Egg-Race

Grundidee und Ablauf

Ein Egg-Race ist eine unterhaltsame, wettbewerbsorientierte, praktische und problembasierte Lernmethode. Die Lernenden müssen dabei weitgehend selbstständig eine vorgegebene, komplexe Aufgabe lösen und ihr Wissen praktisch anwenden. Die Methode ist eine Form des offenen Experimentierens und wird besonders im naturwissenschaftlichen Unterricht eingesetzt.

Typisch sind lebensnahe „Tüftelaufgaben“, für die kein bestimmter Lösungsweg vorgegeben wird. Die Lernenden nutzen Alltagserfahrungen, fachliches Vorwissen, logisches Denken und die Fähigkeiten ihrer Gruppe. Mehrere Lösungswege sollen grundsätzlich möglich sein. Sie planen ein Experiment, stimmen sich wegen möglicher Sicherheitsrisiken mit der Lehrkraft ab, führen den Versuch durch und werten ihn aus. Ist die Lösung nicht erfolgreich, bewerten sie ihr Vorgehen neu und verändern es, bis sie eine passende Lösung erhalten.

Die Methode soll naturwissenschaftliche Inhalte motivierend und relevant erfahrbar machen. Gleichzeitig können gelernte Inhalte und erworbene Fähigkeiten gefestigt, vertieft und herausgefordert werden. Egg-Races fördern unter anderem Problemlöse- und Experimentierkompetenzen, Selbstständigkeit, Strategiewissen und die Fähigkeit, naturwissenschaftliche Erkenntnisprozesse eigenständig zu durchlaufen. Sie werden auch als Methode des inquiry-based Learning bezeichnet.

Typische Aufgaben und Formen

Eine Egg-Race-Aufgabe gibt ein Ziel und gegebenenfalls Rahmenbedingungen vor, lässt aber Ergebnis und Lösungsweg weitgehend offen. Beispiele sind:

• „Wie viel Gas entsteht aus einer Brausetablette?“ Die Lernenden sollen mit den ausgegebenen Geräten und Materialien ein Experiment planen und durchführen. Vor Beginn müssen sie der Lehrkraft eine Zeichnung des Versuchsaufbaus zeigen und den Versuch beschreiben können.
• „Wer erreicht die tiefste Temperatur?“ Dazu soll ein Experiment durchgeführt werden, mit dem eine möglichst tiefe Temperatur erreicht wird.
• Bei der Aufgabe „Wie bitte? Das soll alles in meiner Suppe sein?“ sollen die Lernenden mithilfe geeigneter Untersuchungsmethoden möglichst viele Inhaltsstoffe einer Tütensuppe identifizieren und nachweisen.

Je nach Grad der Offenheit werden offene und strukturierte Egg-Races unterschieden. Bei einem offenen Egg-Race wird nur ein Ziel vorgegeben. Die Lernenden entscheiden selbst über Lösungsweg und Ergebnis, protokollieren passende Beobachtungen und werten sie aus. Beim strukturierten Egg-Race enthält die Aufgabenstellung zusätzliche Vorgaben, zum Beispiel Arbeitsblätter mit Fragen zur Versuchsbeschreibung, Beobachtung und Auswertung. Auch eine verpflichtende Zwischenabsprache mit der Lehrkraft kann vorgesehen werden. Dadurch werden Kreativität und Entscheidungen der Gruppe stärker gelenkt.

Fachliches oder außerfachliches Vorwissen muss an die Lerngruppe und an den Grad der Offenheit angepasst werden, damit keine Frustration entsteht. Informationen können gegen einen Abzug von Punkten bereitgestellt werden. Bestimmte notwendige Kenntnisse können auch vorher angekündigt werden, ohne den gesamten Lösungsweg vorzugeben. Möglich ist außerdem ein open-book-Wettbewerb, bei dem schriftliche Hilfsmittel wie beliebige Bücher und eigene Aufzeichnungen erlaubt sind. Die Aufgabenstellung sollte sprachlich und inhaltlich zur Zielgruppe passen sowie in der Regel einen lebensnahen und praxisorientierten Bezug besitzen.

