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Naturwissenschaftliches Experimentieren (NExt) – Schulversuch

Vorbemerkungen

 

Bildungsplanübersicht

Schuljahr Bildungsplaneinheiten Zeitricht-wert Gesamt-stunden
Eingangsklasse Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) 20
1 Recherche und Sicherheit
6
2 Naturwissenschaftliches Experimentieren und Forschen
38
3 Präsentation
6 70
Zeit für Leistungsfeststellung 10
80

Eingangsklasse

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

20

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Güteklassenuntersuchung von Gewässern und Böden
Untersuchung der Einflussfaktoren des Treibhauseffekts
Bestimmung von Mikroplastik
Feinstaubanalyse
Optimierung von Robotern mithilfe der Bionik
Alternative Brennstoffzellen

Zusammenarbeit mit einem Betrieb oder einer Forschungseinrichtung
Vorbereitung auf einen Seminarkurs;
Vorbereitung auf einen Wettbewerb, z. B. Jugend forscht
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Recherche und Sicherheit

6

Die Schülerinnen und Schüler arbeiten sich projekthaft in ausgewählte Teilgebiete aus den Bereichen Naturwissenschaft, Technik oder Informatik ein. Diese Einheit wird an geeigneter Stelle integrativ durchgeführt.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler recherchieren, um eigene Forschungsziele zu formulieren. Unter Berücksichtigung des Stands der Wissenschaft sowie der Sicherheit beziehungsweise Durchführbarkeit der Experimente unter schulischen Bedingungen analysieren und bewerten die Schülerinnen und Schüler Informationen zu den Grundlagen der eigenen Forschungsansätze und erarbeiten Inhalte, die zur Durchführung der Experimente notwendig sind.

Onlinerecherche
fachwissenschaftliche Suchmaschinen als Alternative zu Alltagssuchmaschinen, Internetportale von Fachzeitschriften, Lexikon-Einträge, Forenbeiträge, wissenschaftliche TV-Beiträge, Internet-Tutorials
Offlinerecherche
Schulbücher, Besuch einer Bibliothek, Fachbücher (auch aus dem Grund- und Hauptstudium einschlägiger Studiengänge), Fachzeitschriften, (populär‑) wissenschaftliche Zeitschriften

BPE 1.2

Die Schülerinnen und Schüler planen in Absprache mit den Projektbetreuenden die Rahmenbedingungen für ihre Projekte.

Projektplanung

  • wissenschaftliche Fragestellung bzw. Zielsetzung

  • Zeitmanagement

  • Ressourcenplanung
Materialien, z. B. Geräte, Chemikalien
  • Durchführbarkeit

BPE 1.3

Die Schülerinnen und Schüler erstellen in Absprache mit der betreuenden Lehrperson eigene Sicherheitskonzepte für ihre Projekte.

Gefährdungsbeurteilung
projektabhängige Unterweisung:
arbeitsplatz- und stoffbezogen, Gefahrstoffinformationssystem für Chemie, z. B. DEGINTU, Hinweise der Unfallklassen

BPE 2

Naturwissenschaftliches Experimentieren und Forschen

38

Die Schülerinnen und Schüler planen und protokollieren naturwissenschaftliche Experimente, führen diese durch und werten sie aus.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler planen Aufbau, Durchführung und Auswertung der Experimente.

Konzeption der Experimente
Räumlichkeiten, Aufbauten, Laborgeräte, Materialien, Chemikalien, Probennahme und Probenvorbereitung
Auswertungsmethoden
Modelle, Messwerterfassung, Dauer der Durchführung, induktive/deduktive Vorgehensweise

BPE 2.2

Die Schülerinnen und Schüler führen die geplanten Experimente unter Berücksichtigung der notwendigen Sicherheitsvorkehrungen durch und dokumentieren alle notwendigen Daten.

