Das Lehrmittel «NaTech 7–9» wurde von Fachdidaktiker(innen) der PH Zürich, der PH FHNW und der PH St. Gallen zusammen mit weiteren Expert(inn)en und mit Praxislehrpersonen. Es ist eingebettet in die Lehrmittelreihe vom Kindergarten («Kinder begegnen Natur und Technik») über die Primarstufe («NaTech 1–6») bis zur Sekundarstufe I («NaTech 7–9»). Damit ist erstmalig in der Schweiz «ein» aufeinander aufbauendes, konsequent am Lehrplan 21 ausgerichtetes Lehrmittel für die gesamte obligatorische Schulzeit verfügbar.

Die drei grossen Ziele von «NaTech 7–9» sind naturwissenschaftliche Konzepte aufzubauen, naturwissenschaftliche Arbeitsweisen zu erlernen und Jugendliche für Naturwissenschaften zu begeistern. Für einen entsprechenden handlungs- und kompetenzorientierten Unterricht wurden verschiedene Lehrmittelteile erarbeitet: Basis für die Schülerinnen und Schüler ist das Grundlagenbuch, mit dem in die verschiedenen Themen eingeführt und naturwissenschaftliche Konzepte aufgebaut werden. Ergänzend steht eine Webplattform mit beispielsweise Animationen, Simulationen und Protokollvorlagen zur Verfügung. Die naturwissenschaftlichen Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen werden mithilfe der Toolbox erlernt und geübt. Zum Differenzieren gibt es Arbeitsmaterialien mit Aufträgen, Experimentieranleitungen und ergänzenden Texten in drei Niveaus. Lehrpersonen erhalten im Kommentar und auf der Webplattform didaktische und methodische Hinweise, Übersichtsseiten zu jedem Kapitel, detaillierte Hinweise zu jedem Unterkapitel, Anregungen zur Überprüfung der Kompetenzen sowie detaillierte Lösungen.

Weitere Infos zu «NaTech 7–9»: https://lmvz.ch/schule/natech-7-9.

Publikationen
Metzger, S., Engel, S., Kunz, P., Möschler, L., Murer, C. Schneider, L., Studer, S. & Weidele, F. (2021). NaTech 9. Lehrmittel für Natur und Technik für das 9. Schuljahr inkl. Grundlagenbuch, Arbeitsmaterialien, Onlinematerialien und Kommentar für Lehrpersonen. Zürich: Lehrmittelverlag Zürich.

Metzger, S. (2021). Lehrmittelentwicklung konkret: Beitrag der Lehrpersonen. Schulblatt AG/SO 7/2021. S. 29.

Metzger, S., Brückmann, M., Engel, S., Kunz, P., Möschler, L., Murer, L. & Weidele, F. (2020). NaTech 8.Lehrmittel für Natur und Technik für das 8. Schuljahr inkl. Grundlagenbuch, Arbeitsmaterialien, Onlinematerialien und Kommentar für Lehrpersonen. Zürich: Lehrmittelverlag Zürich.

Metzger, S., Brückmann, M., Engel, S., Kunz, P., Möschler, L., Murer, L. & Weidele, F. (2019). NaTech 7.Lehrmittel für Natur und Technik für das 7. Schuljahr inkl. Grundlagenbuch, Arbeitsmaterialien, Onlinematerialien und Kommentar für Lehrpersonen. Zürich: Lehrmittelverlag Zürich.

Metzger, S., Brückmann, M., Engel, S., Kunz, P., Möschler, L., Murer, L. & Weidele, F. (2019). NaTech 7–9. Toolbox – Naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen. Zürich: Lehrmittelverlag Zürich.

Metzger, S. (2019). Kompetenzorientiert unterrichten mit «NaTech 7–9». NatSpot Newsletter 14. S. 3.

Metzger, S. (2019). Unterrichten mit NaTech 7–9. Zürich: Lehrmittelverlag Zürich.

