Veranstaltungsteilnehmerin liest Broschüre Leistung macht Schule

Offenes Experimentieren für individuell gestalteten Chemieunterricht

Interview mit Professor Dr. Kerstin Höner und Kristiena Matis von der Technischen Universität Braunschweig

Experiment im Labor mit Brausetabletten

Kerstin Höner und Kristiena Matis stellen ein Experiment mit Brausetabletten vor.

Anna Krings, TU Braunschweig

Leistung-macht-Schule.de: Frau Professor Höner, Frau Matis, Sie möchten mit Ihrem „Leistung macht Schule“-Projekt den Chemieunterricht in Deutschland besser machen und dafür sorgen, dass potenziell leistungsfähige und leistungsstarke junge Menschen erkannt und gefördert werden. Welche Schwierigkeiten sehen Sie im bisherigen Unterricht für diese Schülergruppe?

Höner: In heterogen zusammengesetzten Klassen werden Schülerinnen und Schüler noch zu selten individuell gefördert. Leistungsstarke oder potenziell Leistungsfähige erhalten zumeist nur Zusatzangebote außerhalb des regulären Unterrichts, weshalb sich die Kinder und Jugendlichen im Regelunterricht oft langweilen. Die Initiative Leistung macht Schule setzt genau da an, indem sie Veränderungen des bisherigen Regelunterrichts ermöglicht. Wir wollen den Unterricht im Fach Chemie bzw. Naturwissenschaften mit seinen Experimenten offener gestalten, damit möglichst differenziert gelehrt und gelernt werden kann.

Was heißt es genau, den Unterricht differenziert zu gestalten? Und welche Ansätze bietet Ihr Projekt dafür?

Matis: Wir versuchen, die Aufgabenstellungen im Unterricht variabel zu öffnen und dadurch unterschiedliche Ansprüche an die Schülerinnen und Schüler zu stellen. Anstatt Zusatzaufgaben oder inhaltlich andere Aufgaben zu bearbeiten, beschäftigen sich die Kinder und Jugendlichen mit denselben Inhalten, also zum Beispiel mit demselben Experiment. So lernen alle im Wesentlichen das gleiche, aber sie erhalten auf dem Erkenntnisweg unterschiedliche Unterstützung.

Können Sie hierfür ein Beispiel nennen?

Höner: Wenn es in den Stunden um das naturwissenschaftlich-experimentelle Problemlösen und Forschen geht, wird zum Beispiel ein bestimmtes Phänomen vorgestellt und dazu eine Forschungsfrage formuliert. Daraufhin stellen die Kinder und Jugendlichen eine begründete Vermutung auf und planen ihr Experiment. Erst danach führen sie es durch und werten es schließlich aus. Diesen Dreischritt von Hypothesenbildung, Versuchsdurchführung und Auswertung kann man unterschiedlich offen gestalten: Manchen Schülerinnen und Schülern muss die Lehrkraft Vermutungen oder konkrete „Kochrezepte“ an die Hand geben, andere können diese bereits selbst aufstellen.

Matis: Ein gutes visuelles Hilfsinstrument, das Lehrkräften eine schnelle Überprüfung ihrer Aufgabenstellung erlaubt und zudem die Diagnose von leistungsstarken und potenziell leistungsfähigen Kindern und Jugendlichen ermöglicht, ist die sogenannte Kompetenzspinne (siehe Abbildung). Dieses Netzdiagramm bildet auf seinen Achsen den angesprochenen Dreischritt des experimentellen Problemlösens in seinen Einzelheiten auf drei verschiedenen Stufen im Hinblick auf die Anforderungen der Aufgabe ab. Eine den Schülerinnen und Schülern bereits vorgegebene Hypothese würde zum Beispiel niedrig bewertet werden. Die einfache Abbildung zeigt mir als Lehrkraft – regelmäßig angewendet – welche Bereiche des experimentellen Problemlösens ich in meinen Vorgaben vielleicht vernachlässige. Darüber hinaus kann die Kompetenzspinne – für die Beurteilung der Schülerinnen und Schüler genutzt – abbilden, in welchen Teilbereichen die Kinder und Jugendlichen Stärken und Schwächen haben. Wenn ein Kind zum Beispiel Schwierigkeiten bei der Hypothesenbildung hat, heißt das noch lange nicht, dass es kein Experiment planen kann. Mit ein bisschen Übung dauert die Bearbeitung einer Kompetenzspinne kaum zwei Minuten. Unsere Schulen können dafür künftig sogar Online-Tool benutzen.

