Auslegung und Konzeption eines Experimentierbaukastens

Inhalt

1 Einleitung
1.1 Zielsetzung der Arbeit
1.2 Relevanz der Arbeit
1.3 Zielgruppe der Arbeit

2 Motivation der Arbeit
2.1 MINT - Stand in Deutschland
2.2 MINT - Tendenz in Deutschland
2.2.1 Ersatzrate bei Ingenieuren
2.2.2 Schulische Ursachen
2.2.3 MINT - Maßnahmen in Deutschland

3 Grundlagen - Experimentierkasten
3.1 Experimentierkasten - Definition
3.2 Experimentierkasten - Klassifikation
3.2.1 Forschungsexperiment
3.3 Experimentierkasten - Aufbau
3.4 Experimentierkasten - Merkmale
3.4.1 Erschließung des theoretischen Umfeldes
3.4.2 Erschließung des experimentellen Umfeldes
3.4.3 Anforderungsschwierigkeit des Experiments
3.4.4 Auswertung der Experimente
3.4.5 Regeln und Sicherheitsanweisungen beim Experimentierbaukasten
3.5 Experimentierkasten - Wirksamkeit
3.5.1 Inhaltliche Dimension
3.5.2 Ziel Dimension
3.5.3 Prozess- Dimension
3.5.4 Institutionelle Dimension
3.5.5 Experimentierkasten - Fazit

4 Marktanalyse der Experimentierkästen
4.1 Strukturmerkmale der Experimente
4.1.1 Strukturqualität
4.1.2 Differenziertheit
4.1.3 Funktionalität
4.1.4 Belastbarkeit und Funktionssicherheit
4.1.5 Begleitmaterial (Handbuch)
4.2 Analyse der Experimentierkasten
4.2.1 Untersuchung auf den Inhalt der Experimentierkästen
4.2.2 Untersuchung auf die Strukturmerkmale
4.2.3 Fazit der Untersuchung der Experimentierkästen
4.3 Analyse der Handbücher der Experimentierkästen
4.3.1 Behandelte Phänomene
4.3.2 Zugrundeliegende liegende Informationen
4.3.3 Reihenfolge der Phänomene
4.3.4 Anschaulichkeit der Phänomene
4.3.5 Altersabhängigkeit bzw. Altersanspruch
4.3.6 Fazit der Untersuchung der Handbücher

5 Einführung - Science in the Box
5.1 Motivation für die regenerativen Energien
5.1.1 Klimaveränderung
5.1.2 Ressourcenverknappung
5.2 Die Sonne
5.2.1 Der Photovoltaikeffekt
5.3 Die Solarzelle
5.3.1 Geschichte der Solarzelle
5.3.2 Funktionsweise einer Solarzelle
5.4 Solarzellentypen
5.4.1 Monokristalline Solarzellen
5.4.2 Polykristalline Solarzellen
5.4.3 Galliumarsenid Solarzellen
5.4.4 Zusammenstellung der Solarzellen
5.4.5 Photovoltaikzelle in der Hausinstallation
5.4.6 Einspeisung der Solarenergie
5.4.6.1 Öffentliches Netz
5.4.6.2 Inselbetrieb
5.4.7 Einsatzmöglichkeiten

6 Betrachtung der Photovoltaikenergie
6.1.1 Vorwort
6.1.2 Sicherheitshinweise
6.1.3 Beim Experimentieren beachten
6.1.4 Hilfsmittel beim Experimentieren
6.1.5 1. Versuch - Lichtspektrum
6.1.6 2. Versuch - Lichtfilter
6.1.7 3. Versuch - Reihenschaltung der Solarzellen
6.1.8 4. Versuch - Parallelschaltung der Solarzellen
6.1.9 5. Versuch - Zellabschattung Grundlagen
6.1.10 6. Versuch - Zellabschattung Reihenschaltung
6.1.11 7. Versuch - Zellabschattung Bypassdiode
6.1.12 8. Versuch - Horizontale Aufstellung der Solarzelle
6.1.13 9. Versuch - Vertikale Aufstellung der Solarzelle
6.1.14 10. Versuch - Temperatureinfluss auf die Solarzelle

