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Orientierungsbereich (Sprungmarken)

Planungshinweise "Energie, Leistung, Wirkungsgrad" (Klasse 9/10)

„Energie-Leistung-Wirkungsgrad“ – Darstellung einer Planung mit Impulsen zur Binnendifferenzierung / zum zieldifferenten Lernen (Inhaltsfeld 9 der zweiten Progressionsstufe: Energie, Leistung, Wirkungsgrad (Klasse 9/10)
(Kernlehrplan für die Gesamtschule – Sekundarstufe I)

Zielsetzung

Im naturwissenschaftlichen Unterricht ist der Prozess der Erkenntnisgewinnung von zentraler Bedeutung. Dabei erwerben die Schülerinnen und Schüler Kompetenzen, mit denen sie naturwissenschaftliche Phänomene selbstständig untersuchen und mit Hilfe von Modellen und physikalischen Konzepten erklären können.

Aufbauend auf ersten Erfahrungen mit Kräften, ihren Ursachen und ihrer Wirkung ist eine wesentliche Zielsetzung in diesem Unterrichtsvorhaben die gezielte Erkundung von natürlichen und technischen Phänomenen im Zusammenhang mit Werkzeugen und deren Nutzung. Mit einfachen Mitteln können die mechanischen Geräte weiter erkundet werden. Wichtig ist die fachliche Einordnung der Werkzeuge in die fachlichen Konzepte zu Kräften und mechanischen Energieformen. Dementsprechend knüpft der Unterricht eng an Erfahrungen aus dem Alltag an, die bei Individuen sehr unterschiedlich sein können. Über eine Auseinandersetzung mit diesen und weiteren Erfahrungen lassen sich altersgemäße physikalische Konzepte und Vorstellungen entwickeln oder weiter ausbauen sowie Elemente des naturwissenschaftlichen Arbeitens weiter einüben.

Die Thematik „Werkzeuge“ im Unterricht der Jahrgangsstufen 9 oder 10 ist in diesem Sinne prototypisch, weil sie deutliche Bezüge zur Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler herstellt und den Übergang von subjektiver Empfindung zu objektiven Verfahren der Physik deutlich werden lässt. Nicht zuletzt deshalb ist sie schulformübergreifend bedeutsam.

4 zentrale Fragestellungen des Unterrichtsvorhabens

In einem ersten Schritt geht es in der Planung darum, diejenigen fachlichen Kerne zu identifizieren, die im Unterrichtsverlauf von allen Schülerinnen bearbeitet und verstanden werden sollen. Diese fachlichen Kerne werden in Form der folgenden Fragestellungen formuliert:

1. Wie erkennt man Kräfte?
2. Warum geht es mit Werkzeugen einfacher?
3. Wie lassen sich Kräfte (ein)sparen?
4. Wie lässt sich vorhandene Energie optimal nutzen?

Zu diesen vier zentralen Fragestellungen wurde jeweils ein Lernstrukturgitter entwickelt. Diese sind unter dem Menüpunkt „Sequenzierung: 4 Lernstrukturgitter“ abgebildet.

Das Unterrichtsvorhaben wird hinsichtlich der vier zentralen Fragestellungen in vier Lernstrukturgittern aufgespannt. Das Lernstrukturgitter wird jeweils durch zwei Achsen bestimmt, die ein Aufspannen des Themas zum einen hinsichtlich sachstruktureller Komplexität (Sachstruktur) und zum anderen hinsichtlich der Komplexität kognitiver Lernprozesse (Tätigkeitsstruktur) ermöglicht.

Lernstrukturgitter

Gesamtplanung als Lernstrukturgitter unter Berücksichtigung des Stufenmodells nach Wember

Das Lernstrukturgitter nach Kutzer stellt in einer grafischen Darstellung die Komplexität des Inhalts, die „Sachstruktur“ (horizontale Achse) und das Niveau der Auseinandersetzung mit dem Inhalt (vertikale Achse) dar.

Die roten Pfeile an den beiden Achsen markieren den Entwicklungsverlauf, der sowohl durch die Sachstruktur als auch die Tätigkeitsstruktur bestimmt wird. Auf der Grundlage ihrer/seiner momentanen Wahrnehmungs-, Denk- und Handlungskompetenz erschließt sich die Schülerin/der Schüler in tätiger Auseinandersetzung den Unterrichtsgegenstand (Feuser 1989, S.26). Erst dieses Zusammenwirken ermöglicht auch das Erreichen übergeordneter Ziele: eine naturwissenschaftliche Grundbildung sowie Orientierung, Teilhabe, Lebensgestaltung/Selbstbestimmung.

