Was ist forschendes Lernen?

Von welchen Gesetzmäßigkeiten hängt die Schwingungszeit eines Pendels ab? Im folgenden werden zu diesem Thema zwei Physikstunden beschrieben: Eine eher traditionelle Stunde von dem Physiklehrer Herrn Shaw und eine forschend-entdeckende Stunde des Physiklehrers Herrn Hammond. Obwohl der fachliche Inhalt ähnlich ist zeigen sich auf anschauliche Weise die zahlreichen Unterschiede zwischen reiner Wissensvermittlung und forschendem Lernen.

Unterricht mit Herrn Shaw
Herr Shaw betritt die Klasse mit den Worten: „Heute lernen wir das Pendel kennen“.Zunächst zeigt er den Schülern, wie ein Pendel aussieht, und führt sogleich vor, dass die Schwingungsdauer des Pendels von seiner Länge abhängt. Er erklärt: „Seht ihr, je länger das Pendel desto langsamer schwingt es.“ Dann gibt er jeder Zweiergruppe von Schülern ein Stück Schnur, ein Gewicht, eine Stoppuhr und etwas Millimeterpapier. „Eine(r) von euch schwingt das Pendel, der oder die andere stoppt die Zeit bis zur 20. Schwingung. Eine Schwingung bedeutet: Das Pendel muss einmal nach vorne und wieder zurück pendeln. Und jetzt öffnet euer Buch auf Seite 43. Zeichnet die Tabelle ab, füllt sie aus und folgt dabei genau den Arbeitsanweisungen.“ Die SchülerInnen sehen im Buch ein Schaubild des Pendels und darunter eine Tabelle, in die sie ihre Daten eintragen sollen. In der obersten Reihe steht „Länge des Pendels in Zentimetern“, in der zweiten Reihe steht „Zeit bis zur 20. Schwingung in Sekunden“. Darunter sind auf Millimeterpapier zwei Achsen aufgezeichnet: Die horizontale Achse zeigt die Länge des Pendels von 0 bis 125 Zentimetern an und die vertikale Achse zeigt die Zeit bis zur 20. Schwingung von 0 bis 50 Sekunden an. Unter der Grafik stehen verschiedene Arbeitsanweisungen und Fragen: „Zeichne eine Kurve anhand der gemessenen Daten für die Längen 50 cm, 75 cm, 100 cm und 125 cm. Lies von deiner Kurve ab, wie lange das Pendel sein muss, damit die Schwingungsdauer genau eine Sekunde beträgt.“ Die SchülerInnen arbeiten sich fleißig durch die Aufgabe. Hin und wieder hebt ein(e) SchülerIn die Hand und fragt Dinge wie „Stimmt das so? Soll die Kurve gerade sein?“ Der Lehrer beauftragt die SchülerInnen, das Experiment für jede Länge drei Mal zu wiederholen und die Kurve anhand der gemessenen Durchschnittswerte zu zeichnen, um sicherzugehen, dass die Ergebnisse auch wirklich stimmen. Gegen Ende der Stunde erklärt der Lehrer, wie die Kurve aussehen sollte, und überprüft, ob die SchülerInnen die Frage zur Länge des Pendels bei einsekündiger Schwingungsdauer richtig beantwortet haben. Einige von ihnen haben die richtige Lösung gefunden und werden gelobt.

