Bitte kühl lagern!

 In dieser Aufgabe werden Schülerinnen und Schüler mit der Frage konfrontiert, ob sie Metall oder Wolle verwenden würden, um die Temperatur von wichtigen Medikamenten niedrig zu halten. Während des Arbeitsauftrags sind  die Schüler selbst aktiv, stellen Hypothesen auf, entwerfen Experimente, diskutieren ihre Ergebnisse und beurteilen ihre Ideen.

Die Aufgabe ermöglicht einen motivierenden und praxisnahen naturwissenschaftlichen Unterricht. Sie baut auf dem Vorwissen der SchülerInnen über die thermischen Eigenschaften alltäglicher Materialien auf und gibt ihnen Gelegenheit, praktische und theoretische Überlegungen anzustellen, wenn sie Beweise für ihre Vermutungen suchen.

Die qualitative Analyse der Schülerargumente vorher und nachher hat gezeigt, dass die Aufgabe das motivierte und praxisnahe Erlernen der thermischen Eigenschaften einiger bekannter Materialien fördert. Die Gruppenaktivität ist für die Unterstufe der weiterführenden Schulen gedacht und kann leicht in die normale Unterrichtspraxis integriert werden. Das benötigte Material ist ohne größeren Aufwand zu beschaffen (Eiswürfel, Behälter aus Metall bzw. Plastik, Wolle u. a.).

 

Didaktisch-methodische Ideen
Die Aufgabe lässt sich in eine spannende Geschichte verpacken, die das Interesse der SchülerInnen weckt:
„Ihr seid an einer Rettungsaktion beteiligt und müsst auf zusätzliche Hilfe warten. Es ist ein heißer Tag und ihr müsst dringend dafür sorgen, dass einige Medikamente kühl gehalten werden. Die einzigen Hilfsmittel, die euch zur Verfügung stehen, sind Wolldecken und Metallbehälter. Was würdet ihr eher tun, um die Medikamente kühl zu halten: sie in Wolldecken wickeln oder in einen Metallbehälter legen?

Nach Erläuterung der Ausgangssituation arbeiten die SchülerInnen zu dritt oder zu viert zusammen, um die Aufgabe zu besprechen und zu entscheiden, was sie tun würden. Anschließend müssen sie ihre Entscheidung rechtfertigen und eine erste Hypothese aufstellen, welche Möglichkeit besser geeignet ist, um die Medikamente kühl zu halten. Die SchülerInnen entwerfen dann einen Versuch, mit dem sie ihre Hypothese überprüfen können. Zum Schluss bewerten sie die Richtigkeit ihrer zuvor getroffenen Entscheidung anhand des Versuchsergebnisses.

Durch diese Aufgabe lernen die SchülerInnen, ein Problem anzugehen, eine Hypothese aufzustellen, ein Experiment zu planen und durchzuführen, die Ergebnisse zu interpretieren und ihre ursprünglichen Ideen anhand der Versuchsergebnisse zu bewerten.

Die SchülerInnen sollen dabei zusammenarbeiten und ihr Endergebnis präsentieren. Das Diskutieren und Vorstellen ihrer Ideen steht im Vordergrund und erleichtert die gemeinsame Wissensaneignung in der Gruppe.

Die Lehrkräfte sollten eine Atmosphäre des Vertrauens schaffen, in der sich die SchülerInnen ermutigt fühlen, verschiedene Ansichten und Strategien vorzutragen und auszutauschen, in der es keine richtigen und falschen Antworten, sondern nur intellektuell bereichernde Aussagen gibt. Dabei ist es wichtig, dass wir die Gruppendiskussionen in eine fruchtbare Richtung lenken. Wir sollten die SchülerInnen eher zum Nachdenken ermutigen als dazu, rasch die richtige Antwort zu finden, und sie dabei unterstützen, Zusammenhänge herzustellen und die wichtigsten Ideen herauszufiltern.

Die Aufgabe ist auch darauf ausgelegt, sich mit Konzepten und Modellen auseinanderzusetzen, mit denen die thermischen Eigenschaften einiger bekannter Materialien erklärt werden können. Sie baut auf Vorstellungen der SchülerInnen auf und gibt uns die Möglichkeit, eventuelle Irrtümer zu hinterfragen und Gegenhypothesen aufzustellen, wodurch die SchülerInnen ihre vorherigen Ideen überdenken und sich praxisnahes Wissen aneignen. Außerdem geht es darum, dass die SchülerInnen wissenschaftliche Modelle entwerfen, mit denen sich ihre Versuchsergebnisse erklären lassen, und dass diese Modelle gemeinsam diskutiert werden.

