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Forum-Artikel: Ein Fach setzt sich durch

  1. Vorbemerkungen
  2. Die organisatorischen Rahmenbedingungen
  3. Beispiel einer unterrichtlichen Umsetzung
  4. Anmerkungen der Schüler/innen anlässlich einer Befragung
  5. Abschließende Bemerkung
  6. Quellenverzeichnis
  7. Anhang: Überblick über die Einheit "Hören und Sehen"

Albert Einstein: „Wer ... nicht mehr staunen kann, der ist sozusagen tot und seine Augen sind erloschen.“

Martin Wagenschein: „Niemand brauchte sich zu überlegen, wie er diese Kinder motivieren, interessieren oder gar ‘begeistern’ könnte. Nichts brauchte ihnen ‘nahegebracht’ zu werden, es ging von selber nahe. Keiner hat­­te sie ausgefragt. Sie haben etwas Befremdendes erlebt und haben sich dann selber fragen müssen, was hier ‘los’ ist.“

Fynn: „Abends spielten ... [Anna und ich] Klavier. ... Außer dem Klavier gab es natürlich noch meine elektrischen Spielereien. Einen Verstärker und das magische Auge, das die verschiedenen Tonhöhen in tan­zendes grünes Licht verwandelte, ein Zauberding, von dem Anna sich schwer trennte. Da saßen wir stun­den­lang und schlugen einzelne Töne an, und das magische Auge machte daraus die Farbe Grün. Und erst das Mikrophon. Was für Töne ent­deckten wir, Anna und ich. Eine Raupe, die an einem Blatt fraß, klang wie ein hung­riger Löwe, die Fliege im Marmeladenglas dröhnte wie ein Düsenjet, und riss man ein Streichholz an - das Mikrophon machte daraus eine tobende Explosion. Tausend neue Töne gab es plötzlich. Anna hatte eine un­bekannte Welt gefunden, die es weiter und weiter zu entdecken galt. Wie viel ihr diese neue Welt wirklich bedeutete, ahnte ich nicht. Mir genügte ihre Freude und Begeisterung.“

Am Kolleg St. Blasien wird in diesem Schuljahr 97 / 98 zum ersten Mal das Fach Natur­phä­no­me­ne in der Klasse 5 unterrichtet. In diesem Artikel soll von der Einführung dieses Faches an dieser Schule, seiner organisatorischen Umsetzung und der unter­richtlichen Durchführung be­richtet wer­den, um den kollegialen Austausch voran­zu­treiben, Vergleiche zu ermöglichen und - falls an Ihrer Schule das Fach noch nicht eingeführt wurde - für diese spannende Stunde in der Klasse 5 und 6 zu werben.

 Die organisatorischen Rahmenbedingungen

Die Praxis des „naturphänomenalen“ Unter­richtes bedarf einer besonderen Überlegung be­züg­lich der institutionellen Gegebenheiten.

1.   Nachdem im Frühjahr 1997 von der Schulleitung die Einführung des neuen Faches beschlossen wor­den war, wurden vom Autor dieses Artikels Erfahrungen anderer Schulen gesammelt (wo­bei insbesondere Fr. Kabbus, Chemielehrerin am  St. Ursula - Gymnasium, wertvolle Infor­ma­tionen und Empfehlungen weitergab), die die  Planung an der Schule in den Fach­kon­feren­zen Biologie, Chemie und Physik weiterführten.

2.   Kurz vor Schuljahresende war mit Er­stellung der Deputatsverteilung die Hauptfrage geklärt: Wer unterrichtet im nächsten Schuljahr dieses Fach? Hr. Horst Salzmann (Ek, C), Fr. Ingrid Betz (B, C) und Hr. Jörg Rudolf (M, P, kR).

3.   Dabei wurde darauf geachtet, dass jeder Lehrer ein zusätzliches Fach in der jeweiligen Klasse 5 unterrichtet, um über diese eine Schulstunde hinaus den persönlichen Bezug zu den Schüler/innen zu gewährleisten.

4.   Die unterrichtenden Lehrer bildeten von Anfang an ein Team, bei dem Austausch und Kooperation reibungslos funk­tionierten und bei dem die verschiedenen natur­wissen­schaftlichen Unterrichtsfächer Erkunde, Biologie, Chemie und Physik sich befruchtend er­gänz­ten. In mehreren Treffen wurden eine Fülle von Vorbereitungen getroffen.

