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Über Visualisierungen Problemlöseprozesse im MINT-Unterricht unterstützen

Der Unterricht der naturwissenschaftlichen Fächer verläuft häufig problemorientiert. Das bedeutet, es werden Problemlöseprozesse durchlaufen, in denen die Lernenden zunächst mit einer realen, authentischen oder konstruierten Problemsituation konfrontiert werden, aus der sich ein oder mehrere Fragestellungen ergeben, die für die Lernenden nicht auf Anhieb lösbar sind. Was sie aber leisten können, ist, auf der Basis ihres Vor- oder Alltagswissens Ideen, Vermutungen oder gar Hypothesen zur Fragestellung zu formulieren, diese dann durch Auswertung empirischer Daten zu prüfen und über die erhaltenen Ergebnisse die Fragestellung(en) zu beantworten. 

Ein Beitrag von Niklas Schneeweiß und Bernhard Sieve 

Im Fach Chemie werden die empirischen Daten vielfach durch ein Experiment gewonnen, das zuvor mehr oder weniger eigenständig von den Lernenden geplant wurde. Der Unterricht bildet dabei eine prototypische Schrittfolge der wissenschaftlichen Erkenntnislogik (Scientific Inquiry) ab und vollzieht den Weg der Forschung nach, ist also wissenschaftspropädeutisch angelegt. Diese Art zu denken ist für die Lernenden am Anfang des Unterrichts in den naturwissenschaftlichen (NW) Fächern meist neu und sie müssen das Wesen der Erkenntnisgewinnung erst verstehen und anwenden lernen. Dazu gehört es, die Abfolge der einzelnen Denkphasen und ihre Funktionen im Erkenntnisprozess zu internalisieren. Eine nach unseren Erfahrungen sehr effektive Unterstützungsstrategie ist eine den Stundenverlauf begleitende Präsentation, die unter anderem Transparenz bezüglich der Phasen des Erkenntnisprozesses schafft. Und so kann der Aufbau einer solchen Präsentation, die mit klassischen Präsentationsprogrammen erstellt werden kann, aussehen.

Der Aufbau einer begleitenden Präsentation

Nach unseren Erfahrungen ergeben sich vier Bereiche, in denen die Präsentation Transparenz schaffen und somit den Unterrichtsverlauf unterstützen kann:

  • Phasen der NW-Erkenntnislogik
  • Phasen des Experimentierens
  • Zentrale Arbeitsaufträge
  • Hinweise zur Steuerung

Um die Präsentation textlich nicht zu überfrachten und so eine größere Barrierefreiheit zu gewährleisten, haben wir gemäß den UDL-Richtlinien (Universal Design for Learning) einen Satz von Symbolen und Piktogrammen mit einem hohen Wiedererkennungswert gewählt. Die gleiche Symbole finden sich dann auch auf den verwendeten Arbeitsblättern.

Download

Eine Vorlage für eine begleitende Präsentation steht Ihnen hier zum Download bereit:

Die Präsentation ist auf eine Schulstunde der Klassenstufe 8 mit dem Schwerpunkt auf Forschendem Lernen ausgerichtet. Im Ötzi-Kontext planen die Lernenden Experimente zur Herstellung von Kupfer aus Kupferoxid. Das Beispiel können Sie gerne bearbeiten und teilen.
Viel Spaß beim Ausprobieren!

Bereich 1: Phasen der NW-Erkenntnislogik

Damit die Lernenden dem Erkenntnisfortschritt folgen können und wissen, wann sie welche Aufgaben erwarten, wird die Abfolge der Denkphasen des Unterrichts dargestellt. Dadurch wissen die Lernenden etwa, wann sie Fragestellungen aufwerfen und wann sie Vermutungen formulieren sollen. Die Phasen des Unterrichts werden am linken Rand der Präsentation dargestellt, wobei die aktuelle Phase hervorgehoben wird und die anderen Phasen sichtbar, aber ausgegraut sind.

Bereich 2: Phasen des Experimentierens

Soll im Unterricht ein Experiment durchgeführt werden, ist es wichtig, dass die Lernenden wissen, in welcher Phase des Experimentierens (Planung, Durchführung, Auswertung) sie sich gerade befinden. Auch Sicherheitsaspekte wie das Tragen von Schutzbrillen müssen deutlich gemacht werden. Die Experimentierphasen werden in Form einer Leiste am oberen Rand der Folie dargestellt, wobei die aktuelle Phase hervorgehoben wird und die anderen Phasen wieder ausgegraut sind.

Bereich 3: Zentrale Arbeitsaufträge

Um sicherzustellen, dass die Lernenden wissen, was konkret von ihnen erwartet wird, müssen die Arbeitsaufträge transparent sein. Dies beinhaltet sowohl organisatorische Aspekte wie das Wegräumen von Materialien als auch die eigentlichen Arbeitsaufträge. Die Arbeitsaufträge werden in Textform mittig auf der Folie dargestellt. Wenn sie auch auf einem Arbeitsblatt stehen, werden sie mit der gleichen Formulierung abgebildet. Auf diese Weise haben die Lernenden eine klare Vorstellung davon, was von ihnen erwartet wird, und können dementsprechend agieren.

Bereich 4: Hinweise zur Steuerung

Damit Lernende wissen, in welcher Sozialform sie arbeiten sollen und wie viel Zeit ihnen zur Verfügung steht, empfiehlt es sich, auch diese Informationen bereitzustellen. Diese Hinweise können symbolbasiert am unteren Rand der Folie dargestellt werden.

Vorteile einer begleitenden Präsentation

Die Erhöhung der Transparenz für die Lernenden sorgt für eine deutliche Entlastung der Lehrkräfte im Unterricht. Je weniger Lehrkräfte mit der Klärung organisatorischer Fragen etc. beschäftigt sind, desto mehr Zeit bleibt für inhaltliche Fragen. Zusätzlich können sich Lehrkräfte beim Experimentieren darauf konzentrieren, die ganze Gruppe im Auge zu behalten. Die Präsentationen dienen aber auch als roter Faden und Verlaufsplan. Nutzen Fachkolleg*innen dasselbe Template für solche Präsentationen, erleichtert dies auch deren Adaption von Stunden und Einheiten und damit die Zusammenarbeit. Tipp: Wenn es im Unterrichtsraum nur eine kombinierte Beamer- und Tafelfläche gibt, ist es hilfreich, Arbeitsblattausschnitte oder leere Folien einzufügen, die dann mit den Lösungen der Lernenden gefüllt werden. Auf diese Weise können zentrale Lerninhalte ohne Medienwechsel gesichert werden.

Beispielhafte Präsentationsfolie zur Steuerung von Lernaktivitäten. Neben der Aufgabenstellung, der Bearbeitungsdauer und der Angabe der Sozialform wird den Lernenden über die Seitenleiste die Phase im Erkenntnisprozess transparent gemacht.

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