Wortschatztraining im Physikunterricht

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1 SCHULPRAXIS Wortschatztraining im Physikunterricht S. I S. I + II S. II HENDRIK HÄRTIG TINA STOSIK Am Beispiel der Fachwörter wird die enge Verbindung von fachlichem und sprachlichem Lernen im Physikunterricht besonders deutlich. Im Rahmen einer Interventionsstudie wurden daher an der Schnittstelle zwischen Sprache und Fach Lerngelegenheiten entwickelt und erprobt. Ziel der Wortschatzübungen im Physikunterricht war es, vor allem die Fachwörter und deren korrekte Verwendung zum expliziten Lerngegenstand zu machen. Es zeigt sich, dass das Wortschatztraining lernförderlich auch im Hinblick auf das Physikverständnis sein kann. Die Befunde sprechen dafür, im Regelunterricht mehr Zeit für eine kohärente Nutzung der wichtigsten Fachwörter zu verwenden. 1 Fachwörter im Physikunterricht Seit langem beschäftigt sich fachdidaktische Forschung in den Naturwissenschaften mit dem Einfluss der Sprache auf Lernen. Auf der Wort-, Satz- und Textebene unterscheiden sich vor allem typische Texte, aber auch mündliche Unterrichtsanteile, zum Beispiel im Physikunterricht, von Inhalten insbesondere des Deutschunterrichts (vgl. Artikel von LEISEN in diesem Heft). Ein Fokus in diesem Forschungsbereich liegt auf dem Verständnis von Fachwörtern, wie zum Beispiel Kraft, Energie oder Welle. Untersuchungen zur Lexik, also der Nutzung solcher Fachwörter, von Physikschulbüchern zeigen, dass in diesen 700 bis etwa 1000 verschiedene Fachwörter genutzt werden, im Mittel werden auf jeder Schulbuchseite im Durchschnitt 2,5 neue Fachbegriffe eingeführt (HÄRTIG, 2010). Diese große Zahl an Fachtermini kann kritisch hinterfragt werden. So wird unter anderem diskutiert, das Lernen könne über eine konsequente Verwendung von wichtigen Fachtermini im Rahmen der Textkohärenz verbessert werden (STARAUSCHECK, 2003). Begründet wird dies unter anderem mit der Annahme, dass Leser mentale Repräsentationen des Texts bilden. Ein Befund aktueller Schulbuchanalysen in Physik ist jedoch, dass zwar sehr viele Fachwörter benutzt werden, die meisten aber nur sehr vereinzelt. Besonders wichtige Fachwörter werden zudem nur selten verwendet, um verschiedene Inhaltsbereiche zu verknüpfen (HÄRTIG, 2014). Vergleicht man verschiedene Physikschulbücher, findet sich ein Grund dafür: nur eine Gruppe von weniger als 200 Fachwörtern wird in der Mehrheit der Schulbücher mehr oder weniger regelmäßig genutzt. Dazu gehören zentrale Fachwörter wie Energie, Strom oder auch Körper, aber zum Beispiel auch eher themenspezifische Wörter wie Transistor, Emitter oder Kristall. Nur die wenigsten dieser 200 Fachwörter werden von den Autoren konsequent über mehrere Themen hinweg verwendet. Alle anderen Fachwörter sind Beispiele, Synonyme, Abkürzungen etc., die eben sehr unterschiedlich von den Autoren verwendet werden. HÄRTIG und NEUMANN (2014) diskutieren diese Befunde am Beispiel des Basiskonzepts Energie. Dabei untersuchen sie das Vorkommen des Fachworts Energie in einem Schulbuch (vgl. Tabelle 1). Zwar kommt das Wort Energie selbst sehr häufig und auch in vielen verschiedenen Kontexten vor, gleichzeitig aber zum Beispiel Energiedosis viel häufiger als Energieform. Energieform nur zweimal, Energieumsetzung fünfmal und Energieerhaltung siebenmal. Zusammenfassend zeigen sich somit zwei Befunde: Erstens enthalten Schulbücher und damit eventuell auch der Physikunterricht selbst, sehr viele verschiedene Fachwörter. Zweitens werden die zentralen, besonders wichtigen Fachwörter nicht entsprechend exponiert behandelt. Vor dem Hintergrund von Forschungsarbeiten zum Lernen aus Texten hängen aber diese MNU 68/3 ( ) Seiten , ISSN , Verlag Klaus Seeberger, Neuss 155

