Birk Grüling

freier Journalist für Gesellschaft und Bildung, Buchholz

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Artikel

Mit Lego & Co. gegen die Angst vor Naturwissenschaften

Die fuer die lego experimente noetige programmiersprache ist so intuitiv dass sie sogar von kindern genutzt werden kann w760

Bad Oldesloe

Dritte Stunde, Lego. Das laute Klingeln der Schulglocke beendet die große Pause an der Stadtschule Bad Oldesloe. Im Lego-Raum klappt Lehrer Bernd Müller den letzten Laptop auf. Dann öffnet sich die Tür, zwölf Viertklässler eilen herein. Ohne zu zögern werden Computer gestartet und Lego-Kisten ausgekippt. "Heute geht es um verschlüsselte Nachrichten", sagt Müller, nachdem etwas Ruhe eingekehrt ist. Für seine Ankündigung erntet er gespannte Blicke und ein gerauntes "Voll cool".

Mit einem Klick startet er ein kurzes Video auf der digitalen Tafel - die Lego-Figuren Mia und Max diskutieren, wie Nachrichten weitergegeben werden können. Auch den Schülern fallen schnell eigene Beispiele ein - per Rauchzeichen wie die Indianer, mit einer Geheimsprache oder mit Symbolen wie im Straßenverkehr. "Ich möchte heute mit euch eine besondere Form der Kommunikation ausprobieren. Dafür bauen wir eine Morsetaste. Mit ihr kann man Wörter mithilfe von Tönen oder Lichtsignalen weitergeben", erklärt der Lehrer. Die passenden Steine, Sensoren und eine Bauanleitung liefert der WeDo2.0-Baukasten.

Das Lernsystem von Lego richtet sich an Grundschüler und soll ihnen spielerisch Wissen über Natur, Technik und Informatik vermitteln. Neben Steinen und Bauanleitungen werden vollständige Unterrichtseinheiten und sogar eine kindgerechte Programmiersprache mitgeliefert. Programme lassen sich per Bluetooth auf die Lego-Modelle übertragen.

An der Stadtschule Bad Oldesloe ist Lego seit einigen Jahren fester Bestandteil des Lehrplans. Bereits ab der ersten Klasse nutzen die Schüler regelmäßig den Lego-Raum - und zwar in allen Fächern. Im Deutschunterricht werden zum Beispiel Szenen aus berühmten Märchen nachgebaut und fotografiert, und am Laptop wird daraus ein Comic gestaltet. So setzen sich die Kinder nicht nur intensiv mit den Geschichten der Brüder Grimm auseinander, sondern lernen ganz nebenbei den Umgang mit der Digitalkamera und Bildbearbeitungsprogrammen.

Angefangen hat das ungewöhnliche Konzept mit einer Arbeitsgemeinschaft. Nach Schulschluss programmierte Müller mit interessierten Schülern anfangs Roboter. Das Projekt sprach sich herum, immer mehr Kinder wollten an der Roboter-AG teilnehmen. Zum Sprung in den Lernplan verhalf der Umbau der Schule.

Der Computerraum wurde aufgelöst, stattdessen ein Lego-Education-Innovation-Studio eingerichtet. Die Laptops, Digitalkameras und Lego-Kästen stifteten Sponsoren. "Der Raum ist vielseitiger nutzbar als ein klassischer Informatikraum. Außerdem kennen die Schüler Lego aus ihrer Freizeit und sind entsprechend motiviert bei der Sache", erklärt Schulleiterin Sabine Prinz. Zudem passe der neue Raum gut ins Schulkonzept.

Neugier ist eine Schlüsselkompetenz für die Zukunft

Schließlich steht an der Stadtschule nicht nur Lego auf dem Stundenplan, sondern auch Yoga, Schach und Informatik. "Wir wollen, dass die Kinder ihre eigenen Stärken und Begabungen entdecken. Das gelingt nur, wenn sie auch die Chance haben, neue Dinge auszuprobieren", sagt sie. Deshalb sollen sich die Schüler auch schon früh mit Programmieren, Technik oder physikalischen Fragen auseinandersetzen.

