Eine methodisch binnendifferenzierende Unterrichtssequenz in der Realschule zur Einführung naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Theoretische Grundlagen
2.1 Pädagogisch- lerntheoretische Aspekte
2.1.1 Begriffsklärung zur inneren und äußeren Differenzierung
2.1.2 Methodische Binnendifferenzierung
2.2 Fachdidaktische Aspekte
2.2.1 Naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen
2.2.2 Möglichkeiten der Unterstützung von naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen
2.2.3 Kognitive Voraussetzungen der Schüler
2.3 Unterrichtsthematische Aspekte
2.3.1 Curriculare Einordnung
2.3.2 Fachwissenschaftliche Aspekte

3 Praktische Umsetzung
3.1 Empirische Erhebungen
3.1.1 Stichprobe
3.1.2 Methodische Vorgehensweise des Fragebogens
3.1.3 Aufbau der Fragebögen
3.1.4 Auswertungsverfahren
3.2 Differenzierung der Schüler
3.3 Der Leitfaden als unterstützende Methode
3.4 Die Durchführung der Unterrichtseinheit

4 Ergebnisse
4.1 Auswertung der Ergebnisse
4.2 Rückbezug zu formulierten Hypothesen
4.3 Reflexion der Umsetzung

5 Zusammenfassung und Ausblick

6 Literaturnachweis

7 Erklärung laut Prüfungsordnung

8 Anhang
8.1 Forscherkarte
8.2 Arbeitsblätter und Ergebnisse
8.2.1 Ergebnisse des Brainstormings der 1.Unterrichtsstunde:
8.2.2 Arbeitsblatt zur 2. und 3. Unterrichtsstunde
8.2.3 Arbeitsblatt zur 4. Unterrichtsstunde
8.2.4 Arbeitsblatt zur 5. und 6. Unterrichtsstunde
8.2.5 Arbeitsblatt zur 7. Unterrichtsstunde
8.2.6 Arbeitsblatt zur 8. und 9. Unterrichtsstunde
8.3 Protokolle der Gruppenarbeitsphasen
8.3.1 Protokoll der 2. und 3. Unterrichtsstunde
8.3.2 Protokoll der 4. Unterrichtsstunde
8.3.3 Protokoll der 5. und 6. Unterrichtsstunde
8.3.4 Protokoll der 7. Unterrichtsstunde
8.3.5 Protokoll der 8. und 9. Unterrichtsstunde
8.4 Stundenentwürfe
8.5 Schülervorfragebogen
8.6 Schülernachfragebogen
8.7 Ergebnisse Lehrerfragebogen 1
8.8 Ergebnisse Lehrerfragebogen 2
8.9 Abbildung 2 - groß

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1- Differenzierungsformen (Quelle: Meyer 2004, 103)

Abbildung 2- Unterschiedliche Muster naturwissenschaftlichen Unterrichts für die OECD-Staaten auf Basis einer Latent-Class-Analyse mit fünf ausgewählten Items (Häufigkeit im Unterricht: 1 = nie oder fast nie, 4 = in allen Stunden)

(Quelle: Prenzel et. al. 2007, 11)

Abbildung 3- Brandklassen (Quelle: Grafiken und Beschreibung Knecht 2006)

Abbildung 4- Einteilung der Gruppen nach dem Ergebnis des Vortestes

Abbildung 5- Grundstruktur der Lernaufgaben als Phasenschema (rekonstruiert

nach Kandt 2008, 93)

Abbildung 6- Darstellung der Ergebnisse aus dem Prä- und Posttest zum Bereich Methoden der Erkenntnisgewinnung

Abbildung 7- Darstellung der Ergebnisse aus dem Prä- und Posttest zum Fachwissen

Abbildung 8- Diagramm zum Lernzuwachs zu den Bereichen Fachwissen und Methoden der Erkenntnisgewinnung

Abbildung 9- Versuchsaufbau Gruppe 3 Unterrichtsstunde 3

Abbildung 10- Versuchsaufbau Gruppe 2 Unterrichtsstunde 3

Abbildung 11- unbeantwortete Fragen im Prätest in Prozent für die Bereiche

Fachwissen und Methoden der Erkenntnisgewinnung

Abbildung 12- unbeantwortete Fragen im Posttest in Prozent für die Bereiche Fachwissen und Methoden der Erkenntnisgewinnung

Abbildung 13- Gruppendarstellung Prätest

Abbildung 14- Gruppendarstellung Posttest

Abbildung 15- Motivation und Lernzuwachs einzelner Schüler

Abbildung 16- Motivation und Lernzuwachs nach Geschlecht

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1- Kodierung Vorfragebogen

Tabelle 2- Kodierung Nachfragebogen

Tabelle 3- Vergleich der Lehrereinschätzung zu den Schülerantworten aus dem Bereich Fachwissen mit den aus dem Vorfragebogen ermittelten

Schülerantworten

Tabelle 4- Vergleich der Lehrereinschätzung zu den Schülerantworten aus dem Bereich Methoden der Erkenntnisgewinnung mit den aus dem Vorfragebogen ermittelten Schülerantworten

1 Einleitung

Das PISA¹-Ergebnis von 2006 mit dem Schwerpunkt Naturwissenschaften belegt es: Das eigenständige Planen und Durchführen von Experimenten kommt im Un-terricht in Deutschland zu kurz. Nach den Vorgaben des Kerncurriculums² sollen dies jedoch zu erwerbende Kompetenzen sein, die sich ab Klasse 5 durch alle Ba-siskonzepte ziehen (vgl. Niedersächsisches Kultusministerium 2007, 49ff.).

Das Erlernen von naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen und hier ins-besondere die Planung von Experimenten wurde aus diesem Grund in den Vor-dergrund der vorliegenden Arbeit gestellt.

Es soll herausgefunden werden, ob Schülerinnen und Schüler³ einer Realschule in der 6. Klasse ein naturwissenschaftliches Vorgehen planen und Hypothesen ent-wickeln können, wenn sie dazu angeleitet werden. Des Weiteren sollen die Schü-ler einen Leitfaden an die Hand bekommen, mit dem sie an Aufgaben heran gehen und den sie immer wieder anwenden können. Die später im Unterricht gestellten Aufgaben sollen differenziert eingesetzt werden können. Dies geschieht, indem bei leistungsstarken Schülern die Aufgaben offen gestellt und bei leistungs-schwachen Schülern diese Fragestellungen immer wieder nach der gleichen Vor-gehensweise abgearbeitet werden.

Ziel der Arbeit ist es zu überprüfen, ob sich das entwickelte Vorgehen dazu eig-net, bei Schülern einer 6. Realschulklasse eine Steigerung der Methodenkompe-tenz des naturwissenschaftlichen Arbeitens und einen Lernzuwachs im fachwis-senschaftlichen Bereich zu ermöglichen. Diese soll durch einen Vor- und Nachtest empirisch belegt werden.

