Studien zum Physik- und Chemielernen H. Niedderer, H. Fischler, E. Sumfleth [Hrsg.] 306 Kai Bliesmer Physik der Küste für außerschulische Lernorte Eine Didaktische Rekonstruktion λογος Studien zum Physik- und Chemielernen Herausgegeben von Hans Niedderer, Helmut Fischler und Elke Sumfleth Diese Reihe im Logos-Verlag bietet ein Forum zur Ver ̈ offentlichung von wissenschaftlichen Studien zum Physik- und Chemielernen. In ihr wer- den Ergebnisse empirischer Untersuchungen zum Physik- und Chemie- lernen dargestellt, z. B. ̈ uber Sch ̈ ulervorstellungen, Lehr-/Lernprozesse in Schule und Hochschule oder Evaluationsstudien. Von Bedeutung sind auch Arbeiten ̈ uber Motivation und Einstellungen sowie Interessensge- biete im Physik- und Chemieunterricht. Die Reihe f ̈ uhlt sich damit der Tradition der empirisch orientierten Forschung in den Fachdidaktiken verpflichtet. Die Herausgeber hoffen, durch die Herausgabe von Studien hoher Qualit ̈ at einen Beitrag zur weiteren Stabilisierung der physik- und chemiedidaktischen Forschung und zur F ̈ orderung eines an den Ergeb- nissen fachdidaktischer Forschung orientierten Unterrichts in den bei- den F ̈ achern zu leisten. Hans Niedderer Helmut Fischler Elke Sumfleth Studien zum Physik- und Chemielernen Band 306 Kai Bliesmer Physik der K ̈ uste f ̈ ur außerschulische Lernorte Eine Didaktische Rekonstruktion Logos Verlag Berlin λογος Studien zum Physik- und Chemielernen Hans Niedderer, Helmut Fischler, Elke Sumfleth [Hrsg.] Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet ̈ uber http://dnb.d-nb.de abrufbar. c © Copyright Logos Verlag Berlin GmbH 2020 Alle Rechte vorbehalten. ISBN 978-3-8325-5190-2 ISSN 1614-8967 Logos Verlag Berlin GmbH Georg-Knorr-Str. 4, Geb. 10 D-12681 Berlin Tel.: +49 (0)30 / 42 85 10 90 Fax: +49 (0)30 / 42 85 10 92 https://www.logos-verlag.de “ For I dipt into the future, far as human eye could see, Saw the Vision of the world, and all the wonder that would b e...” Alfred Tennyson F ür Sebastian, Marita und Sascha D ank sagung I ch bin sehr froh darüber, dass ich die Gelegenheit bekommen habe, ein e so anregende und herausfordernde fachdidaktische Forschungs - und Entwicklungsaufgabe bearbeiten zu dürfen. Insofern gebührt meinem Betreuer Prof. Dr. Michael Komorek großer Dank, da er mich bei meinen Vorstellungen zu deren Ausgestaltung stets mit großem Einsatz unterstützt hat – und das zu jeder Tages - und Nachtzeit. Auch Prof. Dr. Gunnar Friege möchte ich an dieser Stelle herzlich dafür danken, dass er die Mühe auf sich nimmt, diese Dissertation als Zweitgutach t er in Augenschein zu nehmen. In all den Jahren habe ich meine Kolleginnen und Kollegen beinahe häufiger gesehen als meine Familie und sie daher sehr gut kennen gelernt. Ich bin Chris Richter, Christin Sa- jons, Janine Freckmann, Steffen Smoor, Annika Roskam, Jonas Tischer, Rajinder Singh , Claudia Gorr und Anastasia Striligka für die angenehmen und lehrreichen Stunden, die wir zusammen verbrachten , zu großem Dank verpflichtet. Das gilt ebenso für alle Dok- torandinnen und Doktoranden sowie Betreuerinnen und Betreuer im Promotionspro- gramm GIN T. Ich fühle mich geehrt dazuzugehören. Nicht zu vergessen in dieser Riege der geschätzten Kolleginnen und Kollegen ist unser ehemaliges AG - Mitglied, die liebe Josefine, mit der ich unvergessliche Module leiten und Sprüche klopfen durfte. Der DBU möchte ich meinen Dank für die Förderung des übergeordneten Projekts aussprechen , in dem die vorliegende Dissertation angesiedelt ist. Namentlich erwähnen möchte ich an dieser Stelle noch all jene Studierenden, die ich mit Blick auf das Themenfeld der vor liegenden Dissertation in ihren Abschlussarbeiten be- treut habe: Carina Ruhland, Jaro Schoemaker, Jesko Wilken, Lars Berghegger, Benjamin Witte, Marius Optazi und Hilko Rosenau. Ich rechne euch eure frischen Ideen, die mich immer wieder aufs Neue inspiriert haben, hoch an. Alles Gute für euch! Besonders viele Abstriche musste meine Familie während der Bearbeitungszeit dieser Dissertation machen. Für alle Unannehmlichkeiten möchte ich mich entschuldigen. Ich habe trotzdem versucht, euch über die Jahre immer gerecht zu werden. Ich danke euch, lieber Sebastian und liebe Marita, dass ihr immer fest an meiner Seite gestanden habt. Ohne euch