Experimente mit Luft. Sachunterricht Klasse 2

Inhaltsverzeichnis

1 Anliegen der Arbeit

2 Theoretische Betrachtungen
2.1 Experimentieren als Methode
2.2 Stationenlernen
2.3 Luft

3 Praxisteil
3.1 Didaktisch-methodische Überlegungen
3.2 Gliederung der Unterrichtseinheit
3.3 Praktische Umsetzung

4 Zusammenfassung und pädagogische Schlussfolgerungen

5 Literatur

1 Anliegen der Arbeit

Die vorliegende Arbeit setzt sich mit der Umsetzung des Themas „Luft“ im Sachunterricht einer 2. Klasse auseinander. Das Thema wird obligatorisch im Lehrplan Sachunterricht des Freistaates Sachsen gefordert.

Luft umgibt uns ständig. Es ist eine grundlegende Voraussetzung für alles Lebendige auf der Erde. Mit seinen besonderen Eigenschaften (durchsichtig, geruchsneutral) ist uns seine Anwesenheit nicht immer bewusst. Kinder müssen insbesondere mit diesem Stoff ihre Erfahrungen sammeln. Viele Schüler besitzen dazu ein unstrukturiertes Vorwissen, das es zu systematisieren und erweitern gilt.

Das Experimentieren ist eine Form des handlungsorientierten Unterrichts. Die pädagogische Wirksamkeit von handelndem Lernen ist in der Entwicklungspsychologie fundiert.^[1] Dabei muss es sich um eine planvolle Lernaktivität handeln. Nur so ist gewährleistet, dass die Schüler notwendige Verfahren erlernen, Wissen aufbauen und strukturieren und Verstehensleistungen erbringen können. Handlungsorientierung kommt der Heterogenität der Schülergruppe entgegen und fördert individuell. Die Schüler entwickeln sich von ihrem Standpunkt aus weiter. Lernkompetenz und Selbstständigkeit werden entwickelt. Das Experimentieren in der Grundschule bereitet zudem auf den Fachunterricht der weiterführenden Schulen vor, ohne ihn vorwegzunehmen. Die Schüler lernen naturwissenschaftliche Eigenschaften und Methoden beim Experimentieren kennen und untersuchen diese.

Das selbstständige und eigenverantwortliche Arbeiten findet seinen besonderen Ausdruck im Stationenlernen. Das Stationenlernen bietet vielfältige Differenzierungsmöglichkeiten und wird somit einer immer heterogener werdenden Schülergruppe gerecht. Verschiedene Sozialformen ermöglichen soziales Lernen, das aufgrund diverser Umweltbedingungen an Relevanz gewonnen hat.

Die Zielstellungen einer Unterrichtseinheit müssen stets folgenden Forderungen des Perspektivrahmen Sachunterricht entsprechen:

„Inhalte und Verfahren des Unterrichts müssen […] gegenwärtigen und künftigen Bedürfnissen und Anforderungen gerecht werden, Bildung ermöglichen und grundlegen sowie die Leistungsfähigkeit und –bereitschaft der Kinder entfalten und fördern.“^[2]

Nachstehende Hypothesen sollen für diese Arbeit formuliert werden:

Die Arbeit mit vielfältigen Materialien motiviert die Schüler, so dass sie eine größere Ausdauer, Lern- und Leistungsbereitschaft zeigen.

Der handlungsorientierte Aufbau der Unterrichtseinheit führt nicht nur zu einer größeren Motivation, sondern auch zu beachtlicher Aufgeschlossenheit gegenüber dem Thema.

Das selbstständige und selbstentdeckende Lernen entwickelt Freude und regt die Schüler zu Engagement (auch über den Unterricht hinaus) an.

Die gemeinsame Problemlösung und die Spiele in Partnerarbeit oder im Klassenverband beleben das Miteinander in der Klasse, führen so zu weniger sozialen Konflikten und Aggressionen. Das Sozialklima wird verbessert.

Der fachübergreifende, mehrperspektivische Ansatz der Unterrichtseinheit ermöglicht den Schülern vielfältige Zugänge zum Thema „Luft“.

Diese Hypothesen gilt es zu bestätigen.

