Versuche und Experimente
Im naturwissenschaftlichen Unterricht kann das Experimentieren dazu dienen Verstehen zu unterstützen, Sachlichkeit und selbstständiges Aufbauen und Erweitern von Wissen zu fördern, Interesse zu entwickeln und zum Handeln zu ermutigen. Dabei bedeutet Verstehen zum einen Zusammenhänge zu erkennen und das Gelernte zu verwenden um Alltagsphänomene zu erklären und zum anderen das Verstandene kommunizieren zu können. Die Sachlichkeit bezieht sich darauf Lerngegenstände über das individuelle Erleben hinaus zu betrachten und somit auch andere Sichtweisen zu berücksichtigen und sie in die eigenen Überlegungen mit einzubeziehen. Die Selbstständigkeit in der Erweiterung des Wissens ist eine zentrale Grundlage für die Zukunft, vor allem für das naturwissenschaftliche Lernen. Interesse für Phänomene zu entwickeln kann sich vor allem positiv auf das Verständnis des Gelernten auswirken. Ein planvolles Handeln im Unterricht hilft dabei den Aufbau von „trägem Wissen“ entgegenzuwirken und soll durch Anknüpfungsmöglichkeiten an die Lebenswelt der Kinder die Handlungsrelevanz von Wissen hervorheben. Gerade der letzte Punkt rückt das Experimentieren als zentrale Methode im naturwissenschaftlichen Unterricht in den Fokus. Im Kontext der Schule entsteht kein neues Wissen, es geht vielmehr darum bekanntes Wissen nach zu erwerben. Das Experimentieren bietet den Kindern die Möglichkeit das angebotene Wissen nicht nur hinzunehmen, sondern es zu überprüfen und somit rekonstruieren zu können.
Was bedeutet Experimentieren?
Das Experiment im Sinne der Wissenschaft ist ein wichtiges methodisches Werkzeug zur (kontrollierten) Gewinnung von Informationen. Es folgt einer klaren Struktur, die auf ein regelgeleitetes und nachvollziehbares Vorgehen abzielt und sich grob in drei Phasen einteilen lässt:
- Planung
- Durchführung
- Auswertung
Der Begriff des Experimentierens im Kontext der Schule ist im Allgemeinen weit weniger gut definiert und wird umgangssprachlich für jegliche handlungsorientierte (lehrer- als auch schülerzentriert) Auseinandersetzung im naturwissenschaftlichen Unterricht herangezogen. Nach Grygier & Hartinger (2009) lassen sich in der Schule unter dem Begriff des Experimentierens vier Vorgehensweisen unterscheiden:
- Experimente
- Versuche
- Laborieren
- Explorieren
Dabei unterscheiden sich diese Vorgehensweisen in zwei Dimensionen. Zum einen besteht die Möglichkeit, dass bei der Auseinandersetzung im Unterricht einer bestimmten Fragestellung nachgegangen wird oder nicht und zum anderen ob die Vorgehensweise der Handlung den Kindern vorgegeben wird oder diese ihr Vorgehen selbst entwickeln müssen.
| Fragestellung vorhanden | Fragestellung nicht vorhanden | |
| Vorgehensweise vorgegeben | Laborieren | Versuch |
| Vorgehensweise nicht vorgegeben | Experimentieren | Explorieren |
Experimente
Ein Experiment lässt sich auf den folgenden Algorithmus festlegen (Grygier & Hartinger 2009, S. 13).
- Ich habe eine Frage. Oder: Ich habe eine Vermutung zu dieser Frage.
- Ich überlege: Was muss ich tun, um die Frage zu beantworten (. .. um diese Vermutung zu überprüfen)? Was brauche ich? Wie gehe ich vor?
- Ich führe das aus, was ich geplant habe. Wenn es nötig ist, dann verändere ich meinen Versuch.
- Ich beobachte die Ergebnisse.
- Ich beantworte die Fragen mithilfe der Ergebnisse.
Beispiele:
- Was benötigt eine Pflanze zum Wachsen?
- Wie kann Wasser im Zimmer am besten verdunsten?
Versuche
Ein Versuch lässt sich auf den folgenden Algorithmus festlegen festlegen (Grygier & Hartinger 2009, S. 14).
- Ich lese durch, was ich tun soll.