Die farblichen Markierungen entsprechen Wembers Modell schulischen Lernens für einen inklusiven Unterricht. Auf fünf Niveaustufen werden hier Anforderungen im inklusiven Unterricht unterschieden. Das zentrale Niveau ist die in der Mitte liegende (gelb markierte) Basisstufe mit Aufgaben, die sich in diesem Unterrichtsvorhaben am Kernlehrplan für die Gesamtschule Klasse 9 bzw. 10 ausrichten. Die hellgrün und hellblau markierten Felder decken die Differenzierungsbreite bezogen auf die Anforderungen der Klassenstufe ab. Die dunkelgrünen und dunkelblauen Felder bieten Aufgaben unter besonderen Förder- und Forderaspekten.
Der Schwierigkeitsgrad der Aufgaben und Materialien, die in den Feldern des Lernstrukturgitters verortet sind, wird bestimmt durch die kognitive Anforderung, die sich zum einen durch die Komplexität und zum anderen durch den kognitiven Prozess, der mit dem jeweiligen Lernprozess verknüpft ist, ergibt. Die Schwierigkeit einer Unterrichtshandlung, die in einzelnen Feldern des Gitters angegeben ist, wird durch beide Dimensionen bestimmt, sie steigt von links unten nach rechts oben.
Differenzierungsmöglichkeiten entstehen somit auch durch die Verortung von Aufgaben in spezifischen Feldern des Lernstrukturgitters.
Im Lernstrukturgitter befindet sich unten links das Feld, welches einen basalen Zugang zum Lerngegenstand beschreibt. Im Feld oben rechts ist eine Lernsituation verortet, die komplexe kognitive Anforderungen stellt, da eine Auseinandersetzung mit dem Lerngegenstand unter Einbezug komplexer Sachverhalte in Verbindung mit komplexen Lernprozessen erforderlich ist. Die Anforderungen können dabei über die zwei schwierigkeitsbestimmenden Stellschrauben Komplexität und Schrittweite innerhalb der Tätigkeitsstruktur in einer recht großen Bandbreite den individuellen Möglichkeiten der Lernenden angepasst werden. Differenzierungsmöglichkeiten entstehen somit auch durch die Verortung von Aufgaben in spezifischen Feldern des Lernstrukturgitters.
Sonderpädagogische Bildungs-, Beratungs- und Unterstützungsangebote können beim einzelnen Kind oder Jugendlichen eine spezifische Ausprägung in bestimmten Bereichen haben, wodurch sich Schwerpunkte der Förderung ergeben. Entsprechend können fachliche Anforderungen, die in Feldern des Lernstrukturgitters verortet sind, eine Herausforderung bieten, die überfordert. Dennoch kann die Möglichkeit bestehen, über die Eröffnung von Entwicklungschancen für Lernende spezifische Felder zu öffnen und damit ein gemeinsames Lernsetting zu ermöglichen.
Im zieldifferenten Lernen kann sowohl ein Zugang über das fachliche Lernen als auch über die Entwicklungschancen gelegt werden.

Impulse zur Binnendifferenzierung und zum zieldifferenten Lernen

Differenzierte bzw. individualisierte Zugänge ermöglichen ein selbstständiges Arbeiten vor dem Hintergrund der individuellen Lernvoraussetzungen der Schülerinnen und Schüler in ihren jeweiligen Bildungsgängen.

Die Unterrichtsplanung berücksichtigt folgende Differenzierungsmöglichkeiten (u.a. unter Berücksichtigung des Universal Designs for Learning UDL):

  • durch Material (z.B. mit unterstützenden Visualisierungen)
  • nach Arbeitsstruktur (z.B. ritualisierter Ablauf, differenzierte Arbeitsschwerpunkte, wechselnde Sozialformen)
  • durch Unterstützungsstrukturen (z.B. Veränderung der Aufgaben in Form und Inhalt, verschiedene Übungsvarianten, ein Hilfetisch mit weiteren Unterstützungsmöglichkeiten)

Auf der Basis des individuellen Lern- und Entwicklungsplans und den darin festgelegten zu fördernden Kompetenzen erfolgt eine gezielte Auswahl der Impulse für den Unterricht. Diese werden als individuelle Maßnahmen gestaltet und entsprechend im Lern- und Entwicklungsplan dokumentiert.

