Forschendes Lernen als Unterrichts­methode

Forschendes Lernen als aktive Unterrichtsmethode

Experimentieren, Zusammenhänge herstellen, Phänomene deuten: Forschendes Lernen steht für „Wissen aktiv erwerben“. Gerade für die MINT-Fächer mit ihren naturwissenschaftlichen Fragestellungen ist diese Methode besonders geeignet. Beim Recherchieren und Experimentieren, bei der Auswertung, Präsentation und Dokumentation eignen sich Schülerinnen und Schüler Wissen und naturwissenschaftliche Arbeitsmethoden besonders effektiv an. Gleichzeitig bauen sie wichtige Fach- und Schlüsselkompetenzen auf. Angeleitet von der Lehrkraft können die Lernenden dabei nach und nach immer umfangreichere Aufgaben selbst übernehmen.

Methode     Medien     Praxisbeispiele     Quellen

Der Forschungskreis

Eigenen Vermutungen nachgehen, selbst ausprobieren und Fragestellungen erforschen – Wissen aktiv erwerben. Entscheidend hierbei: das kontinuierliche Beraten, Begleiten, Unterstützen und Validieren durch die Lehrkraft.


Wissen gemeinsam erarbeiten

Hands-on und minds-on: Beim Forschenden Lernen gehen Schülerinnen und Schüler ihren eigenen Ideen und Vermutungen nach. Sie probieren selbst aus und erforschen Fragestellungen. Erkenntnisse, die sie sich auf diese Weise praktisch erarbeiten, prägen sich stärker ein, als rein in der Theorie erworbenes Wissen. Entscheidend ist dabei auch die Rolle der Lehrkraft

  • Sie gibt den theoretischen Rahmen vor und erklärt den Schülerinnen und Schülern die Terminologien, Theorien und Modelle.
  • Sie sorgt für eine angemessene Arbeitsatmosphäre.
  • Sie führt mit den Forschenden die Ergebnisse und Erkenntnisse stets auf die Ausgangsfrage und ihre Bedeutung für das Individuum und die Gesellschaft zurück.

Rahmenbedingungen für Forschendes Lernen

Forschendes Lernen hat in der anglo-amerikanischen Pädagogik als „inquiry based learning“ bereits eine lange Tradition. Auch aus unseren Bildungsplänen der technisch-naturwissenschaftlichen Fächer ist es kaum noch wegzudenken. Denn die heutigen Unterrichtsziele sowie Lehr-Lern-Konzepte sind überwiegend auf den Kompetenzaufbau und den Erwerb von anschlussfähigem Wissen ausgerichtet. Dazu kann Forschendes Lernen einen wichtigen Beitrag leisten.

Mehrere Studien zeigten, dass Forschendes Lernen Schülerinnen und Schüler überfordern kann (vgl. Clearinghouse 2017). Effektives Lernen ist aber dann gewährleistet, wenn die Lehrkräfte geeignete Rahmenbedingungen für den Einsatz dieser Methode schaffen:

  • Auswahl eines relevanten Themas für die Schülerinnen und Schüler, aus dem sie lebensnahe Forschungsfragen entwickeln können.
  • Bereitstellung von Hilfsmitteln, die zur Klärung offener Fragen verwendet werden können, z. B. Laborgeräte, Bücher oder Computer.
  • Sicherstellung geregelter Arbeitsprozesse von der Recherche über die Planung und Durchführung eines Experiments bis hin zur Auswertung und Aufbereitung der Ergebnisse.
  • Unterstützung individueller Lern- und Forschungsprozesse kleinerer und größerer Gruppen durch qualitatives Feedback, Erklärungen und gezielte Hinweise.

Lehrerinnen und Lehrer sollten dabei individuell auf die Forschenden eingehen und sie entsprechend ihrer persönlichen Kompetenzen ermutigen und fordern, ohne sie zu überfordern.

Lernziele des Forschenden Lernens

Wenn die oben genannten Rahmenbedingungen geschaffen werden, sind die Lernergebnisse des Forschenden Lernens vielfältig und nachhaltig:

  • Gesteigerte Motivation: Schülerinnen und Schüler sind die wichtigsten Akteure im eigenen Lernprozess. Das motiviert sie zur Auseinandersetzung mit Inhalten und Gegenständen.
  • Nachhaltig wirksames Erfolgserlebnis: Lösungen und Ergebnisse werden selbst erarbeitet und daher als persönlicher Erfolg erlebt.
  • Vertieftes Verständnis: Praktisch erworbene inhaltliche und prozessbezogene Kompetenzen durch das selbstständige Experimentieren vertiefen das Verstehen.
  • Erweiterte Handlungsmöglichkeiten: Schülerinnen und Schüler können das aktiv erworbene Wissen zu Inhalten und Methoden auf andere Fragestellungen übertragen – sowohl in einem naturwissenschaftlichen als auch gesellschaftlichen Kontext.
  • Gestärkte Teamfähigkeit und fachbezogene kommunikative Kompetenzen durch gemeinsame Arbeit in (Klein-)Gruppen.