Aus diversen Gründen wird die Planung und eigenständige Durchführung von Experimenten im Anfangsunterricht nur sehr wenig oder gar nicht umgesetzt. Doch gerade zu diesem Zeitpunkt bietet diese Herangehensweise an den naturwis-senschaftlichen Unterricht viele Möglichkeiten, da der fachwissenschaftliche An- teil vergleichsweise gering ist und die Experimente einfach gestaltet werden kön-nen. Die genutzten Materialien sind auch für junge Schüler gut zu handhaben und ihre Gefährlichkeit ist eher gering einzuschätzen.

Diese Arbeit möchte einen Weg darstellen, der es Schülern ermöglicht, die Me-thoden, die im Bereich Erkenntnisgewinnung im KC aufgeführt sind, kennenzu-lernen. Aus diesem Grund wurde eine Unterrichtseinheit unter diesem Schwer-punkt konzipiert. Die eingesetzte Forscherkarte dient als Leitfaden und ist ein Hilfsmittel, um die Schüler zum naturwissenschaftlichen Arbeiten anzuleiten. Der Schulzweig wurde unter der Berücksichtigung gewählt, dass auch die Autorin die-ser Masterarbeit ihr Studium auf die Realschule ausgerichtet hat.

Die vorliegende Arbeit beginnt mit einem theoretischen Teil, in dem auf die pä-dagogisch-lerntheoretischen, fachdidaktischen und unterrichtsthematischen As-pekte der geplanten Unterrichtseinheit eingegangen wird. Unter den pädagogisch-lerntheoretischen Aspekten wird auf die verschiedenen Möglichkeiten der Diffe-renzierung näher eingegangen und der Schwerpunkt dieser Arbeit, die methodi-sche Binnendifferenzierung, näher beleuchtet. Die fachdidaktischen Aspekte be-schäftigen sich mit den Methoden der Erkenntnisgewinnung von Schülern und de-ren praktische Anwendung in der Schule. Schließlich werden im Kapitel der un-terrichtsthematischen Aspekte die curriculare Verortung des Themas vorgenom-men und die fachwissenschaftlichen Hintergründe vorgestellt.

Im Kapitel der praktischen Umsetzung werden zunächst die Hypothesen dieser Arbeit erläutert, um dann in den empirischen Anteil überzuleiten. Hier werden Vor- und Nachfragebögen, Art der Durchführung und Auswertungsverfahren auf-gezeigt. Im Anschluss an die empirischen Erhebungen folgt eine Ausführung über die Art der vorgenommenen Differenzierung sowie über den Leitfaden als genutz-tes Hilfsmittel zur Anleitung der Schüler. Anschließend wird der geleistete Unter-richt vorgestellt. Daran anschließend werden die Ergebnisse der ausgewerteten Fragebögen präsentiert und es wird überprüft, ob sich die angenommenen Hypo-thesen bestätigen lassen.

Am Ende der Arbeit wird eine Zusammenfassung über die wichtigsten Aspekte gegeben und Ideen für weitere Untersuchungen und Unterrichtsentwicklungen vorgeschlagen.

2 Theoretische Grundlagen

In diesem Teil soll der theoretische Hintergrund der vorliegenden Arbeit näher er-läutert werden. Es wird hierbei auf Binnendifferenzierung, naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen, Schülervorstellungen, sowie curriculare Einordnung und fachwissenschaftliche Aspekte zum Thema Verbrennung eingegangen.

2.1 Pädagogisch- lerntheoretische Aspekte

Ein sogenanntes Problemfeld aus dem Arbeitsgebiet des Lehrers ist die Heteroge-nität der Schüler innerhalb einer Schule, einer Klassenstufe, einer Klasse und ei-nes Kurses.

Klein-Landeck (2004) weist in einer Arbeit zur Differenzierung und Individuali-sierung beim offenen Arbeiten darauf hin, dass „im Zuge der Pluralisierung unse-rer Lebensverhältnisse [die Heterogenität] vermutlich sogar noch zunehmen [wird]“ (Klein-Landeck 2004, 30). Er ist der Ansicht, dass diese Heterogenität als Herausforderung und Chance zu sehen ist und sogar gefördert werden sollte (vgl. Klein-Landeck 2004, 30).

Erfolgreiche PISA-Länder wissen die Möglichkeiten heterogener Gruppen zu nut-zen⁴; darauf verweist auch Ratzki (2005) in ihrer Antrittsvorlesung an der Univer-sität Paderborn mit dem Titel „Heterogenität- Chance oder Risiko? Eine Bilanz internationaler Schulerfahrungen“. Die Ängste der Lehrkräfte vor Überforderung und Behinderung der leistungsstarken Schüler wird in Deutschland oft als Risiko angesprochen, welches heterogene Lerngruppen mit sich bringen (vgl. Ratzki 2005, 3f.).

So gehen z.B. in Finnland alle Schüler „bis zum 9. Schuljahr in die gemeinsame Schule und lernen in heterogenen Gruppen –das ist von allen akzeptiert“ (Ratzki 2005, 4). Differenziert wird in diesen Gruppen dadurch, dass eine individuelle Förderung praktiziert wird (vgl. Ratzki 2005, 4).

Im nächsten Kapitel soll näher erläutet werden, was unter Differenzierung zu ver-stehen ist und welche Arten der Differenzierung es gibt.

2.1.1 Begriffsklärung zur inneren und äußeren Differenzierung

Das niedersächsische Schulrecht sieht in seinem Erlass zur Arbeit in der Real-schule eine individuelle Beurteilung und gezielte Differenzierungsmaßnahmen zur Förderung von Schülern vor (vgl. Hayek 2009).

Möglichkeiten von gezielten Differenzierungsmaßnahmen sollen in diesem Teil der Arbeit kurz angerissen werden, um schließlich die gewählte Art der Differen-zierung näher zu erläutern.

Riedl (2008) formuliert seine Definition von Differenzierung wie folgt: „Diffe-renzierung ist sowohl der Begriff für ein Unterrichtsprinzip als auch die organisa-torischen und didaktisch-methodischen Maßnahmen, dieses Prinzip zu erreichen. Sie bezweckt eine unterschiedliche Behandlung von Lernenden in unterrichtlicher und erzieherischer Hinsicht.“ (Riedl 2008, 1)

Die bekannteste Unterscheidung ist die zwischen innerer und äußerer Differenzie-rung, wobei die äußere Differenzierung innerhalb des Schulsystems stattfindet und die Einteilung in Klassenstufen, Kurssysteme und Förderklassen etc. beinhal-tet. Die innere Differenzierung, auch Binnendifferenzierung genannt, meint die Aufspaltung innerhalb einer Klassengemeinschaft oder Lerngruppe. (vgl. Klafki & Stöcker 1991, 173)

Eine innere Differenzierung kann innerhalb einer äußeren Differenzierung oder unabhängig davon vorgenommen werden.

Es herrschen in der Literatur verschiedene Strategien und Formen der inneren Dif-ferenzierung vor. Für diese Arbeit werden drei Beispiele ausgewählt, die im Kapi-tel der methodischen Binnendifferenzierung wieder aufgegriffen werden.