wäre das Leben nicht lebenswert Rolf und Annette honoriere ich, dass sie mir die nötige Ablenkung und auch Erdung ve rschafft haben. So wurden mir ganz neue Per- spektiven aufs Leben eröffnet. Auch Irene und Saskia möchte ich meinen Dank ausspre- chen , da sie mir immer eine willkommene Abwechslung verschafft haben. Meinem Bru- der Sascha bin ich für das einzigartige Neuronenfe uerwerk dankbar, d essen Magie nur er zu entfachen vermag. Unsere gemeinsame Geschichte ist einzigartig und hat gerade erst begonnen Ich verneige mich vor Gene Roddenberry, Sir Patrick Stewart und Kate Mulgrew , deren Genialität mich in jeder Lebenslage weitergebracht hat. Ihr seid Vorbilder ! I Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit ist in einem fachdidaktischen Entwicklungsprojekt angesiedelt, das von der Deu tschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert wird. Das DBU - Projekt ist aus einem empirisch belegten Defizit heraus entstanden: In den Bildungsangeboten an außerschulischen Lernorten in der Küstenregion geht es in der Regel um biologische Sachverhalte. Phys ikalische Erklärungen, Phänomene und Modelle kommen lediglich am Rande vor. Die physikalische Sicht ist allerdings zwingend erforderlich, um die Komple- xität der systemischen Wechselwirkungen im Küstenraum annähernd verstehbar zu ma- chen. Die Leiterinnen und Leiter der Orte sind sich des Defizits bewusst, sind allein aber nicht in der Lage, Aspekte der Physik im Küstenraum in ihre Bildungsangebote zu integ- rieren. Denn sie stehen physikalischen Zugängen wegen ihres beruflichen Werdegangs tendenziell fern. Desh alb ist hier physikdidaktische Unterstützung angezeigt, die im Rah- men der vorliegenden Arbeit geleistet wird. Durch den Fokus auf küstennahe Regionen ist der thematische Kontext, in dem fachdi- daktische Entwicklungsforschung zu betreiben ist, direkt fest gelegt. Es handelt sich um den Kontext Küste und Meer. Aus diesem Grund geht es zu Beginn der Arbeit um eine Bildungswertanalyse jenes Kontexts unter dem Blickwinkel von drei etablierten Bil- dungskonzeptionen. Hierzu zählen epochaltypische Schlüsselprobleme , Bildung für eine nachhaltige Entwicklung (BNE) und Scientific Literacy. Außerdem erfolgt eine Gegen- überstellung von schulischem und außerschulischem Lernen. Beides dient dazu zu disku- tieren, an welchem Ort und hinsichtlich welcher Bildungskonzeption der Kontext sein dargelegtes Potenzial am besten entfalten kann. Auf Basis aller theoretischen Darstellun- gen wird die Entscheidung begründet, anstehende Forschungs - und Entwicklungs arbeiten speziell für außerschulische Lernorte durchzuführen. Ferner wird kons tatiert, dass sich die Bildungskonzeption Scientific Literacy am besten eignet, um die spezifischen Ent- wicklungsziele im vorliegenden Projekt zu fundieren. Anhand von sechs Konsequenzen, die sowohl aus theoretischen Betrachtungen als auch aus den durchge führten Vorstudien abgeleitet werden, wird begründet, dass das Modell der Didaktischen Rekonstruktion als fach di dak tischer Theorierahmen in der vorliegenden Arbeit fungieren soll. Dabei handelt es sich um ein Modell, das konstruktive und empiri- sche Ansä tze vereint. Es sind drei zentrale Aufgabenfelder vermerkt, die es zur Aufberei- tung des thematischen Kontexts für außerschulische Lernorte zu bearbeiten gilt: 1) Die erste Aufgabe ist analytisch und dient der fachlichen Klärung. Wegen der Orien- tierung an Sci entific Literacy wird hier eine Elementarisierung vorge nom men. Denn das Konzept der Elementarisierung und Scientific Literacy eint der Fokus auf natur- wissenschaftliche (hier: physikalische) Grundideen/ - prinzipien. Bei der Elementari- sierung geht es darum, mithilfe von Fachliteratur die physikalischen Grundideen/ - prinzipien herauszuarbeiten, auf denen der thematische Kontext unter physikalischer Perspektive im Kern basiert. In der vorliegenden Arbeit stehen die Phänomene Strö- mungen und Strukturbildungen im Vordergrund, die im Zuge der Elementarisierung II u. a. auf Ausgleichs - und auf Selbstorganisationsprozesse zurückgeführt werden, wo- bei letztere auf d as Wechselspiel von positiven und negativen Rückkopplungen bezo- gen werden. Dieses und andere Ergebnisse der Elementarisierung repräsentieren die fachphysikalische Sicht