Experimente  im Geographieunterricht  

Inhaltsverzeichnis   

1.  Einleitung  1

2.  Das Experiment als Unterrichtsmethode  3

2.1  Was sind Experimente?  3

2.1.1  Definition  3

2.1.2  Klassifikationen  5

2.1.3  Ablauf eines Unterrichtsexperiments  6

2.2  Funktionen des Unterrichtsexperiments  8

2.3  Integration in den Unterricht  10

3.  Das Experiment im Geographieunterricht  13

3.1  Das geographische Unterrichtsexperiment  13

3.2  Probleme des Experimenteinsatzes  15

3.3  Forderungen an geographische Unterrichtsexperimente  16

4.  Analyse geographischer Unterrichtsexperimente  18

4.1  Kriterienkatalog  18

4.2  Bewertung von Experimenten  20

4.2.1  Experimente, die gelingen  21

4.2.1.1  Wasser  22

4.2.1.2  Luft  24

4.2.1.3  Boden  27

4.2.1.4  Vulkanismus  34

4.2.1.5  Umwelt  36

4.2.1.6  Landschaftsformen  38

4.2.2  Experimente mit Schönheitsfehlern  40

4.2.2.1  Wasser  40

4.2.2.2  Luft  44

4.2.2.3  Vulkanismus/Tektonik  47

4.2.2.4  Umwelt  51

4.2.3  Experimente - zum Scheitern verurteilt  53

4.2.3.1  Wasser  53

4.2.3.2  Luft  55

4.2.3.3  Umwelt  57

5.  Fazit  59

Literatur   

Anhang   

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1. Einleitung

Diese Zeichnungen verbildlichen das chinesische Sprichwort (zitiert nach OTTO 2003, S. 2): „Ich höre und ich vergesse, ich sehe und ich erinnere, ich tue und ich verstehe.“

Es ist wissenschaftlich belegt, dass Gehörtes gerade mal zu ca. 20% im Gedächtnis bleibt, wohingegen Gesehenes zu ca. 30% und selbst Ausgeführtes zu ca. 90 % vom Menschen behalten wird (vgl. SCHMIDTKE 1995, S. 13). Hieraus lassen sich Forderungen an den Unterricht ableiten, welche für die Lerneffektivität von großer Bedeutung sind: Anschaulichkeit, Lernen mit allen Sinnen, Selbsttätigkeit, Schüler- und Handlungsorientierung. Von den Lehrern ¹ wird erwartet, dass sie ihren Unterricht motivierend und interessant gestalten und den Schülern Schlüsselqualifikationen wie z.B. Problemlösungskompetenz vermitteln.

In den letzten Jahren wird das Experiment oft als eine Unterrichtsmethode genannt, welche diesen Forderungen gerecht werden kann. SALZMANN (1986, S. 6) war einer der ersten Didaktiker, der dem Experiment im Geographieunterricht die Eigenschaften „Anschauung, Selbsttätigkeit und Motivation“ zuwies. Auch SCHMIDTKE (1995, S. 14) ist der Meinung, dass „der Behaltwert selbst durchgeführter oder miterlebter Experimente […] neben ihrer motivierenden Ausstrahlung auf das gesamte Unterrichtsgeschehen das entscheidende Argument für ihre Integration in die Geographiestunde […]“ ist. WILHELMI (2000, S. 7) sieht die Problemorientierung als „zentrale Forderung an den heutigen Unterricht“, welche „ideal mithilfe des Experiments umgesetzt werden“ kann.

¹ Aus Gründen der Lesbarkeit werden in der vorliegenden Arbeit bei Gruppenbenennungen nicht beide

Geschlechtsbezeichnungen genannt. Es sind immer Vertreterinnen und Vertreter beider Geschlechter

gemeint.

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Trotz der großen Anerkennung des Experiments als effektive Methode für den Geographieunterricht und zahlreicher vorhandener Experimentvorschläge trifft die folgende Aussage noch immer zu: „Welche Arbeitsweise lieben Schüler im Geographieunterricht am meisten? - Experimente. Welche Arbeitsweise setzen Lehrer im Geographieunterricht fast am seltensten ein? - Experimente“ (WENZEL 2003, S. 1)!

Ein Grund dafür ist der große zeitliche und materielle Aufwand für Planung, Vorbereitung und Durchführung eines Experiments, welcher sich der begrenzten Zeit, die dem Schulfach Geographie zur Verfügung steht, entgegen stellt. Andererseits haben Lehrer häufig Bedenken, dass Probleme auftreten oder unrepräsentative Ergebnisse erzielt werden, welche als unnötige Verzögerung des Unterrichtsverlaufs und Zeitverschwendung statt als Erkenntnisgewinn und Lernfortschritt empfunden werden. Ziel muss es deshalb sein, Experimente für den Geographieunterricht zu finden, welche sich auf Grund ihrer Einfachheit und ihres geringen Aufwands leicht in den Unterrichtsalltag integrieren lassen und dabei trotzdem der Realität entsprechen. Das bedeutet, es „sollte versucht werden, die Experimentierfreudigkeit im Unterricht durch Experimente zu erhöhen, die mit geringsten Mitteln einfach durchzuführen sind“ (SCHMIDTKE 1995, S. 20). „Nicht das aufwendig spektakuläre Experiment steht im Vordergrund, sondern das einfache, aber wirkungsvolle und im Unterricht leicht zu integrierende“ (SCHMIDTKE 1995, S. 9).

In der vorliegenden Arbeit wird ein Kriterienkatalog entwickelt, mit dessen Hilfe Experimente hinsichtlich ihrer Unterrichtstauglichkeit geprüft und dann ohne Bedenken häufiger im Geographieunterricht eingesetzt werden können.

Im ersten Kapitel werden zunächst die Vorzüge des Einsatzes von Experimenten im Unterricht dargestellt. Dazu wird erläutert, was Experimente sind, welche Funktionen sie im Unterricht erfüllen und wie sie in den Unterrichtsverlauf integriert werden können. Anschließend wird die besondere Stellung von Experimenten im Geographieunterricht erörtert. An Hand der darauf folgenden Darstellung möglicher Ursachen für den seltenen Einsatz von Experimenten werden Forderungen an den Experimenteinsatz abgeleitet, aus denen schließlich Bewertungskriterien zur Beurteilung einfacher geographischer Experimente entwickelt werden. Im zweiten Kapitel findet die Anwendung des entwickelten Kriterienkatalogs in Form einer Analyse und Beurteilung von einfachen Experimenten für den Geographieunterricht statt.

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2. Das Experiment als Unterrichtsmethode

Bevor das Experiment im Geographieunterricht betrachtet wird, soll zunächst erläutert werden, was unter der Unterrichtsmethode Experiment zu verstehen ist. Dazu gehören neben den Definitionen eines Experiments für Wissenschaft und Schule auch die Darstellung verschiedener Formen sowie des Ablaufs eines Experiments. Im Anschluss daran werden Funktionen von Unterrichtsexperimenten dargestellt und schließlich mögliche didaktische Orte aufgezeigt, an denen Experimente im Unterrichtsverlauf integriert werden können.

2.1 Was sind Experimente?

2.1.1 Definition

„Das Wort Experiment stammt vom lateinischen «experiri», d.h. versuchen, prüfen, erproben. Heute versteht man unter einem Experiment einen planmäßigen und kontrollierten Versuch zur Überprüfung einer Fragestellung oder zur Aufklärung eines unklaren Sachverhalts“ (MEYER 2000, S. 313). Es ist eine „[…] grundsätzlich wiederholbare Beobachtung von natürlichen und auch gesellschaftlichen Vorgängen unter künstlich hergestellten, möglichst veränderbaren Bedingungen“ (OTTO 2003, S. 3).