Die hier dargestellte Planung zur möglichen Ausgestaltung des Unterrichtsvorhabens bietet ein mögliches Gerüst und muss in Abhängigkeit der spezifischen schulischen und individuellen Voraussetzungen standortbezogen verändert werden.

Die exemplarisch dargestellten Aufgaben veranschaulichen einige Möglichkeiten der Differenzierung , auch unter Berücksichtigung der zieldifferent Lernenden. Weitere Möglichkeiten der differenzierten Gestaltung von Aufgaben und deren Einbettung in unterstützende Lernumgebungen finden Sie unter:
inklusiver-fachunterricht/lernumgebungen-gestalten/index.html

Hinweise zum classroom management

Entsprechend den Erfordernissen der Lerngruppe und/oder einzelner Schülerinnen und Schüler können Elemente des Classroom Management zur Gestaltung einer lern- und entwicklungsförderlichen Lernumgebung eingesetzt werden.

  • Kooperation der Schülerinnen und Schüler: Welches Maß können die Schülerinnen und Schüler selbstständig leisten? – Wo ist Einzelarbeit notwendig/hilfreich?
  • Unterrichtliche Klarheit z. B. durch Visualisierung des Ablaufs, der Inhalte (Advance Organizer)
  • Lernumgebung z. B. durch Einrichten eines Hilfetisches mit zusätzlichem/alternativem Material, wie den Hilfekarten, Planung der Sitzordnung, Berücksichtigung von Entwicklungschancen, Scaffolds für ausgewählte Aufgaben.
  • Ritualisierte Verfahrensweisen z. B. durch ein abgestimmtes System der Kooperation bzw. Hilfestellung der Schülerinnen und Schüler und Begleitung im Unterricht durch Ich-kann-Checklisten.
  • weitere Elemente finden Sie unter:
inklusiver-fachunterricht/lernumgebungen-gestalten/classroom-management/index.html

Kompetenzen im UV

Zielgruppe: Schülerinnen und Schüler im Bildungsgang der Sekundarstufe I orientiert am Kernlehrplan der Gesamtschule im Inhaltsfeld Energie, Leistung, Wirkungsgrad (9). Abhängig vom individuellen Lern- und Entwicklungsstand auch Schülerinnen und Schüler in den zieldifferenten Bildungsgängen orientiert am Kernlehrplan der Hauptschule in den Inhaltsfeldern Geräte und Werkzeuge (3) sowie Bewegungen und ihre Ursachen (5) und Energienutzung (7).

Kompetenzerwartungen in Bezug zum Kernlehrplan der Gesamtschule in NRW am Ende der Jahrgangsstufe 9 erreicht sein sollen:

Umgang mit Fachwissen:

  • die Wirkungsweisen und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern (Rollen, Flaschenzüge, Hebel, Zahnräder (E-Kurs: schiefe Ebene)) erklären und dabei allgemeine Prinzipien aufzeigen. (UF1)

Erkenntnisgewinnung

  • auf der Grundlage von Beobachtungen (u. a. an einfachen Maschinen) verallgemeinernde Hypothesen zu Kraftwirkungen und Energieumwandlungen entwickeln und diese experimentell überprüfen. (E2, E3, E4)

Bewertung

  • in einfachen Zusammenhängen Überlegungen und Entscheidungen zur Arbeitsökonomie und zur Wahl von Werkzeugen und Maschinen physikalisch begründen. (B1)

Kompetenzerwartungen in Bezug zum Kernlehrplan für die Hauptschule in NRW Hauptschule in den Inhaltsfeldern Geräte und Werkzeuge (3) sowie Bewegungen und ihre Ursachen (5) und Energienutzung (7):

Die prozessbezogenen Kompetenzen werden generell ab Beginn der Jahrgangsstufe 5 gefördert.