Nach Meyer (2004) können drei Strategien der inneren Differenzierung unter-schieden werden, die personale und die didaktische Form und das ‚Daddeln’ im Schulalltag. (vgl. Meyer 2004, 102)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1- Differenzierungsformen (Quelle: Meyer 2004, 103)

Ähnliche Differenzierungsformen finden sich auch bei Bönsch (1976) wieder. Dieser unterscheidet neben der sukzessiven (gemeinsames Fundament und Förde-rung leistungsstarker Schüler) und progressiven (keine Rückkehr zum gemeinsa-men Grundstock) noch weitere Differenzierungsstrategien. Er gibt Beispiele für eine Differenzierung nach Arbeitsweisen, stofflichem Umfang, Schwierigkeits-graden, zeitlichem Umfang sowie aus sozialen Motiven, sachlichen Gründen und Gründen der Methodik nach dem Lern- und Arbeitstempo der Lernenden. (vgl. Bönsch 1976, 24ff.) Erwähnenswert ist, dass Bönsch diese Arten der Differenzie-rung schon vor über 30 Jahren anführte.

Im Schulalltag kommt es fast immer zu einer Mischung aus verschiedenen Strate-gien und Formen der inneren Differenzierung. Den pädagogischen Wert der Diffe-renzierung sieht Meyer (2004) darin, „dass Schülerinnen und Schüler in der Ein-zelarbeit, in kleinen und großen Gruppen sich selbst erfahren können, dass sie ler-nen können ihre eigenen Schwerpunkte zu erkennen und weiterzuentwickeln.“ (Meyer 2004, 102)

Das nächste Kapitel soll nun näher auf die in dieser Arbeit vorgenommene Art der Differenzierung eingehen.

2.1.2 Methodische Binnendifferenzierung

Verschiedene Formen der Binnendifferenzierung werden von Rawding et. al. (2004) unterschieden. Sie differenzieren in der Art und Weise, wie Aufgaben und Materialien eingesetzt werden und ob die Lernenden zu gleichen oder unterschiedlichen Ergebnissen gelangen:

1. Differenzierung nach dem Ergebnis- hierbei werden gleiches Material und gleiche Aufgabe an die Schüler ausgegeben und die Schüler kommen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Beispiel: MindMap
2. Differenzierung nach Material und Ergebnis- bei dieser Form der Diffe-renzierung werden für die gleiche Aufgabe verschiedene Materialien zur Verfügung gestellt. Die Schüler erhalten dadurch auch unterschiedliche Ergebnisse. Beispiel: Offenes Experimentieren zu einer gegebenen Frage-stellung
3. Die Differenzierung mit Hilfe von gestaffelten Aufgaben ist nach dem Prinzip der gestuften Hilfen aufgebaut. Hier bekommen die Schüler glei-che Materialien für eine bestimmte Anzahl an Aufgaben. Diese sind ge-stuft angelegt und können von den Schülern nacheinander bearbeitet wer-den. Je nach Vorlieben, Vorwissen oder Motivation können unterschiedli-che Aufgabenstufen bewältigt werden.
4. Wird nach Aufgabe und Ergebnis differenziert, erhalten alle Schüler das gleiche Material mit unterschiedlichen Aufgaben, die zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Beispiel: Projektarbeit zu einem Thema
5. Bei der Differenzierung nach Material und Aufgabe erhält jeder Schüler individuelles Material und individuelle Aufgaben- je nach der individuel-len Situation. Beispiel: nach Lernstil differenzieren

(vgl. Rawding et. al. 2004, 19f. )

Die von Rawding et. al. dargestellte Art der Differenzierung kann als methodische Binnendifferenzierung bezeichnet werden.

Riedl (2008) definiert die methodische Binnendifferenzierung allgemeiner. Er sieht diese Art der Differenzierung als „eine methodisch abgestimmte Herange-hensweise zum Lerngegenstand. Aus Sicht der Lernenden erhalten sie gemäß ih- ren bevorzugten Arbeitsweisen einen Zugang zum Unterrichtsinhalt. Aus Lehrer-sicht verwenden Maßnahmen der methodischen Differenzierung passende Sozial-und Aktionsformen des Unterrichts, sie setzen diese den aktuellen Erfordernissen entsprechend variabel ein“ (Riedl 2008, 3).

Für diese Arbeit wird eine Kombination aus diesen Definitionen angewandt, die in Kapitel 3.2 näher beschrieben wird.

Bei einer methodischen Herangehensweise an den Lerngegenstand oder wenn die Methode selbst den Lerngegenstand darstellt, muss darauf geachtet werden, dass es nicht zu einer Überlastung gemäß der Cognitive-Load-Theorie kommt. Diese Theorie geht davon aus, dass das menschliche Arbeitsgedächtnis nur eine be-grenzte Anzahl an Informationen verarbeiten kann. Hier werden verschiedene Ar-ten von Belastungen unterschieden, wobei für diese Arbeit die intrinsische Belas-tung von Bedeutung ist, da diese mit der Komplexität des Lerngegenstandes zu tun hat. Das Ausmaß einer intrinsischen Belastung hängt dabei auch vom Vorwis-sen des Lernenden ab. (vgl. Grosse 2005, 26)

Wie bereits in der Einleitung dieses Kapitels beschrieben, ist in vielen OECD⁵-Ländern das Potenzial heterogener Lerngruppen erkannt worden. Es gibt jedoch Situationen, in denen sich ein homogenes Umfeld eher positiv auswirkt. So be-schreibt Hänze (2009) in einer Studie zur Methode des Gruppenpuzzles, dass die hier einzunehmende Expertenrolle für lernschwächere Schüler leichter zu erfüllen ist, wenn sie diese in einer homogenen Leistungsgruppe verwirklichen sollen. (vgl. Hänze 2009, 4)

Die Möglichkeit von Überlastungseffekten gemäß der obigen Theorie und auch die Erkenntnisse von Hänze (2009) haben sowohl Auswirkungen auf die fachdi-daktischen als auch auf die unterrichtsthematischen Aspekte der Unterrichtsein-heit.

2.2 Fachdidaktische Aspekte

In der Einleitung des vorangegangenen Kapitels wurde darauf hingewiesen, dass die “Gewinner” im Rahmen des PISA-Tests das Potenzial heterogener Lerngrup-pen zu nutzen wissen. In diesem Kapitel soll PISA nun näher in Bezug auf die fachdidaktischen Aspekte dieser Arbeit betrachtet werden.

Des Weiteren sollen die didaktischen Aspekte angesprochen werden, die den An-fangsunterricht und die gewählte Schulform betreffen.

2.2.1 Naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen

PISA untersucht, inwieweit die Bildungssysteme der jeweiligen Länder dazu in der Lage sind, Schüler auf die „Anforderungen der Wissensgesellschaft und [das Lernen] über die Lebensspanne vorzubereiten“ (Prenzel et. al. 2008, 3). Eine re-präsentative Stichprobe von 15-jährigen Schülern der teilnehmenden Länder musste Fragen zu den drei großen Domänen Lesen, Mathematik und Naturwissen-schaften beantworten.

Im Jahr 2006 lag der Schwerpunkt dieser Untersuchungen auf den Naturwissen-schaften. Es sollte erfasst werden, inwieweit Schüler eine naturwissenschaftliche Grundbildung besitzen, diese wird definiert als „Verständnis grundlegender na-turwissenschaftlicher Konzepte, die Vertrautheit mit naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen sowie die Fähigkeit, dieses Konzept- und Prozesswissen (...) anzuwenden (PISA- Konsortium 2001, 26f.).

