessen)
- Interdisziplinäre Studien (fachübergreifende Themen) (5)

Standards

Beispiele

SPS-Standards für Studierende (2)
1: SPS-Standards zum Konzept
"Biowissenschaftliche Konzepte"
(BWK-Standards)
Studierende demonstrieren konzeptuelles Verständnis durch den
  • Gebrauch/Einsatz von Konzepten zur Erklärung von Beobachtungen und zu Vorhersagen/Voraussagen
  • Einsatz der Konzepte auf vielfältige/mehrfache Weise (z.B. verbal, Diagramme, Grafiken, Mind Maps, Konzept-Karten, je nach Situation angepasst)

    Hinweis 1: Beide Aspekte des Verstehens - Erklären und Darstellen - sind Voraussetzung zur Erreichung der BKW-Standards
    Hinweis 2: Eine sorgfältige Auswahl bildet das "Rückgrat" des fachwissenschaftlichen Biowissens (Wissensfundamentum)

konkrete Biologie-Inhaltskonzepte (Makrokonzepte)
(kleine Auswahl)
1: Struktur und Funktion in lebenden Systemen,
z.B. die komplementäre Natur von Struktur und Funktion in Zellen, Geweben, Organen, Organsystemen, Organismus und Ökosystemen
.
2: Stoffwechsel ist die Grundlage für sämtliche Lebensfunktionen ,
z.B. Synthesestoffwechsel, Energie(stoff)wechsel, Informationsstoffwechsel, autotropher vs. heterotropher Stoffwechsel
.
3: Fortpflanzung und Vererbung,
z.B. sexuelle Fortpflanzung, ungeschlechtliche Vererbung, Rolle der Gene und Umwelt auf die Merkmalsausprägung
4: Steuerung und Verhalten,
z.B. Sinnesorgane und Verhalten, Reaktion auf Umweltreiz
5: Population und Ökosysteme,
z.B. Rolle der Produzenten, Konsumenten und Destruenten im Nahrungsnetz, Materie- und Energieflüsse durch Ökosysteme

konkrete Biologie-Konzepte (Mikrokonzepte) zu
(kleine Auswahl)
1: Struktur und Funktion in lebenden Systemen: Makrokonzept Zelle --> Mikrokonzepte Zellstruktur und Zellfunktionen
1.1: Mikrokoskope eröffnen Einblicke in das Innenleben der Zellen
1.2: Aus intakten Zellen können Organellen isoliert und deren Funktionen untersucht werden
1.3: Prokaryotenzelle vs. Eukaryotenzelle
1.4: Der Zellkern enthält die genetische Information der Zelle
1.5: Ribosomen bauen die Proteinmoleküle einer Zelle auf
1.6: Viele Organellen sind über das innere Membransystem verbunden
1.7: Das endoplasmatische Retikulum stellt Membranen her und erfüllt auch andere Biosynthesefunktionen
1.8: Der Golgi-Apparat stellt viele Zellprodukte fertig, sortiert sie und liefert sie an ihren Bestimmungsort
1.9: Lysosomen verdauen zelleigenes und zellfremdes Material
1.10: Vakuolen erfüllen im Haushalt der Zelle vielfältige Funktionen
1.11: Peroxisomen verbrauchen in vielfältigen Stoffwechselfunktionen Sauerstoff
1.12: Mitochondrien und Chloroplasten sind die hauptsächlichen Energiewandler der Zellen
1.13: Das Cytoskelett dient als Stützstruktur und wirkt an den Bewegungen der Zelle mit
1.14: Pflanzenzellen sind von einer festen Zellwand umgeben
1.15: Die extrazelluläre Matrix der Tiere beeinflust Form, Beweglichkeit, Aktivität und Entwicklung der Zellen
1.16: Zellverbindungen verknüpfen die Zellen zu höheren Strukturen und Funktionseinheiten
1.17: Die Zelle ist als lebendiges Ganzes mehr als die Summe ihrer Einzelteile
.
2: Stoffwechsel ist die Grundlage für sämtliche Lebensfunktionen --> Mikrokonzept autotropher Stoffwechsel, Fotosynthese
2.1: Pflanzen und andere autotrophe Organismen sind die Primärproduzenten der Biosphäre,
2.2: Alle anderen Lebenwesen inkl. Mensch sind bezüglich Nahrungsmittel und aller anderen "zivilisatorischen Konsumstoffe" direkt oder indirekt von Pflanzen abhängig.
2.3: Chloroplasten sind bei Pflanzen die Orte der Fotosynthese.
2.4: Die Lichtreaktionen und der Calvin-Zyklus wirken zusammen und setzen Lichtenergie in die chemische Energie der Nährstoffe um.
2.5: Die Lichtreaktionen verwandeln Sonnenenergie in die chemische Energie von ATP und NADPH.
2.6: Im Calvin-Zyklus dienen ATP und NADPH dazu, Zucker aus Kohlenstoffdioxid herzustellen, aus denen sich alle anderen Biomoleküle ableiten lassen.
2.7: C4- und CAM-Pflanzen mit alternative C-Fixierungs-Mechanismen sind erfolgreiche Anpassungen an heisse und trockene Lebensräume.
2: SPS-Standards zum Konzept
"Naturwissenschaftliche Zusammenhänge und Anwendungen"
(NWK-Standards)

