Eine Unterrichtseinheit für die Großen – das Phänomen der Lösung verstehen
| Publikation: | 1.10.2002 |
| Lernstufe: | 1 |
| Übersicht: | In dieser Unterrichtseinheit sollen Bonbons (wie sie Kinder in diesem Alter kennen) verwendet werden, bei denen eine Hülle aus weißem Zucker einen Kern aus Schokolade umgibt und die Hülle mit einem Überzug in verschiedenen Farben versehen ist. Die Farbe des Überzugs überträgt sich, wenn er sich auflöst, auf das Wasser. Damit bietet sich die Gelegenheit zu den verschienden Aktivitäten dieser Unterrichtseinheit. |
| Dauer: | 4 Unterrichtseinheiten |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Zu Beginn des Kindergartens weiß ein Kind genau, dass ein Gegenstand, der aus seinen Augen verschwindet, nicht aufgehört hat, zu existieren. Es kann zum Beispiel bockig werden, damit man ihm ein Spielzeug zurückgibt, das man gerade weggeräumt hat. Es ist, als könne es die folgende Überlegung anstellen: "Ich weiß, das Spielzeug ist noch da, es ist nicht verschwunden, obwohl ich es nicht mehr sehe." Natürlich überlegt das Kind nicht wirklich bewusst. Man kann trotzdem sagen, dass es durchaus eine Idee von der Dauerhaftigkeit der Dinge hat. Es kann sie nicht in Worte fassen, aber sein Verhalten ist Beweis genug. Wir werden sagen, dass das Kind sich im Ansatz einer Vorstellung von Erhaltung (bewusst oder nicht) bedient. Der Begriff Erhaltung verweist auf die Stofferhaltung, ein grundlegendes Prinzip der klassischen Physik und Chemie ("Nichts vergeht, nichts entsteht", sagte Lavoisier[3]).
Alle Gegenstände sind Sonderfälle unter den Formen, die Materie annehmen kann. Sie sind sichtbar, haben eine charakteristische Form, die sich wenig oder gar nicht ändert. Wenn sie im Schrank weggeräumt sind, behalten sie alle ihre Eigenschaften. In dieser Unterrichtseinheit beschäftigen wir uns mit dem Phänomen der Lösung. Mit der Auflösung ändert der Stoff sein Erscheinungsbild. Ein in Wasser gelöstes Zuckerstück ist unsichtbar. Das Wasser ist trotzdem nicht trüb. Es ist durchsichtig. Warum sieht man den Zucker nicht? Ist er verschwunden? Ein Erwachsener weiß, dass ein gelöster Stoff nicht verschwunden ist, auch wenn man ihn nicht mehr sieht. Die Erhaltung der Materie ist Bestandteil seines kognitiven Systems geworden, er weiß, dass sie immer und überall gilt, auch wenn der Augenschein dem widerspricht. Das Kind hat mit 4 oder 5 Jahren eine Vorstellung von der Stofferhaltung in bestimmten Fällen, wenigstens wenn seine unmittelbare Wahrnehmung nicht in Frage gestellt wird. Es verfügt aber noch nicht über das allgemeingültige Prinzip.
Ein paar Beispiele, bei denen die Sinne (Sehen und Schmecken) noch hilfreich sind, ebnen den Schüler/inne/n den Weg zum Verständnis der Stofferhaltung, auch dort wo der Augenschein dagegen spricht. Der Geschmack des gezuckerten Wassers ist ein Anzeichen (und kein Beweis) für das Nichtverschwinden des Zuckers. Die Stunde 4 der Unterrichtseinheit für die Kleinen, "Was macht das Wasser mit anderen Stoffen?", liefert das entsprechende Beispiel. Die vorliegende Unterrichtsstunde stützt sich in ganz ähnlicher Weise und Absicht auf das Sehen. Als Grundmaterial sollen Bonbons (wie sie Kinder in diesem Alter kennen) verwendet werden, bei denen eine Hülle aus weißem Zucker einen Kern aus Schokolade umgibt und die Hülle mit einem Überzug in verschiedenen Farben versehen ist (im Folgenden Bonbons mit Überzug oder einfach Bonbons genannt). Die Farbe des Überzugs überträgt sich, wenn er sich auflöst, auf das Wasser. Damit bietet sich die Gelegenheit zu unten stehenden Arbeiten. Die Ergebnisse werden dann in Zusammenhang gebracht mit dem Verhalten von anderen Stoffen (vor allem von Salz und Zucker wie in den anderen Lernateliers). Zucker, Salz, Bonbonüberzug lösen sich in Wasser, Zucker und Salz werden unsichtbar, aber der Geschmack ist noch da; der Überzug der Bonbons verschwindet (er ist als solcher nicht mehr wahrzunehmen), aber die Farbe ist noch da. Sinnliche Stützen (Geschmack, Farbe) und die Parallele trotz unterschiedlicher Stoffe helfen beim Aufbau einer Vorstellung von Lösung.