7 Auswertung - Science in the Box
7.1 Kosten - Einzeln
7.2 Kosten - Komponenten
7.3 Bezugsquellen
7.4 Internetseiten
7.5 Evaluation - Science in the Box
7.5.1 Bewertung der einzelnen Phänomene
7.5.2 Bewertung der Steigerung der Motivation und Neugierde
7.5.3 Bewertung des Interesses am Experimentieren
7.5.4 Befragung zu jedem Experimentierversuch

8 Fazit der Arbeit

9 Glossar

10. Abbildungsverzeichnis

11. Tabellenverzeichnis

12. Literaturverzeichnis
12.1 Verzeichnis der verwendeten Literaturquellen
12.2 Verzeichnis der verwendeten Studien
12.3 Verzeichnis der verwendeten Internetquellen

Anhang

1 Einleitung

Im Rahmen dieser Arbeit sollen die technischen und naturwissenschaftlichen Themen für die heranwachsenden Kindern interessanter näher gebracht werden. Mit dem Experimentierkasten »Science in the box« wurde das Ziel gesetzt, Kinder mit den Phänomenen der Solarenergie für mehr Technik und Naturwissenschaften anzuregen und zu begeistern. Darüber hinaus wird der Baukasten dem Lehrstuhl Nachhaltige Energiekonzepte als Werbung dienen. In dieser Arbeit führe ich die theoretische Betrachtung, Analyse der bestehenden Experimentierkästen auf dem Markt und die Konstruktion bzw. Entwicklung des Experimentierkastens »Science in the box« durch.

1.1 Zielsetzung der Arbeit

Die Zielsetzung dieser Arbeit besteht aus zwei Teilen. Primär soll in dieser Studienar- beit ein Experimentierbaukasten geplant und entwickelt werden. Für die Entwicklung dieses Vorhabens werden im ersten Abschnitt der Arbeit die theoretischen Grundlagen zur Motivation beim Experimentieren aufgearbeitet. Im zweiten Abschnitt werden auf dem Markt vorhandenen Experimentierkästen untersucht und die Schwächen und Stär- ken zusammengestellt.

Zuletzt ist ein die Dokumentation in Form eines Handbuchs und Zusammenstellung der möglichen Komponenten der »Science in the box« zusammengestellt.

1.2 Relevanz der Arbeit

In den industriellen Ländern begleitet uns die Technik von der Geburt an. Auch die kommende Generation ist von Beginn an mit den Themen wie Strom, Energie oder auch Primäre Energie, Regenerative Energie ständig konfrontiert. Da das Thema der regenerativen Energien immer wichtiger wird und die Sonne für die menschlichen Verhältnisse unendlich viel Energie bereitstellt wird diese Studienarbeit einen Experimentierbaukasten mit den Phänomenen der Photovoltaikenergie aufgreifen.

Frühzeitige Erfahrungen mit der technischen Welt wirken stark auf die Motivation und das Interesse der Kinder aus. Es ist wichtig dass die Kinder eigene Ideen und Vermu- tungen entwickeln können, die Naturphänomene in kleinen Experimenten nachvollzie- hen. Die Entwicklungspsychologen bestätigen in mehreren Studien dass das frühe Inte- resse von Kindern an naturwissenschaftlichen Phänomenen gefördert werden muss.¹

Die Kinder oder die Jugendlichen können dabei selbstständig die Grundzüge der Phä- nomene der Photovoltaikenergie verstehen und nachvollziehen. Das Experimentierset soll die Kinder bzw. Jugendliche für die MINT Fächer neugierig machen und somit ei- nen neuen Zugang zur Naturwissenschaften und der Technik möglich machen.

