Auf dem Weg zum Bildungsplan 2004

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Weiterentwicklung des naturwissenschaftlichen Unterrichts zum Fächerverbund "Naturwissenschaftliches Arbeiten (NWA)"

1. Weiterentwicklung des naturwissenschaftlichen Unterrichts und Ziele einer naturwissenschaftlichen Grundbildung

Die heutige Welt ist auch die Welt der Solarzelle, der DNA, der Biotechnologie, des Quants, der Halbleitertechnologie, des Braunbären, der Genbank und der Kernspintomographie. Das alles und mehr soll durch eine naturwissenschaftliche Grundbildung erfühlbar, beschreib- und strukturierbar werden. Dabei verschiebt die heutige Wissensfülle den Unterrichtsschwerpunkt. Inhalte relativieren sich und Verfahren des naturwissenschaftlichen Wissenserwerbs wie das Mikroskopieren rücken ins Zentrum: „Der Weg ist das Ziel". „Scientific Literacy" wird zur Kernidee innovativer Didaktik.

Weitere gesellschaftliche und pädagogische Entwicklungen und die mangelnde Effektivität bisherigen naturwissenschaftlichen Schulemachens brechen den tradierten durch universitäre Fachsystematik geprägten Bildungskanon endgültig auf. Die wichtigsten Faktoren sind:

• Der Medienkonsum nimmt lawinenartig zu und das Schrumpfen unmittelbarer Welterfahrung ist zeitbedingte Konsequenz. Damit bekommen die Primärerfahrungen, die ein prozessorientierter naturwissenschaftlicher Unterricht ermöglicht, eine entscheidende Aufwertung. Sie sind nicht nur motivierendes Beiwerk, sondern sorgen für die individuelle „Erdung" der Schülerinnen und Schüler. „Erdung" meint, Kausalitäten wie sie auf der Erde ablaufen, richtig einschätzen können, wie z. B. dass ein Sprung aus 2 m Höhe durchaus mit Verletzungen enden, dass eine Apfelblüte eine Frostnacht nicht überstehen kann, dass ... .
• Die Individualisierung der Gesellschaft verursacht eine Individualisierung des Lernens. Das Lernen im Gleichtakt, so wie es die fragend-entwickelnde Methode voraussetzt, funktioniert seltener und wird trotz Perfektion immer weniger effektiv. Beim Erwerb einer naturwissenschaftlichen Grundbildung ist daher auf offene Lernsituationen zu achten.
• Heutige Schule ist ohne die Vermittlung des „Ich- werde-gebraucht-Gefühls" (siehe „Die Schule neu denken", Hartmut von Hentig, 1993) an ihre Schüler und Schülerinnen nicht mehr sinnvoll denkbar. Damit sind im naturwissenschaftlichen Unterricht komplexe Situationen zuzulassen, in denen sich die Lernenden in der Lerngruppe mit ihren individuellen Stärke bewähren können. Im Unterricht hat etwas Wichtiges zu geschehen, damit sich die Lernenden an ihrer Schule angenommen und wirklich ernst genommen fühlen.
• Die Natur und das menschliche Tun sind komplex. Naturwissenschaftliche Forschung ist meist gleichzeitiges physikalisches, chemisches und biologisches Tun: da ist die Biochemie, die Biophysik, die Pharmazie, die Medizin, die Physik der chemischen Reaktionen u.a. Eine aktuelle naturwissenschaftliche Grundbildung befähigt deshalb zur Zusammenschau von biologischen, chemischen, physikalischen und anwendungsbezogenen Aspekten einer Problemstellung.
• Um Welt heute verstehen zu können, ist ein Denken vorauszusetzen, das sowohl das Einzelne in seinem Bezug zum Ganzen analysieren kann als auch an einem Ganzen erkennt, dass es mehr ist als die Summe seiner Einzelteile. Die Schnecke z.B. ist Weichtier, Schritt in der Evolution und Teil eines Systems. Die Schulung dieses systemischen Denkens tangiert gerade den naturwissenschaftlichen Unterricht.

Die Suche nach Exemplarität in der Stofffülle, der neue Stellenwert der Primärerfahrungen, die Individualisierung des Lernens, die Notwendigkeit des „Ich- werde-gebraucht-Gefühls", die Interdisziplinarität der Forschung und die Schulung des Denkens zur Mehrperspektivität sind starke Impulse für die Weiterentwicklung des naturwissenschaftlichen Unterrichts. Die in TIMSS und PISA offengelegten Defizite in der „naturwissenschaftlichen Schreib- und Lesefähigkeit" wirken dabei verstärkend.