5.   Wo soll der Unterricht stattfinden? In den Praktikumsräumen Biologie, Chemie und Physik.

6.   Wird die Klasse geteilt? Die Klassengröße beträgt „nur“ maximal 25  Schüler/innen. Dies ist die Obergrenze der Kapazität in den Praktikumsräumen, so dass die Klassen nicht geteilt werden. (Gibt es eine Aufteilung der Klasse, was sehr zu begrüßen wäre, so stellt sich die Frage, ob ein Lehrer jeweils zweistündig (entweder halbjährlich oder zweiwöchentlich) beiden Klassenhälften (in einer Randstunde) unter­richtet oder zwei Lehrer jeweils die Hälfte der Schüler/innen parallel  unterrichten?)

7.   In welchen Stunden soll / kann unterrichtet werden? Das Fach wird eine Stunde pro Woche unter­richtet. Um vom strengen 45 - Minuten - Korsett befreit zu sein, unter­richtet jeder Lehrer eine Doppelstunde in der Klasse 5, eine Stunde Naturphänomene, eine Stunde das zweite Schul­fach, das er vertritt, so dass sowohl Zeitüberschreitungen von einigen Minuten möglich sind als auch die Planung von Doppelstunden im zwei­wöchentlichen Rhythmus, wenn aufwendige Ex­pe­­rimente durchgeführt werden sollen.

8.   Wo finden sich Räumlichkeiten zur Aufbewahrung der Materialien? Ein großer Schrank in der Bio­logie bietet Platz. Die Fachschaften Biologie, Chemie und Physik (alle nebeneinander) stellen außerdem jeweils einen Vorbereitungswagen zur Verfügung.

9.   Welche Vorgaben stehen im Lehrplan? Da es sich um einen Schulversuch handelt, sind die The­menkreise „nur“ zur Orientierung gedacht. Die unterrichtenden Lehrer wählten als Einstieg je­weils ein Thema aus, in dem sie sich „zu Hause“ fühlten: der Physiklehrer wählte „Akustik und Optik“, der Chemie- / Erdkundelehrer „Wasser“ und die Biologie- / Chemie­lehrerin  „Wärme“.

10. Welche Unterrichtsform ist geeignet? Sowohl der Lehrplan als auch die Empfehlungen der an­deren Schulen legen die Umsetzung der Inhalte vor allem in Schülerexperimenten (in „gleicher Front“) nahe, um „erste Einblicke in die naturwissenschaftliche Denk- und Ar­beits­weise“ zu vermitteln (so der Lehrplan) und das Interesse der Schüler für natur­wissenschaftliche Fragestellungen wecken.

11. Aus welchen Quellen wird das Material für die Schülerexperimente gewählt? Den Grundstock bilden die Sammlungen Chemie und Physik sowie Biologie, die aber im we­sentlichen „nur“ Demonstrationsexperimente anbieten können, sowie die für das natur­wissenschaftliche Praktikum in den Klassen 9 / 10 / 11 angeschafften Praktikumsätze. Weitere Praktikumsmaterialien stammen überwiegend nicht von Lehr­mittel­firmen son­dern aus dem „normalen“ Handel. Zusätzlich sollte Alltagsmaterial, das  neu angeschafft oder als Ver­brauchs­material von den Schülern mitgebracht wird, das „lebensnahe“ Experimentieren fördern.

12. Mit welchen Finanzmitteln darf geplant werden? Der Rahmen der finanziellen Aus­stattung bestimmt maßgeblich das Konzept dieses Faches. Deshalb war von Anfang an eine Zusage der Schulleitung über den Rahmen der finanziellen Ausstattung wichtig. Mit guten Argumenten aus einer Fort­bil­dungs­­veranstaltung an der PH Freiburg und den Erfahrungen anderer Schulen wurde ein Etat von 3000 DM für das erste Jahr genehmigt, um die Anschaffung von Prak­tikums­materialien zu ermöglichen.