Mit diesem Anliegen ist die Grundschule aus Schleswig-Holstein natürlich nicht allein. Schon bei der Einführung des Sachunterrichts in den 1970er-Jahren war es ein erklärtes Ziel, allen Kindern schon in der Grundschule erste naturwissenschaftliche Erfahrungen zu ermöglichen. Aus Sicht von Michael Fritz, Vorsitzender der Bildungsstiftung "Haus der kleinen Forscher", hat dieses Anliegen keineswegs an Relevanz verloren.

"Durch forschendes Lernen, durch die Auseinandersetzung mit Naturwissenschaft und Technik vermitteln wir wichtige Kompetenzen, die über reine Inhalte weit hinausgehen. Neugier und die Lust, neue Dinge zu entdecken sowie mit Veränderungen umzugehen, sind wichtige Schlüsselkompetenzen für die Zukunft", erklärt er. Deshalb kümmert sich die Stiftung intensiv um die naturwissenschaftliche Weiterbildung von Pädagogen in Kindergärten und Grundschulen.

Eine Beobachtung aus vielen Jahren Lobbyarbeit für kleine Forscher: Zwischen Lehrplan und Realität liegen oft Welten. Sicher arbeiten an deutschen Grundschulen viele engagierte Lehrkräfte, in deren Sachunterricht Fragen aus Natur und Technik fundiert und altersgemäß beantwortet werden. Auf der anderen Seite gibt es immer noch große Berührungsängste mit den Naturwissenschaften.

Als einen wichtigen Grund dafür sehen Experten die Struktur des Sachunterrichts. Er besteht aus zwei Teilen, aus naturwissenschaftlichen und gesellschaftlich-historischen Inhalten. Diese beiden Felder müssen die Pädagogen in ihrer Ausbildung und im Unterrichtsalltag abdecken - ein Spagat oft auf Kosten der Naturwissenschaften.

Schon im Studium machen viele Studierende einen großen Bogen um physikalische oder chemische Inhalte. Eine Folge: Im Sachunterricht wird lieber über Tulpenwachstum gesprochen als über Stromkreise oder Roboter.

Kinder wollen Dinge vor allem ausprobieren

Matthias Furtner ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Grundschuldidaktik und Sachunterricht der Uni Hildesheim und kennt die Berührungsängste gut. "Viele angehende Grundschullehrkräfte haben in ihrer eigenen Schulzeit nur wenig positive Erfahrungen mit Naturwissenschaften gesammelt. Entsprechend groß ist die Unsicherheit zum Beispiel beim Experimentieren", erklärt er.

In seinen Seminaren gibt er deshalb zuerst einmal Entwarnung. Kinder - egal ob Jungen oder Mädchen - für naturwissenschaftliche Phänomene zu begeistern ist aus seiner Sicht nicht schwer. Allein ihre natürliche Neugier macht sie zu kleinen Forschern - mit erstaunlichen Parallelen zu richtigen Wissenschaftlern. Auch Kinder wollen Dinge vor allem ausprobieren, sie nehmen sie in die Hand, riechen dran und beobachten genau. Und sie stellen wichtige Fragen, den Pädagogen, aber auch den anderen Kindern.

"Die Aufgabe der Lehrer ist es, die Schüler dabei zu unterstützen, selbst Hypothesen zu entwickeln und Antworten zu finden. Durch das Ausprobieren, das Fragen und durch eigene Ideen wird der kindliche Forschergeist gestärkt, im Idealfall über die Grundschule hinaus", sagt Furtner. Dafür brauche es nicht zwingend ausgebildete Chemiker oder Physiker. Formeln oder komplizierte Gesetze spielen in der Grundschule ohnehin nur eine untergeordnete Rolle.

