Die Integration von Naturwissenschaften in den Grundschulunterricht zahlt sich später aus

Von Spaziergängen in der Natur bis zur „Phänomenbeobachtung“

Erinnern Sie sich an das erste Mal, als Sie ein Blatt aufgehoben haben? Sie waren wahrscheinlich zwei oder drei Jahre alt und erkundeten die Natur. Vielleicht ist Ihnen die einzigartige Form aufgefallen und ob es rissig, trocken oder nass war. Vielleicht hat Ihnen ein Erwachsener dabei geholfen, mit einem Buntstift die Adern abzureiben, und Sie haben gelernt, dass Blätter auf diese Weise Nährstoffe aufnehmen – genau wie Menschen.

Herzlichen Glückwunsch – Sie haben Wissenschaft gemacht!

„Phänomene beobachten“ ist die Art und Weise, wie wir die meisten von uns kennengelernt haben Wissenschaftliches Lernen, gefolgt von Fragen stellen, Nachforschungen anstellen oder Ideen testen und lernen, sein Denken zu erklären. Aber in Grundschulklassen im ganzen Bundesstaat erhalten Schüler im Durchschnitt nur 1.5 Stunden naturwissenschaftlichen Unterricht, von 30 Unterrichtsstunden pro Woche. Das Ergebnis ist, dass die Schüler in den höheren Jahrgangsstufen nicht auf die Naturwissenschaften vorbereitet werden.

Tana Peterman ist Programmbeauftragte für K-12-Bildung bei Washington STEM, das die Leadership and Assistance for Science Education Reform (LASER)* Alliance leitet. LASER und OSPI veranstalten beide Online-Webinare, um Grundschullehrern und Schulleitern zu helfen Machen Sie den Fall für mehr naturwissenschaftliche Inhalte in K-5-Klassenzimmern. LASER bietet außerdem kostenlose Online-Ressourcen und Strategien zur Integration von Naturwissenschaften in bereits überfüllte Unterrichtsstunden.

Ihr jüngstes Webinar „Grundschulwissenschaften brauchen ein Comeback“ zielte darauf ab, genau das zu erreichen: indem sie Beispiele aus Schulbezirken im ganzen Bundesstaat hervorhoben, in denen Grundschullehrer hervorragend darin sind, naturwissenschaftliche Konzepte in den Mathematik- und Leseunterricht zu integrieren.

Tana Peterman sagte: „Mit der Elementarwissenschaft versehen wir ein System, das eine Operation am offenen Herzen erfordert, immer wieder mit Pflastern. Wir reden davon, das ganze Kind zu erziehen, fordern es aber immer wieder auf, in Silos zu lernen.“

Frühe wissenschaftliche Grundlage

Im Kern geht es bei der Wissenschaft darum, die Welt um uns herum zu beobachten und zu verstehen – etwas, wozu Kinder dank ihrer angeborenen Neugier bestens gerüstet sind.

Michelle Grove ist Wissenschaftskoordinatorin für den Educational Service District (ESD) 101 in Spokane und verfügt über 25 Jahre Lehrerfahrung, darunter Biologie, Chemie und Anatomie. Sie ist außerdem LASER-Direktorin für die Nordostregion und landesweite Co-Direktorin.

„Das Erlernen der Naturwissenschaften in der Grundschule ist die Grundlage für alles, was danach kommt. Ohne sie verlieren Kinder das Interesse und engagieren sich dann nicht mehr intensiv. Selbst wenn ihnen in der Mittel- und Oberstufe hochwertige naturwissenschaftliche Erfahrungen vermittelt werden, werden sie ohne diese grundlegenden Fähigkeiten, wie die Bedeutung des evidenzbasierten Denkens, Schwierigkeiten haben, unser K-12-System als naturwissenschaftlich gebildete Erwachsene zu verlassen.“ Sie betont, dass dies bedeutet, zu verstehen, dass Wissenschaft nicht nur die Arbeit in einem Labor bedeutet, sondern auch die Planung und Durchführung von Untersuchungen, das Lösen von Problemen, das Erstellen von Modellen, das Analysieren und Interpretieren von Daten, das Konstruieren von Erklärungen und das Entwerfen von Lösungen.

