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Homepage > Aktivitäten > Wissenschaft > Herangehensweise > Wissenschaftlich denken, kritisch denken > Klasse 1 bis 3 > 1: Beobachten > Regelmäßigkeiten/Muster entdecken

1.3: Regelmäßigkeiten/Muster entdecken

Autor/inn/en:
Publikation: 2.10.2017
Lernstufe: 2
Übersicht: Die Schüler üben sich darin, Regelmäßigkeiten (Muster) zu finden und diese zu beschreiben: in einem Naturphänomen, einer Szene, einer Situation.
Angestrebte Kenntnisse: Wissenschaftlich denken, kritisch denken: Durch wiederholtes Beobachten Wissen aufbauen.
Für Anfänger: Durch wiederholtes Beobachten Regelmäßigkeiten/Muster erkennen.
Kompetenzen: Mit Unterstützung der Lehrerin forschendes Lernen betrei­ben: Tiere in der näheren Umgebung beobachten; eine Melodie, einen Rhythmus wiedergeben; Laute beschreiben und vergleichen; gemeinsame und herausstehende Elemente identifizieren.
Schwerpunkt: Sachunterricht, Kunst, Mathematik
Dauer: Aktivität 1: 30 + 30 bis 45 Minuten
Aktivität 2: zwei Mal 30 Minuten + einen Monat lang einige Minuten täglich
Aktivität 3: 45 Minuten
Material: Für die Aktivität 1 – verschiedene Audiodateien: Für die Aktivität 2:
  • Zeitungsausschnitte von Wetterberichten
  • ein großes Plakat für das "Wetter in diesem Monat"
Für die Aktivität 3: Für jeden Schüler:
Herkunft: La main à la pâte, Paris

Aktivität 1: Aus den Geräuschen eines Waldes eine Vogelstimme heraushören

Ablauf: Die Schüler entwickeln die Fähigkeit, in natürlichen Phänomenen Regelmäßigkeiten (Muster) zu entdecken. Am Beispiel von Vogelstimmen suchen die Schüler nach Mustern in den Gesängen (Phase 1) und benutzen diese, um einen Vogel zu bestimmen (Phase 2).

Botschaft zum Mitnehmen: In der Natur gibt es Phänomene, die sich wie­derholen. Hat man diese Regelmäßigkeiten – diese Muster – erkannt und gut untersucht, kann man sie verwenden, um zum Beispiel einen Vogel allein anhand seines Gesangs zu bestimmen.

Phase 1: Dieses sich wiederholende Vogelgezwitscher (ca. 30 min)

Die Lehrerin spielt die Audiodatei "Im Wald" (mit Geräuschen des Waldes) ab. Sie fragt: "Was hört ihr?" Sie schreibt die von den Schülern genannten Geräu­sche an die Tafel: der Wind in den Blättern; Menschen, die vorbeilaufen; ein vorbeifahrendes Fahrrad, die Fahrradklingel, Donnergrollen, Vogelstimmen usw. Letztere werden von den Schülern zunächst als Sammelbegriff genannt.

Die Audiodatei wird so oft wie nötig wiederholt. Die Lehrerin bittet die Schüler, besonders auf die Vogelstimmen zu achten: "Gibt es in den Vogelstimmen Muster, die sich wiederholen?" Die Schüler hören aufmerksamer zu und bemer­ken eine charakteristische Vogelstimme, die lauter (näher dran?) ist als die anderen. Wenn die Schüler es sich zutrauen, können sie versuchen, diese Vogelstimme nachzumachen, pfeifend oder singend.

Um die Vogelstimme zu dokumentieren – um sie zum Beispiel auf Papier darzu­stellen –, schlägt die Lehrerin den Schülern vor, einen Code zu erfinden.

Pädagogische Anmerkung

Falls die Schüler Schwierigkeiten haben, das richtige Vokabular zum Be­schreiben der Geräusche zu finden, kann die Lehrerin eine Verbindung zum Musikunterricht herstellen. Zum Beispiel: "Wenn wir ein Lied mit mehreren Strophen singen, wiederholen wir in jeder Strophe die Melodie. Genauso macht es der Vogel: Er singt immer wieder die gleichen Strophen – in seiner "Sprache". Wenn man sich einsingt, macht man Stimmübungen, man singt erst tiefe Töne, dann mittlere Töne, dann hohe Töne. Auch der Vogel variiert die Töne seines Gesangs. Das werden wir jetzt versuchen darzustellen."

