Forschend-entwickelnder Unterricht

Grundidee und Bedeutung

Der forschend-entwickelnde Unterricht, auch forschend-entdeckender Unterricht genannt, ist eine zentrale Unterrichtskonzeption für den naturwissenschaftlichen Schulunterricht. Er basiert auf dem Problembasierten Lernen und ist vom fragend-entwickelnden Unterricht geisteswissenschaftlicher Fächer zu unterscheiden.

Seine Unterrichtsschritte orientieren sich am wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn: Ausgehend von einem beobachteten Problem entwickeln die Schülerinnen und Schüler Hypothesen, planen deren Überprüfung, führen Untersuchungen durch, werten die Ergebnisse aus und übertragen die Erkenntnisse auf weitere Zusammenhänge. Meist geschieht dies mithilfe naturwissenschaftsdidaktischer Experimente. Dadurch wirkt der Unterricht wissenschaftspropädeutisch, bereitet also auf wissenschaftliches Denken und Arbeiten vor.

Neben Fachwissen vermittelt das Verfahren naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen. Die Lernenden sollen außerdem die Bedeutung, Aussagekraft und Grenzen von Beobachtungen, Experimenten und anderen Untersuchungstechniken reflektieren. Das Verfahren verbindet unter anderem genetisches Lernen, Handlungsorientierung, kumulatives Lernen und den sokratischen Dialog beziehungsweise die Mäeutik. Es knüpft an Präkonzepte, also bereits vorhandene Vorstellungen der Lernenden, an und fördert durch wiederholte Bezüge zwischen Einzelergebnissen und Gesamtproblem das vernetzte Denken sowie die naturwissenschaftliche Problemlösungskompetenz.

Obwohl das Verfahren traditionell dem Frontalunterricht zugerechnet wird, kann es in unterschiedlichem Umfang Gruppenarbeit enthalten. Besonders Erarbeitung und Lösungsplanung, teilweise auch die Hypothesenbildung, können in Gruppen stattfinden. In Projekten bearbeiten Gruppen entweder verschiedene Teilfragen oder überprüfen unterschiedliche Hypothesen. Methoden und Ergebnisse können anschließend ähnlich wie auf einem wissenschaftlichen Kongress diskutiert werden.

Vom Phänomen zur überprüfbaren Hypothese

Am Anfang steht die Konfrontation mit einem biologischen, chemischen oder physikalischen Phänomen. Dieses soll bei den Lernenden eine Fragehaltung auslösen und zur Gewinnung eines klaren Problems führen. Das Phänomen kann zeitsparend durch Fotos, schematische Darstellungen oder Graphen auf Folie beziehungsweise an der Tafel präsentiert werden. Weitere Möglichkeiten sind Freihand-, Demonstrations- oder Schülerexperimente, wobei Schülerexperimente zeitintensiver sind.

Eine besondere Möglichkeit ist die Blackboxmethode. Dabei werden Eingangszustand, eine unbekannte Blackbox und Ausgangszustand betrachtet. Die Blackbox wird nicht oder nur als Lücke dargestellt. Die Lernenden sollen selbst erkennen, dass eine entscheidende Information fehlt und deshalb eine weiterführende Frage notwendig ist.

Anschließend formulieren die Schülerinnen und Schüler eigene Lösungsvorschläge. Diese Hypothesen sind vorläufige, noch empirisch zu überprüfende Annahmen. Sie knüpfen an die bisherigen Vorstellungen der Lernenden an. Grundsätzlich werden alle Vorschläge in den Unterricht aufgenommen, unabhängig von ihrer vermuteten Richtigkeit, sofern die Lernenden sie nicht selbst begründet zurücknehmen. In dieser Phase gibt es daher noch keine „falschen“ Vermutungen.

Die Lernenden sollen ihre Ideen plausibel begründen, sprachlich präzisieren und nicht nur in Schlagworten oder Halbsätzen äußern. Durch aktives Zuhören von Lehrkraft und Mitschülern können Diskussionen sowie weitere Hypothesen entstehen. Auch Gedankenmodelle werden eigenständig entwickelt und anschließend empirisch überprüft, erweitert oder ersetzt. Modelle gelten dabei als eine besondere Form von Hypothesen. Als Beispiele nennt der Artikel in der Physik die Entwicklung vom unteilbaren Teilchen zum Orbitalmodell und in der Biologie die Entwicklung der Membranmodelle vom Doppellipidschichtmodell über das Sandwichmodell zum Fluid-Mosaikmodell.

Planung und praktische Untersuchung

In der Lösungsplanung überlegen die Lernenden, wie ihre Hypothesen überprüft werden können, und entwerfen damit die folgende Erarbeitungsphase. So erschließen sie sich aus dem Problem heraus die Funktion naturwissenschaftlicher Arbeitsweisen wie Beobachten, Vergleichen und Experimentieren.

