Naturwissenschaftliche Phänomene der HSK

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Historische Entwicklung des Experiments
2.1 Experimente in der Naturwissenschaft
2.2 Naturwissenschaftliche Orientierung im Schulunterricht

3. Begriffliche und konzeptionelle Grundlagen
3.1 Rahmenbedingung Methodenkompetenz
3.1.1 Methode ‚Beobachten’
3.1.2 Methode ‚Experimentieren’
3.2 Model- und Erfahrungswelt

4. Klassifikationen des Experiments
4.1 Das Forschungsexperiment
4.2 Das Unterrichtsexperiment
4.3 Freies Experimentieren / Tüfteln & Erproben

5. Grundbausteine eines Experiments
5.1 Bereitstellung einer optimalen Lernumgebung
5.2 Regeln & Sicherheitsanweisungen
5.3 Ablaufschema eines Unterrichtsexperiments

6. Zum Einsatz von Experimenten im Sachunterricht
6.1 Vom Beobachten zum Experimentieren
6.1.1 Anregungssituationen für erste Erfahrungen
6.1.2 Versuchsaufgaben
6.1.3 Laborieren
6.1.4 Anregungen zum Entwickeln eigener Experimente
6.2 Sprache als entscheidendes Vermittlungselement
6.3 Das Experiment als Instrument der Leistungsbeurteilung
6.3.1 Beurteilung von Fertigkeiten
6.3.2 Wissen und Verstehen beurteilen
6.3.3 Einstellungen beurteilen
6.4 Möglichkeiten eines fächerübergreifenden Einsatzes

7. Schwierigkeiten von naturwissenschaftlichen Themen
7.1 Mögliche Gründe für die geringe Aufnahme naturwissenschaftlicher Inhalte in den Sachunterricht
7.1.1 Persönliche Grenzen
7.1.2 Kompetenz
7.1.3 Zeitmangel
7.1.4 Finanzielle und organisatorische Gründe
7.1.5 Mangelndes Zutrauen in die Fähigkeiten der Schüler
7.1.6 Fehlende Kreativität bezüglich naturwissenschaftlicher Themen
7.2 Folgen der Nichtrealisierung naturwissenschaftlicher Inhalte
7.3 Maßnahmen gegen die Nichtrealisierung

8. Naturwissenschaftliche Lernquellen außerhalb der Schule
8.1 Die Kinder-Uni
8.2 Stiftungen & Projekte
8.2.1 „Haus-der-kleinen-Forscher“
8.2.2 Deutsche Telekom Stiftung „Natur-Wissen schaffen“
8.3 Das Museum
8.4 Audiovisuelle Medien: Fernsehen, Radio, PC & Internet

9. Fazit

10. Literaturverzeichnis

11. Anhang

1. Einleitung

„Kinder sind neugierig. Sie wollen Vernunft in die Dinge hineinbringen, herausfinden, wie sie funktionieren; überhaupt wollen sie ihre Fähigkeit entwickeln und über sich selbst und ihre Umgebung eine gewisse Kontrolle ausüben, und sie wollen tun, was sie andere Leute tun sehen. Sie sind offen, empfänglich und aufmerksam. Sie schließen sich nicht von der für sie fremden, verworrenen und komplizierten Welt aus. Sie beobachten sie mit unverwandtem und scharfem Blick und lassen alles auf sich einwirken. Sie experimentieren gerne. Sie beobachten nicht nur die Welt um sich herum, sondern sie prüfen, wie sie schmeckt und wie schwer sie ist, sie befühlen sie, biegen und brechen sie. Um herauszufinden, wie es sich mit der Wirklichkeit verhält, arbeiten sie an ihr. Sie sind mutig. Sie scheuen sich nicht Fehler zu machen. Und sie sind geduldig. Sie können ein hohes Maß an Unwissenheit und Unschlüssigkeit aushalten. Sie müssen nicht in jeder neuen Situation sofort deren Bedeutung erkennen. Sie sind bereit und fähig, zu warten, bis ihnen die Bedeutung zukommt – auch wenn sie sehr langsam kommt, wie es gewöhnlich der Fall ist. Die Schule ist kein Ort, wo man dieser Art des Denkens und Lernens viel Zeit und Gelegenheit gibt oder sie gar belohnte. Können wir sie zu einem solchen Ort machen?“ (Holt 1971 in Beck / Claussen 2000, S. 8)

