Experimente im Geographieunterricht der Klassenstufen 7/8. Steigerung der Lern- und Leistungsbereitschaft oder Unterhaltung ohne Mehrwert?

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Experimente im Geographieunterricht
2.1 Allgemeine Einführung
2.2 Schülerexperimente
2.2.1 Definition und Prinzipien
2.2.2 Methodische Planung
2.2.3 Verlaufsphasen des Experimenteinsatzes
2.3 Demonstrationsexperimente
2.3.1 Definition und Prinzipien
2.3.2 Methoden und Verlauf

3 Praktische Durchführung
3.1 Die tektonischen Platten unserer Erde
3.1.1 Vorüberlegungen
3.1.2 Durchführung
3.1.3 Leistungsüberprüfung
3.2 Bodenerosion im tropischen Regenwald
3.2.1 Vorüberlegungen
3.2.2 Durchführung
3.2.3 Leistungsüberprüfung

4 Auswertung und Konsequenzen

5 Literatur/Quellenverzeichnis

6 Abbildungsverzeichnis

7 Anhang

1 Einleitung

Effektive und motivierende Lernstrategien sollten der Anspruch einer jeden Lehrkraft sein, wenn es um die schulische Ausbildung junger Menschen geht. Die Entwicklung der verschiedenen Kompetenzen wird für alle Unterrichtsfächer in den Rahmenlehrplänen Brandenburgs als oberstes Ziel ausgegeben. So heißt es beispielsweise für das Fach Geographie, dass die Schülerinnen und Schüler¹ mit Hilfe der Kompetenzen Systeme erschließen, Methoden anwenden, Kommunizieren, Urteilen sowie Sich orientieren, dazu befähigt werden, begründete lebensweltliche Entscheidungen zu treffen und an der demokratischen Entwicklung der Gesellschaft teilzunehmen.²

Diesen Zielen gegenüber steht der klassische Frontalunterricht, der hauptsächlich die übergeordneten Kompetenzen Zuhören und Schreiben bedient, vieles andere aber vernachlässigt. Diese Form der Ausbildung ist keineswegs motivierend und im Hinblick auf Pisa-Ergebnisse und andere Erhebungen nicht unbedingt effektiv. Offene und praktische Unterrichtsformen hingegen versprechen bessere Ergebnisse.

Die vorliegende Arbeit wird daher beispielhaft aufzeigen, welches Potenzial Experimente für den Geographieunterricht bieten. Es soll untersucht werden, ob eine Steigerung der Lernund Leistungsbereitschaft auf Seiten der SuS erzielt werden kann oder ob die zusätzliche Arbeit zur Vorbereitung eines Experiments lediglich der Unterhaltung dient und somit maximal motivierend auf die SuS wirkt.

Dafür sollen ein Schülerexperiment in Klassenstufe 7 und ein Demonstrationsexperiment in Klassenstufe 8 miteinander verglichen und anschließend die Ergebnisse in Form einer Leistungsüberprüfung ausgewertet werden. Zur Kontrolle wird jeweils in einer Parallelklasse die Unterrichtssequenz ohne das Experiment durchgeführt, um zu überprüfen, ob die SuS durch klassische Unterrichtsmethoden anders abschneiden als ihre Mitschüler. Daraus folgt, dass für die Durchführung der Untersuchung vier Klassen (2-mal Klassenstufe 7 und 2-mal Klassenstufe 8) benötigt werden.

Das Schülerexperiment ist dem Thema „Leben in Risikoräumen“ des Rahmenlehrplans Geographie 7/8 zuzuordnen. Als verbindlicher Inhalt ist die Behandlung eines tektonisch bedingten Phänomens unter Einbeziehung der Plattentektonik festgelegt.³ Das zu untersuchende Experiment verdeutlicht mit Hilfe von Basaltmehl und verschiebbaren Unterlagen, wie sich Plattengrenzen in verschiedenen Konstellationen zueinander verhalten.

Das Demonstrationsexperiment lässt sich unter dem übergeordneten Thema „Vielfalt der Erde“ unter dem Punkt „Nutzungspotenzial und Herausforderungen“ an einem ausgewählten Beispiel der wechselfeuchten oder immerfeuchten Tropen in Klassenstufe 7/8 verorten.⁴ Die fortschreitende Abholzung des tropischen Regenwalds zieht eine Kette an Reaktionen nach sich, die mit Hilfe des Experiments zur Bodenerosion verdeutlicht werden kann. Mit Hilfe zweier „Regenwälder“, in Plastikflaschen, einer intakt, der andere zerstört, sollen die Folgen eines tropischen Regens nach vorangegangener Abholzung nachvollzogen werden.