Warnung
Die Bonbons mit Überzug sind Nahrungsmittel. Die wasserlöslichen Stoffe sind nicht haltbar (sie schimmeln sehr bald). Die Lösungen sollte man daher nicht aufbewahren, auch nicht von einem Tag zum anderen. Am Schluss jeder Stunde sollte systematisch das Spülen stehen.
Abb. 1: Verschiedenfarbige Bonbons werden in Wasser aufgelöst
Bonbons abkratzen, um sie weiß zu machen
Bonbons mit Überzug werden in Wasser entfärbt, getrocknet und vor der Ankunft der Kinder wie zufällig auf einen Tisch gelegt.
Beispiel für den Ablauf
Die Schüler/innen entdecken die Bonbons und reagieren sofort: "Sie sind weiß; sie haben keine Farbe mehr." Die/der Lehrende gibt sich erschrocken: "Wer hat den Bonbons die Farbe geklaut?" Die Schüler/innen sind nicht auf den Kopf gefallen und haben gleich eine Erklärung: "Wenn man sie ablutscht, werden sie weiß..."
Die/der Lehrende versichert, dass sie/er sie nicht abgelutscht hat (das wäre eine schöne Schweinerei) und fordert mit geheimnisvoller Miene die Schüler/innen auf, sich zu überlegen, wie sich die Farbe entfernen lässt. Zunächst werden alle Vorschläge entgegengenommen, zum Beispiel: drauf spucken, kratzen, reiben, mit Wasser waschen, mit Seife, mit Spülmittel..." Man einigt sich, manche Vorschläge nicht anzunehmen (drauf spucken) und die übrigen auszuprobieren, angefangen mit dem Kratzen. Bleibt zu entscheiden, mit was. Es kommen verschiedene Vorschläge: Fingernägel, Schere, Gabel und Messer aus der Küchenecke, Schraubendreher oder Feile aus der Bastelecke..."
Die Schüler/innen machen sich ans Werk. Die/der Lehrende macht mit, kratzt auch seine Bonbons, fordert zu Reaktionen auf, fördert das Gespräch unter den Schüler/inne/n.
Beispielhaftes Gespräch:
- "Es ist schwierig";
- "Die Farbe geht fast nicht ab";
- "Ich hab's geschafft, man kann schon das Weiße sehen";
- "Meins ist kaputtgegangen, man kann die Schokolade sehen und auch das Weiße";
- "Die Farbe fällt auf den Tisch";
- Lehrende/r: "Ja, das Abgekratzte fällt auf den Tisch, welche Farbe hat es?"; usw. Die/der Lehrende hilft bei der Formulierung (das ist nicht die Farbe, die auf den Tisch fällt, das sind farbige Bonbonteilchen) und bereichert den Wortschatz (Stückchen, Teilchen, Splitter, Geraspeltes, Abfall, Staub, Puder...).
Am Ziel
Die Schüler/innen sollten, eventuell von der/dem Lehrenden angeleitet, die stoffliche Veränderung in einem Satz zum Ausdruck bringen können: "Wenn man kratzt, zerstört man die Hülle der Bonbons. Kleine, farbige Stückchen fallen auf den Tisch."
Die Farbe abwaschen, aber mit was?