Das Zitat von Holt gibt eine Grundlage zur Berechtigung des Experimentierens im Sachunterricht der Grundschule. Es verdeutlicht die Ausgangslage in welcher sich Kinder im Grundschulalter befinden. Der Sachunterricht scheint daher ein idealer Ort zu sein um neugierige Kinder mit naturwissenschaftlichen Phänomenen zu vereinen. Denn Kinder haben eine große Auswahlmöglichkeit an Phänomenen aus den Themenbereichen Luft, Wasser, Akustik, Magnetismus, Elektrizität, Kraft, Bewegung und Licht. Die Aufgabe des Sachunterrichts ist es also, diesen ‚Forschungsdrang’ behutsam aufzugreifen.

In dieser wissenschaftlichen Examensarbeit, welche den Titel „Naturwissenschaftliche Phänomene der HSK – Der Einsatz von Experimenten im Sachunterricht der Grundschule“ trägt, handelt es sich um einen, wie im Zitat von Holt angedeutet, ’Problembereich’ des naturwissenschaftlichen handlungsorientierten Sachunterricht der Grundschule.

Nach einer historischen und terminologischen Einführung, folgt eine Erläuterung unterschiedlicher Experimentarten. Es wird der Frage nachgegangen, was man benötigt um ein Experiment im Unterricht durchzuführen, um danach den Einsatz von Experimenten im Sachunterricht näher zu beleuchten. Dabei spielen sowohl die Herangehensweise an das Thema ‚Experimentieren im Unterricht’, als auch die Leistungsbeurteilung beim Experimentieren und die Möglichkeiten eines fächerübergreifenden Einsatzes eine gesonderte Rolle.

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf den Schwierigkeiten der Vermittlung von naturwissenschaftlichen Themen. Es wird daher genauer auf die Gründe und die Folgen der geringen Aufnahme naturwissenschaftlicher Inhalte eingegangen, um letztendlich Gegenmaßnahmen aufzuzeigen. Am Ende möchte ich den Rahmen ‚Unterricht’ und ‚Schule’ verlassen und darlegen, welche naturwissenschaftlichen Lernquellen es außerhalb der Schule noch existieren. Ich möchte mich in dieser Examensarbeit nicht näher mit einzelnen Experimentierbeispielen befassen, sondern einen wissenschaftlichen Überblick geben.

Das Thema ‚Experimentieren im Sachunterricht’, gerade im Hinblick auf die damit verbundenen Schwierigkeiten bei der Realisierung von naturwissenschaftlichen Inhalten, ist für mich deshalb darstellenswert, da dieses Problemfeld im Rahmen der Ausbildung an der Universität, meiner Ansicht nach, nicht ausreichend behandelt wird.

Was ist also ein Experiment, und welche Schwierigkeiten beinhaltet dieses mehrschichtige Thema?

2. Historische Entwicklung des Experiments

2.1 Experimente in der Naturwissenschaft

Die Geschichte des Experiments ist noch recht jung. Die Naturphilosophen der Antike kannten das Experiment noch nicht als „Methode der Erkenntnisgewinnung.“ (Scharf 1984, S.14)

Für Aristoteles war ’Verstehen’ eine auf rein kontemplative Weise Antworten auf vier grundsätzliche Fragen nach Ursachen zu erhalten. (vgl. Scharf 1984) Diese Ursachen sind im Einzelnen:

- Die inneren Ursachen

causa meterialis („aus was“)

causa formalis („was“)

- Die äußeren Ursachen

causa efficiens („durch was“)

causa finalis („zu was“)

(vgl. Scharf 1984)