Während der Experimente sind verschiedene Aufgaben zu bearbeiten, die schlussendlich in einer Leistungsüberprüfung zu besseren Ergebnissen führen sollen. Die These, welche es zu beweisen gilt, ist die folgende:

Das Schülerexperiment wird den größten Lernzuwachs hervorrufen, da die SuS selbstständig durch das Ausprobieren Erkenntnisse sammeln und Zusammenhänge verinnerlichen. Das Demonstrationsexperiment wird motivierend und anschaulich wirken und einen leicht positiven Effekt kreieren. Im Umkehrschluss müssten die Kontrollklassen weniger gute Ergebnisse erzielen, als ihre Mitschüler.

Zum Vorgehen in dieser Arbeit ist anzumerken, dass eine Dreiteilung stattfinden wird. Zunächst wird das Experiment didaktisch eingeordnet und die Unterscheidung zwischen Demonstrationsund Schülerexperimenten vorgenommen. An die Theorie anschließend, erfolgt eine Beschreibung der Vorgehensweise und Einordnung der praktischen Durchführung in die unterrichtliche Praxis. Im letzten Schritt werden die Ergebnisse ausgewertet und mögliche Konsequenzen abgeleitet. Für den Fall, dass sich ein Zuwachs bei den SuS im Hinblick auf ihre Lernund Leistungsbereitschaft erzielen und anschließend auch nachweisen lässt, soll ein Vorschlag für die Integration der Experimente in den schulinternen Rahmenlehrplan der Ausbildungsschule erfolgen. Eine endgültige Entscheidung über mögliche Vorund Nachteile würde dann die Fachkonferenz Geographie gemeinschaftlich treffen.

2 Experimente im Geographieunterricht

2.1 Allgemeine Einführung

Grundsätzlich lassen sich Experimente als Unterrichtsmethode in den verschiedensten Fächern im Schulalltag einsetzen, häufig vorzufinden sind sie aber vor allem in den Naturwissenschaften. Diese fachliche Konzentration ergibt sich vermutlich durch die thematische Gebundenheit an natürliche Gesetzmäßigkeiten und Phänomene. In der Geographie werden Experimente daher auch größtenteils thematisch dem physischen Teil des Fachs zugeordnet.⁵ So gibt es zahlreiche Beispiele für die Teilbereiche Klimatologie, Hydrogeographie, Bodengeographie, Geomorphologie, Biogeographie und Landschaftsökologie. Das Experiment wird fachwissenschaftlich definiert als eine „planmäßige, grundsätzlich wiederholbare Beobachtung von natürlichen und auch gesellschaftlichen Vorgängen unter künstlich hergestellten, möglichst veränderbaren Bedingungen."⁶

Aus geographiedidaktischer Sicht nach LEHMANN wird das Experiment folgendermaßen definiert: „Ein geographisches Experiment liegt dann vor, wenn ein bestimmter naturgesetzlicher Vorgang an einem Modell oder auch an einem geeigneten Naturobjekt zunächst künstlich erzeugt wird, bevor man den Vorgang oder die Erscheinung beobachten bzw. untersuchen kann.“⁷ Darüber hinaus ist es nach seiner Definition entscheidend, dass „bei einem geographischen Experiment [...] der einmal künstlich ausgelöste oder natürlich bedingte Vorgang [...] im Wesentlichen selbständig nach entsprechenden Naturgesetzen [...] ablaufen muss.“⁸

Nach RINSCHEDE sind geographische Experimente „Verfahren zur überprüfbaren Ermittlung von Einsichten in geographisch relevante, regelhafte und meist auf Naturphänomene bezogene Vorgänge. Diese werden zunächst isoliert, künstlich an Modellen oder geeigneten Objekten erzeugt, dann beobachtet und anschließen erklärt.“⁹ Außerdem werden Experimente durch verschiedene Eigenschaften gekennzeichnet. Zu diesen gehören, dass sie planmäßig durchgeführt, künstlich hergestellt und beliebig oft wiederholt werden können.¹⁰ Folglich eignet sich nicht jedes Thema des Geographieunterrichts auch dazu, es mit einem Experiment zu entwickeln und es muss im Vorfeld genau abgewogen werden, wie sinnvoll ein Einsatz wäre.

