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Inhaltsverzeichnis

VORWORT   3

EINLEITUNG   3

1.  THEORETISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUM EXPERIMENTIEREN IM SACHUNTERRICHT  4

1.1  BEGRIFFLICHE GRUNDLEGUNG DES WISSENSCHAFTLICHEN EXPERIMENTS  4

1.2  EXPERIMENTIEREN IM SACHUNTERRICHT  5

1.3  ZWEI UNTERSCHIEDLICHE ANSÄTZE  7

1.3.1  FREIES EXPERIMENTIEREN  7

1.3.2  ANGELEITETES EXPERIMENTIEREN  7

1.3.3  FAZIT  8

2.  SACHANALYTISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUM THEMA LUFT  9

2.1  ZUSAMMENSETZUNG DER LUFT  9

2.2  EIGENSCHAFTEN DER LUFT  9

2.2.1  WARME LUFT STEIGT NACH OBEN  9

2.2.2  LUFT IST EIN KÖRPER UND KANN EINGESCHLOSSEN WERDEN  9

2.2.3  LUFTWIDERSTAND LUFT KANN BREMSEN  10

2.2.4  LUFT IM WASSER  10

2.2.4.1  WIE KOMMT DIE LUFT AUF NATÜRLICHE WEISE INS WASSER?  10

2.2.4.2  WIE FÄNGT MANT MAN DIE LUFT IM WASSER EIN?  10

3.  LERNVORAUSSETZUNGEN  11

3.1  SOZIOKULTURELLE LERNVORAUSSETZUNGEN  11

3.2  FACHLICHE LERNVORAUSSETZUNGEN  12

3.3  LERNVORAUSSETZUNGEN IN BEZUG AUF DIE METHODEN  12

3.4  VORERFAHRUNGEN UND VORSTELLUNGEN DER LERNGRUPPE ZUM THEMA LUFT  12

4.  FACHDIDAKTISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUR EINHEIT  14

4.1  FACHDIDAKTISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUR METHODE DES EXPERIMENTIERENS  14

4.2  FACHDIDAKTISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUM THEMA LUFT  16

4.3  DIDAKTISCHE REDUKTION UND SCHWERPUNKTSETZUNG  17

4.4  LERNZIEL DER UNTERRICHTEINHEIT  19

5.  METHODISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUR UNTERRICHTSEINHEIT  20

5.1  ZENTRALE METHODEN DER UNTERRICHTSEINHEIT  20

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5.1.1  PROBLEMORIENTIERTES EXPERIMENTIEREN DIE FORSCHERMETHODE  20

5.1.2  ARBEIT IN FORSCHERTEAMS  20

5.1.3  PRÄSENTATIONS- UND REFLEXIONSPHASEN  21

5.1.4  DOKUMENTATIONSPHASEN  21

5.1.5  LERNPRODUKT PERSÖNLICHES FORSCHERHEFT  21

5.2  METHODISCHE AUFBAU DER UNTERRICHTSEINHEIT  22

6.  PRAKTISCHE UMSETZUNG DER UNTERRICHTSEINHEIT Å'ER LUFT AUF DER SPUR´  25

6.1  TABELLARISCHER ÜBERBLICK ÜBER DIE UNTERRICHTSEINHEIT  25

6.2  DARSTELLUNG DER 5. 6. STUNDE ZUR PROBLEMSTELLUNG Ä.ANN MAN LUFT  

   26

EINSPERRREN  "  

6.2.1  DIDAKTISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUR 5. 6. STUNDE  26

6.2.2  LERNZIEL  28

6.2.3  METHODISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUR 5. 6. STUNDE  28

6.2.4  VERLAUFSPLAN  29

6.2.5  VERLAUF UND REFLEXION DER 5. 6. STUNDE  30

6.3  DARSTELLUNG DER 11. 12. STUNDE ZUR PROBLEMSTELLUNG Ä.ANN MAN LUFT  

INS  WASSER BRINGEN"  33

6.3.1  LERNVORAUSSETZUNGEN  33

6.3.2  DIDAKTISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUR 11. 12. STUNDE  33

6.2.3  LERNZIEL  34

6.3.4  METHODISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUR 11. 12. STUNDE  34

6.2.5  VERLAUFSPLAN  36

6.3.6  VERLAUF UND REFLEXION DER 11. 12. STUNDE  36

7.  EVALUATION DER LERNPROZESSE FORSCHERHEFT  39

7.1  AUSWERTUNG AM BEISPIEL EINES AUSGEWÄHLTEN FORSCHERHEFTES  39

7.2  FAZIT  41

8.  GESAMTREFLEXION  41

8.1  AUSWERTUNG DER DIDAKTISCHEN UND METHODISCHEN ENTSCHEIDUNGEN  42

8.2  AUSBLICK  43

LITERATURVERZEICHNIS   45

ANHANG 48   

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VORWORT

Das Experimentieren zählt heutzutage in Wissenschaft und Wirtschaft zur grundlegenden und bedeutsamen Forschungsmethode. Die neuesten, in Deutschland und in den Niederlanden durchgeführten Studien belegen jedoch, dass Schüler ¹ im naturwissenschaftlichen Unterricht kaum imstande sind, anhand von Experimenten neue Einsichten zu gewinnen. ² Beim internationalen PISA-Test, der Äauf das Verständnis naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen sowie die Anwendung des Wissens im lebensweltlichen Kontext zielte³, lag der Mittelwert der deutschen Schüler unter dem internationalen Durchschnitt. ³ Das mag viele Gründe haben. Einerseits ist die allgemeine Wertschätzung der Naturwissenschaften in Deutschland relativ gering. Andererseits gibt die seit vielen Jahren prägende Unterrichtskultur wenig Gelegenheit für eigenständiges Denken und Problemlösen. Ein Demonstrationsversuch oder stark angeleitete Experimente im Unterricht sind noch keine Garantie für einen Erkenntniszuwachs bei den Schülern. Oft genug bleiben die Lehrervorführungen Äauf der Ebene des Zaubertricks stehen, haben allenfalls Unterhaltungswert, aber gewinnen nicht die gesamte Aufmerksamkeit der Lernenden³ ⁴ Bei den angeleiteten Schülerexperimenten kommen das eigenständige Planen, Auswerten, Interpretieren, vor allem die Phantasie und Kreativität der Schüler sowie Vielfältigkeit der Arbeitsergebnisse zu kurz.

Die Notwendigkeit einer naturwissenschaftlichen Ausbildung begründet sich in der ökonomischen, individuellen, kulturellen, gesellschaftlichen und ökologischen Relevanz. Eine Forderung der IGLU-Autoren geht dahin, das Interesse von Kindern an naturwissenschaftlichen Themen schon dann im Unterricht zu nutzen, wenn es noch im großen Maße spürbar ist. ⁵ Kinder im Grundschulalter stellen die typischen W - Fragen: "Warum ist das so?" 'DPLWEULQJHQVLHÄHLQDXVJH]HLFKQHWHV3RWHQWLDOIUHLQHQ DQUHJHQGHQYHUVWlQGQLVRULHQWLHUWHQ1DWXUZLVVHQVFKDIWVXQWHUULFKW³ ⁶ mit. Selbstverständlich muss dabei auf eine dem Alter angemessene Auswahl der Unterrichtsinhalte und ±methoden geachtet werden, die sich auf einer konkret-handelnden Ebene bewegen. Es lassen sich aber schon viele Möglichkeiten für entdeckendes und problemlösendes Lernen entwickeln.

