Forschend-entdeckender Unterricht in der Grundschule am Beispiel von Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum

Inhaltsverzeichnis

1. EINLEITUNG

2. THEORETISCHER HINTERGRUND
2.1 Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum
2.1.1 Licht
2.1.2 Wasser
2.1.3 Temperatur
2.1.4 Mineralstoffe
2.2 Rechtliche Vorgaben
2.3 Schülerorientierung
2.4 Das forschend-entdeckende Lernen
2.4.1 Ablauf
2.4.2 Voraussetzungen
2.4.3 Ziele
2.4.4 Vorteile
2.5 Unterrichtskonzepte zum forschend-entdeckenden Lernen

3. UNTERSUCHUNGSDESIGN
3.1 Bemerkungen zu den Lerngruppen
3.2 Darstellung der Unterrichtsstunden
3.2.1 Unterrichtsskript: Traditionell
3.2.2 Unterrichtsskript: Forschend-entdeckend
3.2.3 Unterrichtseinheit des traditionellen Unterrichts
3.2.4 Unterrichtseinheit des forschend­entdeckenden Unterrichts
3.3 Beschreibung der Auswertungsmethoden
3.3.1 Qualitative und quantitative Inhaltsanalyse
3.3.2 Fragebogenauswertung
3.4 Methodisches Vorgehen
3.5 Hypothesen

4. ERGEBNISSE
4.1 Ergebnisse der Videoanalysen
4.1.1 Säulendiagramm I
4.1.2 Säulendiagramm II
4.2 Ergebnisse der Schülerfragebögen

5. REFLEXION

6. ZUSAMMENFASSUNG

7. LITERATURVERZEICHNIS
7.1 Quellen
7.2 Weitere Quellen
7.3 Internet

8. ABBILDUNGSVERZEICHNIS

Abb. 1 : ,Die Umsetzung des forschend-entdeckenden Unterrichts’

Abb. 2: , Offenheit im Unterricht’

Abb. 3: Unterrichtsskript für den traditionellen Unterricht

Abb. 4: Unterrichtsskript für den forschend-entdeckenden Unterricht

Abb. 5: Versuchsvorgaben

Abb. 6: Säulendiagramm I

Abb. 7: Säulendiagramm II

Abb. 8: Auswertung der Schülerfragebögen I

Abb. 9: Auswertung der Schülerfragebögen II

9. ANHANG

Anhang 1: Versuchskarten

Anhang 2: Arbeitsblatt I: Traditioneller Unterricht

Anhang 3: Ausgefüllte Arbeitsblätter I: Traditioneller Unterricht

Anhang 4: Mitschriften: Forschend-entdeckender Unterricht

Anhang 5: Arbeitsblatt II

Anhang 6: Ausgefüllte Arbeitsblätter II: Traditioneller Unterricht

Anhang 7: Ausgefüllte Arbeitsblätter II: Forschend-entdeckender Unterricht

Anhang 8: Schülerfragebogen

Anhang 9 Trankskript: Traditioneller Unterricht

Anhang 10: Transkript: Forschend-entdeckender Unterricht

Anhang 11: Codebaum

Anhang 12: Exceltabelle mit Anzahl von Codings

Anhang 13: Ausgefüllte Schülerfragebögen: Traditioneller Unterricht

Anhang 14: Ausgefüllte Schülerfragebögen: Forschend-entdeckender Unterricht

1. Einleitung

der beste Zeitpunkt für die Hinführung zu naturwissenschaftlichen Phänomenen ist die Zeit der frühen Kindheit, in der mit großen Augen staunend die Phänomene im Umfeld wahrgenommen und hinterfragt werden.“ (Lück, 2005, S.14).

Während Kinder im Alter von 4-6 Jahren ihren enormen Wissensdrang hauptsächlich mit der Frage warum stillen, steht bei den Kindern im Grundschulalter das Tun und Werken im Mittelpunkt. Das Interesse an Naturphänomenen spielt eine große Rolle und die Kinder entwickeln den Wunsch nach neuen Erfahrungen, denen sie mit Neugier selbsttätig, selbstverantwortlich und entdeckerisch nachgehen wollen. Diese Neigungen der Kinder sollen mit der Durchführung der hier vorliegenden Unterrichtsstunden verstärkt werden. Mit Hilfe eigenständig durchgeführter Versuche mit Pflanzen sollen sie einen Naturvorgang erklären können. Angewendet wird die Unterrichtsmethode des forschend-entdeckenden Lernens, bei der das selbständige Problemlösen im Vordergrund steht.

Der Bezug zur Lebenswelt der SchülerInnen steht bei der Wahl der Unterrichtsthemen im Vordergrund. Hierbei sollten die unterschiedlichen Lernvoraussetzungen der SchülerInnen als Orientierung für den Unterrichtsverlauf/-aufbau dienen. Diese Lernvoraussetzungen verändern sich ständig durch Erfahrungen und Lernprozesse. Damit die Lernprozesse gelingen und aus der unendlichen Themenfülle geeignete Inhalte für den Unterricht gewählt werden können, ist es wichtig, die Interessen, vorunterrichtlichen Erfahrungen und das bisherige Wissen und Können der SchülerInnen bei der Planung einzubeziehen.

Für einen aktiven Lernprozess sollten vielfältige Handlungsmöglichkeiten angeboten werden, bei denen die Kinder selbständig arbeiten können. Vor allem im Biologieunterricht sollten Handlungskompetenzen ausgebildet werden, die theoretische - z.B. das Bearbeiten biologischer Fragestellungen - und praktische - z.B. Durchführungen von Untersuchungen und Experimenten - Anteile beinhalten. Unter Beachtung dieser Voraussetzungen wurde das Thema Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum ausgewählt.

Die vorliegende Arbeit zu dem Thema Forschend-entdeckender Unterricht in der Grundschule am Beispiel von Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum gliedert sich in einen theoretischen und einen praktischen - auf den Unterricht bezogenen - Teil.