In den Naturwissenschaften der Neuzeit werden diese vier Ursachen aber bedeutend eingeschränkt. Im Gegensatz zur Antike steht heute nur noch das „Wie“ im Vordergrund. Die Frage nach dem allumfassenden „Warum“, der Existenz also, wird zunächst nicht mehr gestellt und teilweise als beantwortet vorausgesetzt. Bacon stellte dies anno 1620 folgendermaßen dar: „Vor allen Dingen muss eine tüchtige Naturgeschichte geschaffen und durch Experimentieren begründet werden. Mit dem Fragen und Speculieren ist nichts geholfen; man muss wissen, wie die Natur es macht.“ (Bacon 1620 in Scharf 1984, S.15)

Bacon wird zu einem Begründer der modernen Naturwissenschaften, indem er das Experiment in den Mittelpunkt seines Handeln und damit der Erkenntnisgewinnung setzt. Zum ersten Mal werden dadurch Vorhersagen verschiedener Abläufe aufgrund von Messungen, also der Beobachtung der Natur, innerhalb selbst gesteckter Grenzen möglich.

Das Experiment dient damit der Entwicklung einer Beschreibung von bestimmten, durch Einschränkungen eingegrenzten Vorgängen der Natur und der Vorhersage anderer Abläufe, die außerhalb dieser Grenzen liegen, wodurch der den Naturwissenschaften eigene Induktionsschluss begründet wird.

Einen weiteren Beitrag, zum Eingang des Experiments in die moderne Naturwissenschaft, lieferte Galilei. Er selbst legte 1638 dar, dass er durch die Beobachtung der Natur versucht, die schon vorher von ihm aufgestellten Theorien zu verifizieren, dass insbesondere den später zu beweisenden Eigenschaften dasjenige genau entspricht, und sich mit ihnen deckt, was die Experimente den Sinnen vorführen. (vgl. Scharf 1984)

Halten wir demnach also fest: Das Experiment fand ab ca. 1600 Eingang in die moderne Naturwissenschaft mit dem Hintergrund der Ausweitung von Erfahrung durch die Verknüpfung von geistigen Vorstellungen mit der Durchführung von geplanten Handlungen.

Es ist ein „Prozess, der Elemente des Denkens, des Handeln und des Erkennens umfasst“. (Hermanns / Wambach 1984, S.31)

Dass dabei zur wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung beide Teile (Vorstellung und Beobachtung der Natur) gleichermaßen unabdingbar sind, formuliert der Mathematiker Toeplitz so: „Nie wird ein Mensch etwas entdecken, der sich vor einen Apparat setzt, beobachtet und ein Gesetz sucht, so wenig wie der, der nur nachdenkt, wie es sein könnte, ohne je die Natur zu befragen. Was Galilei die Physiker gelehrt hat, ist dieses Ineinandergreifen von Idee und Experiment, auf dessen Raffinement die ganze Physik beruht.” (wwwpsy.uni-muenster.de)

An dieser Stelle möchte ich zwei einflussreiche und ausschlaggebende Experimente nennen, die in der Entstehungszeit der modernen Naturwissenschaft maßgeblich dazu beigetragen haben der Methode des ‚Experimentierens’ neue Dimensionen im Umgang mit naturwissenschaftlichen Phänomene zu eröffnen.

Zum einen Galileis Versuche, den Fall einer Kugel dadurch künstlich zu verzögern, dass er die Kugel auf ein schiefes Brett legte, hinunterrollen ließ und dann in der Lage war, auch ohne die damals noch nicht erfundene genau gehende Uhr, ‚sekundengenaue’ Messungen vorzunehmen. (vgl. Meyer 1997)

Zum anderen ein Experiment von Guericke, welcher schauträchtige Experimente mit zwei glatt aufeinander passenden Metallhalbkugeln durchführte, die er luftleer pumpte (also ein Vakuum innerhalb der zwei Halbkugeln erzeugte), um dann zu testen, wie viele Pferde erforderlich sind, um die beiden Halbkugeln wieder auseinander zuziehen (siehe Anhang 1). (vgl. Meyer 1997)

2.2 Naturwissenschaftliche Orientierung im Schulunterricht

Die Verschiebung des Strukturplans für das Bildungswesen durch den Deutschen Bildungsrat der BRD 1970 markierte eine deutliche Wende, welche die Ablösung des gesamtunterrichtlich geprägten Heimatkundeunterrichts durch den wissenschaftsorientierten Sachunterricht nach sich zieht. (vgl. Köster 2006)

