Experimentieren im Homeschooling: kognitiv aktivierende Aufgaben im digital-gestützten MINT–Fernunterricht

Im Fernunterricht sind anspruchsvolle Aufgaben sowie Flexibilität und Fantasie bei der Auswahl von Lernformen gefragt. Mit der App BookCreator kann das Experimentieren kollaborativ von zu Hause erfolgen.

Ein Beitrag von Prof. Dr. Jennifer Stemmann & Jun.-Prof. Dr. Nadine Tramowsky

Für das erfolgreiche Lernen von Schüler*innen werden Lernangebote benötigt, die gezielt Denk- und Lernprozesse auslösen. Das Potenzial zur kognitiven Aktivierung ist im Unterricht dann hoch, wenn der Unterricht auf Verstehen und schlussfolgerndes Denken ausgerichtet ist und an das Vorwissen der Schüler*innen anknüpft. Im naturwissenschaftlichen und technischen Präsenzunterricht wird dieser Anspruch im Sinne des „entdeckenden Lernens“ durch die Methode des Experimentierens eingelöst. Während naturwissenschaftliche Experimente vor allem Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge im Kontext von Natur klären und damit kausal orientiert sind, fragen technische Experimente nach dem Zweck-Mittel-Zusammenhang, sind also finalorientiert. Unterrichtlich wird das Experiment in unterschiedlichen Varianten umgesetzt, wobei sich diese hinsichtlich der Handlungsmöglichkeiten der Schüler*innen im Experiment unterscheiden: das Schülerexperiment, das Demonstrationsexperiment und das lesende Bearbeiten eines Experimentes. Dabei wird angenommen, dass der Wissenszuwachs umso höher ist, je größer die Handlungsmöglichkeiten der Schüler*innen sind.

Beispiel

Umsetzung einer kognitiv aktivierenden Aufgabe zum Experimentieren

Experimentieren im Fernunterricht

Aufgrund der Herausforderungen in der ersten Zeit des Fernunterrichtes wurden gerade in der Primarstufe, aber auch in der Sekundarstufe vor allem die Hauptfächer (u. a. Deutsch und Mathematik) in den Blick genommen. In den naturwissenschaftlichen Unterrichtsfächern und im Technikunterricht ist zum einen sehr viel Lernzeit weggefallen und zum anderen wurden vor allem die handlungsorientierten Elemente der genannten Fächer ausgeblendet. Damit fielen auch die anspruchsvollen Ziele und Inhalte, die nur über die Methode des Experimentierens zu erreichen sind, weg. Dabei gibt es gute Möglichkeiten, wie Schüler*innen zu Hause mit Alltagsmaterialien Experimente durchführen können und damit die größte Handlungsmöglichkeit erreicht wird. Diese Experimente müssen aber im Fernunterricht durch eine aktivierende Lernaufgabe eingeführt und durch entsprechende Tools begleitet werden.

Kognitiv aktivierende Aufgaben für das Experimentieren im Fernunterricht

Aufgaben sollten so gestellt werden, dass sie bei Schüler*innen kognitiv anspruchsvolle Prozesse anregen und aufrechterhalten. In Verbindung mit Schülerexperimenten können Lernaufgaben gestellt werden, die nicht nur die Eigenaktivität der Schüler*innen unterstützen, sondern auch Selbsterklärungen erfordern (siehe Abbildung und Download). Indem Experimente selbst durchgeführt und erklärt werden müssen, werden Inhalte aus dem eigenen (Vor-)Wissen heraus generiert und Schüler*innen zur aktiven Informationsverarbeitung angeregt. Anders als instruktionale Erklärungen, also „fertig“ präsentierte Inhalte, gelten Selbsterklärungen als äußerst förderlich für das Verstehen und die Entwicklung kognitiver Fertigkeiten von Schüler*innen.

