Experimente im Geographieunterricht

Inhalt:

Abkürzungsverzeichnis

0. Einführung
0.1. Begründung
0.2. Untersuchungsmethoden
0.3. Aufbau der Arbeit

1. Unterrichtsmethoden im Vergleich: Demonstrationsexperimente - Schülerexperimente
1.1. Experimente im Unterricht - generelle Darstellung
1.1.1. Definitionen
1.1.2. Sind geographische Experimente überhaupt Experimente?
1.1.3. Klassifikation von Experimenten im Geographieunterricht
1.1.4. Lernziele
1.1.5. Vor- und Nachteile von Experimenten
1.2. Lehrerzentrierter Experimentalunterricht - Demonstrationsexperimente
1.2.1. Definition
1.2.2. Prinzipien
1.2.3. Einordnung in den Lehrplan
1.2.4. Organisatorische Überlegungen
1.2.5. Methodische Planung
1.2.6. Verlaufsphasen
1.2.7. Vor- und Nachteile
1.3. Schülerzentrierter Experimentalunterricht - Schülerexperimente
1.3.1. Vorbemerkung
1.3.2. Definition
1.3.3. Prinzipien
1.3.4. Einordnung in den Lehrplan
1.3.5. Organisatorische Überlegungen
1.3.6. Methodischer Ablauf
1.3.7. Vor- und Nachteile
1.4. Demonstrations- und Schülerexperimente im kurzen Vergleich (Hypothesenbildung)

2. Themenvorstellung: Experimente zu „Wetter und Klima“
2.1. Didaktische Analyse
2.1.1. Lehrplanbezug
2.1.2. Gesellschaftsrelevanz
2.1.3. Anthropologisch-psychologische und situative Angemessenheit
2.1.4. Fachliche Repräsentanzeigenschaften
2.1.5. Einsehbarkeit der Strukturen
2.2. Lernzielanalyse
2.2.1. Kognitive Lernziele
2.2.2. Instrumentale Lernziele
2.2.3. Affektive Lernziele
2.2.4. Soziale Lernziele
2.3. Sachanalyse
2.3.1. Experiment 1: Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche
2.3.2. Experiment 2: Warme Luft dehnt sich aus
2.3.3. Experiment 3: Entstehung von Niederschlägen - Tageszeitenklima am Äquator
2.3.4. Experiment 4: Corioliskraft lenkt den Wind ab
2.3.5. Experiment 5: Der Passatkreislauf
2.4. Methodische Analyse
2.4.1. Lehrerzentrierte Experimente - Demonstrationsexperimente
2.4.2. Schülerzentrierte Experimente - Schülerexperimente

3. Praktische Durchführung
3.1. Lehrerzentrierter Experimentalunterricht - Demonstrationsexperimente
3.1.1. Unterrichtsskizze: Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche
3.1.2. Unterrichtsskizze: Warme Luft dehnt sich aus
3.1.3. Unterrichtsskizze: Entstehung von Niederschlägen - Tageszeitenklima am Äquator
3.1.4. Unterrichtsskizze: Corioliskraft lenkt den Wind ab
3.1.5. Unterrichtsskizze: Der Passatkreislauf
3.2. Schülerzentrierter Experimentalunterricht - Schülerexperimente
3.2.1. Einführungsstunde
3.2.2. Experiment 1: Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche
3.2.3. Experiment 2: Warme Luft dehnt sich aus
3.2.4. Experiment 3: Entstehung von Niederschlägen - Tageszeitenklima am Äquator
3.2.5. Experiment 4: Corioliskraft lenkt den Wind ab
3.2.6. Experiment 5: Der Passatkreislauf
3.2.7. Abschließende Stunde

4. Auswertung
4.1. Fragebögen
4.1.1. Fragebogen zu den Demonstrationsexperimenten
4.1.2. Fragebogen zu den Schülerexperimenten
4.2. Auswertung und graphische Darstellung der Fragebögen im direkten Vergleich
4.2.1. Benotung der Experimente durch die Schülerinnen
4.2.2. Die beliebtesten Experimente
4.2.3. Die am wenigsten beliebten Experimente
4.2.4. Probleme bei den Experimenten
4.2.5. Fragen und Antworten
4.2.6. Lautstärke während der Experimente als Störfaktor
4.2.7. Sollten öfter Experimente im Erdkundeunterricht eingesetzt werden?
4.2.8. Einsatz von Experimenten in anderen Unterrichtsfächern
4.2.9. Wunsch nach Einsatz von Experimenten in anderen Fächern
4.2.10. Allgemeine Aussagen zu den Experimenten
4.2.11. Bewertung der Stegreifaufgabe
4.3. Auswertung und graphische Darstellung der Zusatzfragen zu den Schülerexperimenten
4.3.1. Arbeit in der Gruppe
4.3.2. Möglichkeiten der Kontaktknüpfung
4.3.3. Zeit für die Durchführung der Experimente
4.3.4. Hilfestellung durch den Lehrer
4.3.5. Selbständiges Erarbeiten oder Lehrervortrag?
4.5. Befragung von Lehrkräften zum Thema „Experimenten im Geographieunterricht“
4.5.1. Private Mädchenrealschule St. Zeno (Bad Reichenhall)
4.5.2. Fragebogen für Lehrkräfte
4.5.3. Auswertung
4.6. Stegreifaufgabe zur Leistungsmessung
4.6.1. Stegreifaufgabe mit Erwartungshorizont
4.6.2. Ergebnis und (graphische) Auswertung
4.6.3. Interpretationsversuch der Ergebnisse