Metzger, S. & Schmellentin, C. (2018). Ein sprachsensibel gestaltetes Schulbuch. Unterricht Physik 165/166. S. 51-55.

Metzger, S., Möschler, L. & Murer, L. (2017). Naturwissenschaftliches Arbeiten. Eine Unterrichtseinheit zum Einstieg in den integrierten Naturwissenschaftsunterricht. Unterricht Physik 161. S. 16-21. 

Im Rahmen dieses Projektes wurden Unterrichtseinheiten zum Thema Energie für den naturwissenschaftlichen Unterricht in Schweizer Schulen entwickelt. Das von Susanne Metzger (damals PH Zürich) verantwortete Teilprojekt fokussierte dabei auf den Kindergarten, die Primarstufe und Sekundarstufe I. Ziel war es, methodisch und didaktisch ausgereifte Materialien zu entwickeln, mit welchen Schülerinnen und Schüler für das Thema Energie sensibilisiert werden können. Langfristig soll damit ihr naturwissenschaftlich-technisches Verständnis erhöht werden. Die Unterrichtseinheiten zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Lernwirksamkeit durch den Einbezug von fundierten Ergebnissen der Lehr- und Lernforschung optimiert wird. Durch die aktive Mitarbeit von Lehrpersonen der jeweiligen Zielstufe wurde zudem der Stufenbezug gewährleistet. Im Anschluss an die Erarbeitung wurden die Einheiten im Unterricht erprobt, weiterentwickelt und in geeigneten Weiterbildungsveranstaltungen verbreitet (Metzger, 2014).

Publikationen
Metzger, S. (2017). Eine Kettenreaktion ist auch eine Energieumwandlung. 4 bis 8 – Zeitschrift für Kindergarten und Unterstufe 1/2017. S. 6-7.

Metzger, S. (2014). «Energie» von Anfang an. Entwicklung von Unterrichtsmaterialien für den Kindergarten und die Volksschule. Bulletin 2/2014, S. 9-13.

Die Erfahrung zumindest im Fach Physik zeigen, dass am Übergang von Schule zu Hoch­schule Probleme auftreten: Die Vorkenntnisse vieler Studienanfänger liegen eindeutig weit unter dem theoretisch voraussetzbaren Niveau. Angesichts des engen Lektionen-Budgets ist eine Repetition während der ordentlichen Kurse in der Regel nicht durchführbar. Es drängt sich also ein System auf, das ein Aufarbeiten allfälliger Lücken parallel zu oder vor den ordentlichen Kursen ermöglicht. Aus diesem Grund wurden E-Learning-Einheiten entwickelt, mit denen ausgewählte, besonders wichtige Grundlagen aufgearbeitet werden können. Im Rahmen dieses Projektes wurden Einheiten zu den Themen Energie, Hydrostatik und Kalorik erarbeitet.

Durch die Einführung eines kompetenzorientierten Lehrplans und den von der EDK freigegebenen Grundkompetenzen gewann die Diagnose und Förderung von Kompetenzen in der Schweiz eine zunehmende Bedeutung. Im Rahmen dieses Projekts wurde ein Kompetenzentwicklungsmodell für den Bereich des Experimentierens erarbeitet und validiert, welches die Anforderungen des Lehrplans 21 und der HarmoS-Grundkompetenzen erfüllt. Darüber hinaus kann es sowohl zur Diagnose als auch zur Förderung der experimentellen Kompetenzen (z. B. Hild, Kölbach & Metzger, 2015; Hild, Metzger & Parchmann, 2014) genutzt werden. In einer Vorstudie wurden 24 Experimentier-Aufgaben für vier Problemtypen erarbeitet und pilotiert (Gut et al. 2014; Metzger et al., 2014; Hild et al., 2015).

