Die Frage nach der Gestaltung eines guten (Physik-)Unterrichtes im Sachunterricht der Grundschule ist eine Aufgabe, mit der jede Grundschullehrkraft täglich konfrontiert wird. Dennoch stellt sich seit jeher die Frage, wie dieser aufgebaut sein muss, um einen Wissenszuwachs bei den SuS zu generieren.
Ziel des Autors dieser Arbeit ist es demnach, eine Unterrichtsreihe zu optischen Täuschungen zu entwickeln, die einerseits die Merkmale eines guten Physikunterrichtes des Sachunterrichtes der Grundschule vereint und somit ein Wissenszuwachs bei den SuS ermöglicht. Andererseits wird exemplarisch, durch die Durchführung der beschriebenen Reihe und die Auswertung von zwei Fragebögen zu optischen Täuschungen dargestellt, inwiefern die Unterrichtsreihe als erfolgreich gewertet werden kann.
Optische Phänomene bzw. optische Täuschungen bieten dieses breite Spektrum an Er-fahrungsmöglichkeiten an und sind daher als Thema für eine Unterrichtsreihe einer vier-ten Grundschulkasse geeignet. Es bieten sich verschiedene Herangehensweisen bei der Bearbeitung der optischen Täuschungen an und es können darüber hinaus eine Vielzahl an methodisch-didaktischen Differenzierungsmöglichkeiten gewährleistet werden. Zu-dem sind optische Phänomene Teil des direkten Lebensumfeldes der SuS und können so leichter von ihnen verstanden und als Bestandteil ihres Lebens wahrgenommen werden.
Im Anhang befindet sich eine komplette Experimentierreihe zum Thema optische Täuschungen für die 4. Klasse, inklusive selbstentwickelter Fragebögen zur Auswertung der Frage, ob ein Wissenszuwachs bei den Schülerinnen und Schülern zustande kommt.
Inhalt
Tabellen- und Abbildungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung
2. Theoretischer Hintergrund
2.1 Physik im Sachunterricht der Grundschule
2.2 Aufbau einer Unterrichtsstunde
2.3 Das Experiment(-ieren) im Sachunterricht der Grundschule
2.4 Fazit
2.5 Optische Täuschungen im Sachunterricht der Grundschule
2.5.1 Optische Täuschungen
2.5.2 Einordnung Lehrplan
3. Unterrichtsreihe zu optischen Täuschungen
3.1 Aufbau und Durchführung der Unterrichtsreihe
3.2 Lernziele
3.3 Beobachtung
3.4 Auswertung
4. Fazit und Ausblick
Literaturverzeichnis
Anhang
Anhang B Fragebogen (1)
Anhang C Experiment ‚Loch in der Hand‘
Anhang D Anschauungsexperiment
Anhang E Deckblatt Protokollbogen
Anhang F Station (1)-(5) Stationsschilder und Protokolle
Anhang G Merkzettel Optische Täuschungen
Anhang H Fragebogen (2)
Anhang I Stichprobenbeschreibung
Anhang J Auswertung Fragebogen (1)
Anhang K Auswertung Fragebogen (2)
Anhang L Auswertung Experimentierbögen
Tabellen- und Abbildungsverzeichnis
Tabelle 1 Planungsraster (1)
Tabelle 2 Planungsraster (2)
Tabelle 3 Gruppe 1-5
Tabelle 4 Gruppe 6-9
Abbildung 1 Ebbinghaus-Illusion (entnommen aus Augenzirkus, Zysk, 2015, S. 27)
Abbildung 2 Müller-Lyer Illusion (entommen aus ebd., S. 39)
Abbildung 3 Kaffeehaus-Illusion (entommen aus Optische Illusionen, Simon, 2008, S.32)
Abbildung 4 Rotating Snake (entnommen aus Augenzirkus, Zysk, 2015, S. 41)
Abbildung 5 Drehende Kreise (entommen aus https://www.sehtestbilder.de/optische-taeuschungen-illusionen/drehende-kreise-bei-kopfbewegung.php, zuletzt aufgerufen am 11.11.2018)
Abbildung 6 Graue Balken (entommen aus Augenzirkus, Zysk, 2015, S.61)
Abbildung 7 Die verschwundene Münze (vgl. Anhang F, S.66)
Abbildung 8 Die doppelte Kerzenflamme (vgl. Anhang F, S.57)
Abbildung 9 Vexierbild (entommen aus https://www.huffingtonpost.de/2016/10/17/quiz-bild-tiere-suchen_n_12520654.html, zuletzt augerufen am 11.11.18)
Abbildung 10 Bewertungsskala (entommen aus Lernentwicklungsgespräche, Bonanati, 2014, S. 12ff
Abbildung 11 (entommen aus http://laoblogger.com/stift-und-papier-clipart.html, zuletzt augerufen am 11.11.18)
Abbildung 12 Vexierbild (entommen aus Optische Illusionen, Simon, 2008, S.100)
Abbildung 13 (entommen aus https://de.dreamstime.com/stockfoto-wahl-roter-bleistift-mit-kreuz-image42530598, zuletzt augerufen am 11.11.18)
Abbildung 14 (entommen aus https://de.fotolia.com/id/195069712, zuletzt aufgerufen am 11.11.18)
Abbildung 15 (entommen aus https://pixabay.com/de/idee-antwort-erleuchtung-klugheit-1019753/, zuletzt aufgerufen am 11.11.18)
Abbildung 16 (entommen aus https://www.canstockphoto.de/abbildung-freigestellt-labor-51592239.html, zuletzt aufgerufen am 11.11.18)
Abbildung 17 (https://www.flaticon.es/icono-gratis/quimico_10701, zuletzt aufgerufen am 11.11.18)
Abbildung 18 (entnommen aus https://weltwach.de/newsletter/, zuletzt aufgerufen am 11.11.18)
Abbildung 19 (entommen aus https://de.depositphotos.com/101456726/stock-illustration-black-and-white-cartoon-old.html, zuletzt aufgerufen am 11.11.18)