5. Abschließende Gedanken

6. Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

0. Einführung

0.1. Begründung

„Enttäuschende Pisa-Ergebnisse - Im Vergleich mit 31 Industriestaaten landen Deutschlands Schüler in der unteren Hälfte der Leistungstabelle“. So prangerte die Zeitung „Die Zeit“ in ihrer Internetausgabe am 22.11.2004 die Bildungsmisere in Deutschland an (http://www.zeit.de/2004/48/pisa am 22.11.2004). Platz 17 bzw. Platz 20 für die Schülerinnen und Schüler im Land der Dichter und Denker! In dieser Arbeit sollen keine Gründe für diese Tatsache gesucht werden. So ist im „Learners for Life: Thematischer Bericht der OECD zu PISA 2000“ (http://www.mpib-berlin.mpg.de/pisa/ 03.01.2004) zu lesen:

Die Daten belegen, dass Schüler bessere schulische Leistungen erzielen, wenn sie motiviert sind, über effektive Lernstrategien verfügen und sich selber auch zutrauen, ihr Lernen zu steuern. Um solche Einstellungen und Techniken in Zukunft stärker zu fördern, müssen Schulen nicht nur Unterrichtsinhalte, sondern auch das "Wie des Lernens" vermitteln.

Man spricht von effektiven, motivierenden Lernstrategien. Ein klassischer Frontalunterricht jedoch verlangt dem Schüler nur eines ab: die Kompetenz, mitzuschreiben, auswendigzulernen und bei Bedarf das Erlernte wiederzugeben. Von Motivation kann kaum die Rede sein.

In der vorliegenden Arbeit wird der Einsatz von Experimenten im Schulalltag als methodische Abwechslung besprochen. Ihr vermehrter Einsatz könnte dazu beitragen, neben den zweifelsohne wichtigen kognitiven Kompetenzen auch soziale Kompetenzen (Partner- und Gruppenarbeit) oder kommunikative Kompetenzen (Diskussionsbereitschaft usw.) zu vermitteln.

0.2. Untersuchungsmethoden

In der vorliegenden Arbeit sollen zwei Formen von Experimenteinsatz im Schulalltag verglichen werden, unterteilt nach methodischer Organisation in Demonstrations- und Schülerexperimente.

Die Experimente beziehen sich dabei auf das Thema „Wetter und Klima“. Es werden in zwei 7. Klassen die gleichen Experimente durchgeführt, nur einmal sind die Schülerinnen rein rezeptiv tätig (Klasse 7a) und einmal sind die Schülerinnen alleinige Akteure (Klasse 7b). In der Klasse der Schüler-Experimente tritt der Lehrer als Moderator fast völlig in den Hintergrund, er ist aber ständig präsent und hilft bei Fragen seitens der Schülerinnen.

Am Ende der Experimentreihen wird eine Stegreifaufgabe abgehalten mit dem Zweck, das vermittelte Wissen zu testen. Leider ist aus diversen Gründen diese „klassische“ Methode zum Abfragen des kognitiven Wissens zu wählen, da ansonsten ein direkter Vergleich beider Klassen nicht stattfinden kann. Weiterhin wird die These aufgestellt, dass die Schülerinnen aus der Gruppe der Schülerexperimente das erworbene Wissen durch ihr selbstständiges und selbsttätiges Erarbeiten längerfristig speichern, was durch eine wiederholte Stegreifaufgabe zwei Monate nach Beendigung der Experimentreihen bewiesen werden soll.

0.3. Aufbau der Arbeit

Zunächst wird das Experiment in seiner Form als methodische Großform vorgestellt und bereits ein erster Vergleich zwischen Demonstrations- und Schülerexperimenten gewagt. Nach der Themenvorstellung mit Analysen folgt im dritten Kapitel die praktische Durchführung der Experimente. Auswertungen und Interpretationen dazu finden sich im vierten Kapitel.

Zur äußeren Form sei noch angemerkt, dass es sich bei beiden untersuchten Klassen um reine Mädchenklassen handelte. Daher findet nur die Bezeichnung „Schülerinnen“ in der weiblichen Form Eingang in diese Arbeit, sofern nicht allgemeingültige Aussagen getroffen werden.

Mussten die Schülerinnen in einzelnen Arbeitsblättern etwas ausfüllen, wurde an dieser Stelle zur besseren Leserlichkeit und Heraushebung der entsprechenden Passagen die Schriftart Lucida Handwriting verwendet. Alle Diagramme sind, soweit nicht anders angegeben, Eigenleistung des Verfassers. Werden in Diagrammen Noten dargestellt, ist die y-Achse mit Noten von 1 bis 4 skaliert. Die Noten 5 und 6 traten in keinem Fall auf. Prozentwerte sind bis 100% skaliert und der Übersichtlichkeit wegen ohne Beschriftung der y-Achse angegeben.