In vorangegangenen Schulleistungsuntersuchungen zeigte sich, dass deutsche Schüler „insbesondere Schwierigkeiten mit Aufgaben haben, die naturwissen-schaftliche Denk- und Arbeitsweisen betreffen“ (Prenzel & Parchmann 2003, 15). Auch bei der PISA- Untersuchung 2006 beschäftigte sich eine Gruppe von Fragen mit den Unterrichtsmerkmalen im naturwissenschaftlichen Unterricht, die die na-turwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen abbilden. Zu dieser Kategorie ge-hörten auch Fragen nach dem eigenständigen Planen und Durchführen von Expe-rimenten. Für die OECD- Staaten wurden drei unterschiedliche Muster von na-turwissenschaftlichem Unterricht festgestellt, die sich im Wesentlichen darin un-terscheiden, wie ausgeprägt die Merkmale der Eigenständigkeit von Schülern im Unterricht waren, Ideen zu entwickeln, Alltagsbezüge herzustellen und Experi-mente zu planen. (vgl. Prenzel et. al. 2008, 13f.)

Das Muster des Unterrichtstyps 1 zeichnet sich dadurch aus, dass in allen oder den meisten Stunden den Schülern die Gelegenheit gegeben wird, eigene Experimente zu entwickeln und praktisch durchzuführen, Schlüsse aus durchgeführten Experi-menten zu ziehen und ihre Ideen dazu zu erklären. Im Unterrichtstyp 3 sind diese Merkmale nur gering bis gar nicht ausgeprägt. (vgl. Prenzel et. al. 2008, 13f.)

In Deutschland wurde häufig das Muster des zweiten Unterrichtstyps angetroffen, der dadurch charakterisiert ist, dass „das Schlussfolgern, das Entwickeln eigener Ideen und das Übertragen von Konzepten auf den Alltag im Vordergrund [steht], die Schülerinnen und Schüler aber eher selten praktisch experimentieren und vor allem selten eigene Experimente entwickeln.“ (Prenzel et. al. 2007, 11)

Die unterschiedlichen Ausprägungen lassen sich sehr deutlich aus der folgenden Abbildung entnehmen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2- Unterschiedliche Muster naturwissenschaftlichen Unterrichts für die OECD-Staaten auf Basis einer Latent-Class-Analyse mit fünf ausgewählten Items (Häufigkeit im Unterricht: 1 = nie oder fast nie, 4 = in allen Stunden) (Quelle: Prenzel et. al. 2007, 11)⁶

Das Kultusministerium äußert sich zur naturwissenschaftlichen Bildung folgen-dermaßen: „Ziel naturwissenschaftlicher Grundbildung ist es, Phänomene erfahr-bar zu machen (...) sowie sich mit ihren spezifischen Methoden der Erkenntnis-gewinnung und deren Grenzen auseinanderzusetzen“ (Niedersächsisches Kultus-ministerium 2007, 7). Die entwickelten Bildungsstandards setzen somit Ziele, die bislang weniger typisch für den deutschen Chemieunterricht waren.

Dieses Ziel wird auch im Kerncurriculum der Realschule im Bereich der Erkennt-nisgewinnung verdeutlicht. Es sollen chemische Fragestellungen erkannt, bearbei-tet und experimentell untersucht werden. Dazu sind die Schüler angehalten, sorg-fältig zu beobachten und zu beschreiben, Geräte zu benennen und fachgerecht einzusetzen, sachgerecht nach Anleitung zu experimentieren und einfache Expe-rimente zu planen. (vgl. Niedersächsisches Kultusministerium 2007, 49ff)

Naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen werden in der Literatur unter-schiedlich dargestellt. Anton (2008) beschreibt einen exemplarischen Weg der Er-kenntnisfindung des Unterrichtsfachs Chemie, der über das „Fragenstellen, die Ermittlung von Fakten, die induktive Herleitung von Regeln, über die deduktive Entwicklung und Anwendung von Deutungssystemen (Modelle, Systematiken), über das Planen und Auswerten von Experimenten und die Formulierung neuer Fragen und Hypothesen“ (Anton 2008, 20) führt.

Dieser Arbeit liegt nicht die Meinung zugrunde, dass es nur die eine Art oder Me-thode gibt, naturwissenschaftliche Probleme anzugehen. In der weiteren Arbeit wird jedoch eine Einschränkung auf verschiedene Schritte vorgenommen, die sich für die Schüler anbietet und in verschiedener Literatur (z.B. vgl. Duit& Gropen-gießer& Stäudel 2007, Pfeifer 2003) beschrieben wird. Diese Schritte sind:

- die Bildung von Hypothesen,
- die Planung eines entsprechenden Experiments,
- der Aufbau und die Durchführung des geplanten Experiments und
- die Schlussfolgerung aus den gemachten Beobachtungen.

Das chemische Experiment im Unterricht kann in verschiedene Phasen unterteilt werden. Die erste Phase (präexperimentell) beschäftigt sich mit der Aktivierung des Vorwissens, den Untersuchungsfragen und Hypothesen sowie der Planung.

Phase zwei (experimentell) hat einen Schwerpunkt in der handwerklichen Tätig-keit des Experimentierens; außerdem wird beobachtet und protokolliert. Die letzte Phase (postexperimentell) dient der Auswertung von Ergebnissen und der Refle-xion der Planung und Durchführung. (vgl. Anton 2008, 74ff.)

Das Experiment ist somit im Unterricht vielfältig einsetzbar. Einerseits kann es unterstützen, ein Problem aufzuzeigen, andererseits kann es der Problemlösung dienen. Insbesondere Schülerexperimente können das problemlösende Denken fördern und es wird nicht zuletzt als eine besondere Methode naturwissenschaftli-chen Arbeitens angesehen. (vgl. Kandt 2008, 17f.)

Auch das niedersächsische Kultusministerium verweist auf die zentrale Bedeu-tung des Experiments im naturwissenschaftlichen Unterricht. Das experimentelle Vorgehen im Unterricht zeigt den „besonderen Charakter“ des Faches und dient dem „Prozess der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung“ (Niedersächsi-sches Kultusministerium 2007, 46).

Ebenso weist Pfeifer (2002) auf die verschiedenen Funktionsformen von Experi-menten hin. Er beschreibt Experimente, die als Zugang zur Thematik dienen, und Versuche, die zur Erarbeitung eines unbekannten Sachverhaltes oder der Übung, Wiederholung und Leistungskontrolle genutzt werden können. Neben den bereits erwähnten Funktionen kann ein Experiment laut Pfeifer eingesetzt werden, um es den Schülern im Verlauf ihres Erkenntnisgangs zu ermöglichen, ihre aufgestellten Hypothesen zu testen. (vgl. Pfeifer 2002, 298ff.) Bei der Planung und Durchfüh-rung eines geeigneten Experiments, das die aufgestellten Hypothesen prüft, ist die Problemlösefähigkeit der Schüler gefragt; hier wird in dieser Arbeit der Schwer-punkt gesetzt.

