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Konzept der FORSCHERWERKSTATT
 
Kurzfassung

Mit der FORSCHERWERKSTATT entwickeln und erproben wir ein in sich abgestimmtes organisatorisches, inhaltliches und pädagogisch/methodisches Konzept für den handlungsorientierten Grundschulunterricht zu Naturwissenschaften und Technik.

Das Konzept umfasst die Einrichtung, die Organisation und Logistik des Materials und der Geräte, die Auswahl der angebotenen Themen, den methodischen Rahmen mit Werkstattregeln, Unterrichtsablauf und Entwicklung offener Arbeitsformen, die Vermittlung von weitergehenden Zusammenhängen sowie die Einordnung und Umsetzung des erworbenen Wissens.

In der FORSCHERWERKSTATT werden Versuche aus den Bereichen Biologie/Naturkunde, Physik, Technik, Chemie und Mathematik entwickelt, erprobt und von den Kindern selbstständig durchgeführt.

Das Konzept der FORSCHERWERKSTATT orientiert sich am Bedarf und den Möglichkeiten von Grundschulen:

- die Ausstattung ist sehr preiswert

- die Kinder können in Gruppen in Klassenstärke experimentieren, d.h. es entsteht kein zusätzlicher Betreuungs- und Raumbedarf

- die angebotenen Experimente sind so aufbereitet, dass Kinder aller Jahrgangsstufen selbstständig damit arbeiten können

- das Konzept bietet Orientierungsysteme zur Einordnung des mitgebrachten und des neu erworbenen Wissens

- die Auswahl der Versuche orientiert sich an den Lehrplänen, ergänzt diese jedoch vielfältig

- Lehrerinnen und Lehrer können die FORSCHERWERKSTATT mit ihren Klassen ohne Vorbereitungsaufwand besuchen

- Hintergrund-Informationen zu den behandelten Themengebieten werden in Infomappen zu den einzelnen Versuchen angeboten
 
Problemstellung

"Sage es mir, und ich werde es vergessen.
Zeige es mir, und ich werde es vielleicht behalten.
Lass es mich selbst tun, und ich werde es begreifen."
(Lao Tse)

Im Rahmen der gegenwärtigen Diskussion zur Verbesserung der frühen Bildung zu Natur und Technik sind die folgenden Punkte allgemein unbestritten:

- naturkundliche/naturwissenschaftliche und technische Bildung sollte so früh wie möglich beginnen

- der spielerische Zugang und die vorhandene Neugier und Begeisterung sollen erhalten und gestärkt werden

- insbesondere das Interesse der Mädchen an naturwissenschaftlichen und technischen Themen soll erhalten und gefördert werden

- der frühe naturwissenschaftlich-technische Unterricht soll weitgehend handlungsorientiert sein, unmittelbare Welterfahrung als Ergänzung und Gegenpol zu medial vermitteltem Wissen soll ermöglicht werden

- themenorientierter, interdiziplinärer Zugang und offene Unterrichtskonzepte sowie die Differenzierung des Lernmaterials sollen Kindern einen eigenen, entdeckenden Zugang und individuelle Lerntiefe ermöglichen

Methoden für einen frühen, handlungsorientierten Unterricht sind seit Anfang des letzten Jahrhunderts entwickelt. Vorschläge zur handlungsorientierten Einbindung von Naturpänomenen in den Unterricht wurden in den letzten Jahren wieder vermehrt publiziert. Um so mehr erstaunt die Tatsache, dass trotz der wiederholten und nachdrücklichen Forderungen, im Alltag der Schulen wenig experimentiert und auch in den Lehrplänen und Richtlinien der meisten Bundesländer nur wenig Gewicht auf die praktische und lebensnahe Vermittlung von naturwissenschaftlichen und technischen Inhalten gelegt wird. Ebenfalls unbestritten haben die hier berührten Lernziele eine kaum zu unterschätzende gesellschaftliche und wirtschaftliche Dimension.
 
Analyse

Zusammenfassend kann davon ausgegangen werden, dass ein Konzept zur Stärkung eines entdeckenden, handlungsorientierten naturwissenschaftlich-technischen Unterrichts nur dann breite Akzeptanz finden und umgesetzt werden kann, wenn es die Voraussetzungen und Gegebenheiten der Grundschulen und des Schulalltags berücksichtigt.

Eine Analyse vor der Konzeption der FORSCHERWERKSTATT, benannte die folgenden Voraussetzungen und Möglichkeiten der Grundschulen:
 
Ressourcen:  Kosten - Zeit - Raum - Arbeit

- Die finanzielle Situation der Grundschulen ist alles andere als üppig. Die Neuanschaffung von teuren Materialien und Ausrüstungen kann nicht aus den laufenden Mitteln bewältigt werden, vorhandene Materialien in den naturwissenschaftlichen Sammlungen sind eher zufällig zusammengestellt und oft unzureichend.