EINLEITUNG

Der Ansatz, den ich mit dieser Arbeit verfolgen möchte, geht dahin, naturwissenschaftliche Inhalte und Arbeitsmethoden zu einer Zeit bei den Kindern positiv zu besetzen, in der noch ein ursprüngliches Interesse spürbar ist. Die Unterrichtseinheit Ä'HULuft DXIGHU6SXU³HUJDEVLFKDXVHLQHUNRQNUHWHQ Situation im Unterrichtsalltag einer zweiten Jahrgansstufe. Beim Lüften des Klassenraumes schlug die geöffnete Klassentür zu, ohne dass die Ursache für die Kinder erkennbar war. Aufgeschreckt durch den

1 Das Wort Schüler bezieht sich in der gesamten Arbeit auf Schülerinnen und Schüler.

2 vgl. Geuther, A., 2002, S. 1

3 Prenzel, M., 2001, S. 2

4 Unglaube, H., 1997, S. 231

5 vgl. Prenzel, M., 2003, S. 37

6 Prenzel, M., 2003, S. 37

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lauten Knall mutmaßten die Kinder, wer oder was die Tür bewegt hatte. Während einige Kinder bereits die durch die Fenster einströmende Luft als Verursacher vermuteten, wurde deutlich, dass für andere Kinder Luft als Verursacher nicht in Frage kam. Sie setzten Luft PLWÄQLFKWV³JOHLFK Die unterschiedlichen Vorstellungen und Vorerfahrungen bildeten die Grundlage für diese Unterrichtseinheit. Für mich stellte sich dabei die Frage, inwiefern mein Unterrichtsvorhaben die Kinder dazu bewegen kann, zu kleinen wissbegierigen Naturforschern zu werden. Dies bezieht sich vor allem auf Überlegungen, in welcher Weise ich das Naturphänomen Luft durch spielerisch-experimentelle Zugänge in den Interessenhorizont der Kinder bringen kann. Sind die Kinder dieses Alters überhaupt motiviert, sich mit diesem Thema im Rahmen des Unterrichts auseinander zu setzen oder würden sie es eher ablehnen? (VVROOZHLWHUIHVWJHVWHOOWZHUGHQREGHUPHWKRGLVFKH6FKZHUSXQNWÄ([SHULPHQWLHUHQ³LQ9HUNQSIXQJPLW GHP7KHPDÄ/XIW³HLQHQVLQQYROOHQ5DKPHQELHWHQ, die fachlichen Qualifikationen wie das selbständige Planen, Durchführen und Auswerten herauszubilden.

Im ersten Kapitel soll der theoretische Hintergrund zum methodischen Schwerpunkt Experimentieren beschrieben werden, der in der vorliegenden Arbeit von zentraler Bedeutung ist. Es werden zwei verschiedene Ansätze des Experimentierens beleuchtet. Von hoher Relevanz für die Planung der Einheit erscheint mir die fachlich-wissenschaftliche Auseinandersetzung mit der Literatur zum thematischen 6FKZHUSXQNW Ä/XIW³ 9RU DOOHP VROOHQ GLH ZHVHQWOLFKHQ sachlichen Aspekte des Themas wie die Zusammensetzung und die Eigenschaften der Luft analysiert werden. Diese geben Aufschluss darüber, wo Lernprozesse ansetzen können und bilden daher die Grundlage für mein pädagogisches Handeln. Anschließend wird dargestellt, welche Lernvoraussetzungen in Bezug auf die Methoden sowie Vorerfahrungen, Vorstellungen und Fragen die Kinder zum Thema Luft mitbringen. Die Lernvoraussetzungen, die theoretische und sachliche Auseinandersetzung mit den Schwerpunkten der Arbeit bilden die Basis meiner didaktischen Überlegungen, aus denen hervorgeht, auf welchen Wegen ich das Thema für die Unterrichtseinheit inhaltlich aufbereiten kann. In methodischen Überlegungen werden die Abwägungen und Entscheidungen der methodischen Strukturierung des Lernprozesses sowie grundsätzliche Alternativen innerhalb der Einheit vorgestellt. Wie ich die didaktisch-methodischen Entscheidungen umsetze, skizziere ich in Kurzform anhand eines tabellarischen Überblicks. Zwei für den Schwerpunkt der Arbeit und das Unterrichtsvorhaben zentrale Stunden werden ausführlich beschrieben, konkretisiert und reflektiert.

Als eine von mehreren Evaluationsmöglichkeiten wird am Beispiel eines ausgewählten Schülerheftes die Lernentwicklung aufgezeigt.

Den Abschluss der Arbeit bildet die Gesamtreflexion. Die Auswertung des Unterrichtsvorhabens und die Auseinandersetzung mit zu Beginn der Planung entstandenen Fragestellungen werden vor dem Hintergrund der gesammelten Erfahrungen vorgenommen.

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1. THEORETISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUM EXPERIMENTIEREN IM SACHUNTERRICHT

1.1 BEGRIFFLICHE GRUNDLEGUNG DES WISSENSCHAFTLICHEN EXPERIMENTS

Zu Beginn beschäftige ich mich mit dem zentralen Begriff dieser Arbeit: dem "Experiment". Der Begriff leitet sich von dem lateinischen Wort "experiti" ab, welches übersetzt so viel wie "versuchen, auf die Probe stellen, prüfen" ⁷ bedeutet. Bis zur Renaissance wurde "Experiment" gleichbedeutend mit Erfahrung gebraucht. ÄDie Methode des Experimentierens hatte also ihren Ursprung im Beobachten, dem Vergleichen, dem Messen und der Formulierung von Behauptungen, deren Wahrheitsgehalt sich an der Bestätigung oder Widerlegung der auf Erfahrung begründeten Gesetzmäßigkeiten beweisen ließ.³ ⁸ Seit FRANCIS BACON ⁹ greift das moderne Experiment gezielt in die Natur ein und gilt in den Realwissenschaften als charakteristische Forschungsmethode und ÄKönigsweg zur Prüfung von .DXVDOLWlWVK\SRWKHVHQ³. 10

Die Lexikondefinition aus dem großen Brockhaus ist idealtypisch: Ä'DV ([SHULPHQW LVW GLH ZLFKWLJVWH empirische Methode der modernen Naturwissenschaft. Grundforderungen, die an das Experiment gestellt werden, sind planmäßige Vorbereitung, Wiederholbarkeit zu beliebiger Zeit und an beliebigem Ort zum Zweck der Ausschaltung von Zufallsmomenten und im Sinne der allgemeinen Nachprüfbarkeit sowie die Variierbarkeit der Bedingungen des Experiments.³ 11

In der Pädagogik hat das Experimentieren eine Tradition. ¹² Das Experiment im streng wissenschaftlichen Sinne unterscheidet sich sehr stark von den in der Schule üblicherweise durchgeführten Experimenten. Das Gewinnen einer neuen Erkenntnis durch eine Beobachtung bezeichnet streng genommen noch kein Experiment. Da das Sachunterrichtsexperiment für die weiteren Ausführungen von zentraler Bedeutung ist, erhält es im Folgenden eine genauere Beschreibung.