Abbildung 20 (entommen aus http://diysolarpanelsv.com/gluhbirne-idee-clipart.html, zuletzt aufgerufen am 11.11.18)
Abbildung 21 Größenvergleich (entommen aus Augenzirkus, Zysk, 2015, S.73)
Abbildung 22 (entommen aus https://de.freeimages.com/premium/stack-of-coins-drawing-1220029, zuletzt aufgerufen am 11.11.18)
Abbildung 23 Kippbild (entommen aus http://www.onlinewahn.de/kipp-r.htm, zuletzt aufgerufe am 11.11.18)
Abbildung 24 Lieblingsfächer der SuS
Abbildung 25 Alter der SuS
Abbildung 26 Auswertungsschema Bewertungsskala
Abbildung 27 Auswertung Aufgabe 1.1)
Abbildung 28 Auswertung Aufgabe 1.2)
Abbildung 29 Auswertung Aufgabe 1.3)
Abbildung 30 Auswertung Aufgabe 1.4)
Abbildung 31 Auswertung Aufgabe 1.5)
Abbildung 32 Auswertung Aufgabe 2.7)
Abbildung 33 Auswertung Aufgabe 2.1)
Abbildung 34 Auswertung Aufgabe 2.2)
Abbildung 35 Auswertung Aufgabe 2.3)
Abbildung 36 Auswertung Aufgabe 2.4)
Abbildung 37 Auswertung Aufgabe 2.5)
Abbildung 38 Auswertung Aufgabe 2.6)
Abbildung 39 Auswertung Frage 1.1)
Abbildung 40 Auswertung Frage 1.2)
Abbildung 41 Auswertung Frage 1.3)
Abbildung 42 Auswertung Frage 1.4)
Abbildung 43 Auswertung Frage 1.5)
Abbildung 44 Auswertung Frage 1.6)
Abbildung 45 Auswertung Aufgabe 2.1)
Abbildung 46 Auswertung Aufgabe 2.2)
Abbildung 47 Auswertung Aufgabe 2.3)
Abbildung 48 Auswertung Aufgabe 2.4)
Abbildung 49 Auswertung Aufgabe 2.5)
Abbildung 50 Auswertung Aufgabe 2.6)
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1. Einleitung
Die Frage nach der Gestaltung eines guten (Physik-)Unterrichtes im Sachunterricht der Grundschule ist eine Aufgabe, mit der jede Grundschullehrkraft täglich konfrontiert wird. Dennoch stellt sich seit jeher die Frage, wie dieser aufgebaut sein muss, um einen Wissenszuwachs bei den SuS zu generieren (vgl. Meyer, 2013, S. 7f.). Diese Unsicherheit seitens der Lehrkräfte spiegelt sich in der Einstellung der SuS gegenüber dem Unterrichtsfach Physik wieder. „Die Unsicherheit darüber, welche Anforderungen durch ‚Physik’ an sie herangetragen werden könnten, scheint in vielen Fällen bei den Kindern Angst auszulösen“ (Köster, 2003, S. 2f.). Somit wirkt sich die Unsicherheit der Lehrkräfte, bezogen auf die Gestaltung des Physikunterrichtes im Sachunterricht der Grundschule, negativ auf die Schülermeinung über diesen aus. Durch dieses Negativdenken der SuS bildet sich häufig fehlende Identifikationsmöglichkeiten mit naturwissenschaftlichen Berufsfeldern heraus (vgl. ebd., S. 3). Um dieser Tatsache entgegenzuwirken, ist es die Aufgabe jeder Lehrkraft, einen attraktiv und für die SuS interessanten Unterricht zu gestalten, durch den die SuS eine große Bandbreite an Erfahrungsmöglichkeiten erleben.
Optische Phänomene bzw. optische Täuschungen bieten dieses breite Spektrum an Erfahrungsmöglichkeiten an und sind daher als Thema für eine Unterrichtsreihe einer vierten Grundschulkasse geeignet. Es bieten sich verschiedene Herangehensweisen bei der Bearbeitung der optischen Täuschungen an und es können darüber hinaus eine Vielzahl an methodisch-didaktischen Differenzierungsmöglichkeiten gewährleistet werden. Zudem sind optische Phänomene Teil des direkten Lebensumfeldes der SuS und können so leichter von ihnen verstanden und als Bestandteil ihres Lebens wahrgenommen werden.
Ziel des Autors dieser Arbeit ist es demnach, eine Unterrichtsreihe zu optischen Täuschungen zu entwickeln, die einerseits die Merkmale eines guten Physikunterrichtes des Sachunterrichtes der Grundschule vereint und somit ein Wissenszuwachs bei den SuS ermöglicht. Andererseits wird exemplarisch, durch die Durchführung der beschriebenen Reihe und die Auswertung von zwei Fragebögen zu optischen Täuschungen dargestellt, inwiefern die Unterrichtsreihe als erfolgreich gewertet werden kann. Alle nachfolgenden Ausführungen beziehen sich somit auf die übergeordnete Forschungsfrage: „Wie muss eine Unterrichtseinheit zu optischen Täuschungen geplant, aufgebaut und durchgeführt sein, um einen Wissenszuwachs bei SuS einer vierten Jahrgangsstufe zu erreichen?“.
Die eben genannte Fragestellung wird anhand von zwei Teilschritten erörtert. Im ersten Teil dieser Arbeit werden mittels der Analyse von bereits vorhandener Literatur die theoretischen Rahmenbedingungen der Unterrichtseinheit zu den optischen Täuschungen dargestellt und diese begründet in den Kontext des Sachunterrichtes der Grundschule eingeordnet. Im zweiten Teil werden der Aufbau und die Durchführung der Unterrichtsreihe betrachtet sowie mit Hilfe der eigens erstellten Fragebögen (vgl. Anhang B & H) eine kurze Auswertung der erhobenen Daten vorgenommen.
