Kann kompetenzorientierter Natur und Technik-Unterricht individuell nachhaltiges Handeln beeinflussen? : Wie Umwelteinstellungen, Motivation und Technikbegeisterung kognitives Lernen über Müllverwertung/-vermeidung beeinflussen

Titelangaben

Stöckert, Alexandra:
Kann kompetenzorientierter Natur und Technik-Unterricht individuell nachhaltiges Handeln beeinflussen? : Wie Umwelteinstellungen, Motivation und Technikbegeisterung kognitives Lernen über Müllverwertung/-vermeidung beeinflussen.
Bayreuth , 2021 . - 99 S.
( Dissertation, 2021 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

Environmental and climate protection are widely discussed alongside technologies that could contribute to tackling climate change. While technological advancements have initially been considered the root of all climate problems, they may now be key to successfully navigating a looming climate crisis. Waste management is, thereby, a particularly salient topic since it combines a change in attitudes towards environmentally friendly and sustainable behaviors with modern and sustainable technologies. In the otherwise rather mobility-focused public debate, waste management, however, seems to get lost although it affects all human beings regardless of nationality, age or wealth. Thus, we developed a student-centered teaching module for fifth graders to address the topics of sustainable waste management and recycling. Relevant knowledge about waste production and energy generation from waste, was expected to raise awareness and foster sustainable action. In a first step, the pilot study A with 264 university freshmen should provide an overview of attitudes towards technologies and the environment after having completed their A-Levels. We identified that positive attitudes towards technologies correlated with tendencies to exploit nature and vice versa. Technologies were also more appealing to male students as compared to female students, who were more inclined with environmental protection and appreciation of nature. Likewise, the field of study appeared to influence individual attitudes: For instance, those who studied natural sciences were more protective and appreciative of nature than economics and law students. Natural science and law students, however, also consider and accept technologies as important drivers of social advancements, whereas cultural studies students deny their impact. Sub-study B outlines our teaching module developed for fostering "Scientific Work" (curriculumPLUS of the Bavarian Gymnasium) within the scope of "Nature and Technology”, which focused on waste avoidance and recycling. The module encompassed three sections with individual stations and considered curricular basic concepts of biology and competency requirements. Due the age of students, processes underlying the"4Rs" (reduce, reuse, recycle, recover), which describe the generation of energy from waste, were significantly simplified. Throughout the entire module, students worked independently in groups to discuss and compare their results with previously prepared solutions. Students were also asked to build a functional model of a waste-to-energy plant and name its functional parts. This model could later be experienced in either a virtual or a real-life visit to a waste-to-energy plant. For our studies C and D, 276 students participated two module variants: completely in the classroom or on-site at the waste-to-energy plant. Knowledge pre-, post-, and retention scores were collected to analyze knowledge acquisition across both module variants. We also assessed respective learning emotions. In Sub-study D, scientific motivation, technology preferences and environmental attitudes were measured alongside knowledge acquisition, to evaluate the influence of these variables on knowledge acquisition and to identify possible interrelations. In study C, we, moreover, piloted and verified our questionnaire for performance measurement. Results indicated a short- and medium-term increase in knowledge as compared to prior knowledge. Correlations could be obtained between learning emotions, for instance relevance and interest as components of motivation, with knowledge retention scores after six weeks. We identified the following pattern: The more relevant and interesting students considered a waste-to-energy plant, the better were knowledge retention scores. Study D showed that students with a greater tendency to protect nature have a greater increase in knowledge and vice versa. The appreciation of nature and the attitude towards technology had no influence on learning results. Surprisingly, the intrinsic motivation for science also showed only a small influence on prior knowledge. We, however, identified strong positive correlations between scientific motivation and protective environmental attitudes, whereas the utilization of nature correlated negatively with science motivation. Furthermore, male students received higher technology and motivational self-efficacy scores, while girls achieved higher scores for appreciation of nature. To conclude, our teaching module successfully combined nature and technology for classroom teaching. It proved that professional knowledge can be imparted in a gender-neutral way. The involvement of a local company also added to the understanding of students of how relevant sustainable waste management is for everyday life. The visit to a waste-to-energy plant did, contrary to expectations, not contribute to continuously better extracurricular learning outcomes for students. Motivational and interest-related factors of such outreach learning locations should, however, not be neglected, since the aim was not to ensure better learning results but to develop didactically valuable teaching modules that combine several STEM subjects and address as many competencies as possible.