Viel wichtiger sind Lehrkräfte, die die Kinder fachlich fundiert und mit großer Begeisterung bei der Beantwortung ihrer Fragen begleiten. Auf diese für viele Pädagogen beruhigende Erkenntnis setzen auch die Fortbildungen des "Hauses der kleinen Forscher". Statt sperriger Erklärungen und trockener Exkurse in Kreidephysik bekommen die Teilnehmer selbst die Gelegenheit zu experimentieren. "Wir wollen so Ängste abbauen und Lust auf das Forschen machen. Das geht am besten mit ähnlichen Erfahrungen, wie sie die Kinder machen", erklärt Fritz.

Viele Pädagogen stellen so schnell fest, dass die Vermittlung von Fragestellungen aus Natur und Technik kein Hexenwerk sei. Zum Beispiel können die Kinder ganz einfach ausprobieren, welche Materialien schwimmen und welche nicht. Dabei stellen sie mit Erstaunen fest, dass ein tonnenschweres Schiff aus Stahl problemlos schwimmt, aber ein Stück Eisen sofort untergeht. Dieser Widerspruch regt sie zum Nachdenken und Spekulieren an.

"Durch das aktive Handeln und anschließende Reflektieren entwickeln Kinder eigene Erklärungsansätze", sagt Fritz. Die Pädagogen sieht er eher als Lernbegleiter, die Impulse geben und die Neugier unterstützen, aber möglichst wenig von oben vorgeben.

"Mein Ziel ist es, dass jeder mit einem Erfolg aus der Stunde geht"

Als Anstoßgeber versteht sich auch Bernd Müller. Frontalunterricht ist in seinem Lego-Raum deshalb auch die Ausnahme. Stattdessen bauen und programmieren die Kinder in Zweierteams ihre eigenen Morsetasten. Der Lehrer greift nur ein, wenn die Bluetooth-Verbindung mal wieder hakt oder partout keine Töne erklingen wollen. "Nicht immer müssen alle Experimente klappen. Mein Ziel ist es, dass jeder mit einem Erfolg aus der Stunde geht. Deshalb ist es wichtig, den Kindern Hilfestellungen zu geben, aber keine vorgefertigten Lösungen", erklärt er.

Innerhalb weniger Minuten haben alle Schülerpaare ihren Morseapparat zusammengebaut. Etwas anspruchsvoller ist das Verbinden der Steine mit der Programmieroberfläche. Bis alle Lampen leuchten, vergehen einige Neustarts. Die ersten Kinder widmen sich bereits dem Programmieren. Wie Memory-Karten werden die einzelnen Befehle miteinander verbunden - wenn man die Taste kurz drückt, ertönt ein kurzer Ton, drückt man länger, wird auch der Tön länger. Nach gut einer Dreiviertelstunde piept es im ganzen Klassenraum. Die Schüler strahlen.

Ziel der Stunde ist es, ein Wort oder einen kurzen Satz zu morsen. Jan-Philip morst seinem Gruppenpartner prompt ein Kompliment: "Oli ist cool". Die Mitschüler verfolgen konzentriert jeden Ton auf dem Morsealphabet. "Egal, welche Sprache wir miteinander sprechen, um sich zu unterhalten, müssen beide sie auch verstehen", zieht Müller kurz vor dem Klingeln sein Stundenfazit. Hausaufgaben gibt es auch: Jeder soll in der nächsten Stunde seinen eigenen Namen morsen können.

Natürlich braucht nicht jede Grundschule einen eigenen Lego-Raum oder eine großzügig ausgestattete Experimentierwerkstatt mit Laptops und Tablets. Naturwissenschaftlichen Phänomenen lässt sich auch ohne teures Zubehör auf den Grund gehen. "Die Welt ist das beste Labor. Deshalb versuchen wir im ,Haus der Kleinen Forscher', alle Experimente mit Alltagsmaterialien zu gestalten. Die Kinder (und Lehrkräfte) sollen sie auch zu Hause ausprobieren können", erklärt Fritz.