Studierende demonstrieren konzeptuelles Verständnis durch

  • den Einsatz eines Konzeptes zur Erklärung von Beobachtungen und zur Formulierung von Vorhersagen
  • die Darstellung des Konzeptes auf vielfache Weise via Worte, Diagramme, Grafiken, Karten, je nach Situation angepasst

    Hinweis: Beide Aspekte des Verstehens - Erklären und Darstellen - sind Voraussetzung zur Erreichung der NWK-Standards
konkrete allgemeine natur-wissenschaftliche Standards
(kleine Auswahl)
"grosse" Ideen und vereinheitlichende Konzepte,
z.B. Ordnung und Organisation, Modelle, Änderung und Konstanz, Ursache und Wirkung, Auswirkung und Wechselwirkungen der Naturwissenschaften (historisch, zeitgemäss) auf die Gesellschaft
.
3: SPS-Standards zum Konzept
"Naturwissenschaftliches Denken"
(NDK-Standards)
Studierende demonstrieren naturwissenschaftlich-forschendes Vorgehen (inquiry) und Problemlösefähigkeiten durch planvolle Frage- und Argumentationsstrategien, gesunden Menschenverstand und begriffliches Verstehen der naturwissenschaftlichen Standards 1-3 sowie geeignete Methoden zur Erforschung der Natur
konkrete Standards zu naturwissenschaftlichem Denken
(kleine Auswahl)
Konstruktion von Fragen zur Unterscheidung von Ursache und Wirkung,
Identifikation oder Kontrolle von Variablen in experimentellen und nicht-experimentellen Situationen
Einsatz von Konzepten zur Erklärung einer Vielfalt von Beobachtungen und Phänomenen
Einsatz von Anhaltspunkten aus zuverlässigen Quellen zur Entwicklung von Beschreibungen, Erklärungen und Modellen

SBST-Standards für Lehrende/Dozierende (1)
4: SBST-Standards: Checkliste zur Überprüfung eines Standard-basierten Unterrichtsstils

Kurzcharakterisierung: untersuchend/nachforschend (inquiry) und Lerner-zentriert
  1. Für meine Veranstaltung wähle ich bewusst wichtige biowissenschaftliche Konzepte aus und versuche nicht, den "ganzen Stoff" abzudecken
  2. Ich ermutige meine Studierenden, Erklärungen zu suchen, bevor ich mit meinen Erklärungsversuchen beginne
  3. Ich fordere erst Erklärungsversuche ein bzw. gebe Erklärungen ab, nachdem die Lernenden direkte Erfahrungen mit einem Biokonzept machen konnten
  4. Ich mache lebhaften Gebrauch von Standards-basiertem Curriculum bzw. Standards-orientiertem Lehrbuch
  5. Ich vermittle Aktivitäten und Lesemöglichkeiten, die für alle Studierenden angebracht und interessant sind
  6. Ich lege mehr Wert auf "tiefes Verständnis" von Biokonzepten anstelle des Memorierens von Konzepten, Fakten oder Fachbegriffen
  7. Meine Studierenden lernen Konzepte und Prozesse primär durch selbst-erforschendes Lernen als durch Vorlesung/Lehrveranstaltungoder nur durch Lehrbuchlektüre
  8. In meinen Veranstaltungen betone ich Denkprozesse auf höherer Ebene ("higher-order thinking") und das Synthesedenken durch aktives Lernen, so z.B. im Labor oder auf Feldexkursionen
  9. Meine Studierenden stellen mehrere Hypothesen auf, wenn sie einer Frage/Problemstellung nachgehen
  10. Ich lehre meine Studierenden, wie man Datenressourcen einsetzt, um Entscheidungen wissensbasiert zu fällen
  11. Meine Studierenden arbeiten in Kooperationsgruppen, um die Arbeitsweise der naturwissenschaftlichen Forschung zu erfahren
  12. Meine Klasse versteht "Naturwissenschaften" als vorläufig (d.h. dem derzeitigen Wissenstand entsprechend), experimentellen Untersuchungen zugänglich und überprüfbar
  13. Ich lehre naturwissenschaftliches Konzeptwissen, Prozessfertigkeiten und die Wesensart der naturwissenschaftlichen Vorgehensweise
  14. Meine Studierenden setzen moderne Lerntechnologien/-hilfen ein, um naturwissenschaftliche Konzepte zu begreifen
  15. Meine Studierenden berichten über ihre wissenschaftlichen "Lernexkursionen"
  16. Ich beginne meine Veranstaltungen eher mit Fragestellungen als mit Instruktionen, "Vorlesen", Dozieren oder Antworten
  17. In meiner Klasse wenden die Studierenden das neu erworbene Wissen in ähnlichen oder in neuen Kontexten an
  18. Meine Studierenden suchen nach Hinweisen/Beweisen um Annahmen/Behauptungen/Hypothesen oder Schlussfolgerungen zu begründen
  19. Ich setze verschiedenste Beurteilungsverfahren inkl. Rubriken und Portfolios ein
  20. Ich teste eher auf "Tiefenverständnis" von Konzepten und Prozessen als auf Wiedergabe von Fachbegriffen/Fachterminologie, Tatsachen oder Konzepten.