7 Meyer, H., 1987, S. 313

8 Unglaube, H., 1997, S. 227

9 vgl. Musahl, H.-P., 1999, S. 2

10 Musahl, H.-P., 1999, S. 1

11 Brockhaus, 1983, S. 295.

12 Der Begriffsinhalt und -umfang ist in der pädagogisch-didaktischen Literatur recht unterschiedlich. Eindeutig ist, dass das Unterrichtsexperiment innerhalb des Gesamtkomplexes der Unterrichtsmethoden eingeordnet wird. Das Unterrichtsexperiment wurde meiner Kenntnis nach Mitte des 19. Jahrhunderts erstmals in der pädagogisch-didaktischen Literatur verstärkt erwähnt. (vgl. Bäuml, M.-A., 1979, S. 14-16) In der Reformpädagogik und da im Besonderen in der Arbeitsschulbewegung wie z.B. bei Kerschensteiner erfuhr es noch einmal eine Verstärkung. (vgl. Bäuml, M.-A., 1979, S. 50-51) Das Unterrichtsexperiment wurde in dieser Zeit mit Ideen von z.B. Dewey und Montessori vernetzt. (vgl. Köhnlein, W, 2000, S. 297 und Schaub, 2002, S. 45) Aber im Besonderen bei Freinet wurde es explizit erwähnt. (Cornelia Eichner, 1999, S. 21) In der darauf folgenden Zeit (NS-Zeit und Heimatkundeunterricht) lässt sich kaum etwas über die Methoden des Experimentierens in der pädagogisch-didaktischen Literatur finden. Erst Ende der 60er und 70er Jahre wurde das Experiment wieder verstärkt verwendet. Dies war eine Folge der "Verwissenschaftlichung des Unterrichts" von der fast die ganze westliche Welt in Folge des Sputnik-Schocks (1957) betroffen war. (vgl. Kaiser, A., 1997, S. 57) Im grundlegenden Sachunterricht kam es zu einer Gleichsetzung von Wissenschaftsorientierung und Fächerorientierung. Lerninhalte sollten wissenschaftsgemäß mit wissenschaftsadäquaten Methoden entwickelt werden sowie die Gewinnung einer positiven Einstellung zur "Wissenschaft als Phänomen und Daseinsmacht" angebahnt werden. Dadurch sollte rationelles, kumulatives und qualitatives Lernen gewährleistet sein. Dieses behavioristisches Lernmodell führte nicht zu einem Wissenschaftsverständnis, sondern zur unreflektierWHQ:LVVHQVFKDIWVJOlXELJNHLWGLHDXIÄ3UlJXQJ³UHGX]LHUWZXUGH(vgl. Klewitz, E., 1993, S. 9) Dies war sicherlich ein Grund neben der Isolierung von Lerninhalten und konkurrenz-orientierter Ichbezogenheit, dass es Mitte der 70er Jahre zu einer Kind- und Lebensweltorientierung mit offenen Curricula und der Bedeutung eines schülerorientierten und selbsttätigen Lernens kam. (vgl. Klewitz, E., 1993, S. 6) In den 80er Jahren zieht die Kritik am Sachunterricht auf die Trivialisierung von Lerninhalten ab, auf den Verlust von Sachlichkeit und auf den Rückgang der Naturwissenschaften. Seit Anfang der 90er Jahre gibt es Anzeichen für eine erneute Hinwendung zu Sachverhalten aus dem Umkreis der Naturwissenschaften im Zusammenhang mit offenen Curricula. (Schreier, H., 1992, S. 16)

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1.2 EXPERIMENTIEREN IM SACHUNTERRICHT

Das Experimentieren im Sachunterricht darf nicht in strenger traditioneller Betrachtung gesehen werden, da es mit Ansprüchen verbunden ist, die insbesondere von Grundschülern im Anfangsunterricht nicht eingelöst werden können. ÄWas das Experiment voraussetzt ± den Einblick in den komplexen Zusammenhang einer Naturerscheinung, die Fähigkeit zur Entwicklung von Hypothesen, das technische Geschick zur Kontrolle von Variablen -IHKOW.LQGHUQXQGLVWGHU6LWXDWLRQLKUHV/HEHQVIUHPG³ ¹³ Vielmehr soll das Sachunterrichtsexperiment den Kindern den unbeschränkten Zugang zu den Naturwissenschaften ermöglichen. Dabei sollen nicht die Ergebnisse der Forschung jedem Kind in gleichem Maße vermittelt und die Begrifflichkeit auswendig gelernt werden, wie es die Ansätze der Wissenschaftsorientierung in den siebziger Jahren aus ihren naiven Annahmen taten, sondern der Ausgangspunkt des wissenschaftlichen Forschens ± das Etwas-Rauskriegen-Wollen ± soll gepflegt werden. ¹⁴ Experimentieren beinhaltet somit die Ausbildung geistiger Grundhaltung, die zur Problemlösung befähigen soll. In dieser Form entspricht das Experiment der entdeckenden Form eines naturwissenschafts- und handlungsorientierten Unterrichts.

Ä'DV H[SHULPHQWHOOH /|VHQ YRQ 3UREOHPHQ LP *UXQdschulalter hat einen spielerischen Charakter und EHLQKDOWHWGDKHULPPHU(OHPHQWHGHVSURELHUHQGHQ9RUJHKHQV³ ¹⁵ Den Kindern in ihrem Drang nach dem Ä9HUVWHKHQ-Wollen-der-:HOW³ LVW HKHU GDV (UIRUVFKHQ ]XHLJHQ Ä:DV SDVVLHUW ZRKO ZHQQ «³ LVW HLQH Frage, die sich das Kind beim freien Herumprobieren stellt. ¹⁶ KORNELIA MÖLLER stellt die Vorform des experimentellen Problemlösens als schrittweise Annäherung an einen sinnvollen Versuchaufbau folgendermaßen dar: 17

Problemfindung

Problemlösung

Die Punkte dieses Schemas entsprechen den im Rahmenplan unter fachlichen Qualifikationen geforderten Arbeitsschritten. ¹⁸ Das Ziel des naturwissenschaftlichen Sachunterrichts ist es, die Kinder über das konkrete Handeln und Probieren an das experimentelle Problemlösen heranzuführen. 19

13 Schreier, H., 1998, S. 26

14 vgl. Schreier, H., 1998, S. 26

15 Möller, K. 1983, S. 388

16 Biester, W. 1985, S. 235

17 Möller, K. 1983, S. 388

18 vgl. Rahmenplan, 1995, S. 126

19 vgl. Rahmenplan, 1995, S. 126

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Naturwissenschaftliche Arbeitsweisen wie z. Gegenstände sammeln, Beobachten, Fragen formulieren, Hypothesen bilden, Arbeitsschritte planen und durchführen, Ergebnisse reflektieren, Modelle für Erklärungen entwickeln, Begründungen verwerfen, neu erproben, Ergebnisse dokumentieren sind Teilfertigkeiten des experimentellen Verfahrens. 20

