Sprache, Mathematik und Naturwissenschaften

4.1 Theoretische Grundlagen: »Modellierung« naturwissenschaftlicher Inhalte

Die Autoren beschäftigen sich bereits seit Längerem mit fachdidaktischen und unterrichtspraktischen Ansätzen, die aufzeigen, dass fächerverbindende Unterrichtsphasen SchülerInnen den Zugang zum naturwissenschaftlichen Lernen wesentlich erleichtern, indem sie naturwissenschaftliche Phänomene in ihrer Komplexität erfahrbar machen (Pastille 1987, 1995; Bolte u.a. 2005; Streller/Bolte 2008; Kirschenmann/Bolte 2007). Frühzeitig wurde dabei versucht, eine systematische Sprachförderung in den Unterricht zu integrieren (Pastille 1992, 1993; Pastille/Dickheuer 1997; Seyfarth/Bolte 2007; Riebling/Bolte 2008). Diese aus der Praxis gewonnen Erkenntnisse erfuhren ihre Bündelung und Fortentwicklung 2007 im Forschungs- und Unterrichtskonzept »Strategien und Umsetzung eines sprachaktivierenden naturwissenschaftlichen Unterrichts« (Pastille/Bolte 2008), das in der Erprobungsphase zunächst an der Berliner Carl-von-Ossietzky-Oberschule (Gesamtschule mit gymnasialer Oberstufe) in fünf Klassen mit etwa 130 Schülern in Angriff genommen wurde.

Abb. 3: Leitideen und thematische Schwerpunkte für die 7. und 8. Schulstufe

Orientiert an den Kompetenzmodellen und Basiskonzepten der Rahmenpläne wurden und werden im Zuge des verfolgten Ansatzes »alltags- und naturwissenschaftsbezogene Lesekompetenzen« und das damit verbundene fachbezogene Textverständnis gefördert als auch verbale und schriftliche Argumentationsfähigkeiten der SchülerInnen ausgeformt. Abbildung 2 verdeutlicht die dabei verfolgte Strategie.

Konzeptionell wird im Rahmen des Projekts von der naturphilosophischen Weltsicht des Aristoteles ausgegangen (siehe Abb. 3), wonach alles Bestehende »Element« bzw. »aus Elementen zusammengesetzt« sei, und die Vielfalt der Erscheinungen aus der Umwandlung der diesen Elementen beigegebenen Eigenschaftspaaren folge.

Die von allen Rahmenplänen geforderten Inhalte der Fächer Chemie, Biologie und Physik werden dabei den vier Grundprinzipien (bzw. Elementen) »Erde«, »Wasser«, »Luft« und »Feuer« zugeordnet, von denen wiederum die Prinzipien »Vielfalt«, »Energie«, »Kräfte« und »Reaktionen« abgeleitet werden (siehe Abb. 3).

»Diversitäten entfalten«: Zunächst soll das Erkennen der Vielfalt durch die SchülerInnen angeregt werden (Stichworte: Artenvielfalt, Energieformen, unterschiedliche Systeme, Elemente, Stoffteilchen, Reaktionen und Kräfte).

»Ordnungsstrukturen entwickeln«: Den SchülerInnen soll es sodann um die Systematisierung der Vielfalt gehen (Stichworte, die in diesem Zusammenhang zu nennen wären, sind: Periodensystem der Elemente, Aggregatzustände, physikalische Gesetze, biologische Klassifizierungen). Derartige Ordnungsstrukturen erlauben überprüfbare Prognosen und bilden damit erst den Einstieg in das naturwissenschaftliche Arbeiten.

Die fachliche Modellierung des integrierten naturwissenschaftlichen Unterrichts spiegelt sich in den thematischen Zuordnungen der Halbjahre wider (siehe Tab. 4, S. 41, Pkt. 7.1 bis 8.2). Tabelle 4 umreißt einen möglichen Fachplan für die Jahrgangsstufe 7/8, der in der vorliegenden Form bereits erprobt wurde.