1.3 Zielgruppe der Arbeit

Frühzeitige, positive Lernerfahrungen wirken förderlich auf die Entwicklung von Motivation und Interesse, auf die erlebte Kompetenz und auf die Fähigkeit und das wissenschaftliche Denken. Hiermit kann auch für die Mädchen das Experimentieren Spaß bereiten und dem Desinteresse beim Spielen entgegenwirken.²

Der Experimentierbaukasten ist bei kindgemäßen und handlungsintensiven Gestaltung keineswegs eine Überforderung für die Kinder, sondern gibt den Heranwachsenden eine Gelegenheit, in kleinen Experimenten Ideen und Vermutungen zu überprüfen und fördert somit ein starkes Interesse bei den Kindern.

In frühen Jahren existiert bei Heranwachsenden ein sogenanntes „kognitives Fenster“ für das Experimentieren. Leider gibt es in Deutschland kaum Ansätze diese Möglichkeit an den Schulen zu fördern.³

Während dieser wichtigen Lebensphase können die Kinder das Interesse und Wissen an naturwissenschaftlichen Phänomenen spielerisch erwerben. Diese Studienarbeit untersucht im welchen Alter ein Zugang zu den Phänomenen der Solarenergie möglich und ob ein Experimentierkasten auch sinnvoll ist.

Ziel dieser Arbeit ist es mit kleinen Experimenten die Neugier und Wissbegierde der Kinder zwischen dem achten und den vierzehnten Lebensjahr zu wecken und weitere Fördermöglichkeiten zur Verfügung stellen.

2 Motivation der Arbeit

Unser Wohlstand basiert auf MINT⁴ Technologien und hat einen hohen Stellenwert für die gesellschaftliche, kulturelle und wirtschaftliche Entwicklung Deutschlands. Um auch weiterhin die Innovationsfähigkeit Deutschlands zu sichern und auszubauen, müs- sen wir versuchen unseren Fachkräftebedarf nachhaltig sichern. Leider sinkt im MINT Bereich die Zahl des Fachkräftenachwuchses seit den 90-er Jahren kontinuierlich nach unten ab.

Die PISA⁵ und TIMMS⁶ Studie hat gezeigt, dass die deutschen Kinder im internationalen Vergleich verhältnismäßig schlecht abschneiden⁷. Es wurden nicht nur die Kenntnisse abgefragt, sondern auch selbstregulierende oder problemlösende Tätigkeiten. Obwohl sich diese Studien nicht direkt auf den Primarstufenbereich beziehen, wirken sie sich auch auf den Sachunterricht aus, der ein Lernen im Vorfeld der Naturwissenschaften beinhaltet und dabei den Grundschülern hinsichtlich ihres weiteren Lernens positive Lernerfahrungen bei naturwissenschaftsbezogenen Themen ermöglichen sollte.“⁸

Tabelle 1: PISA Studie 2000

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Durch diese Studienarbeit soll die Neugierde und die Aufgeschlossenheit gegenüber der Technik und Naturwissenschaften bei Kindern früh gefördert werden. Die technische Neugier oder des Interesses der Kinder wird durch die geeignete Medien und Materialien im Prägealter geweckt. Lange bevor die Kinder mit Spielzeug anfangen zu spielen und mit beweglichen Teilen, z.B. Rädern, experimentieren, lernen sie unterschiedliche Materialien wie Plastik, Holz oder Papier kennen. Sie fangen an, damit zu bauen und zu konstruieren und für sie alltägliche Probleme zu lösen.

In diesem Kapitel wird die MINT Entwicklung in Deutschland aufgezeigt und weshalb gerade der Experimentierbaukasten als Motivationshilfe für die Kinder dienen kann.