Schließlich soll über das selbstständige naturwissenschaftliche Arbeiten auch ein angemessenes Bild von Naturwissenschaften und Technik vermittelt werden. Die Schülerinnen und Schüler lernen also auch etwas über die „nature of science“ (Höttecke 2014). Sie erfahren in der Praxis, was wissenschaftliche Forschung ausmacht.

Der lerntheoretische Hintergrund

Forschendes Lernen ist eng verknüpft mit der Vorstellung von Lernen als konstruktivem Prozess. Diese Vorstellung geht davon aus, dass Menschen auf Basis ihrer Erfahrungen gedankliche Strukturen entwickeln, mit deren Hilfe sie sich die Welt immer umfassender erschließen und letztlich globalen Herausforderungen stellen können. So erkunden zum Beispiel schon Säuglinge ihre Umwelt mit Hand und Mund. Dabei entwickeln sie mentale Konstrukte, die ihnen ein immer gezielteres Handeln ermöglichen.

Entscheidend sind Austausch, Reflexion und Perspektivenwechsel

Konstruktive Lernprozesse werden durch ein „ausgewogenes und zurückgenommenes Maß an Instruktion“ (Stangl 2018) optimal gefördert. Das heißt, der individuelle Lernprozess ist eng an eine Bezugs- und/oder Lehrperson sowie verschiedene Hilfsmittel geknüpft. Unterstützend wirkt auch der Austausch mit Gleichaltrigen: Schülerinnen und Schüler erfahren andere Perspektiven, reflektieren dabei und lernen, ihre Vorstellungen anzupassen.

Eine weitere Form der Auseinandersetzung mit der Umgebung ist bei den Naturwissenschaften das Experiment bzw. die praktische Untersuchung. Jede Vermutung, die durch eine eigene Erfahrung bestätigt oder widerlegt werden kann, führt zu einem Erkenntnisgewinn. Dieser wiederum hilft dabei, sich im Leben besser zurechtzufinden.

Forschendes Lernen ist besonders effektiv

Die praktische Auseinandersetzung mit Objekten und Themen fördert das Lernen beziehungsweise macht es überhaupt erst möglich. Unbestritten ist auch, dass Wissen, das durch selbstständiges Entdecken und eigene Erfahrungen erworben wird, bei den Lernenden nachhaltiger verankert wird. Zudem verstärkt der Bezug zu einem lebensnahen Kontext deren Motivation und Interesse. Besonders gute Lernerfolge werden darüber hinaus durch ein ausgewogenes Verhältnis von selbstständigem und angeleitetem Arbeiten erzielt. Das zeigen zahlreiche Studien aus den letzten 20 Jahren.

Reflexion und das richtige Feedback machen den Unterschied

Die Lernwirksamkeit wird zudem erhöht, wenn die Lernenden bei der Auswertung von Experimenten Zeit haben, ihre eigenen Vorstellungen zu diskutieren. Begleitstudien zu PISA 2015 stellten fest, dass die Reflexion wichtiger ist, als weitere Versuche zu selbst entwickelten Fragestellungen zu ermöglichen.

Die Clearing House Studie (2017) schließlich fasst für das Lernen im Zusammenhang mit Experimenten zusammen: „Auf die Unterstützung kommt es an!“. Teil der Unterstützung durch Lehrerinnen und Lehrer sollte immer auch die Einordnung der Erkenntnisse sein, zum Beispiel durch Kommentare wie: „Das habt ihr jetzt gelernt!“, „So gehen eine Naturwissenschaftlerin oder ein Naturwissenschaftler vor!“, „Das ist eine sinnvolle Strategie!“. Diese Feedbacks sind wichtig, weil sie die Lernenden ermutigen und ihnen helfen, den eigenen Lernprozess zu verstehen.