- Die personelle Situation ermöglicht es in der Regel nicht, Klassen für einen experimentierenden Unterricht aufzuteilen.

- Der zeitliche und materielle Aufwand der Vor- und Nachbereitung eines handlungsorientieren Experimentalunterrichts ist häufig sehr groß. Zudem haben Lehrerinnen und Lehrer der Grundschule einen großen Informationsbedarf zum experimentellen Know-how.

- Die Raumsituation in den Schulen ist oft beengt, ein Fachraum für den naturkundlich-technischen Unterricht - wie er überaus wünschenswert wäre - ist in der Regel nicht vorhanden. Wenn Klassen zum Experimentieren geteilt werden, stellt sich zudem die Frage nach der Unterbringung der zweiten Teilgruppe.

- Auch für die Betreuung und Wartung der Materialien und Verbrauchsmittel, die für einen handlungsorientierten Unterricht benötigt werden, muss Zeit eingeplant werden, die nicht oder in geringem Umfang zur Verfügung steht. Zudem ist diese Aufgabe oft mit Frustrationen verbunden, da effektive Beschaffungs-, Ordnungs- und Rückgabesysteme fehlen.
 
Ressourcen:  Fachwissen - Methoden - persönliches Engagement

- In der Ausbildung der GrundschullehrerInnen wurden ind der Vergangenheit insbesondere die Bereiche der Physik und der Technik, aber auch der Chemie, wenig berücksichtigt. Es besteht häufig Unsicherheit bezüglich des experimentellen Vorgehens und grundschul-geeigneter Erklärungsmodelle.

- Insbesondere engagierte Lehrerinnen und Lehrer, die den Aufbau eines entsprechenden Unterrichtsmoduls begrüßen und betreuen würden, sind oft mit bestehenden Projekten aus- und auch überlastet.

- Unterrichtsmethoden, wie Werkstattunterricht, Wochenplan und Freiarbeit o.ä., die es ermöglichen würden einzelne Kinder oder Arbeitsgruppen selbstständig zu verschiedenen Themen arbeiten zu lassen sind nicht durchgehend etabliert.

Die beschriebene Situation ist unbefriedigend, sie muss jedoch bei der Erarbeitung eines praktikablen, übertragbaren Konzeptes berücksichtigt werden.

In Folge der beschriebenen Voraussetzungen an den Schulen, werden in bestehenden Projekten häufig Arbeitsgemeinschaften mit geringerer Gruppengröße außerhalb der Unterrichtszeiten angeboten, die aufgrund fehlender Kapazitäten nur von einigen Kindern besucht werden können. Die zusätzliche Arbeit wird z.B. von Eltern ehrenamtlich geleistet und teilweise durch kooperierende Firmen und Verbände finanziert.
 
Konzept FORSCHERWERKSTATT

Mit der Konzeption der Forscherwerkstatt wurden die beschriebenen Voraussetzungen und Möglichkeiten von Grundschulen aufgegriffen. Ziel des Konzeptes ist es die Ressourcen an Mitteln, sowie an Zeit, Arbeitskraft und Räumlichkeiten optimal einzusetzen und so Freiräume für Kreativität und Begeisterung auf Seiten der LehrerInnen und der Kinder zu gewinnen.

Das eigenständige Experimentieren kann so für alle Kinder einer Schule von der ersten Klasse an fest im Stundenplan eingebunden werden ohne dass weiterer Personalbedarf entsteht.

Folgende Themen standen bei der Konzeption der FORSCHERWERKSTATT im Mittelpunkt:

- Entwicklung und Erprobung von geeigneten Versuchssets

- Entwicklung eines praktikablen unterrichtsmethodischen Rahmens

- Entwicklung von Ordnungssystemen für die Material- und Verbrauchsmittelverwaltung

- Entwicklung von Orientierungssystemen zur Strukturierung des mitgebrachten und des neu erworbenen Wissens

- Entwicklung von Kriterien für die Auswahl der Versuche und die Gestaltung der Materialien
 
