Naturwissenschaftliche Bildung im Elementarbereich zum Thema 'Mischbarkeit von Flüssigkeiten'

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Material und Methoden
2.1 Naturwissenschaften im Kindesalter nach Gisela Lück
2.2 Das Haus der kleinen Forscher
2.3 Die Kognitive Meisterlehre – Ein Konzept für frühe naturwissenschaftliche Bildung

3. Ergebnisse
3.1 Versuchsplanung „Mischbarkeit von Flüssigkeiten“ aus dem Konzept „Naturwissenschaften im Kindesalter nach Gisela Lück“
3.1.1 Naturwissenschaftliche Deutung
3.1.2 Anschlussfrage
3.2 Versuchsplanung „Löslichkeit von Feststoffen in Wasser“ aus dem Konzept „Naturwissenschaften im Kindesalter nach Gisela Lück“
3.2.1 Naturwissenschaftliche Deutung

4. Vergleich der Konzepte „Naturwissenschaften im Kindesalter nach Gisela Lück“ und „Kognitive Meisterlehre“
4.1 Zielgruppe
4.2 Vorbereitung
4.3 Material
4.4 Durchführung
4.5 Alltagsbezug
4.6 Naturwissenschaftlicher Hintergrund

5. Zusammenfassung

6. Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Die Studie TIMSS zeigte im Jahr 2007 auf, dass Schüler vor allem im naturwissenschaftlich-technischem Bereich Defizite aufweisen. Das führte zu einer umfassenden Förderung der MINT-Fächer. Ohne Kenntnisse in diesen Bereichen fehlen der Wirtschaft zukünftig die nötigen Experten. Den Kindern bereits im Elementarbereich erste Erfahrungen im naturwissenschaftlichen Bereich zu bieten, ist daher besonders wichtig. Heutzutage beschäftigt sich eine Vielzahl von Projekten und Konzepten mit der Thematik. Im Mittelpunkt steht das Wecken kindlicher Neugier für die Naturwissenschaften (vgl. Gold & Dubowy, 2013, S.112).

Im Laufe der Zeit hat sich die Thematik in Deutschland positiv entwickelt. Nicht nur biologische, sondern auch chemische und physikalische Inhalte sind in den Bildungsvereinbarungen verankert. Es werden Experimentiertage für Kinder angeboten und Naturphänomene in Kinderuniversitäten untersucht. Die Notwendigkeit des Heranführens an naturwissenschaftliche Themen ist nun ins öffentliche Bewusstsein gerückt. Wachsen Kinder schon früh mit naturwissenschaftlichen Kenntnissen auf, haben sie es im späteren Leben nachweislich leichter. Deshalb ist es von großer Bedeutung, auch im Elementarbereich die Kinder früh an die belebte und unbelebte Natur heranzuführen. Das primäre Ziel ist, den natürlichen Forscherdrang der Kinder zu unterstützen (vgl. Lück, 2012, S.8 f.).

Laut dem SGB (Sozialgesetzbuch) VIII zählen zu den Kernaufgaben des Elementarbereichs die drei Bereiche Bildung, Erziehung und Wissensvermittlung. Die Kindertageseinrichtung ist ein wichtiges Segment zur Unterstützung dieses Bildungsaspekts und frühkindlicher Bildungsprozesse. Schlüsselqualifikationen, wie u.a. System- und Problemlöseorietierung, Situations-, Handlungs- und Partizipationsorientierung und Ganzheitlichkeit werden durch naturwissenschaftliche Erfahrungen und der Deutung naturwissenschaftlicher Phänomene erworben (vgl. ebd., S.22 f.).