Nachdem die Randbedingungen zur Zufriedenheit geklärt waren, begann die Zeit der „Jäger und Sammler“: Material- und Literatursuche. Dabei wurden vor allem Experimentierbücher für Kinder gesichtet. Außerdem bieten Schulbücher aus anderen Bundesländern / anderen Schul­arten, die mit Physik / Chemie früher beginnen, eine Fülle von Anregungen. Im Laufe der Zeit füllte sich die Literatursammlung, bereichert um Kopiervorlagen von Kollegen, die auf Fortbildungen weitergegeben oder im Internet zugänglich gemacht werden. Eine Auswahl ist unten im Quellenverzeichnis aufgeführt.

Beispiel einer unterrichtlichen Umsetzung

Wie am Anfang des Artikel zitiert ist das Staunen der Kinder über die naheliegenden Phä­no­me­ne die zuverlässige Ausgangsbasis des „naturphänomenalen“ Unterrichts. Angeleitet durch das Buch „Hallo, Mister Gott, hier spricht Anna“ hatte der Physiker den Themenkreis „Hören - Akustik und Sehen - Optik“  an den Anfang der Klasse 5 gestellt. Er diente damit zu­gleich als Einstieg in das neue Schulfach Naturphänomene. Der Unterricht ist eher offen kon­zipiert, d. h. es finden keine größeren Experimente statt, die Schüler/innen agieren sehr viel mit­­ein­ander, tauschen Ideen und Vorstellungen aus, stellen sich ihre Versuche z. B. zur Ton­entstehung gegenseitig vor. Ent­spre­chend ihrem großen Mitteilungsbedürfnis nehmen Schüler­beiträge einen breiten Raum ein. In die einzelnen Stunden ist also „weniger Stoff gepackt“, die Schüler/innen sollen ge­nug Zeit für den Austausch erhalten. In einem „Muster­heft“ werden we­sent­liche Gesetz­mäßig­keiten kurzgefasst notiert. (Im Anhang findet sich ein kurzer Über­blick.)

Im zweiten Halbjahr standen mit der Untersuchung von „Wasser“ aufwendigere Experimente im Vordergrund. Mit Hilfe von Arbeitsblättern (aus dem Fortbildungsseminar „Natur­phäno­me­ne“, Sasbach 1997, geleitet von Gerald Kiefer, St. Raphael - Gymnasium Heidelberg, ver­öf­fent­licht im Internet) werden die Ex­pe­rimente altersgerecht vorbereitet, durchgeführt und aus­gewertet. Diese Einheit hatte Hr. Salzmann in seiner Klasse schon unter­rich­tet, so dass sich deut­liche „Synergieeffekte“ zeigten, da das Material schon muster­gültig vor­be­rei­tet war.

Anmerkungen der Schüler/innen anlässlich einer Befragung:

Ohne Ausnahme bewerten die Schüler/innen die vielen verschiedenen Experimente, die sie sel­ber ausführen dürfen, als „sehr gut“. Besonders die aufwendigen Versuche haben sie „begeistert“. Sie wünschen sich aber mehr „gefährliche“ Stunden beim Umgang mit Gasbrenner, Strom oder chemischen Gemischen. Sehr positiv nehmen sie die Tatsache auf, dass sie „wenig schreiben“ müssen aber „viel ausprobieren“ können. Sie freuen sich, dass sie „Neues entdecken“ können und „viel über die Welt lernen“. Im Vergleich mit anderen Fächern betonen sie die positive Be­deutung der „Zusammenarbeit“ in den Kleingruppen, wo sie „einander helfen, damit die Versuche erfolgreich sind“.  Sie fordern „höchstens zwei Tests im Schuljahr“, dafür aber „zwei Wochenstunden Naturphänomene“. Gerade auch die Mädchen „freuen“ sich schon auf „Physik“ und wundern sich, warum „im 7. Schuljahr weder Naturphänomene noch Physik“ unterrichtet wird.

Abschließende Bemerkung:

Die Chancen, die dieses Fach für den naturwissenschaftlichen Unterrichtet bietet, sollten wir nutzen: einmal für die Schüler/innen, die so frühzeitig eine Beziehung zu diesen Fächern aufbauen können, zum anderen als Bereicherung für uns selbst, indem wir neue Konzepte entwickeln und - so klingen die Erfahrungen vieler Schulen - mit großem Erfolg umsetzen können.

