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Homepage > Aktivitäten > Wissenschaft > Herangehensweise > Wissenschaftlich denken, kritisch denken > Klasse 1 bis 3 > 2: Erklären > Was ist die Ursache?

2.3: Was ist die Ursache?

1 2.1: Rube-Goldberg-Maschinen 2 2.2: Den Fehler suchen 3 2.3: Was ist die Ursache?
Autor/inn/en:
Publikation: 9.10.2017
Lernstufe: 2
Übersicht: Die Schüler wollen ein Phänomen erklären und suchen nach dessen Ursa­che. Sie lernen ein geeignetes Experiment zu planen (oder zu erkennen), mit dessen Hilfe sich eine Hypothese überprüfen lässt.
Angestrebte Kenntnisse: Wissenschaftlich denken, kritisch denken: Sich eine Methode aneignen, um die Ursache eines Phänomens zu finden.
Für Fortgeschrittene: Sich ein geeignetes Experiment ausdenken, mit dem verschiedene Hypothesen überprüft werden können.
Kompetenzen: Mit Unterstützung des Lehrers forschendes Lernen betrei­ben.
Schwerpunkt: Sachunterricht
Dauer: 1 bis 1,5 Stunden – verteilt auf 1, 2 oder sogar 3 Unterrichtseinheiten
Material: Für jeden Schüler oder jede Schülergruppe: Für jede Schülergruppe oder die gesamte Klasse:
  • zwei Schachteln (Schuhkartons); in der einen ein kleines, in der anderen ein größeres Loch ausschneiden (siehe Arbeitsblatt 8)
  • zwei unterschiedlich große Murmeln oder Bälle (die/der eine muss durch beide Löcher passen, der/die größere nur durch das größere Loch)
Für jeden Schüler:
Herkunft: La main à la pâte, Paris

Aktivität: Wer ist der Schuldige?

Ablauf: Die Schüler schlüpfen in die Rolle von Detektiven, die ein paar kleine Rätsel zu lösen haben. Sie müssen Erklärungen, Ursachen und den/die Schul­digen finden. Dazu führen sie einfache, gut durchdachte Ermittlungen durch. Sie müssen zum Beispiel, um eine bestimmte Hypothese zu überprüfen, das geeignetere von zwei Experimenten auswählen (Rätsel 1). Anschließend entwi­ckeln sie einen Test, mit dem man die tatsächliche Ursache herausfinden kann (Rätsel 2). Sie begreifen zum Schluss, welche Vorteile es hat, wenn man in einem Experiment nur einen Parameter auf einmal verändert (Rätsel 3).

Botschaft zum Mitnehmen: Wenn man eine Veränderung bemerkt oder ein Phänomen beobachtet, möchte man oft gern wissen, was deren/dessen Ursa­che ist. Wer/was ist "schuld"? Man möchte wissen, wer/was die Veränderung oder das Phänomen bewirkt hat. Manchmal haben wir dazu bereits eine Mei­nung, eine Idee, oder wir denken sogar, Dass wir die Antwort wissen. Aber der einzige Weg, um sicher zu sein, welches die Ursache ist, besteht darin, gezielt nachzudenken: Hypothesen aufzustellen, eine Methode zu finden, um alle un­zutreffenden Ursachen auszuschließen – um schließlich nur die richtige Ursa­che herauszufinden.

Vorbemerkungen:

Rätsel 1: Eine Maus im Haus (ca. 20 min)

Der Lehrer gibt jedem Schüler oder jeder Schülergruppe das Arbeitsblatt 8 (Die Maus und der Käse) und liest der Klasse die Geschichte der Maus vor – mehr­mals, wenn es nötig ist. Für jüngere Schüler kann er die Geschichte mit kon­kreten Gegenständen (kleinen Figuren, einer Lupe) oder Zeichnungen (einer Maus, eines Käsestücks) anschaulicher machen. Eventuell kann er den Text der Geschichte auch an die Tafel projizieren.

Nach dem Vorlesen stellt der Lehrer drei Fragen (siehe Arbeitsblatt 8), eine zu jeder Episode der Geschichte. Die Schüler machen sich Gedanken über mögli­che Antworten, die anschließend mit der ganzen Klasse diskutiert werden. Erst wenn eine Frage beantwortet ist, wird nach einer Antwort für die nächste ge­sucht.

