farbwelt

Vom Café Crème-Problem zu Marie Curie

Wie Forschen in der Schule gelingen kann. Von Christoph A. Schwengeler.

florence lavenchy

Christoph A. Schwengeler
war von 1974 bis 2002 als Fach­didaktiker für Physik und Chemie am Sekundarlehramt der Univer­sität Bern tätig. Sein Forschungsgebiet lag im handlungsorientierten Lernen und in ­der Geschichte der Naturwissenschaften. Er ist ­der Verfasser zahlreicher Publikationen zu diesen Themen und Mitverfasser des Lehrwerks «phänomenal». Seit seiner Emeritierung beschäftigt er sich mit der Mathematik des Hochmittelalters und der beginnenden Neuzeit.

Kürzlich las ich in einem Interview der UniPress die Feststellung von Andrea Glauser: «Als Kind haben ja die wenigsten eine Vorstellung von Forschung.» 1 Im ersten Moment stimmte ich dieser Aussage zu, beim Nachdenken war ich mir nicht mehr so sicher, denn, wenn die Aussage wohl für eine wissenschaftlich betriebene Forschung richtig sein mag, für das Forschen von Kindern und Jugendlichen trifft sie sicher nicht zu: Denn auch Kinder und Jugendliche forschen, wollen etwas genau wissen und hinterfragen.

Spontan kommen mir die vielen Warum-Fragen in den Sinn, die Kinder im Vorschulalter in fast erdrückender Folge stellen: «Warum ist die Sonne rund?», «Warum frisst die Kuh Gras?», «Warum schwimmt ein Stück Holz?», «Warum ist dieser Käfer so grün-blau?» … Kinder, speziell in jener Entwicklungsphase, die in älterer Fachliteratur recht zutreffend mit «Fragealter» bezeichnet wurde, suchen Antworten, um ihr Weltbild stimmig zu machen.

Warum ist die Sonne rund?

Aber – ist das Forschung? Nein, hier fehlt eine wesentliche Komponente. Die Frage nach dem «Warum» wird hier «von aussen» beantwortet: Noch fehlt der Antrieb, selbst eine Antwort zu finden; man übernimmt diese von Gewährs­personen, zum Beispiel von der Mutter. Dennoch: Es gibt echt forschende Kinder und Jugendliche. Einer meiner ehemaligen Schüler, Arthur, damals ein Siebtklässler, erforschte im eigentlichen Sinne des Begriffs das Leben der Schnecken. Es begann mit dem Sammeln von Schneckenhäusern, dem folgte das Einordnen, Benennen und Klassifizieren. Später notierte Arthur die Fundorte, dann stellte er fest, wann er erste Schnecken einer Art vorfand, und informierte sich, wo und wie sie lebten. Er interessierte sich für Experimente mit Schnecken und überprüfte diese mit eigenen Versuchen … und und und. Sicher, es fehlte die systematisch-wissenschaftliche Strenge, aber mit einer grossen Zahl ihn interessierender Fragen ging er dem forschenden «Warum» nach.

Leicht können andere Beispiele jugendlichen Forschens gefunden werden: Die jährliche Veranstaltung «Schweizer Jugend forscht» zeugt ebenso davon wie die vielen Projekte, die Jugendliche aus eigenem Antrieb angehen.

Aber das sind einzelne. Bleibt die Frage: Kann auch die Schule Problemsituationen schaffen, die eine ganze Klasse (oder doch einen grossen Teil davon) motiviert, nach Lösungen und Erklärungen zu suchen?

Die Neugier steht immer an erster Stelle eines Problems, das gelöst werden will. Galileo Galilei (1564–1641)

Das Café Crème-Problem 2

Frédéric, Elli und Max sind nun seit einem Quartal in der 7. Klasse. Sie bilden eine der Dreiergruppen im Natur-Mensch-Mitwelt-Unterricht. Heutiges Lektionsthema: Ich bestelle einen heissen Kaffee und habe bloss 10 Minuten Zeit, um ihn zu trinken. Soll ich nun die kalte Crème gleich zu Beginn zugiessen oder so lange wie möglich abwarten und sie erst kurz vor dem Trinken beigeben?

Auf welche Weise wird der Kaffee schneller kühl? Oder spielt das Vorgehen etwa gar keine Rolle? In einer ersten Runde sind fast alle Klassenkameradinnen und -kameraden der Meinung, dass der Zeitpunkt des Dazugiessens gleichgültig sei. Die Gruppe um Elli meint, man solle die Crème möglichst spät beifügen. Lea, Noah und Sophie sind dagegen der Ansicht, man solle sie sofort zugiessen. Wer hat Recht? Wie kann man das überprüfen? Die Schülerinnen und Schüler machen dazu Vorschläge: Es braucht gleiche Tassen mit einer gleichen Menge «heissem» Kaffee und eine Portion kalte Crème, dann einen Thermometer, ja, und natürlich eine Uhr mit Sekundenzeiger oder besser noch: eine Stoppuhr. Man diskutiert das Vorgehen und geht dann experimentell und handlungsorientiert vor.

