Methodenblog - Experimentieren

Heute möchte ich die Methode Experimentieren vorstellen. Ist es noch notwendig darüber zu schreiben oder ist zu der Methode schon alles gesagt? Das Experimentieren gehört als zentrale naturwissenschaftliche Erkenntnismethode zu den Naturwissenschaften wie die Kehrseite einer Medaille. Das Experimentieren ist ja nicht nur eine didaktische Unterrichtsmethode, sondern auch Teil der Naturwissenschaften, der mit abgebildet werden muss. Ohne Experimente wären viele naturwissenschaftliche Phänomene nicht erfasst und nicht aufgeklärt worden. Was macht das Experiment aus? Wie wird es umgesetzt und welche Kompetenzen können damit erworben werden?

Ablauf eines Experiments. Bei einem Experiment wird eine Erscheinung, die man näher untersuchen möchte, unter kontrollierten Bedingungen beobachtet und ausgewertet. Es muss wiederholbar sein, damit daraus eine allgemeingültige Aussage abgeleitet werden kann. Man beginnt ein Experiment mit einer Frage, man stellt sozusagen eine Frage an die Natur. Damit setzt es sich ab vom unsystematischen Versuch, bei dem irgendwie ausprobiert wird. Auf die Frage wird in der Regel eine Vermutung aufgestellt. Darauf folgt díe Durchführung des Experiments. Für das Ergebnis ist genaue Beobachtung erforderlich. Die Beobachtung wird gedeutet oder ausgewertet und die Vermutung kann bestätigt oder abgelehnt werden. Das kann in einem vom Lehrer ausgeführten Demonstrationsexperiment oder in Schülerexperimenten geschehen. Dazu finden sich viele Materialien: etwa Experimente zum Klimawandel (Eduki #308495), Keimung (Eduki #245513) und  ungeschlechtliche Vermehrung (Eduki #267597). Experimente sollten nicht wie ein Kochrezept abgearbeitet werden, sondern immer noch Freiraum zu eigenem Forschen lassen. Dieser Aspekt wird zum Beispiel im Material Wasserkreislauf entdecken (Eduki #778740) deutlich umgesetzt.

Versuchsprotokoll. Um ein Experiment sinnvoll auszuwerten, sollte ein Versuchsprotokoll angefertigt werden. Ich habe solche Protokollvorlagen oft im Unterrichtsraum ausgelegt. Meine Schülerinnen und Schüler verwenden sie gern. Das hilft ihnen ein strukturiertes Protokoll anzufertigen. Folgende Teile sind in einem Versuchsprotokoll enthalten: Fragestellung, Vermutung, Versuchsmaterial, Versuchsaufbau, Versuchsdurchführung, Beobachtung und Deutung. Protokollvorlagen finden sich in verschiedenen Materialen, etwa in Projekt Boden (Eduki #332548), Projekt Luft (Eduki  #377953), Wasseruntersuchung eines Fließgewässers (Eduki #677162), und Experimente zum Klimawandel (Eduki #308495).

Das Experiment im Unterricht. Experimentieren im Unterrichtsollte ein fester Bestandteil naturwissenschaftlichen Unterrichts sein. Dennoch stellt es die Lehrkraft vor besondere Anforderungen. Zunächst muss das Experimentiermaterial zusammengestellt und vorbereitet werden. Lehrkräfte sind ja gehalten die inhaltlichen und methodischen Kompetenzziele zu erreichen, was nicht immer einfach ist, da Experimentieren erhöhten Zeitbedarf benötigt. Daher ist das Demonstrationsexperiment, das vorn am Lehrertisch durchgeführt wird, die häufigste Versuchsform im Unterricht. Das lässt sich zeitlich noch einigermaßen einschätzen. Beim Schülerexperiment muss man die Schülerinnen und Schüler daran gewöhnen, das Material sorgfältig und sachgerecht zu benutzen und ordnungsgemäß wieder abzugeben. Dazu kann man sich allerlei Rituale überlegen, etwa, dass das Experimentiermaterial in Plastikschalen pro Gruppe ausgegeben wird und nach Beendigung des Versuchs dieses wieder an einen bestimmten, vielleicht nummerierten oder farblich markierten Platz zurückgestellt werden muss. Um den Überblick beim Experimentieren zu bewahren, sollten klare Experimentierregeln festgelegt sein. Die Lehrkraft sollte beim Experimentieren der Schülerinnen und Schüler die Ruhe bewahren, auch wenn es im Raum nicht leise sein kann. Eine klare Zeitvorgabe hilft, den Unterricht nach dem Experiment wieder aufzunehmen.

