Bundestagung der BLK-Projektgruppe Steigerung der Effizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts am

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1 Bundestagung der BLK-Projektgruppe Steigerung der Effizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts am in Soest Referent: Michael Funke Käthe-Kollwitz Gymnasium, Schwarzdornweg, Wesseling Thema: Die Förderung des individuellen und selbstständigen Lernens durch Schülerwettbewerbe und ihre Auswirkung auf den regulären Fachunterricht Inhalt : 1. Die Bedeutung des individuellen und selbstständigen Lernens für den naturwissenschaftlichen Unterricht 2. Konzeption einer Jugend forscht AG zur Förderung des selbstständigen Lernens durch Schülerwettbewerbe 3. Auswirkungen der Wettbewerbsteilnahme auf das Lernverhalten der Teilnehmer 4. Auswirkungen der Wettbewerbsteilnahme auf den regulären Fachunterricht

2 -1- In Folge der gesellschaftlichen Veränderungen im Computerzeitalter hat sich auch der Begriff des Lernens in den vergangenen Jahren stark verändert. In früheren Jahren wurde von den Schülern vor allem die Fähigkeit zum Lernen von Fakten und Daten abverlangt. In Folge der schnellen Verfügbarkeit von Daten durch moderne Medien wie dem Internet, soll der Schüler heute durch die Schule eher in die Lage versetzt werden, sich selbstständig Daten und Fakten zu suchen und auszuwerten. Im modernen Lernbegriff werden daher verstärkt nichtkognitive Persönlichkeitsmerkmale eingeschlossen. Aufgrund dieser Entwicklungen hat die Kultusministerkonferenz (KMK) eine Vereinbarung zur Reform der Anforderungen an die Abiturqualifikation beschlossen. Demnach soll der Unterricht der Oberstufe ein inhaltlich spezifisches, strukturiertes und regelorientiertes Wissen vermitteln und kreatives Arbeiten, selbstständiges Lernen, Ausdauer, Genauigkeit und Konzentrationsfähigkeit als allgemein wichtige Verhaltensweisen des Lernens und Arbeitens fördern. Das individuelle und selbstständige Lernen erhält durch diese Reform einen höheren Stellenwert als bisher. Die BLK - Expertise konstatiert genau hier ein Defizit im naturwissenschaftlichen Unterricht und sieht hier den Schwerpunkt für die Entwicklung neuer Konzepte zur Steigerung der Effizienz des naturwissenschaftlichen Unterrichts. Besonders betroffen von den veränderten Anforderungen an die Schüler sind die naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen im Unterricht. Der Schüler soll im naturwissenschaftlichen Unterricht verstärkt dazu angeleitet werden, theoretisches Wissen anzuwenden und selbstständig zu vervollständigen, er soll experimentelle Arbeitstechniken und Verfahren der Datenanalyse beherrschen, sowie einen Problemlöseprozess sachgerecht planen können. Im Modul 2 (naturwissenschaftliche Arbeitsweisen) der BLK - Projektgruppe sollen daher Konzepte entwickelt werden, die den Schülern vor allem helfen sollen, eigene Arbeitsprozesse selbst zu steuern. Als mögliche Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Konzepte schlagen die Autoren des Moduls 2 unter anderem die Heranführung von Schülern an naturwissenschaftliche Wettbewerbe vor. Im Rahmen der Wettbewerbsteilnahme müssen sich die Schüler viele dieser Qualifikationen aneignen, die ein Höchstmaß an Kompetenz in der eigenständigen Bearbeitung von naturwissenschaftlichen Fragestellungen erfordern.