Über den Autor

Nach drei Jahrzehnten in der Ausbildung von Lehrerinnen und Lehrern (Universität Kassel) und einem Jahrzehnt intensiver Unterrichtsentwicklung und Fortbildung (SINUS und SINUS-Transfer): Seit 2011 bietet Dr. Lutz Stäudel seine Erfahrungen für Fachkollegien an Schulen, zur Qualifikation von Multiplikatorinnen und Multiplikatoren sowie für andere Bildungsinstitutionen an.

www.guteunterrichtspraxis-nw.org

Medien für den Einsatz der Methode

Alle Experimente, gelistet nach den Themen Energie, Umwelt und Gesundheit sowie nach Altersgruppen, finden Sie in der
Experimento-Matrix

Experimento | 4+: Batterien und ihre Entsorgung

Das Medienpaket enthält die Anleitung zum Experiment für die Erziehungskraft. Ergänzend sind weiterführende Medien wie einzelne Grafiken oder Schaubilder zum Themenkomplex enthalten.

Experimento | 8+: A3 Komplexe Stromkreise

Das Medienpaket enthält die Anleitungen zum Experiment für die Lehrkraft und die Schülerinnen und Schüler. Ergänzend sind weiterführende Medien wie einzelne Grafiken oder Schaubilder zum Themenkomplex enthalten.

Experimento | 10+: A3 Zitronen- und andere Batterien

Das Medienpaket enthält die Anleitungen zum Experiment für die Lehrkraft und die Schülerinnen und Schüler. Alle Fragen zum Experiment werden in einem separaten Lösungsblatt beantwortet. Ergänzend sind weiterführende Medien wie DFU-Arbeitsblätter oder eine Linkliste zum Themenkomplex des Experiments enthalten.

Experimento | 4+: Herzschlag und Atmung

Das Medienpaket enthält die Anleitung zum Experiment für die Erziehungskraft. Ergänzend sind weiterführende Medien wie einzelne Grafiken oder Schaubilder zum Themenkomplex enthalten.

Experimento | 8+: B1 Wasserkreislauf

Das Medienpaket enthält die Anleitungen für die Lehrkraft und die Schülerinnen und Schüler. Ergänzend sind weiterführende Medien wie einzelne Grafiken oder Schaubilder zum Themenkomplex enthalten.

Experimento | 10+: B3 Wie funktioniert die Mülltrennung?

Das Medienpaket enthält die Anleitungen zum Experiment für die Lehrkraft und die Schülerinnen und Schüler. Alle Fragen zum Experiment werden in einem separaten Lösungsblatt beantwortet. Ergänzend sind weiterführende Medien wie DFU-Arbeitsblätter oder eine Linkliste zum Themenkomplex des Experiments enthalten.

Experimento | 4+: Tiere füttern

Das Medienpaket enthält die Anleitung zum Experiment für die Erziehungskraft. Ergänzend sind weiterführende Medien wie einzelne Grafiken oder Schaubilder zum Themenkomplex enthalten.

Experimento | 8+: C1 Nährstoffe

Das Medienpaket enthält die Anleitungen für die Lehrkraft und die Schülerinnen und Schüler. Ergänzend sind weiterführende Medien wie einzelne Grafiken oder Schaubilder zum Themenkomplex enthalten.

Experimento | 10+: C5 Welche Aufgaben hat die Haut?

Das Medienpaket enthält die Anleitungen zum Experiment für die Lehrkraft und die Schülerinnen und Schüler. Alle Fragen zum Experiment werden in einem separaten Lösungsblatt beantwortet. Ergänzend sind weiterführende Medien wie DFU-Arbeitsblätter oder eine Linkliste zum Themenkomplex des Experiments enthalten.

Experimento Matrix

Alle digitalen Medien zu Experimento auf einen Blick.

Praxisbeispiel

Luftverschmutzung erkennen und begreifen


Benötigte Materialien für das Experiment „Verschmutzung der Luft“.

Manche Schülerinnen und Schüler kommen mit dem Rad zur Schule, andere werden mit dem Auto gebracht. Zuhause hören sie, dass Feinstaub die Umwelt belastet und einige Eltern überlegen, wegen eines drohenden Dieselfahrverbots ihr Auto zu verkaufen. Doch was sind die Ursachen für Luftverschmutzung? Wie können wir uns verhalten um Schadstoffe einzusparen? Unsere Unterrichtsmaterialien zum Thema „Luftverschmutzung“ eignen sich für einen forschend-entdeckenden Zugang. Sie können beispielsweise für Schülerinnen und Schüler der vierten Grundschulklasse im Rahmen des Sachunterrichts zur Umwelterziehung eingesetzt werden.