Im Rahmen des SNF-Projekts «Experimentelle Kompetenzen von 12- bis 15-jährigen Jugendlichen in den Naturwissenschaften (ExKoNawi): Problemtypenbasierte Modellierung und Validierung eines interdisziplinären Experimentiertests» wurde der Experimentiertest strukturell und extern validiert: Es wurde untersucht, ob die drei Problemtypen «skalenbasiertes Messen», «fragengeleitetes Untersuchen» und «effektbasiertes Vergleichen» eigenständige Konstrukte einer übergeordneten eindimensionalen Kompetenz darstellen und inwieweit die Experimentierleistung der Schülerinnen und Schüler mit Wissen zu naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen, sprachlichen und kognitiven Fähigkeiten korreliert. Für das Modell resp. den entsprechenden hands-on Experimentiertest konnte mithilfe einer Stichprobe von 450 Jugendlichen der Jahrgangsstufe 8 aller Schulniveaus die strukturelle, externe und kognitive Validität gezeigt werden. Zudem konnte bestätigt werden, dass die schriftlichen Protokolle der Schülerinnen und Schüler im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse hinsichtlich der Performanz zeigen wie zusätzliche Beobachtungen des Vorgehens.   

Publikationen
Gut, C., Metzger, S., Hild, P. & Tardent, J. (2014). Problemtypenbasierte Modellierung und Messung experimenteller Kompetenzen. PhyDiD B. http://phydid.physik.fu-berlin.de/index.php/phydid-b/article/view/532/680. 

Metzger, S., Gut, C., Hild, P. & Tardent, J. (2014). Modelling and assessing experimental competence. An interdisciplinary progress model for hands-on assessments. E-Proceedings of the ESERA 2013 conference.

Murer, L., Metzger, S., Vorholzer, A., Bonetti, A. & Gut, C. (2020). Vergleich unterschiedlicher Methoden zur Einschätzung experimenteller Kompetenz im hands-on-Test. In: S. Habig (Hrsg.).Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. https://gdcp-ev.de/wp-content/tagungsbaende/GDCP_Band40.pdf. S. 102-105.

Bonetti, A., Gut, C., Metzger, S. & Walpuski, M. (2019). Performanz beim Experimentieren mit und ohne Experimentiermaterial. In: C. Maurer (Hrsg.). Naturwissenschaftliche Bildung als Grundlage für berufliche und gesellschaftliche Teilhabe. https://gdcp-ev.de/wp-content/tagungsbaende/GDCP_Band39.pdf. S. 73-76.

Metzger, S. & Gut, C. (2017). Symposium: Experimentelle Kompetenzen in den Naturwissenschaften (ExKoNawi). In: C. Maurer (Hrsg.). Implementation fachdidaktischer Innovation im Spiegel von Forschung und Praxis. https://gdcp-ev.de/wp-content/tagungsbaende/GDCP_Band37.pdf. S. 324-327.

Gut, C., Hild, P., Metzger, S. & Tardent, J. (2017). Vorvalidierung des ExKoNawi-Modells. In: C. Maurer (Hrsg.). Implementation fachdidaktischer Innovation im Spiegel von Forschung und Praxis. https://gdcp-ev.de/wp-content/tagungsbaende/GDCP_Band37.pdf. S. 328-331. 

Bonetti, A., Metzger, S. & Gut, C. (2017). Validierung des ExKoNawi­-Modells. In: C. Maurer (Hrsg.). Implementation fachdidaktischer Innovation im Spiegel von Forschung und Praxis. https://gdcp-ev.de/wp-content/tagungsbaende/GDCP_Band37.pdf. S. 336-339

Härtig, H., von Aufschnaiter, C., Gut, C. & Metzger, S. (2015). Experimentelle Kompetenzen diagnostizieren und fördern. In: S. Bernholt (Hrsg.). Heterogenität und Diversität – Vielfalt der Voraussetzungen im naturwissenschaftlichen Unterricht. https://gdcp-ev.de/wp-content/tagungsbaende/GDCP_Band35.pdf. S. 142-143.