Die Realschule in Baden-Württemberg führt zusammen mit dem neuen Bildungsplan den Fächerverbund „Naturwissenschaftliches Arbeiten (NWA)" ein. Dieser Fächerverbund, der in den Klassen 5 bis 7 themenorientiert, in den Klassen 8 und 9 fachspezifisch und in Klasse 10 projektorientiert organisiert sein wird, ermöglicht einen effektiven Rahmen für eine aktuelle naturwissenschaftliche Grundbildung.

Der Weg zu einer naturwissenschaftlichen Grundbildung an den Realschulen in Baden-Württemberg führt über das Lernen in lebensnahen Situationen mit sinnstiftendem Kontext. Dieser Weg gibt durch bewusste inhaltliche Schwerpunktsetzungen den Schülerinnen und Schülern genügend Zeit, sich naturwissenschaftlich handelnd in Problemstellungen zu vertiefen. Der naturwissenschaftliche Bildungsstandard am Ende der Realschulzeit enthält sowohl Ergebnisse wie Fähigkeiten:

• ein wichtiger Ergebnisstandard ist, dass die Schülerinnen und Schüler lebensnahe, aufgeklärte, strukturierende und welterschließende Erfahrungen, Bilder und Vorstellungen von Natur in sich haben
• ein wichtiger Fähigkeitsstandard ist das Verantwortlich-Handeln-Können in naturwissenschaftlich geprägten Lebensfeldern, denn: „Naturwissenschaftliche Grundbildung ist die Fähigkeit, naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden, naturwissenschaftliche Fragen zu erkennen und aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen, um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen, die die natürliche Welt und die durch menschliches Handeln an ihr vorgenommenen Veränderungen betreffen" (entnommen aus PISA).

Die Frage „was kann Biologie oder Chemie oder Physik an der Realschule auf dem Weg zu einer naturwissenschaftlichen Grundbildung besser vermitteln als die jeweils beiden anderen naturwissenschaftlichen Fächer?" ergibt eine neue Aufgabenstellung für die Didaktiken der drei Naturwissenschaften. Die Etablierung des Fächerverbundes „Naturwissenschaftliches Arbeiten" ist eine gute Antwort auf diese Frage. Nur mit dieser Antwort lässt sich die bisherige erdrückende Stofffülle konsensfähig überwinden. Der Konzeption des „Naturwissenschaftlichen Arbeitens" liegen Überlegungen zu Grunde, die seit dem Forum Realschule „Naturwissenschaften" (Donaueschingen, 1995) diskutiert wurden.

Die naturwissenschaftliche Grundbildung wird im Fächerverbund „Naturwissenschaftliches Arbeiten (NWA)" realisiert, sie setzt sich aus 15 Bausteine zusammen.

• Quantifizieren
• Energie als entscheidende Größe
• Kausalitäten erkennen, beschreiben, erklären
• Phänomene und deren Beschreibung erleben
• Elektromagnetische Felder als Basis für moderne Informationsübertragung kennenlernen
• Phänomenologisches Wissen sammeln
• Den Mikrokosmos und modellhafte Deutungen erfahren
• Eine Fachsprache entwickeln
• Experimentieren und Informationsquellen nutzen
• Staunen über die biologische Vielfalt
• Die Prinzipien des Lebendigen verstehen
• Ökologisch verantwortlich handeln
• Die biologische Vielfalt wertschätzen
• Chancen und Risiken biotechnischer Verfahren bewerten
• Den eigenen Körper verstehen

„Warum sieht man in einer Benzinpfütze einen Regenbogen?"
„Gibt es farbige Schatten?"
„Warum erhält man manchmal einen kleinen Stromschlag?"
„Wodurch entsteht eine Sonnen- oder eine Mondfinsternis?"
„Warum erhebt sich ein großes Passagierflugzeug, das doch so viele Tonnen wiegt, trotzdem in die Luft?"
„Was kommt nach dem Weltall?"
„Wohin geht das Licht, wenn man die Lampe ausschaltet?"
„Wie kommt das Bild in den Fotoapparat?"
„Ist Luft nichts?"
„Wohin geht das Holz, wenn es verbrennt?"
„Wieso hält eine Brücke?"

