Experimente im Physikunterricht

Da in der Unterrichtseinheit, die in dieser Arbeit entwickelt wird, auch Experimente als methodisches Mittel zum Einsatz kommen, soll in diesem Kapitel ein Überblick sowohl über die verschiedenen Formen des Schulversuchs, sowie über die aus der Literatur bekannten Möglichkeiten und Probleme, die der Einsatz dieser mit sich bringt, gegeben werden.

U te de Sa el eg iff ‚E pe i e t e steht a alle i Ph siku te i ht ei gesetzte apparativen Anordnungen, die den Schülern und Schülerinnen eine direkte Auseinandersetzung mit physikalischen Vorgängen und Sachverhalten ermöglichen (vgl.

Bleichroth et al., 1999, S. 248).

Experimente stellen einen wesentlichen Bestandteil der Physik und des Physikunterrichts dar.

Für didaktische Überlegungen ist es notwendig, sich den beiden verschiedenen Funktionen eines Experiments bewusst zu sein. In der Wissenschaft steht die Weiterentwicklung des wissenschaftlichen Erkenntnisstands im Vordergrund. Das Experimentieren im Unterricht hingegen hat die Hauptfunktion, das Lernen der Schüler und Schülerinnen zu unterstützen.

Dabei kann die Lehrperson mit dem Einsatz von Experimenten folgende Ziele verfolgen:

Vermittlung von Fachwissen, Begriffswechsel, naturwissenschaftliches Arbeiten, Kommunizieren über Physik, Lernen über die Natur der Naturwissenschaften oder Interesse anregen (vgl. Hopf & Wiesner, 2011d, S.106).

Prinzipiell lassen sich beim Lernen aus Experimenten zwei didaktische Herangehensweisen unterscheiden: Das Demonstrationsexperiment und das Schülerexperiment. Ein Versuch im Unterricht kann entweder als Demonstrationsversuch von der Lehrperson durchgeführt

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werden, dabei liegt die Anforderung an die Schüler und Schülerinnen im Beobachten und Registrieren der Vorgänge. Wird ein Schulversuch als Schülerexperiment realisiert, so verschieben sich die Anforderungen und die Schüler und Schülerinnen führen die experimentellen Arbeiten selber durch (vgl. Kircher, 2015, S. 233).

Experimente können in verschiedene Unterrichtsphasen eingebunden werden, dabei

entscheiden das Vorwissen, die Vorarbeit und das methodische Gesamtkonzept darüber, welche Ziele durch den Einsatz des Experiments erreicht werden sollen. Basierend auf diesen Überlegungen lassen sich Experimente nach Kircher (2015) wie folgt unterteilen:

Mit dem Einstiegsversuch werden Ziele wie die Motivierung der Schüler und Schülerinnen, eine thematische Einführung, das Schaffen eines Problembewusstseins und das Geben von Denkanstößen verfolgt. Für solche Experimente zu Beginn einer Unterrichtseinheit werden nur ein allgemeines Grundwissen und eine genaue Beobachtung vorausgesetzt (vgl. Kircher, 2015, S. 233).

Mit Hilfe eines Erarbeitungsversuches lassen sich Daten erfassen, Hypothesen entwickeln und Gesetzmäßigkeiten überprüfen. Durch den Einsatz von Erarbeitungsversuchen werden die Fähigkeiten zu präziser Arbeit und zur Verknüpfung von Theorie und Experiment gefördert (vgl. ebd., S. 233f).

Versuche zur Vertiefung oder zur Verständniskontrolle helfen scheinbare Widersprüche aufzudecken, Ähnlichkeiten und Analogien aufzuzeigen und Transferleistungen vorzubereiten.

Zur Durchführung und Bearbeitung dieser Experimente ist schon Detailwissen aus dem jeweiligen Themengebiet notwendig (vgl. ebd, S. 234).

Da die konzipierte Einheit auf einen schülerzentrierten Unterricht abzielt, kommen für die Erarbeitung einzelner Inhalte Schülerversuche zum Einsatz, die als sogenannte Erarbeitungsversuche geplant werden, die weiter oben in diesem Kapitel beschrieben sind. Zu Beginn der Unterrichtseinheit soll mit Hilfe eines Einstiegsversuches das Interesse und die Motivation der Schüler und Schülerinnen zu den folgenden Inhalten geweckt werden.

Schwierigkeiten beim Einsatz von Schülerversuchen

Beim Einsatz von Schülerexperimenten im Unterricht ist darauf zu achten, dass eigenständiges Arbeiten generell, also auch eigenständiges Experimentieren, hohe Anforderungen an die

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Schüler und Schülerinnen stellt. Vor allem wenn die Lernenden praktisches Arbeiten im Unterricht nicht gewöhnt sind oder nicht von Anfang an ihrer Schullaufbahn damit konfrontiert wurden, stellen sich häufig Schwierigkeiten dabei ein, die Anweisungen zu verstehen, die Materialien zu handhaben, zu messen, Ergebnisse zu notieren, auszuwerten und zu interpretieren, sowie mit anderen in Kleingruppen zusammen zu arbeiten. Hinzu kommt der Aspekt, dass Experimente und die sich darauf beziehenden Aufgabenstellungen, von den Schülern und Schülerinnen oft anders interpretiert werden als von der Lehrperson.

Durch diese Umstände kommt es oft zu einer Überforderung, wodurch das Experiment oftmals nur sehr oberflächlich durchgeführt wird (vgl. Duit, Mikelskis-Seifert & Tesch,

2010, S. 4).

Aus diesen Gründen können die Erwartungen, die in Experimente im Physikunterricht gesetzt werden, oftmals nicht erfüllt werden. Schülerexperimente führen per se weder zu besseren Leistungen noch zu befriedigenderer Entwicklung des Interesses und anderer affektiver Variablen und tragen per se nicht zum Verstehen der Erkenntnisgewinnung bei (ebd., S. 3).

Empirische Untersuchungen konnten zeigen, dass praktisch kein Zusammenhang zwischen dem Einsatz von Experimenten und dem Lernerfolg von Schülern und Schülerinnen festgestellt werden kann. Um diesem Umstand entgegenzuwirken, ist es von großer Bedeutung, als Lehrperson den Einsatz von Experimenten so bewusst wie nur möglich zu gestalten und dabei genaue Überlegungen zur Passung zwischen den Zielsetzungen einer Unterrichtseinheit, den spezifischen Beiträgen, die das Experiment dazu beisteuern soll und den Lernvoraussetzungen der Schüler und Schülerinnen, vorzunehmen. Somit bestimmen das Ziel des Unterrichts und das vorhandene Vorwissen der Schüler und Schülerinnen die Wahl geeigneter Experimente und die Formulierung des damit dazugehörenden Arbeitsauftrages (vgl. Hopf und Wieser, 2011d, S. 113f).

Bei der Erstellung des Unterrichtsmaterials muss vor allem bei der Einbindung der geplanten Schülerversuche in den Stationenbetrieb große Achtsamkeit daraufgelegt werden, den in diesem Kapitel beschriebenen Schwierigkeiten, die Schüler und Schülerinnen bei der selbstständigen Durchführung von Schulversuchen haben, so gut wie möglich entgegenzuwirken. Vor allem die Formulierungen der einzelnen Arbeitsaufträge müssen

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genauestens evaluiert werden und Schritt für Schritt den Bedürfnissen der Schüler und Schülerinnen angepasst werden.