Kollaboration im Fernlernen

Mittels multimedialer Erfahrungsbücher (Multimedia User Experience Books: MuxBooks) und der App BookCreator kann das Experimentieren im Fernlernunterricht begleitet werden. Durch mit Tablets erstellte MuxBooks wird insbesondere jüngeren und MINT-fernen Schüler*innen die Gelegenheit eröffnet, die Ebene der schriftlichen und zeichnerischen Dokumentation um vielfältige multimediale Elemente zu ergänzen (Tramowsky & Irion, 2021). Zur Durchführung benötigen Schüler*innen sowohl technisches (Grundkenntnisse zum Umgang mit Tablets und der App BookCreator) als auch fachliches Vorwissen (grundlegende Fähigkeiten zur Durchführung und Dokumentation von Experimenten). Neben einem Tablet werden Alltagsmaterialien und kognitiv aktivierende Aufgaben benötigt, welche zur fachlichen Auseinandersetzung mit dem Inhalt und zum Experimentieren anregen sollen. Das MINT-Experiment (Versuchsaufbau, Beobachtungen usw.) kann anschaulich mit Fotos, Videos (z. B. Zeitraffer-Funktion), Geräuschen, Texten, Grafiken und Bildern dokumentiert werden (z. B. mit Vorlage „Notebook“), um der Kreativität der Schüler*innen mehr Raum zu geben. Durch die digitale Dokumentation werden Schüler*innen zudem aus einer reinen Konsumhaltung herausgeführt. Die Erstellung eigener Medien bietet dabei einen reizvollen Zugang zum multimedialen, forschendentdeckenden Lernen.

Weitere Informationen

Klieme, E. (2020). Guter Unterricht – auch und besonders unter Einschränkungen der Pandemie?
In D. Fickermann & B. Edelstein (Hrsg.), „Langsam vermisse ich die Schule …“ – Schule während und nach der Corona-Pandemie
(S. 117–135). Münster: Waxmann.

Renkl, A., Wittwer, J., Große, C., Hauser, S., Hilbert, T., Nückles, M. & Schworm, S. (2006).
Instruktionale Erklärungen beim Erwerb kognitiver Fertigkeiten: Sechs Thesen zu einer oft vergeblichen Bemühung.
In I. Hosenfeld & F.-W. Schrader (Hrsg.), Schulische Leistung. Grundlagen, Bedingungen, Perspektiven (S. 205–224). Münster: Waxmann.

Tramowsky, N. & Irion, T. (2021). Erzähl mir von Schnecken. Multimediale Geschichten mit Kindern in MuxBooks gestalten.
In J. Meßinger-Koppelt & J. Maxton-Küchenmeister (Hrsg.), Naturwissenschaften Digital. Toolbox für den Unterricht (Bd. 2). Hamburg: Joachim
Herz Stiftung Verlag, 72–75.

Vodafone Stiftung Deutschland (2020). Schule auf Distanz.
www.bit.ly/3h8XW7d

Wößmann et al. (2020). Bildung in der Coronakrise: Wie haben die Schulkinder die Zeit der Schulschließung verbracht, und welche Bildungsmaßnahmen befürworten die Deutschen? In ifo Schnelldienst 9.

Beitrag teilen:

Ähnliche Beiträge

3-D-Druck – ein Baustein hin zum eigenverantwortlichen Lernen

25. August, 2022

Es scheint ein Charakteristikum des fortschreitenden 21. Jahrhunderts zu sein, dass unser Alltag geprägt ist von globalen Krisen, die von der Menschheit nur dann gelöst werden können, wenn sie sich kollektiv intelligent verhält. Ob und wie das gelingen kann, ist mit Sicherheit auch eine Frage unseres Bildungssystems.

Weiter lesen

Das Fischereispiel – ein Experiment (nicht nur) für den Ökonomieunterricht

8. August, 2022

Auch in der Wirtschaftswissenschaft werden Experimente mittlerweile zur Untersuchung einer Vielzahl von Fragestellungen genutzt: Die experimentelle Wirtschaftsforschung gilt als etablierte Disziplin.

Weiter lesen

Energien der Zukunft als Unterrichtsthema

29. Juli, 2022

Biomasse, Sonnenenergie, Windkraft und Wasserkraft sind die Themen der Zukunft. Grund genug, sie bereits heute auf spielerische Weise in den Unterricht einzubinden. Dieser Beitrag gibt spannende Unterrichtsideen in Form von Stationen und Experimenten.

Weiter lesen

Hier ist was im Busch!