 

Unterricht mit Herrn Hammond
Herr Hammond betritt die Klasse und zeigt den SchülerInnen eine Reihe von Bildern alter Pendeluhren. „Habt ihr schon einmal so eine Uhr gesehen?“, fragt er. „Was wisst ihr darüber?“ Dann führt er zwei Pendel vor, die aus einer Schnur gebastelt wurden. „Seht euch die Pendel einmal genau an. Schreibt alle Fragen und Beobachtungen auf, die euch dazu einfallen.“ Zunächst schreiben die SchülerInnen Beobachtungen auf: „Das eine ist länger“, „Das längere Pendel schwingt langsamer“, „Sie schwingen mit der Zeit immer langsamer“. Dann sprudeln viele Fragen hervor: „Können wir einen Zeitmesser basteln?, „Wie lange dauert eine Schwingung?“, „Können wir eine Uhr bauen?“ Eine Zeit lang werden diese und andere Fragen diskutiert. Sie versuchen nun, genauere Fragen zu stellen: „Was genau bedeutet eigentlich ‘eine Schwingung‘?“ Anschließend fordert Herr Hammond die SchülerInnen auf, ein Pendel zu basteln, das genau eine Sekunde braucht, um nach vorne und wieder zurück zu schwingen. Die SchülerInnen dürfen sich aus einer Sammlung von Hilfsmitteln im Klassenraum alles nehmen, was sie brauchen: eine Schnur, Reißnägel, eine Stoppuhr, ein Lineal, Bleistifte und Millimeterpapier. Erst probieren die SchülerInnen einfach aus, passen die Länge der Schnur oder die Zeit an usw. Herr Hammond lässt einige Minuten verstreichen. Als Kevin meint, er sei fertig, begutachten zwei andere Schüler seine Arbeit und stellen fest, dass die Präzision des Pendels noch zu wünschen übrig lässt: In zehn Sekunden schwingt es fast elf Mal. Sie finden das Pendel zu kurz. „Kannst du das Pendel besser, also noch genauer machen?“ Colin erklärt: „Wenn du ein langes Pendel bastelst und stoppst, wie lange es für eine Schwingung braucht, und wenn es dann – sagen wir mal – zwei Sekunden braucht, könntest du die Länge des Pendels abmessen und sie halbieren. Dann hättest du genau die richtige Länge.“ Herr Hammond meint ebenfalls, dass das eine gute Idee sei, und schlägt Colin vor, es einmal auszuprobieren. Colin bastelt ein Pendel mit einer Länge von einem Meter und misst zunächst die Dauer von zehn Schwingungen, um dann die Dauer einer Schwingung zu berechnen. Er stellt fest, dass es knapp 20 Sekunden dauert und schließt daraus, dass eine Schwingung zwei Sekunden dauert. Er halbiert die Länge seines Pendels und startet einen neuen Versuch. Zu seiner Überraschung stellt er fest, dass es jetzt 15 Sekunden dauert, d. h. eine Schwingung benötigt 1,5 Sekunden. Er ist verwirrt: „Das kommt mir unlogisch vor.“ „Und jetzt?“, fragt Herr Hammond. „Wie können wir herausfinden, wie sich Länge und Schwingungszeit des Pendels zueinander verhalten?“ Eine Weile sagt niemand etwas. Ein Schüler schlägt schließlich vor, die Schwingungszeit und die Länge des Pendels in einem Schaubild ins Verhältnis zueinander zu setzen. Möglicherweise kam ihm die Idee beim Anblick des Millimeterpapiers. Einige stimmen zu. Dann machen sich die SchülerInnen an die Arbeit. Die Messpunkte legen sie selbst fest. „Wir brauchen mehr Ergebnisse, denn das wird keine gerade Linie“, meint Susan. „Warum nicht?“, fragt ein anderer Schüler. „Weil das 50-cm-Pendel einmal pro Sekunde hätte schwingen sollen. Eine Schwingung dauerte aber 1,5 Sekunden“, erklärt Susan. Die SchülerInnen basteln weitere Pendel unterschiedlicher Länge und zeichnen Kurven. Davon leiten sie ab, dass ein Pendel, das für eine Schwingung exakt eine Sekunde braucht, ungefähr 25 cm lang sein sollte. Sie basteln ein entsprechendes Pendel und freuen sich, dass das Ergebnis stimmt. Abschließend bittet der Lehrer die SchülerInnen, ihren Gedankengang der restlichen Klasse vorzustellen.

