Systemdenken in Natur und Technik fördern – SysteMINT

Abstract

Hintergrund: Für eine Bildung für Nachhaltige Entwicklung (BNE) bildet das Systemdenken eine wichtige Grundlage, da Nachhaltigkeitsthemen meist mehrperspektivisch und komplex sind. Das Systemdenken bietet Konzepte und Werkzeuge im Umgang mit Komplexität und ist in verschiedenen Disziplinen verwurzelt. Praxisbeispiele zur Förderung von Systemdenken auf Sekundarstufe I finden sich für verschiedene Fachbereiche, jedoch oft nicht mit einem expliziten Fokus auf die Ziele einer BNE. Vor allem in der naturwissenschaftlich-technischen Bildung werden selten qualitative Modellierungsansätze verwendet, um Systeme zu beschreiben, Prognosen zu treffen und Handlungsmöglichkeiten zu beurteilen. Die Naturwissenschaftler:innen sind mit den quantitativen Modellierungsansätzen vertrauter, stossen auf der Zielstufe (Sekundarstufe I) aber an ihre Grenzen, insbesondere wenn der Mensch als Teil des Systems einbezogen werden soll.

Ziel: Das Ziel des in diesem Beitrag vorgestellten Projektes «SysteMINT» war es, die Systemkompetenzen von angehenden Lehrpersonen der Sekundarstufe I zu fördern und sie gleichzeitig dazu zu befähigen, Systemkompetenzen der Lernenden in Natur und Technik (NT) zu fördern, zu begleiten und zu evaluieren. Anhand von drei Durchführungen und Evaluationen einer stetig weiterentwickelten Lehreinheit in der Ausbildung von Lehrpersonen wurde vier Fragen nachgegangen: 

• Welche Vorstellungen von Systemdenken haben angehende Sekundarlehrpersonen vor und nach einer Lehreinheit zu einem Mensch-Umwelt-Technik-System?
• Wie stark ist das Interesse und die Selbstwirksamkeitserwartung in Bezug auf das Systemdenken ausgeprägt und wie verändern sich die beiden Grössen durch die Lehreinheit?
• Wie wird die Lehreinheit in Bezug auf Interessantheit, Lernzuwachs, Praxisnutzen eingeschätzt?
• Und wie wird der persönliche Lernfortschritt in Bezug auf die Systemkompetenzen eingeschätzt?

Rahmen: Ein interdisziplinäres Team der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) hat während der letzten fünf Jahre im Rahmen des PgB Netzwerkes MINT-Bildung Schweiz den Ansatz des Systemdenkens in der Ausbildung von Sekundarstufe I-Lehrpersonen erprobt und evaluiert. In der Ausbildung der Sekundarlehrpersonen erfolgte dies zusammen mit Fachexpert:innen anderer Hochschulen anhand von drei konkreten Themen «Plastikmüll», «Energie im Gebäude» und «Mikroverunreinigungen im Gewässer» mit insgesamt 92 Studierenden. Während den ersten drei Jahren (2018-2020) wurden in einer Vor- und Nachbefragung unter anderem Vorstellungen zum Systemdenken, das Interesse am Systemdenken, die Selbstwirksamkeitserwartung im Zusammenhang mit wichtigen Konzepten des Systemdenkens und die Einschätzung der Relevanz von Systemdenken in der Praxis erhoben. Die Ergebnisse der Befragungen dienten der Optimierung der Lehreinheit.

Keywords: Systemdenken, Systemkompetenzen, BNE, Natur und Technik (NT)

Promoting Systems Thinking in Science and Technology - SysteMINT

Background: Systems thinking is a crucial foundation for Education for Sustainable Development (ESD) as sustainability issues often involve multiperspectival and complex considerations. Systems thinking provides concepts and tools for dealing with complexity and is rooted in various disciplines. While practical examples for promoting systems thinking at the secondary level (Sekundarstufe I) can be found across different subject areas, they often lack an explicit focus on ESD goals. Particularly within the domain of science and technology education, qualitative modeling approaches to describe systems, make predictions, and assess potential actions are seldom employed. Natural scientists are more accustomed to quantitative modeling approaches, but they encounter limitations, especially when trying to incorporate the human element into the system.

Objective: The aim of the project "SysteMINT" (MINT stands for STEM in English), presented in this paper, was to enhance the systems thinking competencies of prospective secondary-level teachers while simultaneously equipping them to promote, guide, and assess students' systems thinking abilities in the context of science and technology. Through three implementations and evaluations of a continually evolving teaching unit within teacher education, four questions were explored:

• What conceptions of systems thinking do prospective secondary-level teachers hold before and after a teaching unit on a human-environment-technology system?
• To what extent is interest and self-efficacy in relation to systems thinking developed, and how do these factors change as a result of the teaching unit?
• How is the teaching unit perceived in terms of interest, learning gains, and practical utility?
• How is personal progress in developing systems competencies assessed?

Framework: An interdisciplinary team from the University of Applied Sciences Northwestern Switzerland (FHNW), as part of the PgB Network STEM Education Switzerland, has tested and evaluated the intervention with systems thinking in the training of secondary-level teachers over the past five years. This was conducted in collaboration with subject matter experts from other universities and involved 92 students. The training addressed three specific topics: "Plastic Waste," "Energy in Buildings," and "Micropollutants in Water." During the initial three years (2018-2020), pre- and post-surveys were conducted, assessing conceptions of systems thinking, interest in systems thinking, self-efficacy expectations related to key concepts of systems thinking, and perceptions of the practical relevance of systems thinking. The survey results were used to optimize the teaching unit.

Keywords: Systems thinking, Systems competencies, ESD, Science and Technology.