Solche und viele ähnliche Fragen haben Kinder, die in ihrem Entwicklungsprozess noch sehr aufmerksam die Phänomene der Natur und der Umgebung ihres Alltags beobachten. Mit ihrer natürlichen Neugierde und ihrer erfrischend „unverblümten" Denk- und Sprechweise bieten sie einen wichtigen Anknüpfungspunkt für den naturwissenschaftlichen Unterricht in der Realschule. Dies soll durch folgendes Unterrichtsbeispiel aus „Naturwissenschaftliches Arbeiten” veranschaulicht werden:

Das vorstehende Unterrichtsbeispiel verdeutlicht, dass sich Kinder dieser Altersstufe mit oberflächlichen oder als unzureichend empfundenen Antworten auf ihre unmittelbaren Fragen an die Natur nicht zufrieden geben. Dieser in der Erwachsenenwelt oftmals als naiv-anrührend empfundene Wissensdrang nach den Gesetzen des naturwissenschaftlichen Alltagsgeschehens offenbart die Ernsthaftigkeit, mit der Kinder bei nicht zufriedenstellenden Antworten nachhaken und dadurch oftmals „bequeme" Scheinantworten als solche entlarven oder eigentliches Nichtwissen aufdecken. Bleiben diese Fragen jedoch in der Regel unzureichend beantwortet, werden ähnliche Fragen immer weniger gestellt werden. Für den naturwissenschaftlichen Unterricht der Realschule ergibt sich aus dieser Situation heraus die gleichzeitig wichtige und chancenreiche Aufgabe, solche Fragen aufzugreifen und in kindgemäßer Weise zu klären.
Unterrichtsinhalte, die von sich aus die oben genannten oder ähnliche Fragen auslösen und eine solche naturwissenschaftliche „Auseinandersetzung" ermöglichen, müssen ihrem Wesen nach unmittelbar zugänglich und lebensecht, also im wörtlichen Sinn „phänomenal" sein. Gerade in einer sich immer schneller wandelnden technisierten Welt mit ihrem Angebot an technisch vermittelter und virtueller Sinneserfahrung ist es von grundlegend erzieherischer Bedeutung, die durch das Naturwissenschaftliche Arbeiten vermittelte Primärerfahrung von Natur erlebbar werden zu lassen. In ihrer ganzheitlichen Sinnesansprache können Naturphänomene bei den Schülerinnen und Schülern „unbedingte" Fragen aufwerfen, deren Antworten nicht nur gelehrt werden, sondern ganzheitlich erlebt, soweit wie möglich selbst erarbeitet und verstanden. Phänomenologisches Fragen und Verstehen ist primäres und unmittelbares Erleben von Gesetzmäßigkeiten der Natur und bildet damit die Grundlage für naturwissenschaftliches Arbeiten in der Schule. Ausgehend von komplexen Themen wie:

• Wasser: z.B. Gewässeruntersuchung, Siedepunkt- und Gefrierpunktbestimmung, Löslichkeit von Stoffen, mit Wasserkraft arbeiten, Schwimmen und Sinken, Oberflächenspannung, ...
• Licht und Schatten: z.B. Phänomen der „Lichtleere", Halbschatten, Doppelschatten im Spiegel, Mondphasen, Sonnen- und Mondfinsternis, ...
• Hören und Sehen: z.B. Töne erzeugen und verändern – Musikinstrumente selbst erfinden, Schall und seine Ausbreitung, „sichtbare" Töne, optische Täuschungen, das Auge, ...

bieten sich naturwissenschaftliche Themen insbesondere dann an, wenn sie über das Auslösen des Staunens und des Wissen-Wollens hinaus die Möglichkeit zur naturwissenschaftlichen Bearbeitung in der Schülergruppe bieten. Beim naturwissenschaftlichen Arbeiten wird erreicht:

• die Schulung der Wahrnehmung von Phänomenen des Alltags
• das gezielte Beobachten, Beschreiben und Erklären
• das Eingrenzen einer Fragestellung
• die Erörterung der Untersuchungsmöglichkeiten
• die Durchführung entsprechender Experimente
• das Messen und Protokollieren der Versuchsergebnisse
• deren Vergleich mit der Ausgangsfrage.