In dem theoretischen Teil wird zunächst auf die wichtigsten biologischen Fakten der Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum eingegangen. Nach dieser fachwissenschaftlichen Darstellung wird überprüft und erläutert, ob das Thema in den Richtlinien bzw. Lehrplänen behandelt wird.

Im weiteren wird das forschend-entdeckende Lernen ausführlich behandelt. Nach einer begrifflichen Klärung dieser didaktisch­methodischen Theorie und der Darstellung des forschend­entdeckenden Lernens im wissenschaftlichen Kontext schließen die theoretischen Ausführungen mit einer Beschreibung möglicher Unterrichtskonzepte dieser Unterrichtsmethode.

Im praktischen Teil wird das Thema zum einen mit der forschend­entdeckenden und zum anderem mit der traditionellen Unterrichtsmethode durchgeführt.

Zunächst werden die Lerngruppen vorgestellt (Geschlechterzusammensetzung der Gruppen, Alter und Vorwissen etc.). Bei der Darstellung der konkreten Planung der beiden Unterrichtseinheiten, in der auf das Material und die Methoden (zeitlicher Ablauf, Stundenaufbau und Ablauf der geplanten Unterrichtsverläufe) eingegangen wird, erfolgt eine Bezugnahme des forschend-entdeckenden Unterrichts zu den wissenschaftlichen Unterrichtskonzepten, die im vorangegangenen Teil erläutert wurden. Eine Beschreibung der Auswertungsmethoden, in diesem Fall eine Videoanalyse und eine Auswertung von Schülerfragebögen, folgt. Eine Erläuterung über das Vorgehen mit diesen Methoden schließt sich an, um daraufhin Hypothesen in Bezug auf die Unterrichtsdurchführungen und Unterrichtsergebnisse aufzustellen. Nach den abgeschlossenen Unterrichtsstunden erfolgt die Ergebnispräsentation mit Hilfe von Tabellen und Säulendiagrammen. In der sich anschließenden ausführlichen Diskussion und Reflexion werden zum einen der persönliche Eindruck der Unterrichtsstunden geschildert und zum anderen die aufgestellten Hypothesen anhand der Säulendiagramme untersucht.

Die Examensarbeit schließt mit einer Zusammenfassung, in der vor allem der Frage nachgegangen wird, ob anhand der durchgeführten Unterrichtsstunden das forschend-entdeckende Lernen im Sachunterricht der Grundschule einzusetzen ist.

Ein ausführlicher Anhang, der die Schülermitschriften, Fragebögen, Transkripte und Codingtabellen präsentiert, liegt dieser Arbeit bei.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Bezeichnungen: Schüler, Lehrer und Moderator sowohl für die männlichen als auch für die weiblichen Personen stehen.

2. Theoretischer Hintergrund

2.1 Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum

„Das Entwicklungsgeschehen der Pflanzen wird ständig von den herrschenden Umweltbedingungen beeinflusst.“ (Fellenberg, 1980, S.60). Durch Änderungen der Umweltbedingungen werden die Entwicklungsschritte aktiviert oder inaktiviert, modifiziert oder dauerhaft verändert.

Bedeutsam für die Entwicklung und das Wachstum der Pflanzen sind vor allem :

- Licht
- Wasser
- Temperatur
- Mineralstoffe.

Diese vier Faktoren werden im folgenden genauer erläutert.

2.1.1 Licht

Für die Fotosynthese der Pflanzen sind vor allem das Sonnenlicht und die Wasserversorgung von Bedeutung. Die Fotosynthese ist ein autotropher Stoffwechselprozess, bei dem das Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Luft über die Spaltöffnungen und das Wasser (H2O) aus dem Boden aufgenommen und unter Einwirkung des Sonnenlichts in Kohlenhydrate umgewandelt wird. Dabei wird Sauerstoff (O2) freigesetzt. Der Sauerstoff, der über die Spaltöffnungen an die Umgebung abgegeben wird, wird von Lebewesen mit heterotrophem Stoffwechsel genutzt.

Die für den autotrophen Stoffwechsel erforderliche Energie wird über die Absorption des Lichtes mit Hilfe des Chlorophylls in den Chloroplasten der Blattzellen gewonnen.

Die Fotosynthese besteht aus zwei Reaktionsfolgen:

1. Lichtreaktion I und II
2. Dunkelreaktion.

Die gewonnene Lichtenergie wird bei der Lichtreaktion für die Bildung und Herstellung von Adenosintriphosphat [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] und Nicotinamidadenindinucleotidphosphat [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] genutzt. Die gebildeten Produkte ATP und NADPH+H+ werden wiederum in der Dunkelreaktion eingesetzt, um Kohlenhydrate aufzubauen.

Die Summenformel der Fotosynthese lautet: Licht

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.1.2 Wasser

Die Bedeutung des Wassers für die Pflanze beginnt schon bei der Quellung des Samens, die den Vorgang des Keimens einleitet. Die Quellung stellt eine reversible Wasseraufnahme dar, die zur Volumenvergrößerung des Samens führt. Durch das Platzen der Samenschale beginnt das Wachstum des Embryos bzw. die Keimung. Zuerst durchbricht die Keimwurzel die Samenschale. Sie wächst nach unten in die Erde und verankert die Pflanze fest im Boden. Somit dient sie zugleich der Wasser- und Mineralstoffaufnahme. Es schließt sich das Wachstum der Sprossachse an. Da sie meist hakenförmig gekrümmt wächst, wird ihr das Durchbrechen des Bodens erleichtert. Sie erstreckt sich zum Licht hin und bald entfalten sich die ersten Blätter.

Der Keimling, der die gespeicherte Reservestärke nutzt, benötigt Sauerstoff und Wärme, um optimal wachsen zu können. Sobald Wurzel, Spross und Blatt ausgebildet sind, wird der Wassertransport über ein Leitsystem geregelt.