Abschließend werden im Fazit die signifikantesten Ergebnisse zusammengetragen sowie ein Ausblick über die Folgen für die Unterrichtsentwicklung gegeben. Zudem wird eine kurze Reflexion, seitens des Autors, diese Arbeit zum Abschluss bringen.
2. Theoretischer Hintergrund
In diesem Kapitel wird die in Kapitel 3 beschriebene Lehreinheit zu den optischen Täuschungen begründet. Alle dargestellten theoretischen und praktischen Inhalte zu den Merkmalen eines guten Physikunterrichtes, der Methode des Experimentierens sowie die thematische Einordnung der optischen Täuschungen durch den Lehrplan NRW dienen diesem Zweck. Außerdem sind diese von Notwendigkeit, um die durchgeführte Experimentierreihe sowie die hierbei verwendeten Experimente zu den optischen Täuschungen, begründet nachzuvollziehen.
2.1 Physik im Sachunterricht der Grundschule
Bevor sich mit dem Physikunterricht im Sachunterricht der Grundschule befasst werden kann, muss zuerst eine Definition von ‚gutem Unterricht‘ vorliegen, auf die sich die weiteren Ausführungen beziehen werden.
Die Qualität von Unterricht hängt von vielen Variablen ab und kann nicht ausschließlich auf die unterrichtende Lehrkraft zurückgeführt werden. Nichtsdestotrotz gibt es anerkannte Merkmale eines qualitativ guten Unterrichtes, die durch die Lehrkraft unmittelbar beeinflusst werden können. In den letzten Jahrzehnten wurden in vielen erziehungswissenschaftlichen, fach-didaktischen und psychologischen Studien zur Lehr-Lern-Forschung betrachtet, welche ‚Merkmale‘ ein Unterricht hat, der zu einem guten Unterrichtserfolg führt (vgl. Meyer, 2013, S. 15).
In dem vorliegenden Abschnitt werden zunächst die Merkmale eines guten Unterrichtes auf Grundlage der Lehr-Lern-Forschung nach einer Zusammensetzung von Hilbert Meyer (2013) dargestellt. Abschließend werden in diesem Kapitel aus der fachdidaktischen und psychologischen Lehr-Lern-Forschung Merkmale eines guten Physikunterrichtes abgeleitet und zusammengestellt.
Nach Hilbert Meyer sind Merkmale eines guten Unterrichtes empirisch erforschte Charakteristika von Unterricht, die zu dauerhaft hohen kognitiven, affektiven und/oder sozialen Lernergebnissen beitragen (vgl. ebd., S. 15). Dadurch dass die Unterrichtsforschung in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht hat, kann in der heutigen Zeit genauer als früher angeben werden, welche Merkmale ein guter Unterricht umfassen muss, um das kognitiv-fachliche Lernen der SuS zu fördern. Aus psychologischer und erziehungswissenschaftlicher Sicht werden auf Grundlage der Lehr-Lern-Forschung folgende Aspekte für ‚guten‘ Unterricht genannt (ebd., S. 17f.):
1. Klare Strukturierung des Unterrichts
- Prozess-, Ziel- und Inhaltsklarheit; Rollenklarheit; Absprache von Regeln, Ritualen und Freiräumen
2. Hoher Anteil echter Lernzeit
- Durch gutes Zeitmanagement, Pünktlichkeit; Auslagerung von Organisationskram; Rhythmisierung des Tagesablaufs
3. Lernförderliches Klima
- Durch gegenseitigen Respekt; verlässlich eingehaltene Regeln; Verantwortungsübernahme; Gerechtigkeit und Fürsorge
4. Inhaltliche Klarheit
- Durch Verständlichkeit der Aufgabenstellung; Plausibilität des thematischen Gangs; Klarheit und Verbindlichkeit der Ergebnissicherung
5. Sinnstiftendes Kommunizieren
- Durch Planungsbeteiligung, Gesprächskultur, Sinnkonferenzen, Lerntagebücher und Schülerfeedback
6. Methodenvielfalt
- Reichtum an Inszenierungstechniken; Vielfalt der Handlungsmuster; Variabilität der Verlaufsformen und Ausbalancierung der methodischen Großformen
7. Individuelles Fördern
- Durch Freiräume, Geduld und Zeit; durch innere Differenzierung und Integration; durch individuelle Lernstandsanalysen und abgestimmte Förderpläne; besondere Förderung von Schülern und Risikogruppen
8. Intelligentes Üben
- Durch [das] Bewusstmachen von Lernstrategien; passgenaue Übungsaufträge; gezielte Hilfestellungen und „überfreundliche“ Rahmenbedingungen
9. Transparente Leistungserwartungen
- Durch ein, an den Richtlinien oder Bildungsstandards orientiertes, dem Leistungsvermögen der SuS entsprechendes Lernangebot und zügige förderorientierte Rückmeldungen zum Lernfortschritt
10. Vorbereitete Umgebung
- Durch gute Ordnung, funktionale Einrichtung und brauchbares Lernwerkzeug
Auf der Basis der zehn dargestellten Merkmale eines guten Unterrichtes stellt sich in diesem Zusammenhang die Frage nach der Gestaltung eines guten Physikunterrichtes im Sachunterricht der Grundschule. Dieser Frage wird im nächsten Abschnitt nachgegangen.
Der Physikunterricht im Sachunterricht sollte so gestaltet sein, dass die SuS aktiv an ihren Lernprozessen beteiligt sind. Hierfür wurde die sog. „Theorie der Basismodelle des Lernens“ (Draxler, Tiemann, Labusch, Fischer, 2003, S. 1) entwickelt. Ziel des Modells ist es, einen Leitfaden für den Physikunterricht zu erstellen, der den Ablauf des Unterrichtes, die gestellten Aufgaben und die ausgeschriebenen Ziele so strukturiert, dass sich dieser an den Lernprozessen der SuS anpasst. Dabei wurde festgestellt, dass der Physikunterricht weitestgehend wie folgt strukturiert ist (vgl. ebd., S. 1):
- Die Klassenraumaktivitäten orientieren sich ausschließlich an der Struktur des Faches
- der Lehrer bildet das Zentrum der Klassenraumaktivitäten,
- der Unterricht wird größtenteils als Frage-/ Antwort Spiel gestaltet und
- interaktive Kommunikation und das Problemlösen werden vernachlässigt sowie das Vorwissen der SuS wird nicht berücksichtigt.