Gruppenarbeit und Wettbewerb

Egg-Races verbinden Kooperation innerhalb der Gruppen mit Konkurrenz zwischen den Gruppen. In der klassischen Form gewinnt die Gruppe, die am schnellsten eine richtige oder passende Lösung und vor allem einen nachvollziehbaren Erkenntnisweg präsentieren kann. Die Ergebnisse sollen reproduzierbar sein. Es gibt jedoch auch nicht-wettbewerbliche Egg-Races.

Der Wettbewerb kann die Leistungsmotivation steigern und über den gesamten Lernprozess einen Spannungsbogen erzeugen. Empfohlen wird ein Gruppenwettbewerb, weil er weniger anfällig für negative Entwicklungen ist und zusätzliche Lernimpulse gibt. Eine Aufgabe kann nur bei guter Zusammenarbeit schnell und sicher gelöst werden. Zu jeder Wettbewerbsform sollte mit den Lernenden vorab ein Fairnesskodex vereinbart werden, um ausuferndes oder sabotierendes Verhalten zu vermeiden.

Die Gruppengröße hängt von der Aufgabe und dem erwarteten Arbeitsaufwand ab. Zweiergruppen sind nicht immer fair, wenn sich eine Person nicht beteiligt. Zu große Gruppen können dagegen dazu führen, dass einzelne Lernende nicht selbst praktisch arbeiten. Für mehr Chancengleichheit sollten die Gruppen leistungsheterogen zusammengesetzt werden. Die Gruppen sollten sich von Egg-Race zu Egg-Race ändern, damit nicht immer dieselben gewinnen. Alle Gruppenmitglieder sollen Lösungsideen vorstellen und sachlich diskutieren. Eine feste Rollenverteilung sollte vermieden werden, damit alle Lernenden Erfahrungen im experimentellen Handeln sammeln. Bei der Auswertung im Plenum sollten möglichst alle Gruppenergebnisse berücksichtigt und diskutiert werden.

Materialien und Bewertung

Das benötigte Material kann an jedem Arbeitsplatz bereitliegen. Häufig ist jedoch gerade die Auswahl geeigneter Materialien, Geräte oder Chemikalien Teil des Problemlöseprozesses. Deshalb kann eine Reihe von Gegenständen bereitgestellt werden, darunter auch irrelevante oder nicht unbedingt notwendige Materialien. Diese lassen sich beispielsweise nach Chemikalien und Geräten ordnen. Eine weitere Möglichkeit ist eine Experimentierbox mit einer laminierten Aufgabe sowie nützlichen und nutzlosen Materialien. Die Ausstattung der Box kann flexibel gestaltet werden.

Die Bewertung muss zum Ziel der jeweiligen Aktivität passen. Berücksichtigt werden können sowohl objektive als auch subjektive Kriterien. Wichtig sind unter anderem das zielgerichtete Vorgehen, das Verständnis des Problems sowie der relevanten wissenschaftlichen und technologischen Prinzipien, die Berücksichtigung verschiedener Alternativen und ein Versuchsprogramm, das die gesammelten Informationen aufgreift. Ebenfalls bewertet werden können die Sammlung und Darstellung experimenteller Daten, die gezogenen Schlussfolgerungen, Einfallsreichtum, Neuartigkeit, Teamarbeit, praktische Fähigkeiten und Ästhetik.

Nicht alle Kriterien müssen bei jeder Aktivität verwendet werden. Die Beurteilenden wählen die für den jeweiligen Anlass passenden Faktoren aus. Erwartet werden sollte eine dem Alter und den Fähigkeiten angemessene wissenschaftliche Genauigkeit. Um Missverständnisse zu vermeiden, ist es sinnvoll, die Bewertungsgrundlage oder die einzelnen Kriterien vorher zu erklären.