Mit dem Hinweis auf die Fortschrittlichkeit amerikanischer Curricula, die verstärkt naturwissenschaftliche Inhalte und Verfahren aufnehmen, wurde „prinzipiell wissenschaftliche Orientierung der Lerninhalte und Lernprozesse“ des Sachunterrichts gefordert. (Deutscher Bildungsrat 1970 in Köster 2006, S. 7) Die Schwerpunkte der neuen Konzepte verlagern sich von heimatbezogenen, ganzheitlichen Inhalten zu naturwissenschaftlicher, fachorientierter Propädeutik.

Der Anteil an naturwissenschaftlichen und technischen Themen im Sachunterricht nimmt stark zu. Nach einer Untersuchung von Schreier 1979, in welcher 279 Klassenbücher analysiert werden, steigt die Rate von etwa 1,4 % in 1969 auf 20 % in 1974. (vgl. Köster 2006)

Lehrkräfte empfinden die hohen Anteile an fachbezogenem Lernen schon sehr bald als Überforderung. Bereits Mitte der 1970er Jahre sinkt der Anteil an physikalischen, chemischen und technischen Inhalten im Sachunterricht wieder kontinuierlich. Ab Ende 1970er Jahre wird die Wissenschaftsorientierung auch in der didaktischen Literatur zunehmend wegen der zu geringen Berücksichtigung kindlicher Bedürfnisse und des Lebensweltbezuges kritisiert. (vgl. Köster 2006)

Diese Strömung zeichnet sich auch in den damals neuen Lehrplänen ab: Ensiedler verzeichnet in seiner Untersuchung eine Abnahme der naturwissenschaftlich-technischen Lehrplaninhalte auf 11 % bis 1981. (Ensiedler 1998 in Köster 2006, S. 7)

Strunck überprüft 1998 Lehrpläne, Schulbücher, Fachzeitschriften und Klassenbücher bezüglich der Inhalte des Sachunterrichts. Seine Analyse der Lehrpläne ergibt im Vergleich zu Plänen aus den 1970er Jahren (aus NRW und Schleswig-Holstein) einen ebenfalls deutlichen Rückgang chemikalischer und physikalischer Inhalte aus dem Sachunterricht und er kommt zu dem Schluss, dass in den 1970er Jahren die Bereiche ‚Phänomene der belebten Natur – Biologie’ und ‚Phänomene der unbelebten Natur – Physik / Chemie’ etwa in gleichen Anteilen vertreten waren, dass sich das Verhältnis aber in der Folge zugunsten der Biologie veränderte. (vgl. Köster 2006)

Strunck kommt zu dem Ergebnis, dass für physikalische und chemische Anteile Ende der 1990er Jahren im Durchschnitt nur noch etwa zwei Prozent des gesamten Sachunterrichts zur Verfügung stehen, was in etwa jeweils 90 Minuten pro Schuljahr entspricht. (vgl. Köster 2006)

Seit etwa 2002 werden wieder vermehrt naturwissenschaftlich-technische Inhalte in die Lehrpläne aufgenommen. Allerdings gibt es noch keine aktuellen Studien darüber, ob und in welchem Maße diese Inhalte auch Eingang in den Unterricht finden.

3. Begriffliche und konzeptionelle Grundlagen

Von der heutigen Gesellschaft wird die Fähigkeit gefordert, sich in wechselnde Situationen und sachliche Anforderungen schnell und wirksam einzuarbeiten. Diese Anforderungen können nicht mit totalem, fast mechanischem Erlernen vieler Stoffe erreicht werden. Das Methodenlernen dient dagegen als Werkzeug oder als Sicherheit im Umgang mit Arbeits- und Lernsituationen, da es sich auf verschiedenste Situationen und Aufgaben anwenden und entsprechend variieren lässt. (vgl. Meyer 1997)

Der Unterricht der Grundschule hat die Aufgabe den Kindern Lernkompetenzen zu vermitteln. Wie in Abbildung 1 zu erkennen, setzt sich Lernkompetenz aus Sachkompetenz, Sozialkompetenz, Selbstkompetenz und der Methodenkompetenz zusammen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Zusammensetzung der Lernkompetenz

Im Hinblick auf das Experimentieren stellt sich der naturwissenschaftliche Sachunterricht der Grundschule der Aufgabe, den Kindern hauptsächlich Methodenkompetenz zu vermitteln.