Somit wird ein aktiv-entdeckendes Lernen am Unterrichtsgegenstand nicht gewährleistet. Eine Veränderung muss demnach dahingehend stattfinden, dass das „Lernen als individueller, aktiver Konstruktionsprozess des Lernenden angesehen werden muss“ (Draxler, Tiemann, Labusch, Fischer, 2003, S. 1). Der Unterricht sollte also so gestaltet werden, dass eine aktive Teilhabe am Unterrichtsgeschehen bei jedem SuS, unabhängig der Voraussetzungen, gewährleistet werden kann. „Als besondere Merkmale der Unterrichtsqualität zeichnen sich Schülerorientierung, die kognitive Aktivierung und die Klarheit und Strukturiertheit des Unterrichtes sowie die Klassenführung und die Zeiteffizienz“ ab (Giest, 2016, S. 17). Vor allem sind die im Unterricht eingesetzten Aufgaben hierbei von besonderer Bedeutung. Es ist zu beobachten, dass sich Lehrkräfte bei der Planung ihres Unterrichtes an bereits vorhandenem Material orientieren und so diesen strukturieren (vgl. ebd., S. 1). Dabei besteht jedoch die Gefahr, keine ‚guten Aufgaben‘ ausgewählt zu haben. Gute Aufgaben lassen sich aus den Anforderungen der SuS bezüglich ihrer eigenen Lebensumwelt erfassen, denen sie mit hoher Motivation nachgehen und schließlich lösen möchten.
Aus der beschriebenen Darstellung der Unterrichtsrealität des Physikunterrichtes im Sachunterricht der Grundschule lassen sich die beiden folgenden Ziele für einen guten Physikunterricht ableiten (vgl. Giest, 2016, S. 36): Um eben diesen zu gewährleisten, ist die Lehrkraft zuständig für 1. „die Entwicklung, Konstruktion bzw. Auswahl und den Einsatz für die Kompetenzentwicklung geeigneter […] Aufgaben und 2. für die Gestaltung, Gewährleistung, Schaffung solcher Lern-Lehr-Situationen, in denen der Lernende sich den Anforderungen entsprechend eigene Lernaufgaben stellt oder zumindest die vom Lehrenden ausgewählten Lehraufgaben zu seinen Lernaufgaben macht bzw. machen kann.“ (ebd., S. 36).
2.2 Aufbau einer Unterrichtsstunde
Ziel des Sachunterrichtes ist es also ein für die SuS relevantes Problem zu lösen. „Der Anlass zum Lernen ist stets ein Widerspruch zwischen Umweltanforderungen und den eigenen Handlungsmöglichkeiten und dient der Anpassung [der SuS] an die Umwelt.“ (ebd., S. 180). Demnach gehen die SuS einem Problem ihrer Umwelt nach und versuchen dieses, unter Anleitung der Lehrkraft, zu lösen. Aus dieser Problemstellung heraus hat sich das forschend-entwickelnde Unterrichtsverfahren gebildet, nach dem sich das Problemlösen in fünf Denkstufen vollzieht (Schmidkunz & Lindemann 1999).
‚Forschend‘ meint hierbei, dass der Lernende neue Erkenntnisse gewinnt, indem er weitestgehend selbstständig unter Einbezug theoretischen Vorwissens und experimenteller Phasen ein Problem löst. ‚Entwickelnd‘ meint, dass der Lehrende den Lernprozess so strukturiert und initiiert, dass der Lernende möglichst selbst aktiv sein kann (Handlungsorientierung) und als ‚Problem‘ wird ein Sachverhalt angesehen, der mit dem Vorwissen oder der Erfahrung des Lernenden nicht erklärbar ist. Der Unterricht wird zur Problemerkennung und –lösung genutzt (vgl. ebd., S. 21f.)
Es werden nun die fünf Denkstufen des forschend-entwickelnden Unterrichtsverfahrens betrachtet, um zu verstehen, wie eine Unterrichtsstunde im Sachunterricht aufgebaut sein sollte, damit die genannten Ziele realisiert werden können. Außerdem wird so die Methode erkennbar, die zur Problemlösung genutzt und für den weiteren Verlauf dieser Arbeit von Relevanz sein wird. Zudem wurde die in Kapitel 3 beschriebene Experimentierreihe auf Basis des forschend-entwickelnden Unterrichtsverfahrens entwickelt. In der unten dargestellten Tabelle werden nun die einzelnen Denkstufen („Lernstufen“) und Denkphasen („Lernphasen“) inhaltlich beschrieben, sowie Fragen aufgestellt, an die sich die Lehrkraft orientieren kann, um Probleme bei der Durchführung zu vermeiden (vgl. ebd., S. 66).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten 2
Mit Hilfe der dargestellten Schritte kann der Verlauf des Unterrichtes geplant werden. Hierzu werden, in Anlehnung an das von Schmidkunz und Lindemann (1999, S. 70) vorgeschlagene Raster, folgende entwickelte Raster genutzt:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 1: Planungsraster (1)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 2: Planungsraster (2)
In das Planungsraster (1) wird der geplante Unterrichtsverlauf eingetragen und der Aufbau der Einheit beschrieben. In das zweite Planungsraster wird ein Vergleich zwischen dem erwarteten und dem tatsächlichen Schülerverhalten gezogen, sowie ggf. in einem Kommentarfeld, durch Anmerkungen des Autors, offene Fragen geklärt. Es wird also das beobachtete Verhalten der Schüler/-innen erfasst. In beiden Fällen wird Bezug zu den fünf beschriebenen Denkstufen des forschend-entwickelnden Unterrichtsverfahrens genommen.