ESCHENHAGEN/KATTMANN/RODI (1985, S. 203 f.) fassen die Kennzeichen eines Experiments wie folgt zusammen: Beobachtung unter künstlich hergestellten Bedingungen und Isolation, Kombination sowie Variation von Bedingungen einer Erscheinung. Ein Forschungsexperiment soll schließlich zu einer wiederholbaren Beobachtung führen, von der allgemeingültige Gesetze abgeleitet werden können (vgl. OTTO 2003, S. 3). Es zeichnet sich außerdem durch die Falsifikation (Bestätigung) bzw. Verifikation (Widerlegung) einer vorher aufgestellten Hypothese aus.

Nach OTTO (2003, S. 3) wird dem Unterrichtsexperiment „eine Mittelstellung zwischen dem klassischen Forschungsexperiment einerseits und dem alltagsweltlichen Experimentieren, Tüfteln, Erproben andererseits zugesprochen“. Diese Stellung verdeutlicht MEYER (2000, S. 313) mit Hilfe des folgenden Schaubilds:

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unterscheiden. Schon aus dem Grund, dass Material und Zeit nur begrenzt zur Verfügung stehen, werden dem Experiment in der Schule enge Grenzen gesetzt. Ein weiterer Unterschied ist, dass dem Lehrer (und manchmal sogar auch den Schülern) im Gegensatz zum Wissenschaftler das Ergebnis des Experiments bereits vor der Durchführung bekannt ist und nichts Neues herausgefunden wird. Unterrichtsexperimente haben also meistens einen bestätigenden/qualitativen Charakter, während Forschungsexperimente oftmals quantitative Ergebnisse erzielen (vgl. ESCHENHAGEN/ KATTMANN/RODI 1985, S. 205). „Solange aber für den Schüler eine - möglichst selbstständig entwickelte - Hypothese noch nicht von seinen Augen überprüft worden ist, wird der Anspruch an ein Experiment erfüllt. Was für den Lehrer rein wiederholende Demonstration sein kann, ist für den Schüler problemlösendes Experiment“ (MOISL 1988, S. 7). Ein wissenschaftlich gesehen bestätigendes Experiment ist für die Schüler demnach trotzdem ein entdeckendes Experiment, weil ihnen das Ergebnis noch nicht bekannt ist.

Oft wird im Unterricht das bestätigende dem entdeckenden Experiment gegenüber gestellt. Dadurch werden Experimente, deren Ergebnisse den Schülern bereits bekannt sind und welche der Wiederholung und Ergebnissicherung dienen von Experimenten unterschieden, welche den Schülern eine neue Erkenntnis bringen und die Aufgabe der Erarbeitung eines Sachverhalts erfüllen (vgl. ESCHENHAGEN/KATTMANN/RODI 1985, S. 206) (siehe 2.3).

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2.1.2 Klassifikationen

Laut RINSCHEDE (2003, S. 273 f.) gibt es Ansätze, die das Unterrichtsexperiment als Medium, Aktionsform oder Sozialform bezeichnen. Es hat sich jedoch durchgesetzt, Experimente als Unterrichtsmethode zu verstehen, welche unterschiedliche Sozial-formen, Aktionsformen und sogar den ganzen Unterrichtsverlauf beeinflussen können (vgl. RINSCHEDE 2003, S. 273 f.).

Bisher wurde eine Differenzierung von entdeckenden und bestätigenden Experimenten vorgenommen (siehe 2.1.1). Unterrichtsexperimente lassen sich aber auch nach anderen Kriterien in weitere Gruppen gliedern (vgl. RINSCHEDE 2003, S. 274):

METHODISCHE ORGANISATION: Demonstrations- und Schülerexperimente Bei einem Demonstrationsexperiment wird das Experiment in der Regel vom Lehrer durchgeführt. Es dient der Veranschaulichung und sollte gut sichtbar für alle Schüler vorgeführt werden. Die Schüler sind rezeptiv tätig und haben die Aufgabe, zu beobachten und zu beschreiben. Gründe für ein Demonstrationsexperiment können eine zu hohe Komplexität des Experiments, zu wenig verfügbares Material, begrenzte Zeit oder Gefahren für die Schüler sein (vgl. WILHELMI 2000, S. 5). Das Demonstrationsexperiment muss sich nicht auf den Lehrer beziehen, sondern kann auch von einem Schüler oder einer Schülergruppe vorgeführt werden (vgl. OTTO 2003, S. 3). Wichtig ist, dass der Experimentverlauf eingehalten wird, die Schüler das Experiment nachvollziehen können, eine Anleitung erhalten sowie ein Protokoll verfassen (vgl. BERCK 2001, S. 121).

„Schülerexperimente ermöglichen es, selbsttätig und schülerzentriert komplexe Sachverhalte zu erarbeiten und anschaulich zu machen“ (WILHELMI 2000, S. 7). Der Lernerfolg und die Motivation sind bei Selbsttätigkeit größer als bei ausschließlicher Beobachtung. Zusätzlich wird bei den Schülern Verantwortungsbewusstsein und, falls das Experiment in Gruppen durchgeführt wird, die Einordnung in eine Gruppe geschult (vgl. MOISL 1988, S. 8).

Nach MEYER (2000, S. 317) ist ein Experiment, bei dem die Schüler aktiv und handelnd tätig sind, dem Demonstrationsexperiment immer vorzuziehen: „Lehrerexperimente sind gut - sie machen den Unterricht anschaulich und lebendig und bleiben bei den Schülern oft bis zu ihrem Lebensende im Gedächtnis haften (vor allem dann, wenn sie misslangen)! Schülerexperimente sind besser! Sie erlauben den Schülern ein selbsttätiges Suchen, Probieren und Entdecken.“

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EXPERIMENTANORDNUNG: Natur- und Modellexperimente Naturexperimente finden außerhalb des Klassenzimmers statt und bedienen sich geeigneter Naturobjekte, an denen Vorgänge beeinflusst oder künstlich ausgelöst werden. Bei kleineren Naturobjekten können Naturexperimente auch im Klassenzimmer durchgeführt werden (vgl. NIEMZ 1979, S. 184). Oft weniger aufwendig sind Modellexperimente, bei denen an Nachbildungen der Natur Vorgänge oder Prozesse dargestellt werden. Modellexperimente stellen natürliche Vorgänge vereinfacht dar, weshalb eine Übertragung auf die Natur unerlässlich ist. Auch die Gefahr einer Verfälschung ist bei der Darstellung von natürlichen Prozessen an Modellen sehr groß, weil sie sehr abstrakt sind und sich teilweise weit von der Natur entfernen. Wenn darauf geachtet wird, dass Verständnisprobleme behoben werden, liegt darin auch die Möglichkeit, einen anspruchsvollen Transfer mit den Schülern durchzuführen (vgl. WILHELMI 2000, S. 5). Eine Möglichkeit, einen Bezug zur Natur herzustellen besteht darin, dass die Schüler Schwächen und Fehler des Modellexperiments aufdecken und sich damit den realen Vorgang selbst erarbeiten.

