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16. 10. 2006

 

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Bildung + Innovation

Das Online-Magazin zum Thema Innovation und Qualitätsentwicklung im Bildungswesen

Die Physis der Physik

Das Programm Physik im Kontext ist gerade in den Schulen angekommen − schon steht es vor dem Aus

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Windkanal als außerschulischer Lernort in Berlin

Die Naturwissenschaft bleibt vielen Kindern und Jugendlichen fremd, sind sie auch selbst Teil der belebten und unbelebten Natur. Biologie, Chemie und Physik teilen dieses seltsame Schicksal, nicht so richtig am Leben von Kindern und Jugendlichen anzudocken. Die Grenzen zwischen unbelebter und belebter Natur verlaufen indes nicht so strikt, wie die Schulbücher es vermitteln. Physik leitet sich vom Griechischen "physis" ab und bedeutet Natur. Kurios: Vielfach verbindet man "physis" heute mehr mit Sport und Fitness − "eine gute Physis haben" − als mit Naturwissenschaft. Trotzdem sind die Naturwissenschaften bei manchen Schülerinnen und Schülern etwa so beliebt wie das Latein: tote Sprache, tote Wissenschaft.     

Warum spricht der traditionelle Physikunterricht viele Mädchen und Jungen nicht an? Didaktiker des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften in Kiel (IPN) haben über 60 Lehrkräfte beim Physikunterricht mit einer Videokamera beobachtet. Die Videostudien in den Stufen sieben bis neun dokumentierten, wie lehrerbezogen der Physikunterricht doch ist. Schülerarbeitsphasen machen nur rund ein Fünftel des naturwissenschaftlichen Unterrichts aus. Beim Klassengespräch herrscht ein eng geführtes fragend entwickelndes Verfahren vor. Naturwissenschaftliche Arbeitsweisen spielen nur eine geringe Rolle, weil die meisten Lehrkräfte den Unterricht stofforientiert aufziehen. Die größten Schwierigkeiten haben Lehrerinnen und Lehrer damit, die Schüler eigenständig lernen zu lassen.       

"Jeder ist seines Wissens Schmied"
Genau da, wo den Schülerinnen und Schülern die Physik wie eine Sprache von einem unbekannten Stern vorkommt, setzt Piko an: Bei den alltäglichen Vorstellungen des Einzelnen. Jedes Kind und jeder  Jugendliche hat eine eigene Vorstellung von Schwerkraft, Elektrizität, Schall, Licht, Wärme usw. Diese Vorstellungen sind für das Verstehen von Physik hilfreich und hindernd zugleich. "Lernen von Physik, so zeigt sich in allen Studien, ist vor allem deshalb so schwierig, weil die tief in Alltagserfahrungen verankerten Schülervorstellungen das Verstehen der der physikalischen Begriffe und Prinzipien nicht ohne weiteres erlauben", sagt Piko-Experte Reinders Duit.           

Die traditionelle Unterscheidung zwischen Verstehen (Geisteswissenschaften) und Erklären (Naturwissenschaften), zwischen Objektivität und Subjektivität, die als Ausweis des naturwissenschaftlichen Denkens galt, trägt heute nicht mehr weit. Die Subjektivität wird nicht ausgeblendet, denn die Schülervorstellungen spielen beim Erfassen von Physik eine gewisse Rolle. Sie wecken das Interesse der Schüler an der Physik, damit sie am Ball der Naturwissenschaft bleiben. Sie sind der Anknüpfungspunkt für das Verstehen von Naturerscheinungen und physikalischen Experimenten. 

Der Frontalunterricht hat zwar weiterhin seine Berechtigung. Allerdings in einer sinnvollen Balance zum handlungsorientierten Unterricht, bei dem die Schüler selbst naturwissenschaftliche Phänomene erforschen. Die Aneignung von Wissen ist aus Sicht der Piko-Experten ein "aktiver" und "konstruktivistischer" Vorgang. Sich sein naturwissenschaftliches Gebäude im Kopf selber zu zimmern, ist des Schülers neues Glück. "Jeder ist seines Wissens Schmied - dies ist die zentrale Aussage der konstruktivistischen Sicht des Lernens", so Reinders Duit.                     