Durchführung der Experimente

Laborjournal
Festhalten der experimentellen Ergebnisse: Skizzen, Fotos, Videos, Messwerttabellen

BPE 2.3

Die Schülerinnen und Schüler bewerten die Ergebnisse und führen die optimierten Experimente gegebenenfalls unter angepassten Rahmenbedingungen erneut durch. Sie diskutieren und ermitteln Vorgehensweisen zur Minimierung von Fehlerquellen.

Bewertung der Ergebnisse
Plausibilität der Ergebnisse prüfen, systematische Fehler erkennen und eliminieren, Messgenauigkeit und Messbereich überprüfen
Optimierung der Experimente
Reproduzierbarkeit

BPE 2.4

Die Schülerinnen und Schüler stellen die Ergebnisse dar, diskutieren und bewerten die daraus gewonnenen Erkenntnisse und leiten entsprechende Schlussfolgerungen ab.

Methodenauswahl
Hypothesenüberprüfung, Modellierung, Regressionsanalyse, Berechnung von indirekten Messgrößen (mit Fehlerfortpflanzung), statistische Analyse (Mittelwerte, Standardabweichungen, Signifikanztests)
Erkenntnisgewinnung

BPE 2.5

Parallel zum Fortgang der Experimente dokumentieren die Schülerinnen und Schüler manuell oder computergestützt die Experimente und protokollieren die Ergebnisse. Sie begründen ihr Vorgehen bei der Durchführung des Experiments.

Laborjournal
Auswertung der Ergebnisse
Visualisierung der Messergebnisse: Tabellen mit Fehlerrechnung, Diagramme mit Fehlerbalken, Konfidenzintervallen

BPE 3

Präsentation

6

Die Schülerinnen und Schüler präsentieren ihre Experimente und Ergebnisse und setzen zur Unterstützung der Präsentation Medien zielführend ein. Die Schülerinnen und Schüler reflektieren die Präsentationen.
Im Idealfall präsentieren die Schülerinnen und Schüler ihre Projekte der Öffentlichkeit oder nehmen an einem Wettbewerb wie zum Beispiel Jugend forscht teil.

BPE 3.1

Die Schülerinnen und Schüler wählen geeignete Präsentationsformen aus. Sie ermitteln dazu zuerst zielgruppenspezifisch und Anlass bezogen die wesentlichen Inhalte der Präsentation, die sie anschließend in geeigneter Weise darstellen und einem ausgewählten Publikum vorstellen.

Vorbereitung und Planung
Ziele, Zielgruppe, Anlass der Präsentationen, z. B. Präsentation beim Wettbewerb, Tag der offenen Tür, Infoveranstaltungen der Schule
Präsentationsarten
Durchführung und Reflektion
Struktur, Ablauf
Personal‑, Methoden‑, Medien‑, Fachkompetenz

Operatorenliste

In den Zielformulierungen der Bildungsplaneinheiten werden Operatoren (= handlungsleitende Verben) verwendet. Diese Zielformulierungen (Standards) legen fest, welche Anforderungen die Schülerinnen und Schüler in der Regel erfüllen. Zusammen mit der Zuordnung zu einem der drei Anforderungsbereiche (AFB) dienen Operatoren einer Präzisierung. Dies sichert das Erreichen des vorgesehenen Niveaus und die angemessene Interpretation der Standards.