ZEITLICHE DAUER: Langzeit- und Kurzzeitexperimente

Langzeitexperimente erstrecken sich über einen Zeitraum von mehreren Stunden bis zu mehreren Tagen. Längere Beobachtungszeiten sind notwendig, wenn es sich um Prozesse handelt, die sehr langsam ablaufen. Für Schüler bedeutet ein Langzeitexperiment große Selbstständigkeit und Eigenverantwortung in Bezug auf Datengewinnung und -auswertung. Langzeitexperimente dürfen nicht zu häufig durchgeführt und zu weit ausgedehnt werden, weil die Gefahr besteht, dass Schüler das Interesse und damit ihre Motivation verlieren (vgl. RINSCHEDE, 2003, S. 276 f.). Kurzzeitexperimente lassen sich auf Grund ihrer kurzen Dauer von weniger als einer Unterrichtsstunde einfach in den Unterrichtsverlauf integrieren.

2.1.3 Ablauf eines Unterrichtsexperiments

Wie bereits erwähnt, bezieht sich das traditionelle Verständnis von Experimentieren auf eine kontrollierte Erforschung naturwissenschaftlicher Gesetze (MEYER 2000, S. 314) (siehe 2.1.1). Immanuel Kant hat ein sechs-schrittiges Ablaufschema entwickelt, welches der „scheinbar klaren Logik der Forschung“ (MEYER 2000, S. 314) entspricht

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und nach welchem Forschungsexperimente durchgeführt werden sollen (zitiert nach MEYER 2000, S. 314). Sein Schema dient noch heute als Richtlinie für Unterrichtsexperimente, obwohl oder gerade weil es dessen „historische, gesellschaftliche, politische und moralische Voraussetzungen und Folgen“ (MEYER 2000, S. 315) nicht mit einbezieht. Es reduziert die Komplexität eines Forschungsexperiments auf seine logische Verlaufstruktur und eignet sich auf Grund dieser Vereinfachung als Vorlage für die Durchführung eines Unterrichtsexperiments (vgl. MEYER 2000, S. 318). OTTO (2003, S. 5) teilt den an diesem Schema orientierten Verlauf eines Unterrichtsexperiments in die folgenden vier Phasen ein:

PLANUNGSPHASE

- konkrete Problemstellung, Entwicklung/Formulierung einer Fragestellung (an Hand eines Phänomens, einer Beobachtung, eines Widerspruches, etc.)

- Vermutungen zur Klärung der Frage, Aufstellung von Hypothesen

GESTALTUNGSPHASE

- Entwicklung geeigneter Experimente und Protokollierungsverfahren zur Prüfung der Hypothesen

DURCHFÜHRUNGSPHASE

- In angemessener Form (siehe 2.3) wird das Experiment durchgeführt. Verlauf und Ergebnisse werden von den Schülern schriftlich oder als Zeichnung festgehalten (als Hilfestellung für noch ungeübte Schüler kann hier ein vorstrukturiertes Arbeitsblatt dienen)

INTERPRETATIONS- UND TRANSFERPHASE

- Beschreibung der Ergebnisse

- Bezug zur Fragestellung, Bestätigung/Widerlegung der Hypothesen

- Kritische Reflexion des Experimentverlaufs

- eventueller Kontrollversuch

- Verallgemeinerung der Ergebnisse, Aufstellung von Gesetzen

- Transfer der Ergebnisse auf die Realität/Naturverhältnisse, Beurteilung der Repräsentativität des Experiments

- Diskussion sozialer oder technischer Folgen und Anwendung der Ergebnisse

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2.2 Funktionen des Unterrichtsexperiments

In der Methode Experiment stecken viele Chancen, den Unterricht attraktiver und effektiver zu gestalten. „Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Experimente sich auszeichnen durch handelndes Lernen, forschendes Lernen, schlussfolgerndes Denken, hohe Motivation und längeres Behalten selbst erarbeiteter Erkenntnisse“ (HAUBRICH 1997, S. 206). Neben diesen wesentlichen Vorzügen, welche für den Experimenteinsatz sprechen, gibt es weitere didaktische und lernpsychologische Begründungen, Experimente im Unterricht einzusetzen.

Im Folgenden sollen oft genannte Funktionen des Unterrichtsexperiments dargestellt werden:

VERANSCHAULICHUNG

Da es nicht möglich ist, jedes interessante Objekt oder jeden Ort eines interessanten Prozesses im Unterricht aufzusuchen, muss nach einem Ersatz gesucht werden, welcher das jeweilige Objekt oder den ablaufenden Prozess in den Klassenraum holt. Experimente können durch Anschauung, Beobachtbarkeit und Nachvollziehbarkeit zum besseren Verständnis führen (vgl. SCHMIDTKE 1995, S. 15). Durch sie können komplexe natürliche Prozesse, die aus zeitlichen oder räumlichen Gründen nicht real beobachtet werden können, in verkleinertem Maßstab und zeitlicher Raffung modellartig veranschaulicht werden (vgl. OTTO 2003, S. 7).

SELBSTTÄTIGKEIT

Unterrichtsexperimente geben Schülern die Chance, durch eigene Aktivität, eigenverantwortliches Handeln und problemlösendes Denken zu lernen (vgl. KESTLER 2002, S. 186). Der Lehrer soll sich dabei aus seiner unterrichtsführenden Rolle zurückziehen, den Schülern Raum zur Eigentätigkeit geben und die Rolle des Beraters und Betreuers übernehmen. Das Experiment kann somit als schülerzentrierte Arbeitsweise bezeichnet werden (vgl. WILHELMI 2000, S. 5).

MOTIVATION UND BEHALTWERT

Durch ihre Anschaulichkeit, ihren Problemlösungscharakter sowie durch die Möglichkeit zur Selbsttätigkeit und Eigenverantwortung verstärken Experimente in hohem Maße das Interesse und die Motivation der Schüler (vgl. RINSCHEDE 2003, S. 278). Dies wirkt sich positiv aus auf die Beteiligung am Unterricht und schließlich

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auf den Behaltwert der durch das Experiment vermittelten Inhalte. Das Experiment steigert somit die Effektivität und die Nachhaltigkeit des Unterrichts.

PSYCHO-MOTORISCHE FÄHIGKEITEN

Mit der Durchführung eines Experiments erwerben die Schüler durch unterschiedliche Arbeitsformen verschiedene Fähigkeiten. Sie müssen mit Experimentiermaterialien umgehen, konzentriert und genau beobachten, eventuell Messungen vornehmen, die beobachteten Vorgänge beschreiben sowie protokollieren und Zeichnungen anfertigen. Durch Experimentieren werden Beobachtungsfähigkeit sowie das Beschreiben von Abläufen geschult (vgl. RINSCHEDE 2003, S. 278).

FRAGESTELLUNG, HYPOTHESE, INTERPRETATION

Ein Unterrichtsexperiment fördert Problembewusstsein und Lösungserwartung (vgl. SCHMIDTKE 1995, S. 186). Die Schüler müssen ein Problem erkennen, daraus eine Frage formulieren und schließlich eine Prognose zur Lösung aufstellen. Nach der Durchführung müssen sie das Ergebnis interpretieren und mit der Fragestellung und der Hypothese in Beziehung setzen.

TEAMFÄHIGKEIT

Durch Unterrichtsexperimente eröffnen sich viele Möglichkeiten, die Schüler in Gruppen oder mit einem Partner arbeiten zu lassen. Durch die Übung gemeinschaftlichen Planens und Handelns kann die soziale Handlungskompetenz der Schüler gefördert werden (vgl. RINSCHEDE 2003, S. 278). Obwohl Experimente grundsätzlich auch in Einzelarbeit durchgeführt werden können, sind deshalb stets Sozialformen wie Gruppen- und Partnerarbeit vorzuziehen, welche die Teamfähigkeit fördern.