2 Fachbegriff Energie 112 innere Energie 26 elektrische Energie 23 Energiedosis 7 Erhaltungssatz 7 mechanische Energie 7 Energieumsetzung 5 Energieänderung 2 Energiebegriff 2 Energieform 2 Energienutzung 1 Energiequelle 1 Energieumsetzungskette 1 Energiezufuhr 1 Kernenergie 1 Sekundärenergie 1 Häufigkeit Tab. 1. Vorkommen von Begriffen mit dem Bestandteil»-energie«in einem Schulbuch (übernommen aus HÄRTIG & NEUMANN, 2014) Verwendung von Fachwörtern und der Konzeptaufbau unmittelbar voneinander ab. Die vermeintlich leserfreundliche Nutzung der verschiedensten Synonyme, Abkürzungen und Pronomen führt dabei vermutlich zu Lernschwierigkeiten. Insbesondere wenn die Schülerinnen und Schüler mit einem eher alltagsorientierten Begriffsverständnis in den Unterricht kommen, erfolgt ein Aushandlungsprozess zwischen der Lehrkraft und den Lernenden (RINCKE, 2010). Gerade für zentrale Konzepte sollten daher diejenigen Fachwörter, die auf diese verweisen, möglichst stringent und durchgängig verwendet werden. Im Wesentlichen gelten bislang zwei Erfolgskriterien für entsprechende Interventionen: Es scheint lernförderlich zu sein, das Strategieverständnis bezogen auf die Bildung mentaler Repräsentationen zu fördern (LEOPOLD & LEUTNER, 2012). Ferner sollte ein konkretes Training nicht ausschließlich auf den allgemeinen Bereich bezogen, sondern konkret im Fachunterricht genutzt werden (LUMER, SIEGEL & PICARD, 2012). Aus diesen Gründen erscheint, auch auf Basis der eigenen Erfahrung, der Wortschatz ein besonders relevanter Bereich für Sprachtrainings zu sein. Mentale Repräsentationen des Lerngegenstandes werden mitunter als Netzwerke zwischen den Fachwörtern interpretiert. Gerade bei den Fachwörtern lassen sich Sprache und Fach als Sichtweisen auf den Unterricht nicht trennen, wie zum Beispiel die Arbeiten zum Konzeptverständnis bei DUIT oder RINCKE zeigen. Die Fachwörter sind dabei tragender Teil der mentalen Repräsentationen. Wenn die Lehrkraft das Wort Kraft benutzt, ist entscheidend, in welchen Kontext es gestellt wird und ob die Schüler dies nachvollziehen (können). Gleichzeitig bezieht sich damit ein Training für den Fachwortschatz automatisch auf das Fach und muss im Fachunterricht eingebettet sein. Im Rahmen der im Folgenden vorgestellten Studie wurden daher Fachwörter in den Fokus einer Lerngelegenheit gerückt. Die Schüler sollten anhand möglichst kurzer und prägnanter Übungen einerseits auf die zentralen Fachwörter hingewiesen werden. Andererseits war Ziel der Trainings, dass diese Fachwörter möglichst adäquat verwendet werden. RINCKE (2010) verfolgt in einer Unterrichtseinheit ein sehr vergleichbares Ziel. Dabei werden die Schüler auf die Unterschiede zwischen alltäglicher und fachlicher Verwendung eines Wortes mehrfach hingewiesen und sie sollen darüber reflektieren. Diese Form des Unterrichts scheint allerdings zunächst nicht ohne weiteres zu einem veränderten Sprachgebrauch zu führen. Im Vergleich zu der Arbeit von RINCKE (2010) werden drei Modifikationen vorgenommen: Zunächst wird nicht ein einzelnes Wort thematisiert, sondern mehrere Fachwörter, die zusammen eine Art inhaltlichen Kern der Unterrichtsreihe definieren. Darüber hinaus wird nicht die Verwendung der Wörter analysiert, sondern die Wirksamkeit des Wortschatztrainings 2 Fachwörter als Ziel von Fördermaßnahmen LEISEN (2010) schlägt in seinem Handbuch viele verschiedene sprachbezogene Trainings für die Verwendung im Fachunterricht vor. In der Vergangenheit wurden hier und in anderen Zeitschriften bereits Sprachtrainings für den naturwissenschaftlichen Unterricht vorgestellt, mitunter sehr erfolgreich, wie bei AGEL, BEESE und CRÄMER (2012), aber auch mit deutlichen Schwierigkeiten wie bei HÄRTIG (2013). Abb. 1. Ausschnitt aus einer Wortschatzübung Lückentext 156 MNU 68/3 ( )