2.1 MINT - Stand in Deutschland

Im MINT Sektor besteht in Deutschland ein deutlicher Fachkräftebedarf, im Krisenjahr 2009 gab es immerhin 34.000 unbesetzte Stellen. Bis zum November 2011 wuchs diese Zahl auf über 70.000 freien Stellen.⁹ Die Zahl der älteren Arbeitslosen Ingenieure sank in diesem Zeitraum von 60.000 auf 23.000 runter. In der unteren Tabelle wurden die Ingenieure kommutiert zusammengefasst.

Tabelle 2: Freie Stellen für die Ingenieure¹⁰

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.2 MINT - Tendenz in Deutschland

Der Bedarf an Ingenieuren unterliegt trotzdem der kontinuierlichen Schwankung. Die Lücke zwischen dem Bedarf und Absolventen im MINT Bereich klafft trotzdem immer weiter auseinander.

2.2.1 Ersatzrate bei Ingenieuren

Wird sich der MINT Bedarf weiterhin so stark entwickeln werden bis zum Jahr 2020 die Zahl der unbesetzten Stellen statt 220.000 auf 425.000 ansteigen (vgl. Abb. 1).

Abbildung 1: Prognosen von Absolventen, deren Bedarf und kumulierte Salden¹¹

Als Hauptgrund für die Differenz ist die demografische Ersatzrate mitverantwortlich. Das bedeutet dass das Durchschnittsalter der deutschen Ingenieure heute in etwa 50 Jahre beträgt und dadurch in dem kommenden Jahrzehnt bis zu 450.000 Ingenieure in den Ruhestand gehen.

Abbildung 2: Ersatzraten von Ingenieuren im internationalen Vergleich¹²

Dies hat zu Folge dass bei optimistischen Prognosen von 35.000-40.000 Absolventen eine Ersatzquote nicht ausreicht und im OECD¹³ Schnitt am Ende liegt und in der Abbildung 2 zusammengestellt.

2.2.2 Schulische Ursachen

An den deutschen Schulen wurde der technische Unterricht ab der SEK II über die Jahre immer weiter gekürzt wie in den Abbildungen 3 und 4 zu sehen ist.

Abbildung 3: Anteile der naturwissenschaftlichen Inhalte zwischen 1970-1999¹⁴

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: zehn Teilbereiche im Sachunterricht, Lehrpläne in Deutschland: Stand 2012¹⁵

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Als Folge der Kürzung mangelt es den Kindern und Jugendlichen ab der siebten Klasse an konzeptuellem Verständnis, Problemlösungskompetenz und flexibler Anwendung von Wissen.¹⁶ Diese Erkenntnisse basieren auf den durchgeführten TIMMS und PISA Studien. Die TIMMS Studie wurde mehr das systematische Wissen getestet. In der PISA Studie wurde das fachbezogene Wissen abgefragt. Die Ergebnisse zeigen deutliche Defizite gegenüber anderen Ländern. So ist die Kürzung des Unterrichts das Interesse oder die Motivation der deutschen Kinder stark abgesunken.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Motivation der deutschen Kinder an der MINT Technologie¹⁷

Kompetenzempfinden der Lehrer

Es wurde eine Studie an 30 Berufsschullehrerinnen mit mehrjähriger Erfahrung durchgeführt.¹⁸ Leider wurde in der Studie festgestellt dass die Pädagogen im Bereich Experimentieren sehr starke Unsicherheiten zeigen (vgl. Abb. 6).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Kompetenzeinschätzung der Lehrpersonen

47% in den naturwissenschaftlichen Fächern nicht sicher sind 33% mittelmäßig sicher oder zufriedenstellend sicher 20% sehr kompetent¹⁹

Auf den anderen Schulformen verhält sich es nicht anders, so dass auf diesem Gebiet ebenfalls ein großer Nachholbedarf besteht.²⁰

2.2.3 MINT - Maßnahmen in Deutschland

Trotz der Schwierigkeit auf dem Arbeitsmarkt und zu negativ bewerteten PISA Studie in Deutschland haben die deutschen Kinder auf jeden Fall genügend Potential um das technische Niveau hochzuhalten. Jedes siebte Kind erreicht eine hochkompetente Stufe.