Das Beobachten und Experimentieren sind dabei zwei zentrale Methoden, da sie mit mehreren fachgemäßen Arbeitsweisen verbunden sind.

Bei der Durchführung von Beobachtungs- und Experimentieraufgaben lernen die Kinder nicht nur die Arbeitsweisen, sondern auch sich Sozialkompetenzen sich anzueignen. Darüber hinaus werden die Kinder auch befähigt ihre Umwelt neugierig und interessiert wahrzunehmen und nach Ursachen und Wirkungen zu fragen sowie Zusammenhänge zu erkennen, entsprechend der Vorgaben des Lehrplans.

Im Folgenden wird auf das Erlernen von Methodenkompetenz in der Grundschule eingegangen. Integrierend werden die Methoden ‚Beobachten’ und ‚Experimentieren’ näher thematisiert. Es soll gezeigt werden, weshalb das Beobachten und das Experimentieren für das selbständige Lernen der Kinder im Sachunterricht der Grundschule so bedeutend ist. Zusätzlich kann man das Lernen naturwissenschaftlicher Arbeitsweisen auch in zwei ‚Welten’ unterscheiden. Daher wird im zweiten Gliederungspunkt näher auf das Modell- und Erfahrungswelt-Konzept eingegangen.

3.1 Rahmenbedingung Methodenkompetenz

In jeder Schulstufe sollen Kinder fachbezogen, fächerübergreifend und in stufengemäß anspruchsvoller Weise sowie allmählich aufbauend methodische Kompetenz beim Lernen erwerben.

Mit anderen Worten: Sie sollen das Lernen lernen und auf dem Weg zu einem Ziel zunehmend selbständig methodisch vorgehen lernen.

Die Aufgabe der Schule ist es also methodische Kompetenz (fachbezogen und fächerübergreifend) aufzubauen. (vgl. Beck/Claussen 2000)

Die Schule hat dabei eine Anregungs- und Verstärkungsfunktion. Kinder lernen Strategien mit deren Hilfe sie sich Wissen, Einsichten und Erkenntnisse ihrer Umwelt aneignen können.

Dabei gibt es große Unterschiede zwischen dem "naiven-unbefangenen" Herausfindenwollen der Kinder und der methodisch-systematischen Vorgehensweise von Wissenschaftlern. Bereits in der Grundschule soll den Kindern die Gelegenheit geboten werden, sich Methodenkompetenz anzueignen, indem Rahmenbedingungen geschaffen, sowie offene Unterrichtsformen bevorzugt werden, die das ’Herausfindenwollen’ der Kinder unterstützen und motivieren. Denn das Lernen des Lernens ist ebenso wichtig wie das Lernen von Inhalten. Um beiden gerecht zu werden, sollte nach dem exemplarischen Prinzip (wenig, aber gründlich) gearbeitet werden. Den Kindern sollte Zeit gelassen werden zunehmend selbständig auf vielen Wegen und auf vielerlei Weisen mit den Lerngegenständen entdeckend und forschend Erfahrungen sammeln zu können. (vgl. Beck/Claussen 2000)

Der Sachunterricht bietet besonders wirksame Möglichkeiten den Unterricht mit Schülern handlungsorientiert zu gestalten. Dadurch kann an die Methodenkompetenz der Schüler, die sie außerhalb der Schule erworben haben, angeknüpft werden.

Die Lernenden erfahren einen weiterführenden, auf die Welt gerichteten Sinn des Lernens. Methodenkompetenz kann so über den Unterricht hinaus gefördert werden. (vgl. Meyer 1997)

Der Lehrer muss darauf achten, dass der Horizont der Kinder erweitert wird, indem sie Bedingungen wissenschaftlicher Arbeitsweisen berücksichtigen lernen und vor allem, dass sie ihr Interesse, sich mit Sachverhalten zu befassen, weiter erhalten und ausbauen.

