Experiment

„Das Experiment selbst besteht darin, komplexe Phänomene in einer künstlichen Versuchsanordnung so nachzubilden, dass ihr Ablauf präzise beobachtbar wird – modellhaft vereinfacht, aber nicht verfälscht.“

(Mattes, 2011, S.178)

„Das Experiment gilt heute als methodisch-planmäßige Herbeiführung von meist variablen Umständen zum Zwecke wissenschaftlicher Beobachtung.“ (Peterßen, 1999, S.83). Schüler*innen lernen, Hypothesen zu formulieren, Experimente durchzuführen und Ergebnisse zu dokumentieren. Anschließend werden diese kritisch analysiert. Folglich wird das forschende Lernen gestärkt, die Problemlösekompetenz und die Aktivität werden gefördert.  

• Kreatives Denken, forschendes und entdeckendes Lernen werden gefördert
• Theorie und Praxis werden durch die Anwendung verknüpft
• Planen von Handlungen wird verbessert
• Beobachtungsfähigkeit und Konzentration werden gestärkt
• Förderung der Ausdrucksweise, Analyse- und Problemlösefähigkeit
• Verantwortung gegenüber Natur und Umwelt gestärkt 

Vorbereitung:

Die Lehrkraft wählt ein Thema aus und entwickelt darauf basierend ein Experiment. Es werden Materialien hierfür bereitgestellt und nötige Sicherheitsvorkehrungen getroffen. Die Schüler*innen werden über den Ablauf vorbereitet (nicht aber über den Ausgang des Experiments, sondern nur über generelle Abläufe, wie die Vorstellung, Reflexion …). 

Durchführung:

Das Experiment wird durchgeführt. Schüler*innen beobachten es und stellen daraufhin Vermutungen auf, wie das Experiment weitergehen könnte und/oder wie es entstanden sein könnte. Im Anschluss kann die Lehrkraft das Experiment erneut durchführen. Die Schüler*innen werden nun über den Ablauf, die Zusammenhänge und die Hintergründe des Experiments informiert. Danach können die Schüler*innen je nach Experiment individuell oder in Gruppen den Versuch durchführen. Sie halten sich dabei an die vorgegebenen Regeln und beachten die Struktur. Die Ergebnisse werden anschließend festgehalten/notiert. 

Abschluss:

Die Ergebnisse werden analysiert, interpretiert und verglichen. Dabei können die Schüler*innen beispielsweise durch Vorträge ihre Ergebnisse vorstellen. Es kann danach eine Reflexion durchgeführt werden, um die Sinnhaftigkeit des Einsatzes der Methode zu bewerten. 

• Experimentanleitungen/Versuchsprotokolle (= „Arbeitsblätter")
• Materialien für den Versuch
• Schutzmaterialien
• Stifte 
• Papier

Vorbereitungszeit: ca. 10–30 Minuten

Durchführungszeit: Je nach Altersstufe, Gruppengröße und Thema ca. 30–90 Minuten

Abschlusszeit/Nachbereitung: Je nach Altersstufe, Gruppengröße und Thema: ca. 20–60 Minuten

Alter: Ab der Grundschule geeignet

Fächer:Experimente eignen sich in Naturwissenschaften wie beispielsweise Biologie, Chemie, Physik oder Mathematik. In den Sozialwissenschaften oder in der Psychologie ist der Einsatz eines Experiments ebenfalls möglich

Gruppengröße: Es eignen sich maximal 30 Schüler*innen, je nach Raumgröße, um als Lehrkraft den Überblick bewahren zu können

• Entwicklung von wissenschaftlichem Denken
• Förderung der Kommunikations- und Beobachtungsfähigkeit, Teamarbeit, Kreativität und Neugier 
• Verknüpfung von Theorie und Praxis
• Steigerung der Motivation durch praxisnahen (schüler*innenorientierten) Bezug

• Zeitintensive Methode in Planung, Durchführung und Auswertung
• Benötigt klare, strukturierte und sorgfältige Anleitung/Beschreibung
• Unklarheiten/Missverständnisse bei der Ergebnisinterpretation könnten entstehen
• Abhängigkeit von funktionierenden Geräten/Materialien
• Es können Sicherheitsrisiken entstehen

- Sind alle Sicherheitsvorkehrungen getroffen worden und sind sie klar kommuniziert worden? 

- Verstehen alle Schüler*innen die Anleitung und können sie den Versuch umsetzen?

- Welche Materialien werden benötigt und gibt es funktionsunfähige Materialien?

- Wie wird mit Abweichungen und fehlerhaften Werten/Ergebnissen umgegangen? 

- Werden alle Ergebnisse dokumentiert (und reflektiert)?