Diagramm mit Kompetenzspinne

Unsere Interviewpartnerinnen haben das Diagramm in Anlehnung an Nawrath et al. (2011)¹   für ihre Zwecke weiterentwickelt. CC BY 4.0 DE Kristiena Matis

Bei oft nur einer Lehrkraft für knapp 30 Schülerinnen und Schüler klingt das nach einer sehr großen Herausforderung für das Lehrpersonal. Sehen Sie Schwierigkeiten bei einer langfristigen Umsetzung?

Höner: Die Lehrkräfte unterrichten ja bereits vor großen Schülergruppen. Eine offene Unterrichtsgestaltung ist aber eigentlich nicht von der Klassengröße abhängig, wenn man denn über einen entsprechenden Experimentierraum und über die nötigen Materialien verfügt. Wobei viele unserer Experimente, die wir gemeinsam mit den Lehrkräften diskutieren, vom Gefährdungspotenzial so aufgebaut sind, dass sie auch in einem normalen Klassenraum durchgeführt werden könnten.

Es bedeutet also keinen Mehraufwand für die Lehrer, den Unterricht individuell auf unterschiedlich leistungsstarke Schülerinnen und Schüler zuzuschneiden?

Matis: Es ist eher ein anderer Aufwand: Viele Lehrkräfte sorgen sich darum, dass sich die Kinder und Jugendlichen bei der Bearbeitung von offener formulierten Aufgaben nicht mit zielführenden Dingen beschäftigen. Aber wenn sich die Kinder bei einem konkret vorgegebenen Lösungsweg langweilen, dann machen sie ganz sicher etwas anderes. Von der Vorbereitung ist es der gleiche Aufwand, wenn alle Schülerinnen und Schüler zwar dasselbe Experiment mit den gleichen Materialien bearbeiten, aber die Wege, die sie dabei beschreiten, unterschiedlich sind. Die Herausforderung liegt in der flexiblen Auswertung. Heutige Lehrkräfte müssen dabei zu Lernbegleitern werden und sich immer mehr vom vermeintlichen Gefühl verabschieden, genau zu wissen, was ihre Schüler tun.

Sie beide können ja nicht bei allen teilnehmenden Schulen gleichzeitig unterstützend zur Seite stehen. Wie organisieren sie sich? Wie gelingt eine gute Zusammenarbeit mit den Schulen?

Höner: Über Telefoninterviews erstellen wir mit den für uns zuständigen Lehrkräften zunächst ein Schulprofil. So können wir die jeweiligen Voraussetzungen besser ausloten. Künftig werden wir gemeinsam mit den Schulen über eine Online-Arbeitsplattform Unterrichtsmaterialien zur Verfügung stellen. Dabei nutzen wir auch eine Chat-Funktion, in der sich die Lehrkräfte mit uns und untereinander austauschen können. Einige unserer Schulen nutzen dieses Angebot schon, um ihre bisherigen Erfahrungen mit Begabungsförderung zu teilen. Davon profitieren wir auch an der Hochschule, denn wir können die erfolgreichen Konzepte aus der Praxis gleich in die Lehrerausbildung einfließen lassen.

Frau Höner, Sie selbst sind eine große Freundin der Mathematik. Warum sind sie gerade Professorin für Chemiedidaktik geworden und nicht etwa für Mathematik?