Lorianne Donovan-Hermann, wissenschaftliche Koordinatorin für ESD 123 im Südosten Washingtons und Direktorin der Southeast LASER Alliance, sagte: „Wenn Kinder in die High School kommen, gibt es in Bezug auf den naturwissenschaftlichen Unterricht die ‚Besitzenden‘ und die ‚Besitzlosen‘.“ . Kinder, die in der Grund- oder Mittelschule keinen naturwissenschaftlichen Unterricht haben, können zurückfallen oder den naturwissenschaftlichen Unterricht meiden, weil sie denken: „Ich bin nicht gut in Naturwissenschaften.“ Und sie werden niemals darüber nachdenken, einen AP-Kurs zu belegen. Sie werden am Ende einen völlig anderen Kurs einschlagen.“

Zwar möchte nicht jedes Kind im Erwachsenenalter Wissenschaftler werden, aber jeder Schüler benötigt grundlegende wissenschaftliche Kenntnisse, um mit seiner Gesundheit und seiner Umwelt klarzukommen, seine Entscheidungen an der Wahlurne zu verstehen und sogar sein Zuhause instand zu halten. Donovan-Hermann sagte: „Grundlegendes Wohneigentum erfordert umfassende wissenschaftliche Kenntnisse, um sich vor giftigem Schimmel durch ein undichtes Rohr zu schützen, oder das Verständnis der Gefahren eines Gaslecks.“ Und wenn wir wissen, wie Viren in unserem eigenen Körper wirken – und wenn wir die neuesten wissenschaftlichen Studien zur Behandlung befolgen –, können wir unsere Familien schützen.“

Den Zeitdruck überwinden

Schon vor dem Die Pandemie führte zu niedrigeren Testergebnissen Für Schüler im ganzen Land hatten Grundschullehrer Schwierigkeiten, den naturwissenschaftlichen Unterricht in einen bereits vollen Stundenplan zu integrieren. Der vorgelagerte Grund dafür ist, dass sich die meisten Grundschulklassen auf Mathematik und Lesen konzentrieren und Naturwissenschaften in Washington erst in der fünften Klasse bewertet werden. Da die meisten Grundschullehrer auch nicht über Kenntnisse in Naturwissenschaften verfügen, kann es für einige unerreichbar erscheinen, Naturwissenschaften zu unterrichten. Es gibt jedoch einen vielversprechenden Ansatz: Integrieren Sie naturwissenschaftliche Konzepte in den Lese-, Schreib- und Mathematikunterricht.

Michelle Grove sagte, es gebe ein Missverständnis, dass Mathematik und Lesen isoliert unterrichtet würden. „In Wirklichkeit können wissenschaftliche Themen in Mathematik- oder Lese-/Schreibaufgaben integriert werden – das nennt man phänomenbasiertes Schreiben.“

Grove sagte, sie habe mit Lehrern zusammengearbeitet, die den Pflanzenanatomieunterricht für phänomenbasiertes Lesen und Schreiben nutzten Offene Bildungsressourcen (OER), eine kostenlose Ressource für Lehrer. „Das Verständnis der Schüler reichte von der Erstellung einfacher Zeichnungen zu Beginn des Jahres bis hin zur Darstellung dieser lückenlosen Erklärungen zu wissenschaftlichen Prozessen.“

Ein weiteres Beispiel für die Integration von Naturwissenschaften stammen von Lehrern der ersten und fünften Klasse im Raum Olympia, die vorhatten, dass Fünftklässler die jüngere Klasse besuchen, um ihre naturwissenschaftlichen Erkenntnisse zu teilen. Jahre später erinnerte sich der Naturwissenschaftslehrer der fünften Klasse, TJ Thornton, daran, wie wirkungsvoll dies insbesondere für einen Schüler war:

„Einer der Jungen in meiner Klasse fragte: ‚Wann machen wir das mit den Erstklässlern?‘? Nun, er war nicht unbedingt der akademisch stärkste Schüler, und das obwohl er einer war vor über der Hälfte seines Lebens, er hatte darüber nachgedacht und war begeistert, die Wissenschaft mit den Erstklässlern zu teilen.“

Evolution der Wissenschaft: vom „Absoluten“ zur Integration neuer Entdeckungen

Für viele hat die Covid-19-Pandemie deutlich gemacht, wie wichtig es ist, grundlegende wissenschaftliche Prozesse zu verstehen. Donovan-Hermann, Wissenschaftskoordinator in Pasco, sagte, dass technologische Fortschritte einen großen Einfluss auf das wissenschaftliche Verständnis gehabt hätten.

„Die Wissenschaft hat sich seit meiner High-School-Zeit so sehr verändert. Früher haben wir etwas über „das Absolute“ gelernt, aber jetzt ist es entscheidend, dass wir unsere Meinung ändern können, wenn sich die Wissenschaft ändert.“

Darüber hinaus ist das Verständnis evidenzbasierter Argumentation – sei es in Naturwissenschaften oder Politikwissenschaften – von entscheidender Bedeutung für Absolventen, die „All-Literate Learners“ sind.

Michelle Grove erinnerte sich: „Der Unterricht meiner Tochter in der siebten Klasse konzentrierte sich ein Jahr lang auf die Bedeutung des beweisbasierten Denkens. Als sie beobachtete, wie politische Kommentatoren im Fernsehen ohne Beweise argumentierten, sei sie verärgert gewesen. ‚Das sollte ihnen nicht erlaubt sein!‘“

Bitten Sie um mehr Wissenschaft

Grove sagte, eine Möglichkeit für Eltern, den naturwissenschaftlichen Unterricht zu unterstützen, bestehe darin, den Tag der offenen Tür ihrer Schule zu besuchen und zu fragen: „Was machen Sie mit Lesen, Mathematik und Naturwissenschaften?“ Sie sagte, was der Elementarwissenschaft zum Gedeihen verhelfe, sei eine Verbindung von 1) Administratoren, die sich für die Wissenschaft einsetzen; 2) Lehrer, die über Fähigkeiten und Selbstvertrauen verfügen, und 3) Finanzierung durch ein System, das Prioritäten setzt.

Die Unterstützung durch die örtliche Schulbehörde kann dazu beitragen, der Integration der Naturwissenschaften im Klassenzimmer Vorrang einzuräumen. Scott Killough ist der regionale Wissenschaftskoordinator für ESD 113 und Mitglied des Tumwater District School Board. Er erinnerte sich an ein Gespräch, das die Schulbehörde gegen Ende der Covid-19-Pandemie mit ihrem ehemaligen Schulleiter führte. Der Vorstand entschied, dass soziales emotionales Lernen (SEL) in das Jahresbudget aufgenommen werden sollte, um eine dauerhafte Veränderung herbeizuführen. „Es ist jetzt ein Einzelposten in unserem Budget, unabhängig von Personaländerungen. SEL ist hier, um zu bleiben.“ Er sagte, ein ähnlicher Ansatz könne bei der Integration der Elementarwissenschaften hilfreich sein.