Nur Finnland, Korea oder Neuseeland erreichen besseren Leistungen auf dem MINT Bereich.²¹ Die möglichen freien Potentiale der MINT Förderung sind in der Tabelle 3 zusammengestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3: mögliche MINT Maßnahmen zur Förderung des MINT Bereichs

Übergangsquote erhöhen 75 Prozent eines Abiturjahrganges immatrikulieren an einer Hochschule. Diesen Anteil könnte bis auf 85% erhöht werden.²²

MINT-Fächer Anteil stei- gern Abbruchquote senken 32 Prozent der Hochschulabsolventen machen ihren Abschluss in einem MINT-Fach. Durch die gesteigerte Attraktivität ist eine Erhöhung auf 40% denkbar. Vor allem im Ingenieurbereich müssen die Anstrengungen intensiviert werden.

Durch die bessere Studienmöglichkeiten und Weiter- bildungsmaßnahmen der Akademiker an der Hochschu- le lässt sich die Abbruchquote von derzeit 25% senken. Eine Reduktion um die Hälfte bis 2015 sollte als Ziel realisiert werden.

Senkung der Abbruchquo- Zurzeit verlässt bei den Ingenieuren rund jeder Vierte te die Hochschule ohne Abschluss. Als Ziel wäre eine Reduktion der Abbruchquote bis zum Jahr 2015 um die Hälfte vorstellbar.

Verbesserung der Durch- lässigkeit im Bildungssys- tem Zwischen den unterschiedlichen beruflichen Aus- und Weiterbildungsschulen muss eine bessere Kooperation stattfinden. Viele mathematische und naturwissen- schaftliche Potentiale werden nicht ausgeschöpft, da der Schulabsolvent keinen Abiturabschluss nachweisen kann. Im folgenden Abschnitt werden die möglichen Ansatzpunkte für den MINT Bereich ausführlicher be- schrieben.

In Abbildung 7 stehen mögliche Maßnahmen übersichtlich zur Verfügung. Ein Teil der Maßnahmen lässt sich nur über die politischen Reformen der jeweiligen Institute/ Trä- ger umsetzen. Viele Maßnahmen wie das Experimentieren können aber auch von unab-

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: MINT Interesse auf die 7 Kernzweige aufgeteilt

Durch die zahlreichen Studien ist es gesichert dass die regenerativen Energien erst in den Jahrgangsstufen sechs bis acht durch experimentelle Versuche sinnvoll sind, hier besteht ein sogenanntes kognitives für die Motivation und des Interesses an den MINTBereichen (vgl. Abb. 8).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Motivationsverlaufskurve an den deutschen Kindern²³

In diesem Alter kann der Experimentierkasten an den vorhanden Kompetenzen der jun- gen Menschen orientieren und viele Phänomene aus dem Alltag für die Kinder zugäng- lich machen. Die Tatsache dass die Kinder mit großem Interesse, unglaublicher Freude und Neugierde die technischen Sachverhalte betrachten und es mit dem Experimentierbaukasten lieben, zu planen, zu bauen, zu konstruieren, zu analysieren und zu experimentieren wird durch diese Studienarbeit ein Experimentierbaukasten als entsprechendes Angebot zur Ver- fügung gestellt.

Für die korrekte Umsetzung und besseres Verständnis des Experimentierkastens werden im Kapitel xxx die theoretischen Grundlagen des Experimentierens aufgearbeitet.

Schließlich soll der Experimentierbaukasten die „Erneuerbare Energie »Science in the box« Phänomene der Solarenergie den deutschen Kindern näher bringen und weiteres Interesse wecken.