2 Theoretische Betrachtungen

2.1 Experimentieren als Methode

(1) Forderungen des Lehrplans

Der Lehrplan Sachunterricht für die Klassenstufen 1/2 fordert das „Entwickeln sprachlicher Fähigkeiten und fachspezifischer Verfahrensweisen zur Erschließung und Darstellung von Sachverhalten“^[3]. Dazu sind verschiedene Methoden notwendig. Unter anderem sollen die Kinder genau zuhören, gezielt beobachten, ausprobieren, über ihre Erkenntnisse sprechen, Vermutungen und Fragen formulieren und damit Probleme bearbeiten, Begriffsinhalte erschließen und die Begriffe im gelernten Zusammenhang sinnvoll benutzen, von eigenen Begegnungen mit der Umwelt erzählen und einfache Skizzen anfertigen. Der Lehrplan sieht das Experimentieren als Methode zum Erschließen und Überprüfen von Sachverhalten vor.

Folgende Punkte sollen dabei Berücksichtigung finden:

- Absicht des Experiments gemeinsam formulieren
- Experiment gemeinsam planen und vorbereiten
- Vermutungen anstellen
- Experiment ausführen
- Beobachtungen festhalten, Ergebnisse zusammenfassen, begründen

(2) Das Experiment

Ein Experiment ist ein methodisch angelegter Versuchsaufbau. Es dient der zielgerichteten Untersuchung einer Erscheinung. Diese Untersuchung muss unter reproduzierbaren, genau definierten Bedingungen stattfinden. Experimente sind daher „Fragen an die Natur“^[4]. Die reale Umsetzung, also die Durchführung des Experiments ist der Versuch. Die Bewertung der Versuchsergebnisse ist die Schlussfolgerung, wodurch neue Erkenntnisse gewonnen werden können oder Hypothesen untermauert bzw. widerlegt. Experimente bilden die Grundlage einer Theorie. Das wissenschaftliche Experiment geht auf Galileo Galilei zurück.

Muhsal definierte 1999:

„Ein Experiment ist ein willkürlicher Eingriff in einen natürlichen Ablauf, der planmäßig, kontrolliert und erwartungsgerichtet definierte Bedingungskonstellationen mit dem Ziel herbeiführt, die Folgen dieses Eingriffs möglichst umfassend zu untersuchen.“^[5]

Die Gesamtheit aus Beobachter und Beobachtungsobjekt, den Werkzeugen und Methoden sowie dem Beobachtungsvorgang an sich bilden das Experiment. Der Unterschied zwischen einem Experiment und einer Betrachtung liegt darin, dass für ein Experiment eine genau definierte Situation präpariert wird. Anschließend wird das Verhalten des präparierten Systems beobachtet und mit den Vermutungen des zugrunde liegenden Modells verglichen. Der Kern wissenschaftlicher Arbeit ist dann die Auswertung eines Experiments im Kontext der Modelle und Theorien. Beobachtungen und Modelle können auf diese Weise miteinander in Einklang gehalten werden.

An Schulen werden didaktisch aufbereitete Versuche durchgeführt, um Sachverhalte zu verdeutlichen und das wissenschaftliche Arbeiten zu erlernen. Niedrige Alterstufen arbeiten mit so genannten Experimentierkästen oder stellen eigene Experimentiermaterialien aus Gegenständen des Alltags her (Strohhalme, Luftballons, Gläser, Schüsseln etc.).

(3) Experimentieren in der Grundschule

Das Experimentieren schließt folgende Fähigkeiten ein: Klassifizieren, Schlussfolgern, Formulieren von Hypothesen und Variablenkontrolle.^[6] Des Weiteren sind das Beobachten, Planen und Durchführen wichtige Verfahren, die dem Experimentieren hierarchisch untergeordnet sind.

Das Experimentieren unterscheidet sich von dem Beobachten gering. Beide sind eng mit einander verbunden. Das Beobachten ist die Voraussetzung und der Ursprung eines jeden Experiments. Das Experimentieren ist jedoch durch weitere Eigenschaften gekennzeichnet: Es ist planmäßig, künstlich hergestellt, kann beliebig oft wiederholt werden und an ihm können Regelmäßigkeiten kontrolliert werden.

Experimente in der Grundschule setzen die natürlichen Lernbemühungen der Kinder fort.