Diese wichtigen naturwissenschaftlichen Arbeitsmethoden weisen auch angesichts der schnell wandelnden Fülle heutigen Wissens darauf hin, dass nicht mehr die Wissensinhalte allein, sondern auch die Fähigkeit, diese zu erwerben, also entsprechende Handlungs- und Methodenkompetenz, entscheidende naturwissenschaftliche Bildungsziele sind. Moderne lernpsychologische Erkenntnisse unterstreichen, dass Wissen nicht direkt in den Lernenden hinein abgebildet und dort bleibend adaptiert werden kann, sondern vom Lernenden selbst in das persönliche Wissensnetz durch den Austausch und die Vergewisserung mit anderen Lernenden eingearbeitet und verknüpft werden muss, um fundiert und nachhaltig zur Verfügung zu stehen. In dieser Hinsicht kann das naturwissenschaftliche Arbeiten in der Orientierungsstufe nicht nur wichtige naturwissenschaftliche Methodenkompetenz anbahnen, sondern auch das für andere Fächer wichtige Erlernen selbständigen Arbeitens unterstützen.

4. Naturwissenschaftliches Arbeiten (NWA) in Klasse 10: Erstellen und Präsentieren einer experimentellen Facharbeit

Ein wichtiges Ziel eines naturwissenschaftlichen Projektfach in Klasse 10 ist, die Schüler zu befähigen, ein überschaubares Thema mit naturwissenschaftlicher Fragestellung selbst zu erarbeiten und die gewonnenen Erkenntnisse an die Mitschülerinnen und Mitschüler weiterzugeben. Um dieses Ziel zu erreichen, erstellen die Schülerinnen und Schüler in Gruppen eine experimentelle Facharbeit. Ihr besonderer Wert liegt darin, dass das Thema nicht nur medial, sondern auch experimentell aufbereitet wird.

1. Biodiesel - ein umweltfreundlicher Kraftstoff?
2. Traubenzucker und Fruchtzucker süß und allgegenwärtig
3. Bau und Funktion der Nieren
4. Aus Saft wird Wein!
5. Beobachtungen an Einzellern (Lebewesen im Heuaufguss)
6. Pflanzen reagieren auf Reize (Fototropismus u. Geotropismus)
7. Batterien: elektrischer Strom aus chemischer Reaktion
8. Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen
9. Sinnesleistungen von Asseln
10. Fotovoltaik
11. Wasserstofftechnologie
12. Haarfärbemittel und ihre Wirkung

Die Vielfalt an Aspekten und Ideen einer gelungenen Facharbeit zeigt folgendes Beispiel:

5. Zeitweise Trennung von Mädchen und Jungen

Das Ziel der gleichen Förderung beider Geschlechter ist bis heute nicht erreicht, obwohl Mädchen und Jungen formal in Deutschland die gleiche Bildung genießen. Zwar zeigen alle Statistiken, dass Mädchen mit den Jungen in der Bildungsbeteiligung mittlerweile gleichgezogen und beim Schulerfolg in einzelnen Bereichen die Jungen sogar überflügelt haben. Aber die größere Beteiligung und die besseren Schulleistungen erreichen Mädchen nicht in allen Fächern. Gerade in den zukunftsträchtigen naturwissenschaftlichen Fächern bleiben die Mädchen hinter den Jungen zurück. Die Schule hat darauf lange Zeit nicht reagiert. Erst das Engagement feministischer Fachfrauen aus Schule und Hochschule führte nach und nach dazu, dass die Praxis der Koedukation kritisch hinterfragt wurde (vgl. hierzu Veröffentlichungen von Hannelore Faulstich-Wieland, Dr. Marianne Horstkemper, Lore Hoffmann u.a.).

Aus Beobachtungen im Klassenzimmer, Fragebogen-Erhebungen und Interviews wurden im einzelnen folgende Kritikpunkte am herkömmlichen Unterricht zusammengetragen:

• die Inhalte des Unterrichts sind eindeutig an den Interessen der Jungen orientiert
• Jungen erhalten mehr Aufmerksamkeit von Lehrerinnen und Lehrern. Sie werden häufiger aufgerufen, gelobt und getadelt.
• Ungeachtet der tatsächlichen Schulleistungen halten Lehrkräfte Jungen für fähiger als Mädchen. Die schulische Leistungsfähigkeit der Mädchen wird eher mit Fleiß und Anpassung in Verbindung gebracht.
• Jungen erhalten mehr Unterstützung, auch wenn Mädchen gleich häufig um Hilfe bitten.
• Ungeachtet der schulischen Leistungen prognostizieren Lehrkräfte für Jungen eher Berufe, die Autorität und Verantwortung enthalten, für Mädchen dagegen eher Berufe, die helfende und unterstützende Merkmale aufweisen.
• Die Selbsteinschätzung im Leistungsbereich ist bei Jungen deutlich höher als bei Mädchen. Mädchen entwickeln im Laufe ihrer Schulzeit trotz besserer Schulleistungen weniger Selbstbewußtsein als Jungen.
• Jungen schreiben Erfolge eher internen Ursachen wie eigenen Fähigkeiten, Misserfolge eher externen Einflüssen wie Pech oder Ungerechtigkeit zu. Mädchen schreiben Erfolge eher externen Ursachen wie Glück oder Zufall, Misserfolge eher eigenem Versagen zu.

Eine weit verbreitete Forderung ist es deshalb, Mädchen und Jungen zeitweise im Unterricht zu trennen. Dies läßt sich dadurch erreichen, dass die Mädchen von zwei Parallelklassen in Physik unterrichtet werden, während die Jungen beider Klassen zeitgleich Chemieunterricht haben und umgekehrt. Ziel der Trennung ist nicht der „Schonraum" für Mädchen, sondern die gleichberechtigte pädagogische Unterstützung von Mädchen und Jungen. Empirische Untersuchungen zeigen einen Zusammenhang zwischen geschlechtshomogenen Unterrichtsgruppen und der Stärkung des weiblichen Selbstbewußtseins in den Fächern Physik und Chemie. Mädchen zeigen höhere Motivation und bessere Leistungen, wenn sie „unter sich" bleiben und nicht dem Konkurrenzdruck der Jungen ausgesetzt sind.
Chancengleichheit wird erst möglich, wenn die Unterschiede erkannt und berücksichtigt werden. Mädchen fördern heißt, ihnen ihre eigene Stärke bewußt zu machen.

Das „Forum Realschule: Naturwissenschaften", das 1995 eine Woche lang an der Staatlichen Akademie für Lehrerfortbildung in Donaueschingen stattfand, wurde zum Startpunkt einer gezielten Weiterentwicklung des naturwissenschaftlichen Unterrichts in der Realschule. Die heutige Medienwelt erfordert die Stärkung der Primärerfahrungen und die sich schnell wandelnde Fülle heutigen Wissens führt zu einer Schwerpunktverlagerung – weg von den Wissensinhalten der drei Bereiche Biologie, Chemie und Physik hin zum Prozess des Wissenserwerbs und der Vernetzung. Auf diesem Weg haben 10 Erprobungsrealschulen in Baden-Württemberg in den letzten Jahren Erfahrungen gesammelt, die in einer vom Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg im Jahr 2000 herausgegebenen Broschüre „Durchblick" veröffentlicht wurden. Teilweise unterstützt von Diskussions- und Arbeitsgruppen auf der Ebene der Oberschulämter und schon angedeutet und angedacht bei verschiedenen Fortbildungsveranstaltungen wie z. B. Naturwissenschaftlichen Tagen im Bereich der Staatlichen Schulämter ist so der Fächerverbund „Naturwissenschaftliches Arbeiten (NWA)" entstanden, der im Bildungsplan 2004 für alle Realschulen des Landes Baden-Württemberg realisiert wird. Dadurch wird dann gewährleistet, dass das von Peter Struck schon vor Jahren geforderte „moderne" Lernen stattfinden kann: „Das Zerhacken der Lebenszusammenhänge in Fächer und 45-Minuten-Takte ist für modernes Lernen unproduktiv. Wenn Schüler das Bio-System eines Teiches oder Flusses erkunden, dann geht es nicht nur um Biologie, sondern auch um ökonomische, soziale, chemische, physikalische, technische, geographische und historische Aspekte, vieles muss mathematisch berechnet und sprachlich dargestellt werden, und auch ästhetische Dimensionen spielen eine Rolle, wenn die Erkundungsergebnisse schließlich dargestellt und der Öffentlichkeit vermittelt werden" (Peter Struck, München 1997, Erziehung von gestern, Schüler von heute, Schule von morgen).

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