Je nach Erfahrung und Niveau der Klasse kann die Lehrerin die Schüler selbst­ständig an einem Code arbeiten lassen, oder selber Vorschläge machen. Zum Beispiel: Punkte für kurze Töne, Striche für lange Töne; das ganze Lied wird von links nach rechts aufgeschrieben, so dass man horizontal eine Zeitachse hat, während man die vertikale Achse für die Tonlage verwendet. Bei hohen Tönen wird der Punkt/Strich weiter oben gezeichnet, bei tiefen weiter unten. Für den Vogel aus der Audiodatei "Im Wald" ergäbe sich damit das in Abb. 1 gezeigte Muster.

Muster für den Gesang des Vogels aus der Audiodatei

Abb. 1: Muster für den Gesang des Vogels aus der Audiodatei "Im Wald"

Phase 2: Einen Vogel anhand seines Gesangs erkennen (30 bis 45 min)

Hat man ein wiederkehrendes Muster identifiziert, kann man es als Bestim­mungshilfe verwenden. Übertragen auf unser Beispiel heißt das: Wir bestimmen den Vogel anhand seiner Stimme.

Die Lehrerin fragt: "Meint ihr, dass eine Vogelstimme artspezifisch ist? Dass Vögel einer bestimmten Art immer gleich singen?" Die Klasse diskutiert darü­ber, ob der Gesang ein Merkmal einer Vogelart ist. Die Lehrerin schlägt vor, dem Gesang des Vogels aus der Audiodatei erneut sorgfältig zu lauschen und diesen anschließend mit anderen Vogelstimmen zu vergleichen.

Die Lehrerin spielt vier Audiodateien mit Vogelstimmen ab:

Die Schüler hören zu, machen die Vogelstimmen nach, und versuchen die Stimmen mit dem weiter oben definierten visuellen Code darzustellen.

Muster für den Gesang von Nonnenmeise, Haussperling, Kohlmeise und Buchfink

Abb. 2: Muster für den Gesang von Nonnenmeise, Haussperling (Spatz), Kohlmeise und Buchfink

Die vier Vogelstimmen sind sehr unterschiedlich und sehr charakteristisch. Eine der Vogelstimmen entspricht der Vogelstimme aus der Audiodatei "Im Wald". Es ist die Vogelstimme 3. Bei dem lauten Vogel im Wald handelt es sich also um eine Kohlmeise.

Die Schüler stellen fest, dass manche Vogelstimmen einfach sind und ein mar­kantes, sich wiederholendes Muster haben. Andere wiederum sind recht kom­plex, man kann sie als Mensch kaum nachmachen. Sie sind entsprechend schwierig darzustellen. Das trifft zum Beispiel für den Buchfink zu (Vogel­stimme 4).

Auszug aus einem Arbeitsheft: Bestimmung des Vogels anhand seines Gesangs

Abb. 3: Einen Vogel anhand seines Gesangs bestimmen

Wissenschaftliche Anmerkungen

  • Man kann Vögel anhand ihres Gesangs identifizieren. Jede Vogelart hat sehr spezifische Gesänge. Vogelstimmen weisen oft regelmäßige Muster auf.
  • Der Vogelgesang besteht aus einzelnen Elementen, die sich zu einem Motiv (auch Silbe genannt) zusammensetzen. Bei den meisten Vogel­arten bilden die Motive wiederum Strophen (auch Phrasen genannt) (siehe Abb. 4).
  • Die Gesänge und Rufe einer Vogelart variieren mit der Situation (Balz­zeit, Brutzeit, Warnrufe, Drohrufe, Lockrufe usw.) und unterscheiden sich auch leicht innerhalb einer Art (Dialekte) sowie von einem Indivi­duum zum anderen.
  • Unter Gesang verstehen wir hier jede Form von Lauterzeugung. Eigent­lich müssten wir unterscheiden zwischen komplexen Lauterzeugungen (den eigentlichen Gesängen) und einfachen Lauterzeugungen (den Rufen). Singvögel lernen das Singen als Jungvögel, indem sie die er­wachsenen Vögel nachahmen – so ähnlich wie wir Menschen als Kinder sprechen lernen.