Soll in der Grundschule der Begriff des Experiments oder des Versuchs genutzt werden? Die Meinungen darüber sind in der Literatur und auch im Schulgebrauch verschieden. Ein Experiment setzt eine Hypothese voraus. Ein Versuch dient nicht unbedingt der Bestätigung einer Hypothese. Er dient ebenso dazu, Phänomene zu präsentieren oder veranschaulichend zu wirken, in dem ein theoretisch gelernter Sachverhalt nachvollzogen wird. Es hängt vom Aufbau des Unterrichts ab, ob es sich um einen Versuch oder um ein Experiment handelt. Hartinger hingegen postuliert, „im Folgenden nicht mehr von ‚Experimenten’ (zu) sprechen, sondern von Versuchen“^[7], da es nicht sinnvoll wäre, Experimente im naturwissenschaftliche Verständnis in den Sachunterricht zu übertragen.

Neben der Differenzierung zwischen dem Versuch und dem Experiment sind weitere Unterteilungen für den Unterricht relevant:

1. Wer ist der Hauptakteur? Wenn der Lehrer die Versuche vorführt, spricht man von Demonstrationsversuchen, andernfalls von Schülerversuchen.
2. Wie groß ist der materielle Aufwand? Besteht ein großer apparativer Aufwand mit Messgeräten o.ä. oder handelt es sich um Freihandversuche ?
3. An welchem didaktischen Ort wird der Versuch eingesetzt? Soll er als Einstieg eine Fragestellung aufbauen oder für die Themenstellung motivieren, in der Erarbeitungsphase helfen, Fragen zu klären oder Theorien zu überprüfen oder am Ende einer Lernsequenz das Gelernte vertiefen und Anwendungsmöglichkeiten aufzeigen?

Versuche haben in der Grundschule verschiedene Bedeutungen. Die erhofften positiven Effekte hängen aber jeweils von den durchgeführten Versuchen ab. Folgende Argumente sprechen für den Einsatz von Versuchen im Sachunterricht:

- Versuche dienen der Veranschaulichung und damit dem Verständnis des Gelernten. Durch die Visualisierung und eigenes praktisches Tun können Konstruktionsprozesse unterstützt werden und dienen damit entscheidend dem Aufbau neuen Wissens.
- Versuche können helfen, Schüler für Fragestellungen und deren Lösung zu motivieren. Insbesondere dann, wenn ein Phänomen präsentiert wird oder wenn der Versuch aus dem Alltag der Schüler stammen, sind die Schüler motiviert Ergebnisse zu diskutieren und Erklärungen zu finden. Aus motivationspsychologischen Untersuchungen ist bekannt, dass selbstbestimmtes, aktives Tun zentrale Bedeutung für den Aufbau und Erhalt intrinsischer Motivation hat. Dies ist ein Weg, um dem Abwärtstrend naturwissenschaftlichen Interesses bei Schülern zu begegnen, wie Forschungen (Vgl. Hartinger 1997) zum handlungsorientierten Unterricht zeigen konnten.
- Durch Versuche kann wissenschaftliches Denken unterstützt werden und es können wissenschaftliche Arbeitsweisen gelernt werden. Vor allem das Beobachten, Planen, Durchführen und Formulieren wird geübt. Hartinger konnte dazu feststellen, dass „die Schüler/innen durchaus in der Lage waren, methodisch vorzugehen, indem sie den Versuchsaufbau präzise planten, indem sie genau beobachteten, indem sie ihre Beobachtungsdaten verglichen und indem sie die Bedingungen systematisch variierten.“^[8]
- Versuche bieten eine Möglichkeit, die Erfahrungen von Kindern aufzugreifen und sie mit fachwissenschaftlichen Verfahren zu verknüpfen bzw. neue, für die Schüler interessante Fragen aufzuwerfen, die sie dann selbstständig bearbeiten.^[9]

2.2 Stationenlernen

(1) Ursprung

Die Engländer Morgan und Adamson entwickelten für den Leistungssport 1952 ein Trainingssystem, das nach seinem Aufbau Circuit Training (Zirkeltraining) genannt wurde. Dieses Zirkeltraining war auf ein bestimmtes Lernziel konzentriert, das in unterschiedlichen wiederholbaren Schritten zu erreichen war. Somit konnten alle innerhalb der Lerngruppe gleichzeitig auf ihrem Lernniveau üben.