Wie die Schüler unterstützt werden können, um diese Art der naturwissenschaftli-chen Denk- und Arbeitsweisen zu verstehen und sich anzueignen, soll im nächsten Kapitel aus theoretischer und in den Kapiteln 3.3 und 3.4 aus praktischer Sicht geprüft werden.

2.2.2 Möglichkeiten der Unterstützung von naturwissenschaftlichen Denk-und Arbeitsweisen

Das vom Kultusministerium geforderte eigenständige Planen und Durchführen von Experimenten setzt einen offenen Unterricht voraus, in dem die Schüler agie-ren können.

Eine von Hänze (2009) beschriebene Variable, die im Persönlichkeitsbereich von Lernenden liegt, spielt bei der Unterstützung von Lernprozessen allgemein und somit auch bei der Vermittlung von naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeits-weisen eine große Rolle. Kommen in einer Lernsituation neue inhaltliche bezie-hungsweise methodische Komponenten zum Einsatz und sind diese Elemente kaum strukturiert, instruiert oder fordern sie neue Lösungswege, so besteht bei den Schülern eine Ungewissheit. Diese Ungewissheitsorientierung ist bei den Schülern unterschiedlich ausgeprägt. So gibt es Schüler, die ein hohes Bedürfnis an Gewissheit und Gliederung benötigen; andere Schüler fühlen sich durch ein hohes Maß an Struktur eher unterfordert, langweilen sich und der Lernzuwachs fällt geringer aus. (vgl. Hänze 2009, 3f.)

Aus diesem Grund sollten den Schülern individuelle Möglichkeiten zur Verfü-gung gestellt werden, die sowohl ein Lernen mit viel Instruktion und Struktur un-terstützt, als auch die Schüler fordert, die ein bestimmtes Maß an Ungewissheit brauchen, um sich gefordert zu fühlen.

Eine Möglichkeit dies umzusetzen ist, dass der Lehrer die Schüler über Thema und organisatorische Rahmenbedingungen informiert. Es stellt eine offene Aufga-be und formuliert seine Erwartungen bezüglich der Bearbeitung und des Ergebnis-ses. In der Gruppenarbeitsphase ist die Lehrperson als Berater aktiv und hilft bei Schwierigkeiten im Hinblick auf die Aufgabenstellung, bei Formulierungsschwie-rigkeiten oder wenn aufgrund schwieriger gruppendynamischer Prozesse gruppen-intern keine Lösung gefunden wird. (vgl. Woest 2003, 91)

Speziell bei der Vermittlung von naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen vermutet Bojko (2005) in ihrer Dissertation zum Thema Ausbildung von Methodenkompe-tenz im Chemieunterricht, „dass naturwissenschaftliche Kompetenz vermutlich eher erfolgreich ausgebildet wird, wenn Schüler selbst naturwissenschaftlich han-deln, während theoretische Betrachtungen oder das Nachvollziehen der Planung und Durchführung von Experimenten wenig zur Ausbildung naturwissenschaftli-cher Kompetenz beitragen“ (Bojko 2005, 232). Sie fordert daher einen naturwis-senschaftlichen Unterricht, der den Erwerb methodischer Kompetenzen ein-schließt und den Schülern eine Interaktion mit den Mitschülern sowie ein selbst-ständiges Arbeiten ermöglicht (vgl. Bojko 2005, 232f).

Um darüber hinaus ein nachhaltiges Lernen zu erreichen, ist bei der Unterstützung der Schüler ein methodisches Vorgehen wichtig. Häufiges Experimentieren ohne 17 die Einbindung in eine zielorientierte Lernumgebung bringt nicht den gewünsch-ten Lerneffekt. Es muss eine Ausgewogenheit zwischen Instruktion und eigener Kreativität geschaffen werden, welche die Selbstständigkeit der Schüler anregt, ohne sie dabei zu überfordern. (vgl. Kandt 2008, 39f.)

2.2.3 Kognitive Voraussetzungen der Schüler

Jahrelang ist man davon ausgegangen, dass Schüler keinerlei Vorwissen und Vor-stellungen mit in den naturwissenschaftlichen Unterricht bringen. Die Lehrkraft stand nur vor der Entscheidung, welche Materialien und Methoden an welcher Stelle einzugliedern sind, um einen guten Unterricht zu gewährleisten. Die fach-didaktische Forschung änderte jedoch diesen Standpunkt, denn es stellte sich her-aus, dass Schüler nicht nur eigene Vorstellungen haben, sondern auch dass diese nicht unbedingt mit den wissenschaftlichen Erkenntnissen, die sie im Unterricht erwerben sollen, in Einklang zu bringen sind. (vgl. Barke 2001, 9)

Durch seine Aussage, dass „sich Fachdidaktiker und Lehrer darüber einig [sind], dass man die Vorstellungen der Schüler kennen oder zu einer Thematik ermitteln muss, ehe ‘die Brücken von den ursprünglichen Vorstellungen zu den wissen-schaftlichen Vorstellungen’ erfolgreich geschlagen werden [können]” (Barke 2001, 23), stellt Barke die Notwendigkeit dar, diese für den Unterricht zu berück-sichtigen.

Aus diesem Grund sollen die vorhandenen Schülervorstellungen zum Thema Verbrennung kurz dargestellt werden. Außerdem sollen theoretische Überlegun-gen zum Bereich naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen erfolgen.

Der Umgang mit Feuer ist heute nicht mehr so alltäglich wie in früheren Jahren. Durch Verbote werden Kinder in der heutigen Zeit davon abgehalten, ihre Erfah-rungen mit dem Phänomen Feuer zu machen. Diese Schutzmaßnahme kann aber auch eine Gefährdung bedeuten. Schüler können im Rahmen des Chemieunter-richtes an das Thema Verbrennung und damit einhergehend das Thema Feuer her-angeführt werden, um so beispielsweise den richtigen Umgang mit Bränden zu er-lernen. Sie erfahren, dass Brennstoff, Sauerstoff und eine bestimmte Entzün-dungstemperatur notwendig sind, um ein Feuer zu entfachen.

Eine Vorstellung der Schüler zum Thema Feuer und Verbrennung ist das Vernich-tungskonzept. Dies wird zum einen durch die im Alltag genutzte Sprache aufge-baut und zum anderen durch die sichtbare Zerstörung, die sie durch die Handha- bung im Alltag kennengelernt haben. Ein Beispiel wäre die Aussage: Das Holz verbrennt. Des Weiteren sehen Schüler Stoffe als Eigenschaftsträger; hier sind Pa-rallelen zu historischen Vorstellungen der Phlogistontheorie zu erkennen. (vgl. Barke 2001, 15ff.)

Zum Bereich der Gase, die ebenfalls im späteren Unterricht thematisiert werden, haben Schüler die Vorstellung, dass sie generell brenn- und unsichtbar, flüssig, leichter als Feststoffe, außerdem gefährlich, explosiv und giftig sind (vgl. Barke 2006, 47f.).