3 Grundlagen - Experimentierkasten

In diesem Kapitel werden die wichtigsten theoretischen Grundlagen zum Experimentierkasten vorgestellt. Das Experiment spielt seit Jahrhunderten eine zentrale Rolle im Alltag des Menschen. Dabei dient der Experimentierkasten um die Naturphänomene besser kennen zu lernen. D.h. Zusammenhänge zu erkennen, verstehen und die richtigen Schlüsse daraus zu ziehen.

In der heutigen Zeit werden die klassischen Spielzeuge wie Modellbahnen oder experimentelle Baukästen und manuelle Fertigkeiten immer seltener, während die Computerspiele immer stärkeren Einzug prägen. So gehen die traditionellen Spielmöglichkeiten bei Kindern nach und nach verloren.²⁴

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Experimentieren in der Steinzeitwerkstatt: anfassen u. ausprobieren²⁵

Das Wort Experimentieren wird immer wieder im Alltag verwendet, aber was bedeutet Experimentieren eigentlich und welche wichtigen Eigenschaften müssen dabei berücksichtigt werden?

Um die Antwort darauf zu erhalten, muss der aktuelle Forschungsstand analysiert und kritisch hinterfragt werden. Es werden wichtigen Begriffe zum Experimentieren aufge- arbeitet und die Bedeutung und die Effektivität des Experimentierens dargestellt.

3.1 Experimentierkasten - Definition

Das Wort Experiment stammt aus dem Lateinischen („expiriti“) und hat die Bedeutung

- versuchen, auf die Probe stellen, prüfen.²⁶ Das Experiment kannten die Menschen schon früher in der Antike als „Methode der Erkenntnisgewinnung.“²⁷ Aristoteles hat das Experiment als Verstehen auf vier grundsätzliche Fragen und Ursachen definiert und in zwei Gruppen aufgeteilt.

1. Die inneren Ursachen: Causa meterialis („aus was“) und Causa formalis („was“)
2. Die äußeren Ursachen: Causa efficiens („Durch was“) und Causa finalis („zu was“)²⁸

Somit wurde das Experiment bis in unsere Zeit als ein „Prozess, der Elemente des Denkens, des Handelns und des Erkennens eingebaut.“²⁹

3.2 Experimentierkasten - Klassifikation

Experiment wird in drei wesentliche Bereiche unterteilt.³⁰ Die Experimentierreihe wie die Photovoltaikenergie beschreibt die naturwissenschaftlichen Phänomene und kann durch das Forschungsexperiment erforscht werden. Die Phänomene stehen dabei im Mittelpunkt des Experimentierens und nicht der technische Aufbau oder die Konstrukti- on.

Beim Forschungsexperiment setzt die klassischen Methoden wie die planmäßige, ziel- gerichtete Erforschung naturwissenschaftlicher Gesetzmäßigkeiten ein. Die Begriffe wie Beobachten, Ordnen, Erkennen von Variablen (physikalische Größen), Bilden von Vermutungen, Planen, Durchführen, Kontrollieren, Dokumentieren und das Auswerten von Ergebnissen werden in einer festen Reihenfolge durchgeführt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: begriffliche Unterscheidung des Experimentes nach Meyer³¹

3.2.1 Forschungsexperiment

1. Forschungsexperiment wird in Schritten durchgeführt. Der Aufbau ist geord- net
2. Forschungsexperiment wird am Modell durchgeführt und unterscheidet sich von der bloßen Beobachtung
3. Kann beliebig häufig wiederholt oder reproduziert werden
4. Naturereignisse können auf Gesetzmäßigkeiten und Regelmäßigkeiten über- prüft werden³²

3.3 Experimentierkasten - Aufbau

Die Methode des Experimentierens beschäftigt sich mit den menschlichen Tätigkeiten wie Beobachten, Vergleichen, dem Messen und der Formulierung der Beobachtungen.³³ Danach folgen das experimentelle Problemlösen und Konstruieren. Es wird das tiefere Verständnis, Erkennen und Nachvollziehen der grundlegenden Erkenntnisse eingeübt.