Der ständige Wasserstrom von der Wurzel zum Spross ist notwendig, da die Pflanze die Nährsalze des Bodens nur in gelöster Form aufnehmen kann. Das Wasser wird über die Wurzelhaare aufgenommen und über die Sprossachse zu den Blättern geleitet. Hier wird das Wasser über die Spaltöffnungen als Wasserdampf an die Umgebung abgegeben. Diesen Vorgang nennt man Transpiration.

Über die Bewegung der Spaltöffnungen vermag die Pflanze den Wasserhaushalt zu regulieren und ermöglicht so eine Anpassung an unterschiedliche Umweltbedingungen.

Tritt dagegen Staunässe im Boden auf, faulen die Wurzelhaare. Bei länger anhaltendem Mangel wird sowohl die Transport- und damit auch die Lösungsfunktion des Wassers unterbunden, was zur Beeinträchtigung des Stoffwechsels bis hin zum Zell- und Gewebetod führt.

2.1.3 Temperatur

Die Temperatur stellt einen weiteren wichtigen Faktor der Entwicklung dar.

Die van’t Hoffsche Reaktions-Geschwindigkeits-Temperatur-Regel (= RGT-Regel) besagt, dass bei einer Temperaturerhöhung von 10°C die Stoffwechselreaktionen um das zwei- bis dreifache zunehmen. Da alle Stoffwechselreaktionen auch enzymatische Reaktionen darstellen, kommt es bei einer Temperatur über 40°C bei den meisten Pflanzen zu einem Abfall der Aktivität. Eine kontinuierlich hohe Temperatur bewirkt Kümmerwuchs bei der Pflanze.

Sinkt die Temperatur langsam ab, passt sich die Pflanze der Kälte an und überlebt in den meisten Fällen. Fällt die Temperatur jedoch plötzlich bis zum Gefrierpunkt ab, bilden sich Eiskristalle, die die Zellstrukturen zerstören. Dies führt zum Absterben der Pflanze. Dem „normalen" Temperaturwechsel zwischen Tag und Nacht haben sich die Pflanzen angepasst und können sich somit trotz Temperaturschwankungen optimal entwickeln.

Die Wachstumsgeschwindigkeit ist artenverschieden. Sie nimmt mit steigender Temperatur bis zur Optimaltemperatur (meistens 28°C) zu und nimmt beim Überschreiten dieses Optimums wieder ab.

2.1.4 Mineralstoffe

Einen weiteren Faktor stellen die anorganischen Mineralstoffe dar, welche die Pflanze aus dem Boden bezieht. „Die verschiedenen [Mineralstoffe] müssen in einem für die Pflanze optimalen Mengenverhältnis zueinander vorliegen. Überoptimale und unteroptimale Mineralstoffkonzentrationen stören die Entwicklung durch Missregulation des Stoffwechsels.“(Feilenberg, 1980, S.61).

Die aufgenommenen Nährsalze werden u.a. zum Einbau in unterschiedliche organische Substanzen benötigt. So wird z.B. Phosphor für die Herstellung von ATP eingesetzt, damit dieses als Energieträger dienen kann. Magnesium ist im Chlorophyll in geringem Maße vorzufinden, ist aber von großer Bedeutung, da es bei Magnesiummangel die Chlorophyll-Synthese beeinträchtigt. Für jedes Leben ist Stickstoff essentiell, weil er ein wichtiges Bauelement der Proteine, Proteide und der DNA ist.

Da Topfpflanzen die notwendigen Nährsalze nur bedingt aus dem Boden ziehen können, müssen sie gedüngt werden. Die Nährsalzansprüche sind von Art zu Art verschieden. Deshalb ist darauf zu achten, dass man den Pflanzen die richtige Menge an Nährsalzen zuführt.

Licht, Wasser, Wärme und Mineralstoffe sind also die wesentlichen Einflussfaktoren für das Pflanzenwachstum.

2.2 Rechtliche Vorgaben

Im Sachunterricht sind die Lernprozesse so zu organisieren und zu gestalten, dass Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten, Einstellungen und Haltungen vermittelt werden. Dabei sollen die Schüler fachgemäße Arbeitsweisen erlernen und Lernformen erwerben, die die eigenständige Auseinandersetzung mit der Lebenswirklichkeit und dadurch den selbständigen Wissenserwerb fördern.

Da vor allem Grundschulkinder besonderes Interesse an der lebenden Natur zeigen, sollte der Unterricht so gestaltet werden, dass den Kindern die Möglichkeit zum Entdecken und Erforschen der Natur gegeben wird.

Für den Erfahrungs- und Lernbereich Natur ist es besonders wichtig, dass die Kinder schon früh einfache biologische Zusammenhänge erfassen. Hierzu zählen u.a. die Bedingungen für das Pflanzenwachstum, die der Gegenstand der Unterrichtsstunden sein soll. Die Kinder einer dritten Klasse bekommen die Aufgabe, Pflanzen unter verschiedenen Lebensbedingungen aufzuziehen und sollen dadurch zu der Einsicht gelangen, dass die Pflanzen bestimmte Umweltfaktoren für ein gutes Wachstum benötigen. Hierfür ist kein spezielles Vorwissen notwendig.

Die Schüler sollen befähigt werden, einfache Experimente zu planen, durchzuführen und auszuwerten. Dadurch gewinnen sie Einsichten in biologische und ökologische Zusammenhänge.

Im Lehrplan für den Sachunterricht der Grundschule ist vorgegeben, dass die Schüler Pflanzen in ihrem Lebensraum und in ihrer Entwicklung aufmerksam betrachten, beobachten, benennen und beschreiben können sowie die Zusammenhänge zwischen den Lebensräumen und Lebensbedingungen für Menschen erkennen sollen. Des weiteren ist den Schülern zu verdeutlichen, dass Wasser und Licht Lebensgrundlage für Menschen, Tiere und Pflanzen sind.

2.3 Schülerorientierung

Für die methodische Durchführung gibt es zu dem Thema Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum verschiedene Möglichkeiten. In der vorliegenden Arbeit wird es im forschend­entdeckenden und im traditionellen Unterricht erprobt. Die Beschäftigung und der Umgang mit Pflanzen - als ein wirklichkeitsnaher Gegenstand aus der Natur - entspricht den rechtlichen Vorgaben und bietet den Grundschulkindern die Möglichkeit, ihrem Bedürfnis, die Natur zu erleben und zu erfahren, nachzugehen.