TRANSFER

Experimente fördern einerseits die Fähigkeit, Ergebnisse sowie Zusammenhänge von Prozessen auf die Realität/Natur zu übertragen und anzuwenden. Andererseits machen sie die Schüler auf Gefahren eines Transfers aufmerksam. „Experimente verhelfen dem Schüler zur Erkenntnis, dass bestimmte Ergebnisse nicht ohne weiteres auf andere Räume übertragen werden dürfen“ (NIEMZ 1979, S. 158). Es müssen immer die Bedingungen berücksichtigt werden, unter denen der Prozess hervorgerufen wurde bzw. natürlich abläuft.

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^{. .} DENKLEISTUNGEN

Die Durchführung eines Experiments „beinhaltet ein ständiges Nacheinander und Miteinander von gedanklichen Auseinandersetzungen […] mit den Versuchsobjekten“ (ESCHENHAGEN/KATTMANN/RODI 1985, S. 208). Experimente fördern die Denkleistungen der Schüler vor allem in Bezug auf Problemlösung, Kreativität, Schlussfolgerung, Vernetzung und Abstraktion (vgl. NIEMZ 1979, S. 159). Die Schüler müssen problemlösend und kreativ denken, um eine Fragestellung zu entwickeln und Experimentanordnungen zu entwerfen oder gegebenenfalls zu verändern. Bei der Ergebnisinterpretation wird schlussfolgerndes und durch die Suche von Zusammenhängen vernetztes Denken gefördert. Da das Experiment den natürlichen Vorgang nur modellhaft und vereinfacht darstellt, wird bei den Schülern die Abstraktionsfähigkeit geschult. Abstrahierendes Denken ist ebenfalls notwendig, um aus den Experimentergebnissen allgemeingültige Gesetze zu formulieren.

Zu diesem Kapitel muss abschließend erwähnt werden, dass mit dem Einsatz von Unterrichtsexperimenten auch in den Rahmenplänen verankerte Ziele zur Erprobung wissenschaftlicher Arbeitsweisen verfolgt werden. In der Sekundarstufe I soll eine Entwicklung „grundlegender methodischer Verfahren, Arbeitsschritte und -techniken zur Erarbeitung historischer, geographischer und politischer Frage- und Problemstellungen“ (DER SENATOR FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT 2003, S. 7) stattfinden. In der Sekundarstufe II wird gefordert wissenschaftlich-erkenntnistheoretische Kompetenzen und damit die Fähigkeit zu fördern, unterschiedliche Erkenntnisweisen der Naturwissenschaften kennen zu lernen und deren Methoden zu reflektieren (vgl. DER SENATOR FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT 2001, S. 7). Außerdem soll der Geographieunterricht den „didaktischen Leitlinien der Problem-, Handlungs- und Wissen-schaftsorientierung“ (DER SENATOR FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT 2001, S. 18) folgen und seine Methoden und Inhalte unter „Aspekten der Wissenschaftspropädeutik und der Förderung der Studierfähigkeit“ (DER SENATOR FÜR BILDUNG ^UND WISSENSCHAFT 2001, S. 18) erarbeitet werden.

2.3 Integration in den Unterricht

Es gibt keine Grundregel für den richtigen didaktischen Einsatzort eines Experiments, da dieser stets vom verfolgten Ziel und Thema abhängt (vgl. RINSCHEDE 2003, S. 278).

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Es haben sich jedoch Tendenzen entwickelt, welche die eine oder andere der im Folgenden genannten Varianten als mehr oder weniger sinnvoll und geeignet beurteilen.

EINSTIEG

Einstiegsexperimente werden meistens vom Lehrer als Demonstrationsexperimente durchgeführt und dienen hauptsächlich der Motivation der Schüler. Sie sollen Neugier und Interesse wecken sowie zu einer Frage- und Problemstellung führen, indem sie ein Phänomen zeigen oder einen Widerspruch zum bisher Gelernten aufdecken. Das Einstiegsexperiment dient damit nur als Ausgangspunkt für die Erarbeitung eines Themas. Weitere Kennzeichen des Einstiegsexperiments sind meistens eine kurze Dauer und ein sehr einfacher Aufbau (vgl. RINSCHEDE 2003, S. 278). Die Wertschätzung des Experiments als Einleitung der Motivationsphase und als Einstieg in eine neue Fragestellung ist sehr gering. Die Schüler haben selten die Möglichkeit, selbst tätig zu sein (vgl. MEYER 2000, S. 311) und ihnen muss vor der Durchführung oft vieles erklärt werden. Das Niveau des Einstiegsexperiments und damit auch seine motivationsauslösende Wirkung sind niedrig (vgl. WILHELMI 2000, S. 5). Das Experiment kann seine Motivationskraft eben so gut oder besser entfalten, wenn es im Verlauf einer längeren Unterrichtseinheit eingesetzt wird, in der eine Motivationsverstärkung nötig ist (vgl. NIEMZ 1979, S. 160).

ERARBEITUNG

„Die eigentliche Stärke des Experimentierens ist die Lösung einer erkannten Problemstellung, weshalb das Experiment am besten im Zentrum der Erarbeitungsphase angesiedelt ist“ (KESTLER 2002, S. 186). Gemeinsam von Lehrer und Schülern entwickelte Fragen und Hypothesen werden mit Hilfe eines Experiments auf ihre Richtigkeit überprüft. Obwohl die Lenkung vom Lehrers noch stark ist, haben die Schüler die Möglichkeit, sich an der Planung, Durchführung und Auswertung des Experiments aktiv zu beteiligen (vgl. MEYER 2000, S. 322). Das Experiment als Mittel zur Erarbeitung eines Vorgangs hat eine motivationsverstärkende Wirkung.

ERGEBNISSICHERUNG

Kontroll- bzw. Wiederholungsexperimente sollen einen schon erarbeiteten und damit bekannten Sachverhalt bestätigen bzw. bei den Schülern vertiefen. Das Experiment als Sicherung ist wenig sinnvoll, weil ein Sachverhalt zunächst mühevoll theoretisch mit den Schülern erarbeitet und schließlich durch die Veranschau-

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lichung durch das Experiment nur bekräftigt wird. An diesem Ort sollte das Experiment nicht eingesetzt werden, da es durch die Darstellung bereits bekannter Zusammenhänge „unter Wert verkauft“ werden würde (vgl. SCHMIDTKE 1995, S. 17).

HEIMEXPERIMENT

Ungefährliche und unkomplizierte Experimente können von den Schülern als Hausaufgabe durchgeführt werden (vgl. RINSCHEDE 2003, S. 279). Die Durchführung eines Heimexperiments sollte grundsätzlich mit einer Aufgabe verbunden sein, welche die Beobachtungsergebnisse der Schüler festhält. Hierzu kann ein schriftliches Protokoll oder auch eine Zeichnung dienen. Ein Heimexperiment erfüllt die Aufgabe der Unterrichtsvorbereitung und bedeutet Zeitersparnis, weil in der folgenden Stunde direkt mit der Auswertung der Ergebnisse begonnen werden kann. Im Unterricht müssen anschließend die Interpretation und der Transfer der Ergebnisse stattfinden, damit das Experiment seine vollständigen didaktischen Funktionen erfüllen kann (vgl. RINSCHEDE 2003, S. 279) (siehe 2.2).