1. Unterrichtsmethoden im Vergleich: Demonstrationsexperimente - Schülerexperimente

1.1. Experimente im Unterricht - generelle Darstellung

1.1.1. Definitionen

Der Begriff „Experiment“ kann an sich zwar eindeutig definiert werden, er verlangt jedoch nach einer Abgrenzung bzgl. auf das zu untersuchende Fach. Der Biologe sieht in einem Experiment etwas anderes als der Physiker, und der Chemiker etwas anderes als der Psychologe. Der Brockhaus Multimedial definiert z.B. das Experiment eher allgemein als die „methodisch-planmäßige Herbeiführung von reproduzierbaren, meist variablen Umständen zum Zwecke wissenschaftlicher Beobachtung“. Wir benötigen jedoch eine geographiedidaktische Definition, wie sie LEHMANN liefert:

Ein geographisches Experiment liegt dann vor, wenn ein bestimmter naturgesetzlicher Vorgang an einem Modell oder auch an einem geeigneten Naturobjekt zunächst künstlich erzeugt wird, bevor man den Vorgang oder die Erscheinung beobachten bzw. untersuchen kann. (LEHMANN, S. 9).

LEHMANN ergänzt weiter, dass „Bei einem geographischen Experiment [...] der einmal künstlich ausgelöste oder natürlich bedingte Vorgang [...] im wesentlichen selbständig nach entsprechenden Naturgesetzen [...] “ ablaufen muss (LEHMANN, S. 10).

Erweitert wird diese Definition durch die Relevanz des geographischen Schwerpunktes durch BREITBACH:

Ein Experiment ist ein Verfahren zur überprüfbaren Ermittlung von Einsichten in einen geographisch relevanten, regelhaften und (meist auf Naturphänomene bezogenen) naturgesetzlichen Vorgang. Dieser wird zunächst isoliert, künstlich an einem Modell oder geeignetem Objekt erzeugt, dann beobachtet und anschließend erklärt. (BREITBACH, in BÖHN, S. 29).

SALZMANN sieht Experimente als „technische Medien, d.h. als Arbeits-, Erkenntnis- und Anschauungsmittel verschiedenster, vorwiegend physisch-geographischer und ökologischer Sachverhalte“ (SALZMANN, S. 18). Der Frage nach dem Einsatz von Experimenten schließt sich RINSCHEDE an, indem er den „Einsatz im wesentlichen auf den physiogeographischen und umweltökologischen Bereich“ (RINSCHEDE, S. 274) begrenzt.

Experimente sind demnach als methodische Großform zu verstehen, da sie „nicht nur unterschiedliche Sozialformen und Aktionsformen des Unterrichts, sondern [...] auch den gesamten Verlauf des Unterrichts bedingen“. (RINSCHEDE, S. 273f).

LETHMATE führt durch den Vergleich verschiedener Definitionen drei Experiment-Kriterien heran:

1. Beobachtung unter künstlich hergestellten Bedingungen;
2. Isolation der zu untersuchenden Variablen;
3. Variation der zu untersuchenden Variablen.

(LETHMATE, S. 42).

„Das für den naturwissenschaftlichen Erkenntnisvorgang wichtige Kriterium der Variation fehlt den geographiedidaktischen Definitionen aber.“ (LETHMATE, S. 42).

1.1.2. Sind geographische Experimente überhaupt Experimente?

Wir sprechen im Schulalltag ständig von Experimenten. Bei genauerer Betrachtung einiger Definitionen und naturwissenschaftlicher Ansätze der Chemie, Biologie oder Physik werden wir vor ein Erklärungsproblem gestellt. LETHMATE vergleicht hierzu geographie- und biologiedidaktische Definitionen und stellt dabei die in Punkt „1.1.1 Definitionen“ genannten Kriterien fest.

Die Experimente werden (meist) unter künstlich hergestellten Bedingungen durchgeführt und die zu untersuchenden Variablen auch isoliert. Variation der Variablen fehlt dem geographischen Experiment jedoch (vgl. „1.1.1 Definitionen“), und genau dieses Kriterium lässt LETHMATE behaupten: „Die Mehrzahl ‚geographischer Experimente’ sind [...] gar keine Experimente!“ (LETHMATE, S. 42). Dennoch sollte diese Hypothese, die LETHMATE aufwendig statistisch zu untermauern versucht, nur in begrenztem Maße die fachdidaktischen Diskussionen bzgl. des Einsatzes von Experimenten im Schulalltag einschränken. Es erfordert allenfalls eine bessere terminologische Abgrenzung zwischen „echten“ Experimenten mit aufwendigen Mess- und Kontrollverfahren und etwas einfacheren, aber deswegen nicht minder wichtigen Demonstrationen und Versuchen, die auch zur Hypothesenbildung hinführen können oder einfach die Neugierde der Schüler wecken.

Dennoch: Experimente gehen in das Neue und Unbekannte hinein, sie forschen in das Unentdeckte und greifen direkt in die Natur mit ein. Bei einem geographischen Experiment sind von Anbeginn die Ergebnisse bekannt, man reproduziert das bereits vorhandene Wissen über einen bestimmten Sachverhalt, um es schließlich auf dem Versuchsweg zu demonstrieren und zu erläutern. Da aber den Schülern das Ergebnis meist unbekannt ist und somit für sie neues Wissen darstellt, kann man bei Einhaltung der Kriterien für Experimente m.E. durchaus von „geographischen Experimenten“ sprechen. Einfache Messungen oder Demonstrationen sollten aber, um den Experiment-Begriff nicht „zu verwässern“ (LETHMANN, S. 43), nicht als Experimente hochstilisiert werden.