Das Verständnis der Schüler über den Erwerb von naturwissenschaftlichem Wis-sen ist nicht eindeutig. Es sind sowohl Vorstellungen darüber vertreten, dass die-ses Wissen „etwas Gesichertes, Feststehendes, Unveränderliches (...) [ist, als auch dass bei einer Veränderung dieses gesichterten Wissens irgendwo eine] letzte un-veränderliche, unumstößliche Wahrheit” (Kandt 2008, 16) vorliegen muss.

Das Experiment ist in der Vorstellung der Schüler “die naturwissenschaftliche Arbeitsweise schlechthin” (Kandt 2008, 16). Das wissenschaftliche Experiment unterscheiden Schüler vom Experiment, das im Unterricht Anwendung findet und ist nach Meinung der Lernenden nicht beeinflusst durch das Vorwissen und die Vermutungen von den forschenden Wissenschaftlern. Das diese Experimente und auch der gesamte Forschungsprozess einen hohen Grad an theoretischem Wissen voraussetzen ist den Schülern nicht bewusst. (vgl. Kandt 2008, 16)

Schüler sehen den Sinn eines Experiments darin, bestimmte Effekte bzw. Ergeb-nisse zu erzielen. Aus diesem Grund neigen Schüler dazu, die Strategie des positi­ve testing anzuwenden. Experimente werden so geplant, dass sie ausschließlich solche Daten erheben, die die bestehende Hypothese bestätigen. Diese Art des Vorgehens wird auch confirmation bias genannt. (vgl. Hammann et. al. 2006, 292) Ein weiterer für diese Arbeit zu bedenkender Aspekt ist die Fähigkeit der Schüler im Bereich der Entwicklungspsychologie. Für eine Interpretation von experimen-tellen Ergebnissen müssen Schüler die Fähigkeit der Abstraktion besitzen, die in diesem Alter jedoch nur unvollständig ausgebildet ist. Gut beherrschen Schüler diesen Alters die Ausführung, Beobachtung und Beschreibung von Versuchen etc. (vgl. Anton 2008, 99f.)

Das Wissen, die Fähigkeiten und die Vorstellungen von Schülern wirken sich auf die verschiedenen Bereiche dieser Arbeit aus und sind für die Planung der Unter- richtseinheit als ebenso wichtig anzusehen, wie die folgenden unterrichtsthemati-schen Aspekte.

2.3 Unterrichtsthematische Aspekte

In diesem Kapitel werden die curricularen Rahmenbedingungen der Realschule vorgestellt, denen die Entwicklung der Unterrichtssequenz unterworfen war. Au-ßerdem werden die behandelten fachwissenschaftlichen Bereiche analysiert und schließlich für den Anfangsunterricht stark eingegrenzt Die Thematik der Verbrennung wurde aus verschiedenen Gründen als exemplari-sches Beispiel für die Anwendung der Methode gewählt. Zum einen bringen die Schüler zu diesem Thema einen großen Fundus an eigenen Erfahrungen mit. Zum anderen sah das schulinterne Curriculum dieses Thema zu dem Zeitpunkt vor, zu dem die vorliegende Arbeit durchgeführt wurde.

2.3.1 Curriculare Einordnung

Der Anfangsunterricht im Fach Chemie beginnt in Klasse 5/6 laut curricularen Vorgaben im Basiskonzept „Stoff-Teilchen-Beziehungen“ mit der Bestimmung von Stoffen. Das Basiskonzept „Struktur-Eigenschafts-Beziehungen“ sieht eine Ordnung dieser Stoffe nach Eigenschaften vor. Das hier enthaltene Fachwissen wurde bei der Entwicklung der Unterrichtseinheit zum Thema Verbrennung vor-ausgesetzt.

Die entwickelte Unterrichtssequenz hat sich vom fachlichen Standpunkt aus zum Ziel gesetzt, dass die Schüler am Ende der Sequenz Bedingungen für eine Verbrennung angeben, Verbrennungsvorgänge als Umwandlung von Stoffen be-schreiben und die Abgabe von Energie bei Verbrennungsprozessen erkennen kön-nen. Dieses Fachwissen wird in den Konzepten Chemische Reaktion und Energe-tische Betrachtung von Stoffumwandlungen beschrieben. (vgl. Niedersächsisches Kultusministerium 2007, 56ff.)

Die ergänzenden Differenzierungen im Basiskonzept Chemische Reaktion sehen des Weiteren Inhalte und Begrifflichkeiten wie „Brandbedingungen (Zusammen-setzung der Luft, brennbare Stoffe, Entzündungstemperatur, Zerteilungsgrad) [und] Löschmethoden (Abkühlung, Erstickung, Entzug des Brennmaterials)“ (Niedersächsisches Kultusministerium 2007, 56) vor.

Bei der Behandlung des Verbrennungsprozesses soll ebenfalls die Bedeutung des Sauerstoffs als Reaktionspartner hervorgehoben werden. Um die Umwandlung von Edukten thematisieren zu können, werden außerdem die Nachweise für Sau-erstoff mit der Glimmspanprobe und der Nachweis von Kohlenstoffdioxid mit Kalkwasser behandelt.

Das schulinterne Curriculum der Schule, in der der Praxisteil dieser Arbeit durch-geführt wurde, sieht in Klasse 6 zum Thema Verbrennung 24 Unterrichtsstunden mit folgenden zu behandelnden Bereichen vor:

1. Menschen nutzen das Feuer
2. Brennbare und nicht brennbare Stoffe (Zerteilungsgrad, Entzündungstem-peratur, Stufenzündung)
3. Luft (Sauerstoff) als weitere Voraussetzung für die Verbrennung (Glimm-span und Kalkwasser)
4. Gasförmige Brennstoffe als Voraussetzung zur Flammenbildung (Tochter-flamme)
5. Brandbekämpfung und Maßnahmen zur Brandverhütung
6. Stoffumwandlung durch Verbrennung
7. Luftverschmutzung und Auswirkungen

(vgl. Fachbereich Naturwissenschaften 2009, 6f.)

Aus zeitlichen Gründen war es nicht möglich, alle Bereiche im Unterricht zu be-handeln, denn es standen aufgrund des kurzen Schuljahres nur 11 Unterrichts-stunden à 45 Minuten zur Verfügung, von denen 2 Stunden für den Vor- und Nachtest benötigt wurden. Zusammen mit der betreuenden Lehrkraft wurden des-halb nur die Unterthemen 2-6 ausgewählt.

Der Bereich Methoden der Erkenntnisgewinnung im KC sieht bis Klasse 6 in al-len Basiskonzepten die Erkennung, Bearbeitung und experimentelle Untersuchung von chemischen Fragestellungen vor. Dabei sollen die Schüler beobachten und beschreiben, verschiedene Geräte benennen und fachgerecht einsetzen sowie sachgerecht experimentieren. Einfache Experimente sollen selbstständig geplant werden. (vgl. Niedersächsisches Kultusministerium 2007, 49ff.)

Das Basiskonzept Chemische Reaktion sieht außerdem vor, dass die Schüler sich „Bedingungen für das Entstehen und Löschen von Bränden (...) [erarbeiten und] die Ausgangsstoffe mit den Verbrennungsprodukten“ (Niedersächsisches Kultus-ministerium 2007, 56) vergleichen.