5: SBST-Standards: Bewertung des eigenen Unterrichtsstils Das Ausmass, ob der eigene Lehrstil SBST-Standard-basiert ist, kann wie folgt abgeschätzt werden:
1. Punkte zuordnen:
pro Checklisten-Kriterium nebenstehende Punktzahlen zuordnen:

normalerweise: 2 Punkte
manchmal: 1 Punkt
selten: 0 Punkte
2. Bewertung
  • 36 - 40 Punkte
beispielhaft. So arbeitet ein "SBST-Profi". Ein Besucher in ihrem Unterricht würde Lernende zusammen in gemeinsamer Lernarbeit beobachten, aktiv engagiert im "forschenden Lernen", Daten/Fakten sammeln, Ideen synthetisieren und bestrebt, selbstständig Erklärungen zu finden.
  • 31 - 35 Punkte
sehr gut. Sie sind eine häufig SBST-ausgerichtetete Lehrperson. Nur manchmal fallen Sie in das klassische Instruktions-Lehrmuster zurück.
  • 26 - 30 Punkte
genügend. Sie zeigen gute Entwicklungstendenzen in Richtung SBST-basierte Lehrperson. Einige der wünschenswerten Merkmale sind bereits vorhanden, aber manchmal dominieren noch "didaktische Lehrmuster" in der Unterrichtsgestaltung.
  • 0 - 25 Punkte
nicht ausreichend. Sie unterrichten noch mehrheitlich in der Instruktions-Lehrform. Weder das Lernklima noch die Unterrichtspraxis ermöglichen in ausreichenden Masse einen SBST-Unterrichtsstil

Quellen

(1) HEMLER, D., REPINE, T., The Science Teacher, 69/4: 32-39 (2002)]
(2) KÖCK, P., OTT, H.: Wörterbuch für Erziehung und Unterricht.- Auer, Donauwörth, 5. Aufl. (1994)
(3) NABT: Encouraging Student Biological Research. - Reston (2000)
(4) OSER, F., OELKERS, J. (Hrsg.): Die Wirksamkeit der Lehrerbildungssysteme (NFP 33). - Rüegger, Chur (2001)
(5) PFR (Pädagogische Hochschule Rorschach): Modularisierung der Ausbildung (3. Fassung 16.11.2001, Autor so)
(6) PHS: Erläuterungen zur Erarbeitung Curriula/ Module (Projektgruppe PHS-Reform, 23.08.02, nach Oser/Oelkers, NFP 33)
(7) ROTH, L. (Hrsg.): Pädagogik. Handbuch für Studium und Praxis. - Ehrenwirth, München (1991)
(8) OSER, F.: Standards: Kompetenzen von Lehrpersonen. In (8): 152-342 (2001)
(9) NATIONAL RESEARCH COUNCIL (ed.): National Science Education Standards. - National Academy Press, Washington (1996)
(10) NATIONAL RESEARCH COUNCIL (ed.): Inquiry and the National Science Education Standards. A Guide for Teaching and Learning. - National Academy Press, Washington (2001)
(11) AAAS/NSTA (American Association for the Advancement of Science/National Science Teachers AssociaCn): Atlas of Science Literacy (Project 2061). - AAAS, Washington (2001)
(12) COTHRON, J.H., GIESE, R.N., REZBA, R.J.: Students and Research. Practical Strategies for Science Classrooms and Competitions. - Kendall/Hunt Publ. Comp., Dubuque/Iowa, 3rd ed. (2000)
(13) Bildungsstandards. - IPN Blätter, 1/03, 20. Jg. (2003): 1-3.
(14) BMBF/IPNF: Zur Entwicklung natioanler Standards. Eine Expertise. 18.02.2003 (siehe unter Standards-Expertise)
© Biowebsite:
PHS-Biologie/FK 2003
Stand: 06.08.2003
Anfragen/Anregungen:
Kurt.Frischknecht@unisg.ch