Ein Stoff, mit dem Kinder alltäglich in Berührung kommen, ist Wasser. Kinder haben in diesem Bereich Vorerfahrungen, kennen die Eigenschaften und wissen, wie es sich anfühlt. Auch können Vorschulkinder oft schon durch das Anschauen erkennen, ob es sich um kaltes oder heißes Wasser handelt. Im Gegensatz dazu sind andere flüssige Stoffe den Kindern größtenteils unbekannt. In zahlreichen Experimenten wurde belegt, dass Kinder das Element Wasser faszinierend finden und sich gerne damit beschäftigen. Eine Eigenschaft von Wasser, die den Kindern meist neu ist, ist die Nicht-Mischbarkeit mit Öl. Daher steht die Fragestellung „Wie kann das Thema ‚Mischbarkeit von Flüssigkeiten‘ im Elementarbereich optimal umgesetzt werden?“ in dieser Arbeit im Mittelpunkt. Dafür werden zunächst verschiedene Konzepte erläutert, mit denen Kindern das Phänomen näher gebracht werden kann. Im darauf folgenden Kapitel wird ein konkretes Experiment bezüglich der Mischbarkeit von Flüssigkeiten beschrieben. Es folgen mögliche Fragen von Kindern und ein weiteres, darauf aufbauendes Experiment. Im vierten Kapitel werden die Methoden miteinander verglichen, bevor im letzten Kapitel eine Zusammenfassung folgt.

2. Material und Methoden

2.1 Naturwissenschaften im Kindesalter nach Gisela Lück

„Um im Elementarbereich Kinder an Naturphänomene heranzuführen, sind zum einen das Experimentieren und zum anderen die Deutung des Naturphänomens von zentraler Bedeutung“ (Lück, 2006, S.202).

Die Professorin für Didaktik der Chemie Dr. Gisela Lück beschäftigt sich primär mit der Naturwissenschaftsvermittlung im Elementarbereich. Bereits in den 90er Jahren entwickelte sie einfache Experimente, um Kindern im Elementarbereich die unbelebte Natur nahezubringen. Besonders Chemie und Physik galten damals als Überforderung für die Vorschulkinder. Dafür wurde das Experiment zur Invarianz von Flüssigkeiten des Schweizer Entwicklungspsychologen Jean Piaget als Beleg angeführt. Hierbei bekommt ein Kind zwei unterschiedliche Gefäße, die jedoch das gleiche Volumen fassen. Ein Gefäß ist lang und hoch und das andere schmal und breit. Nun soll das Kind sagen, in welchem Gefäß mehr Wasser ist. In den meisten Fällen lautet die Antwort der unter siebenjährigen Kinder, es sei in dem schmalen, hohen Gefäß mehr Wasser enthalten. Das deutet Piaget als Indiz dafür, dass diese Kinder noch nicht in der Lage sind, logisch zu denken. Spätestens ab dem siebten Lebensjahr entwickeln jedoch alle Kinder diese Fähigkeit. Gisela Lück belegt allerdings anhand der Entwicklungspsychologie des deutsch-amerikanischen Psychoanalytikers Erik H. Erikson und Erkenntnissen aus der Hirnforschung die Fähigkeit, dass Kinder im Vorschulalter naturwissenschaftliche Zusammenhänge sehr wohl verstehen können. Notwendige Signale müssen zum richtigen Zeitpunkt ausgesendet werden, um dem Kind entwicklungsspezifische Erfahrungen zu ermöglichen. Eine altersgemäße Heranführung an Naturphänomene kann schon früh vorgenommen werden, denn die Selbstregulierungskräfte der Kinder sind bereits so weit ausgebildet, Überflüssiges als solches zu identifizieren. Gisela Lück fand heraus, dass Kinder ab vier Jahren bereits materielle und immaterielle Dinge unterscheiden können. Gase werden hierbei jedoch in den seltensten Fällen als materiell klassifiziert. Um Gewichte einschätzen zu können, müssen Kinder die Gelegenheit bekommen, sie selbst zu testen. Eine Vorstellung von Dichte haben Kinder etwa ab dem sechsten Lebensjahr, Aggregatzustände erfassen sie ab dem vierten Lebensjahr und eine Vorstellung von Lösungsvorgängen können Kinder bereits im Vorschulalter hervorbringen (vgl. Lück, 2012, S.30 ff.).