Was ist forschendes Lernen?
Die unten stehende Tabelle zeigt einige Unterschiede zwischen den beiden Unterrichtsstunden auf. Welche Unterrichtsstunde halten Sie für wirksamer?

Unterricht mit Herrn Shaw

Unterricht mit Herrn Hammond

Der Lehrer stellt die Fragen, die es zu lösen gilt.

Der Lehrer sorgt für einen Impuls und bittet die SchülerInnen zu beobachten, zu beschreiben und Fragen zu stellen. Er weckt ihre Neugier.

Der Lehrer gibt jeder Zweiergruppe von SchülerInnen die nötigen Hilfsmittel.

Die SchülerInnen suchen sich die Hilfsmittel selbst aus.

Es gibt keine Zeit für Vorhersagen und zum Ausprobieren. Fehler und falsche Annahmen werden vermieden.

Vermutungen werden offen diskutiert und ausprobiert. Zum Beispiel gehen die SchülerInnen davon aus, dass das Verhältnis zwischen der Pendellänge und der Schwingungsdauer linear ist und testen diese Annahme.

Die Aufgabe wird genauso durchgeführt wie es im Lehrbuch steht. Die SchülerInnen haben einen sehr kleinen Entscheidungsspielraum und folgen hauptsächlich Anweisungen.

Die SchülerInnen dürfen die Aufgabe mit einem beliebigen Lösungsweg angehen. Auch das Prinzip „Versuch und Irrtum“ ist erlaubt. Sie treffen eigenständige Entscheidungen.

Der Lehrer fordert die SchülerInnen auf, die Richtigkeit ihrer Ergebnisse zu überprüfen.

Die SchülerInnen überprüfen die Ergebnisse ihrer MitschülerInnen.

Der Lehrer gibt hauptsächlich Anweisungen, informiert und bewertet die Arbeit der SchülerInnen.

Der Lehrer hinterfragt und regt die SchülerInnen dazu an, selbständig Überlegungen anzustellen.

Die SchülerInnen präsentieren ihre eigene Arbeit und bewerten die Arbeit der anderen.

 

Der Unterricht von Herrn Shaw....
weist zahlreiche Eigenschaften herkömmlichen Schulunterrichts auf. Der fungiert als Wissensvermittler und gibt Anweisungen. Die SchülerInnen nehmen eine passive Rolle ein: Sie sollen Arbeitsanweisungen befolgen, faktisches Wissen aufnehmen und eine bestimmte Vorgehensweise durch deren wiederholte Ausführung üben.


In Herrn Hammonds Unterrichtsstunde....
wird die Wichtigkeit der aktiven Teilnahme der SchülerInnen deutlich: Sie stellen Fragen, treffen Entscheidungen, denken sich Versuche aus, stellen Prognosen auf, probieren alternative Lösungsstrategien, diskutieren, arbeiten zusammen, überprüfen die Arbeit der MitschülerInnen, ziehen Schlüsse und teilen ihre Ergebnisse mit. Der Lehrer bleibt nicht im Hintergrund und spielt nicht nur eine Moderatorenrolle, sondern nimmt aktiv am Geschehen teil, stellt Fragen und regt die SchülerInnen dazu an, selbständig Überlegungen anzustellen und ihre Gedankengänge zu erläutern.


Zusammenfassung:
Beim forschenden und entdeckenden Lernen geht es nicht allein um die Verwendung neuer Aufgabenideen. Es geht auch nicht nur um das praktische Experimentieren. Natürlich müssen die Aufgaben und Materialien es den SchülerInnen ermöglichen, selbständig zu entscheiden und zu arbeiten, aber das allein ist noch keine Garantie dafür, dass die SchülerInnen forschend lernen. Vielmehr geht es um eine spezifische Sichtweise auf das Lernen, die zu einer neuen Lernkultur im Unterricht führt.

Autor und Bilder: Primas-Team