ÖFFNUNG DES UNTERRICHTS (als eigene Ergänzung)

Im Verlauf der Arbeit hat sich gezeigt, dass ein Lernzirkel eine effektive sowie ökonomische Variante des Unterrichtsexperiments darstellen kann. An einer oder mehreren Stationen des Lernzirkels können Experimente integriert oder als Modifizierung ein Experimentierzirkel entwickelt werden, in dem (eventuell an Pflicht- und Wahlstationen) ausschließlich Experimente zu einem übergeordneten Thema durchgeführt werden. Da in einem Lern- und Experimentierzirkel nur wenige Schüler/Gruppen an der gleichen Station arbeiten, kann der Materialaufwand stark verringert werden. Für die Auswertung ist denkbar, dass je eine Schülergruppe die Ergebnisse eines Experiments und eventuell Ansätze zu deren Interpretation und Transfer in geeigneter Form (Folien, Plakat Tafel, etc.) präsentiert. Abweichende Ergebnisse anderer Gruppen können im Anschluss an die Präsentation jeder Station diskutiert werden. Anschließend muss zu jedem Experiment eine gemeinsame Interpretation gefunden und eine gruppenübergreifende gezogen werden. Nach der Auswertung aller Experimente sollten diese, soweit es möglich und sinnvoll ist, miteinander in Beziehung gesetzt werden.

Nach der allgemeinen Darstellung der Unterrichtsmethode, soll im Folgenden die besondere Stellung des Experiments im Geographieunterricht erörtert werden.

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3. Das Experiment im Geographieunterricht

Geographie wird selten mit dem Einsatz von Experimenten in Verbindung gebracht. Dies kann hauptsächlich auf folgende Ursachen zurückgeführt werden: Das geographische Unterrichtsexperiment entspricht oft weder den allgemeingültigen Kriterien eines Forschungsexperiments noch dem vereinfachten Verlauf eines Unterrichtsexperiments (vgl. LETHMATE 2003, S. 42) (siehe 2.1.3). Obwohl seine Effektivität anerkannt ist und es von den Schülern gewünscht wird, konnte sich das Experiment bisher nicht im Geographieunterricht durchsetzen (HEMMER/HEMMER 1997, S. 73 f.).

Im Folgenden wird zunächst das geographiedidaktische Verständnis eines Unterrichtsexperiments erörtert. Anschließend werden Ursachen für den seltenen Einsatz von Experimenten im Geographieunterricht dargestellt, aus denen schließlich Folgerungen dafür abgeleitet werden, wie durchsetzungsfähige Experimente für den Geographieunterricht arrangiert werden müssten.

3.1 Das geographische Unterrichtsexperiment

Nach Lethmate (2003, S. 42) entsprechen Experimente mit geographischen Inhalt nicht der Definition des Experiment-Begriffs. Da es sich wie in 2.1.1 und 2.1.3 dargestellt bei allen Unterrichtsexperimenten um eine vereinfachte Form des Forschungsexperiments handelt, ist dies allein nicht als Besonderheit hervorzuheben. LETHMATE (2003, S. 42) führt weiter aus, dass ein Vergleich der Experiment-Definitionen in der Biologie und Geographiedidaktik „ […] eine Schwäche im geographiedidaktischen Verständnis von Experimenten“ (LETHMATE 2003, S. 42) aufzeigt.

Betrachtet man die Definition eines geographischen Unterrichtsexperiments von BREITBACH (1990, S. 29), ist festzustellen, dass diese tatsächlich vom naturwissenschaftlichen Unterrichtsexperiment differenziert werden muss (siehe 2.1.1; 2.1.3): „Ein Experiment ist ein Verfahren zur überprüfbaren Ermittlung von Einsichten in einen geographisch relevanten, regelhaften und (meist auf Naturphänomene bezogenen) naturgesetzlichen Vorgang. Dieser wird zunächst isoliert, künstlich an einem Modell oder geeigneten Objekt erzeugt, dann beobachtet und anschließend erklärt.“

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In dieser Definition für ein geographisches Unterrichtsexperiment wird der Bezug auf geographisch relevante Vorgänge besonders betont. Es fällt auf, dass zwar die Isolation, die Beobachtung und die Interpretation in der Definition aufgeführt wird, jedoch das für ein naturwissenschaftliches Unterrichtsexperiment geltende Kriterium der Variation von Bedingungen nicht genannt wird. LETHMATE (2003, S. 42) stellt fest, dass dies für sämtliche geographiedidaktische Definitionen des Unterrichtsexperiments gilt. In der aufgeführten Definition des geographischen Unterrichtsexperiments von BREITBACH fehlt ebenfalls das Kriterium der Wiederholbarkeit bzw. des Kontrollexperiments. Laut LETHMATE (2003, S. 42) wird dieses Kriterium bis auf eine einzige Ausnahme in anderen geographiedidaktischen Definitionen ebenfalls nur beiläufig erwähnt (vgl. LETHMATE 2003, S. 42). Auch SALZMANN (1981, S. 18) begrenzt die Funktionen des geographischen Unterrichtsexperiments auf die Klärung einer Fragestellung, die Steigerung der Motivation und die Veranschaulichung eines (meist ökologisch- oder physio-) geographischen Prozesses sowie der Erleichterung dessen Verständnisses. Das geographische Unterrichtsexperiment lässt sich demnach nicht nur als vereinfachtes Forschungsexperiment, sondern zusätzlich als reduzierte Form des naturwissenschaftlichen Verständnisses eines Unterrichtsexperiments definieren.

Würde man der Forderung nach Wissenschaftsorientierung (siehe 2.2) nachkommen, dürften Experimente, welche den Kriterien des Forschungsexperiments nicht genügen nicht im Unterricht eingesetzt werden (vgl. OTTO 2003, S. 6). Für Experimente, welche nicht der bereits vom Forschungsexperiment reduzierten, naturwissenschaftlichen Definition des Unterrichtsexperiments entsprechen (siehe 2.1.1; 2.1.3), müsste dies demnach ebenfalls gelten, was dazu führen würde, dass die Angebotsvielfalt an geographischen Unterrichtsexperimenten stark reduziert wird.

OTTO (2003, S. 6) kann sich dieser Argumentation nicht anschließen: „Um Neugierdeverhalten, Kreativität und Denkvermögen bei Schülern im Geographieunterricht zu entfalten und Methodenkompetenz aufzubauen, sollten alle Möglichkeiten ausgeschöpft werden, d.h. sowohl vorexperimentelle als auch wissenschaftsorientierte Experimente auf höchstem Anspruchsniveau.“ Demnach ist es notwendig, thematisch relevante, motivierende, veranschaulichende und die Selbsttätigkeit fördernde Unterrichtsexperimente, unabhängig davon, ob sie der wissenschaftlichen Definition entsprechen oder den naturwissenschaftlichen Anspruch an ein Unterrichtsexperiment erfüllen, im Geographieunterricht zu integrieren.

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3.2 Probleme des Experimenteinsatzes

Die Effektivität von Experimenten und ihre vielen Vorteile für den Geographieunterricht sind heute weitgehend anerkannt (vgl. SCHMIDTKE 1995, S. 12) und es gibt eine Vielzahl an Vorschlägen und Anleitungen für mögliche Experimente. Die Studie von HEMMER/HEMMER (1997, S. 73 f.) zeigt, dass das Experiment bei Schülern die beliebteste Unterrichtsmethode ist. Sie bringt jedoch auch die Gewissheit, dass Experimente nach wie vor bei der Einsatzhäufigkeit von Methoden im Geographieunterricht den vorletzten Platz einnehmen (vgl. HEMMER/HEMMER 1997, S. 73 f.).