Seit 1987 wird diese Trainingsform im Zuge der Öffnung des Unterrichts auch in anderen Fächern verwirklicht, wobei die Fixierung auf ein festes, eingeschränktes Lernziel aufgegeben wurde. Dabei fanden vor allem Anregungen aus der Reformpädagogik (Montessori, Petersen und Freinet) in diese Unterrichtsform Einzug. Mittlerweile hat das Stationenlernen einen festen Platz im Offenen Unterricht. Der Begriff Zirkeltraining wird wegen der Assoziation zum Leistungssport nicht mehr verwendet.

(2) Grundidee, Definition

Stationenlernen (auch Lernen an Stationen, Stationenbetrieb, -arbeit, Lernzirkel, -parcour) ist eine Art der Freiarbeit. Hierbei wird ein Thema über vielfältige Zugänge erarbeitet und vertieft. Einzelne Stationen werden aufgebaut, die dem Schüler selbstständiges Arbeiten an jeder Station ermöglichen. Die Schüler erhalten Arbeitspläne mit Pflicht und Wahlaufgaben. Die Schüler haben Wahlmöglichkeiten hinsichtlich Zeiteinteilung, Reihenfolge der Aufgaben und Sozialform. Unterschiedliche Arbeitsformen (u.a. Schreiben, Lesen, Computerarbeit, Basteln, Spielen, Bewegen) sorgen für Abwechslung. Der Lehrer ist Lernbegleiter und gibt gezielte Hilfestellungen. Wesentliche Ziele dieses Unterrichts sind neben der Erarbeitung von Inhalten, der Aufbau erwünschten sozialen Verhaltens, Selbstorganisation, Lernen mit allen Sinnen und Selbstkontrolle. Die Materialien sollten Differenzierungsmöglichkeiten hinsichtlich Schwierigkeitsgrad, Neigungen und Interessen anbieten.

(3) Planung

Der bedeutendste Faktor für den erfolgreichen Verlauf einer Stationenarbeit ist die umfassende und gründliche Planung.

Dabei müssen zuerst folgende Fragen beantwortet werden:

- Wie lautet das Thema?
- Ist das Thema für eine Stationenarbeit geeignet?
- Welcher Lernzweck wird beabsichtigt (Erschließung, Übung oder Vertiefung des Themas)?
- Welche Lernziele sollen erreicht werden?
- Ist eine bestimmte Reihenfolge des Lernens erforderlich?
- Müssen die Lernaufträge gruppiert werden?

Zudem muss sich der Lehrer überlegen, welche weiteren Kompetenzen geübt werden sollen und wie diese bei der Auftragsgestaltung berücksichtigt werden. Des Weiteren müssen die Lernvoraussetzungen der Schüler beachtet werden. Hier stellt sich die Frage nach dem Niveau der Lernaufträge und differenzierten Aufgabestellungen. Zeitliche und räumliche Bedingungen spielen ebenso eine große Rolle. Während der Planung soll sich der Lehrer auf geeignete Formen der Beurteilung festlegen, um die Arbeitsergebnisse zu überprüfen und zu bewerten.

Falls in Gruppen gearbeitet werden soll, muss sich der Lehrer überlegen, wie er die Gruppen einteilen will und wie groß die Gruppen sein sollen. Die Anzahl der Stationen ist festzulegen. Es ist genau zu planen, ob Stationen doppelt angeboten werden sollen, wo und wann die Stationen aufgebaut werden sollen. Ein wichtiger Punkt ist die Gestaltung der Materialien. Die Materialien sollten verschiedene Lernwege/Aufnahmekanäle berücksichtigen und die eigenständige Arbeit der Schüler ermöglichen.

(4) Verlauf

Das Stationenlernen weist vier typische Phasen auf:

I. Motivation
II. Rundgang
III. Arbeit an den Stationen
IV. Schlussgespräch

Zu I.: Während dieser Phase sollen die Schüler an die Thematik herangeführt werden. Ein Anfangsgespräch, eine Stille-Übung, der Verweis auf bereits Gelerntes oder eine Motivationsfigur können die Motivation aufbauen. Die Ziele sollen den Schülern transparent gemacht werden.