3 -2- Ich habe mich daher mit den Möglichkeiten der Förderung von naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen durch Schülerwettbewerben und ihre Auswirkungen auf den naturwissenschaftlichen Fachunterricht beschäftigt. Dazu gründete ich im August 1999 am Käthe-Kollwitz Gymnasium eine Arbeitsgemeinschaft Jugend forscht, um Schülern die Teilnahme an diesen Wettbewerben zu erleichtern. Zu Beginn stand ich nun vor dem Problem wie man möglichst ökonomisch mehrere Schüler gleichzeitig auf die Wettbewerbe vorbereitet. Die Betreuung der Arbeiten darf nicht so weit gehen, dass der Betreuer zum vierten Gruppenmitglied wird und die Schüler nur Handlangerarbeiten übernehmen. Auf diese Weise würden die Schüler wesentliche Arbeitstechniken und die Planung des Problemlöseprozesses kaum erlernen können. Andererseits ist eine Betreuung in der Regel erforderlich, da den Schülern häufig der fachliche Überblick fehlt und sie sich ohne Betreuung schnell verzetteln würden. Daher habe ich ein Programm zusammengestellt, mit dem die Schülern systematisch über eine Art Methodentraining die Grundlagen des wissenschaftlichen Arbeiten erlernen. Durch diese Betreuungsform werden die Schüler in die Lage versetzt, sich selbstständig Informationen und Materialien zu beschaffen, Versuche zu planen, durchzuführen, auszuwerten und anschließend ihre Ergebnisse anschaulich darzustellen. Konzept zur Arbeitsgemeinschaft Jugend forscht Arbeitsschritt Hilfestellung durch die Arbeitsgemeinschaft Themensuche Einarbeitung in das Thema Experimentieren Auswertung der Ergebnisse Verfassen der schriftlichen Arbeit Präsentieren der Arbeit Förderung der Kreativität: (Mind Maps, Brain storming, Brain writing,...) Durchführung einer Literaturrecherche (Schlagwortsuche, Umgang mit Datenbanken,...) Durchführung einer Internetrecherche (Umgang mit Suchmaschinen, Newsgroups,...) Planung der Experimente, Anlegen eines Laborbuches, Durchführung der Experimente Statistik und Fehlerberechnung, graphische Darstellung der Ergebnisse Umgang mit Word und Excel, Form der schriftlichen Arbeit, Literaturnachweise und richtiges Zitieren Erstellen eines wissenschaftlichen Posters Freies Sprechen und Vortragen

4 -3- Dieses Betreuungskonzept wurde zwischenzeitlich auch auf einer Lehrerfortbildung in Madrid und in den Fachseminaren Biologie und Chemie des Studienseminars Köln vorgestellt und mittlerweile auch an anderen Schulen zur Betreuung von Wettbewerbsarbeiten angewendet. Auch in Wesseling werden auf diese Weise zur Zeit etwa 30 Schüler auf den nächsten Wettbewerb vorbereitet. Die ersten Schüler, die nach diesem Programm vorbereitet wurden, haben bereits in diesem Jahr sehr erfolgreich an den Wettbewerben Schüler experimentieren und Jugend forscht teilgenommen. Alle teilnehmenden Schüler dieser Arbeitsgemeinschaft wurden mit zahlreichen Preisen ausgezeichnet; darunter auch der ersten Platz bei Schüler experimentieren auf der Landesebene von NRW im Fachbereich Biologie. Die Erfolge der Schüler demonstrieren deutlich, dass Schüler sehr gut in der Lage sind, sich selbstständig in ein Thema einzuarbeiten, selbstständig Probleme zu lösen und diese fachgerecht darzustellen, sofern sie die entsprechenden Methoden vermittelt bekommen. Dies sind genau die Kompetenzen die die Schule im naturwissenschaftlichen Unterricht vermitteln soll. Ich habe daher schon während der Wettbewerbe untersucht, wie weit sich die Erlangung von Kompetenzen auf den Wettbewerben auf den regulären Fachunterricht auswirken. Folie: Schema zur Förderung der Schlüsselqualifikationen (s. Anhang) Die Wettbewerbsteilnahme erfordert von den Schülern eine hohe Einsatzbereitschaft und die Fähigkeit, sich durch individuelles und selbstständiges Lernen schnell und kompetent in ein Fachgebiet einzuarbeiten. Diese Eigenschaften sollen durch die neue KMK-Vereinbarung gestärkt werden. Dabei wurden wichtige Schlüsselqualifikationen der Schüler weiterentwickelt und gefördert. Dazu wurden die Schüler gezielt, unter besonderer Berücksichtigung der vier Schlüsselqualifikationen nach H. Klippert, beobachtet. Die Auswertung erfolgte als interne Evaluation durch eigene Beobachtungen, Aussagen anderer Lehrkräfte und die Selbstauskünfte der Teilnehmer in schriftlichen Befragungen. Dabei konnte bei den Schülern folgendes festgestellt werden: Die Fachkompetenz der Schüler wird durch den Wettbewerb vor allem im jeweiligen Forschungsgebiet geschult. Für die Durchführung ihrer Untersuchungen und Forschungen müssen sich die Schüler häufig Fachwissen aneignen, welches im regulären Schulunterricht noch nicht vermittelt wurde. So haben sich z.b. die drei Schüler der 6. Klasse für ihre Arbeit Einfluss von Säure auf das Pflanzenwachstum eingehend mit der Chemie der Säuren und Basen, ph-wert Messung, Saurer Regen und Abgaszusammensetzung beschäftigt. Dieses Wissen haben sich die Schüler selbstständig durch Fachbücher angeeignet und anschließend mit dem Betreuungslehrer