„Vergleicht man die Interessen von Schülerinnen und Schülern an einzelnen Arbeitsweisen des Geographieunterrichts mit deren Einsatzhäufigkeit, so zeigt sich ein nahezu diametrales Bild“ (HEMMER/HEMMER 1999, S. 57). Dieses Bild zeichnet sich dadurch aus, dass Experimente selten als Unterrichtsmethode im Geographieunterricht eingesetzt werden, obwohl sie von Lehrern verbreitet bejaht und von Schülern gefordert werden. Gründe dieses Gegensatzes von gewünschten und tatsächlich eingesetzten Methoden im Geographieunterricht sind hauptsächlich in der Schul- und Unterrichtsrealität zu suchen. Viele Lehrer argumentieren, dass in ihrer Schule keine experimentierförderlichen Verhältnisse vorherrschen (vgl. SCHMIDTKE 1995, S. 12).

SCHMIDTKE (1995, S. 11 f.) stellt die folgenden Problembereiche dar, welche einen Experimenteinsatz oftmals verhindern:

MATERIALAUFWAND

Für Experimente sind viele verschiedene Materialien, teilweise anspruchsvolle sowie teure und schwer zu beschaffende Geräte und die Nutzung speziell ausgestatteter Räumlichkeiten erforderlich.

ZEITAUFWAND

Neben der zeitaufwendigen Vorbereitung ist für die Durchführung vieler Experimente wesentlich mehr Zeit erforderlich, als dem Fach Geographie in der Schulrealität zugeteilt wird: „Gemessen an der Elle der Unterrichtsrealität, steht im allgemeinen nur eine Unterrichtsstunde zur Verfügung“ (SCHMIDTKE 1995, S. 18). Durch die Stofffülle im Lehrplan entsteht oft die Befürchtung, der Unterrichtsverlauf könnte unterbrochen bzw. verlangsamt, nicht alle vorgegeben Themen bearbeitet und unnötig Zeit investiert werden ohne einen Erkenntnisgewinn zu erzielen.

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Experimente im Geographieunterricht

^{. .} TECHNISCHES VERSTÄNDNIS

Die benötigten Geräte und Materialien (Behälter, Chemikalie, etc.) stammen oft aus den Laboren der Chemie oder Physik und sind für nicht naturwissenschaftlich ausgebildete Geographielehrer häufig zu kompliziert zu handhaben und deshalb nicht einsetzbar.

REPRÄSENTATIVITÄT UND TRANSFER

Einige Lehrer fühlen sich überfordert, wenn sie das Experiment, also die reduzierte Realität, auf die Wirklichkeit übertragen sollen. Experimente sind manchmal nicht oder nur bedingt auf die Realität übertragbar und besitzen damit keine oder wenig Aussagekraft. Die Erkennung fehlender sowie die Beurteilung begrenzter Repräsentativität und der Umgang mit dieser stellt oftmals ein Problem dar.

3.3 Forderungen an geographische Unterrichtsexperimente

Obwohl bereits eine große Zahl konkreter Experimentanleitungen zur Verfügung steht, führen die dargestellten Probleme oft dazu, dass Geographielehrer Abstand vom Experimenteinsatz nehmen. Ein Grund dafür könnte sein, dass die vorliegenden Unterrichtsexperimente den aufgezeigten Problemen noch nicht ausreichend entgegen wirken. Um überprüfen zu können, in wieweit die für den Geographieunterricht vorgeschlagenen Experimente den aufgezeigten Schwierigkeiten wirklich vorbeugen können, müssen konkrete Forderungen an sie gestellt werden. Nur so können dem Experiment mehr Einsatzmöglichkeiten im Geographieunterricht verschafft werden (vgl. SCHMIDTKE 1995, S. 19).

Für die Anforderungen, die an ein Experiment gestellt werden müssen, ergeben sich aus den in 3.2 dargestellten Problembereichen drei übergeordnete Leitlinien: problemlos, zeitökonomisch, materialsparsam (vgl. SCHMIDTKE 1995, S. 19). Jeder der im Folgenden aufgestellten Anforderungen an ein geographisches Unterrichtsexperiment kann mindestens einer der genannten Zielsetzungen zugeordnet werden:

Die benötigten Materialien und Hilfsmittel sollten Alltagsmaterialien sein:

- in größerer Zahl einfach und kostengünstig zu beschaffen

- auch für nicht naturwissenschaftlich ausgebildete Geographielehrer einfach zu handhaben

- ohne Gefahr und Umstände im Klassenraum einsetzbar

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Der Experimentaufbau und die Experimentdurchführung sollten ohne besonderes Geschick zu handhaben sein.

Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung eines Experiments sollten problemlos in eine Geographiestunde von 45 Minuten integriert werden können.

Experimentanleitungen sollten eindeutig und nachvollziehbar gestaltet sein, damit die Schüler das Experiment selbstständig erfolgreich durchführen können.

Die Übertragbarkeit auf die Natur der Ergebnisse muss gewährleistet sein. Ist die Repräsentativität nur eingeschränkt oder nicht vorhanden, muss eine geeignete Umgangsform gefunden bzw. auf das Experiment verzichtet werden.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Grundregel für einen problemlosen Experimenteinsatz im Geographieunterricht durch einen Begriff beschrieben werden kann: „Wenn der Lehrer aus Gründen der Unterrichtsökonomie fragt, ob der Aufwand die Mühe lohnt, ist für das Experiment in der Regel schon das 'Aus' gekommen. Das Schlüsselwort des Anforderungskataloges heißt daher 'Einfachheit'“ (SCHMIDTKE 1995, S. 19).

Die aufgeführten Anforderungen können nur durch eine kritische Betrachtung des Experiments durch den Lehrer umgesetzt werden. Im Kapitel 4. werden auf den genannten Forderungen basierende Bewertungskriterien entwickelt, welche anschließend durch ihre Anwendung verdeutlicht werden und damit als Vorlage für eine kritische Analyse dienen.

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4. Analyse geographischer Unterrichts-

experimente

Um beurteilen zu können, ob ein Experiment die Anforderung der Einfachheit erfüllt und sich problemlos in die Schulrealität und in den Alltag des Geographieunterrichts integrieren lässt, werden konkrete Bewertungskriterien benötigt. Aus den in 3.3 aufgestellten Anforderungen wird im Folgenden ein Kriterienkatalog entwickelt, welcher als Hilfestellung für die Bewertung von einfachen geographischen Experimenten dienen soll. Anschließend werden Beispiele einfacher Experimente für den Geographieunterricht dargestellt und mit Hilfe der Kriterien als unterrichtsgeeignet oder -ungeeignet bewertet.

Die Analysen und Darstellungen der Beispielexperimente (siehe 4.1) haben folgende Funktionen:

Sie liefern Vorlagen und Materialien für unterrichtstaugliche Experimente, welche direkt im Geographieunterricht eingesetzt werden können. Sie bieten einen Orientierungsrahmen für eine begründete Auswahl weiterer einfacher Experimente

4.1 Kriterienkatalog

Die Basis für die einzelnen Kriterienkategorien bilden einerseits die in Kapitel 2. erläuterten Grundlagen zur allgemeinen Funktion des Experiments als Unterrichtsmethode Experiment. Andererseits leiten sich viele Kriterien von den aus den möglichen Schwierigkeiten aufgestellten Forderungen (siehe 3.2, 3.2) an ein unterrichtstaugliches geographisches Experiment ab.