Werkzeug der Erkenntnisgewinnung. Viele Versuche veranschaulichen naturwissenschaftliche Phänomene, beispielsweise das Experiment, in dem ein Zweig Wasserpest in Wasser gestellt und beleuchtet wird. Man kann die aufsteigenden Sauerstoffblasen sehen. Je höher die Beleuchtungsstärke ist, desto mehr Blasen steigen auf. Nimmt man die Beleuchtungsstärke wieder etwas zurück, treten weniger Blasen aus den Blättchen. Diese Beobachtung ist für Schülerinnen und Schüler eine beeindruckende Erfahrung. Sie können die Sauerstoffproduktion von Pflanzen „sehen“. Das hilft ihnen sehr Naturwissenschaften zu verstehen (Fotosynthese Sek I zum Selbstlernen, Eduki #423540). Darum ist die Methode Experiment im Biologieunterricht nicht mehr wegzudenken. Sie wirkt am besten, wenn Inhalt und Methode zusammenpassen. Das ist bei Gewässeruntersuchungen der Fall, bei Bodenuntersuchungen, bei Phänomenen der Keimung oder auch bei der Einführung in die Osmose (Eduki #692697).

Motivation. Solche eindeutigen, einfachen Experimente bringen den Lernenden sehr viel Freude. Sie lernen besser und gewinnen Interesse an Naturwissenschaften. Ihr Lernen wird an Experimenten dadurch vertieft, dass sie handeln. Der Ablauf eines Experiments entspricht einem Erfahrungsprozess, in dem Handeln und Denken aufeinander bezogen wird. Solch Erfahrungswissen wird wesentlich besser behalten als auswendig Gelerntes.

Neben der Anschauung und den guten Behaltenseffekten bilden Experimente das Wesen der Naturwissenschaften ab. Das stellen die Vertreter von Scientific Literacy in den Vordergrund, also sowohl Inhalte als auch die Methode, durch die die Inhalte erkannt wurden, sind Teil der Naturwissenschaften.

Entdeckendes Lernen. Das Experiment ist auch ein wichtiger Bestandteil des entdeckenden Lernens. Ein Unterscheidungsmerkmal zu anderen Unterrichtsformen ist das Ausmaß von Freiräumen für eigene Fragestellungen. Und genau das ist eine wichtige Stellschraube für gutes Experimentieren. Im entdeckenden Lernen kann insbesondere offenes Experimentieren geübt werden. Dafür sind Projekte (Projekt Boden, Eduki #332548), und Experimentierkurse im AG-Bereich geeignet, in denen Schülerinnen und Schüler an selbst gewählten Fragestellungen ein Phänomen untersuchen.

Kompetenzerwerb. Kompetenzen im Experimentieren erwerben Schülerinnen und Schüler nur durch häufiges eigenes Experimentieren. In vorgegebenen Experimenten lernen Schülerinnen und Schüler die Fertigkeiten, mit Laborgeräten umzugehen und die Versuche richtig aufzubauen. Im offenen Experimentieren wird das Finden guter Fragestellungen geübt. Die Kompetenzen Vermutung aufzustellen und Ergebnisse zu deuten werden ebenfalls erweitert. Sie erwerben damit eine Methode, die wohl die meisten Erkenntnisse in den Naturwissenschaften hervorgebracht hat. Da Experimente oft in Kleingruppen ausgeführt werden, erwerben Schülerinnen und Schüler dabei auch kooperative und kommunikative Fähigkeiten.

Astrid Wasmann