Forscherkisten und Versuchsanleitungen

Zentraler Bestandteil der Forscherwerkstatt sind die aufbereiteten Forscherkisten, die den Kindern in einem ersten Schritt eine präzise Anleitung zum Experimentieren an die Hand geben, und dann u.a. in Form von weiterführenden und vernetzenden Fragen, zur Weiterarbeit anregen. Die Möglichkeit einer tiefergehenden Durchdringung des Themengebietes in Form von selbst gefundenen Fragestellungen und Experimenten ist ausdrücklich erwünscht und wird durch die Bereitstellung vielfältiger Materialien gefördert. Die Forscherkisten enthalten die für die Versuchsanordnung notwendigen Materialien, eine Versuchsanleitung und ein "Versuchsschild" das u.a. zur Identifizierung des Kisteninhalts dient. Die verwendeten Materialien und Arbeitsmittel sind unter den Aspekten thematische Relevanz, Aufforderungscharakter, Alltagsnähe, sichere und leichte Handhabung, Kosten, Verschleißresistenz, Wiederbeschaffbarkeit, ästhetische Anmutung, sinnliche Wahrnehmung und vielfältige Verwendbarkeit ausgewählt. Kriterien bei der thematischen Aufarbeitung sind der Schwierigkeitsgrad, der Zeitbedarf für verschiedene Altersgruppen, die "Spannungskurve" des Versuchs, der Alltagsbezug und das Ausschließen potentieller Gefahrenquellen. Besonders berücksichtigen wir bei der Entwicklung von Experimentiersystemen das Feedback durch die Kinder, das wir in, bis zu einigen hundert Zugriffen in der Erprobungsphase, evaluieren. Außerdem werden auch Kinder angeregt eigene Forscherkisten zu entwickeln und zur Verfügung zu stellen. Eine fertig entwickelte FORSCHERWERKSTATT sollte nach unseren Erfahrungen ca. 50 Experimente aus allen Wissensgebieten anbieten wobei für einen Betreib in den ersten zwei Jahren 20 Experimente ausreichend sein können. Dieses Set von 20 ersten Forscherkisten sollte vor allem nach dem Kriterium der vielfältigen Möglichkeiten innerhalb der einzelnen Versuchsysteme weiterzuarbeiten, ausgewählt werden. Verbrauchsmittel die zusätzlich benötigt werden, sind in einem Schrank untergebracht, was eine zentrale Vorratshaltung ermöglicht. Die Forscherkisten können außerdem in Wochenplan und Werkstattunterricht sowie als Vorführexperimente im "normalen" Unterricht genutzt werden.
 
Finanz- und Sachmittel

Durch das Konzept "Werkstattunterricht" müssen die jeweils benötigten Geräte und Materialien nur einfach und nicht im Klassensatz vorhanden sein. Dies ermöglicht erhebliche Einsparungen gegenüber dem traditionellen Vorgehen, bei dem die ganze Klasse den gleichen Versuch macht. Trotzdem hat jedes Kind die Möglichkeit, alle angebotenen Versuche im Laufe seiner Grundschulzeit ein- oder mehrmals zu bearbeiten. Bei der vorgeschlagenen Methode werden die angebotenen, verschiedenen Experimentiersets von den Kindern selbstständig, nacheinander und in beliebiger Reihenfolge bearbeitet, wodurch jeweils ein Set pro Themengebiet für eine ganze Schule ausreicht. So werden Mittel frei, um ein vielfältiges und anregendes Angebot auch an aufwändigeren Versuchen anbieten zu können. Materialien, die in der Sammlung von Schulen bereits vorhanden sind, werden in die FORSCHERWERKSTATT mit einbezogen. Die meisten der verwendeten Materialien sind jedoch Low-Budget Lösungen, sie finden sich in jedem Haushalt. Neben der Finanzierung über den Sachmitteletat der Schulen werden Finanzierungen über Drittmittel (Sponsoring, Spenden) sowie über Eltern-Fördervereine angeregt und in das Konzept mit einbezogen. Für die Einrichtung der Forscherwerkstatt der Regenbogenschule wurden, inclusive der benötigten Regale und der Forscherkisten ca. 1700 Euro ausgeben. Eine Sachmittelspende der Firma Merck im Wert von ca. 1500 Euro bildet einen Grundstock an Laborausrüstung, die u.a. für die FORSCHERWERKSTATT genutzt wird. Der Verbrauchsmittelbedarf lag bei 250 Euro im Halbjahr (Schule zweizügig) wobei in diesem Betraf auch Anschaffungen für die Weiterentwicklung eingeschlossen sind.
 
Personelle Ausstattung

Die FORSCHERWERKSTATT kann von LehrerInnen nach einer Einarbeitungsphase, allein mit der Klasse besucht werden. Weitere personelle Unterstützung kann, wie in anderen Unterrichtssituationen auch, angenehm und hilfreich sein, ist aber nicht notwendig.
 
Zeitbedarf und Ablauf

Die FORSCHERWERKSTATT wird von Gruppen in Klassenstärke besucht. Durch einen festen Unterrichtsablauf, der sich bei jedem Werkstattbesuch wiederholt, haben wir einen verlässlichen Orientierungsrahmen für die Kinder geschaffen. Ein Werkstattbesuch dauert für Kinder der ersten und zweiten Klasse in der Regel zwei Zeitstunden. Kinder der dritten und vierten Klassen haben häufig nur eine Doppelstunde zur Verfügung. "Forscher-Vormittage" in unregelmäßigen Abständen ergänzen das Angebot.

