Planung, Durchführung und Evaluation eines Konzeptes für eine naturwissenschaftliche Experimentier–AG zur Förderung naturwissenschaftlichen Arbeitens

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Begründung zur Themenwahl
2.1 Entwicklungspsychologische Begründungen
2.1.1 Sensumotorische Phase
2.1.2 Präoperationale Phase
2.1.3 Konkret - operationale Phase
2.1.4 Formal - operationale Phase
2.2 Kooperation und gemeinschaftliches Arbeiten
2.1.1 Gründe für den Einsatz kooperativen Lernens
2.3 Didaktische Begründungen
2.4 Allgemeine Beobachtungen an der Schule
2.5 Ziele der Experimentier - AG

3. Was ist unter naturwissenschaftlichem Arbeiten zu verstehen?

4. Anforderungen an die Experimente

5. Organisatorische Rahmenbedingungen
5.1 Informierung von Schulleitung, Kollegium und weiteren betroffenen Personen
5.2 Klärung von Ort, Zeit und Dauer der AG
5.3 Interessen der Schüler

6. Schilderung der Vorgehensweise anhand des ausgewählten Themenbereiches: „Lebensmittel“

7. Evaluation der Umsetzung
7.1 Eigene Beobachtungen
7.1.1 Beobachtungen zur Selbständigkeit
7.1.2 Beobachtungen zum Arbeitsverhalten
7.1.3 Entwicklung einer Fragehaltung
7.1.4 Entwicklung der Argumentationsfähigkeit und Erklärungsweise
7.1.5 Beobachtungen zur Teamfähigkeit
7.2 Einschätzungen der Kinder

8. Schlusswort

9. Literaturverzeichnis

10. Abbildungsverzeichnis

11. Anhang

Einleitung

1. Einleitung

„Wichtig ist, dass man nicht aufhört, zu fragen.“

(Albert Einstein)

Das Wort „Experiment“ ist abgeleitet von dem lateinischen Verb „experiri“, welches der deutschen Bedeutung versuchen, prüfen, erproben, erfahren und kennen lernen entspricht.

Allgemein versteht man unter einem Experiment die „planmäßige Herbeiführung eines Geschehens zum Zwecke seiner Betrachtung und Beobachtung unter definierten und kontrollierten Bedingungen.“¹

„Das Experiment ist die wichtigste empirische Methode der modernen Naturwissenschaft. […] Grundanforderungen, die an das Experiment gestellt werden, sind planmäßige Vorbereitung und Wiederholbarkeit zu beliebiger Zeit und an beliebigem Ort zum Zweck der Ausschaltung der Variierbarkeit der Bedingungen des Experiments […].“²

Experimente bieten somit die Möglichkeit, sich kritisch und forschend mit der Umwelt auseinander zu setzen, diese zu erfahren und zu begreifen. Denn Kinder lernen am effektivsten, wenn sie selbständig tätig sein können.

Auch bieten Experimente den Vorteil, komplexe Vorgänge und Sachverhalte in einzelne untersuchbare Elemente zu zerlegen und den Kindern so einen Zugang zu ihnen zu ermöglichen.

Diese Möglichkeiten sollten den Schülern im Rahmen meiner praktischen Ausbildung an der Grundschule geboten werden.

Da ich neben der Schule auch während meines Lehramtstudiums im naturwissenschaftlichen Bereich feststellen konnte, dass es von großer Bedeutung ist, die Lebenswelt handelnd zu erforschen und kritisch zu hinterfragen, habe ich angestrebt, den natürlichen Entdeckerdrang der Kinder aufzugreifen, um eigenständiges Beobachten, Ausprobieren und Entdecken zu fördern. Im Rahmen einer Arbeitsgemeinschaft (AG), die sich mit naturwissenschaftlichen Phänomenen auseinander gesetzt hat, habe ich versucht, das zu realisieren. Diese Arbeit soll einen Überblick geben, welche Ziele mit der Durchführung von Experimenten verfolgt werden und wie Kinder an Experimente herangeführt werden können. Darüber hinaus soll gezeigt werden, wie eine Experimentier - AG an einer Grundschule organisiert werden kann.