1.1.3. Klassifikation von Experimenten im Geographieunterricht

Experimente können unterschieden werden nach folgenden Kriterien:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(in Anlehnung an RINSCHEDE, Kasten 7.21, S. 274)

In dieser Arbeit findet der Vergleich zwischen Schüler- und Lehrerexperimenten statt. Aus zeitlichem Mangel werden nur Kurzzeitexperimente an Modellen durchgeführt.

1.1.4. Lernziele

„Bei methodisch richtigem Einsatz übt das geographische Modellexperiment einen günstigen Einfluß auf den gesamten Bildungs- und Erziehungsprozeß aus und führt zu meßbaren Leistungssteigerungen.“ (LEHMANN, S. 21). Die von LEHMANN angesprochene Leistungssteigerung findet durch ein ganzheitliches Erfassen der Umwelt auf alle Lernzielbereiche Anwendung:

- Kognitive Lernziele: Experimente vermitteln am konkreten, dreidimensionalen und auf das Wesentliche beschränkte Objekt sichere Kenntnisse, klare Einsichten und anschauliche Vorstellungen über den Ablauf von geographischen Prozessen. Sie fördern Kreativität im selben Maße wie kausales, funktionales und abstrahierendes Denken. Sie erlauben die geraffte und verkleinerte Darstellung naturgesetzlicher Prozesse.
- Instrumentale Lernziele: genaues Beobachten, Protokollieren und Beschreiben wird vom Schüler gefordert. Manuell begabte Schüler können sich besser in den Unterricht einbringen.
- Affektive Lernziele: durch den hohen Anschauungswert sind Experimente motivierend und ermutigen zur Selbsttätigkeit und Selbstständigkeit. Eine positive Verhaltensänderung kann v.a. bei umweltökologischen Experimenten beobachtet werden.
- Soziale Lernziele: Partner- oder Gruppenarbeit bietet eine ideale Vorbereitung auf das spätere Berufsleben (Stichwort soft-skils).

(nach RINSCHEDE, S. 277f).

1.1.5. Vor- und Nachteile von Experimenten

Stichpunktartig seien im Folgenden einige Vor- und Nachteile genannt, die der Einsatz von Experimenten im Geographieunterricht mit sich bringt:

- Alleine durch den Methodenwechsel vom Frontal- zum Experimentunterricht wird eine gesteigerte Motivation der Schüler erzielt.
- Es werden unterschiedliche Sinne angesprochen: Lernen mit Kopf, Herz und Hand.
- Kreatives Denken wird gefördert.
- Experimente fördern entdeckendes, forschendes und problemlösendes Lernen.
- Alle Lernziele werden angesprochen, was der ganzheitlichen Schulung eines jungen Menschen sehr entgegenkommt.
- Der hohe Zeitaufwand für Planung, Materialbeschaffung, Durchführung usw. wirkt auf die unterrichtende Lehrkraft oftmals eher abschreckend als motivierend.
- Ein hoher Aufwand an Material lässt sich bei manchen Experimenten nicht vermeiden.
- Ein für die Durchführung erforderlicher Fachraum steht oftmals nicht zur Verfügung.
- Die Schüler sind in hohem Maße gefordert, die Erkenntnisse aus den Experimenten zu abstrahieren und auf die geographische Wirklichkeit zu übertragen.
- Der Einsatz von Experimenten ist zudem abhängig von der Situation in der Klasse selbst. Herrschen Neid und Missgunst in einer Klasse vor, evtl. sogar mit stark ausgeprägter Gruppenbildung, ist es nur schwer möglich, eine harmonische und kooperative Gruppenarbeit zu erreichen.
- Manche Experimente erfordern Kenntnisse in Nachbardisziplinen wie Biologie oder Chemie, die einige Fachlehrkräfte (und auch Schüler!) oftmals nicht vorweisen können.

1.2. Lehrerzentrierter Experimentalunterricht - Demonstrationsexperimente

1.2.1. Definition

Nach der methodischen Zielsetzung werden in diesem Kapitel Demonstrations- bzw. Lehrerexperimente diskutiert. Nach RINSCHEDE werden „Demonstrationsexperimente [...] vom Lehrer (deshalb auch Lehrerexperimente), u.U. auch von einem Schüler gut sichtbar im Klassenzimmer (=Frontalunterricht) zur Veranschaulichung eines bestimmten Prozesses durchgeführt. Die Schüler beobachten und beschreiben.“ (RINSCHEDE, S. 276). Das Hauptziel bei dieser Form des Experimenteinsatzes liegt bei einer optimalen Veranschaulichung.

1.2.2. Prinzipien

Schüler können sich bei den Vorbereitungen beteiligen, z.B. kleinere Hilfsmittel besorgen (Haartrockner von zu Hause etc.). Da es sich bei Demonstrationsexperimenten im Grunde um eine Form des Frontalunterrichts handelt, nur eben mit anderen Mitteln und Methoden, ist der Schüler mit keinen weiteren Vorbereitungsmaßnahmen betraut. Auch die Durchführung bleibt meist der Lehrkraft selbst überlassen. Dennoch sollte beachtet werden, die Schüler nicht mit Versuchsanordnungen zu „erschlagen“. Es sollte ferner abgeklärt werden, inwieweit die Klasse bisher mit Beobachtungsaufgaben betraut wurde und ob das Protokollieren geübt ist. Die stärkste Motivation kann durch eine Überforderung der Schüler kaputt gemacht werden!