In einem weiteren Schritt wird nun auf die häufig beschriebene Methode des Experimentierens eingegangen, sodass im nächsten Kapitel eine genauere Betrachtung des Experimentes im Sachunterricht erfolgt.
2.3 Das Experiment(-ieren) im Sachunterricht der Grundschule
Im Folgenden wird der Begriff ‚experimentieren‘ genutzt, wobei streng genommen im Elementarbereich nicht von dem wissenschaftlichen Experiment ausgegangen werden kann (vgl. von Reeken, 2015, S. 68). Vielmehr ist das kindliche Experimentieren Gegenstand der Betrachtung, welches sich durch folgende Formen auszeichnet (vgl. Windt, 2010, S. 71):
- Spielerisches Handeln
- Die Kinder agieren in Abhängigkeit zu dem bereitgestellten Material. Das Vorgehen hierbei ist jedoch eher unsystematisch und gekennzeichnet von Wiederholungen. Diese Form des Experimentierens findet häufig in Kindertagesstätten statt.
- Zielgerichtetes Probieren
- Die SuS agieren hier gezielter, indem sie einer konkreten Fragestellung oder einem Problem, vorzugsweise aus eigenem Interesse heraus, nachgehen.
- Laborieren
- Die SuS arbeiten gezielt an einer, durch die Lehrkraft vorgegebenen, Problem- oder Fragestellung. Die Fragestellung kann jedoch aus dem Interesse der SuS entstehen. Das Laborieren umfasst außerdem „das Aufstellen von Hypothesen über den Ausgang des Experimentes“ (ebd., S. 70). Diese Form des Experimentierens kommt somit dem Experimentieren im eigentlichen Sinn am nächsten.
Nach Schmidkunz und Lindemann (1999) ist „das Experiment […] ein wesentliches Element im Erkenntnisprozeß[sic!]“ (S. 41) der SuS und bezieht sich auf die oben beschriebene Form des Laborierens. Nichtsdestotrotz wird für die weitere Ausführung der Begriff des Experimentierens verwendet, da bereits „auch junge Kinder schon Vorgehensweisen [zeigen], die dem Experimentieren sehr nah kommen“ (Windt, 2010, S. 71). Das Experiment im Sachunterricht fördert demnach verschiedene Kompetenzen jeder Schülerin und jedes Schülers (vgl. ebd.). Diese Effekte hängen jedoch sehr stark davon ab, welche Art von Experiment durchgeführt wird (vgl. von Reeken, 2015, S. 70). In Anlehnung an das forschend-entwickelte Unterrichtsverfahren lassen sich vier unterschiedliche Arten von Experimenten unterscheiden (vgl. Schmidkunz & Lindemann, 1999, S. 43f.). Das Bestätigungsexperiment, welches Anwendung in der Denkphase der praktischen Durchführung des Lösungsvorhaben findet, dient, wie bereits in Absatz 2.2 beschrieben, zur Problemlösung und fördert die SuS zu einem Erkenntnisgewinn (vgl. ebd.). Ein Einstieg in das Unterrichtsvorhaben kann durch ein Einführungsexperiment erfolgen, in dem den SuS ein Problem aufgezeigt wird. Dieses Problem dient „zur Motivation […] und zeigt eine starke Wirkung im affektiven Bereich der Lernenden“ (ebd., S. 44). Das Experiment spricht Probleme der SuS aus ihrer direkten Lebensumwelt an und ist dadurch für den Unterrichtseinstieg geeignet. In der Denkstufe der Wissenssicherung können weitere Arten von Experimenten zum Einsatz kommen (vgl. ebd., S. 44). Diese Experimente nehmen die Funktion ein, gewonnene Erkenntnisse so zu verarbeiten, dass diese auch langfristig im Gedächtnis verankert bleiben. So kann bspw. in der Denkphase bzgl. der Wiederholung ein Wiederholungsexperiment eingesetzt werden, um das neu Gelernte noch einmal zu wiederholen (vgl. ebd.). Um das Wissen zu sichern, kann in der Wissenssicherung ein Experiment durchgeführt werden, welches Anwendung in der Umwelt der SuS findet. So können auch die beschriebenen Querverweise zu den anderen Unterrichtsfächern gezogen werden.
Aus den beschriebenen Experimentierarten und in Anlehnung an von Reeken (2015) lassen sich vier Gründe nennen, die die Bedeutung des Experimentes für den Sachunterricht der Grundschule darstellen.
1. Experimente dienen zur Veranschaulichung eines Alltagsproblems der SuS und beeinflussen so das Verständnis des Gelernten positiv.
- Anschauungsfunktion
2. Experimente helfen einen Einstieg in das Unterrichtsgeschehen zu finden und helfen SuS für die Unterrichtsreihe zu motivieren.
- Motivationsfunktion
3. Durch Experimente werden (natur-)wissenschaftliche Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen gefördert.
- Förderfunktion
4. Experimente greifen die Erfahrungen von SuS auf und verbinden diese mit Fachwissen.
- Vermittlerfunktion
2.4 Fazit
Aus den oben gewonnenen und den Ergebnissen früherer Untersuchungen zur fachdidaktischen Lehr-Lern-Forschung werden nun Merkmale für einen guten Physikunterricht in Anlehnung an Duit & Wodzinski (2006) abgeleitet.
Zum besseren Verständnis der einzelnen Merkmale wird nach jedem Punkt eine kurze Erläuterung gegeben.
1. Ist fachlich konsistent und schlüssig.
- Für den Unterricht liegt eine logische Beschaffenheit und Plausibilität der Unterrichtsstruktur vor.