Der Versuch startet, sobald die Temperatur des heissen Kaffees 75° C beträgt. Ein Teil der Gruppen schüttet sofort die Crème dazu, die anderen erst nach 5 Minuten. Wie ist es mit dem Umrühren? Man vereinbart, dass beim Zuschütten genau ein Mal mit dem Thermometer umgerührt wird. Die Endtemperatur wird nach 7 Minuten bestimmt. Caro stellt eine Frage: «Erhält man die richtigen Resultate, wenn man – wie wir jetzt – das Ganze mit Wasser testet? Braucht es nicht richtigen Kaffee und richtige Crème?» Mit ihrer Gruppe geht sie ins Lehrerzimmer und vollzieht beide Messungen mit Kaffee aus der Maschine und echter Crème.

Die Messungen ergeben: Wenn man die Crème möglichst spät zugiesst, ist die Trinktemperatur des Kaffees tiefer, als wenn man sie sofort beifügt. Soweit die Messung, der experimentelle Beweis. Der «Spätzugiesser» hat einen weniger warmen Kaffee. Die vorher offene Frage ist beantwortet; aber sie löst eine zweite Frage aus: «Warum ist das so?» Die Lehrperson erklärt dies nicht. Vielmehr gibt sie den Gruppen den Auftrag, sich diese Frage auf die nächste Lektion schon mal zu überlegen.

Zu Beginn dieser Lektion haben die Gruppen dann einige Minuten Zeit, ihre Überlegungen abzusprechen. Dann tauschen sich die Gruppen aus. Die Behandlung dieser zweiten, anschliessenden Frage ist ein typischer kleiner Forschungsauftrag, wie er in der Schule möglich ist. Was hier an einem Beispiel der Physik dargestellt wird, kann auf andere Fächer übertragen werden, auf die Muttersprache oder die Mathematik ebenso wie auf Geografie, Geschichte oder Biologie. Die Frage nach dem «Warum?» ist dabei der Auslöser.

Als Becquerel sich zu früh zufrieden gab

Es ist dieses «Warum?», das zum Forschen anregt, und es wird ausgelöst durch eine (angeborene?) Neugier. So sagte etwa Galileo Galilei (1564–1641): «Die Neugier steht immer an erster Stelle eines Problems, das gelöst werden will.» Und Albert Einstein (1879–1955) bekannte: «Ich habe keine besondere Begabung, sondern bin nur leidenschaftlich neugierig». Neugier als Antrieb für das Forschen, für die Suche nach Antworten auf Fragen, die sich im Zusammenhang mit einem Problem ergeben, das die Fragenden echt interessiert. Denn neben der Neugier muss immer auch eine motivierende Situation vorhanden sein. Sie erst löst die Neugierde aus, regt zum Fragen an.

Die Erforschung der Radioaktivität 1896, ein Jahr nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen: Henri Antoine Becquerel (1852–1908) entdeckte zufällig, dass Uransalze eine lichtdicht verpackte Fotoplatte schwärzen, sprich: belichten kann. Er publizierte seine Entdeckung und bezeichnete die geheimnisvolle Strahlung als «Uranstrahlen». Damit gab er sich – jedenfalls vorläufig – zufrieden. Becquerel war mehr oder weniger in der gleichen Situation wie unsere eingangs beschriebene Gruppe nach der Messung und Feststellung, dass späteres Zugiessen eine kühlere Trinktemperatur ergibt. Das «Warum ist das so?», die zwingende Folgefrage, stellte er nicht.

Nicht so Marie Curie (1867–1934). Sie wollte es genau wissen, war neugierig und stellte sich Fragen wie die folgenden:

1. Was ist die eigentliche Natur der Uranstrahlen?

2. Besitzt nur das Uran diese Eigenschaft, oder senden andere Materialien auch Strahlung aus?

3. Und während ihrer Forschungsarbeit stellte sie die Anschlussfrage: Warum gibt eine Probe Pechblende mehr Strahlung ab, als aufgrund ihres Urangehaltes zu erwarten wäre? Wir kennen die Ergebnisse: Neben Uran existieren auch andere chemische Elemente, die Strahlung emittieren, ohne von aussen beeinflusst zu sein. Marie Curie schlug für diese Eigenschaft den Begriff «Radioaktivität» vor. Neben Uran emittierten auch Thorium (im Mineral Thorit, seit 1828 bekannt) und weiter die aus der Pechblende gewonnenen Elemente Polonium und Radium Strahlung.