In ähnlicher Weise ermutigte Kimberly Astle vom Büro des Superintendent of Public Instruction (OSPI) Lehrer während des Webinars im Februar, darüber nachzudenken, wie Naturwissenschaften ein Anker sein können, um das Erlernen der englischen Sprachkunst zu unterstützen. „Ich sehe eine Vorwärtsbewegung, wenn ich sehe, wie Wissenschaft Teil eines Lernsystems ist.“

Das seltsame Problem der Wissenschaft

Die Integration der Naturwissenschaften in den Grundschulunterricht kann sich auch positiv auf die Förderung der Rassengerechtigkeit auswirken – wenn der Unterricht die Schüler dazu ermutigt, ihre kulturellen Erkenntnisse und Werte in naturwissenschaftliche Untersuchungen einzubringen. In den letzten Jahrzehnten haben Pädagogen und Aktivisten auf das „WEIRD“-Problem des naturwissenschaftlichen Unterrichts aufmerksam gemacht, das heißt, er konzentrierte sich auf Wissenschaft aus westlichen, gebildeten, industrialisierten, reichen und demokratischen (WEIRD) Gesellschaften. Die Wissenschaft wird in diesem Zusammenhang oft ignoriert Beiträge von Frauen und Leute der Farbeoder ihre Entdeckungen sogar weißen männlichen Kollegen zugeschrieben oder diese fälschlicherweise zugeschrieben. Dies kann bei den Schülern zu der Vorstellung führen, dass nur bestimmte Menschen „Wissenschaft betreiben“.

Als Donovan-Hermann die 3. Klasse im Tri-Cities-Gebiet unterrichtete, nahm sie an einer einwöchigen Lehrer-Wissenschaftler-Partnerschaft (TSP) mit einem Geologen an den Pacific Northwest National Laboratories teil. Ziel war es, das Wissen der Lehrer zu erweitern und das Gelernte ihren Schülern zurückzugeben.

„Ich habe Fotos von meiner Arbeit vor Ort mit dem Wissenschaftler mitgebracht, um sie meiner Klasse zu zeigen. Ein kleines Mädchen aus einer ländlichen Gemeinde schaute sich das Foto auf meinem Handy an, dann schaute es mich an und sagte: „Oh, das ist das falsche Bild.“ Wo ist das Foto des Wissenschaftlers?' Ich schaute nach unten und sagte: „Das ist sie – das ist Dr. Frannie Smith.“ Dieses kleine Mädchen wusste nicht, dass Frauen Wissenschaftlerinnen sein können.“

Das inspirierte Donovan-Hermann, den Wissenschaftler „Dr. Frannie“, um mit ihrer Klasse zu sprechen. So begann eine Partnerschaft, die ihrer Meinung nach viele ihrer Schüler beeinflusst hat. „Jahre später traf ich das kleine Mädchen; Sie war jetzt etwa 20 Jahre alt und arbeitete, um für das College zu sparen. Ich erinnere mich an ihre Aufregung, als sie davon sprach, Dr. Frannie kennenzulernen.“

Der STEM Teaching Tools-Blog bietet Anleitungen zum Diskutieren Rasse im Kontext des naturwissenschaftlichen Unterrichts„Rassismus und Rassismus sind im naturwissenschaftlichen Unterricht präsent. Schüler, egal wie jung, sind sich der Rasse bewusst und spiegeln gesellschaftliche Vorurteile wider. Sie bemerken, wer im Raum ist – sowohl im wörtlichen Sinne (Sie und andere Studierende) als auch im übertragenen Sinne (Wer betreibt Naturwissenschaften? Wie sieht ein Wissenschaftler aus?).“

Washington STEM setzt sich für die Integration von Naturwissenschaften in Grundschulklassen ein, damit alle Schüler in Washington die Frage beantworten können: „Wer betreibt Wissenschaft?“ mit einem Wort:

"Mich."

*organisiert von Leadership and Assistance for Science Education Reform (LASER) ist eine landesweite Organisation, die von Washington STEM in Zusammenarbeit mit OSPI, Education Service Districts (ESD) und dem Institute for Systems Biology geleitet wird. (Lerne mehr über wie LASER entstand.) Gemeinsam bieten sie Webinare und Online-Ressourcen an, die sich auf die Schaffung von Gerechtigkeit im naturwissenschaftlichen Unterricht im K-12-Bereich konzentrieren.