2. Knüpft an Vorwissen, an Schülervorstellungen und Alltagserfahrungen an.
- Die SuS betrachten das Neue aus der Perspektive ihres Vorwissens und ihrer Alltagsvorstellungen.
3. Gibt Gelegenheit, aus Fehlern zu lernen.
- Der Umgang mit Fehlern erfolgt in Sinne einer positiven Fehlerkultur, in der Fehler als Chance gesehen werden, um aus diesen zu lernen.
4. Bettet neue Inhalte in Anwendungskontexte ein.
- Durch Alltagskontexte erscheint das zu Lernende den SuS sinnvoll und ist für sie selbst zutreffend, sodass eine grundlegende Motivation von Anfang an gegeben ist.
5. Fordert das Denken heraus.
- Hier geht es um Anforderungen, die an die SuS gestellt werden, sich
intensiv und eigenständig mit einer Sache auseinanderzusetzen.
6. Bietet Methoden- und Medienvielfalt, aber keine Beliebigkeit.
- Die eingesetzten Methoden und Medien werden immer in Abstimmung mit den anderen Komponenten des Unterrichts ausgewählt.
7. Gibt Gelegenheit zum Üben.
- Systematisches Üben, um so eigenständig aufgebautes Wissen zu
verankern.
8. Unterstützt das Lernen nachhaltig.
- SuS konstruieren sich das neue Wissen eigenständig.
9. Legt Wert auf Klassengespräche, in denen die SuS eine Stimme haben.
- Die Lehrkraft tritt nicht als Besserwisser, sondern als Wissensvermittler auf, der auf die Meinung jeder Schülerin und jedes Schülers Wert legt.
10. Vermeidet eng geführte Klassengespräche.
- (s. 9.)
11. Vernetzt Neues auf vielfältige Weise mit bereits Bekanntem.
- Unterstützung von ‚kumulativem‘ Lernen.
12. Bietet eine Vorschau auf das Neue.
- Den SuS wird verständlich gemacht, worauf das Neue aufgebaut wird und worum es dabei geht.
13. Bettet Experimente sinnvoll ein, erlaubt vielfältige Formen des Experimentierens.
- Experimente haben eine zentrale Schlüsselrolle und sind ausreichend vor- und nachzubereiten.
2.5 Optische Täuschungen im Sachunterricht der Grundschule
Abschließend wird der thematische Inhalt der Experimentierreihe dargestellt und durch den Lehrplan NRW begründet. Zunächst wird die Frage geklärt, was optische Täuschungen sind, ehe im Anschluss die Einordnung in den Lehrplan erfolgt.
2.5.1 Optische Täuschungen
„Eine optische Illusion oder Täuschung ist eine, den tatsächlichen Gegebenheiten widersprechende, visuelle Wahrnehmung, die aufgrund des Wissens und der Erfahrung vom Verstand zu einem gewissen Grad korrigiert wird“ (Simon, 2008, S. 7). Die optische Täuschung ist demnach eine nicht echte und bewusst falsch dargestellte Darstellung von optischen Eindrücken unserer Umgebung. Der Mensch nimmt durch eine optische Täuschung die Welt so wahr, wie sie in der Realität nicht wirklich ist. „Durch künstlerische Mittel wird [damit] eine Scheinwelt erzeugt, die es so nicht geben kann. Dadurch wird der Verstand auf die Probe gestellt.“ (ebd.). Optische Täuschungen beruhen demnach physiologisch betrachtet auf der Bau- und Funktionsweise des menschlichen Auges. Hingegen psychologisch betrachtet beruhen sie auf einer Fehldeutung bzw. einem Schätzfehler bei der Erfassung des Wahrgenommenen (vgl. Block & Yuker, 2006, S. 7ff.). Das menschliche Auge erlaubt es dem Menschen dreidimensional zu sehen (vgl. Zysk, 2015, S. 8). Es nimmt dabei beim Sehvorgang anfangs Lichtreize auf. Ein Teil der Strahlen wird absorbiert, den anderen Teil strahlt das Auge wieder zurück (vgl. ebd., S. 5). Diese aufgenommenen äußeren Eindrücke werden anschließend durch das Gehirn weiterverarbeitet und in, für den Menschen relevante, Informationen umgesetzt. Gleichzeitig erfolgt eine Abgleichung des Wahrgenommenen mit bereits gemachten Erfahrungen (vgl. Simon, 2008, S. 8). Werden bspw. durch das Auge zwei Räder, eine Lenkstange und ein Sattel gesehen, wird aus diesen Informationen das Bild eines Fahrrades im Gehirn des Menschen erzeugt. Somit ist das Sehen und dem damit verbundenen Erkennen ein gemeinsames Wirken von Auge und Verstand. Durch optische Täuschungen wird diese Kooperation gestört, sodass Fehlinformationen aufgenommen werden und als falsches Bild in den Verstand des Menschen projiziert werden. So wird bspw. der Eindruck einer dreidimensionalen Abbildung durch eine optische Täuschung eines zweidimensionalen Abbildes geschaffen.
Abschließend wird eine schülerfreundliche Definition von optischen Täuschungen geliefert, die für die Unterrichtsreihe genutzt worden ist: „Optische Täuschungen sind Täuschungen unseres Verstandes. Wir sehen das Bild nicht so, wie es tatsächlich ist, sondern so, wie es unser Verstand aufgrund der bereits vorhandenen ‚Informationen bzw. Daten‘ auswertet.“
Im folgenden Abschnitt wird nun kurz auf die unterschiedlichen Arten von optischen Täuschungen eingegangen, die für die Unterrichtsreihe genutzt worden sind.
1. Größenverzerrung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1 Ebbinghaus-Illusion
Betrachtet werden zwei scheinbar verschieden große Objekte. Beide inneren Kreise haben jedoch die gleiche Größe, trotzdem erscheint der linke innere Kreis aufgrund der unterschiedlich großen äußeren Kreise kleiner. Zu den Größenverzerrungen gehört auch das auf den Fragebögen (1) & (2) (vgl. Anhang B & H) beschriebene Keksproblem. Zwei gleiche Objekte wirken auf verschieden großen Unterlagen unterschiedlich groß.