Zunächst wirft die Lehrkraft die Frage auf, welche Gefahren von Autos und anderen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor für die Umwelt ausgehen. Die Klasse äußert Ideen und Vermutungen, diese werden schriftlich festgehalten. Nach dem kurzen Brainstorming verengt die Lehrkraft die Diskussion darauf, was genau Luftverschmutzung eigentlich bedeutet und wie sie vermieden werden kann.

Zur Klärung dieser Frage eignen sich eine Reihe von Experimenten zum Thema „Luftverschmutzung“ (Experimento | 8+: B3). Die Schülerinnen und Schüler sollen Schadstoffen, die mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen sind, auf die Spur kommen. Mit Hilfe eines Reagenzglases fangen sie den Ruß eines brennenden Teelichts ein, mit einem Klebefilm Schmutzteilchen von glatten Oberflächen. So lernen sie, dass bei Verbrennungsprozessen Produkte wie Ruß oder Wasserdampf entstehen, die in die Luft gelangen und sich auch auf Oberflächen absetzen. Ruß zählt zum Feinstaub, der die Atemwege nachhaltig schädigen kann.

Wie bei der Verbrennung der Kerze entsteht Feinstaub auch bei Verbrennungsmotoren von Autos. Mit dieser Analogie erfahren Schülerinnen und Schüler die Gründe für die Entstehung von Ruß und Feinstaubpartikeln. Was aber können wir tun, um der Luftverschmutzung entgegenzuwirken? Über einen kurzen Exkurs zur Funktionsweise eines Staubsaugers, bringt die Lehrkraft den Kindern anschaulich die Bedeutung und Funktionsweise eines Filters bei. Mit diesem Hintergrundwissen fällt es ihnen leicht, auch die Wirkung eines Filters im Automotor zu verstehen: er kann verhindern, dass die Schadstoffe, die bei der Verbrennung entstehen, in die Luft gelangen.

In einer abschließenden Diskussion etwa über das Für und Wider von Autofahren sollen sich die Schülerinnen und Schüler auf Basis des Erlernten zu Wort melden. Sie entwickeln erste Standpunkte und sollen Werte wie Nachhaltigkeit und Verantwortungsübernahme in Ansätzen reflektieren.

Auf einen Blick:

  • Thema „Luftverschmutzung“ für den Sachunterricht Umwelterziehung einer vierten Grundschulklasse
  • Lehrplanrelevanz
    • Luft für die Schülerinnen und Schüler erfahrbar machen.
    • Ursachen für die Luftverschmutzung entdecken und erkennen.
    • Bedeutung von frischer Luft für das Wohlbefinden näher bringen.
    • Reflexion über das eigene Verhalten und das der Familie.
  • Werte im Fokus
    • Nachhaltigkeit: bewusster Umgang mit der Luft.
    • Verantwortungsübernahme: Jede Person kann einen Betrag zum Umweltschutz leisten.

Praxisbeispiel

Treibhauseffekt erfahrbar machen


Einfaches Modell eines Treibhauses: Ein Becher aus transparentem Kunststoff, der mit einem Deckel verschlossen ist, und schwarzes Papier als Absorber.

Der Klimawandel als Folge menschlicher Eingriffe in die Natur zählt zu den drängendsten Umweltproblemen unserer Zeit. Ein guter Anlass, sich mit dieser Thematik im naturwissenschaftlich-technischen Unterricht auseinanderzusetzen, kann der Welttag der Umwelt am 5. Juni sein.

Der Begriff „Treibhauseffekt“ fällt bei der Diskussion um den Klimawandel immer wieder. Was verbirgt sich dahinter? Wie kommt der typische Erwärmungseffekt zustande? Für diese und weitere Fragen bietet das Medienpaket Experimento | 10+ „B2 Treibhauseffekt im Trinkbecher – Ein Modell zur Klimaänderung“ jede Menge Anregungen. Es ist geeignet für den Einsatz in den Fächern Biologie, Chemie, Physik oder Geografie an weiterführenden Schulen. Das Experiment „B2 Treibhauseffekt im Trinkbecher“ macht die Vorgänge für die Schülerinnen und Schüler im Kleinen sichtbar.

Die Forschenden messen die Temperatur bei Bestrahlung mit einer Lichtquelle im offenen und geschlossenen Becher und mit unterschiedlichen Absorber-Materialien. Gezielte Fragen führen zu den Vorgängen auf der Erde und zum Treibhauseffekt hin. Die Experimentieranleitung für die Lehrkraft sowie die Sachinformation „Treibhauseffekt“ geben fundierte Informationen zum Hintergrund.

