Wenn ein Experiment nicht funktioniert: Warum Versuchsfehler zum Lernen dazugehören

„Unser Versuch hat nicht funktioniert.“ Mit diesem Satz kann Verschiedenes gemeint sein: Der Aufbau ist umgekippt, die Messwerte streuen oder das Ergebnis passt nicht zur Vermutung. Für den Naturwissenschaftsunterricht lohnt es sich, genauer nachzufragen. Was ist tatsächlich passiert – und welche Aussage lässt der Versuch noch zu?

Versuchsfehler können in Klasse 5–7 zum Anlass werden, naturwissenschaftliches Arbeiten genauer zu verstehen. Dafür reicht es nicht, einen Fehler zu entdecken. Die Lernenden müssen erklären können, wie er das Ergebnis beeinflusst und was sich am Versuchsplan ändern müsste.

Ein unerwartetes Ergebnis ist noch kein Fehler

Wenn eine Vermutung nicht bestätigt wird, kann der Versuch trotzdem sorgfältig durchgeführt worden sein. Vielleicht war die Vermutung unzutreffend. Vielleicht lässt sich unter den gewählten Bedingungen kein Unterschied erkennen. Deshalb sollten Ergebnisse nicht danach beurteilt werden, ob sie zur erwarteten Lösung passen.

Davon zu unterscheiden sind Fehler in Planung oder Durchführung: Zwei Gruppen verwenden unterschiedliche Mengen, beginnen zu verschiedenen Zeitpunkten mit der Messung oder verändern mehrere Bedingungen gleichzeitig. Dann muss geprüft werden, ob der Versuch die ursprüngliche Frage überhaupt beantworten kann.

Auch Messunsicherheit gehört dazu. Beim Stoppen einer Zeit reagieren Menschen nicht jedes Mal gleich schnell; eine Skala lässt sich nur begrenzt genau ablesen. Solche Grenzen bestehen auch bei sorgfältiger Arbeit. „Ihr müsst genauer messen“ hilft wenig, solange unklar bleibt, was konkret verbessert werden soll.

Zucker im Wasser und eine vorschnelle Erklärung

Eine Klasse untersucht, wie die Wassertemperatur die Zeit beeinflusst, bis Zucker gelöst ist. Zwei gleiche Gläser enthalten jeweils 100 ml Wasser und 10 g derselben Sorte feinen Zuckers. Gemessen wird vom Zugeben des Zuckers bis zu dem Zeitpunkt, an dem keine Körner mehr sichtbar sind.

Die folgenden Zahlen sind erfundene Übungsdaten, keine Sollwerte für einen eigenen Versuch:

• Glas A: Wassertemperatur zu Beginn 15 °C, nicht gerührt. Nach 160 Sekunden sind keine Zuckerkörner mehr sichtbar.

• Glas B: Wassertemperatur zu Beginn 40 °C, ständig gerührt. Nach 32 Sekunden sind keine Zuckerkörner mehr sichtbar.

Die naheliegende Aussage lautet: „Nur wegen des wärmeren Wassers war der Zucker in Glas B früher gelöst.“ Genau das zeigt dieser Vergleich jedoch nicht. Temperatur und Rühren unterscheiden sich gleichzeitig. Beides kann die Lösezeit beeinflussen. Welchen Anteil die Temperatur an dem Unterschied hat, lässt sich aus diesen beiden Messungen nicht bestimmen.

Ein angemessenes Urteil wäre: „In Glas B waren die Zuckerkörner früher nicht mehr sichtbar. Ob allein die höhere Temperatur dafür verantwortlich war, können wir mit diesem Versuch nicht entscheiden.“ Diese Begrenzung der Aussage ist ein fachlich sinnvolles Ergebnis.

Mit vier Fragen zur Fehleranalyse

Für die Besprechung helfen konkrete Fragen zum Aufbau und zu den Daten:

1. Was wollten wir herausfinden?

2. Welche Bedingungen waren tatsächlich verschieden?

3. Welche Aussage können wir mit unseren Beobachtungen belegen?

4. Wie müsste ein neuer Vergleich aussehen, damit er unsere Frage besser beantwortet?

Im Zuckerbeispiel bleibt die Temperatur der gezielte Unterschied. Wasser- und Zuckermenge, Zuckersorte, Gefäße und Messregeln bleiben gleich. Für beide Gläser gilt dieselbe Rührregel, beispielsweise beide nicht zu rühren. Bei einer praktischen Durchführung werden auch die Temperaturen während des Versuchs beobachtet, denn sie können sich verändern.

Für solche einfachen Vergleiche ist es hilfreich, nur die untersuchte Bedingung gezielt zu verändern und andere wichtige Bedingungen möglichst gleich zu halten. Das ist eine Einstiegsregel für diese Versuchsanordnung. Wissenschaftliche Untersuchungen können mit entsprechend geplanten Verfahren auch mehrere Einflussgrößen gleichzeitig untersuchen.

Mehrere Wiederholungen können zeigen, wie stark Messwerte schwanken. Sie beseitigen aber keinen ungeeigneten Vergleich: Wer immer nur das warme Glas rührt, kann auch nach mehreren Durchgängen die beiden Einflüsse nicht trennen.

Eine kurze Auswertung für die nächste Stunde

Das Zuckerbeispiel lässt sich zunächst vollständig auf dem Papier besprechen. Als Einstieg sind etwa zehn Minuten vorgesehen; bei Bedarf erhält die Klasse mehr Zeit. Eine praktische Versuchsdurchführung ist in dieser Zeit nicht enthalten.

• Zwei Minuten allein: Die Kinder markieren die Unterschiede zwischen den Gläsern.

• Vier Minuten zu zweit: Sie erklären, warum der Vergleich die Frage noch nicht eindeutig beantwortet, und notieren eine passende Änderung.

• Vier Minuten gemeinsam: Die Klasse bespricht einen verbesserten Plan und formuliert ein Urteil, das zu den vorliegenden Daten passt.

Als sprachliche Hilfe eignet sich: „Wir können noch nicht entscheiden, ob …, weil …“ Wer die Aufgabe bereits sicher löst, plant einen Versuch, der gezielt den Einfluss des Rührens untersucht. Dafür müsste unter anderem die Temperatur in beiden Gläsern gleich sein.

Bei der Rückmeldung zählt die Begründung. „Es wurde falsch gemacht“ bleibt zu allgemein. „Nur im warmen Glas wurde gerührt; deshalb ist der Zeitunterschied nicht eindeutig der Temperatur zuzuordnen“ zeigt, dass das Kind den Zusammenhang verstanden hat. Die Besprechung richtet sich auf den Versuchsplan und seine Aussagekraft, ohne einzelne Kinder vorzuführen.

Zum Abschluss kann jedes Kind einen Satz ergänzen: „Beim nächsten Vergleich werde ich darauf achten, dass …“ So bleibt eine konkrete Regel für die nächste Untersuchung festgehalten.

Weitere Fälle für Klasse 5–7

In meinem Material „Versuchsfehler-Detektive – 10 Fälle für Naturwissenschaften Klasse 5–7“ prüfen die Lernenden weitere Versuchsaufbauten, Messdaten und Schlussfolgerungen. Jeder Fall enthält zwei Schülerseiten und eine Lösungsseite mit Hinweisen für Lehrkräfte. Die Fälle sind als Papieraufgaben bearbeitbar; praktische Folgeversuche sind optional. Der Schwerpunkt liegt in Klasse 5/6, mit Vertiefungen bis Klasse 7.

Versuchsfehler-Detektive – NaWi 5–7