1.2.3. Einordnung in den Lehrplan

Folgende Aussagen wurden aus dem Bildungs- und Erziehungsauftrag der sechsstufigen Realschule übernommen. In Bereichen wie Vermittlung bestimmter Kompetenzen finden sich einige Punkte wieder, die auch in den Definitionen und Zielangaben von Experimenten verzeichnet sind. Diese Angaben beziehen sich sowohl auf Demonstrations- wie auch auf Schülerexperimente.

1.2. Bildungs- und Erziehungsschwerpunkte an der sechsstufigen

Realschule

[...]

- Vermittlung und Förderung grundlegender Kompetenzen
- Arbeitstugenden wie Pünktlichkeit und Ordentlichkeit,
- Ausdauer,
- Eigeninitiative,
- Entscheidungsfähigkeit,
- Flexibilität,
- Kommunikationsfähigkeit,
- Konzentrationsvermögen,
- Kreativität,
- Lernfähigkeit und Lernwilligkeit,
- Selbständigkeit,
- systematische Vorgehen,
- Verantwortungsbewusstsein,
- Zuverlässigkeit.
- Teamfähigkeit
- Sprachpflege
- Vernetztes Denken
- Verantwortung für sich und die Gemeinschaft
- Umwelterziehung
- Erziehung zu Selbständigkeit und Eigeninitiative

Nach: BAYRISCHES STAATSMINISTERIUM FÜR UNTERRICHT UND KULTUS (Hrsg.), S. 14-18).

Weiter heißt es in Bezug auf das Schulleben:

1.3. Unterricht und Schulleben

[...]

- Schulqualität Erfolgreiche Arbeit in der Realschule zeichnet sich vor allem aus durch

- [...]

- einen Unterrichtsstil, der die Zusammenarbeit der Schüler untereinander und ihre Selbständigkeit, Entscheidungsfreude und Kreativität fördert,

- eine angemessene Gewährung von unterrichtlichen Freiräumen, in denen selbstbestimmtes Lernen erfolgen kann.

- [...]

- Verbindung von Theorie und Praxis

Nach: BAYRISCHES STAATSMINISTERIUM FÜR UNTERRICHT UND KULTUS (Hrsg.), S. 18f).

1.2.4. Organisatorische Überlegungen

Ohne sorgfältig geplante Vorbereitungen kann keine Form von Unterricht stattfinden, dies gilt in besonderem Maße für den zeit- und materialintensiven Experimentalunterricht.

Vorbereitungen des Lehrers:

Die unterrichtende Lehrkraft muss mit den grundlegenden Konzepten von Experimenten vertraut sein. Ohne entsprechendes theoretisches Hintergrundwissen können sich sehr leicht „peinliche Momente“ einstellen, wenn z.B. ein unerwartetes Ergebnis auftaucht, mit dessen Erscheinen man nicht gerechnet hat aufgrund von nicht ausreichender Information. Zahlreiche Buchautoren beschäftigen sich mit dem Thema „Experimente im Geographieunterricht“, so dass es sich als nicht allzu schwer herausstellen dürfte, ein entsprechendes Grundlagenwissen zu erwerben. Natürlich sind auch der Austausch mit befreundeten Pädagogen oder Fortbildungen gute Informationsquellen.

Vorbereitung der Schüler:

Eine Einführungsstunde ist in jedem Fall sinnvoll, v.a. wenn bisher nur Frontalunterricht stattgefunden hat. Hilfreich für die Schüler kann eine Art „Kochrezept“ sein, in dem die einfachen Grundregeln zusammengefasst dargestellt werden und entweder als Folie oder direkt als Kopie verfügbar sind. Ferner sollte den Schülern der Zweck von Experimenten deutlich gemacht werden. Hierzu sind einige Graphiken und Karikaturen verfügbar, die einfach und dennoch einleuchtend die Notwendigkeit einer handlungsorientierten Unterrichtsform darstellen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

NEBEL, S. 4/5.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

MÜLLER, S. 21.

Materialbeschaffung:

Die Materialbeschaffung stellt sich oftmals als größtes Hindernis heraus. Manche Experimente benötigen große Apparaturen (Sandkasten), manche Chemikalien (Salzsäure zur Kalklösung). Gefährliche oder kostenintensive Materialien sind nicht immer einfach zu besorgen und es erfordert manchmal einiges an Kreativität seitens der Lehrkraft.

Sehr viele Experimente lassen sich aber auch mit den einfachsten Haushaltsgegenständen durchführen, was zum einen die Kosten auf ein Minimum reduziert, zum anderen die Schüler ermutigt, das Experiment zu Hause noch einmal nachzumachen.

Vorbereitung des Klassenzimmers:

Für die Durchführung mancher Experimente benötigt man einen Fachraum, v.a. wenn Chemikalien oder eine Hitzequelle (Bunsenbrenner) erforderlich sind. Hier bietet sich z.B. der Chemiesaal an. Zu beachten sind Komplikationen mit dem Stundenplan, die unbedingt in der Planungsphase mit bedacht werden müssen. Kann das Experiment im Klassenzimmer durchgeführt werden, müssen weitere Punkte Beachtung finden:

- Ist der Raum groß genug?
- Werden Steckdosen benötigt? Verlängerungskabel und Mehrfachsteckdosen nicht vergessen!
- Reinigungszubehör muss bereitgehalten werden (Küchentücher, Eimer, Lappen etc.)
- Material muss zu Experimentbeginn komplett bereit liegen, Arbeitsanweisungen am Besten laminieren!
- Sind die Lichtverhältnisse dem Versuch angemessen?
Die Liste könnte je nach Experiment endlos weitergeführt werden. Eventuelle Probleme sind deshalb unbedingt im Vorab zu berücksichtigen.