Pädagogische Anmerkungen

  • Es gibt im Internet zahlreiche Seiten mit Vogelstimmen, zum Beispiel "Avisoft Bioacoustics" (Vogelstimmen und Sonagramme), vogelstimmen.de, Vogelstimmen-Quiz des NABU.
  • Bei der Beschreibung der Gesänge kann die Lehrerin die Schüler ermun­tern, einen präzisen Wortschatz zu verwenden, um vor allen Dingen die Unterschiede zu verdeutlichen: pfeifend, trillernd, schrill, monoton, krächzend, hoch, tief usw.
  • Der visuelle Code zur Darstellung der Gesänge wird von der ganzen Klasse gemeinsam definiert. Es gibt dafür keine "richtige" Lösung. Die Klasse muss sich nur einig sein, wie er zu verwenden und für jeden zu verstehen ist.
  • Älteren Schülern kann die Lehrerin Sonagramme zeigen. Ein Sonagramm erfüllt den gleichen Zweck wie der von den Schülern entwickelte Code. Auf der Längsachse ist die Zeit aufgetragen, auf der Hochachse die Tonfrequenz. Man kann eine Vogelart anhand eines Sonagramms erken­nen (siehe Abb. 4).

Sonagramm einer Nachtigall

Abb. 4: Sonagramm einer Nachtigall (Luscinia megarhynchos) (zum Vergrößern auf das Bild klicken), Quelle: Yu Moskalenko, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0 (Beschriftung von Sonnentaler hinzugefügt/verändert)

Sonagramm einer Blaumerle

Abb. 5: Buntes Sonagramm einer Blaumerle (Monticola solitarius)
Quelle: Dbfls, Wikimedia Commons, Public Domain

Aktivität 2: Das Wetter heute, das Wetter morgen

Ablauf: Die Schüler planen regelmäßige Wetterbeobachtungen, mit dem Ziel Regelmäßigkeiten aufzudecken (Phase 1). Sie sammeln Wetterdaten (Phase 2). Die Daten werden analysiert und die Schüler schlagen vor, wie man anhand bestimmter Daten das Wetter vorhersagen kann (Phase 3).

Botschaft zum Mitnehmen: In der Natur gibt es Phänomene, die sich wie­derholen. Hat man diese regelmäßigen Muster erkannt und gut untersucht, kann man sie verwenden, um Vorhersagen zu machen, zum Beispiel Wetter­vorhersagen.

Phase 1: Untersuchung von Wetterberichten (ca. 30 min)

Die Schüler bringen aus Zeitungen ausgeschnittene oder aus dem Internet ausgedruckte Wetterberichte in die Klasse. Sie zählen auf, welche Informa­tionen so ein Wetterbericht beinhaltet: Temperatur, Niederschlag (Menge und Art – Regen, Schnee, Hagel), Wind (Stärke und Richtung), Bewölkung usw.

Die Lehrerin schlägt den Schülern vor, jeden Morgen Wetterdaten zu sammeln. Das Ziel ist folgendes: "Kann man aus regelmäßigen Beobachtungen – zum Beispiel innerhalb eines Monats – Muster im Wettergeschehen erkennen? So dass man zum Beispiel anhand der Beobachtung des Himmels in der Lage ist, das Wetter von morgen vorherzusagen?"

Phase 2: Wetterdaten sammeln (ein paar Minuten jeden Tag)

Einen Monat lang wird das Sammeln von Wetterdaten – einmal morgens und einmal nachmittags – in die Routine der Klasse eingebaut. Die Daten werden jeden Tag zur gleichen Zeit abgelesen. Es wird eine Tabelle ausgefüllt, die im Klassenraum bleibt. In der Tabelle sind zum Beispiel erfasst: Regen (kein / wenig / starker), Wind (kein / wenig / starker), Temperatur (abgelesen an einem im Schatten aufgehängten Thermometer), Bewölkung (kein / wenig / starke). Zusätzlich können eventuell die Namen der Wolken aufgeschrieben werden (siehe Abb. 6).