3.4 Experimentierkasten - Merkmale

Um die Situation in Deutschland zu verbessern, muss demnach mehr Selbständigkeit beim Experimentieren seitens der Kinder erreicht werden. Wichtige Begriffe sind dabei „naturwissenschaftliche Arbeitsweisen“ und „Natur der Naturwissenschaften“³⁴

Das Experimentieren muss dabei gewisse Regeln einhalten und in bestimmten Phasen des Experimentierens die Phänomene systematisiert, veranschaulicht und reflektierbar zusammengestellt werden.

Eine möglichst selbständige und praxisorientierte Auseinandersetzung mit dem Thema gewährleistet ist, die Kinder zum Artikulieren der eigenen Meinung, Bewusstmachen eigener Vorstellungen und dem Erleben und Bewerten der Vorstellungen anderer ange- regt werden, dabei dem Experiment nicht lediglich Überprüfende Funktionen zugeschrieben werden, sondern auch dem Experiment ein kreativer Charakter als eine wichtige Eigenschaft verliehen wird und beim Experimentieren die affektive Komponente berücksichtigt wird. Das Experiment soll für die Kinder motivierend sein und Spaß machen.

3.4.1 Erschließung des theoretischen Umfeldes

Folgende Fragen müssen beim Aufbau des Experimentierkastens für die Abdeckung der theoretischen Grundlagen im Vordergrund stehen:

a. Welche physikalischen Aspekte lassen sich an diesen Phänomenen beobachten und untersuchen?
b. Welche fachlichen Inhalte stehen im Zusammenhang mit den verschiedenen As- pekten und wie hängen sie zusammen?

3.4.2 Erschließung des experimentellen Umfeldes

Folgende Fragen müssen beim Aufbau des Experimentierkastens für die Abdeckung der experimentellen Umfelds im Vordergrund stehen:

a. Welche Untersuchungen mit welchen Methoden könnte man anstellen, um Er- kenntnisse über die Aspekte des Phänomens zu erlangen?
b. Welche Experimentiermaterialien können von den Kinder im Laufe ihrer Unter- suchungen anfordern? Welche fordern sie an?
c. Welche Fragestellungen und Untersuchungsziele könnten Kinder formulieren? Welche formulieren sie tatsächlich?
d. Zu welchen Schlussfolgerungen kommen sie dabei?
e. Welche Hilfestellungen kann bzw. darf der Lehrende geben, ohne die Fragen und
f. Ziele der Lernenden dabei in eine vorbestimmte Richtung zu lenken?

3.4.3 Anforderungsschwierigkeit des Experiments

Der Experimentierbaukasten darf nicht zu leicht oder schwer konzipiert sein und dem Kindesalter entsprechend sein. Sollte der Experimentierbaukasten als zu leicht konzipiert sein, fühlen sich die Kinder schnell gelangweilt und unterfordert. Das schlägt sich auf das Interesse und die Neugierde nieder (vgl. Abb. 11).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 11: Anforderungsverlauf des Experimentierbaukastens³⁵

Sind die Anforderungen beim Baukasten zu schwer und übersteigen die Fähigkeiten der Kinder werden sie schnell mit den Versuchen oder Ausprobieren aufhören. Es ist ratsam mit leichteren Phänomenen zu beginnen und das Leistungsniveau der Experimente langsam erhöhen.

Um optimale Lerneffekte bei Kindern erzeugen zu können muss die unterstützenden mittel den Kindern ermöglichen die Phänomene auf eigene Faust zu erforschen.