Ziel des Experimentierens im Sachunterricht ist es, beim Schüler eine interessengeleitete, motivierte und selbstbestimmte Haltung aufzubauen.

Durch das selbständige Erarbeiten und Finden von Lösungen, wie es im forschend-entdeckenden Unterricht vorgesehen ist, werden neben der Befriedigung kindlicher Neugier sprachliche, kognitive und emotionale Prozesse initiiert und die Entwicklung von Fantasie und Kreativität gefördert.

2.4 Das forschend-entdeckende Lernen

Wurde bis vor wenigen Jahrzehnten Schule noch überwiegend als „reine Lehr- bzw. Lernanstalt" angesehen, in der der Lehrer Wissen vermittelt hat und der Schüler fast ausschließlich die Rolle des Rezipienten einnehmen musste, werden zunehmend andere Unterrichtsmethoden entwickelt und eingesetzt. In einer sich immer schneller verändernden Welt reicht die reine Wissensvermittlung nicht mehr aus. Junge Menschen müssen befähigt werden, selbständig zu lernen und eine sachlich korrekte Klärung und Lösung von Problemen vorzunehmen. Außerdem soll jedes Kind zu einem kritisch denkenden Menschen - einem mündigen Bürger - erzogen werden. Diese immer wichtiger werdenden Aufgaben der Schule können nur bewältigt werden, wenn die Schüler aus ihrer eher passiven Rolle als Objekt von Lernzielen, Lernstoffen und Lernanweisungen gelöst werden. Neue Methoden sind erforderlich, mit denen der Schüler lernt, sein Wissen durch eigene Aktivität zu entwickeln und Fakten und Zusammenhänge selbständig zu erarbeiten.

Um diesem Ziel näher zu kommen, wird zunehmend mit neuen und weiterentwickelten Unterrichtsformen gearbeitet. Bei dem offenen Unterricht beispielsweise sollen die Kinder mehr Freude am Lernen gewinnen, ihre eigenen Erfahrungen mit in den Unterricht einbringen und Kenntnisse erwerben für die „... Entwicklung einer Persönlichkeit, die fähig ist und bereit, ... Probleme zu erschließen.“ (Soostmeyer, 1978, S. 175). Projektarbeit, Werkstattunterricht und Stationenlernen zielen ebenfalls in diese Richtung. Das forschend-entdeckende Lernen gewinnt zunehmend an Bedeutung und wird nachfolgend vorgestellt und später in einer Unterrichtseinheit erprobt.

Schon im Zuge der Reformpädagogik von Beginn des 19.Jahrhunderts an finden sich Ansätze des forschend-entdeckenden Lernens, bei dem die Eigenaktivität bzw. Selbsttätigkeit von Lernenden im Mittelpunkt stand. In diesem Zusammenhang sind besonders Maria Montessori und John Dewey zu erwähnen. Beide haben mit dem Motto „Hilf mir, es selber zu tun" oder "learning by doing" für die produktive Aktivität des Schülers Ansätze geschaffen, die jedoch in der Breite kaum weiterverfolgt wurden. Das Konzept des forschend-entdeckenden Lernens hat sich dann aus der kognitiven Psychologie entwickelt und wurde vor allem zwischen 1960 und 1970 von Pädagogen und Wissenschaftlern kontrovers diskutiert, ergänzt und weitergeführt. Erst um1970 gewann der Gedanke der selbständigen Schülertätigkeit unter der Bezeichnung entdeckendes Lernen’ neue Aktualität...“(Terhart, 1997, S.151).

Das forschend-entdeckende Lernen setzt sich aus den beiden Komponenten forschen und entdecken zusammen. Bis heute konnte man sich nicht auf eine eindeutige Definition für den Begriff forschend-entdeckendes Lernen einigen. Die Begriffe lassen sich nicht scharf voneinander trennen. Während einige Wissenschaftler - Schmidkunz, Bönsch, Aepkers u.a. - den Schwerpunkt auf den forschenden Teil legen, setzt die Mehrzahl - Bruner, Neber, Foster u.a. - ihren Schwerpunkt auf das entdeckende Lernen. So ist zu erklären, dass über den forschenden Teil in der Fachliteratur weniger zu finden ist.

Einige Wissenschaftler wie Hellberg-Rode oder Soostmeyer verbinden die beiden Komponenten. Vor allem in den Naturwissenschaften besteht „... zwischen den Prozessen des Entdeckens und des Forschens nicht nur eine Folgewirkung .., sondern auch eine Wechselwirkung.“(Soostmeyer, 1978, S.173).

Das forschend-entdeckende Lernen wird auch häufig mit dem Begriff „Problemorientiertes Lernen" bezeichnet und deshalb als „...

,problemorientiertes Lehr- und Lernverfahren’ ...“ (ebd., S.157) angesehen, da das Lernen aus Problemsituationen für das forschend-entdeckende Unterrichtsverfahren ein grundlegendes Lernprinzip ist (Schmidkunz, 1999, S. 15). Hierbei werden in der Phase der Problemfindung vorwiegend „entdeckerische Aktivitäten" und in der Phase der Problemlösung vorwiegend „forscherische Aktivitäten" eingesetzt (Kaiser, 2004, S.100). Bei beiden „Aktivitäten" findet das Lernen unter Einbezug aller Sinne statt und soll ein einfallsreicher, produktiver und experimenteller Prozess sein.

Der entdeckende Teil besteht aus kreativen, intuitiven, heuristischen und explorativen Prozessen, „... d.h. die methodisch freien und offenen Lern- und Denkprozesse des Entdeckens ...“ (Soostmeyer, 1978, S.173), bei denen Probleme gefunden und Hypothesen und Entwürfe für das Lösen von Problemen aufgestellt werden. Das „Problem“ wird durch „... das Wahrnehmen und Beobachten überraschender Erscheinungen oder über das Feststellen von Unstimmigkeiten ...“(ebd., S.173) erkannt und definiert.