Fester Bestandteil des Ablaufs sind Anfangskreis, Experimentierphase, Vorbereitungszeit, Forscherrat (Präsentationskreis) und Aufräumphase. Da die Forscherkisten so aufbereitet und zusammengestellt sind, dass sie von den Kindern weitgehend selbständig bearbeitet werden, können sich LehrerInnen auf die Kinder konzentrieren, die Hilfe oder Anregungen benötigen. Die Kinder bestimmen Lerntempo und Lerntiefe selbst. Im "Forscherrat" am Ende einer Arbeitseinheit, werden die Versuchsaufbauten und Ergebnisse von den Kindern präsentiert und gemeinsam besprochen. Hier werden Verbindungen hergestellt, Fragen diskutiert und Planungen für weitere Experimente entworfen. Durch das System der vorbereiteten Experimentierboxen und der Mappen mit Hintergrundinformationen zu den Versuchen, entfällt die Vorbereitungszeit für die LehrerInnen. Nach dem "Forscherrat" räumen die Kinder selbstständig auf - auch dies ist ein wichtiger Bestandteil des Unterrichtskonzeptes und wird durch die "Werkstattregeln" geregelt wodurch auch eine Nachbereitungszeit entfällt. Im Verhältnis zur gängigen und sehr arbeitsintensiven Praxis einen bestimmten Versuch für eine ganze Klasse vorzubereiten und nach dem Experimentieren wieder wegzuräumen, ergibt sich eine erhebliche Entlastung. Dies führt nach unseren Erfahrungen dazu, dass Lehrerinnnen und Lehrer häufiger spontan mit ihren Klassen experimentieren und dies stärker in ihre Unterrichtsgestaltung einbeziehen.
 
Einrichtung und Platzbedarf

Da die Klassen nicht aufgeteilt werden müssen, entfällt die Notwendigkeit eines zweiten Unterrichtsraums. Auch wenn ein eigener Raum für den naturwissenschaftlich-technischen Unterricht sehr wünschenswert wäre, werden für die Grundausstattung einer FORSCHERWERKSTATT nicht mehr als fünf Werkstattregale, ein großer Schubladenschrank und ein Schrank zur Aufbewahrung der Vorräte und Verbrauchsmittel benötigt. Ein Ausstellungsregal sowie eine Medienecke sind sehr wünschenswert, aber für die Funktion einer Forscherwerkstatt nicht zwingend notwendig. Die Grundausstattung einer Forscherwerkstatt kann in einem Werkraum oder auch in einem Nebenraum untergebracht werden. Die vorgeschlagene und erprobte Unterrichtsform benötigt jeweils zu Beginn und zum Schluss der Arbeitseinheit einen Ort oder Raum, in dem die ganze Gruppe im Sitzkreis Platz hat (Anfangskreis und Forscherrat). Die Experimente selbst können von den Kindern auch in Nebenräumen (Küche, Flur, Pausenhalle, Schulhof) durchgeführt werden, was durch die räumliche Entzerrung ein angenehmes Arbeitsklima mit sich bringt, aber eine gewisse Erfahrung mit offenem Arbeiten vorraussetzt. Die Vermittlung der hierfür nötigen "Arbeitskultur" ist ein weiterer wichtiger Aspekt des pädagogischen Konzepts und zentraler Bestandteil der Weiterbildungen.

Für die Lehrerinnen und Lehrer soll die FORSCHERWERKSTATT:

- entlasten: keine/geringe Entwicklungsarbeit, keine Vorbereitungszeiten, gut durchdachte Ordnungssysteme, geringer Aufwand bei der Wartung der Experimentboxen und der Ergänzung der Verbrauchsmittel

- anregen: Themen die nicht in den Lehrplänen enthalten sind und Anregungen von "Experten" in die Schule bringen, überraschende und ästhetisch ansprechende Zusammenstellungen anbieten und einen räumlich-methodischen Rahmen für selbst entwickelte Experimentiermaterialien bereit stellen

- weiterbilden: Hintergrundinformationen und fundiertes Basiswissen zu den behandelten naturwissenschaftlichen und technischen Themen in Form von Informationsblättern zu den einzelnen Versuchen bieten, Berührungsängste mit den klassischen Naturwissenschaften wie Physik und Chemie, aber auch mit technischen Themen, durch eigenes Experimentieren und einen eigenen entdeckenden Zugang abbauen


Die Arbeit in einer FORSCHERWERKSTATT hat nach unserer Erfahrung auch für Erwachsene einen "eingebauten Weiterbildungseffekt", der durch den handelnden, angeregten und offenen Umgang mit vielfältigen Materialien und Experimentiersystemen geprägt ist. Die Einrichtung einer FORSCHERWERKSTATT kann weitreichende Auswirkungen auf die Entwicklung einer Schule haben und sollte deshalb immer von einem Gesamtkollegium getragen werden.