Ursachen und Wirkungen sortieren

Abb. 1: Ursachen und Wirkungen sortieren

Pädagogische Anmerkungen

  • Manche Schüler schlagen vielleicht vor, beide Schachteln gleichzeitig zu benutzen: "Die Maus riecht den Käse. Wenn die Maus versucht in die Schachtel mit dem kleinen Loch zu kommen, schafft sie es, wenn sie klein ist; wenn sie groß ist, schafft sie es nicht. Dann geht sie zur Schachtel mit dem großen Loch, und wir wissen, dass es eine große Maus war." Auf den ersten Blick mag diese Erklärung richtig erscheinen, aber sie ist es nicht, da man mit diesem Experiment nicht ausschließen kann, dass der Käse in der großen Schachtel von einer kleinen Maus gefressen wurde.
  • Andere Schüler suchen vielleicht nach alternativen Strategien, um den "Schuldigen" zu finden: Eine Videokamera aufstellen oder nachts auf­bleiben und warten. Es gibt sicherlich noch weitere Experimente, um herauszufinden, wer den Käse gefressen hat. Die Schüler können auch Verbesserungen für das Schachtel-Experiment vorschlagen: Anstatt eine Schachtel aus Pappe nimmt man eine Holz- oder Metallkiste, damit die Maus nicht die Ränder des Lochs anknabbern und auf diese Weise das Loch vergrößern kann. Manche Schüler werden vielleicht anmerken: "Wenn der Käse morgens noch da ist, kann man nicht mit Sicherheit wissen, ob die Maus zu groß für das Loch ist (und damit eine große Maus ist – so wie Tom meint) oder ob es sich um eine kleine Maus handelt (so wie Lilly meint), die den Käse nicht gefressen hat (weil sie keinen Hunger oder Angst hatte)." In diesem Fall kann der Lehrer die Schüler über die Notwendigkeit nachdenken lassen, dass man das Experiment mehrere Nächte hintereinander durchführen müsste. Mäuse sind sehr gierig; wenn die Maus klein ist, kommt sie bestimmt in der darauffolgenden Nacht wieder.
  • Manche Schüler, insbesondere jüngere, werden versucht sein, Ge­schichten über die Maus und den Käse zu erzählen oder die Geschichte mit weiteren Details auszuschmücken, anstatt die drei Fragen zu be­antworten: "Die Maus hat den Käse gerochen und ist in den Schrank gegangen. Wenn der Käse aber vorher im Kühlschrank war, wäre er kalt gewesen, und die Maus hätte ihn nicht gerochen." "Vielleicht ist die Maus in den Schrank gegangen, weil die Tür offenstand." Der Lehrer muss dann versuchen, die Aufmerksamkeit der Schüler wieder auf die Fragen zu lenken, zum Beispiel indem er die Geschichte (oder einen Teil davon) noch einmal vorliest.
Tafelbild zur Geschichte mit der Maus und dem Käse

Abb. 2: Auf der Suche nach dem Schuldigen

Rätsel 2: Die niesende Katze (ca. 20 min)

Der Lehrer liest der Klasse die kleine Geschichte des Arbeitsblattes 9 (Die nie­sende Katze) vor. In der Geschichte niest eine Katze jedes Mal, wenn sie auf den Balkon geht. Dort stehen drei Blumentöpfe, in denen drei verschiedene Blumenarten blühen.

Pädagogische Anmerkung

Für jüngere Schüler kann man das Rätsel vereinfachen, indem man nur zwei Blumen nimmt. Die Geschichte kann mit kleinen Zeichnungen und/oder Ge­genständen (kleinen Plastikblumen, einem Katzenkuscheltier) anschaulicher gemacht werden.

Jeder Schüler bzw. jede Schülergruppe bekommt das Arbeitsblatt 9 und macht sich über die erste Frage Gedanken. In einer anschließenden gemeinsamen Erörterung diskutiert die ganze Klasse über Hypothesen und überlegt sich Ex­perimente, mit denen man herausfinden könnte, welche Blume die Katze zum Niesen bringt. Die Schüler werden zum Beispiel vorschlagen, dass man der Katze jeden Blumentopf einzeln vor die Nase halten und dann feststellen könn­te, welche Blume(n) für das Niesen verantwortlich ist (sind). Oder sie schlagen vor, einen Blumentopf nach dem anderen zu entfernen (dieses Beispiel ist in dem Arbeitsblatt 10 (Test mit der niesenden Katze) dargestellt.

