Forschendes Lernen als Unterrichts-methode

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

Wissen gemeinsam erarbeiten

Hands-on und minds-on: Beim Forschenden Lernen sollen Schülerinnen und Schüler ihren eigenen Ideen und Vermutungen nachgehen, selbst ausprobieren und Fragestellungen erforschen. Erkenntnisse, die sie sich auf diese Weise praktisch erarbeiten, prägen sich stärker ein, als rein theoretisch 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 den Einzelnen und die Gesellschaft zurück.

Rahmenbedingungen für Forschendes Lernen

Forschendes Lernen hat in der anglo-amerikanischen Pädagogik als „inquiry based learning“ bereits eine lange Tradition. Aber auch aus unseren Bildungsplänen der naturwissenschaftlichen Fächer ist es kaum noch wegzudenken. Denn Unterrichtsziele sind heute überwiegend auf den Kompetenzaufbau 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 Lehrerinnen und Lehrer geeignete Rahmenbedingungen für das Forschende Lernen 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 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).

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 können. So erfahren 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 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 geht 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) bietet Dr. Lutz Stäudel seit 2011 seine Erfahrungen für Fachkollegien an Schulen, zur Multiplikatoren-Qualifikation und für andere Bildungsinstitutionen an.

www.guteunterrichtspraxis-nw.org

Quellen

Hattie, J. (2012): Visible Learning for Teachers – Maximizing impact on learning. London & New York: Routledge

PISA 2015 (2016): Eine Studie zwischen Kontinuität und Innovation. Münster, Waxmann Verlag, Verfügbar unter: https://www.pisa.tum.de/fileadmin/w00bgi/www/Berichtsbaende_und_Zusammenfassungungen/PISA_2015_eBook.pdf [03.11.2016]

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 [13.07.2017]

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 [12.07.2017]

Stangl, W. (2018): Stichwort: 'Konstruktivismus'. Online Lexikon für Psychologie und Pädagogik. Verfügbar unter http://lexikon.stangl.eu/194/konstruktivismus, [28.01.2018]

Medien für den Einsatz der Methode

Alle Experimente, gelistet nach Themen und 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 Medien zu Experimento.

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 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“ in den Fächern Biologie, Chemie, Physik oder Geografie an weiterführenden Schulen jede Menge Anregungen. Für die Schüler macht das Experiment „B2 Treibhauseffekt im Trinkbecher“ die Vorgänge im Kleinen sichtbar.

Die Schüler 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 Lehreranleitung zum Experiment sowie die Die Sachinformation „Treibhauseffekt“ geben fundierte Hintergrundinformationen.

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 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.