Die einfache Umsetzbarkeit soll den Einzug in den Unterrichtsalltag erleichtern. Ein einfaches Projekt ist zum Beispiel der Fahrzeugbau. Dabei bekommen die Grundschüler die Gelegenheit, selbst ein Auto zu bauen. Nur die Materialien dafür werden vorbereitet, über die Konstruktion entscheiden die Kinder selbstständig.

Am Ende fahren alle Autos eine schiefe Ebene herab. Dabei beobachten die Kinder gemeinsam mit der Lehrkraft, welches Auto am weitesten fährt. Im anschließenden Unterrichtsgespräch werden eigene Hypothesen aufgestellt. Physikalische Gesetze zu Kräften spielen dabei keine Rolle, sondern vor allem die Beobachtungen und Erfahrungen der Kinder.

Roboter bauen und Verschlüsselungen knacken

Eine beliebte Alternative zum Experimentieren im Klassenzimmer sind außerschulische Lernorte. Hier können auch schon Grundschüler experimentieren oder programmieren - und das oft mit deutlich mehr Möglichkeiten und Freiheiten als im normalen Schulalltag. Außerdem werden hier moderne Themen aufgegriffen, die man in den Lehrplänen und Schulbüchern bisher vergeblich sucht, zum Beispiel Informatik, Robotik oder Datenschutz.

Ein Beispiel für einen solchen Lernort ist das Schülerlabor Informatik der RWTH Aachen. An vierstündigen Projekttagen lernen dort Dritt- und Viertklässler programmieren, bauen Roboter oder knacken Verschlüsselungen von Schatzkisten. Computerkenntnisse sind dabei nicht nötig. Die verwendete Programmiersprache ScratchJr lässt sich schon von Kindern ganz intuitiv auf einem Tablet bedienen. Entwickelt wurde sie am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Kleine Programme entstehen, indem man bunte Puzzlesteine kombiniert, Symbole ersetzen Befehle.

Auch mit dem Mini-Computer Calliope mini arbeiten die Kinder in Aachen. Er lässt sich leicht programmieren und verfügt außerdem über Sensoren, Lautsprecher und Mikrofon, kleine LED-Lämpchen und diverse Anschlüsse. So kann er zum Beispiel zum Bau von Wetterstationen, Robotern oder Musikinstrumenten verwendet werden. Andere Projekte vermitteln die Grundlage der Informatik ganz analog. Zum Beispiel bauen die Schüler aus Papier und Kleber ein Verschlüsselungswerkzeug, mit dem sie sich gegenseitig geheime Botschaften schicken können.

Für Schülerlabor-Leiterin Nadine Bergner ist die frühe Beschäftigung mit Informatik sehr wichtig. "Die Kinder wachsen in einer digitalen Welt auf, Smartphones, Tablets oder soziale Netzwerke sind eine Selbstverständlichkeit. Diese neuen Medien nur bedienen zu können reicht nicht aus", sagt sie. Die Kinder müssten lernen, was mit Daten im Netz passiert oder wie Programme funktionieren, wie Informationen gespeichert und verbreitet werden.

"Es geht dabei nicht darum, jeden Grundschüler zu einem Informatiker zu machen. Viel wichtiger ist, ein Grundverständnis zu vermitteln, mit dem sie zu mündigen Nutzern und Gestaltern werden können", erklärt Bergner. Mit dieser Haltung stößt sie bei den Grundschulen der Region auf großes Interesse. Inzwischen arbeitet das Schülerlabor mit 15 Grundschulen in der Region zusammen, die regelmäßig für Projekte vorbeikommen. Zusätzlich gibt es kostenlose Unterrichtsmaterialien für die Lehrkräfte. Auch Fortbildungen werden angeboten.

Großer Zuspruch kommt auch von den Eltern. Sie sind heilfroh, dass fachkundige Experten sie bei der schwierigen Erklärung des Internets unterstützen. Auch Bedenken, dass die Kinder zu viel vor Bildschirmen sitzen, gibt es nur selten. Meistens überwiegt eher der Stolz, wenn die Kinder ihren Eltern zeigen, dass sie eine App programmiert haben.