Zusammenfassend begründet sich das Einbeziehen der Experimentiermethode in den Unterricht durch folgende didaktische Effektivitätskriterien: Fortführung der kindlichen Spiel- und Experimentierfreude, Ermöglichung des selbständigen Lernens, Anregung selbst initiierter und selbst gesteuerter Aktivitäten, Vermittlung von emazipatorischen Qualifikationen, Förderung von Problemlösefähigkeit. ²¹ Beim Einsetzen der Experimentiermethode muss sich die Lehrperson bewusst machen, dass der große Zeit- und Materialaufwand zu Geschäftigkeit der Schüler und Ä+HUXPH[SHULPHQWLHUHQ³]XJHGDQNHQORVHQ Handlungen führen können, Anstrengungen und Schwierigkeiten bei der Durchführung der Experimente nicht immer mit Lernergebnissen korrelieren und didaktische Reduktion beim Unterrichtsexperiment unvermeidbar ist. 22

1.3 ZWEI UNTERSCHIEDLICHE ANSÄTZE ZUM EXPERIMENTIEREN

1.3.1 FREIES EXPERIMENTIEREN

Schüler haben eine natürliche Experimentierlust, die im Unterricht zum Lernen genutzt werden kann. ²³ Beim freien, spielerischen Experimentieren erhalten die Kinder die Möglichkeit, das Material ohne bestimmte Zielrichtung spielerisch zu erproben. Die Lerngegenstände können von den Kindern oder von der Lehrerin in den Unterricht eingebracht und auf einem Experimentiertisch oder in einer Forscherecke in einem didaktischen Arrangement angeboten werden. Die Auswahl der Materialien kann die Offenheit der Situation gewährleisten oder auch einschränken. 24

Der Freiraum beim Experimentieren bereitet den Kindern Freude und wirkt sich positiv auf die Vielfalt der Entdeckungen der Kinder aus. Das Material wird in seiner ganzen Bandbreite erforscht. Beim freien Experimentieren können die Schüler ihre Erfahrungen und Vorkenntnisse sehr gut einbringen und somit oftmals die Versuche in eine bestimmte Richtung lenken. Sie können sich an den Mitschülern orientieren, ihre Versuche einander vorstellen und gegenseitig nachbauen. 25

Auch das freie Experimentieren beinhaltet eine ständige gedanklich Auseinandersetzung und gleichzeitig einen handelnden Umgang mit dem Unterrichtsstoff. Beim freien Experimentieren müssen von den Kindern keine Vermutungen aufgestellt werden. Vielmehr sollen die Kinder durch das Herumprobieren und das Manipulieren mit und an Gegenständen beobachten, was jeweils passiert. Die Deutung der Ergebnisse muss nicht die Erklärung der Phänomene beinhalten. Das freie Experimentieren stellt für die

20 vgl. Bäuml, M.-A., 1979, S. 136 und Rahmenplan, 1995, S. 126-127

21 vgl. Bäuml, M.-A., 1979, S. 14

22 vgl. Bäuml, M.-A., 1979, S. 14

23 vgl. Meyer, H., 1987, S. 324

24 vgl. Unglaube, H., 1997, S. 231

25 Wagner, R., 1983, S. 14

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Schüler eine echte Forschungssituation dar, da es sich für sie um die Entdeckung von etwas "Neuem" handelt. Somit nehmen sie eine forschende Haltung ein, die die Grundeinstellung eines jeden Experimentes ist.

1.3.2 ANGELEITETES EXPERIMENTIEREN

Beim angeleiteten Experimentieren wird die spielerische und freie Aktivität der Kinder eingeschränkt. Dies ist eine Methode, um im Unterricht zielgerichtet vorzugehen. Beim angeleiteten Experimentieren bilden oft die handelsüblichen oder von der Lehrerin selbst erstellten Karteikarten bzw. Arbeitsblätter die Basis. Sie geben den Kindern Anregungen für gezielte Versuche, Arbeits- und Beobachtungsaufgaben. ²⁶ Die Schüler befolgen die Anweisungen, führen die Experimente jedoch selbständig durch. Der Handlungsspielraum der Kinder variiert in Abhängigkeit von der Konzeption der Vorlagen. Zeichnungen und sprachliche Beschreibungen müssen von den Kindern in Handlung übertragen werden und HUP|JOLFKHQVRGLH(LQEXQJYRQ)lKLJNHLWHQXQG)HUWLJNHLWHQZLH]%Ä,QIRUPDWLRQHQDXV7H[WHQXQG 6NL]]HQKHUDXVVXFKHQ³Ä:LFKWLJHVYRP8QZLFKWLJHQXQWHUVFKHLGHQ³ ²⁷ . Die Lehrerin und auch die Mitschüler können Hilfestellung geben. Die gewonnenen Erkenntnisse, Einsichten und Ergebnisse werden auf den Arbeitsblättern durch Zeichnungen, Erklärungsversuche, teilweise auch durch Wortergänzungen oder Ankreuzen festgehalten. Dies erfordert eine Reflexion. Auf diese Weise gewonnene Erkenntnisse müssen anschließend verbalisiert werden, damit sie ausgewertet werden. ²⁸ Diese Methode macht es erforderlich, dass alle Schüler oder eine Schülergruppe unabhängig von ihren Vorkenntnissen und Interessenlagen zur gleichen Zeit das Gleiche denken, das Gleiche tun und sich für das Gleiche interessieren. Das zeitgleiche Arbeiten an einem Experiment, sei es im Klassenverband oder in der Kleingruppe, zwingt möglicherweise das Kind etwas zu tun, was es nicht tun will und gleichzeitig etwas zu unterdrücken, was es gern täte. Die Versuchsmaterialien müssen in der Gruppenanzahl angeschafft werden. Die Arbeitsblätter müssen so gestaltet sein, dass die Schüler unabhängig von dauernden Erklärungen der Lehrperson werden.

1.3.3 Fazit

Ob die Lehrperson den Schülern im Sachunterricht ein völlig freies Experimentieren ermöglicht oder zunächst anleitet, hängt von der Klassensituation, den bereits eingeübten Arbeitsmethoden sowie vom Lerngegenstand selbst ab. Einige Phänomene wie z. B. Wasser sind den Kindern soweit vertraut, dass sie ohne weitere Anleitungen spielerisch mit dem Material umgehen und eine Vielzahl von Erkenntnissen sammeln können. Die anderen Phänomene wie z. B. Feuer bedürfen schon aus Sicherheitsgründen einer größeren Anleitung.