Der forschende Teil übernimmt dann das Entwickeln und Stellen gezielter Fragen, Hypothesen und mehr oder weniger konkreter Problemlösungsideen, die mit Hilfe von Planung und Durchführung entsprechender Versuche und Experimente überprüft werden können (Kaiser, 2004, S.100).

Schmidkunz versteht unter „Forschen" „... im didaktischen Sinne [den] Prozess ..., bei dem der Schüler mit dem bereits vorhandenen Wissen weitgehend selbständig mit den ihm angemessenen und zur Verfügung stehenden Methoden (Arbeitsweisen, Geräten, Materialien) neue Erkenntnisse gewinnt.“(Schmidkunz, 1999, S.19).

Das forschende Lernen besteht - laut Manfred Bönsch - aus Lernmöglichkeiten, die die Lernenden dazu bringen, „... für sie subjektiv Neues [zu] erforschen und auf diese Weise zu ihrem Lernbesitz [zu] machen.“ (Bönsch, 1995, S.199).

Entdeckendes Lernen, aus dem englischen "learning by discovery" übersetzt und in der amerikanischen Curriculumsdiskussion entstanden, wird auch als „exploratives Lernen“bezeichnet.

Unter dem Begriff des entdeckenden Lernens versteht man eine Lehr-Lern-Methode, bei dem das Lehren auf Lehrerseite mit den Methoden des Lernens auf Schülerseite verbunden wird. Anschließend wird das forschend-entdeckende Lernen unter folgenden Gesichtspunkten betrachtet:

- Ablauf
- Voraussetzungen
- Ziele
- Vorteile.

Hierbei wird nicht zwischen den beiden Komponenten forschen und entdecken unterschieden. Sie werden zusammen dargestellt, wobei die Merkmale des entdeckenden Lernens einen größeren Raum einnehmen.

2.4.1 Ablauf

Die Grundelemente dieser Lernform sind - ähnlich wie John Dewey sie vor fast 100 Jahren formuliert hat - zunächst einmal das Schaffen einer Problemsituation, die erkannt und formuliert werden muss. Diese bildet die Grundlage zur Lösung des Problems. Im Gegensatz zu den „normalen" Aufgaben, die in der Schule gestellt werden, sind beim forschend-entdeckenden Lernen die Wege zur Lösung des Problems nicht vorgegeben. Die Schüler entwickeln eigene Fragestellungen, stellen Hypothesen auf und besprechen Lösungsstrategien. Diese werden durch gezieltes Probieren und geplantes Experimentieren bestätigt oder gegebenenfalls widerlegt. Im nächsten Schritt werden die gewonnenen Erkenntnisse reflektiert, diskutiert, bewertet und dann abstrahiert. Zum Schluss werden die Ergebnisse in Beziehung zum Ausgangsproblem gesetzt. Dies erfolgt durch Einordnen, Darstellen, Erklären und Werten (Bönsch, 1995, S. 198-204).

Wichtig ist, dass die Kinder die bei ihren Experimenten und sonstigen Lösungsmethoden gemachten Eindrücke, Beobachtungen und Ergebnisse schriftlich festhalten, um diese den Mitschülern

mitzuteilen. Auch die Rückmeldung des Lehrers über die Durchführung und Ergebnisse der Lösungsmethoden der Schüler ist unentbehrlich.

Meist werden beim entdeckenden Lernen folgende zwei Formen unterschieden:

1. "self discovery learning”
2. ”guided discovery learning”

Das ’"self discovery learning" ist das selbstentdeckende Lernen, bei dem die Schüler selbständig und ohne Hilfe oder Steuerung des Lehrers lernen und den Lerngegenstand selbst auswählen.

Beim "guided discovery learning" hingegen findet geführtes entdeckendes Lernen statt. Der Lehrer trifft durch das Darbieten des Ausgangsproblems und das mitgebrachte Material eine Vorauswahl von Problemlösungsansätzen. Damit findet eine gewisse Lenkung statt. Das Bereitstellen einer Auswahl von Arbeitsmaterialien wird vor allem in der Grundschule allgemein als sinnvoll angesehen.

2.4.2 Voraussetzungen

Nach Kaiser (2004, S.101) sagt Hellberg-Rode (2004), dass wichtige Voraussetzungen für Lernen der „Umgang mit der konkreten Welt, Lernarrangements, welche die Entwicklung von Fragen fördern, anregende Materialien und Lernumgebungen, Gelegenheit für intensive Erkundungen und ein permanenter Dialog“sind.

Das Erzeugen und Erhalten von Lernbereitschaft und Lernfreude und „... das Wecken des Interesses für das Fach und auch für jede neue Situation, sind für das Einleiten und den Ablauf eines Lernprozesses von hoher Bedeutung ...“ (Schmidkunz, 1999, S.13), um die Schüler entdeckend lernen zu lassen.

Es müssen Freiräume geschaffen und angeboten werden, damit die Schüler ihre eigenen Ideen entwickeln, realisieren und ihrem eigenen Lerntempo folgend arbeiten können. Sie sollen ermutigt werden, ihren persönlichen Ideen in Bezug auf das Problem nachzugehen.

Deshalb sollten Schülererfahrungen, -kenntnisse und -interessen mit einbezogen werden.

Anstelle der üblichen Vorgabe von Standardexperimenten wird den Schülern die Möglichkeit gegeben, verschiedene Versuche aufzubauen. Die Eigeninitiative der Kinder ist also gefragter als beim darbietenden Unterricht. Dafür muss der Lehrer muss einen Lerngegenstand wählen, der mannigfaltig ist, verschiedene Aspekte umfasst und mehrere Entdeckungswege zulässt (Hameyer, 2002, S.12). Da Entdeckungen bei jedem anders ablaufen, kann es passieren, dass die Schüler unterschiedliche Schlüsse aus ihren Versuchsergebnissen ziehen (Neber, 1973, S.120). Deshalb ist der Lerngegenstand so zu wählen und zu strukturieren, dass die Entdeckungen zu produktiven Ergebnissen führen und somit Ungewissheit und Zweideutigkeit bei den Schülern verhindert werden.