Jetzt soll die zweite Idee ausprobiert werden: die Farbe mit Wasser, mit Seife, mit Spülmittel abwaschen. Das Experiment wird in einer zu dem Zweck eingerichteten "Wasserecke" durchgeführt. Seife und Spülmittel werden von der/dem Lehrenden besorgt, sobald die Schüler/innen soweit sind, und sie/er passt auf, dass nur verdünnte Lösungen verwendet werden.
Beispiel des Ablaufs
Die/der Lehrende lässt die Schüler/innen sich herantasten. Sie/er versucht nicht, ihnen ein überlegtes Vorgehen beizubringen. Das wäre am Anfang des Lernateliers verfrüht. Er hilft ihnen, die unterschiedlichen Phasen der Entfärbung zu erkennen: Zunächst löst sich die farbige äußere Hülle, dann auch das Weiße. Wenn man das Spiel fortsetzt, kommt man zum Schokoladenkern des Bonbons und das Wasser färbt sich sofort dunkelbraun.
Allen Kindern gelingt es, ihre Bonbons zu entfärben. Sie merken auch, dass das Wasser seine Durchsichtigkeit verliert: "Es wird ganz schmutzig". Tatsächlich führt die Mischung der verschiedenen Farben zu einer wenig appetitlichen, bräunlichen Brühe... Den Schülern macht diese Arbeit Spaß, aber, und das ist ganz normal, sie gehen ohne jede Methode vor. Alle Mittel werden ausprobiert und vermischt, so dass man nicht weiß, welche Lösung besser ist als eine andere. Also wird beschlossen, drei Arbeitsstellen einzurichten und neue, methodischere Versuche zu unternehmen: An der ersten Stelle wird reines Wasser probiert, an der zweiten Seifenwasser und an der dritten Wasser mit ein wenig Spülmittel. Die Schüler/innen wechseln reihum von einer Arbeitsstelle zur anderen.
Am Ziel
Die Schüler/innen formulieren ihre Beobachtungen in passenden Worten (gefärbt, entfärbt): Die Bonbons haben sich entfärbt; das Wasser hat sich gefärbt; das Wasser ist braun gefärbt. Schließlich geht es darum, die Beziehung zwischen der Entfärbung der Bonbons und der Färbung des Wassers herzustellen: Das Wasser hat sich verfärbt, weil die Bonbons entfärbt wurden.
Dem Wasser eine vorbestimmte Farbe geben
Beispiel für den Ablauf
Die/der Lehrende ruft die vorhergegangene Arbeit ins Gedächtnis und betont die Färbung des Wassers. Woher kommt seine braune Farbe? Es fehlt nicht an Meinungen: "Das ist Dreck; das ist, weil wir uns die Hände nicht gewaschen haben; das kommt von der Schokolade" usw... Zu diesem Zeitpunkt verstehen die Schüler/innen im Allgemeinen nicht, dass die braune Färbung von der Mischung der verschiedenen Farben herrührt. Im ersten Schritt geht es darum, die verschiedenen Vorschläge zu verifizieren.
Die Hände werden gewaschen.
Die Bonbons werden, sobald sie entfärbt sind, herausgenommen, bevor die Schokolade durchkommt. Das Wasser ist jetzt weniger trüb, aber seine Farbe ist immer noch bräunlich. Die/der Lehrende verschiebt die Fragestellung leicht: "Wie könnten wir zu gelbem Wasser kommen?" Die Antworten entwickeln sich schnell in die zu erwartende Richtung: "Wir müssen nur gelbe Bonbons nehmen." Die Bonbons werden nach Farben sortiert und die Schüler/innen waschen sie jeweils in einem kleinen, transparenten Gefäß. Im Anschluss an die Arbeit werden die Gefäße eingesammelt. Das Ergebnis zeigt, dass der Anfangsgedanke der richtige war.
Am Ziel
Es wird an die vorherige Schlussfolgerung erinnert: Die Bonbons entfärben sich und gleichzeitig färbt sich das Wasser. Jetzt kommt dazu: Wenn die Bonbons rot sind, färbt sich das Wasser rot.