Die Arbeit beginnt mit Begründungen zur Themenwahl unter Berücksichtigung der kognitiven Entwicklung und somit der Lernausgangslage der Kinder im Grundschulalter. In diesem Zusammenhang werden die Erkenntnisse des Schweizer Psychologen Jean Piaget betrachtet.

Einen weiteren Baustein in diesem Kapitel bilden die Auseinandersetzungen mit den Forschungsergebnissen des Kanadiers Norm Green zur Kooperation und gemeinschaftlichen Arbeit der Schüler untereinander.

Nach diesen Gedanken schließen sich weitere Vorüberlegungen an, die für die Durchführung der Experimentier - AG relevant sind.

Für den organisatorischen Rahmen habe ich zunächst die Lernausgangslage und das Interesse der Kinder erfragt. Auch waren Absprachen mit der Schulleitung und weiteren betroffenen Personen zu treffen. Die Klärung von Standort, Zeitrahmen sowie die Materialbeschaffung stellen weitere Planungsaspekte dar. Nach Abschluss der Darlegung der Organisation soll die Realisierung des Vorhabens anhand eines Beispiels exemplarisch dargestellt werden.

Am Ende der Arbeit möchte ich die Durchführung dieser AG reflektieren. Hierzu werden die Einschätzungen und Erfahrungen der Kinder sowie meine eigenen Einschätzungen berücksichtigt.

Ebenfalls sollen die Beobachtungen der jeweiligen Klassenlehrer und Erzieher in dieses Resümee mit einfließen.

Ich möchte an dieser Stelle darauf hinweisen, dass in dieser Arbeit aus Gründen der Vereinfachung von Schülern, Kindern und Lehrern stellvertretend für beide Geschlechter gesprochen wird.

2. Begründung der Themenwahl

„Kinder entdecken in ihrer Umwelt Phänomene, die ihnen erstaunlich, fremd, eigenartig oder einfach interessant erscheinen.“³

Kinder machen von Geburt an Entdeckungen in ihrer Umwelt, die ihre Aufmerksamkeit auf sich ziehen. Diese Entdeckungen und Erfahrungen machen die Kinder bereits im Kleinkindalter, wenn sie feststellen, dass ein Ball rollt, Dinge nach unten auf den Boden fallen oder es Lärm macht, wenn man Gegenstände aneinander stößt.

Häufig wollen Kinder, meist von ihrer Neugier getrieben, diesen Erscheinungen auf die Spur kommen und Gründe für diese Phänomene finden. Dies setzt jedoch voraus, dass die Kinder entwicklungsbedingt in der Lage sind, diese Vorgänge nachzuvollziehen und zu verstehen.

Mit diesen entwicklungspsychologischen Aspekten von Kindern beginnend im Säuglingsalter hat sich Jean Piaget beschäftigt.

2.1 Entwicklungspsychologische Begründungen

Jean Piaget hat in seinem Entwicklungsmodell die Entwicklungsstufen beginnend von der Geburt bis hin zum 12. Lebensjahr herausgearbeitet und bezüglich des Entwicklungsstandes des Kindes unterschieden.

Da es sich bei Grundschulkindern meist um Kinder im Alter von 6 bis 10 Jahren handelt, wird die folgende erste Phase nur kurz beschrieben, um lediglich einen Einblick über die geistige Entwicklung in diesem Alter zu geben.

2.1.1 Sensumotorische Phase ( ca. 0 - 2 Jahre)

In dieser Phase lernt das Kind, zunächst unkoordinierte, reflexartige Bewegungen zielgerichtet auszuführen. Der Säugling befindet sich auf der Stufe des völligen Egozentrismus, was bedeutet, dass er einer Unterscheidung zwischen sich selbst und seiner äußeren Realität zu treffen noch nicht in der Lage ist. Mit der Vollendung des ersten Lebensjahres beginnt das Kleinkind, antizipatorische und zweckgerichtete Verhaltensweisen, wie die Suche nach verlorenen Gegenständen zu entwickeln.

Mit ca. 1,5 bis 2 Jahren sind die Kinder bereits in der Lage, zielgerichtet nach Gegenständen zu greifen oder weitere „Werkzeuge“ zum Erreichen des Ziels einzusetzen (Mittel- zum- Zweck- Manipulation).