RINSCHEDE unterscheidet Experimente darüber hinaus nach der Versuchsanordnung, nach der methodischen Organisation/ Zielsetzung, nach der zeitlichen Dauer, nach der fachlichen Zuordnung, nach der didaktischen Funktion und nach der Auswertung der Ergebnisse.¹¹ Um die gewählten Experimente dieser Arbeit fachlich korrekt klassifizieren zu können, erfolgt eine kurze Erläuterung dieser Kategorien.

Nach der Versuchsanordnung werden Experimente in Modellund Naturexperimente unterteilt. Modellexperimente bilden die Natur bzw. Einzelvorgänge an Modellen möglichst naturgetreu nach. Die Wirklichkeit wird hier meist vereinfacht dargestellt und erfordert Analogierückschlüsse seitens der SuS. Zum einen besteht dadurch die Gefahr der Verfälschung, im Umkehrschluss aber auch die Chance auf Verständniszuwachs für komplexe geographische Sachverhalte. Naturexperimente hingegen finden außerhalb der Schule oder bei kleineren Objekten auch im Klassenraum statt. Im Vergleich ist keine Abstraktion gegeben, da das reale Objekt bzw. der reale Vorgang untersucht wird. Es ist jedoch meist ein höherer Aufwand zur Vorbereitung notwendig.¹²

Für diese Arbeit wird auf die methodische Unterscheidung als Vergleichskriterium zurückgegriffen. Dabei wird eine Unterteilung in Schülerexperiment und Lehreroder Demonstrationsexperiment vorgenommen. Unter den Punkten 2.2 und 2.3 erfolgt eine ausführliche Auseinandersetzung mit der Thematik.

Experimente lassen sich darüber hinaus nach dem zeitlichen Aspekt in Kurzoder Langzeitexperimente einordnen, je nachdem ob eine Zeitdauer von einigen Minuten, mehreren Tagen beziehungsweise Wochen zur Durchführung benötigt werden oder nach der fachlichen Zuordnung in geologische und geomorphologische Experimente, klimageographische Experimente, biogeographische Experimente oder umweltökologische Experimente. Ebenfalls relevant ist die Frage nach der didaktischen Funktion. So kann ein Experiment in der Einführungsphase, Erarbeitungsphase oder Vertiefungsphase verortet werden. Alternativ wäre auch noch die Unterscheidung in qualitative und quantitative Experimente möglich. Während erstgenannte sich auf Aussagen zum Geschehen fokussieren, steht bei Variante zwei das Messen und Erfassen von Daten und Messergebnissen im Vordergrund.¹³

Für welches Experiment sich die Lehrkraft letztendlich in der Stunde entscheidet, hängt allerdings nicht unbedingt von der eben beschriebenen Kategorisierung ab, sondern von den daraus resultierenden Lernzielen. So kann es im Vergleich durchaus zu unterschiedlichen Schwerpunkten kommen. Es gilt allerdings generell: „Bei methodisch richtigem Einsatz übt das geographische Modellexperiment einen günstigen Einfluss auf den gesamten Bildungsund Erziehungsprozess aus und führt zu messbaren Leistungssteigerungen.“¹⁴

RINSCHEDE gliedert die Lernziele folgendermaßen:

Zu den kognitiven Lernzielen gehört, dass Experimente den Ablauf von geographischen Prozessen nicht nur sehr anschaulich verdeutlichen, sondern gleichzeitig Einblicke mit konkretem Wissen verknüpfen können. Darüber hinaus können Vorgänge, die in der realen Natur riesige Ausmaße und lange Zeiträume einnehmen würden, verkleinert und in verkürzter Zeit nachgeahmt werden. Durch die Suche nach angemessenen Erklärungen für die dargestellten Phänomene beziehungsweise die Vorgänge, fördern Experimente Kreativität im selben Maße wie kausales, funktionales und abstrahierendes Denken.¹⁵

Als instrumentelle Ziele gelten nach RINSCHEDE vor allem die vielseitigen Möglichkeiten zur manuellen Tätigkeit. So können sprachlich weniger begabte SuS praktisch arbeiten und ihre Defizite in der parallelen Beschreibung reduzieren. Dafür sind genaue Beobachtungen, gewissenhafte Protokollierung und akkurate Messungen von Prozessen notwendig. Im Hinblick auf einen möglichen beruflichen Werdegang in der Forschung erhalten SuS außerdem erste Einblicke in Methoden der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung.¹⁶

Das experimentelle praktische Arbeiten, welches teils komplexe Sachverhalte sehr anschaulich für SuS darstellt und die Selbsttätigkeit bei der Auseinandersetzung fördert, sorgt zu allererst für eine gesteigerte Motivation und damit im Idealfall für ein erweitertes Interesse an geographischen Inhalten.¹⁷