1.2.5. Methodische Planung

Nach RINSCHEDE (S. 279f), NIEMZ (S. 161) und LEHMANN (S. 22ff) gilt es folgende Aspekte zu berücksichtigen:

- Bei der Auswahl des Experimentes sollte Wert gelegt werden auf eine möglichst einfache Auswahl der benötigten Hilfsmittel. Eine adressatengemäße Auswahl ist ebenso wichtig wie die Wahl der zeitlichen Dimensionen, d.h. ein Experiment sollte in einer Unterrichtsstunde (45 Minuten) problemlos durchführbar sein.
- Bei der methodischen Planung sind zu beachten: Sozialform in der Klasse, genau geplante Arbeits- und Beobachtungsaufträge mit Zielsetzung, jedoch ohne Anspielung auf die Ergebnisse und die Möglichkeit, bei Bedarf durch andere Lehrer Hilfe zu bekommen.
- Das Experiment muss vor seinem Einsatz unbedingt mehrmals durchgeführt worden sein. Nur so lassen sich evtl. auftauchende Probleme beseitigen, und das Augenmerk der Schüler ist gezielt auf den Ablauf / Prozess gerichtet, und nicht auf die Apparaturen. Die benötigten Materialien und der benötigte Raum müssen wirklich vorhanden sein und zur freien Verfügung stehen. Das Experiment muss vor der Durchführung sauber aufgebaut sein.
- Während des Einsatzes müssen die Schüler gute Steh- und Sichtverhältnisse haben. Jeder Schüler muss in der Lage sein, das Experiment mitzuverfolgen und ggf. zu protokollieren. Beim Misslingen sollte das Experiment, sofern es der zeitliche Rahmen erlaubt, wiederholt werden. Auftauchende Fragen werden besprochen.
- Während der Nachbereitung sollte das durchgeführte Experiment in all seiner Beschaffenheit Revue-Passieren. Das Experiment muss sein Ziel erreicht haben. Eine Diskussion über die guten und schlechten Seiten kann hilfreich sein.

1.2.6. Verlaufsphasen

Der Einsatz von Experimenten ist in unterschiedliche Phasen unterteilt (vgl. RINSCHEDE, S. 280f, NIEMZ, S. 161, SALZMANN, S. 93-102, OTTO, S. 5):

- Einführungs- und Vorbereitungsphase: die Schüler sollen die Problemstellung erkennen (Hypothesenbildung). Die Schüler verstehen, dass mit Hilfe eines Experiments das Problem anschaulich gelöst werden kann. Ein experimentelles Verfahren wird dabei entwickelt.
- Erläuterungsphase: den Schülern soll der Zusammenhang zwischen Wirklichkeit und Modell verdeutlicht werden. Die Beobachtung der Schüler soll so gezielt gerichtet werden auf besonders wichtige Punkte und auf die Intention des Experiments.
- Experimentierphase: das Experiment wird unmittelbar nach dem Verteilen der Beobachtungsaufgaben durchgeführt. Komplizierte Experimente können in Teilschritte mit jeweiliger Teilzielsicherung zerlegt werden. Einzelne Teiletappen können, wenn möglich, wiederholt werden.
- Auswertungs- und Transferphase: während des Versuchs gemachte Beobachtungen und gewonnene (Mess-) Ergebnisse werden erklärt. Ferner wird vom Modell abstrahiert und die eingangs gestellte Hypothese falsifiziert oder verifiziert. Es erfolgt ein Transfer auf die geographische Wirklichkeit.
- Sicherungs- und Vertiefungsphase: durch die Anfertigung eines Versuchsprotokolls werden wichtige Punkte wie der Versuchsaufbau, die Beobachtungen, eine erklärende Beschreibung und der Transfer fixiert. Dadurch wird das Erlernte zugleich wiederholt.

1.2.7. Vor- und Nachteile

Demonstrationsexperimente haben gegenüber Schülerexperimenten den Vorteil, unter Anleitung des Lehrers auch schwierige Sachverhalte experimentell zu demonstrieren. Ferner können bei der Durchführung auch gefährliche Stoffe und Gegenstände (Säuren, Bunsenbrenner etc.) zum Einsatz kommen, die das Spektrum an Experimenten erheblich erweitern. Da einzelne Schüler nicht mit der Organisation und Beschaffung von Materialien etc. betraut sind, ergibt sich dbzgl. für den Lehrer ein relativ kleines Risiko, auf einmal „mit leeren Händen“ dazustehen. Nachteilig ist natürlich, dass die Schüler wieder meist nur rezeptiv tätig sind, d.h. sie bekommen neue Sachverhalte zwar spannend präsentiert, die Forderung nach mehr Selbsttätigkeit der Schüler wird jedoch nicht berücksichtigt. Ein weiterer Nachteil ist die komplette Alleinverantwortung für den Lehrer, von der Planung und Organisation bis hin zur Durchführung und zum Aufräumen.

1.3. Schülerzentrierter Experimentalunterricht - Schülerexperimente

1.3.1. Vorbemerkung

An dieser Stelle sei kurz erwähnt, dass sich die beiden Formen des Experimentalunterrichts sehr stark ähneln. An einigen Stellen wird deshalb auf bereits erbrachte Definitionen und Erklärungen in Kapitel 1.1. und 1.2. verwiesen. Es wird im Wesentlichen auf die Unterschiede bzw. die noch zu ergänzenden Punkte eingegangen.