8. Juli, 2022

Hecken sind viel mehr als nur ein Sichtschutz für Haus und Garten. Sie sind ein wichtiger Lebensraum, in dem sich so manche tierische Überraschung versteckt, und können zudem Treibhausgasemissionen kompensieren – vorausgesetzt, es handelt sich um Naturhecken aus einheimischen Sträuchern.

Weiter lesen

Rätsel | Würfelaufkleber

8. Juni, 2022

Auf MINT Zirkel gibt es Knobel- und Rätselspaß mit Heinrich Hemme.

Weiter lesen

Mathematik(er) auf Banknoten – Avicenna

7. Juni, 2022

Schaut man in die Geldbörsen in aller Welt, so entdeckt man viele Banknoten, die voller Mathematik, Physik und Astronomie sind. Wer nach Tadschikistan reist, wird mit großer Sicherheit auch einen 20-Somoni-Schein in seiner Geldbörse haben. Darauf ist der Universalgelehrte Avicenna abgebildet.

Weiter lesen

Eine nachhaltige Welt aus dem 3-D-Drucker – Widerspruch oder Chance?

2. Juni, 2022

Unterschiedlichste Anwendungen der 3-D-Drucktechnologie führten in den letzten Jahren in vielen Bereichen der Industrie und Forschung zu enormen Fortschritten. Die stetige Weiterentwicklung zukünftiger Anwendungsmöglichkeiten wie der 3-D-Druck von Häusern oder das sogenannte Bioprinting, also der Druck von Gewebestrukturen oder Organen, lässt darüber hinaus vermuten, dass die Bedeutung der 3-D-Druckindustrie auch weiterhin stark zunehmen wird. Lässt sich das auch im Kontext einer Bildung für nachhaltige Entwicklung einsetzen?

Weiter lesen

Lernen durch Schreiben: Gilt das auch für MINT-Fächer?

25. Mai, 2022

Die Lehr-Lernforschung nimmt an, dass Schüler*innen Lerninhalte besser durchdringenund verstehen, wenn sie über diese Inhalte schreiben. Schreiben als explizite Lernaktivität erweist sich aber nicht nur als sinnvoll in den sozialwissenschaftlichen Fächern, in denen seit jeher viel geschrieben wird. Eine aktuelle Metaanalyse zeigt,dass dies genauso für die naturwissenschaftlich-mathematischen Fächer gilt.

Weiter lesen

Mit einem Mystery spielerisch zum Bau der Daniell-Zelle

18. Mai, 2022

Beim problemorientierten Chemieunterricht denken die meisten Lehrkräfte sicher an Erarbeitungen anhand von Experimenten oder experimentellen Daten. Doch es geht auch spielerischer, nämlich durch ein Mystery. Wie genau die Mystery-Methode auf spannende, rätselhafte und aktivierende Weise angewendet werden kann, zeigt dieser Beitrag anhand der Erarbeitung der Daniell-Zelle.

Weiter lesen

Wärmespeicher – ein spannendes Thema für fächerübergreifenden MINT-Unterricht

13. Mai, 2022

Um unsere Gesellschaft klimaneutral oder sogar klimapositiv umzugestalten, ist neben einer besseren Wärmedämmung auch und gerade im Wärmesektor, der etwa die Hälfte des Energiebedarfs ausmacht, eine Abkehr von Erdöl und Erdgas erforderlich. Als Ersatz eignen sich Erdwärme, Sonnenenergie (Solarthermie) und Heizen mit „grünem“ Strom in Kombination mit Wärmespeichern.

Weiter lesen

Teure Technik? – Bau eines Robotergreifarms aus günstigen Materialien

2. Mai, 2022

Roboter begeistern Schüler*innen aller Altersklassen. Die Verwendung von Robotern im technischen Unterricht sorgt für gesteigertes Interesse und Motivation, da Inhalte anhand von faszinierenden Realobjekten greifbar gemacht werden.

Weiter lesen

Urheberrecht – ein Buch mit sieben Siegeln?

25. April, 2022

Egal um welches Fach es sich handelt, jede Lehrkraft kommt mit dem Thema Urheberrecht in Berührung und sollte deshalb mit den Grundlagen vertraut sein. Dabei geht es nicht nur um den Umgang mit im Unterricht eingesetzten Materialien, sondern auch darum, die Schüler*innen zu sensibilisieren.

Weiter lesen