Abb. 4: Modell sprachlicher Aktivierung im naturwissenschaftlichen Unterricht

4.2 Methode: Vom »Bild« zum Text

Bezugspunkt aller sprachaktivierenden Maßnahmen des vorliegenden Unterrichtsund Forschungsansatzes ist das von den Verfassern entwickelte sog. »Aktivierungsrechteck« (siehe Abb. 4). Es ist Hilfe bei der Entwicklung von sprachaktivierender Unterrichtsszenarien und zugleich Evaluationsleitfaden für das vorliegende Projekt. Wie das Modell aufzeigt, durchlaufen ungeachtet der Fülle von Sprachaktivierungsmöglichkeiten (vgl. hierzu Leisen in diesem Heft) alle sprachbezogenen Lernprozesse vier »Stationen« die – mehrfach vereinfacht – wie folgt beschrieben werden können: Naturwissenschaftliche Zusammenhänge begegnen den SchülerInnen im Unterricht in der Regel zunächst in Gestalt von Phänomenen, Modellen, Experimenten, kurz: in Form von »Bildern« (Ecke 1 des Aktivierungsrechtecks in Abb. 4).

Für die Zwecke dieser Darstellung wird vorliegend das Phänomen eines »Wassertropfens« aus dem Werkstück »Kräfte in uns und um uns« von Hoffmann, Glomme, Bolte und Pastille (2008) angesprochen. In dem genannten Werkstück (oder Beispiel) wird das Problem der Oberflächenspannung bei der Bildung von Wassertropfen behandelt. Im Erfolgsfall übersetzen die SchülerInnen die »Rätsel« in eine eigene, Dritten noch nicht voll zugängliche, Sprache (Ecke 2). Die damit verbundene Darstellungsform wird als »diskontinuierlicher Text« bezeichnet. Diskontinuierliche Texte können zum Beispiel Tabellen, Mindmaps, Wortlisten, Skizzen etc. sein. Mit der Überführung ihrer zunächst nur skizzenhaften Überlegungen in einen aus sich heraus verständlichen, zusammenhängenden Text (Ecke 3) werden Lernzuwächse überhaupt erst erkennbar und der Unterricht zu einem sinnstiftenden Geschehen.

Tab. 4: Entwurf des Fachplans für die Jahrgangsstufen 7 und 8

Mit »kontinuierlichen Texten« sind nun intersubjektiv vermittelbare Beschreibungen, Geschichten und/oder Interpretationen gemeint. Im Idealfall konstruieren die SchülerInnen hieraus zuletzt die Darstellungsform »komplexe und/oder abstrakte Grafik/Diagramm« (Ecke 4). Hierbei handelt es sich um eine inhaltlich verdichtete, wissenschaftlich kommunizierbare, abstraktere Form der Darstellung »Bild«. Vorliegend bietet sich dabei etwa die – komplexere – Darstellungsform eines Wassertropfens auf der Grundlage von Kohäsionskräften an.

Das bewusste (durch spezielle Hilfen des Fachlehrers aktiv begleitete Durchlaufen) dieser Stationen erleichtert die sukzessive Erhöhung des Abstraktionsniveaus im Unterricht und damit zugleich die allmähliche Verbesserung von Sprachkompetenzen der beteiligten SchülerInnen.

4.3 Werkstücke zur Unterrichtsgestaltung

Die von den Autoren in Zusammenarbeit mit weiteren Projektpartnern (siehe Danksagungen am Ende dieses Berichts) entwickelten »Werkstücke zur Unterrichtsgestaltung« suchen nun den vorstehend beschriebenen Prozess der Aneignung unbekannter bzw. zunächst unverstandener Inhalte an mehreren Stellen positiv zu beeinflussen. Als Szenarien eines sprachaktivierenden Unterrichts geben sie den LehrerInnen jeweils eine Eingangspräsentation (z.B. Überblick über Lerninhalte und Sprachprobleme), einen gedruckten Informationsteil (z.B. »Schritt für Schritt-Anleitung«) sowie jeweils einsatzfähige Arbeitsbögen (z. B. konkrete Arbeitspläne und Hilfsmittel) für die teilnehmenden SchülerInnen an die Hand.