Die motivationalen Aspekte der Naturwissenschaftsvermittlung sind eine weitere Grundlage der Naturwissenschaften im Kindesalter. Durch empirische Untersuchungen wurde festgestellt, dass Kinder von sich aus ein hohes Interesse an naturwissenschaftlichen Experimenten haben. Besonders wenn sie sich über längere Zeit hinweg mit einem Sachverhalt beschäftigen dürfen. Dadurch bekommen die Kinder ein positives Gefühl gegenüber dem Sachverhalt. Sie sind intrinsisch motiviert, was zu besseren Leistungen und erhöhter Lernfreude führt. Nach diesen Kenntnissen entwickelte Lück Experimentiereinheiten, in denen die Inhalte, Begründungen und die Erinnerungsfähigkeit der Kinder überprüft wurden. Fundamental war die freiwillige Teilnahme der Kinder, um auch das Interesse überprüfen zu können. Den Kindern wurden neben den naturwissenschaftlichen Angeboten noch andere attraktive Alternativen geboten, damit die Kinder sich aus persönlichem Interesse für diese Thematik entscheiden. Das Interesse an den naturwissenschaftlichen Experimenten war trotz dieser Alternativen sehr hoch. Die Angebote naturwissenschaftlicher Themen sollten nach Gisela Lück an die jeweiligen Vorkenntnisse anknüpfen, das Interesse der Kinder wecken, eine intrinsisch motivierte Teilnahme ermöglichen und methodisch-didaktisch so entwickelt sein, dass sie tiefgreifend und effektiv wirken. Die Ergebnisse zeigen, dass die Erinnerungsfähigkeit der Kinder sehr hoch ist, sie die Experimente rekonstruieren und sich die naturwissenschaftliche Deutung merken können (vgl. ebd., S.70 ff.).

Nach diesem Konzept ist es wichtig, einige Grundprinzipien zu beachten. Es sollten mehrere Experimente zu einem Themenfeld durchgeführt werden, die aufeinander aufbauen und nach und nach immer komplexer werden. Ratsam ist es, einmal wöchentlich die Experimente mit einer Gruppe von sechs Kindern durchzuführen. Ein seperater, ruhiger Raum als Treffpunkt ist hilfreich, um konzentriert zu experimentieren. Es eignen sich Kinder im Alter von fünf bis sechs Jahren, da in diesem Alter die Konzentrations-, Beobachtungs- und Sprachfähigkeit ausreichend entwickelt sind. Die durchgeführten Experimente müssen ungefährlich sein, es sollen preiswerte Materialien Verwendung finden, altersgerechte Erklärungen geboten und Alltagsbezüge hergestellt werden. Die Experimente müssen zuverlässig gelingen, selbstständig durchgeführt werden können und dürfen nicht länger als dreißig Minuten dauern. Für die Durchführung der naturwissenschaftlichen Experimente beschreibt Lück einen einheitlichen Ablauf. Zur Vorbereitung soll jeder Versuch von der Fachkraft vorher ausprobiert werden. Der Raum, in dem die Experimente stattfinden, wird vorbereitet, indem die benötigten Materialien bereitgestellt werden. Die Kinder sollen diese Materialien vor dem Beginn des Experiments benennen und eine Fragestellung entwickeln, die es gilt, im Laufe des Experiments zu beantworten. Danach haben die Kinder Zeit zum Experimentieren. Ein intensives Beobachten der Abläufe steht hierbei im Vordergrund. Abschließend wird über das Beobachtete gesprochen und eine altersgerechte naturwissenschaftliche Erklärung geboten (vgl. ebd., S. 144 ff.).