Abstract in weiterer Sprache

Themen wie Umwelt- und Klimaschutz kommen aktuell täglich in den Medien vor, ebenso moderne Technik und Technologien. Während Letzteres meist negativ behaftet als vermeintlicher Zerstörer der Umwelt gilt, wird der Schutz der Umwelt in der Gesellschaft hoch angesehen. Die Müllproblematik scheint beide Aspekte miteinander zu verbinden, denn hier gilt es nachhaltige, ressourcenschonende Verfahren zu entwickeln, um Schaden an der Natur möglichst klein zu halten und dabei moderne umweltfreundliche Technik einzusetzen, denn jeder trägt im täglichen Leben zur Entstehung von Müll bei. In der vorliegenden Studie wurde ein schülerzentriertes Unterrichtsmodul für die fünfte Jahrgangsstufe entwickelt, das die Thematik Müllvermeidung und –verwertung aufgreift. So soll früh für die Problematik sensibilisiert, umweltrelevantes Wissen vermittelt und technische Prozesse zur Energiegewinnung greifbar gemacht werden. Um einen umfassenden Überblick über die Technik- und Umwelteinstellungen nach erfolgreich durchlaufener Schullaufbahn zu erfassen, wurden in Teilstudie A zunächst entsprechende Einstellungen von 264 Studierenden im ersten Semester verschiedener Studienrichtungen erfasst. Hierbei zeigten Personen mit positiver Zuwendung zur Technik klare Tendenzen die Natur auszubeuten und umgekehrt. Männliche Studierende waren dabei der Technik positiver zugeneigt als weibliche, die eher höhere Werte in Bezug auf Umweltschutz und Wertschätzung der Natur vorwiesen. Zudem zeigte die Spezialisierung, also die Wahl eines Studiengangs, eine gute Korrelation mit individuellen Einstellungen: Beispielsweise zeigte sich, dass Studierende der Naturwissenschaften eher dazu tendieren die Natur zu schützen und wertzuschätzen als Studierende der Wirtschafts- und Rechtswissenschaften. Rechts- und Naturwissenschaftler hingegen finden Technik in der Gesellschaft wichtiger und nehmen diese eher an als Kulturwissenschaftler. Teilstudie B beschreibt das Unterrichtsmodul, das für das Fach „Natur und Technik“, genauer dem Schwerpunkt „Naturwissenschaftlichen Arbeiten“ (LehrplanPLUS des bayerischen Gymnasiums) entwickelt wurde. Inhaltlich stand die Thematik Müllvermeidung und -verwertung im Vordergrund. Bei der Entwicklung der drei Module mit ihren Stationen wurde auf eine kompetenzorientierte Aufbereitung des Stoffes und die Anwendung der Basiskonzepte Biologie geachtet. Zum einen wurden die „4R“ (engl. reduce, reuse, recycel, recover) behandelt, zum anderen wurde die Energierückgewinnung aus Müll in einem Müllkraftwerk mit seinen Fachbegriffen und Arbeitsschritten altersgerecht thematisiert. Hier sollten die Schüler in Kleingruppen selbstständig arbeiten und ihre Ergebnisse mit Lösungen abgleichen. Weiter sollten sie ein Funktionsmodell eines Müllkraftwerkes im Kleinen nachbauen und die Funktionsteile benennen können. Abschließend fand entweder eine Führung durch das Müllkraftwerk statt oder es wurde ein Film als Führung aus demselben Müllkraftwerk gezeigt. In den Teilstudien C und D nahmen 276 Schülerinnen und Schüler entweder im Müllkraftwerk oder im Klassenzimmer teil. Es wurde das Vorwissen und der Wissenserwerb, sowie Lernemotionen in Teilstudie C erhoben, um den Wissenszuwachs durch die Teilnahme am Unterrichtsmodul zu evaluieren. Weiter sollte der Wissenserwerb in Abhängigkeit vom Lernort und die Rolle der Lernemotionen erfasst werden. In Teilstudie D wurden neben dem Wissenserwerb auch die naturwissenschaftliche Motivation, Technikpräferenzen und Umwelteinstellungen erhoben. Ziel war es die Rolle dieser Komponenten beim Wissenserwerb zu evaluieren und mögliche Wechselbeziehungen festzustellen. Dabei konnte in Teilstudie C der selbst entwickelte Fragebogen zur Leistungsmessung des Fachwissens bestätigt werden. Damit wurde ein kurz- und mittelfristiger Wissenszuwachs im Vergleich zum Vorwissen festgestellt. Weiter konnte der Zusammenhang mit den Lernemotionen von Relevanz und Interesse als Komponenten von Motivation mit der Behaltensleistung nach sechs Wochen belegt werden. Je relevanter und interessanter Schüler ein Müllkraftwerk fanden, desto besser war die Behaltensleistung nach sechs Wochen. Teilstudie D zeigte, dass Schüler mit größerer Tendenz zum Schutz der Natur einen höheren Wissenszuwachs haben und umgekehrt. Die Wertschätzung der Natur sowie die Einstellung zum Thema Technik hatten keinen Einfluss auf den Lernerfolg. Erstaunlicherweise zeigte auch die intrinsische Motivation für Naturwissenschaft, nur einen kleinen Einfluss auf das Vorwissen. Die naturwissenschaftliche Motivation wies jedoch einen starken positiven Zusammenhang zwischen naturwissenschaftlicher Motivation und schützenden Umwelteinstellungen auf, wohingegen die Ausnutzung der Natur negativ mit der naturwissenschaftlichen Motivation korrelierte. Des Weiteren zeigten männliche Schüler höhere Werte in Bezug auf Technik und der motivationalen Komponente Selbstwirksamkeit, wohingegen Mädchen höhere Werte im Bereich der Wertschätzung der Natur erzielten. Zusammenfassend ist das hier entwickelte Unterrichtsmodul ein gelungenes Beispiel für die Verknüpfung von Natur und Technik im Unterricht. Zum einen konnte das Fachwissen vermittelt sowie geschlechtsneutral unterrichtet werden. Den Schülern konnte ein Industriebetrieb aus der Region vorgestellt und seine Relevanz für die Gesellschaft verdeutlicht werden. Weiter konnte gezeigt werden, dass ein außerschulischer Lernort nicht immer bessere Lernergebnisse bei den Schülern hervorbringt. Ausschlaggebend ist, dass der Unterricht Interesse und Motivation weckt und den Schülern sinnvoll für ihren Lebensalltag erscheint. Es sollte Ziel sein, didaktisch wertvolle Unterrichtsmodule zu entwickeln, die mehrere MINT-Fächer miteinander verbinden und möglichst viele Kompetenzen ansprechen.