Höner: Diesbezüglich war ich wohl zur rechten Zeit am rechten Ort: Ich hatte das Glück, im Fachbereich Chemiedidaktik an der Uni Bielefeld meine Doktorarbeit schreiben zu dürfen – über Enzymmodellreaktion. Darüber bin ich schließlich bei der Chemiedidaktik gelandet. Die Mathematik hat mich aber nie so ganz losgelassen, weshalb ich mich in meiner Habilitation mit Mathematisierungsproblemen im Chemieunterricht beschäftigt habe. Übrigens hat auch Frau Matis Mathematik studiert! Deshalb achten wir auch beide darauf, dass Schülerinnen und Schüler zum Beispiel lernen, Messwerte im Chemieunterricht in Diagrammen darzustellen. Immerhin wird Diagrammkompetenz über die MINT-Fächer hinaus in vielen Bereichen von Schule und Alltag benötigt. Man könnte sagen: Wir sind zwar beide in der Chemiedidaktik aktiv, aber unsere Herzen schlagen weiterhin auch für die Mathematik.

Man kann es förmlich klopfen hören! Frau Höner, Frau Matis, haben Sie ein bestimmtes Lieblingsexperiment?

Matis: Ich habe eigentlich ganz viele! Ich mag Experimente, die einen schönen visuellen Effekt haben – das finden auch Schülerinnen und Schüler toll. Es müssen aber Versuche sein, an denen man trotzdem die Aspekte des experimentellen Problemlösens und des naturwissenschaftlichen Erkenntniswegs nachvollziehen kann.

Können Sie einen Versuch beschreiben?

Höner: Ein ganz einfaches Phänomen ist der sogenannte Unterwasservulkan: Um diesen Vulkan ausbrechen zu lassen, füllt man ein mit Paprikapulver angefärbtes Öl in einen verschlossenen Kolben, stellt diesen in ein durchsichtiges Unterwasserbassin und öffnet den Verschluss. Sofort tritt das farbige Öl an die Oberfläche und schwimmt dort in mehreren runden Kreisen. So wie die Fettaugen in der Suppe. Mit diesem sehr einfachen Versuch kann zum Beispiel das Thema Löslichkeit angesprochen werden: Warum bleibt das Wasser klar und der Farbstoff im Öl? Warum löst sich Öl nicht in Wasser? Oder man fragt nach der Dichte: Warum steigt das Öl nach oben und schwimmt auf dem Wasser? Und vieles mehr.

Frau Professor Höner, Frau Matis, mit diesem abschließenden Vulkanbild vor Augen danken wir Ihnen für das Gespräch!

Professor Dr. Kerstin Höner und Kristiena Matis

Kerstin Höner forscht und lehrt in den Fächern Chemie und Chemiedidaktik am Institut für Fachdidaktik der Naturwissenschaften der Technischen Universität Braunschweig (TU BS) und leitet das Chemiefortbildungszentrum Braunschweig. Nach ihrem Studium der Mathematik und Chemie auf Lehramt an der Universität Bielefeld sammelte sie während ihres Referendariats praktische Lehrerfahrungen an einer Gesamtschule und einem Gymnasium in Bielefeld. Seit ihrer Promotion beschäftigt sich Frau Höner mit experimenteller Schulchemie sowie empirischer Lehr- und Lernforschung und arbeitet in verschiedenen Projekten eng mit Schulen zusammen.

Kristiena Matis verfasst im Rahmen der Initiative Leistung macht Schule ihre Doktorarbeit am Lehrstuhl von Kerstin Höner. Nach ihrem Studium der Chemie und Mathematik auf Lehramt an der TU BS absolvierte sie ihr Referendariat an einem Gymnasium in Gifhorn. Dank ihrer langjährigen, praktischen Laborarbeit mit Grundschülerinnen und -schülern im Agnes-Pockels-SchülerInnen-Labor der TU BS verfügt sie über einen reichen Erfahrungsschatz des Experimentierens.

¹ Nawrath, D., Maiseyenka, V., Schecker, H.: Experimentelle Kompetenz. Ein Modell für die Unterrichtspraxis. In: PdN Physik 60 (2011), H. 6, S. 42-49.