Folgende Methoden / Fertigkeiten des Sachunterrichts, die in Abbildung 2 dargestellt sind, finden sich auch im Lehrplan:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Methodische Ansätze zur Erschließung der Umwelt (vgl. Beck/Claussen 2000 in Die Grundschulzeitschrift 139/2000, S. 6)

Meyer weist darauf hin, dass neben diesen kognitiven und manuellen Fertigkeiten, welche die Kinder während des Experimentierens erwerben und anwenden, auch eine Reihe affektiv-emotionaler Fertigkeiten zu benennen sind: Die Neugierde der Kinder soll befriedigt, sowie die Konzentration der Kinder auf das Wesentliche, die ‚Sache’, gefördert werden. (vgl. Meyer 1997)

Die komplexe Beziehung zwischen diesen Teilfertigkeiten spielt weitgehend eine signifikante Rolle.

So müssen Fertigkeiten wie ‚Messen’ oder ‚Rechnen’ erst beherrscht werden, um komplexe Tätigkeiten, wie beispielsweise die Operationalisierung von Fragestellungen, ausführen zu können.

Dass das Vermitteln und ständige Üben dieser Methoden / Fertigkeiten im Unterricht der Grundschule erforderlich ist, begründet Killermann so:

- Sie sind Voraussetzung für das Gewinnen von Erkenntnissen.
- Ihr Einsatz bedeutet Bezug zum Objekt.
- Wirklichkeitsgetreue Vorstellungen können gewonnen werden, anstelle nur verbaler Begriffe.
- Üben dieser Methoden bedeutet handelnden Umgang mit den Unterrichtsgegenständen und damit Selbständigkeit, bzw. Handlungsorientierung.
- Der selbständige Umgang mit den Objekten fördert die Fragehaltung und das Interesse, daraus erwächst Motivation.

(vgl. Killmann 1995)

3.1.1 Methode „Beobachten“

„Alles Beobachten ist nicht nur ein Wahrnehmen, sondern auch ein Urteilen und Schließen.“

Kerchensteiner 1928

"Das bloße Hinsehen vermittelt nur einen oberflächlichen Eindruck eines Objektes oder Vorganges." (Killermann 1995, S. 197) Spaziergänger werden zwar in einem Wald verschiedenartige Bäume und Sträucher wahrnehmen, aber kaum in der Lage sein, anschließend ihre typischen Merkmale z.B. Form der Blätter, Form des Stammes etc. wiederzugeben. Sie haben sich mit den Objekten nicht auseinandergesetzt.

Beobachten ist mehr als nur bloßes Wahrnehmen. Es ist ein aufmerksames und bewusstes Erfassen von Erscheinungen, eine aktive Auseinandersetzung mit dem Gegenstand oder dem Vorgang. Dem Beobachten folgt das Beschreiben und gelegentlich das Zeichnen. Denn Zeichnen zwingt zum genauen Hinsehen, zum Erfassen des Wesentlichen.

Beim Beobachten wird besonders das Auge angesprochen. Deshalb ist gerade das ‚Betrachten von ruhenden Objekten’ ein wichtiger Teil des Beobachtens. Unter dem Beobachten von ruhenden Objekten versteht man vor allem das Erkennen und Beschreiben der Gestalt eines Gegenstandes. Die Schüler sollen lernen das Wesentliche zu erfassen und zu beschreiben. In der Grundschule geht dem Betrachten das Sammeln oder Zusammentragen von Objekten (Laubblätter, Blumen, Früchte usw.) voraus.

Für jüngere Schüler ist dies eine grundlegende Arbeitsweise und kommt ihrem Tätigkeitsdrang entgegen. Verbunden mit dem Sammeln und Betrachten ist das Benennen, das Vergleichen und Ordnen. Hier wird deutlich, dass das Erlernen einer Methode meist mehrere andere Methoden mit sich führt.