Die Kriterien werden in fünf Kategorien K bis K gefasst, welche schließlich den Orientierungsrahmen für die Analyse der Unterrichtsexperimente bilden.

K: Lehrplanbezug

Das Experiment muss einen geographisch relevanten Sachverhalt oder Vorgang veranschaulichen, welcher für die jeweilige Klassenstufe einen Bezug zum Lehrplan der Freien Hansestadt Bremen aufweist. Als Quellen dienen der Entwurf des Rahmenplans

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für die Sekundarstufe I (Sek.I) für Welt/Umwelt/Gesellschaft (WUK-Unterricht) (DER SENATOR FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT 2003) und der Rahmenplan für die Sekundarstufe II/gymnasiale Oberstufe (Sek.II) (DER SENATOR FÜR BILDUNG ^UND WISSENSCHAFT 2001) für das Fach Geographie.

K: Realitätsbezug und Aussagekraft (siehe 3.2; 3.3)

Es muss eine Übertragung des Experiments und seiner Ergebnisse auf die Realität möglich sein, damit sich bei den Schülern keine falschen Vorstellungen von den veranschaulichten Vorgängen einprägen. Ist keine absolute oder gar keine Repräsentativität vorhanden, muss entweder eine Form gefunden werden, welche falsche Vorstellungen bei den Schülern verhindert oder ganz auf das Experiment verzichtet werden. Außerdem muss gesichert sein, dass das Experiment Aussagekraft besitzt und einen Erkenntnisgewinn bei den Schülern erzielt. Die Ergebnisse des Experiments müssen das Verständnis des jeweiligen Vorgangs oder mit ihm in Verbindung stehender Prozesse bei den Schülern erleichtern und somit den Erkenntnisprozess im Unterrichtsverlauf vorantreiben.

K: Fragestellung und Anschauung (siehe 3.1)

Ein wichtiges Kriterium, welches auch für ein geographisches Unterrichtsexperiment als reduzierte Form des naturwissenschaftlichen Unterrichtsexperiments gelten muss, ist der Bezug zu einer konkreten Fragestellung.

Das Experiment muss ausreichend Anschauungskraft besitzen und damit den zu veranschaulichenden Vorgang in der Weise optisch darstellen, dass es zu dessen Klärung führen bzw. beitragen kann.

K: Form (siehe 2.1.2)

Solange keine zwingenden Gründe vorliegen, die den Einsatz eines Demonstrationsexperiments rechtfertigen (Gefahren, Materialmangel, etc.), muss das Experiment auf Grund der Selbsttätigkeit immer als Schülerexperiment durchgeführt werden. Zur Förderung der Teamfähigkeit sollen die Schüler das Experiment immer in Partner- oder Gruppenarbeit durchführen.

Um den Organisationsaufwand so gering wie möglich zu halten, müssen die Experimente im Klassenraum durchführbar sein.

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Damit der Zeitaufwand möglichst gering ist, können nur Kurzzeitexperimente durchgeführt werden, deren Aufbau, Durchführung, Interpretation und Transfer in den Verlauf einer Unterrichtsstunde von 45 Minuten integriert werden können.

K: Materialien und Durchführung (siehe 3.2; 3.3)

Die Materialien, die für die Durchführung des Experiments benötigt werden, müssen Alltagsmaterialien sein und damit einerseits in größeren Mengen schnell, einfach und kostengünstig zu beschaffen und andererseits von Schülern und Lehrer ohne Laborerfahrung und -ausstattung zu handhaben sein.

Als Voraussetzung für ein eindeutiges Ergebnis müssen ein einfacher Aufbau sowie reibungsloser Verlauf des Experiments gewährleistet werden können.

Bei der Bewertung der Experimente nach dem Kriterienkatalog müssen nicht immer alle Kriterien auf ein Experiment zutreffen. Erfüllt ein Experiment ein Kriterium oder mehrere Kriterien nur teilweise, können Änderungen oder ergänzende Hinweise oder Erklärungen seine Durchführung trotzdem berechtigen, solange Anschauung, Schüleraktivität und Motivation gewährleistet sind. Kann ein Kriterium nicht erfüllt werden oder genügt das Experiment mehreren Kriterien nicht, sollte von seinem Einsatz abgesehen werden.

Im Folgenden sollen die entwickelten Kriterien für die Bewertung eines geographisches Unterrichtsexperiments an Beispielen angewendet und damit verdeutlich werden.

4.2 Bewertung von Experimenten

Die Kriterien K bis K (siehe 4.1) bilden die Grundlage für die Analyse der Experimente hinsichtlich ihrer Einfachheit und Unterrichtstauglichkeit. Im Folgenden sollen Experimentvorschläge beurteilt werden, wie sie in der geographiedidaktischen Literatur zu finden sind.

Es wurde schnell deutlich, dass eine Einteilung der Experimente in „gut“ oder „schlecht“ nicht ausreicht und es notwendig ist, eine dritte Kategorie als Übergang zu bilden. Aus diesem Grund entstand zwischen den Einteilungen in „Experimente, die gelingen“ und „Experimente - zum Scheitern verurteilt“ die Kategorie „Experimente mit Schönheitsfehlern“. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden die Experimente innerhalb dieser drei Kapitel nochmals thematisch geordnet.

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Dass die Experimente ausschließlich dem Bereich der Physio- und Umweltgeographie zuzuordnen sind, soll humangeographische Themen im Unterricht keinesfalls abwerten oder zurückdrängen. Diese Beschränkung begründet sich darin, dass für die Humangeographie keine Experimentvorschläge gefunden werden konnten. Es wurde bewusst darauf verzichtet, Möglichkeiten zur Integration der Experimente in den Unterricht aufzuzeigen, da diese in Abhängigkeit der jeweiligen Zielsetzungen vielfältig gestaltet werden können. Nach eigener Einschätzung eignen sich die Experimente besonders zum Einsatz in der Sek.I, weshalb die neu gestalteten Arbeitsblätter (siehe Anhang) für diese Jahrgangsstufen gestaltet wurden. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass sich einige Experimente auch zur Veranschaulichung geographischer Prozesse in der Sek.II eignen. In welcher Klassenstufe, innerhalb welchen Themas, mit welcher Zielsetzung und an welchem didaktischen Ort das Experiment eingesetzt wird, bleibt die Entscheidung des unterrichtenden Lehrers.

Die originalen Arbeitsblätter und Anleitungen zu den bewerteten Experimenten sowie Zusatzinformationen zu deren Durchführung und fachlichen Hintergründen sind im Anhang zu finden. Wenn durch Veränderungen im Experimentverlauf ein Einsatz der originalen Schülerarbeitsbögen nicht mehr sinnvoll ist oder keine Arbeitsblätter zum Experiment existieren, werden zusätzlich neue Arbeitsblätter gestaltet und ebenfalls im Anhang zum jeweiligen Experiment zur Verfügung gestellt.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird jedes Kriterium im Rahmen der Bewertung eines Experiments mit Hilfe der folgenden Symbole gekennzeichnet:

- : erfüllte Kriterien

- : durch kleine Änderungen oder zum Teil erfüllte Kriterien

- : nicht erfüllte Kriterien

4.2.1 Experimente, die gelingen

In diesem Kapitel finden sich einfache geographische Experimente wieder, welche insgesamt als gelungen und unterrichtsgeeignet beurteilt werden können. Sie erfüllen fast immer alle Kriterien und sind dadurch einfach im Unterricht umzusetzen, sowie leicht in den Schulalltag zu integrieren. Kleine Mängel sind ohne großen Aufwand durch Veränderungen oder Ergänzungen zu beheben und fallen somit nicht ins Gewicht.