2. Längenverzerrung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2 Müller-Lyer Illusion
Eine horizontale Linie liegt zwischen zwei Pfeilspitzen. Ihre Spitzen schließen mit den Linienenden ab. Zeigen die Spitzen nach außen erscheint die Linie kürzer, als wenn die Pfeilspitzen nach innen zeigen. Dies ist auf den Winkel und die Länge der Pfeilspitzen zurückzuführen (vgl. Block & Yuker, 2006, S. 138).
3. Formenverzerrung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3 Kaffeehaus-Illusion
Diese Form der optischen Täuschung ähnelt der ersten und zweiten beschriebenen Art. Das Wahrgenommene entspricht nicht der Realität. Anhand geometrischer Eigenschaften werden falsche Urteile über die Form gezogen (vgl. Block & Yuker, 2006, S. 111). In Abbildung 3 erscheinen die roten Linien, aufgrund der Anordnung der schwarzen und weißen Fliesen, schräg, obwohl sie parallel sind.
4. Bewegungsillusion
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
In Abbildung 5 scheint sich das Bildmotiv zu bewegen, wenn der Kopf bzw. die Augen bewegt werden. Die "Rotating Snake" (Abb. 4) ist ebenfalls ein sehr gutes Beispiel für die Falschverarbeitung in unserem Gehirn. Durch die unterschiedlich schnelle Weiterleitung von unterschiedlich starken Kontrasten und Helligkeiten kommt es bei der visuellen Verarbeitung zur Falschverarbeitung und somit zur Fehlinterpretation (vgl. Simon, 2008, S.13). In beiden Fällen ist die Bewegung an den Stellen zu erkennen, die gerade nicht fokussiert werden (vgl. ebd.).
5. Kontrasttäuschungen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 6 Graue Balken
Kontrasttäuschungen sind Täuschungen, die durch Helligkeitskontraste entstehen (vgl. Simon, 2008, S. 47). Diese Täuschungen werden durch Helligkeitsunterschiede zwischen Objekt und Hintergrund hervorgerufen. Figuren auf dunklem Grund werden heller wahrgenommen, Figuren auf hellem Grund dunkler.
6. Spiegelungen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Diese Täuschungen treten durch Spiegelungen des einfallenden Lichtes ein. Eine Spiegelung ist reflektierendes Licht, welches bspw. durch spiegelnde Flächen wie Glas, Wasser oder Metalloberflächen zurückgeworfen wird (vgl. Simon, 2008, S. 173). Der reflektierte Gegenstand wird bei Abbildung 8 im Auge des Betrachters als eine exakte Kopie dieses wahrgenommen. In Abbildung 7 wird das einfallende Licht so gespiegelt, dass die Münze aus einem bestimmten Blickwinkel, bei einem gefülltem Wasserglas, ‚verschwindet‘.
7. Suchbilder / Vexierbilder
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 9 Vexierbild
„Ein Vexierbild ist ein Suchbild, das eine oder mehrere nicht sofort erkennbare Figuren und Objekte enthält bzw., aus verschiedenen Perspektiven betrachtet, in seiner Aussage differiert.“ (ebd., S. 99). Es werden also je nach Perspektive des Betrachters unterschiedliche Figurenkonstellationen sichtbar. Häufig nimmt der Betrachter nur diejenige Figur wahr, die sich vom Hintergrund abhebt. Mögliche andere Figuren werden auf den ersten Blick nicht erkannt (vgl. Block & Yuker, S. 43).
2.5.2 Einordnung Lehrplan
In Bezug auf den Lehrplan NRW (https://www.schulentwicklung.nrw.de/lehrplaene/upload/klp_gs/LP_GS_2008.pdf) kann eine Einordung der Unterrichtsreihe in mehrere Fächer erfolgen, da das Themengebiet der optischen Täuschungen interdisziplinäre Verknüpfungen mit sich bringt. So werden einerseits aus dem Unterrichtsfach Deutsch fast alle Bereiche und Schwerpunkte mit der Unterrichtsreihe angesprochen. So „bringen [die SuS beim Experimentieren] eigene Ideen […] und Meinungen ein und greifen die Beiträge anderer auf“ (ebd., S. 28). Beim Protokollieren der Ergebnisse wird der Schwerpunkt des Schreibens dahingehend angesprochen, dass die SuS ihre Ergebnisse verschriftlichen (vgl. ebd., S. 29). Auch der richtige Umgang mit Texten wird durch die Unterrichtsreihe geschult. So wird durch die Experimentierbögen und die verschiedenen Arbeitsaufträge (vgl. Anhang F) die Lesefähigkeit (vgl. Lehrplan NRW, S. 30) der SuS beansprucht. Im Bereich des Sachunterrichtes finden sich auch vielfältige Begründungsmöglichkeiten der Reihe. So lautet im Bereich „Natur und Leben“ (ebd., S. 43) eine Kompetenzerwartung am Ende der Klassenstufe vier „Die SuS planen und führen Versuche durch und werten Ergebnisse aus (z.B. Licht, […])“ (ebd., S. 43). Optische Täuschungen basieren, wie im vorherigen Kapitel beschrieben, auf der Sehleistung unseres Auges und werden durch bestimmte Lichtverhältnisse begünstigt. Des Weiteren „untersuchen und beschreiben [die SuS auf diese Weise] die Bedeutung der eigenen Sinne in Alltagssituationen“ (ebd., S. 44). Innerhalb des Sachunterrichtes der Grundschule werden acht Themenbereiche angesprochen, die es zu bearbeiten gilt. Das Thema „optische Täuschungen“ fällt in den Bereich „Natur und Leben“ (ebd. S. 40). Die SuS erschließen sich in dieser Stunde einfache physikalische bzw. biologische Zusammenhänge, nämlich das Zusammenspiel von Augen und Gehirn, bezogen auf die visuelle Wahrnehmung. Im Bereich der Mathematik lassen sich folgende Schwerpunkte des Lehrplans in Bezug zu der Experimentierreihe setzen. Die SuS setzen Gegenstände, insbesondere Flächen und Formen, in Beziehung zueinander und besitzen darüber hinaus Kenntnisse über Symmetrie, ebene Figuren und Körper (vgl. ebd., S. 58). Zudem „entwickeln und nutzen [die SuS] tragfähige Größenvorstellungen ebenso wie einen Grundbestand an Kenntnissen und Fertigkeiten beim Umgang mit Größen und bei der Bearbeitung von Sachproblemen aus der Lebenswirklichkeit.