auf den Kontext Küste und Meer. 2) Die zweite Aufgabe im Modell ist empirischer Natur und lenkt den Blick auf die Ler- nenden, also die späteren Adressaten der zu leistenden Entwicklungsarbeiten. Dort werden ihre Perspektiven auf die Phänomene Strömungen und Strukturbildungen be- forscht. Das geschieht, indem insgesamt 22 leitfadengestützte und tei lstandardisierte Interviews mit Senioren, Erwachsenen und Jugendlichen geführt werden. Durch das Erkenntnisinteresse wird die Interviewreihe auf eine Vierfeldertafel abgebildet: In der ersten Dimension geht es um den fachlichen Inhalt. Die eine Hälfte der Interviewan- teile wird Strömungen gewidmet, die andere Hälfte Strukturbildungen. In der zweiten Dimension werden zum einen Begriffsbildungen und zum anderen Erklärungsansätze der Befragten beforscht. Die Befragten sollen also sowohl beschreiben, welche Merk- male sie mit den Termini „Strömung“ und „Strukturbildung“ verbinden als auch er- klären, wie beide Erscheinungen im Kontext Küste und Meer entstehen. Die Ergeb- nisse der empirischen Aufgabe repräsentieren die Sicht der Lernenden auf den Kon- text. 3) Die dritte Aufgabe ist die didaktische Strukturierung. Hierzu werden die herausgear- beitete fachliche Sicht und die erhobene Sicht der Lernenden miteinander verglichen. Es werden die Ergebnisse der empirischen Untersuchung nacheinander geprüft und dargelegt, worin sie von der fachlichen Sichtweise abweichen. Ausgehend vom Ab- stand zwischen fachlicher Sicht und Sicht der Lernenden werden kontinuierliche bzw. diskontinuierliche Lehr - Lern - Wege beschrieben, die in Form von Bausteinen für di- daktische Strukturierungen herausg earbeitet werden. In der Arbeit werden die Bau- steine zu einer prototypischen didaktischen Strukturierung zusammengefügt. Diese Strukturierung soll außerschulischen Lernorten dabei helfen, den Kontext Küste und Meer unter physikalischem Blickwinkel in ihre Angebote zu integrieren. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick auf notwendige weitere Forschungs - und Ent- wicklungsarbeiten im Kontext der Physik der Küste. So ist es zum einen angezeigt, auch die Perspektiven der Lernortbetreibenden auf die entwickelte didaktische Strukturierung empirisch zu erheben, damit dieser Personenkreis von vorgeschlagenen didaktischen Ent- wicklungen (Exponate, Lernstationen, Ausstellungskonzepte) überzeugt ist und diese mitträgt. Damit zusammen hängt die sich daran anschließende A ufgabe, dass auf Grund- lage der entwickelten und angepassten didaktischen Strukturierung konkrete Bildungs an- gebote erzeugt und dann im Feld empirisch untersucht wer den müssen. III Abstract The present work is part of a development project funded by the Ger man Federal Envi- ronmental Foundation (DBU). The DBU project emerged from an empirically proven deficit: Educational programs of out - of - school learning venues in coastal regions usually deal with biological topics. Physical explanations, phenomena and model s are only mar- ginally addressed. However, a physical perspective on coastal regions is imperative to make the complexity of the systemic interactions in the coastal area understandable. The operators of the out - of - school learning venues are aware of the de ficit but are not able to integrate aspects of coastal physics into their educational programs on their own because they have little experience with physical topics. Therefore, the operators need support from physics education researchers. This support is provided in the present work. Due to the focus on coastal regions, the thematic context in which development and re- search tak e place is completely determined: It is the context coast and sea . For this reason, the study starts with an educational analysis of that context from the perspective of three established educational conceptions. These include Education for Sustainable Develop- ment (ESD), Scientific Literacy and a German conception that deals with key problems (epochaltypische Sch lüsselprobleme). In Addition, schools and out - of - school learning venues are being compared. Based on this theoretical background, it is discussed at which location and with regard to which educational conception the context can best unfold its stated poten tial. As a result