Die Entwicklung bzw. das selbstständige Konstruieren von Objekten unterstützt den Wissenserwerb der Kinder. Auf Basis dieser neu erworbenen Kenntnisse wird es ihnen ermöglicht, immer komplexere Lösungen zu entwickeln, was wiederum die Entwick- lung neuer Kenntnisse und den Erwerb neuen Wissens unterstützt. Die gelösten Aufgaben und Problemstellungen sind der Anfang eines selbstständigen Kreislaufs. Heranwachsende, die eigenständig Problemlösungen ermitteln, erleben, wie befriedigend ein Ergebnis sein kann, das man selbst erzielt hat. Diese Erfahrung hebt sich völlig vom theoretischen Erlernen der Ergebnisse anderer ab. Dieses wird in der Literatur als „Learning by making“ oder aktiv Lernen bezeichnet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 12: learning by making³⁶

3.4.4 Auswertung der Experimente

Nach jedem Phänomen ist eine begriffliche Erklärung für die Kinder hilfreich. Die Auswertung der gemachten Beobachtungen und Erkenntnisse der Kinder erfolgt am besten mit einem Versuchsprotokoll bzw. „Forschertagebuch“.

[...]

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¹ vgl. Forschungsarbeiten von Entwicklungspsychologen (Piaget, Erikson, Lück)

² vgl. Becker, Georg: Handlungsorientierte Didaktik - Teil III5. Auflage

³ vgl. Forschungsarbeiten von Entwicklungspsychologen (Piaget, Erikson, Lück)

⁴ Vgl. Mathematik - Informatik - Naturwissenschaften - Technik

⁵ Vgl.internationale Schulleistungsuntersuchungen PISA 2001

⁶ Vgl.Third International Mathematics and Science Study2005

⁷ Vgl.PISA2001

⁸ Vgl.Blumberg et al. 2003, S.77

⁹ Vgl. VDI: Blick auf den Arbeitsmarkt 2011-11

¹⁰ Vgl. VDI Ingenieurmonitor, November 2010

¹¹ Vgl. OECD, Bildung auf einen Blick, 2008

¹² Vgl. OECD, Bildung auf einen Blick, 2008

¹³ Vgl. Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung

¹⁴ Vgl. Blaseio, 2002

¹⁵ Vgl. Strunk, 1999

¹⁶ Vgl. Mint-EC (Excellence Center)

¹⁷ Vgl. IGLU Studie

¹⁸ Vgl. Brigitte Pokorny Pädagogische Akademie der Stiftung Pädagogische und Religionspädagogische Akademie der Erzdiözese Wien

¹⁹ Vgl. Drechsler, B. u. Gerlach, S.: Naturwissenschaftliche Bildung im Sachunterricht - Problembereich bei Grundschullehrkräf- ten?! In: Kahlert, J., Inckemann, E.(Hg): Wissen, Können und Verstehen - Von der Herstellung ihrer Zusammenhänge im Sach- unterricht. Bad Heilbrunn,2001

²⁰ Vgl. http://www.sfz-bw.de/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=156 &Itemid=63, zuletzt geprüft am: 10.02.2013.

²¹ Vgl. Pisa Studie

²² Vgl. http://www.kmk-format.de, zuletzt geprüft am: 10.02.2013.

²³ Vgl. Mit Kindern Technik entdecken - das Praxisbuch

²⁴ Vgl. VDI Studie 2009 Nachwuchsbarometer Technik

²⁵ Vgl. NRW-Stiftung, Magazin der NRW-Stiftung, Ausgabe 1/2008 (2008)

²⁶ Vgl. Meyer, H.,1987, S.313

²⁷ Vgl. Scharf1984, S.14

²⁸ Vgl. Scharf1984

²⁹ Vgl. Hermanns/Wambach1984, S.31

³⁰ Vgl. Meyer 1997

³¹ Vgl. MEYER1997, S.313

³² Vgl. Meyer 1987, S.313

³³ Vgl. Unglaube, H.,1997, S.227

³⁴ Vgl. W.F. McComas und H. Almazora. The nature of science in science education: An introduction. Science and Education 7, pages 511 {532, 1998.

³⁵ Vgl. Aceton Studie

³⁶ Vgl. Aceton Studie