Wenn man Bonbons aller Farben mischt, färbt sich das Wasser braun.
Im Allgemeinen können die Großen diese Schlussfolgerung auf Erfahrungen mit Mischungen von Farben beziehen: Wenn man gelbe und blaue Bonbons entfärbt, erhält man vielleicht grünes Wasser... Wo solche Annahmen geäußert werden, bedürfen sie natürlich der Nachprüfung.
Zucker, Salz, Bonbons und andere Dinge vergleichen
In den Lernateliers zum Thema Wasser, die im gleichen Zeitraum stattfinden, haben die Schüler/innen verschiedene Stoffe mit Wasser gemischt. Sie konnten feststellen, dass manche "sich vermischen"[4] und andere nicht. Sie konnten mit bloßem Auge und selbst mit der Lupe beobachten, wie kleine Zuckerstückchen im Wasser "verschwinden". Es wurde ihnen natürlich suggeriert das Wasser abzuschmecken, damit sie wahrnehmen, dass der Zucker zwar unsichtbar, aber nicht einfach verschwunden ist. Nur genügt eine Gelegenheit selten um das Gelernte dauerhaft zu verankern. Die Arbeit mit den Bonbons ist die Gelegenheit, die Vorstellung von der Lösung wieder aufzunehmen, sie durch andere Beispiele zu bereichern und auszubauen.
Beispiel für den Ablauf
Die Lehrerin/der Lehrer bereitet in passenden Behältern verschiedene Stoffe vor: Salz, Zucker, ein Bonbon mit Überzug, Milchpulver. Jeder Schüler verfügt über kleine durchsichtige Gefäße mit Wasser. Als Erstes schaben die Schüler/innen am Bonbon und besorgen sich Farbteilchen. Dann mischen sie alle Stoffe mit Wasser und beobachten, was passiert. Die/der Lehrende fordert sie auf, sich zu äußern: "Was ist gleich, und was ist nicht gleich?"
Am Ziel
Die Gespräche und die Neuformulierungen führen zu folgenden Gedanken:
Am Anfang sieht man die Körner von Salz und Zucker, die Farbstückchen vom
Bonbon und das Milchpulver. Später sieht man nichts mehr.
Für Zucker und Salz: Man sieht sie nicht, aber wenn man trinkt, erkennt
man den Geschmack.
Für die Bonbonteilchen: Man sieht die Farbe und wenn man trinkt, erkennt man ein wenig den Geschmack. Für das Milchpulver: Man sieht die weiße Farbe.
Man kann schwerlich die Schüler/innen von der Stofferhaltung überzeugen wollen. In Kindergarten und Vorschule schlägt die unmittelbare Wahrnehmung jedes andere Argument. Der kognitive Aufbau der Stofferhaltung bleibt der Grundschule vorbehalten. Dort wird man dann beispielsweise durch Verdampfung "verschwundene" Stoffe wieder finden. Aber erst am Ende des dritten Grundschuljahres kann man hoffen, dass bei den Schüler/inne/n ein stabiler Begriff von der Erhaltung der Materie entstanden ist, der dann in der Sekundarstufe zur Verfügung steht.
Voraussetzungen für die Umsetzung der Unterrichtseinheit
Es soll schließlich gelingen, bei der Schülerin/dem Schüler die Einstellung einer/eines "Forscherin/Forschers" zu entwickeln. Daher zielen die Arbeiten im Lauf des Jahres in der Form mehr und mehr auf Verhaltensweisen ab, die eine Selbständigkeit fördern, wie sie in wirklichen naturwissenschaftlichen Lernateliers notwendig ist und gefordert wird.
Entwicklung der Arbeitsformen
Das freie Entdecken, das Entdecken unter Anleitung der/des Lehrenden, sowohl was die Aufgabe angeht, als auch welche Beobachtungen gefragt sind; tastendes Experimentieren zur genaueren Untersuchung von Eigenschaften; Erleben von Forschungssituationen mit Versuchen, Fehlern, Austausch unter Schüler/innen. Durch Lernateliers im freien und im angeleiteten Entdecken werden vor allem die angestrebten Verhaltensweisen erreicht. Die naturwissenschaftlichen Ziele werden besser in einem zweiten Anlauf durch offeneres Arbeiten (tastendes Experimentieren und Forschungssituationen) behandelt. Die Entwicklung über das ganze Jahr muss in Betracht kommen. Es ist möglich, die Schüler/innen, auch schon die Kleinen, in Forschungssituationen zu versetzen. (siehe zum Beispiel den Abschnitt "Problemsituationen für die Kleinen beim Transport von Wasser").