Es sollte stets versucht werden ein ‚Beobachten mit allen Sinnen’ zu ermöglichen, da Menschen mehrere Eingangskanäle der Wahrnehmung haben. Sie können nicht nur sehen, sondern auch hören, riechen, schmecken und tasten. Mit allen Sinnen lässt sich die Umwelt besser erleben und aufnehmen. Ebenso wird der emotionale Bereich angesprochen, z.B. durch das spielerische Erraten von Gegenständen in einem Tastsäckchen können Kinder motiviert werden. (vgl. Killmann 1995)

Am häufigsten wird das ‚Beobachten von Vorgängen’ im Sachunterricht angewendet. Unter Beobachten von Vorgängen versteht man das Erfassen von Veränderungen in Raum und Zeit. Das Kochen von Wasser ist ein gutes Beispiel. Man unterscheidet zwischen Kurzzeit- und Langzeitbeobachtungen. Gerade bei Langzeitbeobachtungen ist es methodisch wichtig, die Aufmerksamkeit durch entsprechende Hinweise immer wieder auf den Vorgang zu lenken. Solche Beobachtungen erfordern Ruhe und Ausdauer. Möglichkeiten zum Üben gibt es im und außerhalb des Klassenzimmers oder zu Hause.

Beobachten kann man unter anderem Entwicklungsvorgänge bei Tieren z.B. die Metamorphose einer Raupe zu einem Schmetterling, von Mehlwürmern zu Mehlkäfern oder die Entwicklung von Bohnensamen zur Pflanze.

Wachstum und Entwicklung sind Grundphänomene des Lebendigen, das Beobachten lässt das ‚Werden’ der Natur miterleben. (vgl. Killmann 1995)

Beobachten ist mit dem Experimentieren eng verknüpft. Dazu ein Beispiel:

Schüler einer ersten Klasse haben beobachtet, dass alle Steine, die sie ins Wasser warfen, untergingen. Sie beschlossen ihrer Partnerklasse in der Eifel einen Brief zu schreiben und ihnen die Ergebnisse ihrer Schwimm- und Sinkversuche darzustellen. Daraufhin schickte ihnen die Partnerklasse einen Bimsstein, der in einer mit Wasser gefüllten Schüssel nicht sank. Aufgrund des Ergebnisses, dass dieser Stein schwamm, stellten sich die Schüler die Frage, ob er auch schwimmt, wenn er mit einer ‚wirklich großen’ Menge Wasser konfrontiert wird. Das Ergebnis, dass der Stein auch dann geschwommen ist, wollten die Schüler nicht akzeptieren und befragten einen Experten, der ihnen erklärte, dass Luft im Stein ist; wäre keine Luft darin, würde er untergehen. Die Kinder schrieben einen neuen Brief an die Partnerklasse, indem sie ihnen mitteilten, dass sie doch Recht behalten haben. (vgl. Schreier 1993)

An diesem Beispiel kann man gut erkennen, dass Beobachtungen zu Vermutungen führen, die durch neue, andere Beobachtungen überprüft werden müssen, die ihrerseits neue Vermutungen hervorbringen usw. Dies geht in Richtung einer fortschreitenden "Erkenntnis", welche durch eine „Daten-Hypothesen-Spirale“ in der Abbildung 3 graphisch verdeutlicht wird. (vgl. Schreier 1993)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Daten-Hypothesen-Spirale (vgl. Schreier 1993, S. 13)

3.1.2 Methode „Experimentieren“

Bei dem Versuch sich dem Begriff „Experiment“ zu nähern, scheint es zuerst angebracht, auf die lateinischen Wurzeln dieses Terminus zurückzugreifen, um von dort ausgehend einen Bogen zum Sachunterricht schlagen zu können.

