Auswirkungen von Unterricht zum »Schwimmen und Sinken« auf das Verständnis physikalischer Basiskonzepte und den Erwerb inhaltsübergreifender graphisch-visueller Kompetenzen bei Grundschulkindern
(2000 - 2002)

Wir untersuchten bei Grundschulkindern der dritten Klasse förderliche Lehr-Lern-Bedingungen für das Verständnis der physikalischen Konzepte der Dichte und des Auftriebs, die das »Schwimmen und Sinken« von Körpern erklären. Unseren Untersuchungen liegt der Ansatz des moderaten Konstruktivismus zugrunde, der ein optimales Maß an Strukturierung einer Lehr-Lern-Umgebung annimmt, um Schülern die aktive Auseinandersetzung mit eigenen (naiven) Vorstellungen und neuen, wissenschaftlichen Erklärungsansätzen zu ermöglichen. Ein optimales Maß an Strukturierung kann sowohl durch die Verwendung von visuellen Darstellungen als auch durch verbale und inhaltliche Strukturierungen im Unterrichtsverlauf unterstützt werden.

Experimentelle Schulstudie zur Variation an Strukturiertheit der Lernumgebung im Unterricht zum Schwimmen und Sinken

In Münster wurde in einer experimentellen Schulstudie der Frage nach einem optimalen Maß an Strukturierung der Lehr-Lern-Umgebung im naturwissenschaftlichen Unterricht nachgegangen. In einem Unterricht mit stärkerer Strukturierung setzten wir kognitiv aktivierende Lehreräußerungen und eine im voraus bestimmte Abfolge der Unterrichtsinhalte ein, während der Unterricht mit schwächerer Strukturierung in den Unterrichtsgesprächen und der Auswahl der Lernaktivitäten stärker Schüler bestimmt war. Beide jeweils acht Doppelstunden umfassende Unterrichtsformen basierten auf konstruktivistischen Prinzipien des Unterrichtens wie einem hohen Grad an aktivem Experimentieren, gemeinsamem Analysieren und kollaborativem Lernen.

In einem Prä-Post-Testdesign mit insgesamt 8 dritten Klassen zeigte sich, dass insbesondere die Gruppe mit stärkerer Strukturierung ihr Verständnis von »Schwimmen und Sinken« nachhaltig verbesserte. Dies zeigte sich in der signifikanten Abnahme von Fehlvorstellungen und der Zunahme von Alltagserklärungen und physikalischen Erklärungen v. a. in der Erhebung ein Jahr nach dem Unterricht. Im Vergleich dazu nahmen die Fehlvorstellungen der Kinder im Unterricht mit schwächerer Strukturierung nach einem Jahr wieder zu, so dass sie sich teilweise nicht mehr von einer Kontrollgruppe ohne Unterricht zum »Schwimmen und Sinken« unterschieden. Eine moderat konstruktivistische Unterrichtsgestaltung mit strukturierenden Anteilen stellt also in dieser Hinsicht ein optimales Lernumfeld dar, da sie in ausreichendem Maß Unterstützung bei der Erarbeitung physikalischen Basiswissens bietet und damit Fehlverständnisse korrigiert werden können. Gleichzeitig bietet dieser Unterricht jedoch auch die Gelegenheit für die/den Schüler/in, auf eigenes Vorwissen zurückzugreifen und eigene Ideen zu entwickeln und zu testen.

Laborstudie zur Nutzung von visuellen Darstellungsformen für das Konzept der Dichte

Am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung (MPIB) wurde in experimentell kontrollierten Studien der Nutzen verschiedener visueller Darstellungsformen (Balkenwaage, Punktematrix) für das Verständnis des physikalischen Dichtebegriffs untersucht. Die Kinder lernten an zwei Nachmittagen, wie sie Vollkörper unterschiedlichen Materials anhand einer visuellen Darstellungsform vergleichen können und Vorhersagen über das Schwimmen oder Sinken in Wasser treffen können. In einem Prä-Post-Testdesign mit insgesamt 49 Drittklässlern zeigte sich, dass sich insbesondere die Balkenwaage eignet, sowohl das inhaltliche Verständnis der Dichte als auch das (Fächer übergreifende) proportionale Verständnis zu fördern. Kinder, die entweder mit der Punktematrix oder mit numerischen Darstellungen arbeiteten, verbesserten sich hingegen weniger durch das Training.