Da solche Experimente selten allein durchgeführt werden können und im Vorfeld und während der Durchführung eine Aufgabenteilung sinnvoll ist, kann auch die Komponente der sozialen Lernziele bedient werden. Egal ob in Partneroder Gruppenarbeit, die SuS sind gezwungen, gemeinsam zu planen und sich nach Abschluss des Vorgangs über ihre Erkenntnisse und mögliche Messungen auszutauschen. ¹⁸

2.2 Schülerexperimente

2.2.1 Definition und Prinzipien

Nach RINSCHEDE werden Schülerexperimente meist von Schülergruppen ausgeführt, d. h. die Schüler werden aktiv im Unterricht. Dadurch ergeben sich alternative Bezeichnungen, wie beispielsweise Aktionsexperiment oder schülerzentrierter Experimentalunterricht. Durch das selbstständige Handeln werden komplexe Sachverhalte und Vorgänge nicht nur anschaulicher für die SuS, sondern sie erweitern ihre eigenen Handlungsfähigkeiten und -fertigkeiten. Die Rolle der Lehrkraft beschränkt sich bei dieser Form der Experimente auf die Vorbereitung und auf das Leisten von möglichen Hilfestellungen. Darüber hinaus sollte eine niveauvolle Präsentation und Verknüpfung mit der Theorie durch die Lehrkraft erfolgen.¹⁹

Daher bietet es sich an, zur Vorbereitung eines anstehenden Schülerexperiments, eine Einführungsstunde durchzuführen. So können Ziele besprochen, Belehrungen durchgeführt sowie Aufbau und Ablauf des Experiments geklärt werden. Außerdem haben die SuS die Möglichkeit, Unklarheiten zu beseitigen und auftretende Fragen zu stellen. Für viele Schülerexperimente werden zusätzliche Materialien benötigt, die nicht zwangsläufig durch die Schule oder die Lehrkraft gestellt werden müssen. Eine Material-Liste oder das Aufteilen der mitzubringenden Materialien auf diverse SuS ist daher ebenfalls sinnvoll.

Im Vorfeld muss außerdem überprüft werden, ob der Raum die notwendigen Voraussetzungen erfüllt. Ist genug Platz, um einzeln, in Partneroder sogar in Gruppenarbeit das Experiment durchzuführen, herrschen für alle die gleichen Ausgangsbedingungen, welche Reserven benötigt man, sollten einige Materialien fehlen und von besonderer Bedeutung, was passiert, wenn ein Experiment nicht funktioniert?

Entscheidet man sich als Lehrkraft für den Einsatz eines Experiments, gilt es nach RINSCHEDE diverse Aspekte zu beachten. Für die unterrichtliche Praxis sollte darauf geachtet werden, dass der zeitliche Rahmen von 45 min eingehalten werden kann und die Durchführung adressatengerecht ist. Dies schließt ein, dass benötigte Hilfsmittel ohne größeren Aufwand beschafft werden können.²⁰

2.2.2 Methodische Planung

Bei der methodischen Planung sollte auf eine geeignete Sozialform, sinnvolle Arbeitsaufträge und eine zeichnerische und oder schriftliche Nachvollziehbarkeit seitens der SuS geachtet werden. Sie müssen demnach in der Lage sein, ihre Beobachtungen und Erkenntnisse zu fixieren.²¹

Dazu ist es notwendig, dass alle SuS optimale Sichtverhältnisse (eher relevant beim Demonstrationsexperiment) und Zugang zum Experiment haben. Es muss also für alle SuS möglich sein, das Experiment zu verfolgen und sich parallel Notizen machen zu können. Für den Fall, dass ein Experiment scheitert, sollte im Vorfeld ein zeitlicher Puffer eingebaut werden, um den Vorgang gegebenenfalls wiederholen zu können.²²

Um Fehler zu vermeiden, empfiehlt RINSCHEDE im Vorfeld das Experiment mehrmals selbst durchzuführen, um die gewonnenen Erkenntnisse für die geplante Stunde nutzen zu können. Dadurch gewinnt die Lehrkraft gerade im Hinblick auf mögliche Schülerfragen oder auftretende Fehler eine deutliche stärkere Sicherheit. Außerdem ist man als Lehrkraft so in der Lage, den Aufbau zeitlich effizienter durchzuführen.²³

Zum Abschluss beziehungsweise zur Nachbereitung sollten nicht nur die Ergebnisse verglichen, sondern auch alle offenen Fragen geklärt und das Experiment ausgewertet werden. Dazu gehört, die Durchführung zu bewerten, also was hat geklappt und was eventuell nicht, die im Vorfeld gesteckten Ziele zu überprüfen, als Lehrkraft zu reflektieren, ob die organisatorischen Entscheidungen richtig waren und die SuS über mögliche Verbesserungen nachdenken zu lassen.²⁴ Dadurch ergibt sich für die SuS zum einen die Möglichkeit, die gewonnenen Erkenntnisse zu komplettieren und zum anderen aber auch eine Art Feedback-Gespräch, in dem Hinweise an die Lehrkraft weitergegeben werden können.