Forschen will das Warum ergründen

Das Forschen der Curie zeigt uns weitere Parameter, die neben Motivation und Neugier für ein erfolgreiches Suchen und Erkennen wichtig sind: Forschen braucht Geduld, Beharrlichkeit und damit Zeit. Daneben benötigt Forschung oft auch Materialien, spezielle Geräte, den Zugang zu Quellen und Originalen und damit vielfach finanzielle Mittel. Forschung, lange Zeit eine Aufgabe, mit der sich vorwiegend Einzelne beschäftigten, ist zusehends und besonders nach dem Zweiten Weltkrieg zu einer Teamarbeit geworden. Die kritische Auseinandersetzung im Team, das gegenseitige Informieren und das Pro- und Contra-Argumentieren sind wichtige zusätzliche Instrumente, die den Forschungsprozess vorantreiben.

Leider wird in der Schulpraxis oft beobachtet, dass das natürliche Fragen, der Ausdruck der Neugier der Schülerinnen und Schüler mit zunehmendem Alter mehr und mehr versiegt. Statt die Jugendlichen zu ermuntern, Fragen zu stellen, wird durch ungeschicktes Reagieren der Lehrperson die Lust am Fragen gemindert oder unterdrückt. Dabei ist das Ernstnehmen der Fragenden die grundlegende Bedingung einer guten Fragekultur. Es ist wichtig, dass sich die Fragenden sicher fühlen, dass sie weder blamiert noch mit einer dummen oder patzigen Antwort abgespiesen werden.

So kann forschender Unterricht gelingen

Forschen in der Schule ist eine Arbeitsform, die dann gelingt, wenn

  • im Unterricht eine gute Fragekultur gepflegt wurde und wird
  • die Lehrperson den Unterrichtsablauf nicht durch Vorwegnahmen stört, sondern mit «optimaler Hilfe» (im Sinne Aeblis 3) nur sachte lenkt
  • eine Frage aus der Unterrichtsarbeit einen grossen Teil der Schülerinnen und Schüler interessiert, ihre Neugier weckt und nach einer Antwort verlangt
  • die Frage nach dem «Warum» so herausgearbeitet ist, dass allen klar ist, was beantwortet werden soll
  • genügend Zeit eingeplant wird. Oft ergeben sich bessere Resultate, wenn die offene Frage im Unterbewussten weiter «gärt» und erst nach einer gewissen Zeit wieder aktiv gestellt wird (Zeigarnik-Effekt 4)
  • die Lehrperson dafür sorgt, dass das nötige Material bereitsteht, um z. B. auch handelnd eine offene Frage angehen zu können
  • Schülerinnen und Schüler Hilfsmittel sachgerecht einsetzen können (z. B. Lexika, Atlanten, Internet, Quellentexte, Präparate).

Es ist den Versuch wert, Situationen zu schaffen, in denen die Schülerinnen und Schüler etwas erforschen können. Aber man darf sich als Lehrperson nicht entmutigen lassen, wenn erste Ergebnisse nur bescheiden ausfallen. Wie bei jeder andern Unterrichtsform muss auch diese sich entwickeln, sie muss den Schülerinnen und Schülern vertraut werden – und das braucht Zeit. Aber was fanden Frédéric, Elli und Max und ihre Mitschülerinnen und -schüler heraus?

  • Ein warmer Gegenstand verliert so lange Wärme, bis er gleich warm ist wie die Umgebung.
  • Am Anfang verliert der warme Gegenstand schneller mehr Temperatur als gegen das Ende hin, wenn er schon fast Umgebungstemperatur hat.
  • Wenn man die kalte Crème am Anfang dazugiesst, kühlt man den heissen Kaffee ab, er verliert von da an weniger Temperatur pro Minute, als wenn er heiss ist.
  • Gibt man die kalte Crème am Schluss dazu, hat der Kaffee vorher, weil er heisser war, in kürzerer Zeit mehr Temperatur abgegeben und kühlt nun beim Mischen schneller ab.

 

1 Moser Marcus: «Weibliche Vorbilder sind rar», Interview mit Andrea Glauser in UniPress 162, Bern 2014.

Wagner , Urs A., Schwengeler, Christoph A.: Das Café Crème-Problem» in «Energie – Materie, Materialien ­für den handlungsorientierten Unterricht auf der Sekundarstufe I», Bern 1999. 

3 z.B.in Aebli Hans: «Zwölf Grundformen des Lehrens» Stuttgart 2011.

4 Eine unbeantwortete Frage, ein offenes Problem «ar­beitet» im Unter­bewussten weiter. Oft findet man ja eine Lösung oder Antwort plötzlich, wenn man an etwas ganz Anderem ist, oder wenn man es überschlafen hat. Dieses unbewusste sich Erinnern an eine ungelöste Frage wird nach der russischen Psychologin Bluma Zeigarnik (1901–1988) als Zeigarnik-Effekt bezeichnet.

AnhangGröße
PDF icon Download dieses Beitrags (PDF)334.94 KB