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4.2.1.1 Wasser

Die Eigenschaften von kaltem und warmem Wasser bzw. Salz- und Süßwasser können in Verbindung mit dem „Wasserkreislauf“ im WUK-Unterricht der 5. und 6. Klasse thematisiert werden. In der Hauptschule wird in der 7. Klasse das Thema „Weltmeere und Wasserkreislauf“ behandelt. Im Lehrplan der Realschule und des Gymnasiums sind in der 7. und 8. Klasse im Rahmen des Themenkomplexes „Strukturen und Rhythmen der Erde“ die Themen „Flusssysteme“ und „Meeresströmungen“ zu finden, innerhalb derer die Dichteanomalie des Wassers oder Eigenschaften von Süß- und Salzwasser aufgegriffen werden können.

In der Sek.II werden im Jahrgang 11 im Rahmen des Themenbereichs „Naturgeographische und geoökologische Strukturen und Prozesse“ ausgewählte Ökosysteme wie z.B. „Fluss“, „Meer“ oder „See“ im Geographieunterricht behandelt. An dieser Stelle können die Dichteanomalie des Wassers oder die Eigenschaften von Meer- und Süßwasser z.B. unter den Aspekten der Meeresströmungen, Temperaturschichtungen in stehenden Gewässern oder Flussmündungen erarbeitet werden.

zu K: Realitätsbezug und Aussagekraft

Mit dem Experiment werden die Dichteanomalie des Wassers bzw. Dichteunterschiede von Salz- und Süßwasser realitätsnah verdeutlicht. Die Eigenschaften des Wassers werden unter Ausschluss jeglicher beeinflussender Faktoren dargestellt, so dass beim anschließenden Transfer auf natürliche Vorgänge in Gewässern die natürlichen Bedingungen und Einflussfaktoren erläutert werden müssen.

Die Aussagekraft des Experiments ist groß, wenn im Anschluss ein Transfer auf die Realität stattfindet. Durch die Veranschaulichung der Wassereigenschaften kann das Verständnis der Schüler von Vorgängen wie Temperaturschichtungen in Seen, Meeresströmungen oder Mündungen von Flüssen in Gewässern erleichtert werden.

zu K: Fragestellung und Anschauung

Das Experiment kann unter den folgenden Fragestellungen durchgeführt werden: „Mischt sich kaltes und warmes Wasser?“ oder „Wie verhalten sich kaltes und warmes Wasser bei ihrer Mischung?“. Die Schüler können vor dem Experiment Vermutungen über das Verhalten des Wassers aufstellen.

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Das Experiment kann in derselben Form mit salzhaltigem und salzfreiem Wasser durchgeführt werden, um die Dichteunterschiede von Salz- und Süßwasser zu veranschaulichen. Hier müssen die Fragestellungen lauten: „Mischen sich Salz- und Süßwasser?“ oder „Wie verhalten sich Salz- und Süßwasser bei ihrer Mischung?“. Die Anschauungskraft des Experiments ist groß, weil es Eigenschaften von verschieden temperiertem bzw. salzhaltigem Wasser darstellt, welche für viele Vorgänge in Gewässern und Meeren bedeutend aber unter natürlichen Bedingungen selten sichtbar sind.

zu K: Form

Das Experiment kann von Schülern eigenverantwortlich mit einem Partner oder in einer Gruppe durchgeführt werden. Die Durchführung im Klassenraum ist ebenfalls möglich. Das Experiment ist problemlos in den Verlauf einer Unterrichtsstunde zu integrieren, da es nur ca. 15-20 Minuten in Anspruch nimmt. Es bleibt genug Raum, um das Experiment gemeinsam mit den Schülern auszuwerten und zu interpretieren.

Die für das Experiment benötigten Materialien (Einweckgläser, Filmdosen, Kieselsteine und Tinte) sind leicht und ohne großen finanziellen Aufwand zu beschaffende sowie einfach zu handhabende Alltagsmaterialien. Um eine deutlichere Färbung zu erzielen, sollte anstelle der Tinte im Supermarkt erhältliche Lebensmittelfarbe eingesetzt werden. Das Wasser kann mit Hilfe eines Wasserkochers vom Lehrer erwärmt werden. Die Eiswürfel können in einer Kühltasche mit in den Unterricht transportiert werden. Wird das Experiment mit Salz- und Süßwasser durchgeführt, wird statt des warmen Wassers Salzwasser eingesetzt. Für die Herstellung der Salzlösung sollte das Wasser erwärmt werden. Vor Experimentbeginn muss dieses wieder abkühlen, damit das Ergebnis durch das unterschiedlich temperierte Wasser nicht verfälscht wird. Um Zeit zu sparen, kann die Salzlösung vom Lehrer zu Hause vorbereitet werden. Bei der Zubereitung im Unterricht muss der Lehrer die Wassererwärmung mit Hilfe eines Wasserkochers übernehmen, damit für die Schüler keine Verbrühungsgefahr entsteht.

FAZIT:

Es handelt sich um ein einfaches geographisches Experiment, welches mit entsprechendem Transfer allen Kriterien gerecht wird und damit einfach im Unterricht umzusetzen ist.

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Auf Grund der kleinen Änderungen und weil für das Experiment zu den Eigenschaften von Süß- und Salzwasser kein Arbeitsblatt existiert wurden neue Schülerarbeitsbögen entworfen (siehe Anhang).

4.2.1.2 Luft

In der Sek.I wird in den Klassen 7 und 8 der Realschule und des Gymnasiums das Thema „Luft und seine Eigenschaften“ im Rahmen des Themenkomplexes „Strukturen und Rhythmen der Erde“ „Astronomische, atmosphärische und klimatische Phänomene“ im Geographieunterricht aufgegriffen.

In der Sek.II werden „Atmosphärische Prozesse“ innerhalb des Themas „Grundfragen und Arbeitsweisen der Geographie I: Physisch geographische Grundlagen des Lebens auf der Erde“ thematisiert.

K: Realitätsbezug und Aussagekraft

Die aus den Experimenten abgeleitete Erkenntnis, dass Luft einen Raum in Anspruch nimmt, entspricht der sonst nicht sichtbaren Realität und ist repräsentativ. Da den Schülern die Luft sichtbar gemacht wird, können sie im folgenden Unterricht Phänomene und Vorgänge, die mit dessen physikalischen Eigenschaften zusammen hängen, besser verstehen. Die Experimente haben somit eine bedeutende Aussagekraft.

zu K: Fragestellung und Anschauung

Alle Experimente dieser Reihe können unter der qualitativen Fragestellung: „Nimmt Luft einen Raum ein?“ durchgeführt werden.

Die Experimente haben große Anschauungskraft, weil sie der Veranschaulichung des unsichtbaren Volumens Luft dienen.

zu K: Form

Die Experimente können problemlos von den Schülern und innerhalb des Klassenraumes durchgeführt werden. Es empfiehlt sich, die Experimente im Rahmen eines Experimentierzirkels zum Thema „Luft“ aufzubauen und somit die Zahl der schwer zu beschaffenden Glasgefäße zu reduzieren (siehe K).

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