5 -4- besprochen. Gerade diese Form des Lernens ist besonders geeignet, den Schülern eigenverantwortliches Lernen zu vermitteln. Durch die Vorbereitung auf die mündlichen Vorträge wird auch die Fachsprache der Schüler in besonderem Maße geschult, wie es auch bei der Befragung ein Schüler besonders herausstellt. Viele Themen der Schüler experimentieren und Jugend forscht Arbeiten sind fachübergreifend oder fächerverbindend angelegt. Daraus resultiert eine Förderung von vernetzenden Denkweisen, wie sie seit einiger Zeit von verschiedenen Didaktikern diskutiert wird. Die Methodenkompetenz der Schüler wird durch die Schülerwettbewerbe in besonderem Maße gefördert. Hierzu gehört in erster Linie die Aneignung von experimentellen Fähigkeiten, die in der Regel über das Maß hinausgehen, welches im regulären Unterricht vermittelt wird. Wichtige naturwissenschaftliche Fähigkeiten, wie das planvolle Vorgehen, Beschaffung von Informationen und Materialien, sowie das Dokumentieren, Beobachten und selbstständige Durchführen der Experimente erlernen die Jungforscher nebenbei während ihrer Arbeit. Das Verfassen der schriftlichen Arbeiten und Einüben der Vorträge fördert das strukturierte Denken der Schüler. Dies wurde auch von verschiedenen Kollegen aus den unterschiedlichsten Fachbereichen bei fast allen Wettbewerbsteilnehmern, konstatiert. Gerade das Präsentieren von Fachwissen ist eine wichtige Kompetenz, die im späteren Leben notwendig ist. Die Möglichkeit der Gruppenarbeit fördert im Gegensatz zu den Einzelwettbewerben die Kooperationsfähigkeit und Teamfähigkeit der Gruppenmitglieder. Dies sind wesentliche soziale Kompetenzen, die in den vergangenen Jahren vermehrt von Vertretern der Wirtschaft von Schulabgängern gefordert werden. Die Persönliche Kompetenz der Schüler wird schon bei der Themenwahl gefördert. Im Gegensatz zu den Klausurwettbewerben, ist die Auswahl eines interessanten, originellen und vor allem neuen Themas ein wesentlicher Bestandteil des Wettbewerbes Jugend forscht. Hier wird die Kreativität der Schüler als Eingangsvoraussetzung für die Teilnahme in besonderem Maße gefördert. Durch die, im Vergleich zu anderen Wettbewerben relativ lange Zeit zur Bearbeitung eines Themas, werden auch wichtige Charaktereigenschaften wie die Ausdauer der Schüler bei der Bearbeitung eines Problems und der Umgang mit Frustrationen gefordert und gefördert. Das eigenständige Planen, Durchführen und Verfassen der Arbeit fördert zudem auch die Selbstständigkeit und damit auch das Selbstvertrauen der Teilnehmer. Gerade diese Persönlichkeitsmerkmale werden im späteren Berufsleben gefordert. Außerdem sind sie notwendig, um eine eventuelle Begabung zur Entfaltung kommen zu lassen, womit dieser Wettbewerb an dieser Stelle einen wichtigen Beitrag zur Begabtenförderung leisten kann.