Das methodische Wissen wurde nach Aussage der Lehrkraft bis zur Durchführung dieser Untersuchung nur in geringem Maße vermittelt.

2.3.2 Fachwissenschaftliche Aspekte

Der Themenbereich für die Umsetzung der Unterrichtsstunde ist, wie bereits ge-nannt, die Verbrennung im Anfangsunterricht. Dazu gehören folgende Aspekte:

- Sauerstoff
- Oxidation
- Energie
- Exotherme und endotherme Reaktion
- Aktivierungsenergie
- Mechanismus
- Brennbare Stoffe
- Flammenbildung
- Brandbekämpfung

Geschichtlich betrachtet gelang Lavoisier die genaue Untersuchung bei Verbren-nungsvorgängen nach der Entdeckung des Sauerstoffs durch Scheele. Mit Hilfe verschiedener Experimente stellte er eine neue Verbrennungstheorie auf und wi-derlegte durch verschiedene Nachweise die bis dahin vorherrschende Phlo-gistontheorie. (vgl. Jansen 1999)

Das allgemeine Schema einer Verbrennungsreaktion lautet:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Roth & Weller 1990, 16) Lange ging man davon aus, dass es sich bei der obigen Reaktion um eine Oxidati­on handelt. Wenn man aber die heutige Definition berücksichtigt, ist die Reaktion richtiger als Redoxreaktion zu bezeichnen.

Heute definiert man die Oxidation als die Abgabe von Elektronen. Sie tritt immer in Verbindung mit einer Reduktion (Aufnahme von Elektronen) auf; der Prozess wird daher als Redoxreaktion bezeichnet (vgl. Römpp et. al. 1996, 3067).

Chemische Reaktionen sind auf der Stoffebene betrachtet Stoff- und Energieum-wandlungen, auf der Teilchenebene spricht man von einem Umbau der Teilchen und den Bindungen. Je nach Klassenstufe wird im Unterricht der Begriff Oxidati­on verwandt.

Jede chemische Reaktion schließt einen Stoff- und Energieumsatz ein. Der Ener-gieumsatz kann dabei in unterschiedlichen Formen auftreten: Wärme, Lichte, e-lektrische und/oder mechanische Energie. Nach dem Prinzip der Energieerhaltung von H. von Helmholtz kann Energie weder erzeugt noch vernichtet werden. Die Umwandlung der Edukte in die Produkte ist mit einer Änderung der inneren E-nergie U verbunden, wobei der Druck p bei den vorliegenden Reaktionen konstant ist (Atmosphärendruck). Die Enthalpie H ist:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten ⁷

Anhand der Enthalpiedifferenz [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] H kann zugeordnet werden, ob es sich bei der chemischen Reaktion um eine exotherme oder endotherme Reaktion handelt. Ist die Enthalpiedifferenz kleiner als null, verläuft die chemische Reaktion exotherm. (vgl. Holleman & Wiberg 1995, 51ff)

Eine Verbrennungsreaktion erfolgt exotherm, wobei bei der Umsetzung der Aus-gangsstoffe zu den unterschiedlichen Verbrennungsprodukten Energie in Form von Wärme und Licht freigesetzt wird. Dabei liefert jeder Verbrennungsprozess eine spezifische Menge an Energie, die beispielsweise bei der Umsetzung von Kohlenstoff zu Kohlenstoffdioxid 393 Kilojoule pro Mol beträgt. Um diese Reak-tion einzuleiten ist eine bestimmte Aktivierungsenergie nötig, die von einer Zünd-quelle freigesetzt werden muss. Die Mindestzündenergie ist das Maß an Aktivie-rungsenergie, welches mindestens nötig ist, um ein Gemisch zu zünden. Nach der Einleitung der Reaktion dient die freigewordene Wärme als weitere Aktivierungs-energie für die zu dem Zeitpunkt noch nicht umgesetzten Ausgangsstoffe. Der Mechanismus der Verbrennungsreaktion ist eine Radikalkettenreaktion. Die an-fangs durch thermische Dissoziation gebildeten Radikale setzen die Reaktion in Gang und es entstehen weitere Radikale. (vgl. Roth & Weller 1990, 12)

Zu den Bedingungen, unter denen eine Verbrennung stattfinden kann, lautet die Aussage von Schröder et. al. (1979): „Meist kommt es erst zu einer Verbrennung, wenn die brennbaren Stoffe an irgendeiner Stelle auf eine bestimmte Temperatur, die Entzündungstemperatur, gebracht werden. Sie ist bei den einzelnen Brennstof- fen verschieden und hängt bei festen und flüssigen Stoffen auch vom Zerteilungs-grad ab.“ (Schröder et. al. 1979, 309)

Dabei wird die Entzündungstemperatur, auch Zündtemperatur genannt, als „nied-rigste Temperatur zur Einleitung einer Verbrennung” (Schmitt 2004, 562) defi-niert. Der von Schröder et. al. erwähnte Zerteilungsgrad bedingt die Effektivität einer Verbrennung: Je höher der Zerteilungsgrad eines Stoffes ist, desto größer ist die Oberfläche, die mit Sauerstoff reagieren kann (vgl. Tausch & von Wachten-donk 2005, 45).

Nicht alle Stoffe lassen sich entzünden. Chemikalien unterteilt man in sieben Ka-tegorien unterschiedlicher Entzünd- beziehungsweise Brennbarkeit (vgl. z.B. Roth & Weller 1990, 11). Laut Deplanque (2009) hängt es von unterschiedlichen Fak-toren ab, ob ein Stoff entzündbar ist, so u.a. von dessen „Aggregatzustand, Zu-sammensetzung, Temperatur, Druck, spezifische[r] Oberfläche [sowie] Flamm-punkt, Zündtemperatur [und] bei festen Stoffen [der] Fähigkeit, bei Erwärmung Gase oder Dämpfe freizusetzen (...). In der Regel sind über die Entzündbarkeit nur vergleichende Aussagen möglich.“ (Deplanque 2009)

Brennbare Stoffe werden in sogenannte Brandklassen unterteilt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3- Brandklassen (Quelle: Grafiken und Beschreibung Knecht 2006)

Das Feuer als sichtbare Erscheinung der Verbrennung ist eine schnelle Umsetzung von chemischer Energie in Wärme. Die ausgehende Wärmestrahlung erreicht den Bereich des sichtbaren Lichtwellenspektrums. (vgl. Klingsohr 2002, 11) In der Fachliteratur herrscht keine einheitliche Meinung darüber, ob bei der Verbren-nung von Magnesium oder Eisenwolle von einer Flamme gesprochen werden kann, da hier die festen Metalloxide verglühen und kein Übergang in den gasför-migen Aggregatzustand erfolgt. (vgl. Haupt 1984, 28) Besondere Arten der Verbrennung sind der Fett- oder Wachsbrand. Gibt man Wasser in das brennende Fett (Temp. ca. 400°C), so verdampft es schlagartig und nimmt im gasförmigen Zustand wesentlich mehr Raum ein. Der Wasserdampf schießt nach oben und reißt dabei das heiße Fett mit. Die kleinen Fetttröpfchen entzünden sich sobald sie mit dem Sauerstoff in der Luft in Kontakt treten und es entsteht eine Fettexplosion. (vgl. Parchmann & Jansen 2007, zu Demonstrations-versuch 2) Für Wachs läuft dieser Vorgang analog ab.