Hild, P., Tardent, J., Gut, C. & Metzger, S. (2015). Projekt ExKoNawi: Typenspezifische Kompetenzprogressionen bei hands-on Testaufgaben. In: S. Bernholt (Hrsg.). Heterogenität und Diversität – Vielfalt der Voraussetzungen im naturwissenschaftlichen Unterricht. https://gdcp-ev.de/wp-content/tagungsbaende/GDCP_Band35.pdf. S. 145-147. 

Gut, C., Hild, P., Metzger, S. & Tardent, J. (2014). Projekt ExKoNawi: Modell für hands-on Assessments experimenteller Kompetenzen. In: S. Bernholt (Hrsg.). Naturwissenschaftliche Bildung zwischen Science- und Fachunterricht. https://gdcp-ev.de/wp-content/tagungsbaende/GDCP_Band34.pdf. S. 171-173.

Metzger, S., Hild, P., Gut, C. & Tardent, J. (2014). Projekt ExKoNawi: Aufgaben und erste Ergebnisse der hands-on Assessments. In: S. Bernholt (Hrsg.). Naturwissenschaftliche Bildung zwischen Science- und Fachunterricht. https://gdcp-ev.de/wp-content/tagungsbaende/GDCP_Band34.pdf. S. 174-176.

Ziel dieses Bildungsangebots ist, Kinder im lernfähigsten Alter für naturwissenschaftliche und technische Fragen zu begeistern mit dem Hintergedanken der Nachwuchsförderung in diesem Bereich. Ebenso soll den bisherigen und neu auszubildenden Lehrpersonen gezeigt werden, wie man naturwissenschaftliche Zusammenhänge kindgerecht und doch wissenschaftlich ernsthaft unterrichten kann. Unser Konzept sieht es vor, für die Versuche Alltagsmaterialien und Alltagsgegenstände einzusetzen, um die Schülerinnen dazu zu motivieren auch zu Hause selber und mit ihren Eltern zu experimentieren. Mit diesem Schritt erhoffen wir eine Einbindung der Elternschaft in die naturwissenschaftliche Bildung. Das Angebot beinhaltet 130 Schülerversuche zugeordnet zu acht Themenbereichen; Luft und Gase, Wasser, Stoffe Stoffeigenschaften, Optik, Akustik, Mikroskop, Magnetismus und Elektrizität.

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Publikationen
Metzger, S. (2021). Förderung der Scientific Literacy mit dem MobiLab. Das HEFT. Das Magazin der PH FHNW 6 (2/2021). S. 42.

Metzger, S. (2021). Fachbeitrag: Mit dem MobiLab naturwissenschaftlich-technische Arbeitsweisen erlernen. Basler Zeitung 17. April 2021. S. 48.

Von Herbst 2013 Sommer 2016 wurden in Zürich verschiedene naturwissenschaftliche Weiterbildungen angeboten, deren Wirksamkeit durch eine begleitende Studie untersucht wurden. Ziel der Studie war es, die Praxis des naturwissenschaftlichen Unterrichts sowohl in Bezug auf Themen als auch auf Unterrichtsmethoden zu erfassen sowie die Bereitschaft der Lehrpersonen für die Umsetzung neuer Unterrichtskonzeptionen zu erheben. Zur empirischen Bestandsaufnahme der Unterrichtspraxis und zur Bewertung von Unterstützungsbedarf und Entwicklungspotenzialen wurden sowohl qualitative als auch quantitative Verfahren eingesetzt. Kern der Untersuchung war eine computergestützte Befragung der Lehrpersonen, die an Weiterbildungsangeboten im Rahmen der NaTech-Initiative des Kantons Zürich zur Kompetenzorientierung teilnahmen (Brückmann, Kölbach, Metzger & Hild, 2015).

Publikationen
Brückmann, M., Kölbach, E., Metzger, S. & Hild, P. (2015). Fachdidaktische Weiterbildungen in den Naturwissenschaften. Ausgangslange und Ziele einer praxisorientierten Professionalisierung. Beiträge zur Lehrerinnen- und Lehrerbildung 33/2. S. 246-255. 