StR Jörg Rudolf, Kolleg St. Blasien

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Quellenverzeichnis:

  • (!) Fynn: Hallo, Mister Gott, hier spricht Anna. Scherz, 1974.
  • (!) Martin Wagenschein: Naturphänomene sehen und verstehen. Klett, 1995.

Experimentierbücher für Kinder:

  • (!) Neil Ardley: 101 spannende Experimente aus Wissenschaft und Technik. Loewe, 1997. (Luft, Wasser, Wärme, Licht, Wachstum, Schall,      Magnete, Strom, Maschinen)
  • (!) Francois Aulas u. a.: Erstaunliche Experimente, Bechtermünz Verlag, 1997.  (Wasser, Wärme, Schall, Licht, Kraft, Fliegen)
  • David Burnie: 101 spannende Experimente aus der Natur. Loewe, 1997. (Wasser, Luft, Pflanzen ...)
  • Jack Challoner: Mein erstes großes Batterien & Magnetenbuch. Tesloff,  1993.  (Magneten, Strom)
  • Hermann Krekeler u. a.: Spannende Experimente. Ravensburger, 1996 (Licht, Chemie)
  • (!) Rainer Köthe: Das neue Experimentierbuch, Was ist Was. Tesloff, 1986. (Luft, Wasser, Wärme, Schall, Licht, Magnete, Strom, Chemie)

Schulbücher:

  • Hannelore Gloger: Umwelt: Physik, Das Projektbuch. Klett, 1997. (Lärm, Fahrrad, Fliegen, Schwimmen, Wetter)
  • Hannelore Gloger: Projekt Naturwissenschaften: Wetter und Klima. Klett, 1995.
  • Klaus Graeff u. a.: Impulse Physik, Klasse 6. Klett, 1994. (Wärme, Strom, Licht)
  • Umwelt: Physik und Chemie 5/6. Niedersachsen. Klett, 1992. (Magnetismus, Wasser, Strom, Wärme)

Kopiervorlagen:

  • (!) Michael Geschwandtner u. a.: Natur phänomenal. Band 1. Klett, 1997.  (Strom, Wasser, Akustik)
  • (!) Michael Geschwandtner u. a.: Natur phänomenal. Band 2. Klett, 1998.  (Mechanik, Wärme, Luft)
  • Umwelt: Physik und Chemie 5/6. Kopiervorlagen. Klett, 1992. (Magnetismus, Wasser, Strom, Wärme, Schall, Licht)
  • (!) Michael Kratz: Experimente als Hausaufgaben. Physik. Aulis. (Akustik, Strom, Magnete, Optik, Wärme)

Internetadressen:

Anhang: Überblick über die Einheit „Hören - Akustik“

Zeitbedarf: Zwischen 8 und 10 Schulstunden.

  • Einführungsspaziergang „Natur - Phänomene“
  • Einführung in die Akustik: „Hast Du Töne ...“
  • „Das magische Auge“ (Töne sichtbar machen; Blasröhrchen)
  • Schallkanone; Sprechverbindung; Hausexperimente: Musikinstrumente
  • Abschlussaufgaben zur Akustik

Stundenbeschreibung der ersten drei Schulstunden

Einführungsspaziergang „Natur - Phänomene“:

Text: Fynn: Hallo, Mister Gott, hier spricht Anna. S. 6 -11 u. S. 20

1.) Thema: Sinneswahrnehmungen (SLG) z.B. Hören - Ohren, Sehen - Augen mit interessierenden Phä­no­­menen in der Natur, z. B. das Gewitter mit Knall und Blitz; zugehörige Forschungsgebiete: Akustik, Optik.

2.) Mit offenen Augen und Ohren weitergehen: Was nehmen wir wahr?

3.) Notwendig: Neugierde, diese Phänomene zu untersuchen; Fragen stellen. Was könnte uns interessieren, welche Fragen können wir stellen? (z. B. Warum?)