Umgang mit Fachwissen:

  • die Wirkungsweisen und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern und einfachen Maschinen (Rollen, Flaschenzüge, Hebel, Zahnräder) erklären und dabei allgemeine Prinzipien aufzeigen. (7-UF1)
  • die Goldene Regel der Mechanik zur Funktion einfacher Maschinen als Spezialfall des Energieerhaltungssatzes deuten. (7-UF1)
  • am Beispiel alltäglicher Phänomene Wirkungen von Kräften beschreiben und erläutern. (3-UF1)
  • die Funktionsweise einfacher Werkzeuge auf Hebelwirkungen zurückführen und Werkzeuge in handwerklichen Situationen sachgerecht auswählen und anwenden. (3-UF2)
  • Bewegungsänderungen und Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen sowie die Bedeutung des Trägheitsgesetzes und des Wechselwirkungsgesetzes erläutern. (5-UF1, UF3, E1)
  • die Beziehung und den Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft an Beispielen erläutern sowie Gewichtskräfte bestimmen. (5-UF2, UF4)

Hinweise zu den Kompetenzerwartungen im zieldifferenten Bildungsgang Lernen

Die Planung und die exemplarisch dargestellten differenzierten Aufgaben orientieren sich an den im Kernlehrplan für die Gesamtschule – Sekundarstufe I Biologie genannten Kompetenzen. Die Gruppe der Schülerinnen und Schüler, die im zieldifferenten Bildungsgang Lernen unterrichtet werden, bilden keine homogene Gruppe. Für den Erwerb eines dem Hauptschulabschluss (nach Klasse 9) gleichwertigen Abschlusses (§ 35 Abs. 3 AO-SF) bilden die Kompetenzerwartungen des Kernlehrplanes Hauptschule die Grundlage für die inhaltliche Gestaltung.

Gemäß Paragraf 17 der Verordnung über die sonderpädagogische Förderung, den Hausunterricht und die Schule für Kranke (AO-SF) erfolgt mindestens einmal jährlich durch die Klassenkonferenz eine Überprüfung dahingehend, ob der festgestellte Bedarf an sonderpädagogischer Unterstützung und der festgelegte Förderschwerpunkt weiterhin bestehen.

Die Lern- und Entwicklungsplanung legt die individuelle Zielerreichung fest. Hinsichtlich der fachlichen Ziele ist sie am Kernlehrplan Biologie bzw. Sachunterricht für die Hauptschule bzw. Grundschule orientiert. Die Verordnung über die sonderpädagogische Förderung, den Hausunterricht und die Schule für Kranke (AO-SF) macht in Paragraf 32 zur Leistungsbewertung folgende Ausführungen:

§ 32 Leistungsbewertung

(1) Die Leistungen der Schülerinnen und Schüler werden auf der Grundlage der im individuellen Förderplan festgelegten Lernziele beschrieben. Die Leistungsbewertung erstreckt sich auf die Ergebnisse des Lernens sowie die individuellen Anstrengungen und Lernfortschritte.

(2) Die Schulkonferenz kann beschließen, dass ab Klasse 4 oder ab einer höheren Klasse die Bewertung einzelner Leistungen von Schülerinnen und Schülern zusätzlich mit Noten möglich ist. Dies setzt voraus, dass die Leistung den Anforderungen der jeweils vorhergehenden Jahrgangsstufe der Grundschule oder der Hauptschule entspricht. Dieser Maßstab ist kenntlich zu machen.

Hinweise zu den Kompetenzerwartungen im zieldifferenten Bildungsgang Geistige Entwicklung

Die Gruppe der Schülerinnen und Schüler, die im zieldifferenten Bildungsgang Geistige Entwicklung unterrichtet werden, bilden keine homogene Gruppe.

Gemäß Paragraf 17 der Verordnung über die sonderpädagogische Förderung, den Hausunterricht und die Schule für Kranke (AO-SF) erfolgt mindestens einmal jährlich durch die Klassenkonferenz eine Überprüfung dahingehend, ob der festgestellte Bedarf an sonderpädagogischer Unterstützung und der festgelegte Förderschwerpunkt weiterhin bestehen.

Die Lern- und Entwicklungsplanung legt die individuelle Zielerreichung fest. Die Verordnung über die sonderpädagogische Förderung, den Hausunterricht und die Schule für Kranke (AO-SF) macht in den Paragrafen 38 und 40 zum Unterricht bzw. der Leistungsbewertung folgende Ausführungen:

§ 38 Unterricht

Der Unterricht fördert Kompetenzen in den Entwicklungsbereichen Motorik, Wahrnehmung, Kognition, Sozialisation und Kommunikation. Er erstreckt sich auf die Aufgabenfelder Sprache und Kommunikation, Mathematik, und naturwissenschaftlichen Unterricht, Arbeitslehre, Bewegungserziehung/Sport, musisch-ästhetische Erziehung und Religiöse Erziehung/Ethik. Die Gewichtung der unterrichtlichen Angebote richtet sich nach den Bildungsmöglichkeiten der Schülerinnen und Schüler.