Anforderungsbereiche
Anforderungsbereich I umfasst das Wiedergeben von Sachverhalten und Kenntnissen im gelernten Zusammenhang sowie das Anwenden und Beschreiben geübter Arbeitstechniken und Verfahren.
Anforderungsbereich II umfasst das selbstständige Auswählen, Anordnen, Verarbeiten, Erklären und Darstellen bekannter Sachverhalte unter vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Übung bekannten Zusammenhang und das selbstständige Übertragen und Anwenden des Gelernten auf vergleichbare neue Zusammenhänge und Sachverhalte.
Anforderungsbereich III umfasst das Verarbeiten komplexer Sachverhalte mit dem Ziel, zu selbstständigen Lösungen, Gestaltungen oder Deutungen, Folgerungen, Verallgemeinerungen, Begründungen und Wertungen zu gelangen. Dabei wählen die Schülerinnen und Schüler selbstständig geeignete Arbeitstechniken und Verfahren zur Bewältigung der Aufgabe, wenden sie auf eine neue Problemstellung an und reflektieren das eigene Vorgehen.
Operator Erläuterung Zuordnung
AFB
ableiten
auf der Grundlage von Erkenntnissen oder Daten sachgerechte Schlüsse ziehen
II
abschätzen
durch begründete Überlegungen Größenwerte angeben
II
analysieren
wichtige Bestandteile, Eigenschaften oder Zusammenhänge auf eine bestimmte Fragestellung hin herausarbeiten und einen Sachverhalt experimentell prüfen
II, III
aufstellen, formulieren
chemische Formeln, Gleichungen, Reaktionsgleichungen (Wort- oder Formelgleichungen) oder Reaktionsmechanismen entwickeln
I, II
Hypothesen aufstellen
eine Vermutung über einen unbekannten Sachverhalt formulieren, die fachlich fundiert begründet wird
II, III
angeben, nennen
Formeln, Regeln, Sachverhalte, Begriffe oder Daten ohne Erläuterung aufzählen bzw. wiedergeben
I
auswerten
Beobachtungen, Daten, Einzelergebnisse oder Informationen in einen Zusammenhang stellen und daraus Schlussfolgerungen ziehen
II, III
begründen
Gründe oder Argumente für eine Vorgehensweise oder einen Sachverhalt nachvollziehbar darstellen
II
berechnen
Die Berechnung ist ausgehend von einem Ansatz darzustellen.
I, II
beschreiben
Beobachtungen, Strukturen, Sachverhalte, Methoden, Verfahren oder Zusammenhänge strukturiert und unter Verwendung der Fachsprache formulieren
I, II
beurteilen
Das zu fällende Sachurteil ist mithilfe fachlicher Kriterien zu begründen.
II, III
bewerten
Das zu fällende Werturteil ist unter Berücksichtigung gesellschaftlicher Werte und Normen zu begründen.
II, III
darstellen
Strukturen, Sachverhalte oder Zusammenhänge strukturiert und unter Verwendung der Fachsprache formulieren, auch mithilfe von Zeichnungen und Tabellen
I, II
deuten, interpretieren
naturwissenschaftliche Ergebnisse, Beschreibungen und Annahmen vor dem Hintergrund einer Fragestellung oder Hypothese in einen nachvollziehbaren Zusammenhang bringen
II, III
diskutieren
Argumente zu einer Aussage oder These einander gegenüberstellen und abwägen
II, III
erklären
einen Sachverhalt nachvollziehbar und verständlich machen, indem man ihn auf Regeln und Gesetzmäßigkeiten zurückführt
II
erläutern
einen Sachverhalt veranschaulichend darstellen und durch zusätzliche Informationen verständlich machen
II, III
ermitteln
ein Ergebnis oder einen Zusammenhang rechnerisch, grafisch oder experimentell bestimmen
II
herleiten
mithilfe bekannter Gesetzmäßigkeiten einen Zusammenhang zwischen chemischen bzw. physikalischen Größen herstellen
II, III
ordnen
Begriffe oder Gegenstände auf der Grundlage bestimmter Merkmale systematisch einteilen
I, II
planen
zu einem vorgegebenen Problem (auch experimentelle) Lösungswege entwickeln und dokumentieren
II
skizzieren
Sachverhalte, Prozesse, Strukturen oder Ergebnisse übersichtlich grafisch darstellen
II
untersuchen
Sachverhalte oder Phänomene mithilfe fachspezifischer Arbeitsweisen erschließen
II
vergleichen
Gemeinsamkeiten und Unterschiede kriteriengeleitet herausarbeiten
II
zeichnen
Objekte grafisch exakt darstellen
I, II
vgl. Bildungsstandards in den Naturwissenschaften für die Allgemeine Hochschulreife der KMK i. d. F. vom 18.06.2020

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