Brückmann, M., Kölbach, E. & Metzger, S. (2015). Durch Weiterbildung zum kompetenzorientierten Nawi-Unterricht. In: S. Bernholt (Hrsg.). Heterogenität und Diversität – Vielfalt der Voraussetzungen im naturwissenschaftlichen Unterricht. https://gdcp-ev.de/wp-content/tagungsbaende/GDCP_Band35.pdf. S. 624-626.

Ziel der Gesamtschau war es, insbesondere im Hinblick auf den Lehrplan 21 eine inhaltlich und didaktisch aufeinander aufbauende Orientierung im Bereich Naturwissenschaften und Technik für die Volksschule zu schaffen. Dafür wurden vor allem die Erkenntnisse aus den Leitlinien für den Unterricht in Naturwissenschaften und Technik auf der Volksschulstufe und den daraus resultierenden Folgerungen sowie die Empfehlungen betreffend Lehrmittel und Unterrichtsmaterialien für die Volksschule im Bereich Naturwissenschaften und Technik zusammengefasst. Das entstehende Produkt soll als Grundlage für die Einsatzplanung, Begutachtung und Entwicklung von Lehrmitteln im Bereich Naturwissenschaften und Technik dienen.

Publikation
Metzger, S. (2013). Inhaltliche und didaktische Gesamtschau im Bereich Naturwissenschaften und Technik im Kanton Zürich (Kindergarten bis Ende Sekundarstufe I). Zürich: Bildungsdirektion Kanton Zürich.

Auf der Grundlage der Expertise «Naturwissenschaft und Technik in der Allgemeinbildung im Kanton Zürich» hat der Bildungsrat Massnahmen zur Förderung von Naturwissenschaften und Technik beschlossen. Diese beinhalten unter anderem die Entwicklung fachdidaktisch abgestützter Leitlinien für guten und lernwirksamen Unterricht in Naturwissenschaft und Technik sowie für überfachliche Themen im Bereich «Natur und Techni» für alle Stufen der Volksschule. Die Leitlinien (Metzger & Stuber, 2011a) bilden die Grundlage für die Gestaltung der Aus- und Weiterbildung von Lehrpersonen der Volksschule (Metzger & Stuber, 2011c), für die Beurteilung bestehender sowie die Entwicklung neuer Lehrmittel und Unterrichtsmaterialien (Metzger & Stuber, 2011b) und schliesslich auch für die Entwicklung lernwirksamen Unterrichts im Bereich Naturwissenschaft und Technik. Die Leitlinien sollen dazu beitragen, in den genannten Bereichen vermehrtes Interesse bei Kindern und Jugendlichen für Phänomene und Vorgänge in den Bereichen Naturwissenschaften und Technik zu fördern sowie eine Steigerung von entsprechendem Wissen und Können zu bewirken.

Publikationen
Metzger, S. & Stuber, T. (2011a). Leitlinien für den Unterricht in Naturwissenschaften und Technik. Zürich: Bildungsdirektion Kanton Zürich.

Metzger, S. & Stuber, T. (2011b). Folgerungen für Lehr- und Lernmittel aus den Leitlinien für den Unterricht in Naturwissenschaften und Technik. Zürich: Bildungsdirektion Kanton Zürich.

Metzger, S. & Stuber, T. (2011c). Folgerungen für die Aus- und Weiterbildung von Lehrpersonen aus den Leitlinien für den Unterricht in Naturwissenschaften und Technik. Zürich: Bildungsdirektion Kanton Zürich.

Das Ziel des Projekts war die Optimierung, Aktualisierung und Neuentwicklung von 700 Aufgaben für das Testsystem Stellwerk für den Fachbereich «Natur und Technik», die im Rahmen der Normierung eingesetzt werden. Ergänzend wurden circa 400 Übungsaufgaben für die Plattform Lernpass (Bereich «Natur und Technik») überarbeitet oder neu entwickelt – ausgehend von den Übungsaufgaben der Lernplattform Lernareal, welche vorgängig beurteilt wurden.