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Die beste Strategie fürs Unterrichten

Experimente sind das A und O im naturwissenschaftlichen Unterricht. Das hat auch Johanna Krüger in ihrer Doktorarbeit bestätigt. Sie untersuchte verschiedene Lehrmethoden hinsichtlich Motivation und Lerneffekt.

Labortisch mit Flaschen
© Johanna Krüger

Experimente in der Forschungswerkstatt: Wie verhalten sich Algen, wenn sich die Temperatur des Wassers erhöht?

Erst Grundlagen vermitteln und dann komplexere Zusammenhänge erläutern: Das ist im Schulunterricht das übliche Vorgehen. Doch ist diese Reihenfolge tatsächlich zielführend? Was passiert, wenn das Prinzip umgekehrt wird? Lassen sich Kinder und Jugendliche auf die Art vielleicht besser motivieren? Und wie wirkt sich das am Ende auf ihre Lernerfolge aus? Diesen Fragen geht Johanna Krüger in ihrer Doktorarbeit am Kiel Science Outreach Campus (KiSOC) nach.

Vier Jahre lang hat die KiSOC-Doktorandin, die an der Kieler Universität ihren Master of Education in den Fächern Biologie und Geographie gemacht hat, im ozean:labor der Kieler Forschungswerkstatt das Zusammenspiel verschiedener Lehrmethoden und deren Auswirkungen erforscht. Dafür hat sie mit über 500 Jugendlichen aus der Oberstufe gearbeitet. »Ich wollte wissen, was passiert, wenn die Jugendlichen als Erstes das große, komplexe Ganze erleben und dann erst die Grundlagen erfahren.«

Das große Ganze ist in ihrem Fall die »Ostsee der Zukunft«. Zu diesem Thema hat Krüger ein Angebot für die Arbeit mit Schulkassen im ozean:labor entwickelt. »Es geht dabei um das Ökosystem der Ostsee und wie es sich verändert, wenn das Wasser sich erwärmt, wenn es überdüngt oder sauer wird und/oder sich der Salzgehalt verändert.« An ihrem Labortag in der Kieler Forschungswerkstatt erarbeiten sich die Teilnehmenden mit wissenschaftlichen Experimenten Antworten auf diese Fragen. »Die Experimente sind die Grundlagen«, erklärt die Nachwuchswissenschaftlerin, die zunächst in Vorträgen die Zusammenhänge darstellte. Doch das reichte ihr nicht, um die Komplexität des Zusammenspiels im Ökosystem zu erklären. »Dafür braucht es eine mit wissenschaftlichen Daten gefütterte Computersimulation«, war ihr klar. Die gab es jedoch nicht in den Schülerlaboren. Also hat Krüger in interdisziplinärer Zusammenarbeit mit Forscherinnen und Forschern vom GEOMAR – Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und dem Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik an der Universität Kiel (IPN) ein solches Programm erstellt. Es zeigt eine farbenfrohe Unterwasserlandschaft. In der können Schülerinnen und Schüler mit dem Verschieben eines Reglers am Bildschirm sehen und ablesen, wie sich eine zwei oder vier Grad wärmere Ostsee auf Algen, Muscheln, Krebse und andere Lebewesen auswirkt und was sich ändert, wenn gleichzeitig eine Überdüngung vorliegt. »Bei den Experimenten können wir immer nur einen Einflussfaktor zur Zeit testen. Mit der Computersimulation ist es möglich, mehrere Veränderungen gleichzeitig zu untersuchen und komplexe Inhalte darzustellen.«

Um zu untersuchen, inwieweit sich die Reihenfolge der Wissensvermittlung auf die Schülerinnen und Schüler, ihre Motivation, ihr Lernverhalten und den Wissenszuwachs auswirkt, hat Krüger die Jugendlichen in zwei Gruppen geteilt. Die eine Hälfte hat sich zunächst zwei Stunden lang mit Experimenten beschäftigt und Fragen dazu beantwortet, bevor es – ebenfalls zwei Stunden lang – an die Computersimulation ging. Die andere Hälfte suchte zuerst am Computer intensiv nach Antworten auf die gleichen Fragen, bevor auch sie eigene Experimente durchführen durfte. Dabei hat Krüger in regelmäßigen Abständen das Feedback der Gruppen dokumentiert. Hat sich das Interesse der Teilnehmenden verändert? Und wenn ja, wann ist das geschehen? Und wie groß sind die Lernerfolge je nach Weg der Wissensvermittlung?

Die Auswertung ihrer Daten ergab: »Die Reihenfolge, in der Wissen vermittelt wird, ist tatsächlich egal«, sagt Krüger. Wissensstand und Motivation waren bei beiden Gruppen am Ende gleich hoch. Bei der Auswertung der Fragenbögen wurde jedoch deutlich, dass die Experimente, also das eigenständige Forschen, bei den Teilnehmenden für mehr Interesse am Thema sorgte als die Computersimulation. Damit wiedersprechen ihre Ergebnisse der gängigen, allerdings schon rund zehn Jahre alten Fachliteratur, die generell Simulationen auf dem Computer für motivierender hält. Die intensive Beschäftigung mit der Computersimulation hat jedoch Auswirkungen auf das Fachwissen. Dieses sei deutlich gestiegen. »Das sind Erkenntnisse, die mir später als Lehrkraft sicherlich helfen werden«, ist sich Johanna Krüger sicher. Neben diesem Wissen hatten ihre Forschungen noch einen zweiten Effekt: Die Frage, ob ihre Computersimulation auf weitere komplexe, gesellschaftlich relevante Themen übertragbar ist und in anderen Schülerlaboren für die Vermittlung von Wissen eingesetzt werden könnte, steht nun im Raum.

Autorin: Jennifer Ruske

Computersimulation »Die Ostsee der Zukunft«:
ostsee-der-zukunft.experience-science.de

Naturwissenschaftliche Angebote außerhalb der Schule

Wenn Kinder und Jugendliche Sport machen wollen, finden sie zahlreiche Angebote in Vereinen. Möchten sie ein Instrument spielen, so besuchen sie die Musikschule oder entsprechende Kurse. Aber wohin gehen Jungen und Mädchen, die in ihrer Freizeit Lust auf Naturwissenschaften haben? Die neue Online-Plattform Science Surfers bietet seit Januar 2020 Hilfestellung und macht Naturwissenschaften für junge Menschen von zehn bis 18 Jahren erlebbar.

Interessierte bekommen hier gebündelt und übersichtlich Informationen zu verschiedenen außerschulischen Angeboten der Kieler Universität, des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) oder zu deutschlandweiten Netzwerken. Zudem erhalten sie Einblicke in spannende Forschungsprojekte und -fragen. Im Community-Bereich der Seite finden die jungen Wissenschaftstalente mit dem Surfers’ Pinboard eine Plattform zum Austausch über Wissenschaft und Forschung oder können sich mit anderen ScienceSurfern vernetzen.

Die ScienceSurfers sind ein Projekt des Kiel Science Outreach Campus (KiSOC).

Website: www.science-surfers.com
Instagram: @sciencesurfers

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