26 vgl. Dröse, I., Weiß, L.., 2002, S. 4 XQG%HLVSLHOHLP+HIWÄ1DWXUZLVVHQVFKDIWOLFKH([SHULPHQWH³

27 Rahmenplan, 1995, S. 127

28 vgl. Wagner, R., 1983, S. 14

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2. SACHANALYTISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUM THEMA LUFT

2.1 ZUSAMMENSETZUNG DER LUFT

Die Luft ist eine der wichtigsten gasförmigen Mischungen und besteht aus folgenden Gasen: Stickstoff (N2) hat mit 78,1 % den größten Anteil, gefolgt von Sauerstoff (O2) mit 20,9 %. Den Rest von 1 % teilen sich Kohlendioxid (CO2) mit 0,03 % mit den Edelgasen wie Argon Helium, Neon, Krypton, Xenon und Wasserstoff mit 0,97 %. Der Sauerstoff ist für die Aufrechterhaltung der Lebensvorgänge von besonderer Wichtigkeit, das Kohlendioxid wird von den Pflanzen bei der Photosynthese genutzt. Weiter enthält die Luft Staub, Dreck, Wasserdampf und vieles mehr. 29

Im Schalenaufbau der Erde konzentriert sich die Luft in der Troposphäre und reicht von der Erdoberfläche an je nach Abgrenzung bis 2000 km. In der Stratosphäre befindet sich die für das Leben auf der Erde wichtige Ozonschicht, die für unsere Haut gefährliche UV-Strahlung zum großen Teil absorbiert. ³⁰ Der Übergang in den Weltraum erfolgt stufenweise.

2.2 EIGENSCHAFTEN DER LUFT

2.2.1 WARME LUFT STEIGT NACH OBEN

Durch Erwärmung kann der Luftdruck verringert werden, denn erwärmte Luft dehnt sich aus, verliert an Dichte, wird leichter und steigt nach oben. Kalte Luftschichten mit höherer Dichte strömen nach. Die so entstehenden Luftbewegungen bezeichnet man als Wind.

2.2.2 LUFT IST EIN KÖRPER UND KANN EINGESCHLOSSEN WERDEN

Luft ist aus physikalischer Sicht ein gasförmiger Körper, der den ganzen zur Verfügung stehenden Raum ausfüllt und andere Körper verdrängen kann. Genauso wie auf die anderen Körper wirkt auf die Luft die 6FKZHUNUDIWÄ'DV*HZLFKWGHU/XIWHU]HXJWHLQHQ/XIWGUXFNJHQDQQWDEVROXWHU'UXFN,QGHU1lKHGHV Erdbodens gilt etwa: 1 m ³ Luft hat die Masse von rund 1 kg und die Gewichtskraft von rund 10 N. Der Luftdruck ändert sich mit den WetterverhältnisVHQXQGQLPPWPLWGHU+|KHDE³ ³¹ Eingeschlossene Luft hat genauso wie andere Gase bereits von sich aus einen absoluten Druck, der durch Zusammenstöße der beweglichen Moleküle untereinander und mit Gefäßwänden entsteht. In der Luft gibt es eine unheimlich große Anzahl der Moleküle, daher ist die Zahl der Zusammenstöße sehr groß. In einer Sekunde gibt es auf 1 cm ² der Gefäßwände ca. 10 ²³ Zusammenstöße. Obwohl der Stoß eines einzelnen Moleküls sehr schwach ist, ist die Wirkung aller Zusammenstöße ausschlaggebend und erzeugt somit den Gasdruck. Der in der abgeschlossenen Luft erzeugte Druck wird nach allen Richtungen in gleicher Größe weitergeleitet. Komprimiert man das Volumen auf die Hälfte, so muss die Druckkraft verdoppelt werden. Verdoppelt man das Volumen, so verringert sich die Druckkraft GDVÄ)HGHUQ³) auf die Hälfte. ³² Den zahlenmäßigen Zusammenhang zwischen der Volumen- und Druckänderung eines abgeschlossenen

29 vgl. Kleine Enzyklopädie Natur, 1987, S. 517-518

30 vgl. Kleine Enzyklopädie Natur, 1987, S. 77

31 Großes Handbuch, 1995, S. 205

32 Schröder, W., Sichelschmidt, R., Dr. Stiegler, L., Vestner, H., 1972, S. 110

10

Gases beschreibt das Gesetz von Boyle-Mariotte: V1 R p1 = V2 R p2, T = konst. Das Produkt aus Volumen und Druck ist in einem abgeschlossenen Gas bei gleich bleibender Temperatur immer konstant. 33

2.2.3 LUFTWIDERSTAND - LUFT KANN BREMSEN

Wenn man mit dem Auto oder Fahrrad unterwegs ist, steigt der Luftwiderstand stärker an als die Geschwindigkeit. Wovon hängt der Luftwiderstand grundsätzlich ab?

Die Dichte der Luft spielt eine Rolle. Im Wasser ist der Widerstand z. B. viel größer als in der Luft. Weiter hängt der Luftwiderstand von der Querschnittfläche A ab. Wenn man die Hand aus einem fahrenden Auto heraushält, spürt man deutlich, ob man sie parallel oder quer zum Wind hält. Die Fahrzeugindustrie ist seit ca. 20 Jahren bemüht, möglichst stromlinienförmige Fahrzeuge zu bauen, um den Benzinverbrauch zu reduzieren. Man nennt diese Zahl den Luftwiderstandsbeiwert cW. Dies ist ein Maß für den aerodynamischen Widerstand, dem ein Körper in einem Luftstrom ausgesetzt ist. Dieser Faktor ist nur von der Form des Körpers, nicht von seiner Größe abhängig.

Der wichtigste Faktor ist die Strömungsgeschwindigkeit v. Je schneller man sich bewegt, desto stärker ist der Widerstand. Der Luftwiderstand vervierfacht sich, wenn man die die Geschwindigkeit verdoppelt. Den Luftwiderstand können ein niedriger cw-Wert und eine kleine projizierte Frontfläche reduzieren, den größeren Einfluss hat aber der Fahrer durch die Variation seiner Geschwindigkeit. ³⁴ Somit errechnet sich der Luftwiderstand nach folgender Formel ³⁵ :

2.2.4 LUFT IM WASSER

Da die Luft ein Körper ist, erfährt sie beim Eintauchen ins Wasser eine Auftriebskraft, die dem Betrag nach gleich dem Gewicht der verdrängten Wassermenge ist.

Der Auftrieb kommt dadurch zustande, dass auf die Unterseite des eingetauchten Körpers ein höherer hydrostatischer Druck wirkt als auf die Oberseite. Die auf die Seiten wirkenden Kräfte heben sich auf. ³⁶ Kommt die Luft ungeschützt ins Wasser, z. B. indem sie mit einem Strohhalm rein geblasen wird oder aus einer offenen leeren Flasche ins Wasser gelangt, nimmt sie die Form einer Kugel an, weil Gase sich nach allen Richtungen gleich ausweiten. Die Luft unter Wasser bildet somit Blasen. Auf die Luftblasen wirken zwei Kräfte: die senkrecht nach unten gerichtete Schwerkraft sowie die senkrecht nach oben gerichtete Auftriebskraft. 37

Da der Betrag der Auftriebskraft größer als der der Gewichtskraft ist, bewegt sich die Luftblase, durch die resultierende Kraft angetrieben, nach oben. Sie steigt zur Wasseroberfläche. Ein Gegenstand, dessen mittlere Dichte niedriger ist als die des Wassers, steigt bis er schwimmt, d. h. nur noch eine seinem

33 Großes Handbuch, 1995, S. 205

34 vgl. http://www.prodex.de/lexikon/c/cw/cw_wert.html

35 Hammer, A., Hammer, K., 1992, S. 29

36 vgl. Kleine Enzyklopädie Natur, S. 415

37 vgl. Kleine Enzyklopädie Natur, S. 415

11

Gewicht entsprechende Flüssigkeitsmenge verdrängt. Die Luftblase bleibt dagegen nicht an der Wasseroberfläche schwimmen, sondern vermischt sich mit der übrigen Luft im Raum, weil die Luft wie andere Gase kein festes Volumen, sondern jeden Raum gleichmäßig ausfüllt.