2.2 Das Haus der kleinen Forscher

Das Ermöglichen von naturwissenschaftlichen Themen im Alltag ist primäres Ziel dieses Konzepts. Schon im Elementarbereich sollen die Kleinsten an diese Thematik herangeführt werden um die Naturphänomene mit Freude zu entdecken. Die Stiftung „Haus der kleinen Forscher“ unterstützt die pädagogischen Fachkräfte in der Umsetzung in Kita und Grundschule. Im Mittelpunkt steht hierbei das gemeinschaftliche Lernen der Kinder. Die Erwachsenen fungieren als Lernbegleitung. Mit den Angeboten dieses Konzepts wird der Bildungsbereich „Naturwissenschaften“ im Alltag aufgegriffen, wodurch sich die Bildungschancen und damit die Nachwuchssicherung in den naturwissenschaftlichen Berufen erhöhen (vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung, 2013, S.4).

Spannende Geschichten führen die Kinder zu den verschiedenen Experimenten hin. Diese sorgen für eine erlebnisreiche Reise durch die Naturwissenschaften. Jede Geschichte beschreibt ein besonderes Phänomen, worauf ein bestimmtes Experiment folgt. Dieses verdeutlicht physikalische, chemische, biologische und technische Zusammenhänge auf spielerische Art und Weise.

In dem Konzept „Haus der kleinen Forscher“ wird dem pädagogischen Fachpersonal nahe gebracht, wie man die Auseinandersetzung mit Natur und Technik im Kita-Alltag einfließen lassen kann. Die CDU-Politikerin Prof. Dr. Annette Schavan ist die Schirmherrin dieses Konzeptes. Ziel ist die Förderung der naturwissenschaftlichen Bildung im Elementarbereich. Kinder sollen begeistert zu kleinen Forschern werden. Aus diesem Grund entwickelt das „Haus der kleinen Forscher“ naturwissenschaftliche Experimente, die im Elementarbereich durchgeführt werden können. Die Experimente sind einfach aufgebaut und erfordern nicht viel Material. Es werden Zusammenhänge naturwissenschaftlicher und technischer Art verdeutlicht, die die Kinder dazu anregen, ihre Umwelt bewusster wahrzunehmen. Spaß und Begeisterung sind hier die primären Aspekte, denn dadurch wird ein größerer Lerneffekt erzielt. Neben der Wissenserweiterung im naturwissenschaftlichen Bereich werden auch die Sprach-, Sozial- und Lernkompetenzen gefördert, indem die Kinder gemeinsam experimentieren und anschließend das Beobachtete besprechen und reflektieren (vgl. Hecker, 2013, S.8f.).

Es ist wichtig, wenn das pädagogische Fachpersonal auch Freude an der naturwissenschaftlichen Thematik hat und so die Sachverhalte bestmöglich vermitteln kann. In regelmäßigen „Haus der kleinen Forscher“-Workshops wird den Fachkräften die Didaktik der Wissensvermittlung nahe gebracht (vgl. ebd., S.10).

2.3 Die Kognitive Meisterlehre – Ein Konzept für frühe naturwissenschaftliche Bildung

„ Der Kopf ist rund, damit die Gedanken die Richtung ändern können “ (Von Löbbecke-Lauenroth, 2012, S.5) ist das Motto dieses Konzepts.

Auschlaggebend für die Entwicklung der Kognitiven Meisterlehre ist die Tatsache, dass die pädagogischen Fachkräfte im Elementarbereich Probleme bei der Umsetzung naturwissenschaftlicher Themen haben. Da das Interesse an diesem Themengebiet jedoch vorhanden ist, kommt die Frage auf, woran die Umsetzung scheitert. Es ist von Bedeutung, dass sich die Grundhaltung des Fachpersonals gegenüber den Naturwissenschaften positiv verändert. Dies und die nötigen Kompetenzen für die naturwissenschaftlichen Themen werden dem pädagogischen Fachpersonal mithilfe dieses Konzepts nahe gebracht. Das wesentliche Ziel der Kognitiven Meisterlehre ist die alltägliche Umsetzung naturwissenschaftlicher Abläufe und das Wahrnehmen der eigenen Person als Teil der vorhandenen Naturphänomene. So werden Kinder automatisch in den Lernprozess einbezogen und verstehen sich als aktive Akteure ihrer Umwelt. Das Konzept grenzt sich bewusst vom Experimentieren als angeleitete Aktivität ab, da es primär von Bedeutung ist, die Naturphänomene im Alltag zu entdecken und in die Bildungsarbeit zu integrieren. So ist eine langfristige Etablierung der Naturwissenschaften im Elementarbereich möglich. Grundannahme des Konzepts ist das Öffnen der kognitiven Fenster bei Kindern vom dritten bis fünften Lebensjahr. Die Kinder zeigen besonders in dieser Zeit ein besonderes Interesse an naturwissenschaftlichen Phänomenen und sind in der Lage, nachvollziehbare Experimente zu verstehen und die dazugehörigen Theorien zu nutzen und zu reflektieren (vgl. ebd., S.5 ff.). Die pädagogische Fachkraft soll bei der Umsetzung naturwissenschaftlicher Themen nicht fächer- oder funktionsorientiert vorgehen, sondern sich von den alltäglichen Themen, die die Kinder beschäftigen, anregen lassen und daraus Lernangebote initiieren. Situations- und projektorientiertes Arbeiten steht hierbei im Vordergrund (vgl. ebd., S.8 f.).

