Entdeckendes Lernen - Experimente im Geographieunterricht

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Definitionen und Klassifikationen

3 Didaktischer Hintergrund

4 Positive Effekte von Experimenten im Erdkundeunterricht

5 Experimente in der Unterrichtspraxis

6 Fazit

Literaturverzeichnis

1 Einleitung

I hear and I forget,

I see and I remember,

I do and I understand.

(Chinesisches Sprichwort)

Experimente werden im Erdkundeunterricht nicht häufig oder gar nicht eingesetzt, dabei ist der Einsatz von Experimenten als Lernmethode in anderen Fächern mit naturwissenschaftlichen Inhalten wie Biologie oder Physik eine gängige Methode. Es stellt sich die Frage warum dies so ist und ob Experimente im Erdkundeunterricht einsetzbar sind.

Zuerst wird der Begriff Experiment definiert und klassifiziert werden, um die Fachterminologie zu klären. Des Weiteren werden die Bedingungen für ein Experiment festgelegt und beschrieben in welchen Phasen es idealerweise ablaufen sollte. Da die Schüler beim Experimentieren durch Handeln, Beobachten und Entdecken die Lösung eines Problems oder den Ablauf von Prozessen lernen, wird diese Form des Lernens kurz erläutert werden, um einen didaktischen Hintergrund zu schaffen. Des Weiteren wird geklärt, ob und in welcher Form Experimente im Erdkundeunterricht einsetzbar sind. Hierzu werden die positiven Effekte von Experimenten im Unterricht beschrieben und auf welche Weise diese im Unterricht durchgeführt werden sollten, damit der gewünschte Lernerfolg erzielt wird. Auch Probleme und die Schwierigkeiten, die in der tatsächlichen Unterrichtssituation auftreten können werden beschrieben und mögliche Lösungsansätze präsentiert.

2 Definitionen und Klassifikationen

OTTO (2003: 3) definiert ein Experiment als „eine planmäßige, grundsätzlich wiederholbare Beobachtung von natürlichen und auch gesellschaftlichen Vorgängen unter künstlich hergestellten, möglichst veränderbaren Bedingungen“. Das Ziel eines Experiments ist es Regelmäßigkeiten und allgemeine Gesetzmäßigkeiten eines Phänomens oder Objekts abzuleiten indem man einzelne Faktoren und Bedingungen des Experiments isoliert, variiert und unterschiedlich miteinander kombiniert und so kontrollierbare Beobachtungen gewinnt. Ein Experiment ist wiederholbar und aufgrund der Erkenntnis durch die eigene Sinneswahrnehmung, der Beobachtung, der empirischen Erkenntnisgewinnung zuzuordnen. (OTTO 2003: 3)

Ein Experiment wird durch eine theoretische Vorannahme geleitet; durch die hypothetisch-deduktive Auffassung werden nur die Aspekte der Wirklichkeit erfasst, die wir aufgrund unserer eingeschränkten Wahrnehmungsfähigkeit überhaupt beachten. Die Vorannahmen bestimmen unsere potentiellen Erfahrungen (ESCHENHAGEN et al. 2001: 56). Nach ESCHENHAGEN et al. (2001) lassen sich Experimente in acht Unterkategorien untergliedern:

1. Das Unterrichtsexperiment hält eine Mittelstellung zwischen dem Forschungsexperiment und dem Tüfteln und Erproben.
2. Die Auswertung kann entweder unter qualitativen und quantitativen Aspekten vorgenommen werden.
3. Inhaltlich wird in der Geographie in die Bereiche Geologie, Geomorphologie, Klimageographie, Bodengeographie, Hydrogeographie, Umwelt/Geoökologie etc. unterschieden.
4. Wenn mehrere Experimente zeitgleich ablaufen bezeichnet man diese als Parallelexperimente.
5. Freihandexperimente werden mit Alltagsgegenständen ohne aufwändige Versuchsvorbereitungen.
6. Kurzzeitexperimente erstrecken sind weniger als eine Unterrichtsstunde. Langzeitexperimente über mehrer Stunden, Tage oder Wochen.
7. Außerdem wird zwischen Freiland- und Laborexperimenten unterschieden.
8. Das Gedankenexperiment ist eine mentale Durchführung ohne tatsächliche Realisierung.

Diese Klassifikationen lassen sich zu den drei folgenden Experimenten zuordnen. Das Einführende Experiment wird zur Einführung eines neuen Themas eingesetzt und wird in der Anfangsphase einer Unterrichtsreihe oder Stunde vom Lehrer oder den Schülern selbst durchgeführt. Schüler werden zum Nachdenken angeregt, Neugierde soll geweckt werden und es wird auf gewisse Phänomene aufmerksam gemacht, um eigene Hypothesen aufzustellen. Es kann als Einstieg für ein Entdeckendes Experiment benutzt werden. Dieses folgt idealerweise den Einzelschritten eines Forschungsexperimentes (siehe unten) wobei die Lehrperson bei einzelnen Schritten Hilfeleistungen geben kann, da vor allem vorbereitende Arbeiten im Unterricht nicht immer von den Schülern allein zu bewältigen sind. Das entdeckende Experiment ist der zentrale Bestandteil der Erarbeitungsphase eines Unterrichtsthemas. Es fördert die Selbstständigkeit und das Problemlösungspotential. Das folgende Bestätigende Experiment dient zu Bestätigung von Sachverhalten und zur Bekräftigung einer Erkenntnis. Es wird somit am Ende einer Unterrichtsreihe zur Wiederholung und Vertiefung durchgeführt. (OTTO 2003: 4)