So wird zunächst der Übergang vom Bild zum diskontinuierlichen Text durch die Identifizierung geeigneter Experimente (Schülerversuche) bzw. die kontextgebundene Integration von realen Gegenständen, Schaubildern und Abbildungen in den Unterricht erleichtert. Hierdurch soll insbesondere bereits bestehendes Vorwissen mobilisiert, der fachliche Austausch unter den Lernenden angeleitet und ihr Sprachbewusstsein unterstützt werden. Beim Übergang vom Bild zum diskontinuierlichen Text helfen sodann auf den jeweiligen Unterrichtsinhalt abgestimmte Lernaufgaben (z.B. Anfertigen von Stichwortverzeichnissen, Mindmaps, Tabellen, Ja/Nein-Zuordnungen, Zusammenfügen von Merksätzen anhand von Schlagwörtern). Im Zuge dessen entstehen erste alltags- und naturwissenschaftsbezogene Textbausteine.

Den Übergang vom kontinuierlichen Text zu einer komplexeren Bildebene ebnen schließlich umfangreichere Aufgaben (wie das Zusammenfassen und die Bewertung von Teilergebnissen, die Analyse von Gemeinsamkeiten und Unterschieden beobachteter Phänomene, Definitionsversuche einzelner Begriffe sowie die Vorbereitung einfacher Präsentation oder sonstiger sozialer Interaktionen (z.B. Interview, Rollenspiel, Kurzvortrag).

Zuletzt werden Anregungen zum eigenständigen Anschlusslernen gegeben, mit denen die mittlerweile erreichten Lernerfolge verfestigt und zugleich hinterfragt werden sollen. Die SchülerInnen werden daher bei keinem ihrer Lernschritte allein gelassen, freilich auch nirgends »aus der Pflicht« entlassen. Alle entwickelten »Werkstücke« sind zwischenzeitlich in konkreten Unterrichtssituationen erprobt und in Lehrerfortbildungsveranstaltungen optimiert worden. Im Folgenden wird auf den Einstieg in das Werkstück »Energie und Arbeit« kurz eingegangen.

Dieses »Werkstück« (Pastille/Bolte/Mantschew 2009) verknüpft die Phänomene und Begriffe »Feuer«, »Energie«, »Bewegung« und »Arbeit« dergestalt, dass sich auch für SchülerInnen mit einer nur geringen Sprachkompetenz erste Möglichkeiten der Fachkommunikation eröffnen. Dabei wird zunächst das »Bemerken« naturwissenschaftlicher Phänomene trainiert. Das »Bemerkte« wird anschließend (wenn nötig unter Anleitung) näher »beobachtet« und die für die jeweilige Feststellung im Einzelfall erhebliche Beobachtung am Ende strukturierend zusammengefasst.

Das Durchlaufen der Kette »Bemerken-Beobachten-Beschreiben« stellt hohe Anforderungen an die kommunikativen Kompetenzen und die Textarbeit der SchülerInnen (Strukturierungs- und Formulierungskompetenz). Das Einstiegsexperiment »Der fliegende Teebeutel« verknüpft – für die Lernenden besonders attraktiv – Begriffe wie Flammen, Energie, Luft und Bewegung. Anschließend wird zum Beispiel am Phänomen »Weihnachtspyramide« und/oder anhand des Modells »Wassergenerator« die Frage gestellt, ob die beobachteten Phänomene zum Vorteil des Menschen »genutzt« werden können. Dieser Problembereich wird im weiteren Verlauf anhand eines gesonderten Arbeitsbogens, der eine Abbildung, ein einfaches Diagramm und einen einfachen Text enthält, diskutiert.