Die Kognitive Meisterlehre ist in verschiedene Phasen strukturiert. Die Durchführung findet immer mit einem Experten oder einer Expertin, der sich bereits intensiv mit dem Konzept auseinandergesetzt hat, und einer pädagogischen Fachkraft statt. In Phase 1 „Modelling – Modellhaftes Vorführen“ geht es primär um die Findung des Projektthemas. Hier hält die pädagogische Fachkraft sich im Hintergrund auf und dokumentiert den Forschungsverlauf. Die Durchführung übernimmt der Experte. Die pädagogische Fachkraft legt den Schwerpunkt ihrer Dokumentation auf den Prozess der Einbeziehung der kindlichen Fragen. In Phase 2 „Coaching – Anleiten“ wird die pädagogische Fachkraft mit der Umsetzung vertraut gemacht, in dem sie unter der Anleitung des Experten das Angebot mit einer neuen Gruppe von Kindern durchführt. In Phase 3 „Scaffolding (strukturiertes Unterstützen) mit allmählicher Rücknahme (fading)“ wird die pädagogische Fachkraft während ihres Angebots mit Vorschlägen unterstützt. Diese Unterstützung wird nach einiger zeit herabgesetzt, bis die pädagogische Fachkraft allein die Verantwortung für die Forschung übernehmen kann. Am Ende dieser Phase steigt die pädagogische Fachkraft selbst zum Experten auf. Die Phasen 4 und 5 „Artikulation und Reflektion“ umfassen die schriftliche Dokumentation und Reflektion der durchgeführten Angebote. Die Dokumentation wird gut sichtbar in der Einrichtung angebracht und später in die Forschermappe geheftet. Hierdurch kann die Fachkraft sich selbst mit den Angeboten auseinandersetzen und auch den Eltern den Verlauf verdeutlichen. In Phase 6 „Exploration – Forschendes Lernen“ lernen die Fachkräfte das Wahrnehmen der Kinderfragen und die verschiedenen Lösungsmöglichkeiten. Die Angebote werden passend strukturiert und Lernstrategien gemeinsam mit den Kindern entwickelt (vgl. ebd., S.13 ff.).

3. Ergebnisse

3.1 Versuchsplanung „Mischbarkeit von Flüssigkeiten“ aus dem Konzept „Naturwissenschaften im Kindesalter nach Gisela Lück“

Die pädagogischen Fachkräfte beobachten die Kinder im Alltag, um Interessen und aktuelle Themen herauszufinden. Besonders in alltäglichen Situationen kann beobachtet werden, wie bei Kindern durch naturwissenschaftliche Phänomene Fragen aufkommen, die es zu beantworten gilt. Ihre kindliche Neugier fordert sie täglich zum forschenden Lernen heraus. Sie experimentieren im Waschraum mit Wasser, Zahnpasta und Seife und sind fasziniert von den Ergebnissen. Kinder stellen Fragen zu naturwissenschaftlichen Themen, z.B. wieso das Wasser beim Kochen blubbert oder warum ein Kuchenteig aufgeht. Aufgrund dieser Beobachtungen wird ein Projekt mit naturwissenschaftlichem Schwerpunkt durchgeführt. Zunächst werden die konkreten Fragen der Kinder wahrgenommen und mithilfe naturwissenschaftlicher Phänomene nach Antworten gesucht.