2.2.4.1 WIE KOMMT DIE LUFT AUF NATÜRLICHE WEISE INS WASSER?

ÄDas Wasser reichert sich überall dort mit Luft an, wo es mit ihr in Berührung kommt. Besonders viel Luft löst sich in bewegten, schnell fließenden Gewässern. Wasserfälle, Wasserwirbel und Wellenschlag sorgen für eine gute Durchmischung des Wassers mit Luft.³ ³⁸ Durch die Photosynthese gelangt der Sauerstoff ebenfalls ins Wasser. Es findet ein ständiger Gasaustausch zwischen Umgebungsluft und Wasser statt. ÄMit Licht werden in den Pflanzen (Grünpflanzen, Algen, Plankton und Phytoplankton) aus Kohlendioxid und Wasser Sauerstoff und Zucker gebildet. Der Sauerstoff wird im Wasser absorbiert und GHQ :DVVHUEHZRKQHUQ VR ³]XJlQJOLFK´ JHPDFKW ZlKUHQG GHU =XFNHU DOV (QHUJLHOLHIHUDQW YRQ GHU Pflanze benötigt wird.³ 39

2.2.4.2 WIE FÄNGT MAN DIE LUFT IM WASSER EIN?

Möchte man die Luft im Wasser einfangen, so bedarf es eines Gefäßes. Eine Möglichkeit bietet das Prinzip der Taucherglocke: ÄEin nach unten offener Behälter wird mit der Öffnung nach unten ins Wasser gedrückt. So kann die Luft nicht entweichen. Sie wird im oberen Teil des Behälters durch den Druck des Wassers zusammengedrückt. In dieser Luftblase kann ein Mensch einige Zeit atmen. Auch heute dienen stählerne Taucherglocken, die durch Druckluft wasserfrei gehalten werden, als beweglicher Arbeitsraum für Arbeiten unter Wasser wie Schiffsreparaturen.³ ⁴⁰ Sicherlich ist es auch möglich, die Luft in jedem geschlossenen Gefäß unter Wasser einzufangen. In beiden Fällen muss man Kraft anwenden um die Auftriebskraft der Luft zu überwinden.

3. LERNVORAUSSETZUNGEN

3.1 SOZIOKULTURELLE LERNVORAUSSETZUNGEN

Die Klasse 2c setzt sich inzwischen aus 20 Kindern zusammen, 12 Mädchen und 8 Jungen. Das Alter der der Schüler liegt zwischen 7 und 10 Jahren. Nach den Weihnachtsferien kamen zwei Jungen neu in die Klasse. Sascha wiederholt das zweite Schuljahr. Anfangs wirkte er sehr verschlossen und gehemmt. Im Laufe des zweiten Schuljahres gewann er zunehmend an Sicherheit und Offenheit. An manchen Tagen fällt es ihm noch schwer, sich in den Ablauf des Schultags zu fügen und schulische Anforderungen zu befolgen. Sanjiv ist dagegen gut in die Klassengemeinschaft integriert. Zu weiteren Details verweise ich auf die im Dezember 2003 angefertigte Lerngruppenanalyse, in die bei der e. g. ±Seminarleiterin Frau Harff (Studienseminar GHRS Frankfurt) Einblick genommen werden kann.

38 vgl. www.naturmuseum-so.ch/pdf/Wasser/Wasser02.pdf

39 www.lenntech.com/deutsch/Sauerstoff%20im%20Wasser.htm

40 Bender, B., 2004, S. 1

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3.2 FACHLICHE LERNVORAUSSETZUNGEN

Insgesamt lässt sich feststellen, dass die meisten Kinder den Themen des Sachunterrichts i. d. R. interessiert gegenüberstehen, was sich unter anderem in aktiver Mitarbeit im Unterricht und in der Vorbereitungsphase sowie dem Einbringen eigener Ideen und Fragen äußert. Ob freiwillig oder auf Aufforderung bringen sie Bücher, Bilder oder andere Materialien mit, die im direkten Zusammenhang mit aktuellen Themen stehen und die wir als Arbeitsmaterial oder weitere Informationsquelle nutzen können. Im 2. Schuljahr wXUGH ELVKHU DQ GHQ 7KHPHQ Ä$SIHO³ Ä+HUEVW³ Ä*HPHLQVFKDIW )UHXQGVFKDIW 6WUHLW³ Ä3DXVHQVSLHOH³Ä+DXVWLHUH³XQGÄ.DOHQGHU³JHDUEHLWHW'LH/HLVWXQJVIlKLJNHLWXQGGDV$UEHLWVWHPSRVLQG dabei sehr heterogen, was innere Differenzierung des Unterrichts unumgänglich macht.

3.3 LERNVORAUSSETZUNGEN IN BEZUG AUF DIE METHODEN

Wichtig für eine Passung der Unterrichtsgestaltung mit der betroffenen Lerngruppe sind auch die methodischen Vorerfahrungen der Kinder. Die Kinder sind an das selbständige Erarbeiten von neuen Unterrichtsinhalten an den Tischgruppen sowie das anschließende Zusammentragen der Arbeitsergebnisse und inhaltliche Reflexion in Sitzkreisen gewöhnt. Das soziale Lernen fördernde Arbeitsformen wie gelten in der Klasse als durchgängige Unterrichtsprinzipien und werden regelmäßig durchgeführt.

Ebenso ist das handlungsorientierte Arbeiten mit konkretem Material für die Kinder Alltag. Schließlich ist den Schülern auch der Einsatz von Lernspielen sehr vertraut.

Die Methode Experiment haben die Schüler bereits im ersten Schuljahr zu den Themenkomplexen Ä6FKZLPPHQ XQG 6LQNHQ³ XQG Ä:DVVHU³ NHQQHQ JHOHUQW Hierbei gingen sie genau nach meiner mündlichen Anleitung vor, hatten jedoch in einigen Bereichen die Freiheit wie z. B. Auswählen der Gegenstände aus dem Klassenraum. Bevor sie ein Experiment durchführten, stellten sie auch Vermutungen auf, die jedoch aufgrund der noch nicht vollständig erworbenen Schriftsprache nicht festgehalten werden konnten. Die Entdeckungen und Ergebnisse wurden in Form von Zeichnungen oder Tabellen dokumentiert und präsentiert. Das Übernehmen der Eigenverantwortung beim Planen der Experimente, die zunehmend selbständige Organisation verschiedener Materialien sowie das Entwickeln und Reflektieren eigener Experimente, wie es in dieser Einheit praktiziert werden sollte, sind der Lerngruppe, abgesehen von ihren außerschulischen Erfahrungen, neu.