Experimentieren, Modellieren und Argumentieren
Mit dem Programm "Physik im Kontext" (piko) geht der Physikunterricht von den Vorstellungen und Lebenslagen von Schülerinnen und Schülern aus. Als PISA die Schwierigkeiten 15-Jähriger mit dem Problemlösen offenbarte, Schwierigkeiten, die sich gerade auch auf naturwissenschaftliche Fächer auswirkten, nahm das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 2003 die Reform des Physikunterrichts an allgemein bildenden Schulen (aller Schularten) in Angriff.                

Die Ideen des Programms für schülerorientierten Physikunterricht werden vom IPN an 78 piko-Schulen in das Bundesgebiet getragen. Nach dem Start des Programms im Jahr 2004 mit der Bildung von Schulsets, der Entwicklung und Erprobung von neuen Konzepten im Unterricht folgt die Phase der Verbreiterung (Dissemination) im Schuljahr 2005/2006. Zwölf Schulsets in neun Bundesländern, mit einer Größe von zwei bis zu elf Schulen, dienen dazu, dass sich die Netzwerkschulen über die Erfahrungen mit neuen Unterrichtskonzepten austauschen. Hamburg stellt mit elf Schulen das größte Schulset, Thüringen mit drei Schulen das kleinste.      

Während das Ziel einer offenen naturwissenschaftlichen Lehr- und Lernkultur für piko-Schulen im gleichen Maße verbindlich ist, setzen die Schulgruppen in den Ländern unterschiedliche inhaltliche und methodische Schwerpunkte. Experimentieren im Anfängerunterricht steht in Kassel und Kiel auf der Agenda, naturwissenschaftliches Modellieren in der modernen Physik in Kiel; den Fokus auf das Problemlösen setzt vor allem Paderborn; in Ludwigsburg spielen die neuen Informationstechnologien im Physikunterricht eine größere Rolle und Schülerinnen und Schüler in Berlin besuchen verstärkt außerschulische Lernorte, um von der Physik eine genaue und lebendige Vorstellungen zu erhalten. Die Schulsets sind die Kraftzentralen, in denen Lehrkräfte, Didaktiker und Naturwissenschaftler gemeinsam neue Unterrichtskonzepte und Materialien entwickeln.               

Die Bedingungen in den Bundesländern sind recht unterschiedlich. Während manche Länder Lehrerinnen und Lehrer für den Schulversuch freistellen, müssen die Lehrkräfte anderer Ländern die Netzwerkarbeit im Zuge von Piko nebenher leisten. So sind die Motivation und die Produktivität der Lehrenden in den Ländern nicht gleich. Doch auf die Lehrkräfte kommt es an, sie müssen die Ideen von Piko in den naturwissenschaftlichen Unterricht einschleusen. Ein zentraler Bestandteil des Reformprogramms sind schulartenübergreifende Treffen, sagt Silke Mikelskis-Seifert, Expertin für die Reform des Physikunterrichts am IPN. Es sei für die Lehrerinnen und Lehrer ganz wichtig, über den Tellerrand der eigenen Schulart hinauszublicken, so die Juniorprofessorin.     

Piko legt viel Wert auf die Ausprägung des naturwissenschaftlichen Denkens und Arbeitens und vermittelt die Grundideen moderner Physik, etwa der Nanowissenschaft, bei der interdisziplinärer Austausch zwischen Physik, Chemie und Biologie unerlässlich wird. Die Physikschüler lernen die Merkmale naturwissenschaftlicher Argumentation kennen, zu unterscheiden, aus welchen in Experimenten gewonnenen Ergebnissen sie welche Schlüsse ziehen, so Mikelskis-Seifert.

Stell dir vor, du bist Physiker und alle gehen gerne in deinen Unterricht!     
"Jetzt könnte es richtig losgehen", sagt Silke Mikelskis-Seifert, nachdem sich die Schulsets in den Ländern etabliert haben und der Physikunterricht offener für die Bedürfnisse der Schülerinnen und Schüler geworden ist. Doch kaum hat das IPN die Schulsets in den Sattel gehoben, endet diese Reform des Physikunterrichts auch wieder. Denn nach der Föderalismusreform vom Juli 2006 wenn die Zuständigkeit für die Bildung endgültig auf die Länder übergeht, wird der Bund Programme wie Piko nicht mehr unterstützen.    