Dass ohne den natürlichen Treibhauseffekt ein Leben auf der Erde gar nicht möglich wäre, verdeutlicht die interaktive Grafik „Treibhauseffekt vom Menschen verursacht?“. Sie stellt drei Szenarien dar: die Erde ohne Treibhauseffekt, den natürlichen Treibhauseffekt und den anthropogen verstärkten Treibhauseffekt. Ebenso veranschaulicht sie, wie der Mensch den Treibhauseffekt verstärkt, indem physikalische Sachverhalte vorgestellt und erklärt werden.

Mit dem Wissen um die Hintergründe können die Schülerinnen und Schüler nach Lösungen suchen. Eine Möglichkeit ist etwa die Reduzierung von Treibhausgasen wie CO2 durch Einschränkungen beim Verbrauch fossiler Energieträger. Hierzu liefert das Tortendiagramm innerhalb der Grafik „Weltweiter Verbrauch fossiler Energieträger“ eine Übersicht über den prozentualen Anteil von Kohle, Erdöl und Erdgas an der weltweiten Primärenergieversorgung.

Hintergrundinformation
zu Experimento

Forschendes Lernen zu den Themengebieten Energie, Umwelt und Gesundheit

Das internationale Bildungsprogramm Experimento wurde von der Siemens Stiftung in Zusammenarbeit mit der Stiftung Haus der kleinen Forscher entwickelt. Gemeinsam mit unabhängigen Experteninnen und Experten aus Forschung und Lehre erarbeiteten sie ein Konzept zum selbstständigen Experimentieren, Erforschen und Begreifen von Naturphänomenen und technischen Entwicklungen: Globale Herausforderungen wie der Einsatz erneuerbarer Energien werden greifbar und können nachhaltig verinnerlicht werden. Die Forschenden erlangen auf diese Weise spielerisch und wissenschaftlich grundlegende MINT-Kompetenzen. Der Fokus von Experimento liegt auf den Themen Energie, Umwelt und Gesundheit.

Weitere Informationen zum Programm erhalten Sie auf der Projektseite der Siemens Stiftung.

Fortbildungen

Sie haben Interesse an einer Fortbildung zum Forschenden Lernen? Hier finden Sie unser Angebot an kostenlosen Experimento-Schulungen der Siemens Stiftung für Lehrkräfte.

Evaluation

Eine Evaluation zum Programm wurde vom Lehrstuhl für Schulpädagogik der TU München und dem Lehrstuhl Didaktik der Biologie der LMU München in den Jahren 2018 bis 2020 durchgeführt. Den Bericht mit Ergebnissen sowie einen Leitfaden für die Unterstützung weiterer Evaluierungen des Programms Experimento finden Sie hier:

Bericht zur Evaluation des Bildungsprogramms Experimento | 8+

Leitfaden zur Evaluation des Bildungsprogramms Experimento

Quellen

Hattie, J. (2012): Visible Learning for Teachers – Maximizing impact on learning. London & New York: Routledge.
Hier finden Lehrkräfte die ständig aktualisierte Liste der lernförderlichen Faktoren:
https://visible-learning.org/de/hattie-rangliste-einflussgroessen-effekte-lernerfolg/

PISA 2015 (2016): Eine Studie zwischen Kontinuität und Innovation. Münster, Waxmann Verlag. Verfügbar unter: https://mediatum.ub.tum.de/doc/1340317/1340317.pdf [10.12.2020]

Hetmanek, A., Knogler, M.& CHU Research Group (2017): Forschendes Lernen: Auf die Unterstützung kommt es an! Verfügbar unter https://www.clearinghouse.edu.tum.de/reviews/forschendes-lernen/forschendes-lernen-auf-die-unterstuetzung-kommt-es-an Kurzreview 5 [10.12.2020]

Dies. Forschendes Lernen oder lehrerzentrierte Ansätze im naturwissenschaftlichen Unterricht: Was ist effektiver? Verfügbar unter https://www.clearinghouse.edu.tum.de/reviews/forschendes-lernen/forschendes-lernen-oder-lehrerzentrierte-ansaetze-im-naturwissenschaftlichen-unterricht-was-ist-effektiver> Kurzreview 1 [10.12.2020]

Stangl, W. (2018): Stichwort: 'Konstruktivismus'. Online Lexikon für Psychologie und Pädagogik. Verfügbar unter http://lexikon.stangl.eu/194/konstruktivismus, [10.12.2020]

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