Zu II.: Der Rundgang macht die Schüler mit den Materialien und Aufgaben an den verschiedenen Stationen vertraut. Der Lehrer hat die Möglichkeit, die Aufgaben kurz zu erläutern und mit dem Stationenlernen nicht vertraute Schüler einzuweisen. Am Ende des Rundgangs bietet sich die Gelegenheit, die Schüler auf vereinbarte Arbeitsregeln hinzuweisen, bzw. diese von ihnen noch einmal zusammentragen zu lassen.

Zu III.: Die Schüler arbeiten an den Stationen. Diese Phase sollte den Großteil der Zeit in Anspruch nehmen. Die Schüler arbeiten selbstständig und eigenverantwortlich. Je nach Aufbau der Stationen wechseln die Schüler gleichzeitig und gemeinsam oder eigenständig nach einer vollendeten Aufgabe. Der Lehrer steht für Fragen zur Verfügung. Er hält sich sonst im Hintergrund.

Zu IV.: Im Schlussgespräch äußern sich die Schüler zu ihrer Arbeit. Lernergebnisse werden vorgetragen und einzelne thematische Aspekte angesprochen. Produkte der Stationenarbeit, zum Beispiel Modelle oder Zeichnungen, werden präsentiert. Eventuelle Verstöße gegen die Klassenregeln können angesprochen werden.

(5) Notwendige Verfahrensweisen

Welche Voraussetzungen sind notwendig, um möglichst einen optimalen Verlauf zu gewährleisten? Die Stationen sind durch Nummern oder Symbole gekennzeichnet. Sie sollten sich selbst erklären oder eine kurze Erklärung beinhalten, so dass der Lehrer nicht unterstützend eingreifen muss. Der Arbeitsaufwand muss für die Schüler leistbar sein. Die Aufgaben bieten die Möglichkeit der Selbstkontrolle. Differenziertes Arbeiten wird so oft wie möglich an den Stationen angeboten. Jeder Lehrer sollte selbst überlegen, ob er Stationen mehrfach anbietet. Dafür spricht, dass Engpässe so überwunden werden können, weil mehrere Schüler eine Aufgabenstellung gleichzeitig bearbeiten können. Dagegen lässt sich argumentieren, dass die Aufgaben attraktiver wirken, wenn sie nur einmal vorhanden sind. Die Aufgaben berücksichtigen so viele Sinne wie möglich. Ob die Reihenfolge der Stationen vorgegeben ist, hängt vom Aufbau der Stationenarbeit ab. Eine einmal begonnene Arbeit soll zu Ende geführt werden. Den Schülern ist bekannt, dass nicht alle Stationen bearbeitet werden müssen. Jeder Schüler bestimmt sein Arbeitstempo selbst. Die Schüler helfen sich gegenseitig. Wenn diese Verfahrensweisen den Schülern bekannt sind und stets geübt werden, wird eine Stationenarbeit gelingen.

(6) Vorteile

Der zeitliche Mehraufwand für die Vorbereitung und Durchführung eines Stationenlernens steht einer Reihe positiver Aspekte gegenüber.

Das Stationenlernen ist aus lernpsychologischer Sicht besonders positiv. Es ermöglicht die Selbstlernkompetenz, hohe Handlungs- und Schülerorientierung, Selbstständigkeit sowie den Erwerb methodischer und sozialer Kompetenzen. Stationenlernen ist selbstorganisiertes, aktives Lernen mit hoher Eigenständigkeit. Die Vielfalt der Lernwege kann besser berücksichtigt werden. Besonders motivierend wirkt auf die Schüler der Einsatz vieler verschiedener Materialien und Medien, die sonst aus Gründen der Verfügbarkeit eher weniger zum Einsatz kommen. Die Schüler können nach eigenem Lerntempo arbeiten und Einfluss auf den Lernstoff nehmen, indem sie bestimmte Stationen wählen. Die dadurch gesteigerte Lernmotivation wirkt sich wiederum positiv auf die Lernleistung aus.

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^[1] Vertreter sind insbesondere Freinet, Montessori und Piaget

^[2] Perspektivrahmen Sachunterricht 2002, Seite 2

^[3] Lehrplan Sachunterricht 2004, Seite 5

^[4] www.wikipedia.de, Stichwort „Experiment“, 20.Juni 2006

^[5] ebd.

^[6] Lauterbach 2001 in: von Reeken 2003, S.68

^[7] Hartinger in: von Reeken 2001, S.69

^[8] Hartinger in: von Reeken 2003, S.71

^[9] ebd.