Danach wird anhand der im Gespräch erarbeiteten Inhalte (i.d.R. in Gruppen) ein Leitfaden entworfen, mit dessen Hilfe es den Schüler(inne)n leichter fällt, »Fachleute« über Zusammenhänge zwischen »Energieumwandlung und Luftverschmutzung« zu befragen. Wenn auch zunächst auf – fachwissenschaftlich und fachdidaktisch – sehr einfachem Niveau, beschäftigen sich die SchülerInnen argumentativ beispielweise mit dem Begriff der »Arbeit« aus historischer, industrieller und umweltbezogener Perspektive. Dies eröffnet eine Fülle von Gesprächsmöglichkeiten. Durch die Vorbereitung von Interviews in den einzelnen Lerngruppen und deren Präsentation vor den Kleingruppen des Kurses bzw. vor dem Klassen-Plenum wird abschließend die im Fachunterricht besonders wichtige – aber selten thematisierte oder gar »trainierte« – Ebene des »Bewertens« eingeübt. Gemeint ist damit die fachlich begründete Einordnung naturwissenschaftlicher Phänomene in übergeordnete Erklärungszusammenhänge.

Spätestens auf dieser Ebene gelingen den SchülerInnen – ermutigt durch die Gruppenarbeit – wohl durchdachte und durchaus flüssige Wortbeiträge, die die Jugendlichen dann – trotz der im Übrigen verbleibenden Sprachprobleme – auch weitgehend strukturiert in das Unterrichtsgeschehen einzubringen vermögen. Die Einstiegssequenz in dieses Werkstück verdeutlicht die Choreographie der von den Autoren bevorzugte Vorgehensweise und veranschaulicht, wie fach- aber auch alltagsbezogenes Lernen im Modell des Aktivierungsrechtecks eingebunden werden.

Der Übergang von der Darstellungsform »Bild« zur Darstellungsform »diskontinuierlicher Text« soll bei den SchülerInnen Vorwissen mobilisieren, die Kommunikation untereinander anregen und das Sprachbewusstsein unterstützen. Dieser Prozess stellt weitgehend noch einen kontextgebunden mündlichen Austausch dar. Der Übergang zum »kontinuierlichen Text« beinhaltet einen veränderten Kontextbezug. Hier werden über den mündlichen Austausch hinaus, spezifische Merkmale der Fachsprache (Wortschatz, Satzbau, Textebene) im Rahmen einfacher Fachtexte und Präsentationen geübt. Die Entwicklung neuer »Bilder«, fachkompetent artikuliert, zeigt deutlich, ob die Lernenden erfolgreich zum erweiterten Erwerb von Lese- und Lernstrategien gekommen sind (vgl. auch Abschnitt 3 oben und Abschnitt 5 unten).

5. Das Fortbildungsmodul »Spracharbeit – die andere Seite des Fachunterrichts«

Das Konzept der meist ganztägigen Lehrerfortbildung beruht auf den Erfahrungen, die wir an den Kooperationsschulen im Rahmen der Implementation des Konzeptes gemacht haben. Zentraler Arbeitsschwerpunkt ist dabei die Auseinandersetzung mit einzelnen Werkstücken, die sowohl inhaltlich, experimentell, aber besonders unter dem Aspekt der Sprachaktivierung von StudentInnen vorgestellt werden. Die Mitarbeit der StudentInnen ist obligatorisch und ein Teil ihrer fachdidaktischen Ausbildung. So entwickelt sich dieses LehrerInnen-Fortbildungs-Modul auch gleichzeitig zu einem Modul innerhalb des Studiengangs Chemielehramt. Den Ansatz dieses Fortbildungskonzepts umreißen die folgenden Leitgedanken: Sprachaktivierender Unterricht in den Naturwissenschaften führt zum Erwerb von Textkompetenz, Textkompetenz führt zur Verbesserung der Anschlusskommunikation, verbesserte Anschlusskommunikation führt zu Möglichkeiten des intelligenten Weiterlernens, ergebnisorientierte und zielgerichtete Lernstrategien, besonders im naturwissenschaftlichen Bereich, führen zu verbesserten Möglichkeiten der aktiven Teilnahme am gesellschaftlichen Leben.