2.2.3 Verlaufsphasen des Experimenteinsatzes

Bei der Durchführung eines Experiments im Unterricht durchläuft man einzelne Phasen, die RINSCHEDE sowohl benennt als auch charakterisiert:

Ein Experiment beginnt mit der Einführungsund Vorbereitungsphase. Die SuS sind dazu aufgefordert, Hypothesen zu bilden und im Hinblick auf das Experiment Lösungsvorschläge einzubringen. Es wird also eine theoretische Vorüberlegung seitens der SuS geleistet, die in konkreten Ideen festgehalten werden sollte.²⁵

In der anschließenden Erläuterungsphase stellt die Lehrkraft den Zusammenhang zwischen Wirklichkeit und Modell her. Sie verdeutlicht damit, welche Parallelen es gibt und worauf sich die SuS während der Beobachtung fokussieren müssen. Für den Fall, dass einzelne Abschnitte oder Vorgänge des Experiments spezielle Aufmerksamkeit erfordern, ist so gewährleistet, dass die SuS darauf ein besonderes Augenmerk legen.²⁶

In der Experimentierphase wird das Experiment unter der Bedingung, dass vorher eine Aufgabe gestellt wurde, durchgeführt. Handelt es sich um besonders komplexe Aufbauten oder Vorgänge, kann eine Splittung in Einzelvorgänge sinnvoll sein, wenn dies für das konkrete Experiment möglich ist. Bei Nichtgelingen oder mangelnder Aufmerksamkeit muss das Experiment unmittelbar wiederholbar sein.²⁷

Nach Abschluss des Experiments folgt die Auswertungsund Transferphase. In diesem Abschnitt werden die gesammelten Ergebnisse, aber auch, wenn vorhanden, Messungen verglichen und ausgewertet. Darüber hinaus müssen Erklärungen folgen, wie die gesammelten Erkenntnisse zustande gekommen sind. Da es sich meist um eine vereinfachte Darstellung handelt, muss zusätzlich der Transfer zur geographischen Realität erfolgen.

[...]

¹ Schülerinnen und Schüler wird der Lesbarkeit wegen im Folgenden durch SuS abgekürzt werden.

² Vgl. Ministerium für Bildung, Jugend und Sport Land Brandenburg (Hrsg.) (2015). Rahmenlehrplan für den Unterricht in der gymnasialen Oberstufe im Land Brandenburg. Geographie. S. 5.

³ Vgl. Ministerium für Bildung, Jugend und Sport Land Brandenburg (Hrsg.) (2015). Rahmenlehrplan für den Unterricht in der gymnasialen Oberstufe im Land Brandenburg. Geographie. S. 23.

⁴ Vgl. Ministerium für Bildung, Jugend und Sport Land Brandenburg (Hrsg.) (2015). Rahmenlehrplan für den Unterricht in der gymnasialen Oberstufe im Land Brandenburg. Geographie. S. 25.

⁵ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 274.

⁶ Otto, Karl Heinz (2003): Experimentieren im Geographieunterricht. In: Geographie heute. Heft 208 Jahrgang 24. Friedrich Verlag. Seelze. S. 3.

⁷ Lehmann, Otto (1964): Das Experiment im Geographieunterricht. Berlin. S. 9.

⁸ Lehmann, Otto (1964): Das Experiment im Geographieunterricht. Berlin. S. 10.

⁹ Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 274.

¹⁰ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 274.

¹¹ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 274.

¹² Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 275 f.

¹³ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 274 ff.

¹⁴ Lehmann, Otto (1964): Das Experiment im Geographieunterricht. Berlin. S. 21.

¹⁵ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 277.

¹⁶ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 278.

¹⁷ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 278.

¹⁸ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 278.

¹⁹ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 274.

²⁰ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 280.

²¹ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 280.

²² Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 280.

²³ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 280.

²⁴ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 280.

²⁵ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 280.

²⁶ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 281.

²⁷ Vgl. Rinschede, Gisbert (2003): Geographiedidaktik. Paderborn. S. 281.