2.1.2 Präoperationale Phase (ca. 2 - 7 Jahre)

Während dieser Entwicklungsstufe erlebt das Kind neue Erfahrungen und Entdeckungen im sozialen Umfeld (Kindergarten, Vorschule) und lernt, seine Handlungen mit diesen Erfahrungen in Beziehung zu setzen. Die Sprache entwickelt sich, was einen großen Schritt im Bereich der Kommunikation und Sozialisation bedeutet.

Der Beginn dieser Phase ist von starkem egozentrischem Denken geprägt, was bedeutet, dass sich das Kind als Zentrum allen Geschehens sieht und alle Ereignisse von seinem Standpunkt aus bewertet.

Mit zunehmendem Alter entwickelt sich der Realismus beim Kind. Für das Kind existieren nur Dinge, die unmittelbar wahrnehmbar sind. Jedoch gehören auch Träume zu seiner Realität.

Diese Gegebenheiten, Egozentrismus und Realismus verlieren sich langsam zum Ende dieser Phase.

In dieser Entwicklungsstufe sind Experimente nur schwer zu realisieren, da zwar der Wissensdrang bereits vorhanden ist, die Experimente jedoch lediglich als Spielanreiz gesehen werden und mit Gegenständen meist planlos Wirkungen hervorgerufen werden. Auch Deutungen und Erklärungen zu finden ist hier sehr schwer, da die Kinder „Warum-Fragen“ meist als dumme Fragen ansehen, Zusammenhänge nicht erfragen und Phänomene mit „das ist halt so“ begründen.

2.1.3 Konkret-operationale Phase ( ca. 7 - 12 Jahre)

Nach Piaget schließt sich nun die konkret-operationale Phase in der kindlichen Entwicklung an. Kinder, die sich auf dieser Entwicklungsstufe befinden, kommen nun oder sind bereits in der Schule. Der Begriff konkret-operational besagt, dass sich die Operationen, also Handlungen der Kinder, nur auf Gegenstände bzw. Handlungen beziehen, die die Kinder tatsächlich vor sich haben oder tatsächlich ausführen können, bzw. sie sich diese Handlungen zumindest in Gedanken vorstellen und nachvollziehen können. Das Denken wird also unabhängig von der Wahrnehmung des Kindes, ist aber immer noch an konkrete Sachverhalte gebunden. Das egozentrische Denken wird von schlussfolgerndem Denken abgelöst. In dieser Phase ist zu erkennen, dass die Kinder bereits eine gute Beobachtungsgabe haben, vermehrt Informationen aufnehmen können und Interesse an dem zeigen, was passiert. Das Wissen der Kinder spielt jetzt eine große Rolle, welches sie bestrebt sind zu zeigen und zu erweitern.

Für die Durchführung von Experimenten bedeutet dies, dass zwar „Warum-Fragen“ noch nicht explizit verstanden werden, die Kinder jedoch schon Wirkungen auf bestimmte Ursachen zurückführen können. Ebenfalls ist es den Kindern möglich, Wenn-dann-Beziehungen aufzustellen und Vorgehensweisen und Beobachtungen anhand der optischen Strukturen zu beschreiben. Dies wird durch den Drang zu einer praktischen Auseinandersetzung mit Gegenständen unterstützt.

2.1.4 Formal-operationale Phase ( ca. ab 12 Jahren)

Etwa mit dem Wechsel von der Grund- auf eine weiterführende Schule treten Kinder in diese neue Entwicklungsphase ein. Den Begriff „formale Operationen“ gebraucht Piaget in einem gegensätzlichen Sinn zu den zuvor genannten konkreten Operationen. Er weist darauf hin, dass Schüler in diesem Alter nicht nur operativ denken, sondern mehr und mehr auch zu formalen und abstrakten Überlegungen übergehen, Hypothesen bilden können, Regeln ableiten aber auch aus allgemeinen Regeln auf konkrete Sachverhalte schließen können.

Nun steht nicht mehr nur das Wissen im Vordergrund, vielmehr ist es ein ausgeprägter Forscherdrang, der die Schüler veranlasst, Zusatz- und Kontrollexperimente zur Überprüfung der Hypothesen vorzuschlagen und durchzuführen.

Außerdem gilt die „Warum-Frage“ nun eher als Aufforderung, den Vorgängen auf den Grund zu gehen.