Da die Kinder beim forschend-entdeckenden Unterricht nicht alles ohne Hilfe erlernen können und es in völlig freier Form - zumindest in der Grundschule - nicht geeignet und sinnvoll ist (Hameyer, 2002, S. 17-20), begleitet und unterstützt der Lehrer die Schüler, indem er ihnen als Berater und Helfer bei der Auseinandersetzung mit Sachverhalten zur Seite steht. Er gibt ihnen Anstöße beim Analysieren des Problems, bei der Hypothesenbildung und beim Überprüfen der Hypothesen. Diese erforderlichen Eingriffe und Lenkungsmaßnahmen seitens des Lehrers erfolgen durch „... Impulse, die insbesondere inhaltliche Hilfen und Anregungen geben (ebd., S.22). Welche Lernhilfe in welchem Umfang nötig ist, hängt von der Lernsituation und den individuellen Voraussetzungen der Schüler ab.

Bei der Umsetzung der Unterrichtsmethode muss darauf geachtet werden, dass es „... genügend Anregungen für leistungsstarke Schüler ...“ (Foster, 1993, S.20) gibt und die lernschwachen nicht überfordert sind. Da nicht alle Themen forschend-entdeckend erlernt werden können, ist es sinnvoll und wichtig, diese Methode mit anderen Unterrichtsformen zu kombinieren. Die Tatsache, dass das forschend-entdeckende Lernen in einem freieren Verfahren stattfindet als der gelenkte traditionelle Unterricht, ist ein erheblich höherer Zeitaufwand einzuplanen. Es sollte mindestens eine Doppelstunde zur Verfügung stehen.

Für den Lehrer stellt sich zu Beginn einer Unterrichtseinheit die Frage, welche Unterrichtsmethode die sinnvollste ist. Entscheidet er sich für das forschend-entdeckende Lernen, verzichtet er auf seine traditionelle Lehrerrolle und muss sich möglichst im Hintergrund halten.

2.4.3 Ziele

Durch den Einsatz der forschend-entdeckenden Lernmethode im Unterricht wird bei den Schülern „... Eigenständigkeit, Beweglichkeit, Produktivität und kritisches Denken (Bönsch, 1995, S.90) gefördert.

Das Experimentieren dient in erster Linie der Bildung von Erkenntnissen, und es verbindet die sinnliche Wahrnehmung, das selbständige Denken und Handeln, wozu die Schüler ermutigt und befähigt werden sollen. Der Lernende soll über das bisher Bekannte hinaus zu neuem, erweitertem Wissen gelangen. Dabei spielt der „heuristische Prozess des Auffindens von Lösungsideen“ (Meyer&Ziemek, 2006, S. 7) eine große Rolle. Sowohl der Erwerb von inhaltlichem (=deklarativem) als auch von naturwissenschaft­methodischem (=prozeduralem) Wissen sind Ziele des forschend­entdeckenden Lernens.

Ziel der Lernhilfen ist es, die Kinder selbst Entdeckungen machen zu lassen, ohne zu vergessen, beim Lernen voran zu kommen und die Lernprozesse möglichst erfolgreich verlaufen zu lassen (Wilde, 1984, S.20). Prozess- oder problemorientiertes Helfen seitens der Lehrperson soll den „... ,Lernenden zu systematischem und planvollem Durchdenken anleiten’ ...“ (Wilde, 1984, S.22).

Irreführungen und zu großes Abweichen vom Thema werden so vermieden.

Ziel des forschend-entdeckenden Unterrichts ist es also, Schüler aktiv an eigenständiges, problemlösendes Denken heranzuführen.

2.4.4 Vorteile

Interesse und Neugier, die gerade bei dargebotenen Problemsituationen geweckt werden, sind gute Voraussetzungen für Lernen im allgemeinen. Gelöste Problemsituationen und somit neu erworbenes Wissen schaffen Erfolgserlebnisse und beinhalten eine intrinsische Belohnung. Damit fördert es die intrinsische Motivation, weil das Interesse an neuen Problemlösungen wächst (Wilde, 1984, S.12). Außerdem erweitert und stärkt es das Selbstvertrauen und das Kompetenzgefühl der Schüler und trägt zur Weiterentwicklung des Kindes bei.

Die Lernenden gelangen zu neuen Einsichten und Erkenntnissen und erwerben Entdeckungsfähigkeiten, mit denen sie neue sinnvolle und stabile Wissensstrukturen aufbauen und diese in verschiedenen Sachgebieten und unbekannten Situationen einsetzen und anwenden können (Hameyer, 2002, S.22). Inhalte, die durch selbsttätiges Entdecken und Lösen erlernt werden, prägen sich besser ein und erleichtern ihre Vernetzung.

Jerome Bruner, Hauptvertreter des entdeckenden Lernens, ist der Meinung, „... dass Entdeckung ihrem Wesen nach ein Fall des Neuordnens oder Transformierens des Gegebenen ist. Dies so, dass man die Möglichkeit hat, über das Gegebene hinauszugehen, das so zu weiteren neuen Einsichten kombiniert wird.“(Foster, 1993, S.27). Forschend-entdeckendes Lernen bedeutet im Unterschied zum darbietenden Unterricht, dass der Hauptinhalt dessen, was erlernt werden soll, nicht vorgegeben wird, sondern durch den Schüler herausgefunden und entdeckt werden soll.

Somit wird den Schülern nicht das „Fertige" übermittelt, sondern das „... Offene, Unverstandene, Widersprüchliche, Unklare ... [wird] zum Ausgang für eigenes Suchen, Forschen, Recherchieren, Experimentieren, Manipulieren, Explorieren.“(Bönsch, 1995, S. 198). Bei der selbstständigen Erarbeitung von Inhalten und Themen durch forschend-entdeckendes Lernen können die Schüler ihr eigenes Lerntempo in einem gewissen Rahmen selbst wählen. Sie können eigene Ideen und Strategien zur Lösung des Problems verfolgen.