Das methodische Repertoire der Schülerinnen und Schüler ist häufig noch begrenzt. Sie können deshalb nicht immer konkrete Arbeitstechniken wie Chromatographie oder Titration benennen. Sie sollen aber die grundlegenden Prinzipien einer geeigneten Untersuchung erklären können. Ziel ist es, Daten zu gewinnen, mit denen eine Hypothese verifiziert oder falsifiziert, also bestätigt oder widerlegt, werden kann. Auch hierbei müssen die eigenen Ideen und Konzepte sprachlich genau formuliert werden.

In der Erarbeitung werden ein oder mehrere Lösungsvorschläge praktisch umgesetzt. Mögliche Methoden sind Betrachten, Beobachten, Vergleichen, Experimentieren und das Auswerten von Untersuchungsrohdaten. Die Auswertung vorhandener Rohdaten eignet sich besonders für Untersuchungen oder Experimente, die im Schulunterricht nicht unmittelbar durchgeführt werden können.

Die Lernenden sammeln dabei instrumentelle Erfahrungen im Umgang mit naturwissenschaftlichen Arbeitsmethoden. Entscheidend ist, dass die praktische Arbeit in einen sinnstiftenden Zusammenhang eingebettet ist: Ihr Ziel wurde in den vorherigen Phasen gemeinsam entwickelt. Es wird daher nicht aufs Geratewohl oder allein deshalb experimentiert, weil die Lehrkraft es angeordnet hat.

Ergebnisse, Vertiefung und Lernertrag

Nach der Untersuchung werden die Beobachtungs- oder Untersuchungsergebnisse festgehalten, gedeutet, reflektiert und gegebenenfalls diskutiert. Die Ergebnisse werden mit den zuvor aufgestellten Hypothesen verglichen. Dadurch können die Hypothesen verifiziert oder falsifiziert und die Ausgangsfrage beantwortet werden.

In der anschließenden Vertiefung beziehungsweise im Transfer werden die gewonnenen Erkenntnisse erweitert und auf andere Zusammenhänge bezogen. Dazu gehören der Vergleich mit anderen Spezies, die Betrachtung aus einem übergeordneten Kontext, die Einordnung in Basiskonzepte, etwa in den Klassen 5 und 6 in Niedersachsen, der Bezug zu anderen Phänomenen und die Klärung einzelner Detailaspekte.

Das Verfahren fördert die Reflexion eigener und fremder Gedanken zu einem wissenschaftlichen Problem. Die Lernenden erwerben Diskurs- und Diskussionsfähigkeit und trainieren, Ideen und Konzepte präzise auszudrücken. Sie lernen den Weg des wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns sowie Aufbau, Ablauf, Grenzen und Aussagefähigkeit von Untersuchungen kennen. Zugleich sollen sie gegenüber wissenschaftlichen Aussagen eine konstruktiv skeptische Haltung entwickeln und deren grundsätzliche Vorläufigkeit verstehen; der Artikel verweist hierzu auf die Falsifikation bei Karl Popper.

Der Unterricht verlangt intensive Transfer- und Abstraktionsleistungen und eine vielfältige gedankliche Auseinandersetzung mit dem Lerngegenstand unter Einbeziehung vorhandener Konzepte. Er knüpft außerdem an alltägliche Lösungsstrategien an. Als Beispiel nennt der Artikel ein quietschendes Fahrrad: Man vermutet mögliche Ursachen, überprüft sie durch Nachsehen oder Ausprobieren und entwickelt daraus eine Lösung. Weil die Schülerinnen und Schüler eigene Vorstellungen einbringen und selbst aktiv werden, kann das Verfahren intrinsisch motivieren.

Anforderungen und Schwierigkeiten

Die größten Schwierigkeiten liegen laut Artikel in der Planungskompetenz und Gesprächsführung der Lehrkraft. Ein ungeeigneter Einstieg kann dazu führen, dass die Lernenden in einem Phänomen entweder kein Problem oder zu viele verschiedene Probleme erkennen.

Bei einer zu starken Lenkung suchen die Schülerinnen und Schüler vor allem nach der Antwort auf die Frage, was die Lehrkraft hören möchte. Dies fördert extrinsische statt intrinsische Motivation und erschwert eine sachbezogene Auseinandersetzung mit Problemen, Hypothesen und Lösungsvorschlägen. Bei zu offenen Gesprächen besteht dagegen die Gefahr, dass die Überlegungen abschweifen und der rote Faden verloren geht. Gute Gesprächsführung verlangt daher aktives Zuhören: Die Lehrkraft greift Beiträge und Konzepte der Lernenden auf und nutzt sie als lenkende Impulse.

Nach Darstellung des Artikels stellen Schulbuchverlage keine oder nur eingeschränkt geeignete Materialien für vollständige forschend-entwickelnde Unterrichtsprozesse bereit. Vorhandene Materialien müssten häufig stark nachbearbeitet werden. Rezeptartige Experimentalsammlungen eigneten sich meist nur für die praktische Erarbeitung und enthielten keine durchgehenden Kontextinformationen vom Ausgangsphänomen über mögliche Schülerhypothesen bis zur Vertiefung oder zum Transfer.

Die Aussagen des Wikipedia-Artikels sind insgesamt nur unzureichend mit Belegen ausgestattet; einzelne Angaben sollten daher mit besonderer Vorsicht verwendet werden.