Bionik-Unterricht zwischen natürlichem Vorbild und technischer Anwendung : Eine Studie zu Technikbegeisterung, naturwissenschaftlicher Motivation und langfristigem Wissenserwerb

Titelangaben

Marth, Michaela:
Bionik-Unterricht zwischen natürlichem Vorbild und technischer Anwendung : Eine Studie zu Technikbegeisterung, naturwissenschaftlicher Motivation und langfristigem Wissenserwerb.
Bayreuth , 2018 . - 133, III + 84 S.
( Dissertation, 2017 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

Technik und Naturwissenschaften haben bei Schülern oftmals ein negatives Image und werden schlicht abgelehnt, da sie als schwer verständlich gelten und mit schwierigen Lerninhalten assoziiert werden. Das Interesse für Technik und Naturwissenschaften nimmt im Laufe einer Schullaufbahn häufig ab, weswegen nur wenige junge Erwachsene naturwissenschaftliche oder technische Laufbahnen einschlagen. Geeignete Unterrichtsprogramme sollten daher, neben der Wissensvermittlung, auf negative Vorstellungen eingehen und diese entsprechend positiv anreichern. Um einen Überblick über das Technikinteresse und die Vorstellungen von Technik in verschiedenen Altersgruppen zu erhalten, wurden in der vorliegenden Arbeit das individuelle Technikinteresse und die sozialen Aspekte der Technik von 610 Teilnehmern erhoben (Schüler (n=369), Lehrer (n=116) und Studenten (n=125)): Dabei zeigte sich, dass das größte Technikinteresse (wenn auch schon auf niedrigem Niveau) bei der Altersgruppe der Schüler besteht. Bei den sozialen Aspekten zeigte sich ein gegenläufiger Trend. Lehrer und Studenten wiesen höhere soziale Kompetenzen in Bezug auf Technik auf, als dies bei Schülern der Fall war. Technik sollte folglich schon früh mit positiven Erfahrungen verbunden werden, um negative Assoziationen möglichst erst gar nicht entstehen zu lassen. Eine interaktive Ausstellung im Tiergarten Nürnberg zum Thema Bionik erlaubt derzeit die Welt der Bionik kennenzulernen und zu erforschen. Angeschlossen an die Ausstellung ist ein bionischer Rundgang, der Bionik auch am lebenden Tier beobachtbar macht. Basierend auf diesen besonderen Möglichkeiten wurde ein Lernzirkel zum Thema Bionik entwickelt, welcher sich mit ausgewählten bionischen Themen, wie dem Fin Ray-Effekt und dessen bionischer Anwendung eines Greifarms in der Robotik beschäftigt. Im Zentrum des Lernzirkels standen bionische Phänomene im Wasser, wie die Delphin-Kommunikation, die technisch bei Tsunami-Frühwarnsystemen eingesetzt wird oder die Delphinschnauze, die als Bauvorlage für den Bugaufsatz bei Tankern verbaut ist. Auch die Stromlinienform verschiedener Tiere und deren Umsetzung in der Automobilindustrie wurden im Lernzirkel thematisiert. Insgesamt nahmen an dem Lernzirkel 369 Schüler der sechsten Jahrgangsstufe teil. Der Lernzirkel war Grundlage von zwei Teilstudien, die zum einen kognitives Wissen und zum anderen naturwissenschaftliche Motivation in Kombination mit Technik erfassten. Der Erwerb von kurzfristigem, mittelfristigem und langfristigem Wissen wurde zu fünf verschiedenen Testzeitpunkten untersucht, mit dem Ergebnis eines signifikanten Lernzuwachses über ein gesamtes Jahr hinweg. Zusätzlich korrelierte das Technikinteresse signifikant mit dem Vorwissen in dem Maße, dass technikinteressierte Schüler mit höheren sozialen Werten auch mehr Vorwissen aufwiesen. Die naturwissenschaftliche Motivation zeigte lediglich direkt nach der Intervention einen signifikanten Anstieg, der allerdings sechs Wochen nach der Intervention nicht mehr vorhanden war. Außerdem zeigte sich eine Korrelation von Technikinteresse mit der naturwissenschaftlichen Motivation, auch wenn dieser Zusammenhang klein war. Das Interventionsmodul Bionik konnte sowohl das inhaltsbezogene Wissen, als auch die naturwissenschaftliche Motivation von Schülern fördern und stellt damit eine Möglichkeit dar, wie man verschiedene Fachgebiete im schulischen Kontext vernetzen kann. Fächerübergreifender Unterricht könnte somit als Verknüpfungspunkt zwischen den verschiedenen Naturwissenschaften stehen, um den naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen einen besseren Stellenwert in der Schule einzubringen. Werden Schüler frühzeitig mit Technik und Naturwissenschaften in Kontakt gebracht, könnte die Bildung negativer Assoziationen verhindert und somit die Einstellung zu Technik und Naturwissenschaften langfristig verändert werden.

Abstract in weiterer Sprache

Nowadays the subjects science, technology, engineering and mathematics (STEM) are often considered as boring or difficult to understand. Related individual interest scores often drop during school time, leading just few adolescents into technical or scientific careers. For this reason, educational programs need to cope with negative attitudes and to introduce positive images beyond a knowledge transfer. For this purpose, we monitored perceptions of technology in 610 participants (students (n=369), teachers (n=116), university freshmen (n=125)): The individual interest in technology revealed highest scores for students. The social aspects showed an opposite trend, as teachers and university freshmen in terms of technology showed higher scores than students. Thus, technology apparently needs an early alignment with positive experiences to weaken rejection tendencies. An interactive exhibition about bionics within the Zoo Nuremberg currently allows students to explore the world of bionics. An exhibition tour through the zoo makes bionics observable even on living animals. Based on these special opportunities, the bionics learning module addresses various bionic applications, such as the fin ray-effect and its bionic adaption of a robotic arm, the dolphins’ communication (which is technically used in a tsunami pre-warning system) as well as the dolphin snout (which is used as a cap in tankers). The streamline shape of various animals and their adaption in the automotive industry were also discussed in the learning module. In total, 369 sixth graders participated in the learning module by completing cognitive knowledge tests and being monitored regarding scientific motivation in combination with technology. The acquisition of short-term, medium-term and long-term knowledge was measured at five testing points, resulting in significant growth of knowledge over a full academic year. Students with a high interest in technology and more social aspects of technology showed better pre-knowledge levels. The results pointed to a significant increase in motivation directly after intervention, which disappeared again already six weeks after the intervention. A correlation of technology interest and the scientific motivation sub-scale self-confidence was shown small, but existing. Consequently the learning module was able to promote content-related knowledge as well as scientific motivation of students and thus represents an opportunity to network different subject areas within an educational context. Therefore interdisciplinary teaching may support the various science subjects in order to bring technology and science into classrooms. In consequence, introducing bionics applications at an early stage might help preventing negative associations and providing optimal conditions for students` careers after school.