Es werden verschiedene Sozialformen wie Lehrervortrag - nur beim Einstieg -, Einzel-, Partner- und Gruppenarbeit eingesetzt. Das Durchführen der Methode wird in Kleingruppen befürwortet, da hier die soziale und die kommunikative Kompetenz der Beteiligten gefördert und entwickelt wird, was auch für den außerschulischen Bereich von Bedeutung ist. Teamwork ist ein großes Schlagwort unserer Gesellschaft und muss von den Schülern früh eingeübt werden.

Die Kleingruppenarbeit erweist sich als sinnvoll, da im Idealfall alle Schüler Verantwortung übernehmen, die Aktivitäten ihrer

Gruppenmitglieder wahrnehmen und Hilfen und Anregungen von ihnen erhalten oder geben können.

Das forschend-entdeckende Lernen lässt sich in jeder Schulstufe und in jedem Fach einsetzen. Nach Hameyer (2002, S. 11) sagt Neber (2002), dass es besonders wichtig ist, dass schon die Grundschulkinder mit verschiedenen Unterrichtsmethoden konfrontiert werden, damit „... transferierbares Wissen und allgemeine Fertigkeiten zu selbstständigem Lernen ... entwickelt werden. “.

2.5 Unterrichtskonzepte zum forschend-entdeckenden Lernen

Einige Autoren haben Methoden entwickelt, wie man das forschend­entdeckende Lernen in den Unterricht einbringen kann. Im folgenden werden drei dieser Methoden vorgestellt.

Die von Tafoya 1980 entwickelte Methode geht von der Klassifizierung in vier Formen des forschend-entdeckenden Lernens aus:

1. Bestätigungsexperiment
2. Strukturiertes forschend-entdeckendes Lernen
3. Geleitetes forschend-entdeckendes Lernen
4. Offenes forschend-entdeckendes Lernen

Bei dem Bestätigungsexperiment gibt der Lehrer den Schülern eine Tatsache vor, die anhand eines Experiments bestätigt werden soll. Somit ist den Schülern schon vor der Durchführung des Experiments das Ergebnis bekannt. Die Schüler haben genaue Vorgaben für das Experiment. Mit Hilfe des Experiments wird die Aussage des Lehrers verdeutlicht und bestätigt.

Das strukturierte forschend-entdeckende Lernen beginnt mit einer Problem- oder Fragestellung seitens des Lehrers, die mit der vom Lehrer vorgegebenen Untersuchungsmethode zu beantworten ist. Die Schüler sollen das Ergebnis selbständig erarbeiten und ihre Beobachtungen bzw. Daten richtig deuten.

Geleitetes forschend-entdeckendes Lernen wird durch ein vom Lehrer vorgegebenes Problem eröffnet, das von den Schülern mit einer eigenständigen Auswahl von bereitgestelltem Material gelöst werden soll. Die Schüler entwickeln somit ihre Untersuchungsmethode und ihr Vorgehen selbst, um die Ausgangsfrage bzw. das Ausgangsproblem zu beantworten.

Bei dem offenen forschend-entdeckenden Lernen ist den Schülern freigestellt, welche Probleme bzw. Fragen sie untersuchen, und mit welchen Methoden sie arbeiten wollen.

Bönschs Strukturthema zur Umsetzung des forschend-entdeckenden Unterrichts sieht wie folgt aus:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1 : ,Die Umsetzung des forschend-entdeckenden Unterrichts’,

verändert nach Bönsch / Veränderungen in Klammern gesetzt, Quelle: Bönsch, 1993, S. 41-44

Die Einleitung des Themas erfolgt über einen Anlass, der vom Lehrer geschaffen wird und unterschiedlichen Ursprungs sein kann. Damit soll das Interesse der Schüler geweckt werden. Gleichzeitig kann der Lehrer überprüfen, ob Kenntnisse zum Thema bei den Schülern vorhanden sind.

In der Explorationsphase werden Fragen, Probleme etc. formuliert. Nach dem Aufstellen verschiedener Hypothesen soll nun ein geeigneter Untersuchungsansatz entwickelt werden, um die Ausgangsfrage beantworten zu können. Wenn die Lernsituation offen sein soll, entwickeln die Schüler ihr eigenes Untersuchungsdesign. Wird eine strukturiertere Lernsituation angestrebt, bringt die Lehrperson ihr Wissen bzw. ihre Vorschläge mit ein (Bönsch, 1993, S. 43-44).

In der nächsten Phase wird die Untersuchung bzw. das Experiment durchgeführt. Hier werden die Methoden verwirklicht, die die Schüler in ihrem Untersuchungsdesign entwickelt haben. Bönsch listet folgende Aktivitäten auf:

- Recherchieren
- Untersuchen
- Befragen
- Herstellen
- Darstellen.

Im letzten Schritt werden die Ergebnisse ausgewertet und transferiert (ebd., S. 43). Die neuen Erkenntnisse werden in das bisherige Wissen integriert. Die Art und Weise der Ergebnispräsentation ist den Kindern freigestellt.

Zum Schluss wird Fradds Methode aufgegriffen. Er entwickelte 2001 eine Tabelle, die verschiedene Stufen der „Offenheit des Unterrichts" aufzeigt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2:,Offenheit im Unterricht’, nach Fradd, Quelle: www.worlddeer.org/inquiry/webseiten/page4.html

In dieser Tabelle sind in dem oberen fettgedruckten Abschnitt die im Unterricht auftretenden Aktivitäten aufgelistet. Sie setzen sich aus folgenden Kategorien zusammen: Fragen, Planen, Experimente durchführen, Fazit, Ergebnispräsentation, Anwendung auf neue Situationen. In den anderen Zeilen lässt sich ablesen, ob die Aktivität bei dem Lehrer oder bei den Schülern liegt.