3.4 VORERFAHRUNGEN UND VORSTELLUNGEN DER KLASSE ZUM THEMA LUFT

Bereits eine Woche vor Beginn der Einheit wurde mit den Kindern das Thema für die weiteren Sachunterrichtsstunden festgelegt. In diesem Zusammenhang wurden auch Absprachen getroffen, dass die Schüler im Laufe der Woche Materialien zum Experimentieren mitbringen sollen, die dann auf den Experimentiertischen gesammelt werden. Auch Eltern wurden in einem Elternbrief über das Vorhaben

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informiert und um Unterstützung gebeten. ⁴¹ Im Laufe der Woche füllten sich nicht nur die Experimentiertische, sondern auch der Klassenraum. Der zu Beginn der Einheit bestückte Klassenraum bot folgende Materialien an: Flaschen, Luftballons, Strohhalme, Jogurtbecher, Trichter, Bälle, Tischtennisbälle, Luftpumpen, Luftmatratzen, Schwimmflügel, aufblasbare Tiere, Klebeband, Experimentierkästen, Bücher, Experimentierbücher. ⁴² Während der ganzen Woche, in der die Materialien gesammelt wurden, gingen die Schüler vor dem Schulbeginn an die mitgebrachten Sachen. Es war zu beobachten, dass sich die Kinder in unterschiedlicher Weise mit den Materialien befassten. Während viele Kinder ihre Luftmatratzen und Tiere aufbliesen und anschließend mit aufgeblasenen Sachen spielten, beschäftigten sich die anderen mit ihnen schon bekannten verblüffenden Versuchen oder Zaubertricks, die sie den anderen vorführten.

In der ersten Stunde stellten die Schüler ausgewählten Partnern in Form eines Basars ihre mitgebrachten Sachen vor. Danach erhielten die Schüler die Aufgabenstellung, im Klassenraum nach der Luft zu suchen, wobei die mitgebrachten und in der Klasse stehenden Materialien zur Lösung der Aufgabe einbezogen werden durften.

Die Aktivitäten der Kinder waren sehr vielfältig: Die Plastiktüten wurden aufgeblasen, durch Schwingen wurde die Luft eingefangen, Luftballons wurden mit Luftpumpe oder Strohhalm aufgeblasen, die Luft wurde aus dem Trichter herausgesaugt, die Luft wurde in die Glasflaschen gepustet bis sie beschlugen, ein kleiner Tischtennisball wurde mit Hilfe des Strohhalms schwebend in der Luft gehalten. Äußerungen wie Ä/XIWLVWEHUDOO³ Ä'LH)ODVFKHEHVFKOlJW'DVLVWGLH/XIW0DQNDQQVLHVHKHQ³Ä'DV3XVWHQLQGLH Flasche erzeugt einen Ton. Man kann die Luft K|UHQ³ Ä/XIW VFKLHEW GLH *HJHQVWlQGH ZHLWHU³ Ä'LH JHEODVHQH/XIWLVWZlUPHUGHVZHJHQEHVFKOlJWGLH)ODVFKH³Ä:HQQLFKLQGHQ%HFKHUSXVWHNRPPWGLH /XIW]XUFN,FKIKOHVLHDXIPHLQHP*HVLFKW³ verdeutlichen, wie viele Phänomene die Kinder mit der Luft in Verbindung setzen.

Bereits in der zweiten Stunde der Einheit wurden die Schüler als Luftforscher dazu angeregt, ihre Alltagserfahrungen, Vorstellungen und Forscherfragen frei zu assoziieren und in schriftlicher sowie mündlicher Form zu äußern. ⁴³ In diesem Kapitel gehe ich nur auf die Vorerfahrungen und Vorstellungen der Kinder ein, auf die Fragen beziehe ich mich unter 4.3. Auffallend war die unerwartete Fülle von Vorerfahrungen der Schüler. Die Erfahrungen der Schüler im Zusammenhang mit dem Phänomen Luft sind konkret und in inhaltliche Zusammenhänge eingebettet: Ä)OLHJHUIOLHJHQGXUFKGLH/XIW³ oder Ä:HQQ PDQHLQHQ6WDXEVDXJHUHLQVFKDOWHWNDQQPDQGLH/XIWK|UHQXQGPLWGHU+DQGIKOHQ³ Die Verbindung des Phänomens Luft mit dem Thema Atmung ist wie auch bei anderen Umfragen zu diesem Thema ⁴⁴ sehr augenfällig. Zwölf Kinder der Lerngruppe erwähnten diesen Aspekt. Ein Kind verwendete sogar den Begriff Sauerstoff. Ein Mädchen der Klasse weiß bereits, dass in der Luft Bakterien leben. Am

41 siehe Anhang, S. A-1

42 siehe Anhang, S. A-22, Abb. 21-22

43 siehe Anhang, S. A-2, A-3, A-4

44 Hessisches Institut für Lehrerfortbildung, 1987, S.1

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zweithäufigsten nannten die Kinder, dass man die Luft hören kann. Aber auch Fühlen und Riechen kamen verhältnismäßig oft vor. Das Wahrnehmen eines Phänomens mit den körpereigenen Sinnen steht den Kindern einerseits sehr nahe, andererseits wirkte in den Schülern sicherlich die erste Stunde der Unterrichtseinheit. Viele Kinder erwähnten auf ihrem Forscherzettel die Alltagsgegenstände wie Ball, Luftmatratze und Heißluftballon, deren Funktion durch eingeschlossene, komprimierte Luft beschrieben wird. Zwei Kinder nannten die treibende und zerstörerische Wirkung der Luft. Zwei Schüler wissen offensichtlich, dass die warme Luft nach oben steigt, und begründeten damit das Steigen von Flugzeugen. Dies verdeutlicht noch einmal, dass die Schüler bereits ein breites Spektrum an Vorerfahrungen und Vorkenntnissen mitbringen, diese jedoch teilweise noch unstrukturiert in ihrem Gedächtnis angelegt sind.

4. FACHDIDAKTISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUR EINHEIT

4.1 FACHDIDAKTISCHE ÜBERLEGUNGEN ZUR METHODE DES EXPERIMENTIERENS

Das Experiment als Methode erlaubt dem Kind, sich seine Umwelt zu erschließen, sie forschendeigenständig zu begreifen. Da das heutige Wissen einem starken Wandel unterzogen ist und auch nicht in dieser Reichweite zu erlernen ist, ist es wichtig, dass die Schüler Strategien und Techniken zum selbständigen Erkenntniserwerb erwerben. Die Fähigkeit, sich zu trauen, etwas herauszufinden, um somit Probleme erfolgreich anzugehen und Äaktuelle und zukünftige Lebenswirklichkeit selbständig zu gestalten³ ⁴⁵ , ist sehr viel wert.

