Konstruktivistische Lehr-Lernumgebungen und externe Repräsentationsformen im naturwissenschaftlichen Lernbereich der Grundschule – Integration und Bedingungen der Implementation
(2002 - 2004)

In einer weiteren Schulstudie integrierten wir die Ergebnisse aus dem ersten Antragszeitraum bezüglich der Nutzung von visuellen Darstellungsformen in einem moderat konstruktivistischen Unterricht zum »Schwimmen und Sinken«.

In diesem moderat konstruktivistisch orientierten Sachunterricht zum »Schwimmen und Sinken« ist die Nutzung von visuellen Darstellungen besonders für ein Verständnis der Dichte wichtig. Unsere Laborstudie zeigte, dass sich insbesondere die Balkenwaage zur Förderung eines proportionalen Verständnisses der Dichte eignet. Deshalb untersuchten wir im zweiten Antragszeitraum in einer quasi-experimentellen Schulstudie die Verwendung der Balkenwaage im Unterricht im Vergleich zu Darstellungen, die von den Schülern selbst entwickelt wurden. Während die Nutzung einer vorgegebenen Repräsentation wie der Balkenwaage durch ihre strukturellen Eigenschaften die Aufmerksamkeit der Kinder auf die für das Konzept der Dichte relevanten Größen (Masse und Volumen) lenkt, ergibt sich die Struktur von selbst erstellten Repräsentationen aus den intuitiven Vorstellungen der Kinder. Wenn diese oft qualitativen Darstellungen im Unterricht weiterentwickelt werden, können auch selbst entwickelte Darstellungen als bedeutungsvoller Ausgangspunkt für ein konzeptuelles Verständnis von Dichte herangezogen werden.

In unserem Design variierten wir Unterricht mit der Balkenwaage (zwei Klassen mit insgesamt 48 SchülerInnen) und Unterricht mit selbst entwickelten Darstellungen (zwei Klassen mit insgesamt 50 SchülerInnen). Für den Unterricht mit vier Doppelstunden und einer Einzelstunde wurden Teile des Curriculums aus der Schulstudie zum »Schwimmen und Sinken» mit der Nutzung von Darstellungsformen zur Repräsentation der Dichte angereichert. Unsere Analysen in einem Prä-Post-Testdesign zeigten, dass sich beide Gruppen signifikant in Bezug auf ihr Verständnis von »Schwimmen und Sinken» verbesserten, wie sich an der Abnahme von Fehlkonzepten, der Zunahme an physikalischen Erklärungen und der Zunahme an Alltagserklärungen belegen lässt.

In Bezug auf das proportionale Verständnis zeigten sich für die beiden Unterrichtsgruppen signifikante Zunahmen, jedoch mit unterschiedlicher inhaltlicher Ausrichtung. Die Balkenwaagengruppe verbesserte sich beim Vergleich von Geschwindigkeiten, während die Gruppe mit selbst entwickelten Darstellungen Fortschritte bei Aufgaben zur Dichte und zu Saftmischungen zeigte. Wir gehen davon aus, dass die Zunahme im proportionalen Verständnis bei SchülerInnen der Gruppe mit selbst entwickelten Repräsentationen insbesondere die konstruktive Weiterentwicklung der qualitativen Darstellungen gemäß im Unterricht erstellter Gütekriterien (die mathematische Vergleiche erlaubten) zurückzuführen ist. Unterrichtsbeobachtungen bestätigten, dass die Entdeckung proportionaler Beziehungen im Unterricht mit selbst entwickelten Darstellungen häufig durch die Lehrerin angeregt werden musste, während die Kinder bei der Nutzung der Balkenwaage häufiger selbst auf proportionale Prinzipien stießen. Insgesamt zeigte sich die Nutzung von visuellen Darstellungsformen wie der Balkenwaage im Sachunterricht der Grundschule praktikabel, wobei insbesondere die Verwendung von durch die Schüler selbst erstellten Darstellungsformen – bei geeigneten Hilfestellungen zur Weiterentwicklung – für die Förderung inhaltlichen und proportionalen Verständnisses angemessen und gut im Unterricht umsetzbar ist.