Anhaltspunkte für die Ziele der Verhaltensentwicklung
Die Mitschüler/innen und die Gruppe achten. Die Hygiene- und Sicherheitsregeln respektieren. Kontrolliert arbeiten. Sich selbständig in der Umgebung mit der/dem Lehrenden als Lotsen bewegen. Sich dem Lernprozess stellen und ihn annehmen; eine Aufgabe zu Ende führen; von Vorne anfangen; sich konzentrieren, gute Arbeit leisten. Sich auf die anderen einstellen, sich mitteilen, Vorschläge machen, Rechenschaft ablegen, vorführen was man herausgefunden hat, helfen und Hilfe annehmen...
Rolle der/des Lehrenden
Die/der Lehrende muss nicht in allen gleichzeitig stattfindenden Lernateliers immer anwesend sein. Beim freien Entdecken, auch beim angeleiteten Entdecken wird sie/er weniger gebraucht. Diese Ateliers finden am besten zu Anfang des Jahres statt, wenn die Kinder noch weniger selbständig sind. Die Anwesenheit der/des Lehrenden wird zunehmend notwendig, wenn die Schüler/innen sich komplizierteren Aufgaben zuwenden, ausprobieren und forschen. Dann muss sie/er Anleitungen geben und mit neuen Fragestellungen die Arbeit anregen. Wenn die Schüler/innen dann im Lauf des Jahres selbständiger geworden sind, kann die/der Lehrende selbständig arbeitende Lernateliers einrichten und sich der Anregung und Entwicklung einer besonderen Problematik widmen.
Ausbeute
Am Ende der Stunde wird Bilanz gezogen und das, was herausgefunden wurde, einander mitgeteilt, die verschiedenen experimentellen Lösungen miteinander verglichen. Das ist ein sprachlich bedeutsamer Moment (Erwerb eines besseren Wortschatzes, genauere Formulierungen). Für eine/n junge/n Schülerin/Schüler in Kindergarten und Vorschule ist es nicht schwer, das was sie/er tut, auszudrücken (ich hab das und dann dies gemacht...). Sie/er braucht Hilfe um sich selbst aus dem Mittelpunkt herauszunehmen und allgemeinere Sätze zu den Dingen, den Stoffen, den Phänomenen, den Eigenschaften zu formulieren (Wasser ist so... verhält sich so...). Das Abfassen von Sätzen, die Umsetzung in Sprache ist die notwendige Ergänzung, damit sich erste naturwissenschaftliche Kenntnisse bilden können. Visuelle und schriftliche Darstellungen (Wandbilder, Fotos, Zeichnungen, dem Erwachsenen diktierte Texte...) ergänzen und vervollständigen die Bilanz und tragen nicht weniger zu den Lernprozessen bei.
Warnungen
Gefahrloses Arbeiten bedeutet für die/den Lehrenden besondere Wachsamkeit, heißt, die Schüler/innen vor Risiken im Umgang mit dem Wasser in den Becken zu warnen, darauf zu achten, dass die Eisstücke nicht zu kalt und alle Stoffe genießbar sind.
Fußnoten
3: [Anmerkung der Übersetzer: Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794), ein französischer Adliger, war (unter anderem) ein bedeutender Chemiker und Physiker, der die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff entdeckte, das Gesetz der Massenerhaltung erstmals formulierte, und, neben vielen anderen Entdeckungen und Neuerungen, auch das erste moderne Chemie-Lehrbuch schrieb. Er wurde damit zu einem der bedeutendsten Begründer der modernen Chemie.]
4: Ausdrucksweise in Gegenwart der Schüler/innen für "sich auflösen"