Pädagogische Anmerkungen

  • Je nach Niveau der Schüler kann der Lehrer die Anzahl der Begriffe zur Beschreibung des Himmels erhöhen oder verringern. Die Schüler stellen fest, dass zur Beschreibung des Wetters ein genauer Wortschatz verwendet werden muss.
  • Zusätzlich zur (quantitativen) Messung der Temperatur, können ältere Schüler weitere quantitative Messungen machen: mit einem Anemo­meter (Windmesser) die Windstärke messen, mit einem Regenmesser die Regenmenge messen. Sie können darüber diskutieren, wie wichtig Mess­geräte zur Messung der Temperatur, der Wind- oder der Regen­stärke sind. Durch reines "Fühlen" bekommt man keine objektiven Werte.

Namen der verschiedenen Wolkentypen

Abb. 6: Namen der verschiedenen Wolkentypen
Quelle: Valentin de Bruyn, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Phase 3: Wie wird das Wetter? (ca. 30 min)

Nach Ablauf eines Monats analysieren die Schüler die ausgefüllte Tabelle mit den täglichen Wetterdaten.

Wissenschaftliche Anmerkungen

  • Das Beobachten ist die Grundlage jeder Wettervorhersage. Ob es die qualitative Beschreibung des Himmels ist oder die Messung physikali­scher Größen in der Atmosphäre, alle Daten müssen sorgfältig definiert, genormt, ausgewählt und zusammengestellt werden, um Wetterphäno­mene besser zu verstehen und vorherzusagen.
  • Ohne Beobachtungen kann der Meteorologe keine Wettervorhersage machen und der Klimatologe das Klima (= die Gesamtheit aller Wetter­daten über einen Zeitraum von mindestens 30 Jahren) nicht erforschen. Die Kenntnis des Zustands der Atmosphäre – dort spielt sich das Wet­ter ab – erlaubt es uns, das heutige Wetter mit dem von gestern zu vergleichen und dadurch das Wetter von morgen vorherzusagen. Die Wettervorhersage ist heutzutage genauer als früher, weil den Meteoro­logen numerische Modelle zur Verfügung stehen.
  • Weitere Informationen zu Wetter und Klima gibt es auf den Seiten des Deutschen Wetterdienstes, der österreichischen Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik und MeteoSchweiz.

Aktivität 3: Ein Muster in einem Würfel erkennen

Ablauf: Die Schüler werden in einen ganz anderen Kontext versetzt: Sie sollen auch dort wieder Regelmäßigkeiten/Muster erkennen und Vorhersagen machen.

Botschaft zum Mitnehmen: Wenn man eine Regelmäßigkeit/ein Muster er­kannt hat, kann man es zur Hilfe nehmen, um Vorhersagen zu machen. Diese Vorhersagen sind Annahmen, die man überprüfen kann.

Vorbereitung: Vor der Unterrichtsstunde, bereitet die Lehrerin zwei Würfel pro Schülergruppe vor. Sie kann sie einfach aus den ausgedruckten Arbeits­blättern 5 (Würfel mit Zahlen) und 6 (Würfel mit Wörtern) ausschneiden. Im Arbeitsblatt 7 ist ein Würfel ohne Beschriftung, den sie ausschneiden kann, falls sie etwas anderes auf die Würfelflächen schreiben möchte (Einmaleins, Verbgruppen, Wörter mit gleicher Wortwurzel usw.). Auf die graue Fläche des Würfels wird einfach vorsichtig ein etwas größeres Stück Pappe geklebt – als "Abdeckung".

Würfelvorlagen

Abb. 7: Würfelvorlagen

Jede Schülergruppe bekommt zwei Würfel. Auf den Flächen des Würfels A ste­hen Zahlen (1, 2, 3, 5 und 6) und auf denen des Würfels B stehen Wörter (FEIN, MEIN, NEIN, REIN, WEIN). Die sechste Fläche ist jeweils verdeckt.