1.3.2. Definition

Bei Schülerexperimenten handelt es sich um sog. Aktionsexperimente (vgl. RINSCHEDE, S. 276). Schüler führen dabei „mit dem Ziel, durch Selbsttätigkeit zu bestimmten Fertigkeiten und Einsichten zu gelangen“ (HAUBRICH, S. 186) die Experimente selber und eigenverantwortlich durch. Der Lehrer sorgt dabei für eine „niveauvolle Präsentation und Verknüpfung mit den theoretischen Lerninhalten“ (RINSCHEDE, S. 276). LEHMANN unterteilt weiter in die Gruppe

a) [...]

b) Experimente, die zur stofflichen Untersuchung eines geographischen Mikroobjektes dienen und sich im Rahmen experimenteller Schülerübungen anwenden lassen.“

(LEHMANN, S. 14).

1.3.3. Prinzipien

Die Schüler werden mit umfangreichen Aufgaben betraut, wie z.B. Materialbeschaffung oder Aufbau der Apparatur. Wenn auch von manchen als Einschränkung gesehen, sollten damit v.a. die zuverlässigsten Schüler beauftragt werden. Selbstverständlich bezieht sich diese Forderung nur auf alltagsübliche Gegenstände, Chemikalien oder ähnliche Materialien müssen natürlich vom Lehrer zur Verfügung gestellt werden. Wichtig ist eine Einführungsstunde, in der die Ziele und das allgemeine Vorgehen beim Experimentieren besprochen werden. Dabei können auch sämtliche auftretende Fragen bzgl. des Verlaufs etc. geklärt werden. Diese Einführung ist wohl unerlässlich, da in den meisten Klassen kaum schon einmal Experimente im größeren Rahmen durchgeführt wurden (vgl. Kap. 4.2.8.).

1.3.4. Einordnung in den Lehrplan

An dieser Stelle wird auf die ausführlichen Erläuterungen in Kap. „1.2.3. Einordnung in den Lehrplan“ verwiesen. Ich bitte hierfür um Verständnis.

1.3.5. Organisatorische Überlegungen

Vorbereitung des Lehrers:

Die Lehrkraft muss natürlich mit den Eigenschaften des Experimentalunterrichts vertraut sein (vgl. Kap. 1.2.4.). Ferner sollte sich der Lehrer darauf einstellen, dass u.U. nicht alles wie geplant verlaufen wird, denn immerhin obliegt die Durchführung den Schülern. Kleinere Probleme sind unvermeidbar, stellen aber insbesondere eine Herausforderung dar, denn altbekannt gilt: Nur aus Fehlern lernen wir! Vielen Lehrern wird es schwer fallen, die vermeintliche Kontrolle aus der Hand zu geben und den Dingen ihren Lauf zu lassen. Ist die Klasse aber gut eingewiesen worden und v.a. interessiert (was in den meisten Fällen kein Problem sein dürfte), so stellt das Schülerexperiment eine willkommene Abwechslung dar. Denn der Lehrer hat tatsächlich, wenn alles „läuft“, nicht mehr viel zu tun und tritt höchstens ab und zu helfend in Aktion.

Vorbereitung der Schüler:

Die Schüler müssen unabdingbar in freie Arbeitsweisen eingewiesen worden sein. Sie müssen gezielt Beobachtungsaufträgen folgen können, protokollieren können und auch manuell tätig werden. Eine Interaktion zwischen einzelnen Schülern ist gewünscht, Grundregeln des Verhaltens müssen bekannt sein (vgl. Kap. 1.2.4.). Niedrige Jahrgangsstufen müssen besondere Beachtung finden, da hier noch sehr stark die spielerische Komponente im Vordergrund steht und nicht das wissenschaftliche Arbeiten. Eine gründliche Einweisung erspart Ärger!

Materialbeschaffung:

Auch hier geht mein Verweis auf Kap. 1.2.4., in dem bereits auf die Beschaffung von Materialien eingegangen wurde. Bei Schülerexperimenten, wie bereits erwähnt, können die Schüler selber mit der Beschaffung einfacher und problemloser Gegenstände betraut werden.

Vorbereitung des Klassenzimmers:

Hier gilt selbiges wie in Kap. 1.2.4. Zu beachten ist zusätzlich, dass es bei der Durchführung einzelner Experimente zu kleineren Pannen kommen kann. Vielleicht sollte man aus diesem Grund etwas mehr Reinigungsmaterial bereithalten.

1.3.6. Methodischer Ablauf

Der methodische Ablauf ähnelt weitgehend dem in Kap. 1.2.5. Besprochenen. Auch hier ist eine gründliche Einführung in die Thematik des Experimentierens von großer Bedeutung.