Nun wenden sich die Schüler der zweiten Frage zu, erst einzeln oder in Grup­pen, dann alle gemeinsam. Das Arbeitsblatt 10 wird an die Wand projiziert (oder verteilt, wenn der Lehrer es in Farbe ausdrucken kann). In dem Arbeits­blatt ist der Verlauf des Experiments dargestellt. In jedem Schritt kann eine Hypothese eliminiert werden. In dem zweiten Bild kann man ausschließen, dass die gelben Blumen für das Niesen verantwortlich sind. In dem vierten Bild kann man ausschließen, dass die roten Blumen verantwortlich sind. Es bleibt also allein die Hypothese, dass die blauen Blumen für das Niesen verantwortlich sind. Der Lehrer macht die Schüler darauf aufmerksam, dass immer nur ein Element (ein Parameter) auf einmal verändert wurde.

Eine Schülerin mit dem Arbeitsblatt 10

Abb. 3: Eine Schülerin mit dem Arbeitsblatt 10

Beispiele für Bemerkungen der Schüler: "Am Anfang waren alle Blumen da und wir konnten nicht wissen, welche die Katze zum Niesen bringt. Man stellt ihr einen Blumentopf nach dem anderen vor die Nase und beobachtet jedes Mal, ob die Katze niest. Man nimmt die Blumen weg, die die Katze zum Niesen bringen, und lässt die andere(n) auf dem Balkon. Oder man entfernt einen Blumentopf nach dem anderen vom Balkon und schaut, ob die Katze dann weniger/nicht niest. Man behält alle Blumen auf dem Balkon, bei denen die Katze nicht niest, und zum Schluss weiß man, welche Blume schuld ist. Beide Methoden sind äquivalent. Wichtig ist lediglich, dass man nicht mehrere Dinge auf einmal und alles durcheinander ändert. Man sollte alles aufschreiben, sonst vergisst man es."

Pädagogische Anmerkung

Der Lehrer wird feststellen, dass manche Schüler keine Experimente, son­dern Lösungen vorschlagen, wie zum Beispiel: die Katze zum Tierarzt brin­gen oder die Katze nicht auf den Balkon lassen. Der Lehrer lässt die Schüler solche Vorschläge formulieren, erinnert sie jedoch daran, dass wir in erster Linie daran interessiert sind, die Ursache für das Niesen zu finden. Manche dieser Vorschläge sind natürlich brauchbar, um die Wirkung (das Niesen) zu stoppen, aber nicht, um die Ursache des Niesens herauszufinden – aber genau das wollen wir wissen.

Rätsel 3: Die besten Kekse (ca. 20 min)

Dieses Rätsel führt den Schülern noch einmal vor Augen, wie wichtig es ist, dass man nur ein Parameter auf einmal verändert, wenn man nach Ursachen eines Phänomens sucht.

Der Lehrer verteilt das Arbeitsblatt 11 (Die besten Kekse) an jeden Schüler oder jede Schülergruppe. Er liest die kleine Geschichte vor. Für die jüngeren Schüler kann er die Geschichte veranschaulichen, indem er ihnen Bilder von Keksen und den in der Geschichte vorkommenden Zutaten zeigt.

Die Schüler denken – jeder für sich oder in kleinen Gruppen – über die beiden Aufgaben nach. Anschließend werden die Aufgaben gemeinsam erörtert. Es geht darum herauszufinden, welche Zutat dazu führt, dass die Kekse von Toms und Lillys Mutter dieses Mal so gut schmecken. In Aufgabe 1 sollen die Schüler aus drei Möglichkeiten das Experiment auswählen, mit dem man die Annahme überprüfen kann, ob es am Rohrzucker liegt, dass die Kekse so lecker sind. In der zweiten Aufgabe sollen sie selbst ein geeignetes Experiment pla­nen und formulieren.

In beiden Aufgaben geht es um das grundlegende Konzept, dass man bei einem Experiment nur einen Parameter auf einmal ändern sollte. Der Lehrer kann den Schülern zur Verdeutlichung die Frage stellen: "Was würde passie­ren, wenn man alles auf einmal ändern würde? Oder zwei Zutaten auf einmal? Kann man dann herausfinden, an welcher Zutat es liegt, dass die Kekse dies­mal so gut geworden sind?" "Welche Aussage kann man machen, wenn man den Rohrzucker durch weißen Zucker ersetzt und die Kekse dann nicht mehr so gut schmecken?"