Anhand des oben beschriebenen Aktivierungsrechtecks werden die TeilnehmerInnen in das Konzept eingeführt. Die Übergänge innerhalb des Rechtecks unter Betonung der Sprachaktivierungselemente werden an dem kleinen Werkstück »Vom Großen zum Kleinen – wie arbeiten die Wissenschaften?« (Pastille/Bolte/Lintzmeyer/Mantschew 2008) verdeutlicht und ausführlich diskutiert. Die StudentInnen stellen nun detailliert mit Hilfe der entsprechenden Experimente und anhand ihrer Erfahrungen bei der schulischen Realisierung ein größeres Werkstück dar. In Gruppen werten die LehrerInnen diese konkreten Unterrichtsunterlagen nach unterschiedlichen Gesichtspunkten (z.B. fachliche Richtigkeit, didaktisch-methodischer Aufbau, Schülerorientierung, Alltagsbezug, Sprachförderung) aus. Diese kleinen Gutachten werden einzeln vorgestellt, diskutiert und von den Studierenden »verteidigt«. Gemeinsam wird dann besprochen, wie dieses Werkstück umsetzbar ist und an welchen Stellen die Sprachaktivierung – ohne Abstriche an den fachlichen Inhalten – verbessert werden kann. Diese Phasen sind für LehrerInnen und Studierende höchst effektiv und führen stets zu wertvollen Gedanken und Impulsen, die auf das ganze Konzept zurückwirken.

6. Danksagung

Ohne die tatkräftige Unterstützung vieler KollegInnen wäre dieses Projekt nicht realisierbar. Neben den SchülerInnen sowie deren LehrerInnen, die an der empirischen Erprobung der Analyseinstrumente teilgenommen haben, danken die Autoren vor allem: B. Hecke, N. Kilic, H. Lintzmeyer, K.A. Mantschew, Th. Mühlenhoff, L. Riebling, G. Stephan, J. Strauch und den Lehramtsstudierenden der Module »fachbezogenenes Unterrichten« der Freien Universität Berlin; allen voran F. Adamik, S. Glomme, M. Hoffmann und I. Nsir. Unterstützung erfährt das hier vorgestellte Projekt im Rahmen der Initiative »Projektorientierte Sprachförderangebote an Gymnasien in Berlin« (PROSA), das vom Institut für berufliche Bildung und Weiterbildung e.V. (ibbw) durchgeführt und aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF) und des Landes Berlin gefördert wird. Des Weiteren werden unsere Arbeiten von der Mercatorstiftung und dem Berliner Schulsenat wohlwollend unterstützt.

Anmerkungen

1 Wir danken Frau Linda Riebling für die tatkräftige Unterstützung und maßgebliche Mitarbeit in der Phase der Entwicklung der Aufgabensets.

2 Wir danken Johannes Strauch für seine kreativen Ideen und maßgeblichen Vorarbeiten im Zuge der Entwicklung des Leitfadens.

3 Eine Mittlere Prozentwert-Differenz [Δ] wird berechnet, indem der jeweils Mittlere Prozentwert der Vergleichsstichprobe vom Mittleren Prozentwert der zuerst genannten Vergleichstichprobe abgezogen wird.

4 Beim T-Test handelt es sich um ein statistisches Verfahren, mit dessen Hilfe Merkmalsunterschiede (hier Unterschiede der Mittelwertewerte) von zwei unterschiedlichen (»unabhängigen«) Stichproben auf statistische Signifikanz (statistische Bedeutsamkeit) geprüft werden. Der Zahlenwert [p] gibt darüber Auskunft, mit welcher Wahrscheinlichkeit die Merkmale (Mittelwerte) in den beiden zu vergleichenden (Teil-)Stichproben unterschiedlich ausfallen. Ist p < 5 % (p < .050), so kann von statistisch signifikanten Differenzen gesprochen werden. Ob statistisch signifikante Merkmalsunterschiede auch pädagogisch oder didaktisch bedeutsam sind, ist damit nicht entschieden.

5 Ein sogenannter »Ausreißer« (ein Junge) aus der Hauptschul-Teil-Stichprobe hat (sogar) 90 Prozent der Aufgaben korrekt gelöst.

Literatur

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