4.) Vorlesen:  S. 6 -11 (Anna kommt zu Fynn) und S. 20 (Anna stellt Fragen)

Mitbringen: Stricknadel oder langes Lineal; wer hat, einen Luftballon; anderes zur Tonerzeugung
Immer mitbringen: Schere, Tesa, Buntstifte, Bleistift, Heft DIN A4 kariert ohne Rand

Einführung in die Akustik: „Hast Du Töne ...“ (Doppelstunde)

Material: Grashalme, Styropor, Kreide, ... zur Tonerzeugung, Klassensatz  Din-A4 Papier.
Kopie: Kopie 1 (Erstaunliche Exp., S. 63); Kopie 2 (101 Exp. aus Wissenschaft und Technik, S. 74 / 75)
Text: Anna, S. 26 ff (Untersuchung von Tönen)

1.) Ruhig werden: Ruhe im Gegensatz zum Lärm / zu Tönen

2.) Lesen: Anna untersucht Töne (Freiwillige HA: mit dem Kassettenrecorder auf Tönefang)

3.) Schallerzeugung: Wer kann einen Ton erzeugen? Vielfältige Formen mit der Hand, mit dem Mund, mit Hilfsmitteln ...; die Schüler können der Reihe nach ihre Methoden zur Tonerzeugung demon­strieren (das kann lange dauern, ist aber dank der Kreativität der Schüler auch lange interessant).

4.) Anlegen des Heftes: Tafelanschrieb: „Naturphänomene in Klasse 5
Mit offenen Augen und Ohren nehmen wir viele Phänomene war. Wir wollen diesen auf den Grund gehen, nachfragen, warum wir etwas hören und sehen.

1.) Hören  (Akustik: Die Lehre von den Tönen)
Tonerzeugung: Ich kann einen Ton erzeugen, indem ...    Dabei beobachte ich, dass ...

5.) Die  Ss sollen in ihr Heft selbständig mind. 4 Möglichkeiten zur Tonerzeugung eintragen:
z.B.:  ich einen Luftballon „zischen“ lasse.
Anschließend lesen einige Ss ihren Aufschrieb vor.

6.) Was beobachten wir jeweils?  Gemeinsam werden die vorgelesenen Beispiele untersucht.
Dann tragen die Ss für ihre Bsp. die Beobachtungen ein., z. B.: die Öffnung des Luftballons vibriert.

7.) Bau der Papiertrompete: Ton erzeugen durch Ziehen, so dass das Papier vibriert . Anleitung: Kopie 1. Nach der Bau / Übungsphase: Wer kann den lautesten / schönsten / längsten / originellsten Ton erzeugen?
Erkenntnis: Töne entstehen durch Schwingungen (Vibrationen).

8.) Nun sind aber nicht alle Töne gleich. Sie unterscheiden sich durch Tonhöhe und Lautstärke (hoch - tief; laut - leise). Die Ss sollen zuerst selbständig mit ihrer Stricknadel bzw. ihrem Lineal laute und leise bzw. hohe und tiefe Töne erzeugen. Anschließend werden die Ergebnisse vorgeführt.
Erkenntnis: Je stärker wir die Stricknadel auslenken, desto lauter ist der Ton. Je schneller sie schwingt, desto höher ist der Ton.
HA: Freiwillig: mit dem Kassettenrecorder auf Tönefang; Kopie 2: Heimexperiment (Töne sichtbar machen)
Mitbringen: „Papiertrompete“, Lineal, Stricknadel, Luftballon; weitere Tonerzeuger nach freier Auswahl

„Das magische Auge“

Material: Oszilloskop mit Mikrophon; Stimmgabel, Schwingungsrohr  etc. zur Tonerzeugung
Klassensatz Plastikstrohhalme für Tröte (Vorschlag von Simone)

1.) Kurze Wiederholung anhand von Papiertrompete, Luftballon und Lineal / Stricknadel.
2.) Besprechung des Heimexperimentes und der „gefangenen Töne“.
3.) Vorschlag von Simone: Bau der Strohhalm-Tröte: Strohhalm auf 5 cm kürzen, zusammendrücken und auf einer Seite spitz zurechtschneiden. Wie wird hier der Ton erzeugt? Schwingungen der Luft!
4.) Sichtbarmachen von Tönen, wie bei Anna beschrieben, mit Hilfe des „magischen Auges“:
- Schöne, laute, leise, hohe, tiefe, originelle ... Töne erzeugen: möglichst vielfältig
- möglichst reine Sinusschwingungen (dabei jeweils y-Auslenkung und t-Ablenkung variieren, damit sich ein gutes Bild ergibt): am besten ist das Pfeifen.
- Hohe - tiefe Töne pfeifen, laut -leise pfeifen: Wie ändert sich das Bild? ...