of this discussion, it is decided that all upcoming research and development tasks will be carried out specifically for out - of - school learning venues. It is also stated that Scientific Literacy is the educational conception best suited to substantiate the specific development goals in this work. Based on six consequences, which are derived both from theoretical considerations and from preliminary studies carried out, it is argued that the Model of Educational Recon- struction should serve a s the theoretical framework in the present work. It is a science education model that combines constructive and empirical approaches. The model calls for the processing of three central tasks in order to prepare the context for teaching and learning in out - of - school learning venues: 1) The first task is analytical and aims to clarify the subject matter structure of the con- text. Due to the orientation to the concept of Scientific Literacy, an elementarization is carried out, since both elementarization and Sci entific Literacy concentrate on basic scientific (here: physical) ideas/principles. Elementarization is about using scientific literature to elucidate basic physical ideas/principles on which the thematic context is essentially based from a physical perspe ctive of view. The focus here is on currents and structure formations, which in the course of elementarization can be traced back to processes of equalization and self - organization, while self - organi za tion relates to the interplay of positive and negativ e feedback. This and other results of the elemen- tarization represent the scientific perspective on the context. IV 2) The second task is empirical and draws attention to the learners, i.e. the later address- ees of the educational offerings. Their perspectives on currents and structure for- mations are investigated. This is done by conducting a total of 22 structured guideline interviews with seniors, adults and adolescents. The investigation is divided into two phases: first, the learner’s conception s of the terms “currents” and “structure” are ex- amined. Subsequently , explanatory concepts are investigated with which the inter- viewees try to explain currents and structural formations phenomena. The results of the empirical task represent the learners' perspective on the context coast and sea 3) The third and final task aims at the development of a content structure for instruction. For this purpose, the elementarized scientific perspective and the empirically exam- ined learner’s perspective on the contex t are being compared with each other. It is ascertained to what extend the learner's perspective differ from the scientific view on the context. Based on the results, continuous or discontinuous teaching - learning path- ways are described that function as bui lding blocks for a content structure for instruc- tion. Subsequently, it is shown how these building blocks are integrated into an ex- emplary content structure for instruction. This is intended to help the operators of the out - of - school learning venues to int egrate coastal physics into their educational pro- grams. The present work concludes with an outlook on necessary further research and develop- ment. On the one hand, it is advisable to empirically investigate the perspectives of the operators of the out - of - school learning venues on the developed content structure for in- struction, so that this group of people is convinced of the proposed developments (exhib- its, learning stations, etc.) and supports them. This is linked to the task that follows, be- cause based on the adapted content structure for instruction, specific educational offerings must be created, which then need to be empirically examined in the field. V A EINFÜHRUNG ................................ ................................ .............................. 1 1 Ziele und Ausrichtung der Arbeit ................................ ................................ ........... 1 2 Struktur der Arbeit ................................ ................................ ................................ .. 3 3 Kontext Küste und Meer als thematischer Rahmen der Arbeit .............................. 5 B BILDUNGSWERT ................................ ................................ ...................... 13 4 Kontext Küste und Meer als Bildungsinhalt ................................ ......................... 13 4.1 Utilitarismus vs. Neuhumanismus ................................ ................................ 13 4.2 Legitimation von Lehr - Lern - Inhalten als Herausforderung ......................... 14 4.2.1 Herausforderung: Didaktisches Zukunftsparadoxon ................................ 14 4.2.2 Herausforderung: Allgemeinbildende Inhalte ................................ .......... 16 4.3 Wissensgesellschaft als Orientierung ................................ ........................... 17 4.3.1 Postindustrielle Arbeitstugenden ................................ .............................. 18 4.3.2 Kontextualisierung von Inhalten ................................ .............................. 19 4.4 Bildungskonzeptionen zwischen Utilitarismus und Neuhumanismus ......... 20 4.4.1 Epochaltypische Schlüsselprobleme ................................ ......................... 20 4.4.2 Bildung für nachhaltige Entwicklung ................................ ....................... 22 4.4.3 Scientific Literacy ................................ ................................ ..................... 24 4.5 Beitrag des Kontexts Küste und Meer zu Bildungskonzeptionen ................ 30 4.5.1 Beitrag zu epochaltypischen Schlüsselproblemen ................................ .... 31 4.5.2 Beitrag zur Bildung für eine nachhaltige Entwicklung ............................ 33 4.5.3 Beitrag zu Scientific Literacy ................................ ................................ ... 36 4.6 Fazit ................................ ................................ ................................ .............. 38 5 Kontext Küste und Meer wo thematisieren? ................................ ........................ 39 5.1 Schule, Lernort und Lernstandort ................................ ................................ 39 5.2 Formales, non - formales und informelles Lernen ................................ ......... 40 5.2.1 Formales Lernen ................................ ................................ ....................... 41 5.2.2 Non - fo rmales Lernen ................................ ................................ ................ 41 5.2.3 Informelles Lernen ................................ ................................ ................... 41 5.3 Unterscheidung zwischen Freizeit - und Schulbesuch von ASL .................. 42 5.4 Systematischer Überblick von Lernumgebungen ................................ ........ 43 5.5 Schulischer Besuch von ASL ................................ ................................ ....... 43 5. 5.1 Ergänzung des Schulunterrichts ................................ ............................... 44 5.5.2 Chancen und Hürden ................................ ................................ ................ 44 5.5.3 Idealismus vs. Wirtschaftlichkeit ................................ ............................. 45 5.6 Freizeitbesuch von ASL ................................ ................................ ............... 46 5.7 Fachdidaktische Entwicklungsforschung für ASL ................................ ....... 48 5.7.1 Fachdidaktischer Beitrag zum schulischen Besuch von ASL .................. 49 5.7.2 Fachdidaktischer Beitrag zum Freizeitbesuch von ASL .......................... 49 VI 5.7.3 Fazit ................................ ................................ ................................ .......... 50 5.8 ASL eignen sich zur Thematisierung des Kontexts Küste und Meer .......... 51 5.8.1 Argumentationslinie I: Curriculare Flexibilität ................................ ........ 51 5.8.2 Argumentationslinie II: Interdisziplinarität ................................ .............. 51 5.8.3 Argumentationslinie III: Räumliche Nähe zum Kontext .......................... 53 5.8.4 Argumentationslinie IV: Gesellschaftliche Teilhabe ............................... 53 5.8.5 Argumentationslinie V: Neues Forschungs - und Entwicklungsfeld ........ 54 5.8.6 Resümee ................................ ................................ ................................ .... 55 C VORSTUDIEN ................................ ................................ ............................. 57 6 Erkenntnisinteresse ................................ ................................ ............................... 57 7 Datenerhebungsmethode ................................ ................................ ...................... 59 8 Datenanalysemethode ................................ ................................ ........................... 60 9 Durchführung zweier Studien ................................ ................................ ............... 62 9.1 Studie über die Bildungsangebote von Meeresforschungsinstituten ............ 62 9.1.1 Forschungsfragen ................................ ................................ ...................... 62 9.1.2 Forschungsergebnisse ................................ ................................ ............... 63 9.2 Studie über die Bildungsangebote von Nationalparkhäusern ...................... 65 9.2.1 Forschungsfragen ................................ ................................ ...................... 65 9.2.2 Forschungsergebnisse ................................ ................................ ............... 66 10 Dis kussion ................................ ................................ ................................ ........ 69 D ZWISCHENFAZIT ................................ ................................ ..................... 73 11 Rückblick ................................ ................................ ................................ ......... 73 12 Konsequenzen ................................ ................................ ................................ .. 74 12.1 Konsequenz I: Angebote für Lernstandorte an der Küste schaffen ............. 74 12.2 Konsequenz II: Kontext Küste und Meer physikdidaktisch aufbereiten ...... 74 12.3 Konsequenz III: Systemprinzipien akzentuieren ................................ .......... 75 12.4 Konsequenz IV: Mit Scientific Literacy einen BNE - Beitrag leisten ........... 76 12.5 Konsequenz V: Lernendensicht berücksichtigen ................................ ......... 77 12.6 Konsequenz VI: Fachdid. Wissenschaftskommunik ation betreiben ............ 77 12.7 Fazit ................................ ................................ ................................ .............. 78 E DIDAKTISCHE REKONSTRUKTION ................................ ................... 79 13 Analytische Aufgabe ................................ ................................ ........................ 82 13.1 Energiequellen ................................ ................................ .............................. 83 13.1.1 Quellen endogener Dynamik ................................ ................................ 84 13.1.2 Quellen exogener Dynamik ................................ ................................ .. 85 13 .2 Strömungen ................................ ................................ ................................ .. 87 13.2.1 Phänomenologie von Strömungen im Küstenraum .............................. 88 13.2.2 Physik der Strömungen ................................ ................................ ......... 91 13.2.3 Zwischenfazit ................................ ................................ ...................... 119 VII 13.3 Strukturbildungen ................................ ................................ ....................... 120 13.3.1 Phänomenologie von Strukturbildungen im Küstenraum ................... 122 13.3.2 Physik der Strukturbildungen ................................ ............................. 127 13.3.3 Zwischenfazit ................................ ................................ ...................... 155 13.4 Essenz: Grundideen ................................ ................................ .................... 157 14 Empirische Aufgabe ................................ ................................ ....................... 161 14.1 Formu lierung der Forschungsfragen ................................ .......................... 165 14.2 Methodologie ................................ ................................ ............................. 171 14.3 Forschungsdesign ................................ ................................ ....................... 177 14.3.1 Planung des Interviews A ................................ ................................ ... 177 14.3.2 Planung des Interviews B ................................ ................................ .... 182 14.3.3 Teilnehmende ................................ ................................ ...................... 190 14.3.4 Technische Hilfsmittel ................................ ................................ ........ 192 14.3.5 Datenaufbereitung ................................ ................................ ............... 192 14.4 Datenauswertung ................................ ................................ ........................ 194 14.4.1 Begriffsbildungen von Strömungen ................................ .................... 194 14.4.2 Begriffsbildungen von Strukturen ................................ ....................... 238 14.4.3 Erklärungen zur Entstehung und Beeinflussung von Strömungen ..... 289 14.4.4 Erklärungen zur Entstehung und Beeinflussung von Strukturen ........ 348 14.5 Essenz: Beantwortung der Forschungsfragen ................................ ............ 409 14.5.1 Forschungsfrage Nr. 1a: Begriffsbildungen (Strömungen) ................ 409 14.5.2 Forschungsfrage Nr. 1b: Begriffsbildungen (Strukturen) ................... 412 14.5.3 Forschungsfrage Nr. 2a: Erklärungen (Strömungen) .......................... 415 14.5.4 Forschungsfrage Nr. 2b: Erklärungen (Strukturen) ............................ 419 15 Strukturierungsaufgabe ................................ ................................ .................. 423 15.1 Vergleich zwischen Fach - und Lernendenperspektive ............................... 423 15.1.1 Gebiet I: Strömungen (Begriffsbildung) ................................ ............. 423 15.1.2 Gebiet II: Strukturbildungen (Begriffsbildung) ................................ .. 427 15.1.3 Gebiet III: Strömungen (Erklärungen) ................................ ................ 431 15.1.4 Gebiet IV: Strukturbildungen (Erklärungen) ................................ ...... 446 15.1.5 Resümee ................................ ................................ .............................. 458 15.2 Beispielhafte Didaktische Strukturierung auf Basis der Bausteine ............ 462 15.2.1 Bereich I: Physikalische Dynamik an der Küste und im Meer ........... 465 15.2.2 Bereich II: Erzwungene Strömungen ................................ .................. 467 15.2.3 Bereich III: Freie Strömungen ................................ ............................ 470 15.2.4 Bereich IV: Strömungen beeinflussen granulare Materie ................... 474 15.2.5 Bereich V: Strukturbildungen im Sand ................................ ............... 476 15.2.6 Bereich VI: Strömungen und Strukturen systemisch gedacht ............ 480 VIII F DISKUSSION UND AUSBLICK ................................ ............................. 483 G VERZEICHNISSE ................................ ................................ .................... 489 16 Abbildungsver zeichnis ................................ ................................ ................... 489 17 Tabellenverzeichnis ................................ ................................ ....................... 489 18 Literat urverzeichnis ................................ ................................ ....................... 492 H FORMALIA ................................ ................................ ............................... 515 19 Publikationen mit Dissertationsinhalten ................................ ........................ 515 20 Kurzlebenslauf ................................ ................................ ............................... 516 I ANHANG ................................ ................................ ................................ ... 