Die Altersangaben der beschriebenen Entwicklungsstufen sind als eine Orientierungshilfe zu sehen, sind aber keine exakten Zeitpunkte für die geistige Entwicklung eines Kindes.

Man kann diesen Entwicklungsschritten entnehmen, wie die Kinder sich in den jeweiligen Altersphasen verhalten und wie ihr Verhältnis zu einem Experiment ist.

Vor dem Grundschulalter ist der Wissensdrang der Kinder bereits stark ausgeprägt und die Kinder versuchen, ihre Natur zu erforschen. Jedoch gelingt dies in den meisten Fällen nicht zielgerichtet und Erklärungen und Deutungen sind nicht möglich. Mit zunehmendem Alter und Beginn der Grundschulzeit wird dieser Wissensdrang größer. Das Interesse zur Umwelt ist vermehrt gegeben und die Kinder streben nach der Erweiterung ihres Wissens. Da die Schüler jetzt bereits in der Lage sind, Sachverhalte zu beobachten, zu beschreiben und in altersangemessener Weise zu deuten, ist hier die Durchführung von Experimenten sinnvoll und wichtig. Da die Kinder jedoch zu abstrakten Überlegungen noch nicht in der Lage sind, ist eine Visualisierung des geplanten Experiments unerlässlich.

Mit dem Ende der Grundschulzeit entwickelt sich somit das kindliche Denken weiter, so dass logisches Schlussfolgern, experimentelles Überprüfen und Bilden von Hypothesen möglich sind. Diese Aspekte bilden wichtige Grundlagen für das Experimentieren in der Grundschulzeit.

2.2 Kooperation und gemeinschaftliches Arbeiten

„Kooperatives Lernen bedeutet, dass sich Schülerinnen und Schüler gegenseitig bei der Arbeit unterstützen und gemeinsam zu Ergebnissen gelangen“⁴. Es ist erstrebenswert, dass die Schüler in kleinen Gruppen oder wie im Fall der Experimentier - AG in Partnerarbeit mit und voneinander lernen.

Die Schüler lernen, Verantwortung zu übernehmen, einander zuzuhören, sich zu unterstützen, aber auch die eigenen Interessen in den Hintergrund zu stellen. Ein Vertreter des ‚Kooperativen Lernens’ ist der Kanadier Norm Green, ein ehemaliger Leiter der Personalentwicklung in mehreren kanadischen Schulbezirken und ehemaliger Direktor für Unterrichtsentwicklung, der mit seinem Unterrichtskonzept half, die Schülerleistungen zu verbessern und Lehrern zahlreiche Ratschläge für effektivere und befriedigendere Lehrmethoden geben konnte.

2.2.1 Gründe für den Einsatz kooperativen Lernens

Die Experimentier - AG setzt sich aus 10 Schülerinnen und Schülern der 3. und 4. Schuljahre zusammen. Um eine jahrgangsstufenübergreifende Arbeit zu ermöglichen, war und ist es von großer Bedeutung, dass sich die Kinder gegenseitig unterstützen und bestenfalls voneinander lernen. Aus diesem Grund arbeiten die Kinder während der Durchführung der Experimente mindestens zu zweit. Diese Zusammenarbeit fördert die Sozialkompetenz jedes einzelnen Schülers, da die Kinder lernen, zu teilen, sich aufeinander zu verlassen und miteinander statt gegeneinander zu arbeiten.

Die gemeinsamen Arbeiten können eine Grundlage für den Aufbau von Vertrauen, Kommunikation und Selbstwertgefühl sein. Ebenfalls können so die Fähigkeit zum kritischen Denken, die Fähigkeit zur Konfliktlösung sowie die Fähigkeit zum Treffen gemeinsamer Entscheidungen und Lösungswege erzielt werden. Als weitere positive Aspekte, die durch die gemeinsame Arbeit dem Experimentieren und den damit verbundenen Vor- und Nachüberlegungen zu Gute kommen, sind die Anregung zum kritischen Denken, die Entwicklung der mündlichen Kommunikationsfähigkeit , eine Beteiligung an der Planung und Vorgehensweise der Unterrichtsstunden, die Förderung von Interaktion und Vertrautheit unter den Schülern sowie die Verbesserung von Denk- und Argumentationsfertigkeiten zu nennen.