An der Projektplanung und –durchführung sind die Kinder aktiv beteiligt. Ziel ist hierbei die Stärkung und Vertiefung naturwissenschaftlicher Kompetenzen. Das Experimentieren steht im Vordergrund. Kinder formulieren Hypothesen über das Ergebnis des Experiments und überprüfen diese durch die Versuchsdurchführung. Gemeinsam wird eine Erklärung für das Beobachtete gefunden. In einem offenen, sozialen Lernprozess werden naturwissenschaftliche Kenntnisse vertieft.

Um dem Thema „Mischbarkeit von Flüssigkeiten“ näher zu kommen, wird folgende Kinderfrage, die während des Mittagessens in der Kita aufkam, in den Mittelpunkt gestellt: „ Was sind das für runde Kugeln in meiner Suppe?“. Experimente, die die Eigenschaften von Wasser, wie u.a. die Oberflächenspannung und den Aggregatzustand verdeutlichen, wurden im Vorfeld bereits mit den Kindern durchgeführt. Zu Beginn der neuen Thematik „Mischbarkeit von Flüssigkeiten“ überlegen die Kinder, welche Flüssigkeiten sie gerne mischen und kennenlernen möchten. Gemeinsam wird eine Materialliste für das bevorstehende Experiment „Mischbarkeit von Wasser und Öl“ erstellt (vgl. Fthenakis, Wendell, Eitel, Daut & Schmitt, 2009, S.192 ff.).

Nachdem die Kinder bereits durch vorangegangene Experimente mit dem Element Wasser vertraut sind, wird nun das Experiment zur „Mischbarkeit von Flüssigkeiten“ mit den fünf- und sechsjährigen Kindern durchgeführt. Jedes Kind hat ein Glasschälchen mit einer Tropfpipette vor sich. Auf dem Tisch befinden sich Speiseöl, Essig, Spülmittel und Behälter mit Wasser. Zunächst zählen die Kinder auf, welche Flüssigkeiten sie bereits kennen. Wasserhaltige Flüssigkeiten werden als solche identifiziert und es kommt die Frage auf, ob es außer Wasser noch andere Flüssigkeiten gibt. Die Kinder betrachten die Gegenstände auf dem Tisch und äußern ihre Ideen. Jedes Kind darf nun eine kleine Menge Wasser in das vor ihm stehende Glasschälchen gießen, etwas Essig dazu geben und genau beobachten, ob diese beiden Flüssigkeiten sich vermischen. Die Kinder dürfen Hypothesen aufstellen, was wohl passiert, wenn das Öl dazu geschüttet wird. Nach Zugabe von Öl wird und erneut beobachtet, ob sich die Flüssigkeiten vermischen. Anschließend wird eine Spülmittellösung angefertigt, indem die Kinder einige Tropfen Spülmittel mit etwas Wasser mischen. Jedes Kind darf nun tropfenweise, mithilfe der Pipette, etwas von der Spülmittellösung in sein Glasschälchen zu dem Wasser-Essig-Öl-Gemisch geben. Die Kinder beobachten nun, was nach der Zugabe der Spülmittellösung geschieht. Ihre Aufmerksamkeit soll besonders dem Öl gelten. Bei diesem Experiment erfahren die Kinder, dass das Wasser sich mit dem Essig vermischt, das Öl hingegen isolierte Tropfen in der Flüssigkeit bildet. Durch Zugabe der Spülmittellösung kann beobachtet werden, wie der Rand der Öltropfen sich verändert und die Kontur verliert (vgl. Lück, 2012, S.182 f.).

[...]