3 Aufgabe: Ordne den Kärtchen auf der linken Seite das jeweils passende Kärtchen auf der rechten Seite zu. Periodendauer Eigenfrequenz mechanische Schwingungen der Teilchen eines festen, flüssigen oder gasförmigen Körpers Gesamtheit der sich ausbreitenden Schwingungszustände in einem elastischen Wellenträger. Trainingszeit bekamen die Schüler der Kontrollgruppe Zusatzaufträge, zum Beispiel sollten diese schon das Experiment aufbauen oder die Ergebnisse des Experiments auswerten. Das Wissen beider Gruppen über den Inhaltsbereich Schwingungen, Wellen und Resonanz wurde vor und nach der Unterrichtsreihe mit einem schriftlichen Test erfasst. Amplitude Schall Longitudinalwellen maximale Auslenkung des Oszillators aus der Ruhelage die Zeit, die ein schwingender Körper für einen vollständigen Hin- und Hergang benötigt Wellen, deren einzelne Teilchen quer zur Ausbreitungsrichtung der Welle schwingen 3.1 Die Wortschatzübungen Es gab insgesamt fünf verschiedene Übungsmaterialien, die sich auf die Unterrichtsreihe (Dauer ca. zehn Wochen) verteilten. In verschiedenen Varianten war das Ziel, die Bedeutung bestimmter Fachwörter expliziter erlernen zu können als im Regelunterricht. Drei dieser Übungen sind in den Abbildungen 1 bis 3 in Ausschnitten dargestellt. Abb. 2. Ausschnitt aus einer Wortschatzübung Definitionen verbinden auf das Fachwissen. Nicht zuletzt verwenden wir ein Kontrollgruppendesign, um die Wirksamkeit zu überprüfen. 3 Erprobung des Wortschatztrainings im Physikunterricht Die Wortschatzübungen wurden in Abstimmung mit einer Physiklehrerin passend zu einer spezifischen Unterrichtsreihe in der neunten Klasse entwickelt. Die Inhalte des Unterrichts und somit auch der Übungsblätter waren die Themen Schwingungen, Wellen und Resonanz. In der Vorbereitung der Übungen wurde analysiert, welche Fachwörter aus dem vorangegangenen Physikunterricht und der nun folgenden Reihe zentral sind. Diese Fachwörter sollten Bestandteil der Übungen sein, um den Wissenszuwachs zu unterstützen. Nach erfolgter Übungsphase wurden die ausgefüllten Zettel eingesammelt und korrigiert wieder zurückgegeben. Noch ein Mal sollte betont werden, dass die fachlichen Inhalte, und damit auch die physikalischen Definitionen der Begriffe, im normalen Unterricht implizit oder explizit besprochen wurden, dies konnte durch die gemeinsame Planung mit der Lehrkraft erreicht und durch die Beobachtung des Unterrichts überprüft werden. Der Unterricht fand in zwei Parallelkursen statt. Die Schüler beider Parallelkurse wurden zu Beginn der Einheit zufällig auf eine Interventions- und eine Kontrollgruppe verteilt. Nur die Interventionsgruppe erhielt die Übungsblätter. Mit der Lehrkraft wurde abgesprochen, dass sie ihren Unterricht ansonsten nicht verändert, er war folglich nicht ausdrücklich sprachsensibel. Die Übungsblätter enthielten keine Zusatzinformationen zum Unterricht. Zur Bearbeitung der Wortschatzübungen wurde keine zusätzliche Zeit verwendet, sie fand während der Unterrichtsstunden statt. Während dieser Übungsphasen wurden die Gruppen gebildet, damit die Kontrollgruppe nichts über den Inhalt des Trainings erfährt. Während dieser Abb. 3. Ausschnitt aus einer Wortschatzübung Definitionen bewerten 157