 "Wir haben im Unterricht beobachten können, dass in einem nicht unerheblichen Maße die Beliebtheit des Sports bei einem Großteil der Schüler in den Physikunterricht hinübergerettet werden konnte. Insbesondere zeigten solche Schüler, die sich für Sport aber nicht für Physik interessierten, plötzlich ein großes Engagement an der physikalischen Beschreibung sportlicher Aktivitäten haben", hat Joachim H. Schlichting vom Institut der Didaktik der Physik an der Universität Münster festgestellt. Darüber hinaus haben "Schüler großes Interesse an Kräftefeldern", weiß Mikelskis-Seifert aus Erfahrung. Von daher interessiert viele Jugendliche die Physik von Autos und anderen Verkehrsmitteln.    

Bei einem Physikunterricht, der Fragestellungen aus der Lebenswelt der Schüler einbezieht, geht das Interesse von Jungen und Mädchen  nicht zurück, bestätigt Manfred Euler, Projektleiter von Piko. Problemlösungskompetenz im Physikunterricht müsse an Beispielen trainiert werden, so Manfred Euler, und man müsse Schülerinnen und Schüler die Gelegenheit geben, selbstständig zu arbeiten. Das schließe ein, Fehler zuzulassen, um aus ihnen zu lernen.

"So ein Unterricht braucht Zeit", sagt Euler. Der Vorzug problemorientierten Unterrichts besteht gegenüber Unterrichtsformen, die auf rasche, rezeptive Aneignung möglichst umfangreichen Fachwissens zielen, darin, dass die Schülerinnen und Schüler aufgeschlossener und motivierter für die Fragestellungen der Physik sind.  

Merkmale von guter Physis im Physikunterricht
Guter Physikunterricht knüpft an den Interessen der Kinder an. Er nimmt Rücksicht auf die Gedankenwelt von Schülerinnen und Schülern und ihre Erfahrungen mit physikalischen Phänomenen. Die Methodenwahl sollte in einem sinnvollen Zusammenhang zu Unterrichtsgegenstand und Lernziel stehen. Methoden wie das "Gruppenpuzzle" eignen sich etwa dazu, dass Schülerinnen und Schüler sich gegenseitig selbstständig in mehreren Durchgängen physikalische Versuchsanordnungen erklären. Der gute Physikunterricht fordert das Denken heraus und bemüht sich um eine sinnvolle Einbettung des Vorwissens, er fördert eigene Experimente der Lernenden und diskutiert die Ergebnisse der Experimente. Entscheidend ist es nach Mikelskis-Seifert, dass die Schüler beim Klassengespräch über die Physik auch eine Stimme haben.   

Die Behandlung moderner Erkenntnisse  der Physik wie Nanophysik, Quantenpyhsik und Astophysik und ihre Anwendung in der Gesellschaft sollte Schülerinnen und Schüler auf den Geschmack für die Physik bringen. Doch in der Praxis etwa an Haupt- oder Realschulen rückten häufig Probleme der klassischen Physik wie der Mechanik in den Vordergrund. In der didaktischen Reflexion der inhaltlichen Prioritäten wäre in der Zukunft noch "Musik" drin. Hier brauchten insbesondere jene Lehrkräfte besondere Unterstützung, die keine Fachausbildung in Physik aufzuweisen hätten wie das häufig Haupt- und Realschulen der Fall ist.   

Um die Reformansätze von piko wirksam in die Breite zu tragen, müssten die Länder, so Manfred Euler, erheblich mehr in die Lehrerfortbildung investieren. Und die Lehrkräfte außerhalb der piko-Schulgruppen müssten stärker kooperieren. Die Reformansätze von piko haben sich mittlerweile Ausland herumgesprochen. Die Niederlande, die eine ähnliche Reform des Physikunterrichts im Visier haben, holen sich die Expertise aus Deutschland. Für Manfred Euler wäre es ein "Treppenwitz", wenn das Programm hier auslaufen würde, um woanders fortgeführt zu werden. Seine gute Form wird der Physikunterricht an den Schulen nur dann erhalten und ausbauen, wenn die Reformen weitergeführt werden.      

Autor(in): Arnd Zickgraf
Kontakt zur Redaktion
Datum: 16.10.2006
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