Fachbereich 11 - Physik
Seminar für Didaktik des Sachunterrichts
Naturwissenschaftliches Lernen und Lehren in der Grundschule

Erwerb physikalischer Basiskonzepte durch Sachunterricht

Das DFG-Projekt (MO 942/1-1) "Auswirkungen von Unterricht zum 'Schwimmen und Sinken' auf das Verständnis physikalischer Basiskonzepte und den Erwerb inhaltsübergreifender graphisch-visueller Kompetenzen bei Grundschulkindern" ist in den DFG-Schwerpunkt "Die Bildungsqualität von Schule: Fachliches und fächerübergreifendes Lernen im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht in Abhängigkeit von schulischen und außerschulischen Kontexten" (BIQUA) eingeordnet. Im Rahmen des Projektes, das in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Elsbeth Stern und Dr. Ilonca Hardy vom Max-Planck-Institut in Berlin durchgeführt wird, wurden der Einfluss des Grades der Strukturierung von Unterricht auf den Lernerfolg und auf nichtleistungsbezogene Aspekte wie Interesse, Motivation und selbstbezogene Kognitionen erhoben. Die Arbeitsgruppe in Berlin untersuchte zudem in Laborstudien den Einfluss von aktionalen bzw. ikonischen Repräsentationsformen auf das Verständnis des Dichtekonzeptes. Im Folgeprojekt (ab Mai 2002) werden die Ergebnisse beider Studien integriert werden (vgl. A 2).

Zur Schulstudie in Münster: Der Unterricht zum Thema "Schwimmen und Sinken" wurde wie folgt variiert: In drei dritten Grundschulklassen fand der Unterricht in Form einer Lehr-Lernumgebung statt, in der die Schüler individuelle Fragen mit Hilfe selbst entwickelter Versuche beantworten konnten. Hierfür stand ein umfangreiches Materialangebot zur Verfügung. Die Schüler konnten auch Erfahrungen sammeln durch die Arbeit an Lernstationen, wobei sie die Reihenfolge und Dauer der Arbeit an den Stationen auswählen konnten. Auch den Verlauf der Auswertung im Klassengespräch konnten die Kinder weitgehend selbst bestimmen (Unterrichtsform mit geringerer Strukturierung). In weiteren drei dritten Klassen war der Unterricht in aufeinander aufbauende Teilthemen gegliedert (Dichte von Vollkörpern, Auftrieb, Schwimmen/Sinken). Die Kinder arbeiteten an weitgehend vorgegebenen Lernstationen, wobei die Lehrkraft in Klassengesprächen durch eine kognitiv strukturierende Gesprächsführung die Aktivitäten und Denkprozesse der Kinder unterstützte (Unterrichtsform mit stärkerer Strukturierung).

Die Ergebnisse zeigen, dass in beiden Gruppen Lernfortschritte erreicht wurden. Der Unterricht mit einem höheren Grad der Strukturierung hatte allerdings einen positiveren Einfluss auf den kognitiven Lernfortschritt, was sich insbesondere im Abbau von Fehlkonzepten zeigte. Dieses gilt insbesondere für Kinder mit ungünstigen Lernvoraussetzungen. Die Ergebnisse wurden auch in einem Follow-Up-Test ein Jahr nach dem Unterricht bestätigt. Im nicht-kognitiven Bereich war die strukturiertere Lehr-Lernumgebung ebenfalls überlegen.

Die Studie lässt vermuten, dass Grundschulkinder auch im naturwissenschaftlichen Bereich des Sachunterrichts schon zu beeindruckenden Verstehensleistungen fähig sind und qualitative physikalische Vorkonzepte erwerben können. In hochkomplexen und sequentiell strukturierten Inhaltsbereichen kann durch die Integration strukturierender Elemente in Lernumgebungen die Lernumgebung optimiert werden. Gerade Kinder mit schwächeren Eingangsvoraussetzungen scheinen einen höheren Grad der Strukturierung zu benötigen, um anhaltende Lernfortschritte erzielen zu können.

Projektdauer:

Mai 2000- April 2002

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgesellschaft

Beteiligte Wissenschaftlerinnen:

Prof'in Dr. Kornelia Möller, Angela Jonen, Eva Blumberg

Veröffentlichungen:

Blumberg, E. u.a. (2003): Multikriteriale Zeilerreichung im naturwissenschaftsbezogenen Sachunterricht der Grundschule. In: Cech, D.; Schwier, H.-J. (Hg.): Lernwege und Aneignungsformen im Sachunterricht. Bad Heilbrunn, S. 77-92.

Jonen, A. u.a. (2002): Auswirkungen von Unterricht zum Thema Schwimmen und Sinken“ auf das Erlernen physikalischer Basiskonzepte und auf nicht-kognitive Zielsetzungen im Grundschulalter. In: Brechel, R. (Hg.): Vorträge auf der Tagung für Didaktik der Physik/ Chemie in Dortmund, September 2001. (=Zur Didaktik der Physik und Chemie. Probleme und Perspektiven. Bd. L22) Alsbach/Bergstraße, S. 71-73.

Jonen, A.; Hardy, I. & Möller, K. (im Druck): Schwimmt ein Holzbrett mit Löchern? - Erklärungen von Kindern zum Schwimmen und Sinken verschiedener Gegenstände vor und nach dem Unterricht. Erscheint in: Fölling-Albers, M. u.a. (Hg.): Jahrbuch Grundschule.

Jonen, A.; Möller, K. & Hardy, I. (2003): Lernen als Veränderung von Konzepten - am Beispiel einer Untersuchung zum naturwissenschaftlichen Lernen in der Grundschule. In: Cech, D.; Schwier, H.-J. (Hg.): Lernwege und Aneignungsformen im Sachunterricht. Bad Heilbrunn, S. 93-108.

Möller, K. (2002): Anspruchsvolles Lernen in der Grundschule - am Beispiel naturwissenschaftlich-technischer Inhalte. In: Pädagogische Rundschau, 56. Jahrgang, S. 411-435.

Möller, K. u.a. (2002): Die Förderung von naturwissenschaftlichem Verständnis bei Grundschulkindern durch Strukturierung der Lernumgebung. In: Prenzel, M.; Doll, J. (Hg.): 45. Beiheft der Zeitschrift für Pädagogik. Bildungsqualität von Schule: Bedingungen mathematischer, naturwissenschaftlicher und überfachlicher Kompetenzen. Weinheim und Basel, S. 176-191.

Stern, E. u.a. (2002): Warum schwimmt ein Baumstamm? Kinder im Grundschulalter sind durchaus in der Lage, physikalische Konzepte wie Dichte und Auftrieb zu begreifen. In: Physik Journal Heft 3, 1. Jahrgang, S. 63-67.