4 3.2 Überprüfung der Lernwirksamkeit der Wortschatzübungen Insgesamt nahmen 38 Schüler (50 % weiblich) an der Interventionsstudie teil. Sie wurden zufällig auf die Trainingsgruppe und die Kontrollgruppe ohne Training verteilt. Um den Erfolg des Wortschatztrainings zu überprüfen wurde das Wissen vor und nach der Unterrichtseinheit mit einem schriftlichen Test überprüft. Die insgesamt 15 Aufgaben umfassten Fragen auf den drei Anforderungsniveaus, die die Bildungsstandards vorgeben. Beispielaufgaben sind: 1. Erläutere den Unterschied zwischen der»eigenfrequenz«und der»erregerfrequenz«. 2. Beschreibe das Phänomen der Resonanz. Erläutere es am Beispiel zweier Stimmgabeln. 3. Erläutere, warum es normalerweise nicht gelingt, Weingläser mithilfe der menschlichen Stimme bzw. durch Gesang zum Zerspringen zu bringen. Dabei wird deutlich, dass einige der Aufgaben relativ nah am Interventionsgegenstand sind, wie hier die erste Beispielaufgabe. Andere gehen jedoch deutlich darüber hinaus, wobei eine Antwort auch dann als richtig gewertet wurde, wenn sie mitunter eher alltagssprachlich offensichtlich das richtige meint. Die Verwendung der trainierten Fachworte war für diese Auswertung somit nicht das zentrale Kriterium. Die Güte des Testinstruments wurde mit zwei Mitteln überprüft. Zum einen erweist es sich als verhältnismäßig konsistent (Cronbach s Alpha im Posttest =.795). Zum anderen wurde stichprobenartig überprüft, ob zwei Experten die Antworten auf die offenen Fragen gleich bewerten. Auch hier zeigt sich eine gute Übereinstimmung (Cohen s Kappa: ). Damit kann davon ausgegangen werden, dass der Test zuverlässige Ergebnisse erzeugt. Sowohl der Vergleich der beiden Gruppen untereinander, als auch zwischen Vor- und Nachtest wurde statistisch überprüft. Es zeigt sich, dass die Teilnehmer der Interventionsgruppe, die die zusätzlichen Übungsblätter bearbeitet hatten, nach der Unterrichtseinheit mehr Fragen richtig beantworten konnten als die Teilnehmer der Kontrollgruppe (siehe Abb. 4). Dieser Zuwachs bezieht sich einerseits auf die Aufgaben, die sehr nah am Wortschatztraining sind (Beispielaufgabe 1), andererseits aber auch auf Transferaufgaben (Beispielaufgabe 3). Sowohl der Wissenszuwachs zwischen den beiden Testzeitpunkten innerhalb der Interventionsgruppe, als auch der Vergleich mit der Kontrollgruppe im Nachtest waren statistisch bedeutsam, bei einer mittleren Effektstärke. 4 Diskussion Fachwörter sind eine entscheidende Schnittstelle zwischen sprachlichem und fachlichem Verständnis im Physikunterricht. Sie repräsentieren bestimmte Konzepte. Auf sprachlicher Ebene nutzen Physiklehrkräfte und Fachdidaktiker die sprachliche Verwendung bestimmter Fachwörter, um auf das Verständnis der Schülerinnen und Schüler zurückzuschließen. Nimmt man Schulbücher als Indikator für den Physikunterricht, lässt sich jedoch vermuten, dass die Lernenden bezogen auf den Fachwortschatz nicht gefördert werden. Vielmehr könnte es sein, dass die große Vielzahl verschiedener Fachwörter, Synonyme, Abkürzungen und Beispiele sowie die wenig kohärente Verwendung der wichtigsten Fachwörter lernhinderlich sind. Mit Blick auf lernpsychologische Arbeiten zum Textverständnis sollten die Schüler einerseits gezielt auf die wichtigsten Fachwörter aufmerksam gemacht werden. Andererseits bietet sich eine explizite Förderung des Fachwortschatzes an. Dies lässt sich über Wortschatztrainings im Physikunterricht implementieren. Verwendet werden dazu Übungen, die sowohl aus dem Sprachunterricht, aber zum Teil auch aus dem Sachunterricht der Primarstufe durchaus bekannt sind. Neu ist hier der Einsatz im Regelunterricht der Sekundarstufe I. Aber auch hier zeigt sich in einer Interventionsstudie mit Kontrollgruppe, dass sich Wortschatzübungen positiv auf den Wissenszuwachs auswirken. Sowohl der Vergleich vor der Unterrichtseinheit und nach der Unterrichtseinheit, als auch der Vergleich beider Gruppen nach der Unterrichtseinheit bestätigt dies. Dabei haben Teilnehmer der Interventionsgruppe nicht nur die Wiederholung der Definitionen besser beherrscht, sondern im Mittel auch in Transferaufgaben besser gelöst. Dieser Effekt muss jedoch sowohl auf das Wortschatztraining selbst, als auch auf die Korrektur der Übungsblätter zurückgeführt werden. Die Korrektur lässt sich als Feedback interpretieren, was