§ 40 Leistungsbewertung

Die Leistungen der Schülerinnen und Schüler werden ohne Notenstufen auf der Grundlage der im Förderplan festgelegten Ziele beschrieben. Die Leistungsbewertung erstreckt sich auf die Ergebnisse des Lernens sowie die individuellen Anstrengungen und Lernfortschritte.

Neben den Kompetenzerwartungen des Bildungsganges Gesamtschule sind mit Blick auf das zieldifferente Lernen Kompetenzerwartungen des Bildungsganges Hauptschule bzw. Grundschule berücksichtigt. Diese kommen insbesondere in den hellblau und dunkelblau hinterlegten Feldern zum Tragen.

„Inklusiver Fachunterricht unterbreitet fachbezogene Bildungsangebote für alle Schülerinnen und Schüler und ermöglicht individuelle Lernfortschritte und subjektiv sinnvolle Teilhabe an gemeinschaftlich erlebten Unterrichtsangeboten.“ (Musenberg/Riegert 2015, S.24)

Die differenzierte Unterrichtsgestaltung setzt fachdidaktische Ansprüche des Unterrichtsfaches in Beziehung zu individuellen Kenntnissen, Kompetenzen, Perspektiven und Interessen. (ebd.) Mögliche Entwicklungschancen werden markiert, die -abhängig vom Lern- und Entwicklungsplan der Schülerinnen und Schüler- individuelle Berücksichtigung für Einzelne oder Gruppen finden können.
Eine Konkretisierung bezüglich der Verknüpfung von fachlichen Kompetenzerwartungen und Entwicklungschancen erfolgt durch Absprachen zwischen der Fachlehrkraft und der Förderschullehrkraft. Die Entscheidung, ob die Entwicklungschancen im Klassenunterricht oder in speziellen Fördersettings (Kleingruppen- oder Einzelförderung) in ausreichendem Maß zum Tragen kommen können, kann ebenfalls nur in Abhängigkeit vom Lern- und Entwicklungsprofil einer Schülerin/eines Schülers sowie den organisatorischen Gegebenheiten der jeweiligen Schule getroffen werden.
Unabhängig von der Fragestellung der zieldifferenten Bildungsgänge spielt auch im Gemeinsamen Lernen die Unterstützung zielgleich geförderter Schülerinnen und Schüler mit sonderpädagogischem Unterstützungsbedarf durch Nachteilsausgleich eine Rolle.

Entwicklungschancen

Sonderpädagogische Bildungs-, Beratungs- und Unterstützungsangebote können beim einzelnen Kind oder Jugendlichen eine spezifische Ausprägung in bestimmten Bereichen haben, wodurch sich Schwerpunkte der Förderung ergeben. Entsprechend können fachliche Anforderungen, die in Feldern des Lernstrukturgitters verortet sind, eine Herausforderung bieten, die überfordert. Dennoch kann die Möglichkeit bestehen, über die Eröffnung von Entwicklungschancen für Lernende spezifische Felder zu öffnen und damit ein gemeinsames Lernsetting zu ermöglichen.
Im zieldifferenten Lernen kann sowohl ein Zugang über das fachliche Lernen als auch über die Entwicklungschancen gelegt werden.

Im Menüpunkt „Sequenzierung: 4 Lernstrukturgitter“ sind den einzelnen Lernstrukturgittern mögliche Entwicklungschancen zugeordnet.

Advance organizer zum Unterrichtsvorhaben

Der Advance Organizer zum Unterrichtsvorhabenzum Thema "Energie-Leistung-Wirkungsgrad“ bietet Struktur, Übersicht, Orientierung und Zieltransparenz für alle Schülerinnen und Schüler. Er umfasst alle Inhalte der geplanten Unterrichtssequenzen, beschreibt Kompetenzanforderungen des Faches und markiert den Kern des Themas.
Die Lehrkraft führt mit Hilfe des Advance organizers in das Unterrichtsvorhaben ein. Dieser bleibt in allen Stunden präsent.

Advanced Organizer

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