Die geläufigsten Übersetzungen für den lateinischen Ausdruck „experiri“ sind ’versuchen’, ’prüfen’ und ’erproben’. Von diesem für den Sachunterricht so signifikanten Aktivitätsbegriff ausgehend sollte der Begriff des Experiments auf zwei Ebenen betrachtet werden. Die rein didaktisch-wissenschaftliche Sichtweise auf der einen Seite definiert das Experimentieren als eine eng an naturwissenschaftliche Experimente angelehnte Methode, welche ein zielgerichtetes und planmäßiges Vorgehen zur Klärung eines unklaren Sachverhaltes impliziert. Hierbei wird eine Hypothese bzw. eine Erkenntnis vorausgesetzt. (vgl. von Reeken 2003)

Im Sachunterricht der Grundschule umfasst der Begriff des Experimentierens jedoch einen ganzen Katalog von Tätigkeiten / Fähigkeiten, welche (jede für sich) an die vorangegangene Definition niemals in vollem Umfang heranreichen.

Zu nennen wären hier exemplarisch die Demonstration eines Phänomens, die reine Beobachtung eines solchen, sowie das Probieren und Erkunden von Materialien und den mit diesen verbundenen Verwendungsmöglichkeiten.

Hartinger schlägt daher in diesem Verwendungszusammenhang vor, rein definitorisch nur von „Versuchen“ statt Experimenten zu sprechen. (vgl. Hartinger 2005)

Es sei jedoch darauf verwiesen, dass ich in dieser Examensarbeit im folgenden Kontext auch weiterhin den Terminus „Experiment“ im Zusammenhang mit dem Unterricht benutzen werde.

Experimentieren ist eine wissenschaftliche Methode, die folgende Fähigkeiten u. a. einschließt: Beobachten, Ordnen, Erkennen von Variablen (Ort, Zeit, Größe, Gewicht), Bilden von Vermutungen, Planen, Durchführen, Kontrollieren, Dokumentieren und das Auswerten der Ergebnisse.

Beck verdeutlicht noch einmal, dass ’Beobachten’ und ’Experimentieren’ beides Methoden sind, die eng miteinander verknüpft sind, da das Beobachten die Voraussetzung und Ursprung eines jeden Experiments ist. (vgl. Beck / Claussen 2000)

Ein Experiment ist durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:

- "Es wird planmäßig durchgeführt, folgt also einem vernünftigen Aufbau;
- es wird künstlich hergestellt und unterscheidet sich insofern von der bloßen Beobachtung natürlicher und gesellschaftlicher Vorgänge;
- es kann beliebig oft wiederholt werden
- und die beim Experiment zutage getretenen Gesetzmäßigkeiten oder Regelmäßigkeiten können kontrolliert werden."

(Meyer 1987, S. 313)

3.2 Modell- und Erfahrungswelt

Beim Lernen naturwissenschaftlicher Arbeitsweisen ist Mikelskis-Seifert der Meinung, dass es sinnvoll sei, zwischen den Tätigkeiten, die in einer erfahrbaren Welt stattfinden und den Tätigkeiten, die in einer bewusst geschaffenen, einer modellierten Welt anzusiedeln sind, zu unterscheiden. (vgl. Mikelskis-Seifert 2004)

Die Abbildung 4 soll die Unterscheidung dieser zwei Welten graphisch stützen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: Modell- und Erfahrungswelt-Konzept (Mikelskis-Seifert 2004, S. 9)

Das Beobachten, das Beschreiben, das Messen und ebenso das Ordnen beziehen sich auf (naturwissenschaftliche) Phänomene. Sie finden in der erfahrbaren Welt statt. Diese Welt ist uns zugänglich und wird als Erfahrungswelt bezeichnet. Hierbei ist zu erwähnen, dass bewusst das Phänomen und nicht das Experiment im Mittelpunkt der Erfahrungswelt steht. „Denn das Experiment verkörpert in seiner Komplexität die höchste Stufe des naturwissenschaftlichen Denkens.“ (Mikelskis-Seifert 2004, S. 8)

Stehen im naturwissenschaftlichen Sachunterricht die subjektiven Eindrücke und Erfahrungen im Zentrum des Unterrichts, so führt das Streben nach Intersubjektivität, nach Isolierbarkeit und nach Quantitäten dann schrittweise vom betrachteten Phänomen weg und hin zum reduzierten Experiment. Nach Mikelskis-Seifert spielen bei einem solchen Vorgehen die naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen wie das Beobachten, das Beschreiben und das Messen eine dominierende Rolle.

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