Beispiele für Bemerkungen der Schüler: "Wir wissen, dass es nicht der Rohr­zucker ist, aber wir wissen nicht, ob es am Öl oder am Mehl liegt. Wir müssen beides testen. Wir machen also einen Teig mit Weizenmehl anstatt mit Dinkel­mehl und probieren, ob die fertigen Kekse weniger gut sind. Anschließend machen wir einen Teig mit Butter anstatt mit Öl und probieren erneut. Schmecken die Kekse jetzt weniger gut, ist es das Öl, das die Kekse so lecker macht." "Man darf nur eine Zutat auf einmal ändern. Wenn man die Annahme überprüfen möchte, dass das Mehl die 'Wunderzutat' ist, dann darf man nur das Mehl ändern. Wenn man denkt, dass es das Öl ist, darf man nur das Öl weglassen und durch etwas Anderes ersetzen."

Auf der Suche nach der Wunderzutat

Abb. 4: Auf der Suche nach der Wunderzutat

Pädagogische Anmerkungen

  • Es kann passieren, dass die Vorschläge der Schüler durch ihre persönli­chen Geschmacksvorlieben und/oder ihre vorgefassten Meinungen be­einflusst werden. Sie können zum Beispiel anmerken, dass "es bestimmt am Rohrzucker liegt, weil Rohrzucker besser ist als weißer Zucker." Manche werden sofort das Öl ausschließen, weil sie lieber Butter essen. Diese Art von Beeinflussung durch vorgefasste Meinungen kommt sehr oft vor und stellt eine typische Schwierigkeit bei der Ursachensuche dar.
  • In diesem Fall kann der Lehrer die Schüler darauf aufmerksam machen, dass es hier nicht darum geht herauszufinden, ob eine bestimmte Zutat an sich gut oder schlecht ist, sondern welche Auswirkung sie auf den Geschmack der Kekse hat. Die Tatsache, dass eine Zutat "besser" schmeckt als eine andere, sagt noch lange nichts darüber aus, wie der gebackene Keks schmeckt. Welche Zutat für den guten Geschmack der Kekse verantwortlich ist, kann man nur anhand von sorgfältigen Versu­chen herausfinden. Der Lehrer kann in diesem Zusammenhang ein wei­teres grundlegendes Konzept erwähnen: Nur mit Beweisen lassen sich vorgefasste Meinungen bestätigen bzw. widerlegen.

Zusammenfassung

Zum Schluss diskutiert die Klasse über Situationen – in der Wissenschaft oder im Alltag –, in denen wir ähnlich vorgehen wie bei der Auflösung dieser drei Rätsel. Ein Beispiel: "Als Wissenschaftler versucht haben herauszubekommen, was Pflanzen zum Leben brauchen, haben sie bei einer Pflanze die Wasser­menge variiert, bei einer anderen die Lichtmenge, während eine Pflanze immer als Kontrollpflanze diente. Diese bekam immer die gleiche Menge Wasser und Licht." Ein weiteres Beispiel: "Bei uns zu Hause war die Wäsche ganz grau. Wir wussten nicht, ob es am Waschmittel oder an dem Weich­spüler lag. Wir haben einen anderen Weichspüler genommen, aber die Wäsche war immer noch grau. Dann haben wir ein anderes Waschmittel genommen, aber den ursprünglichen Weichspüler. Die Wäsche war dann nicht mehr grau. Daraus haben wir geschlossen, dass das Problem an dem Waschmittel lag."

Evaluation

Im Evaluationsbogen 7 (Hypothesen überprüfen) soll ein weiteres Rätsel gelöst werden. Die Schüler müssen eins von zwei vorgeschlagenen Experimenten aus­wählen, um zu überprüfen, warum die kleinen Pflanzen so kränklich aussehen.

Zunächst überlegt jeder Schüler für sich und schreibt seine Antwort nieder. Anschließend diskutieren die Schüler zu zweit über ihre jeweiligen Antworten. Zum Schluss diskutiert die ganze Klasse und beschließt eine gemeinsame Ver­suchsplanung. Jeder Schüler kann anschließend die gemeinsam besprochene Lösung in seinen Evaluationsbogen schreiben oder seine eigene verändern.

Letzte Aktualisierung: 10.4.2018

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