Diese drei Experimentformen sollten den vier Phasen eines Forschungsexperimentes folgen. In der ersten Phase, der Planungs- und Gestaltungsphase, entwickeln Lehrer und Schüler gemeinsam eine Problemstellung, ein experimentelles Verfahren und formulieren die Hypothese . Der didaktische Schwerpunkt liegt hier im Unterrichtsexperiment auf der Problemstellung und dessen Formulierung, so wie auf der gedanklichen und materiellen Vorbereitung (BÄUML 1979: 59). In der Durchführungsphase, die in Partner- oder Gruppenarbeit erfolgt, werden Daten erhoben und protokolliert (OTTO 2003: 5). Die sensomotorische Durchführung und das Festhalten des Vorgangs sind hier didaktisch wichtig (BÄUML 1979: 59). Darauf folgt die Analyse- und Interpretationsphase. Die gesammelten Daten werden analysiert, auf ihre Gültigkeit überprüft, d.h. waren Rahmenbedingungen fehlerhaft und Verallgemeinerungen werden entwickelt. Die Ergebnisse werden mit der Problemstellung in Verbindung gesetzt und es wird über eventuelle Kontroll- und Folgeexperimente diskutiert. (OTTO 2003: 5) Die Deutung, Darstellung und letztendlich die gewonnene Erkenntnis und ihre Einfügung in einen größeren Zusammenhang sind wichtig in dieser Phase (BÄUML 1979: 59). In der Anwendungsphase sollen dann auf der Grundlage des vorangegangenen Experimentes neue Hypothesen aufgestellt werden und mögliche Transferprobleme und Anwendungsgebiete diskutiert werden (OTTO 2003: 5). Das ein Experiment im Unterricht diesen Phasen folgt ist für das Erlernen von wissenschaftlichen Arbeitsweisen und den didaktischen Erfolg unbedingt erforderlich.

3 Didaktischer Hintergrund

Das entdeckende Lernen beschreibt eine Lehr-/Lernmethode, d.h. der Lernende muss beim entdeckenden Lernen den Inhalt des zu lernenden Materials selbst, mit dem eigenen Verstand entdecken und in die kognitiven Strukturen einbauen, wobei die Lehrperson nur unterstützend eingreift. Hierbei ist die Ausprägung der Unterstützung variabel vom selbstentdeckenden Lernen bis hin zum gelenkten entdeckenden Lernen, wobei sich diese nach dem Selbstständigkeitsgrad der Schüler richtet. (WILDE 1981: 7-9) Beim Experimentieren lernen Schüler durch Entdecken, d.h. durch die eigenen Beobachtungen und Handlungen kann der Schüler einen Vorgang verstehen oder ein Problem lösen. Die didaktische Bedeutung des Experiments gründet sich anthropologisch darauf, dass der Mensch ein experimentierendes Wesen ist, welches als Subjekt die Welt als Gegenstand (Objekt) erforscht, um allgemeingültige Erkenntnis zu erlangen. Das Experiment stellt somit die Verbindung von der geistigen Ebene zur weltlichen durch die Beobachtungsfähigkeit her. (BÄUML 1979: 45) Nach PIAGET (1948: 80) ist spontanes Forschen und selbständiges Experimentieren notwendig für die natürliche geistige Entwicklung. Sie versuchen so aufgestellte Hypothesen zu widerlegen oder zu bestätigen. Der charakteristische Ablauf unseres Denkens stimmt also mit den Schritten eines Experiments überein (AEBLI 2003: 99). Das entdeckende Lernen bewirkt durch die Prozesse des Suchens, Findens und Lösens von Problemen aktiv den Erwerb von Wissen, Kenntnissen, Fertigkeiten und Fähigkeiten (SOOSTMEYER 1978: 180). Durch den hohen Eigenanteil des Lernenden - Aufstellen von Hypothesen, Durchführung, Beobachtung, Verifikation/Falsifikation der Hypothese, Auswertung - an der Erkenntnisgewinnung, ist der Lernprozess äußerst effektiv (WILHELMI 2000: 4). Beim Beobachten eines Vorgangs wird die komplexe Einheit in einzelne Bestandteile und Komponenten zerlegt. Dabei geht auf der einen Seite der Vorgang in die Vorstellung über und auf der anderen Seite werden die Beziehungen der Komponenten untereinander verstanden. (AEBLI 2003: 95) Hierbei ist der Vorgang der Assimilation nach PIAGET von zentraler Bedeutung. Bei der Assimilation wird eine neue Beobachtung an bereits bestehende kognitive Strukturen angepasst und kann somit verstanden werden. Die kognitive Struktur wird akkommodiert, d.h. wird um die neue Erkenntnis erweitert und dementsprechend verändert. (AEBLI 2003: 96ff) Beim Experimentieren wird also ein bestimmter Vorgang beobachtet bei dem den Schülern eine Teilkomponente bereits bekannt ist (bestehende kognitive Struktur) und eine andere erlernt werden soll (zu assimilierende Struktur). Durch das Verstehen der neuen Teilkomponente im Gesamtzusammenhang wird eine Erkenntnis gewonnen und das vorhandene Wissen erweitert sich (Akkommodation der kognitiven Struktur).

[...]