- Ich formuliere eine Vermutung.
- Ich führe den Versuch durch.
- Ich überprüfe meine Vermutung.
- Ich überlege mir eine Erklärung.
Beispiele:
- Wirf eine Nudel (Rosine) in sprudelndes Mineralwasser. Was passiert?
- Färbe ein Würfelzuckerstück mit Tinte und gib es in kaltes Wasser. Beobachte! Verwende jetzt warmes Wasser. Was stellst du fest?
Laborieren
Man kann das Laborieren als vorstrukturiertes Experiment bezeichnen (Wiebel 2000). Zu Anfang steht wie beim Experiment eine Frage. Da die Fähigkeit selbstständig einer Fragestellung durch Experimente nachzugehen Grundschulkindern vor eine große Herausforderung stellt, wird beim Laborieren die Vorgehensweise durch die Lehrkraft vorgegeben, z.B. durch Versuche festlegen (Grygier & Hartinger 2009, S. 14f).
Explorieren
Das Explorieren bezeichnet eine freie Beschäftigung mit naturwissenschaftlichen Themen und Materialien (Köster 2007). Die Wahl einer Versuchsbeschreibung oder einer eigenen Idee gefolgt wird liegt bei den Schülerinnen und Schülern. Beim Explorieren steht vor allem die Förderung von Interesse und Kreativität durch eigenständige und aktive Auseinandersetzung mit naturwissenschaftlichen (Lern-)Gegenständen im Vordergrund (Grygier & Hartinger 2009, S. 15).
Abwandlungen
Demonstrationsversuch
Beim Demonstrationsversuch handelt es sich um einen Versuch der von der Lehrkraft vor der Klasse durchgeführt wird. Diese Form des Versuchs bietet sich an, wenn die Handhabung der verwendeten Materialen sehr schwierig oder nicht ungefährlich ist. Darüber hinaus kann ein Demonstrationsversuch dazu dienen, die Kinder auf ein bestimmtes Phänomen hinzuführen und es den Kindern überhaupt erst bewusst zu machen.
Schülerversuch
Beim Schülerversuch handelt es sich um einen Versuch der von den Schülerinnen und Schülern selbst durchgeführt wird. Der Schülerversuch geht über die Anschauung hinaus, die Kinder haben die Möglichkeiten Veränderungen selbst durchzuführen und durch Rückschlüsse, Erfahrungen und Ideen zu lernen.
Technisches Experiment
Das technische Experiment unterscheidet sich vom naturwissenschaftlichen Experiment darin, dass es nicht darum geht Kausalzusammenhänge zu erforschen („welche Wirkungen entfalten sich aus gegebenen Ursachen?“), sondern vielmehr darum mit welchen (technischen) Mitteln ein bestimmtes Ziel erreicht werden kann („Wie und wodurch kann ich einen bestimmten Zweck erreichen?“). Es ist also nicht kausal, sondern final bestimmt. In den Ingenieurwissenschaften spricht man deswegen auch von Tests.
In Tests können verschiedene Materialien in Hinblick auf eine bestimmte Eigenschaft getestet und untersucht werden. Dabei können Materialeigenschaften ermittelt werden, die über einen linearen Bezug hinausgehen und klassische „je …, desto …“ Ableitungen nicht mehr greifen, wie z.B. eine Metallfeder. Bis zu einem gewissen Punkt gilt die Gesetzmäßigkeit: „Je mehr ich die Feder spanne, desto stärke schlägt sie aus.“ Ab einem bestimmten Punkt überdehne ich die Metallfeder jedoch und die Federeigenschaft geht verloren. Die vorher genannte Gesetzmäßigkeit trifft also nur in bestimmten Grenzen zu.
Die Methode im Unterrichtsbeispiel:
Versuche:
Experimente:
...und andere mehr
Weiterführende Informationen
Grygier, P. & Hartinger, A. (2009): Gute Aufgaben im Sachunterricht
Köster, H. (2007): Freies Explorieren und Experimentieren
Soostmeyer, M. (2002): Genetischer Sachunterricht: Unterrichtsbeispiele und Unterrichtsanalysen zum naturwissenschaftlichen Denken bei Kindern in konstruktivistischer Sicht
Wiebel, K. (2000): "Laborieren" als Weg zum Experimentieren im Sachunterricht