517 1 A E IN FÜHRUNG In diesem Kapitel wird in die Ziele, die Struktur und die Thematik der vorliegenden Ar- beit eingeführt. Hierzu werden der fachliche Inhalt sowie das Lehren und Lernen über diesen Inhalt schrittweise angenähert. Außerdem wird eine Einordnung im Hinbl ick auf d ie Stellung der vorliegenden Arbeit zu einem Forschungsprogramm und zu ein em Pro- motionsprogramm vorgenommen, in de m sie angesiedelt ist. 1 Ziele und Ausrichtung der Arbeit Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Beitrag zu leisten, um das Themenfeld Physi- kalische Phänomene im Kontext Küste und Meer mit fachdidaktischen Mitteln für das Lehren und Lernen an außerschulischen Lernstandorten aufzubereiten. Das Ziel erklär t sich durch eine Überlagerung mehrerer Rahmenbedingungen, die aus der Einbettung d er vorliegenden Studie in ein drittmittelfinanziertes Forschungsprojekt resultiert Außerdem ist das Vorhaben in einem Promotionsprogramm des Landes Niedersachsen angesiedelt. Das übergeordnete Forschungs projekt wird von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt DBU gefördert und trägt den Titel : „Klimawandel und die physikalische Dynamik des Wattenmeeres als Gegenstand schulischer und außerschulischer Umweltbildung“ ; wobei Dynamik hier im alltagssprachlichen Sinne vornehmlich Bewegung und hohe Wechsel- wirku ng meint. Das Forschungsprojekt besteht aus zwei Bausteinen. Der erste Baustein fokussiert auf die Zusammenarbeit mit Schulen. Hier werden zusammen mi Hochschul- lehrenden, Studierenden s owie Schülerinnen und Schüler n interdisziplinäre Unterrichts- exkursionen entwickelt, durchgeführt und beforscht , die sich um das Bildungsk onzept BNE (Bildung für eine nachhaltige Entwicklung) im Kontext von Küste , Watt und Meer drehen. Im zweiten Baustein geht es um die Weiterentwicklung von außerschulischen Lernstandorten , die Bildungsangebote im Kontext von Küste , Watt und Meer anbieten. Die Weiterentwicklung erfolgt in dem Sinne, dass Bildungsangebote integriert werden, die auch eine physikalisc he Sicht auf die komplexe n Wechsel beziehungen in den Küsten - und Meeresregionen umfassen. In diesem zweiten Baustein ist die vorliegende Studie verortet . Deshalb entsprechen die Ziele des zweiten Bausteins den Zielen der vorliegen- den Arbeit weitestgehend. Für diesen zweiten Teil des DBU - Forschungsprojekts wurde eigens die Kurzbezeichnung POWer festgelegt , die gleichsam eine Konkretisierung der zur Umsetzung nötigen Mittel darstellt Denn die Abkürzung steht für: „Physics of the Ocean and the Wadden Sea – educationally reconstructed”. Da sich das vorliegende Forschungs - und Entwicklungsvorhaben mit außerschulischen Lernstandorten befasst, ist es in ein Promotionsprogramm des Landes Niedersach sen in- tegriert w orden, das außerschulisches Lernen erforscht und weiterentwickelt Es trägt den Titel: „GINT – Lernen in informellen Räumen“. Die Abkürzung GINT steht für die Fä- cher, die am Promotions pro gramm beteiligt sind. Hierbei handelt es sich um Geografie , Informatik, Naturwissenschaften und Technik. Wenngleich sich die beteiligten Fächer unterscheiden, so verbindet sie der Anspruch , das außerschulische Lerne n empirisch zu untersuchen, generalisierbare Erkenntnisse über Lernprozesse in außerschulischen A EINFÜHRUNG 2 Setting s zu liefern und außerschulische Lernumgebungen forschungsbasiert weiterzu ent- wickeln. Da die vorliegende Arbeit eine Schnittmenge von DBU - Forschungsprojekt, dortigem zweiten Baustein (POWer) sowie dem Landespromotionsprogramm GINT darstellt , exis- tieren viele Rahmenbedingungen, die die vorzunehmenden Arbeiten in vorliegender St u- die direkt näher konkretisieren : - Der thematische Kontext ist festgelegt; es geht um die Küste, das Meer und das Watt. De n Kontext bilde n also besondere Naturräume (Orte) ab. - Im Kontext stehen physikalische Inhalte im Vordergrund; insbesondere die inten- siven (physikalische n ) Wechselwirkungen in Küsten - und Meeresregionen. - Die Inhalte sollen fachdidaktisch aufbereitet werden, um neue Bildungsangebote für interessierte Laien zu entwickeln bzw. bestehende weiterzuentwickeln. - Die Aufbereitung richtet sich an außerschulische Lernstandorte. Diese vier Rahmenbedingungen ziehen sich durch die gesamte Arbeit und be gründen ihre Struktur Im Laufe der Kapite l werden sie stückweise näher erschlossen , aufeinander be- zogen und konkretisiert Hierbei werden die Rahmenbedingungen , deren Passung zuei- nander und deren Nützlichkeit auch aus theoretischen Betrachtungen heraus erschlossen. Dies scheint insofern notwendig , als es sich bei den obigen Spiegelstrichen andernfalls lediglich um eine Setzung handelt, die aus der Überlagerung der vorliegenden Arbeit mit dem Forschungsprojekt und dem Promotionsprogramm resultiert.