Diese begünstigenden Eigenschaften veranlassten mich, die Sozialformen Partnerarbeit oder Gruppenarbeit für die Arbeitsgemeinschaft zu wählen.

2.3 Didaktische Begründungen

Neben den Voraussetzungen, die die Kinder bedingt durch ihre Entwicklung mitbringen, und den sozialen Zielsetzungen ist die Themenwahl ebenfalls durch die Richtlinien zu begründen.

Die Experimentier - AG bietet den Kindern die Möglichkeit, sich entsprechend ihrer Interessen dieser Arbeitsgemeinschaft anzuschließen. Somit können diese Neigungen und Begabungen aufgegriffen werden.

Da in der Experimentier - AG die gemeinsame und jahrgangsstufenübergreifende Arbeit von großer Bedeutung sind, wird somit die Möglichkeit zu sozialem, praktischem, fachlichem und kognitivem Lernen zugleich eröffnet. Die Inhalte der Arbeitsstunden sind so angelegt, dass „die Fähigkeiten, Interessen und Neigungen der Kinder aufgegriffen werden und sie mit den Anforderungen fachlichen und fächerübergreifenden Lernens verbunden werden.“¹ Um das Vorwissen der Kinder aufzugreifen und zu erweitern handelt es sich bei den ausgewählten Themen ausschließlich um solche aus der Erfahrungswelt der Kinder. Es wird versucht, umfassende Erscheinungen der Lebenswirklichkeit zu thematisieren und diese den Kindern auf vereinfachte und strukturierte Weise nahe zu bringen, um den Schülern einen systematischen Zugang zur Umwelt zu eröffnen. Die Experimente sind darüber hinaus so angelegt, dass sie von den Kindern allein erarbeitet und durchgeführt werden können.

Der Lehrer kann somit mehr als Moderator oder Koordinator fungieren.

„Somit kann auch außerhalb des ‚Regelunterrichts’ die Fähigkeit und Bereitschaft gefördert werden, das eigene Lernen bewusst und zielgerichtet zu gestalten und mit anderen Schülern zusammenzuarbeiten.“²

Des Weiteren bietet die Arbeit mit den Experimenten sowohl „Gelegenheit zum Lernen in angeleiteter Form, als auch in offenen Lernformen, in denen die Kinder selbst planen, entdecken […], untersuchen, beobachten, experimentieren, dokumentieren und ihre Arbeit bewerten.“³

Die gemeinsame Arbeit und der Umgang mit Materialien und Geräten verlangt von den Kindern sowohl Verantwortungsbereitschaft, Zuverlässigkeit, Konzentration, sowie Lern- und Leistungsbereitschaft, aber auch Selbständigkeit, Kreativität, Kommunikations- und Teamfähigkeit.

Dies sind wichtige Aspekte, die die gemeinsame und experimentelle Arbeit ermöglichen. Mit Hilfe dieser Arbeitsgemeinschaft können somit die schulischen Aufgaben gut realisiert werden. Darüber hinaus sind das Planen, Ausführen und Auswerten von Experimenten wichtige Fähigkeiten und Fertigkeiten, die im Unterricht der Schule vermittelt werden sollen.

Dazu gehören neben der Beobachtung, Beschreibung, Bestimmung, Untersuchung, Auswertung und Dokumentation von Phänomenen auch das Aufstellen von Vermutungen, das Stellen von Fragen und Erkennen von Problemen, was vor allem den Aufgaben des Faches Sachunterricht zu entnehmen ist.

Da es sich bei den gewählten Experimenten um naturwissenschaftliche Erscheinungen handelt, können durch die AG die Inhalte des Sachunterrichts der Schule aufgegriffen und ergänzt werden. Daher sind viele Zielsetzungen der Arbeitsgemeinschaft deckungsgleich mit den Aufgaben des Sachunterrichts.