Durchführung im Unterricht

Beim offenen Egg-Race kann die Aufgabenstellung mit einer konkreten Zielangabe und gegebenenfalls Rahmenbedingungen über Präsentationsfolien, etwa in PowerPoint oder Keynote, vermittelt werden. Für strukturierte Egg-Races eignen sich Arbeitsblätter besser, weil sie mehrere Verfahrensvorgaben enthalten können.

Genaue Zeitvorgaben helfen den Lernenden, die Bearbeitungszeit einzuteilen und genügend Zeit für Auswertung und Nachbesprechung zu lassen. Für eine 45-minütige Unterrichtsstunde wird folgende Aufteilung vorgeschlagen:

• 5–10 Minuten für Vorstellung und Erläuterung der Aufgabe, Hinweise auf Sicherheitsrisiken und Bereitstellung der Materialien;
• 20 Minuten für die Durchführung des Egg-Race;
• 5–10 Minuten für Bewertung und Nachbesprechung.

Egg-Races sollten nur Lernende durchführen, die bereits Erfahrung mit experimentellem Gruppenunterricht haben. Die Auswahl von Chemikalien und Geräten muss sowohl dem erhöhten Sicherheitsrisiko des offenen Experimentierens als auch der experimentellen Kompetenz der Lernenden entsprechen. In der Vorbesprechung sind die allgemeinen Sicherheits- und Verhaltensregeln bei Experimenten erneut zu erläutern.

Nach der Durchführung werden Leistungen und Ergebnisse bewertet, nicht unbedingt benotet. Die Kriterien müssen offengelegt und mit den Lernenden besprochen werden. Bei ergebnisorientierten Egg-Races ist besonders wichtig, dass die Lernenden ihr Ergebnis und ihr experimentelles Vorgehen reproduzieren können. In der Nachbesprechung können Gruppen ihre Überlegungen, Ergebnisse und Vorgehensweisen vorstellen. Fehler werden gemeinsam diskutiert und Verbesserungsvorschläge für künftige Egg-Races entwickelt. Die Methode ist kein Selbstzweck und sollte nur eingesetzt werden, wenn sie didaktisch sinnvoll ist.

Ursprung und Weiterentwicklung

Die Idee zum Egg-Race entstand Mitte der 1970er Jahre beim BBC-Sender. Anfang der 1980er Jahre wurde die Egg-Racing-Methode bekannt. Ihr Ursprung liegt in der BBC-Spielshow „The Great Egg Race“, in der Teams physikalische und technische Probleme lösten. Die namensgebende Aufgabe bestand darin, ein intaktes Ei mithilfe der in einem Gummiband gespeicherten Energie möglichst weit zu bewegen. Aus der Sendung und dieser Aufgabe entwickelten sich Name, Struktur und Umsetzung der Methode.

Die BBC-Wettbewerbe wurden fortgesetzt. Die BAAS (British Association for the Advancement of Science) veröffentlichte zwei Bücher mit insgesamt rund 200 Ideen für solche Problemlöseaktivitäten. Diese bezogen sich nicht auf Chemie, sondern auf Physik und die Anwendung physikalischer Prinzipien. Viele Aufgaben waren Bauprojekte, etwa das Bauen von Türmen und Brücken, oder verwendeten ein Gummiband, um ein Fahrzeug anzutreiben oder eine Last anzuheben.

Forscher der Royal Society of Chemistry entwickelten anschließend eigene Egg-Races und untersuchten den chemischen Anteil solcher Aufgaben. Als „chemisches Gummiband“ beschrieben sie eine Mischung aus einem Teelöffel Natriumhydrogencarbonat und drei Teelöffeln Zitronensäure. Damit sollte grundsätzlich vieles möglich sein, was auch mit einem Gummiband erreicht werden kann. Als Fahrzeug wurde ein Boot statt eines Autos eingesetzt, weil die Reaktionsprodukte dadurch leichter zu beseitigen waren. Für die Bearbeitung solcher Egg-Races sind jedoch nur geringe Chemiekenntnisse erforderlich; auch viele physikalische Egg-Races verlangen keine besonderen Physikkenntnisse.