Die Frage lautet nun: "Was steht auf der verdeckten Fläche?" Die Schüler dür­fen natürlich nicht nachschauen. Diese Aufgabe ist nur deshalb lösbar, weil die Beschriftung der Flächen nicht dem Zufall überlassen wurde, sie folgt einem Muster. "Wenn man gut beobachtet und überlegt, kann man die Regel dieses Musters knacken und Vorschläge machen für das, was auf der letzten Fläche stehen könnte."

Kinder mit zwei Würfeln

Abb. 8: Kinder mit zwei Würfeln

Die Schüler beobachten die sichtbaren Flächen des Würfels, erkennen darin ein Muster, machen Annahmen über die Beschriftung der sechsten Fläche und hal­ten diese Annahme sowie ihre Begründung schriftlich fest.

Für den Würfel mit den Zahlen ist die Aufgabe einfach. Die Schüler kommen schnell darauf, dass auf der letzten Fläche höchstwahrscheinlich die Zahl 4 steht. Dieser Würfel dient hauptsächlich dazu, den Kindern klarzumachen, worin die Aufgabe besteht.

Für den Würfel mit den Wörtern gibt es oft mehrere Annahmen: BEIN, SEIN, KEIN, oder auch PEIN und LEIN. Welches Wort sollte man da auswählen? Man kann nicht entscheiden; alle Annahmen sind gleichwertig. Die Schüler sind versucht, die Pappe zu entfernen, um nachzuschauen, was darunter verbor­gen ist. Damit würden sie ihre Annahme direkt überprüfen.

Wissenschaftliche Anmerkungen

  • In der Wissenschaft passiert es oft, dass die Wissenschaftler mehrere gleichwertige Annahmen machen, die alle gleichermaßen stimmen könn­ten. Man muss sie daher alle zulassen, oder weiter forschen, um wei­tere Details herauszubekommen, die dann die Anzahl der Hypothesen eingrenzt – was bei unserem Würfel zum Beispiel dem Entfernen der Pappe entspricht.
  • Die Lehrerin kann entscheiden alle Würfel einzusammeln, ohne den Schülern die Gelegenheit gegeben zu haben, nachzugucken, was unter der Abdeckung steht. Oft haben Wissenschaftler nicht das nötige Ge­rät, um weitere Erforschungen machen zu können, sie müssen mit der Ungewissheit (dem "Frust", keine eindeutige Antwort zu haben) leben.
  • Auch wenn die Lehrerin die Schüler nachgucken lässt, kann diese Pro­blematik – dass man die Antwort nicht immer herausfinden kann – be­sprochen werden.

Zusammenfassung

Die Schüler fassen zusammen, was sie gelernt haben.

Beispiel:

In der Wissenschaft sucht man oft nach Regelmäßigkeiten oder Mustern in der Natur. Daraus leiten die Wissenschaftler Regeln und Gesetze ab. Diese Gesetze können dazu dienen, Dinge in der Zukunft vorherzusagen.

Die Schüler können sich Gedanken machen, wozu solche Gedankengänge in Alltagssituationen nützlich sind. Eine Antwort könnte lauten: "In der Klasse sitzen immer dieselben Schüler. Man kann davon ausgehen, dass sie morgen auch wieder hier sitzen werden. Und wenn einer fehlt, weiß man sofort, wer es ist – man braucht nur nachzuschauen, wer da ist."

Evaluation

Die Lehrerin schlägt den Schülern vor, ihren eigenen Würfel zu basteln. Dazu gibt sie ihnen das Schnittmuster für den unbeschrifteten Würfel (Arbeits­blatt 7) und den Evaluationsbogen 3 (Muster erkennen). Sie sollen den Würfel beschriften (mit Zahlen, Wörtern, Bildern), so dass eine Regelmäßigkeit/ein Muster zu erkennen ist, ähnlich wie bei den anderen beiden Würfeln. Aus den Produktionen kann die Lehrerin evaluieren, ob die Schüler den Begriff Regelmä­ßigkeit/Muster verstanden haben.

Diese Evaluation kann auch erfolgen, wenn die Klasse die Aktivität 3 nicht gemacht hat. Sie müssen nur einmal einen Blick auf die beiden Würfel A und B geworfen haben, um zu verstehen, dass sie Muster enthalten.

Letzte Aktualisierung: 25.6.2018

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