Durch die forschend- entdeckende Arbeit lernen die Kinder: - aufmerksam und umsichtig Gegenstände und Informationen zu sammeln - Lebewesen und Sachverhalte genau zu beobachten und präzise zu beschreiben - Probleme zu erkennen, Lösungsmöglichkeiten anzustreben und dazu Fragen und Hypothesen zu entwickeln und zu prüfen - Experimente zu entwickeln, durchzuführen und zu deuten - Personen und Quellen zu befragen - Ergebnisse festzuhalten und zu präzisieren, zu diskutieren und in größere Zusammenhänge einzuordnen⁸

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit Hilfe der handelnden Auseinandersetzung mit Gegenständen und Phänomenen aus der Lebenswirklichkeit der Kinder ein aktiver Wissenserwerb angestrebt werden kann, wobei auch der Einbezug des Faches Deutsch realisiert werden kann, indem die Kinder lernen, ihre Ergebnisse zu dokumentieren, zu verbalisieren sowie die Arbeitsergebnisse zu reflektieren.

2.4 Allgemeine Beobachtungen an der Schule

Während meiner Zeit als Lehramtsanwärterin an der Grundschule durfte ich viele Eindrücke des Schullebens erfahren.

Da ich durch mein naturwissenschaftliches Studium an der Universität viele Erfahrungen und Eindrücke sammeln konnte, habe ich diese Realisierung der Themen im Sachunterricht der Grundschule beobachtet.

Wie dem vorherigen Abschnitt der Arbeit zu entnehmen ist, sollten Experimente zum Repertoire des Sachunterrichts gehören, die in die Bereiche „Natur und Leben“, „Technik und Arbeitswelt“, „Raum und Umwelt“, „Mensch und Gemeinschaft“ und „Zeit und Kultur“ integriert werden sollten.

Leider ließen mich meine Beobachtungen einen anderen Eindruck gewinnen, die die Antworten der Kinder bei meiner Umfrage bestätigten. In den meisten Fällen gliedert sich der Sachunterricht in der Weise, dass Texte zu einem Thema gelesen, Skizzen beschriftet, Lückentexte ausgefüllt oder Arbeitsblätter bearbeitet werden. Zwar sind diese Arbeiten in den meisten Fällen handlungsorientiert und können durch Anschauungsmaterial ergänzt werden, doch finden Experimente im Unterricht wenig Platz.

Auf die Frage: „ Wie oft machst du Experimente im Unterricht? “ erhielt ich von den insgesamt 21 befragten Kindern folgende Antworten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Häufigkeit der Durchführung von Experimenten im Unterricht

Den Antworten kann man entnehmen, dass nur ca. 5 Prozent der Schüler behaupten, dass oft Experimente im Unterricht gemacht werden.

Etwa 95 Prozent der Kinder dagegen haben geäußert, selten oder nie Experimente während der Unterrichtszeit zu machen.

Meine Beobachtung veranlasste mich weitergehend dazu, das Interesse der Kinder in diesem Bereich zu erfragen.

Alle befragten Kinder haben ausnahmslos die Frage „ W ü rdest du gern mal wieder ein Experiment machen? “ positiv beantwortet, was eindeutig zeigt, dass das Interesse der Kinder für Experimente in jedem Fall gegeben ist.

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¹ Horney, W.; Ruppert, J.-P.; Schultze, W.: Pädagogisches Lexikon. Bertelsmann Fachverlag. Gütersloh 1970. S. 830.

² Der große Brockhaus. Brockhaus-Verlag. Wiesbaden 1983. S. 295.

³ Aufsatz: Das Thema im Sachunterricht. Schwerpunkte der Arbeit in den Klassenstufen 1 bis 4. In: Grundschule Sachunterricht. Heft 8. 2000. Seite 5.

⁴ www.learn-line.nrw.de/angebote/greenline/

¹ vgl.: Ministerium für Schule, Jugend und Kinder des Landes Nordrhein-Westfalen: Richtlinien und Lehrpläne zur Erprobung für die Grundschule in Nordrhein- Westfalen. Sachunterricht. Ritterbach Verlag. Düsseldorf 2003. S. 15.

² vgl.: ebd. S. 17.

³ ebd. S. 17.

⁸ vgl.: Ministerium für Schule, Jugend und Kinder des Landes Nordrhein-Westfalen: Richtlinien und Lehrpläne zur Erprobung für die Grundschule in Nordrhein- Westfalen. Sachunterricht. Ritterbach Verlag. Düsseldorf 2003. S. 56.