“ (ebd., S. 58). Ein letztes Unterrichtsfach, welches die Experimentierreihe der optischen Täuschungen anspricht, ist das Unterrichtsfach Kunst. Beim „räumlichen Gestalten“ (ebd., S. 100) sowie bei der „Auseinandersetzung mit Bildern und Objekten“ (ebd.) lernen die SuS den Umgang und die richtige Einschätzung von Bildern und Objekten ihrer Lebenswirklichkeit. Auch erfüllt die Betrachtung des Unterrichtsgegenstandes viele Forderungen der Grundlagen und Leitlinien des allgemeinen Lehrplans NRWs. So haben die SuS Raum für selbstständiges Beobachten, Ausprobieren sowie Entdecken (ebd., S. 13) und können sich aktiv mit dem Lerngegenstand auseinandersetzen. Außerdem erfolgt eine Schulung der Wahrnehmung mit allen Sinnen (vgl. ebd.). Die SuS lernen, die Wirklichkeit zunehmend differenziert wahrzunehmen. Durch den aktiven Umgang, welcher durch die selbst durchzuführenden Experimente ermöglicht wird, sollen sie ihre Erfahrungen erweitern und mit bereits vorhandenem Wissen verknüpfen.
Das Thema wurde, aus der Interessenslage des Autors heraus, als Unterrichtsreihe entworfen, obwohl es nicht explizit im Lehrplan erwähnt ist. Es spricht aber nichtsdestotrotz mehrere Fächer an.
Die Hauptlernfelder liegen in dieser Unterrichtsstunde in den Bereichen Erkennen und Erklären von optischen Phänomenen sowie einer differenzierten Wahrnehmung dieser und des Lebensumfeldes. Das Thema „optische Täuschungen“ lässt sich nicht direkt einem der im Lehrplan beschriebenen Schwerpunkte zuordnen. Auf Grund des zunehmenden Verlustes sinnlicher Eindrücke, durch die voranschreitende Medialisierung, wird den SuS in dieser Unterrichtsreihe die Möglichkeit gegeben, speziell zum Sehsinn intensive Erfahrungen zu erleben. Der Sehsinn bzw. das Sehen ist eine Sinnesleistung, die alltäglich genutzt wird, diese jedoch häufig nicht als bewusst zu gestaltendes Verhalten wahrgenommen wird. Häufig werden die Augen und der damit verbundene Sehsinn erst dann wieder beachtet, wenn Probleme oder Beschwerden mit ihnen auftreten. Die Beschäftigung mit optischen Täuschungen in dieser Reihe soll die SuS einerseits zum Staunen und Wundern anregen, andererseits sollen die SuS ansatzweise erfahren, wie kompliziert und vielfältig der Sehvorgang ist, bzw. wie notwendig ein funktionierendes Augenpaar ist.
3. Unterrichtsreihe zu optischen Täuschungen
Im vorherigen Kapitel wurden Merkmale eines guten Physikunterrichtes dargestellt sowie ein Lehrplanbezug zum Thema optische Täuschungen hergestellt. Außerdem wurde das Thema aus wahrnehmungspsychologischer und physikalischer Sicht betrachtet. Anhand dieser Theorie soll nun die durchgeführte Experimentierreihe zu den optischen Täuschungen dargestellt und begründet werden.
Die Experimentierreihe wurde in drei Unterrichtsstunden an zwei verschiedenen Tagen in der vierten Jahrgangsstufe der Oesetalgrundschule in Hemer durchgeführt. Eine genaue Stichprobenbeschreibung erfolgt in Kapitel 3.4. In Absprache mit der Schulleitung wurde vor der eigentlichen Durchführung, aus rechtlichen Gründen, ein Elternbrief verfasst (vgl. Anhang A). In diesem wurde das Einverständnis der Eltern eingeholt, mit ihren Kindern die Unterrichtsreihe durchzuführen und die erhaltenen Ergebnisse, in anonymisierter Form, weiterzuverarbeiten.
Eine Woche vor der Durchführung der Unterrichtsreihe wurde ein Fragebogen zum Thema optische Täuschungen an die SuS zur selbständigen Bearbeitung ausgeteilt. Zur Bearbeitung des Bogens wurde eine Zeit von 15 Minuten veranlasst. Im Anschluss wurden die Bögen eingesammelt und ausgewertet. Zweck dieses Fragebogens ist die Erfassung des Vorwissens der SuS über das Themengebiet der optischen Täuschungen. Der genutzte Fragebogen ist im Anhang B einsehbar. Nach der Auswertung des Bogens erfolgte die eigentliche Durchführung der Unterrichtsreihe. Diese wird im nächsten Absatz dargestellt. Hierfür werden die entwickelten Planungsraster aus Kapitel 2.2 genutzt.
[...]
1 Es werden Hypothesen gebildet und diese dann experimentell überprüft.
2 Es werden Lösungsvorschlage, auf Basis von vorhandenem Wissen, experimentell überprüft.
- Quote paper
- Andre Raik (Author), 2018, Optische Täuschungen im Sachunterricht der Grundschule. Entwurf, Umsetzung und Analyse einer Experimentierreihe, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/458681
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