1.3.7. Vor- und Nachteile

Auch Schülerexperimente haben einige Vorteile. Zu nennen sind v.a. die geforderte Selbstständigkeit und Selbsttätigkeit der Schüler. Das ganzheitliche Lernen mit Kopf, Herz und Hand fördert die eigene Kreativität. Lösungsstrategien werden entwickelt, Teamwork wird geübt und der eigenen Leistung wird mehr Vertrauen geschenkt. Nachteile sind u.U. die teilweise hohen Klassenfrequenzen von über 30 Schülern, die es fast unmöglich machen, in freier Arbeit tätig zu sein. Zudem kann es für die Schüler, die nicht direkt am Experiment beteiligt sind, schnell langweilig und uninteressant werden. Schwierige Sachverhalte können oftmals nicht alleine verstanden werden und es besteht die Gefahr, dass sich falsches Wissen fossilisiert. Hier sollte die Lehrkraft nicht zögern, das Experiment durch eine kurze Erklärungsphase zu unterbrechen. Im Anschluss können die Schüler das Experiment fortsetzen, haben dafür aber verstanden, „worum es geht“. Führen die Schüler ein Experiment komplett in allen Phasen selber durch, kann streckenweises Chaos befürchtet werden, wenn einige nicht zuverlässige Schüler Materialien vergessen etc. Mit einem deutlich höheren Zeitaufwand bei der Durchführung ist dann zu rechnen.

1.4. Demonstrations- und Schülerexperimente im kurzen Vergleich (Hypothesenbildung)

Die Theorien des Experimenteinsatzes im Geographieunterricht wurden eingehend erläutert. Beide Klassen haben es mit Experimenten zu tun, was an und für sich schon Motivation genug darstellt. Der Demonstrationsunterricht geht dennoch stark in die Richtung einer Mischung aus Frontalunterricht und Vorführung von Experimenten. Beide Formen haben Vor- und Nachteile. Bei dem recht komplexen Thema „Wetter und Klima“, das als Unterrichtsstoff gewählt wurde, ist dennoch zu erwarten, dass die Klasse mit den Schülerexperimenten auf lange Sicht das Wissen besser behält. In heute gängigen Testformen kann leider nicht oder nur sehr schwer geprüft werden, ob neben dem erworbenen kognitiven Wissen die sozialen, instrumentalen und affektiven Lerninhalte in gleicher Form gestärkt werden. So mag die Klasse mit Demonstrationsexperimenten vielleicht kurzzeitig eine bessere kognitive Leistung erbringen, durch die direkte Vermittlung des Lehrers bedingt. Auf lange Sicht werden die Inhalte aber wahrscheinlich schneller und in größerem Umfang vergessen werden als bei den Schülern, die die Experimente selber mit allen Sinnen durchführten.

2. Themenvorstellung: Experimente zu „Wetter und Klima“

2.1. Didaktische Analyse

2.1.1. Lehrplanbezug

Das Thema der Experimentreihen „Wetter und Klima“ findet sich im Lehrplan für die sechsstufige Realschule in Bayern für die Jahrgangsstufe 7. Dabei sind die Lerninhalte Teil der Unterrichtsreihen „Wetter und Klima“ sowie wegen der geographischen Lage mit Überschneidungen zu „Schwarzafrika“ (insbesondere zum Experiment „Tageszeitenklima am Äquator“ und „Passatkreislauf“) (vgl. BAYRISCHES STAATSMINISTERIUM FÜR UNTERRICHT UND KULTUS (Hrsg.), S. 250f).

2.1.2. Gesellschaftsrelevanz

Das tägliche Wettergeschehen ist von grundlegender Bedeutung für alle Menschen auf der Erde. Kaum ein anderes Thema wird mit solcher Inbrunst behandelt, sei es beim Smalltalk im Aufzug, beim Wetterbericht der Tagesschau oder einfach nur beim Spazierengehen. Ein solides fachliches Wissen über die Prozesse einzelner Wetterereignisse bilden einen jungen Menschen im besonderen Maße und ermöglichen ihm eine rege Teilnahme an Diskussionen und Fachgesprächen.

2.1.3. Anthropologisch-psychologische und situative Angemessenheit

Es gibt kein Leben ohne das, was wir oft lapidar als „Wetter“ bezeichnen. Unzählige klimatische Einflüsse auf den Menschen bilden unterschiedliche Kulturen, bringen neue Wirtschaftszweige hervor, zerstören Existenzen und Leben. Von besonderem Interesse für die Schüler sind in diesem Zusammenhang die Auswirkungen und die Entstehung von Naturkatastrophen. An aktuellen Ereignissen mangelt es daran leider nicht, wie uns schwere Erdbeben, Hurrikans und Überschwemmungen immer wieder vor Augen führen. Das Thema „Wetter und Klima“ ist schlichtweg allgegenwärtig.

2.1.4. Fachliche Repräsentanzeigenschaften

Problemeigenschaften:

Wettereinflüsse sind bestimmend für fast alle Prozesse auf der Erde. Sie beeinflussen alltägliche Prozesse (Spaziergang an einem sonnigen Tag) im gleichen Maße wie die technische Entwicklung der Menschheit (Solarzellen, Windkraftanlagen, Schutzdämme gegen Überflutungen, Frühwarnsysteme verschiedenster Arten). Die Schüler müssen sich über die Präsenz des Wetters bewusst werden.

Es ergeben sich daraus wichtige Problemfelder, von deren Existenz die Schüler unterrichtet werden müssen.

Exemplarische Eigenschaft:

Die Schüler lernen anhand einzelner regionaler Beispiele die grundlegenden Klimaphänomene. Durch Abstraktion lernen sie, dass man ein Thema wie das Wetter nicht regional begrenzt sehen kann, sondern dass Naturphänomene meist globalen Einflusscharakter haben (z.B. ein Hurrikan über dem Westatlantik zieht als Sturmausläufer über Europa).

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