Für die Brandbekämpfung ist es wichtig, das Wissen um diese Vorgänge zu nut-zen. Steht bei einer Verbrennungsreaktion ein Edukt, beispielsweise der Sauer-stoff, nicht mehr zur Verfügung, kann keine weitere Reaktion erfolgen.

Wie man dem Kerncurriculum entnehmen kann, werden für den Anfangsunter-richt aus dieser komplexen Thematik nur wenige Schwerpunkte umgesetzt. Die Schüler lernen von den Brandbedingungen lediglich den Einfluss von Sauerstoff, Entzündungstemperatur und Brennstoff kennen. Sie sollen verstehen, dass sich der Zerteilungsgrad eines Brennstoffes auf die Entzündungstemperatur auswirkt und dass ein Feuer den Brennstoff nicht vernichtet, sondern in einen anderen Stoff umwandelt. Vereinfachend werden die durchgeführten Reaktionen als Verbren-nungen klassifiziert, welche auch das Glühen eines Brennstoffes einschließen.

3 Praktische Umsetzung

In diesem Teil der Arbeit werden zunächst die gewählte empirische Methode und ihre Auswertung erläutert. Erste Auswertungsergebnisse des Vortests beschreiben dann, wie die Schüler in Gruppen eingeteilt und wie weitere Differenzierungen vorgenommen wurden. Im daran anschließenden Unterkapitel wird der genutzte Leitfaden vorgestellt, mit dem die naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitswei-sen der Schüler unterstützt werden sollten. Das Kapitel der praktischen Umset-zung schließt dann mit der Durchführung der Unterrichtseinheit ab.

Die im theoretischen Teil dieser Arbeit vorgestellten Ziele sollen an dieser Stelle differenzierter angegangen werden, um eine Überprüfung möglich zu machen. Wie bereits in Kapitel 2.2 erwähnt, wird das Ziel, den Schülern naturwissenschaft-liche Denk- und Arbeitsweisen näher zu bringen, in deutschen Klassenzimmern nur ungenügend gefördert.

Aus diesem Grund soll mit der vorliegenden Arbeit der Frage nachgegangen wer-den, ob Schüler einer 6. Realschulklasse ein naturwissenschaftliches Vorgehen planen können, wenn sie dazu angeleitet werden und einen Leitfaden an die Hand bekommen. Eine weitere Frage, mit der sich diese Arbeit beschäftigen möchte, ist, ob das geplante methodische Vorgehen das Potenzial besitzt, individuelle Heran-gehensweisen und unterschiedliches Vorwissen zu berücksichtigen und somit bin-nendifferenziert zu unterrichten. Die Hypothesen dieser Arbeit lauten:

- Anleitung und Hilfestellung mittels eines Leitfadens unterstützen die Schüler der genannten Klassenstufe und Schulform dabei, ein naturwissenschaftliches Vorgehen zu planen.
- Die verfolgte Herangehensweise innerhalb des Unterrichts be-wirkt bei den Schülern eine Förderung der Methodenkompetenz und einen Lernzuwachs im Bereich des Fachwissens.
- Das methodische Vorgehen fördert die Umsetzung eines binnen-differenzierten Unterrichtsansatzes insbesondere hinsichtlich der individuellen Herangehensweisen und des unterschiedlichen Vorwissens der Schüler.

3.1 Empirische Erhebungen

Um die hier aufgestellten Hypothesen überprüfen zu können, wurde das fachliche und methodische Wissen der Schüler vor und nach Durchführung der Unterrichts-sequenz mittels eines Fragebogens erhoben. Dieses Messinstrument „ist eine mehr oder weniger standardisierte Zusammenstellung von Fragen, die Personen zur Be-antwortung vorgelegt werden mit dem Ziel, deren Antworten zur Überprüfung der den Fragen zugrundeliegenden theoretischen Konzepte und Zusammenhänge zu verwenden“ (Porst 2008, 14).

Die Erhebung von Daten mittels eines Fragebogens wurde insbesondere aus dem Grund als sinnvoll erachtet, da es sich für den Umfang dieser Arbeit um eine rela-tiv hohe Anzahl an Probanden handelt, die befragt werden sollten und eine direkte Vergleichsmöglichkeit zwischen Vor- und Nachtest gegeben sein sollte. Des Wei-teren sollte eine Befragung aller Schüler erfolgen, um diese in Gruppen einteilen zu können. Eine stichprobenartige Interviewbefragung wäre in diesem Fall nicht als sinnvoll zu erachten gewesen.

Der Prätest⁸ wurde vor den Beginn der Unterrichtseinheit gelegt, um daraus eine Differenzierung der Schüler abzuleiten und diese in Form einer Gruppeneintei-lung umsetzen zu können. Der Posttest⁹ lag am Schluss der Unterrichtseinheit und sollte zeigen, inwieweit sich die Schüler fachliches und methodisches Wissen an-geeignet haben. Eine Vergleichbarkeit ist durch standardisierte Fragen, zeitgleiche Befragung und gleiche Voraussetzung der Schüler gegeben. Mit diesem Fragebo-gen sollte des Weiteren die Motivation der Schüler erfragt werden, die gestellten Aufgaben im späteren Unterricht anzugehen, denn einige der im Fragebogen ent-haltenen Aufgaben sollten im weiteren Verlauf als Lernanlass genutzt werden.

3.1.1 Stichprobe

Die Daten für die empirische Untersuchung wurden von Schülern einer 6. Real-schulklasse einer Haupt- und Realschule im Oldenburger Umland gewonnen.

Die Klasse hat 12 Schüler und 11 Schülerinnen, von denen jedoch ein Mädchen dauerhaft erkrankt war. Während des Unterrichts haben zwei Schüler häufig ge-fehlt, so dass die Auswertung nur für die verbleibenden 20 Schüler erfolgte.

Die persönliche Befragung der Schüler fand Anfang Mai 2009 statt. Im Vorfeld sind Absprachen über Verhaltensweisen während der Durchführung getroffen worden. Eine gemeinsame Besprechung des Fragebogens mit den Schülern fand statt, dabei sind alle aufgetretenen Fragen direkt beantwortet worden. Es wurde den Schülern verdeutlicht, dass es keine richtigen oder falschen Antworten sowie keine Bewertung für die Befragung geben würde.

[...]

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¹ Programme for International Student Assessment

² Im weiteren Verlauf mit KC abgekürzt.

³ Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird, sowohl für die maskuline als auch für die feminine Form, durchgehend der Begriff Schüler gebraucht.

⁴ Näheres siehe Kapitel 2.2

⁵ Organisation for Economic Co-operation and Development

⁶ Abbildung 2 im Anhang groß dargestellt

⁷ [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] V= Volumendifferenz

⁸ siehe Anhang 8.5

⁹ siehe Anhang 8.6