- Transparenz schaffen durch Verdeutlichung des Ziels des Experiments 

- Langsam und schrittweise den Ablauf des Experiments erläutern und wenn nötig schriftlich festhalten (Schritt-für-Schritt-Anweisung)

- Bei Unklarheiten oder Verständnisschwierigkeiten den Vorgang nochmals erklären und wiederholen, statt weiterzumachen

- Leitfragen für Selbstreflexion und Verständnishilfe formulieren

- Materialien im Vorfeld erklären und vorbereiten

- Sicherheitsregeln ausreichend erklären und klare Vorgaben machen

- Wenn möglich Gruppenarbeit in Kleingruppen durchführen lassen, um kooperatives Lernen zu fördern

- Klare Rollen im Vorfeld verteilen

- Klare Zeitvorgaben machen (Anpassung bei noch benötigter Zeit)

- Bei Schwierigkeiten sofort gezielt eingreifen

- Diskussion bei der Auswertung der Ergebnisse durch mögliche Ursachen für Abweichungen ermöglichen

- Leitfragen für Reflexion formulieren 

- Experiment und Ergebnisse in den Unterrichtskontext einbinden, um Theorie mit Praxis zu verknüpfen

(mithilfe von ChatGPT)

Chemie in der 8. Klasse an einem Gymnasium.

Thema: Das Thema Nachweis von Kohlenstoffdioxid (CO₂) mit Kalkwasser wird behandelt. 

Vorbereitung:

Das Thema wird bereits im Vorfeld vorgestellt. Es wird kommuniziert, dass ein Experiment durchgeführt wird. Die benötigten Materialien werden erklärt: Kalkwasser (Calciumhydroxid-Lösung), Strohhalm, Becherglas und Schutzbrillen. Die Sicherheitsvorkehrungen werden ebenfalls besprochen: das Tragen einer Schutzbrille; nicht direkt in das Kalkwasser pusten, sondern sanft und kontrolliert; sauberer und vorsichtiger Umgang mit Chemikalien. 

Durchführung:

Demonstration durch die Lehrkraft: Die Lehrkraft führt das Experiment vor der Klasse durch: Kalkwasser wird in ein Becherglas gegeben. Danach pustet sie vorsichtig mit einem Strohhalm hinein. Die Schüler*innen beobachten (und notieren) die Eindrücke und den Ablauf. 

Die Lehrkraft stellt Fragen wie: „Was beobachtet ihr? Was könnte jetzt passieren?“

Die Schüler*innen äußern ihre Vermutungen: „Es passiert vielleicht eine chemische Reaktion in der Luft.“

Die Lehrkraft erklärt den Ablauf des Experiments: Das Kalkwasser reagiert mit Kohlenstoffdioxid aus der Atemluft und bildet eine milchige Trübung, was Calciumcarbonat ist. Dies ist der Nachweis für CO₂. 

Anschließend wird die Klasse in Kleingruppen eingeteilt und das Experiment wird in den Gruppen selbstständig durchgeführt: Sie geben Kalkwasser in ein Becherglas und pusten vorsichtig mit dem Strohhalm hinein. Die Beobachtungen und Erkenntnisse werden schriftlich notiert.

Abschluss:

Die Gruppen analysieren, warum das Kalkwasser getrübt wird. Die Ergebnisse werden in der Klasse besprochen. Eine Gruppe stellt das Experiment nochmal vor und erklärt die chemische Reaktion mit der Reaktionsgleichung:  

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

Danach wird eine Reflexion durchgeführt, was an dem Experiment gut gelungen ist und wo es zu Schwierigkeiten kam.

Die Lehrkraft gibt ein abschließendes Feedback und weist auf die Bedeutung von CO₂-Nachweisen im Alltag und in der Wissenschaft hin.

(mithilfe von ChatGPT)

Keine Falschen Experimente machen! Damit nichts schief läuft, hört lieber vor dem Einsatz diesen Podcast an: 

Mattes, W. (2011). Methoden für den Unterricht Kompakte Übersichten für Lehrende und Lernende. Braunschweig: Schöningh Verlag.

Meyer, H., & Junghans, C. (2021). Unterrichtsmethoden II: Praxisband (17., komplett überarb. Neuaufl.): Cornelsen.

Reich, K. (Hg.): Methodenpool. In: url: https://www.uni-koeln.de/hf/konstrukt/didaktik/experiment/frameset_experiment.html 

Becker, R. (2000). Sachunterricht begreifen: Experimente und Studien für den Sachunterricht in der Primarstufe Bd. 1 Hohengehren: Schneider-Verlag. 

ChatGPT

Bild: ChatGPT