6 -5- Folie: Jungforscher bei der Arbeit Neben den positiven Auswirkungen auf die Förderung von Schlüsselqualifikationen und auf das allgemeine Lernverhalten einzelner Schüler lassen sich durch die Schülerwettbewerbe auch indirekt Veränderungen im regulären naturwissenschaftlichen Fachunterricht feststellen. Dies ist besonders in Klassen der Fall, in denen mehrere Schüler an einem solchen Wettbewerb teilgenommen haben. Die Begeisterung der Jungforscher springt häufig auch auf ihre Mitschüler über. So interessieren sich nach einer erfolgreichen Teilnahme eines Mitschülers auch andere für den Wettbewerb und suchen häufig auch schnell ein eigenes Thema. Dies führt gerade in Klassen mit mehreren Jungforscher dazu, dass das Image der Naturwissenschaften und damit auch das Interesse für den Unterricht bei den Schülern steigt. Gerade die Jungforscher werfen im regulären Fachunterricht öfter Fragestellungen auf, die im problemorientierten Unterrichtsverfahren aufgegriffen werden und thematisiert werden können. Somit liefern die Wettbewerbe einen wichtigen Beitrag dazu, den Fachunterricht lebendiger zu gestalten. Auch die Vorträge der Jungforscher vor ihrer Klasse zeigen den Mitschülern deutlich, dass sich auch außerhalb des Fachunterrichts viele interessante Fragestellung ergeben, die eine genauere Beobachtung bzw. Untersuchung wert sind. Die Anwendbarkeit des naturwissenschaftlichen Fachwissens wird daher in solchen Klassen kaum in Frage gestellt. Aufgrund dieser Erfahrungen, die sich auch mit den Erfahrungen anderer langjähriger Jugend forscht - Betreuer decken, möchte ich anregen, die Schülerwettbewerbe viel stärker als bisher in den regulären Schulbetrieb zu integrieren. Gerade besonders talentierte und interessierte Schüler würden hier die Möglichkeit bekommen, ihre naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen über das im regulären Unterricht mögliche Maß hinaus weiterzuentwickeln. Dabei lassen sich Arbeitsgemeinschaften zur gezielten und systematischen Förderung von Schülern durch Schülerwettbewerben im Bereich der Naturwissenschaften ohne großen finanziellen und organisatorischen Aufwand in jeder Schule schnell einrichten.

7 -2- Förderung von Schlüsselqualifikationen durch die Teilnahme an den Schülerwettbewerben Schüler experimentieren und Jugend forscht Schlüsselqualifikationen Fachkompetenz Methoden- Sozialkompetenz Persönliche kompetenz Kompetenz Aneignung von Spezialwissen im Forschungsbereich Förderung von fächerverbindenden und fachübergreifenden Denkweisen Einüben der Fachsprache Planvolles Vorgehen Beobachten und Dokumentieren Selbstständiges Arbeiten Experimentelle Fähigkeiten Strukturiertes Vortragen und Präsentieren Teamarbeit Kooperationsfähigkeit Kommunikationsfähigkeit Selbstvertrauen Eigenständigkeit Kritikfähigkeit Kreativität Ausdauer Neugier Umgang mit Frustrationen