Während der Lehrer überwiegend den Teil des Fragens und Planens übernimmt, füllen die Schüler die darauffolgenden Kategorien.

Je mehr Kategorien die Schüler füllen, desto „offener" ist der Unterricht.

In meiner forschend-entdeckenden Unterrichtsstunde versuche ich, abgesehen von den theoretischen Ansätzen, verschiedene Teile der drei dargestellten Methoden einzubeziehen und erläutere sie in 3.2 genauer.

3. Untersuchungsdesign

3.1 Bemerkungen zu den Lerngruppen

Die Grundschule, an der ich meine Unterrichtsmethoden durchgeführt habe, liegt am Stadtrand von Köln. Die Eltern der Grundschüler sind interessiert, engagiert und bereit, mit den Lehrern zusammenzuarbeiten. Daher können die Lehrer immer davon ausgehen, dass die Schüler erforderliche Materialien nahezu vollständig mitbringen. Die Kinder stammen aus gut bürgerlichen und zum größten Teil intakten Familienverhältnissen.

Für den praktischen Teil meiner Arbeit habe ich jeweils eine Lerngruppe für den traditionellen und eine für den forschend­entdeckenden Unterricht ausgewählt. Diese beiden Lerngruppen setzen sich jeweils aus zwei Jungen und zwei Mädchen der dritten Grundschulklasse im Alter von acht bzw. neun Jahren zusammen. Da ich in dieser Klasse vor einigen Monaten ein Praktikum absolviert habe, herrscht ein vertrautes und offenes Verhältnis zwischen den Schülern und mir.

Von der Lehrerin erhielt ich über die Schüler folgende Auskünfte:

Die Mädchen in der traditionellen Gruppe - auch Kontrollgruppe genannt - erbringen gute Leistungen und arbeiten fleißig, zügig, konzentriert und selbstständig.

Die Jungen arbeiten etwas langsamer und unstrukturierter. Sie lassen sich schneller ablenken und bringen zeitweise Unruhe in die Klasse. Einer der beiden Jungen hat eine leicht auditive Wahrnehmungsstörung.

Die vier Kinder der forschend-entdeckenden Gruppe - Experimentalgruppe genannt - erbringen im Unterricht gute Leistungen und arbeiten gut mit. Einer der beiden Jungen ist sehr dominant und wird lustlos, wenn er nicht im Mittelpunkt steht. Der andere Junge ist sehr fleißig und ehrgeizig. Beide Mädchen arbeiten motiviert, selbständig und konzentriert.

Während der Unterrichtsstunden kamen die Gruppenmitglieder gut miteinander aus und haben sich teilweise unterstützt.

Besonders erfreulich ist die Tatsache, dass in beiden Lerngruppen großes Interesse am selbständigen Arbeiten besteht. Dies wird von der Lehrerin im Unterricht durch freie Arbeit, Werkstattunterricht und Partner- bzw. Gruppenarbeit gefördert, wenn auch die Einzelarbeit in geführter Form noch überwiegt. In den Differenzierungsphasen arbeiten die Kinder überwiegend selbständig an ihren Aufgaben. Erfahrungen mit dem forschend-entdeckenden Unterricht, wie ich ihn durchführen werde, haben die Schüler nicht.

Zum Thema „Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum“ haben die Kinder vermutlich einige Vorkenntnisse, da sie sich - laut Lehrerin - sehr für die Natur interessieren. In der Klasse wurde bereits gemeinsam Kresse gesät und verschiedene Blumenarten besprochen.

Insgesamt wird häufig von den Erfahrungen der Kinder ausgegangen, so dass sie davon erzählen und ihre Meinungen und Vorstellungen kundtun können. Die Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum wurden - wie im Lehrplan vorgegeben - in der zweiten Klasse kurz behandelt, aber nicht vertieft.

Mit dem Thema dieser Arbeit wird also an die Vorerfahrungen und bisherigen Kenntnisse der Kinder angeknüpft.

3.2 Darstellung der Unterrichtstunden

Für den praktischen Teil habe ich zwei verschiedene Unterrichtsskripte zum Thema „Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum“ entworfen. Um die Unterrichtsstunden möglichst übersichtlich und nachvollziehbar darzustellen, werden die gesamten Abläufe tabellarisch aufgeführt (siehe S.31 bis S.36). Zeitliche Angaben, Phasen, erwartetes Lehrer- und Schülerverhalten sowie notwendiges Material werden aufgelistet.

Des weiteren werden die Unterrichtsstunden unter den Punkten Einstiegsphase und Themenfindung erster Teil des Schülerexperiments zweiter Teil des Schülerexperiments Auswertung und Vertiefung vorgestellt.

Da sich Pflanzen nur sehr langsam verändern und entwickeln, kann bei meinem Thema nach 1 / Stunden noch kein sichtbares Ergebnis erreicht werden. Deshalb splitte ich meine Unterrichtsstunde in drei Teile.

In der ersten Unterrichtsstunde werden Einstiegsphase, Themenfindung und der erste Teil des Schülerexperiments durchgeführt. Nach drei Tagen findet das zweite Treffen statt. Hier wird innerhalb von etwa 15 Minuten der zweite Teil des Schülerexperiments beendet.

Die Abschlusssitzung nach weiteren vier Tagen beinhaltet die Auswertung der Experimente und die Vertiefungsphase bzw.

Lernzielkontrolle. Dafür werden ca. 30 Minuten veranschlagt. Nach diesen sieben Versuchstagen sollten gute Ergebnisse sichtbar werden, aus denen hervorgeht, was eine Pflanze zum Wachsen benötigt.

3.2.1 Unterrichtsskript: Traditionell „Forschend-entdeckender Unterricht in der Grundschule am Beispiel von Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum“

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3 ,Unterrichtsskhpt für den traditionellen Unterricht’

3.2.2 Unterrichtsskript: Forschend-entdeckend

„Forschend-entdeckender Unterricht in der Grundschule am Beispiel von Einflussfaktoren auf das Pflanzenwachstum“

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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