Das Experimentieren stellt eine der wesentlichen im Sachunterricht zu erwerbenden Schlüsselqualifikationen dar. ⁴⁶ Die experimentelle Methode entspricht dem natürlichen Vorgehen eines Kindes beim Erschließen seiner Welt. ⁴⁷ Das Kind hat bis zum Eintritt in die Schule fast alle Erfahrungen durch freies Experimentieren gewonnen. Die Experimentiermethode entspricht der Art des Denkens der Kinder und ihrem Erkenntnisgewinn. ⁴⁸ Sie ermöglicht Ädas mehrdimensionale Lernen und das Zusammenwirken voQNRJQLWLYHQHPRWLRQDOHQXQGSUD[LVRULHQWLHUWHQ+DQGOXQJHQÄ.RSI-Herz-+DQG³³ ⁴⁹ Unter dem Aspekt der "veränderten Kindheit", die durch Verarmung der sinnlichen Eindrücke gekennzeichnet ist, sollte dieser Methode ein besonderes Gewicht zukommen, weil sie Möglichkeiten für primäre Erfahrungen schafft. Als charakteristische Forschungsmethode in den Naturwissenschaften soll das Experiment nicht ÄGLH IHUWLJH 3K\VLN³ YHUPLWWHOQ XQG GLH Ä9RUYHUOHJXQJ GHV 6WRIIHV GHU ZHLWHUIKUHQGHQ 6FKXOHQ OHLVWHQ³ ⁵⁰ , sondern vielmehr DXV GHP %OLFN GHU ZHUGHQGHQ 3K\VLN Ädem

45 Rahmenplan Grundschule, 1995, S. 122

46 Rahmenplan Grundschule, 1995, S. 126

47 vgl. Bäuml, M.-A., 1979, S.19

48 Die Kinder gehen zu Beginn der Grundschularbeit laut Piaget von der prä-operationalen Phase in die konkret-operationale Phase über, d.h. die Kinder gelangen von einem episodenhaften, egozentrischen Denken zu einem konkret über ihre Wirklichkeit aufbauenden Denken. In diesem Stadium sind die gedanklichen Operationen an anschaulich erfahrbaren Inhalten gebunden; sie zeichnen sich jedoch durch eine größere Beweglichkeit aus. Verschiedene Aspekte eines Vorganges können gleichzeitig erfasst werden und zueinander in Beziehung gesetzt ZHUGHQ'HU7HUPLQXVÄNRQNUHW-opeUDWLRQDO³PHLQWGDVVGDV.LQGQXQLQ*HGDQNHQPLWNRQNUHWHQ2EMHNWHQE]ZLKUHQ9RUVWHOOXQJHQ operieren kann. (www.psychologie.unizh.ch/genpsy/lehre/ws99_00/skript/Piaget.html)

49 www.uni-koeln.de/ew-fak/konstrukt/didaktik/ experiment/experiment_darstellung.html

50 Wagenschein, M., 1998, S. 31

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0RWLYDWLRQVSRWHQWLDO XQG GHU /HLGHQVFKDIW GHV 'HQNHQV GHU 6FKOHU )UHLKHLW JHEHQ³ und den Erkenntnisgewinn durch zunehmend selbständiges Arbeiten zu ermöglichen. MARTIN WAGENSCHEIN spricht sogar von einem großeQ)HKOHUZHQQHVXQVGDUXPJLQJHÄIDOVFKH9RUVWHOOXQJHQUHFKW]HLWLJ]X YHUKLQGHUQ³ ⁵¹ Ä(VJHKWQLFKWQXUGDUXPHLQ(QGHUJHEQLVLP6LQQHYRQÄULFKWLJ³XQGÄIDOVFK³]XHUPLWWHOQ sondern vielmehr ist es der Prozess der Erfahrung selbst, der den gewünschten Lerneffekt beschreibt. 'HQQ DXFK GXUFK HLQ ÄIDOVFKHV³ (UJHEQLV NDQQ GHU /HUQHQGH ZLFKWLJH $XVVDJHQ EHU GDV (UOHUQWH PDFKHQ³ ⁵² So fordert der Rahmenplan unter dem Punkt Experimentieren folgendes fachliches Vorgehen: Fragen formulieren ± Arbeitsschritte planen ± ein Experiment durchführen ± Ergebnisse dokumentieren ± Ergebnisse reflektieren. Die Methode des Experimentierens stellt eine Art dar, sich seine Umwelt zu konstruieren. Hierbei handelt es sich um eine Verfahrensweise, die eine sehr bedeutsame Klärungs- und Zugangsweise für Umweltprobleme darstellt. Das Ausführen aller oben genannten Arbeitsschritte auf einmal ohne Erfahrungen in diesem Bereich stellt für das Kind einer zweiten Klasse jedoch eine Überforderung dar. Die Schüler sollen deshalb mit Hilfe der Einheit langsam und in Schritten herangeführt werden, zu lernen, ihren Arbeitsprozess selbständig zu planen, durchzuführen und auszuwerten. Für das Erlernen der fachlichen Qualifikationen brauchen die Schüler Raum und Zeit. Ein Experiment ermöglicht dem forschenden Kind, sich in eine Situation zu versetzen, in der das noch unverstandene Problem ungelöst vor ihm steht, aber durch handelnden Umgang erschlossen werden kann. 'XUFK ÄERKUHQGH %HXQUXKLJXQJ³ ⁵³ ZLUG GDV 'HQNHQ GHV .LQGHV HUQVWKDIW PRWLYLHUW ÄEs beginnt Beziehungen zwischen Ursache und Wirkung herzustellen und zwischen seiner Beobachtung und der Wirklichkeit zu unterscheiden. Das ermittelte Forschungsergebnis wird weitere Fragen und Überlegungen aufwerfen³und zur Weiterarbeit anspornen. ⁵⁴ Durch eine kritisch-prüfende Einstellung zu den Sachen und Sachverhalten kann das Kind im Laufe der Zeit zu einem zeitgemäßen Umweltverständnis gelangen. Der Schüler macht seine subjektiven, möglicherweise unbewussten Erfahrungen, und mit Hilfe des Experiments kann er im Sinne der Wissenschaftsorientierung zu allgemeingültigen Aussagen gelangen. Mögliche Wiederholungen der Experimente mit gleichem Ergebnis verdeutlichen zum einen die Überprüfbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse, stellen zum anderen aber auch eine Differenzierung für schwächere Schüler dar.

Beim Experimentieren gelangen die Kinder vom freien spielerischen Handeln zu einem adäquaten sach-und sinnbezogenen Verhalten, mit Sachverhalten in verantwortlicher Weise umzugehen. Beim Vorstellen und Reflektieren der eigenen Erkenntnisse den anderen erhalten sie nach und nach Einsichten in den typischen Ablauf eines Experiments. Daneben lernen sie noch, dass die Erkenntnisse von anderen möglicherweise auch subjektiv gültig sind und durch einen neuen Versuch auf die Probe gestellt werden

51 Wagenschein, M., 1998, S. 31

52 www.uni-koeln.de/ew-fak/konstrukt/didaktik/ experiment/experiment_darstellung.html

53 Wagenschein, M., 1998, S. 31

54 Schlesinger, G., 1999, S. 4