 

 

Möglicher Arbeitsauftrag für Schüler:

  1. Diskutiert die vorangegangenen Fragen in Kleingruppen (3-4 SchülerInnen), stellt Hypothesen auf und begründet diese.
  2. Entwerft in Kleingruppen (3-4 SchülerInnen) ein Experiment, mit dem ihr die beste Möglichkeit herausfindet, wie man niedrige Temperaturen unter Verwendung der verfügbaren Materialien niedrig halten kann. Führt das Experiment durch und beurteilt eure vorherigen Hypothesen auf der Grundlage der eigenen Ergebnisse.
  3. Stellt eure Experimente vor und diskutiert die Ergebnisse im Plenum.
  4. Nach wissenschaftlichen Erläuterungen suchen (optional): Welche Materialeigenschaften machen es der Wolle möglich oder nicht, die Temperatur niedrig zu halten? Welche Materialeigenschaften machen es dem Metall möglich oder nicht, die Temperatur niedrig zu halten? Verwendet verschiedene zuverlässige Quellen, um wissenschaftliche Erklärungen zur Beantwortung der Fragen zu finden.
  5. Stellt deinen MitschülerInnen deine Ergebnisse vor und diskutiert gemeinsam.

 

 

Erfahrungen aus dem Unterricht:
Die folgende Aussage eines Schülers mit seiner anfänglichen Hypothese zeigt ein typisches Beispiel für eine falsche Annahme, die durch das forschende Lernen in Frage gestellt werden kann. „Ich würde die Medikamente in einen Metallbehälter legen, denn Wolle produziert Wärme und Metall bleibt kühl – naja, außer man stellt den Behälter in die Sonne.“

Der Einsatz der Aufgabe in der ersten Klasse einer weiterführenden Schule in Spanien zeigte, dass zu Beginn nur 27 % der SchülerInnen eine korrekte Hypothese bezüglich der thermischen Eigenschaften von Wolle und Metall aufstellten. Im Gegensatz dazu geben nach Bearbeitung der Forschungsaufgabe 92 % der SchülerInnen richtige Antworten zu den thermischen Eigenschaften.

Die Beschäftigung mit der Aufgabe war für die SchülerInnen hoch motivierend und spannend. Hier einige Ausschnitte aus Erfahrungsberichten von LehrerInnen: „Als ich die Aufgabe erklärte, waren die SchülerInnen sehr interessiert und erwartungsvoll, denn sie sind es nicht gewohnt, dass man ihnen Aufgaben stellt, die so eng mit dem täglichen Leben verknüpft sind.“ „Die Gegenüberstellung der Hypothesen und der Versuchsergebnisse und die Erläuterung führte zu einer interessanten und lebhaften Diskussion der ganzen Klasse über Energietransfer und Wärmeleitfähigkeit, wobei sich wissenschaftliche Tatsachen mit den Erfahrungen der SchülerInnen verknüpfen ließen.“

Zusammengefasst hat sich diese Gruppenaufgabe als ein wirksames Instrument zur Förderung von aktivem und motivierendem Lernen erwiesen. Sie fördert die Entwicklung verschiedener Herangehensweisen, die Anpassung eigener Vorstellungen und praxisnahes naturwissenschaftliches Lernen.

Referendare aus Norwegen berichteten über ähnlich motivierende Erfahrungen mit 12-jährigen SchülerInnen, denen diese Aufgabe gestellt wurde:
„Ich habe gesehen, wie engagiert Schüler sind, wenn sie mit einem echten Problem konfrontiert werden, weshalb ich den Ansatz des forschenden Lernens weiter verfolgen will. Die SchülerInnen waren äußerst motiviert, nach der richtigen Lösung zu suchen, fast so, als ob es sich um einen Wettbewerb handelte.“ „Wir fragten die SchülerInnen, ob ihnen diese Art des Lernens gefällt und sie riefen einstimmig: ‚Ja!ʻ“

 

 

Autoren:
Marta R. Ariza, Daniel Aguirre, Antonio Quesada, Ana M. Abril, F. Javier, García, Universität Jaén, Spanien;
Ragnhild Lyngved, Sør-Trøndelag University College (HiST), Trondheim, Norwegen

Fotos: Daniel Aguirre