unter Umständen den Erfolg (mit) erklärt. Nichtsdestoweniger bleiben damit die Übungen (wenn auch mit Korrektur) offenkundig lernwirksamer als der Regelunterricht. Punkte Messzeitpunkt Abb. 4. Ergebnis des Wortschatztrainings Intervention_post Kontrollgruppe Trainingsgruppe Gleichzeitig ergeben sich offene Fragen. So wurde im Rahmen der hier vorliegenden Studie zwar versucht, die fachliche Qualität der Schüleräußerungen von der sprachlichen Qualität zu trennen, dies gelang aber nicht ohne weiteres. Zwar gelang es, die rein fachliche Korrektheit der Antworten (ohne besondere Berücksichtigung der Sprache) zu bewerten, allerdings korrelierte dann eine rein sprachorientierte Bewertung der Antworten mit dieser fachlichen Bewertung sehr hoch (Pearson s r =.90; p <.001). Einerseits ist das ein Beleg dafür, wie eng auf der Ebene der Fachwörter Fachinhalt und sprachliche Darstellung liegen. Andererseits ließ sich folglich auch keine Zunahme der sprachlichen Qualität in der Interventionsgruppe zeigen, ein Befund der in gewisser Weise konsistent zu früheren Studien ist (RINCKE, 2010). Unklar ist auch, welcher Umfang auf Dauer benötigt wird, um den Fachwortschatz zu fördern. Die hier vorgestellten Übungen nahmen insgesamt etwa 10 % der Unterrichtszeit ein. Das ist zwar nicht viel, könnte auf Dauer aber doch eine gewisse Einschränkung bedeuten. Nicht zuletzt stellt sich die Frage, ob alle Personen gleichermaßen profitieren. Vor dem Hintergrund der Textverständnisforschung ließe sich vermuten, dass es reicht, bestimmte Gruppen explizit zu fördern. 158 MNU 68/3 ( )

5 SCHULPRAXIS Literatur AGEL, C., BEESE, M. & KRÄMER, S. (2012). Naturwissenschaftliche Sprachförderung. MNU, 65(1), 36. BUSCH, H. & RALLE, B. (2013). Diagnostik und Förderung fachsprachlicher Kompetenzen im Chemieunterricht. In: M. BECKER-MROTZEK et al. (Hrsg.): Sprache im Fach. Sprachlichkeit und fachliches Lernen, Bd. 3. Münster: Waxmann, HÄRTIG, H. (2010). Sachstrukturen von Physikschulbüchern als Grundlage zur Bestimmung der Inhaltsvalidität eines Tests. Berlin: Logos. HÄRTIG, H. (2013). Lesestrategien im Physikunterricht. MNU, 66(6), HÄRTIG, H. (2014). The Terminology within German Lower Secondary Physics Textbooks. Science Education Review Letters Online erschienen am auf de/serl. HÄRTIG, H. & NEUMANN, K. (2014). Mit Schulbüchern lernen Wie Schulbücher den Wissenserwerb fördern können. Praxis der Naturwissenschaften Unterricht Physik, 63(3), LEISEN, J. (2010). Handbuch Sprachförderung im Fach. Sprachsensibler Fachunterricht in der Praxis. Bonn: Varus. LEOPOLD, C. & LEUTNER, D. (2012). Science text comprehension: Drawing, main idea selection, and summerizing as learning strategies. Learning and Instruction, 22, LUMER, J., SIEGEL, C. & PICARD, F. (2012). Leseförderung im Biologieunterricht. MNU, 65(5), RINCKE, K. (2010). Von der Alltagssprache zur Fachsprache Bruch oder schrittweiser Übergang. In G. FENKHART, E. ZEITLINGER & A. LEMBENS (Hrsg.): Sprache Mathematik und Naturwissenschaften; ide-extra Band 16. Insbruck: Studien Verlag, STARAUSCHEK, E. (2003). Ergebnisse einer Schülerbefragung über Physikschulbücher. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 9, Dr. phil. nat. HENDRIK HÄRTIG ist Juniorprofessor am IPN Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik in Kiel und unterrichtet Physik an der Humboldt-Schule in Kiel. Zu seinen Forschungsinteressen gehören der Einfluss der Sprache auf Kompetenzerwerb im Physikunterricht und die Förderung experimenteller Kompetenzen. haertig@ipn. uni-kiel.de. TINA STOSIK ist zurzeit Referendarin an der Jürgen-Fuhlendorf-Schule in Bad Bramstedt. Sie hat das Wortschatztraining im Rahmen ihrer Masterarbeit entwickelt und erprobt. gc MNU 68/3 ( ) Seiten , ISSN , Verlag Klaus Seeberger, Neuss 159