"Nicht nur Arbeitsblätter abarbeiten": Der Pädagogik-Professor Jörg Ramseger über Naturwissenschaften in der Grundschule Warum ist aus Ihrer Sicht die frühe Beschäftigung mit Fragen aus den Naturwissenschaften und der Technik wichtig?

Es gibt zwei Argumente. Die Kinder selbst haben viele Fragen zu Natur und Technik und suchen nach Erklärungen. Die Schule ist in der Pflicht, sie bei der Suche nach Antworten zu unterstützen. Der andere Grund ist eine wichtige Aufgabe der Grundschule. Sie ermöglicht den Übergang vom freien Lernen im Kindergarten hin zum stark strukturierten, leistungsorientieren Lernen in der Sekundarstufe. Zu diesem Übergangsprozess gehört auch das Erlernen von naturwissenschaftlichen Denkprozessen und der strukturierte Umgang mit Forschungsfragen.

Welche Fähigkeiten lassen sich beim Erforschen von Natur und Technik vermitteln?

Eine wichtige Kompetenz ist das sachliche, von Emotionen möglichst freie Denken und Argumentieren. Auch der Austausch von Argumenten in einem gesitteten Dialog ist ein wichtiger Kern der Naturwissenschaften, wichtiger sogar als das Experimentieren selbst. Die Versuche sind schließlich eher ein Mittel zum Zweck, um neue Erkenntnisse zu produzieren. Viele wichtige Dinge lernen die Kinder durch genaue Beobachtungen, die Überprüfung von eigenen Annahmen und das anschließende gemeinsame Nachdenken über Ursache und Wirkung.

Wie sieht guter naturwissenschaftlicher Unterricht in der Grundschule aus?

Der Unterricht sollte mit einer kindgerechten Frage an die Welt beginnen. Dafür ist es wichtig, die Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler aufzugreifen. Nur so kann ich sie wirklich erreichen und in ihrer Denkwelt abholen. Außerdem ist es wichtig, die Kinder möglichst weitgehend selbstständig nach Lösungen und Antworten suchen zu lassen. Das erfordert allerdings viel Geduld und Rücksichtnahme vonseiten der Pädagogen. Sie müssen den Kindern genug Platz und Zeit für das Aufstellen eigener Hypothesen und den Austausch von Argumenten lassen. Leichter gesagt als getan: Zu große Klassen und - wo er noch praktiziert wird - Unterricht im 45-Minuten-Takt beschränken das kindliche Erforschen immens.

Haben Sie ein Beispiel für eine passende Fragestellung?

Zum Beispiel könnten sich die Schülerinnen und Schüler mit der Frage beschäftigen, wie Pflanzen im Klassenzimmer am besten wachsen. Stehen sie am besten in der Sonne oder im Schatten? Genügt es, sie einmal pro Woche zu gießen, oder brauchen sie jeden Tag Wasser? Gibt es Unterschiede zwischen verschiedenen Pflanzen? Das sind interessante Fragen, die Kinder schon im Grundschulalter selbstständig beantworten können. Die Lehrkraft begleitet diesen Erkenntnisprozess und lenkt ihn, wenn nötig, in die richtige Richtung.

Wie wichtig ist das Fachwissen der Lehrkräfte? Immerhin haben die wenigsten Grundschulpädagogen zusätzlich Informatik, Physik oder Chemie studiert.

Die Lehrkräfte sollten sich schon kundig machen und nicht nur Arbeitsblätter abarbeiten. Zum Glück gibt es jedoch heute viele Angebote, um das Basiswissen aus der eigenen Schulzeit zu vertiefen. Mindestens so wichtig wie das Fachwissen ist aus meiner Sicht die eigene Motivation und die Überwindung möglicher Berührungsängste mit den Naturwissenschaften. Die weiterführenden Schulen produzieren bei ihren Schülerinnen und Schülern leider sehr oft eher eine Phobie für Mathe oder Physik, als dass sie Lust darauf wecken.

Können Grundschulen so viel Lust auf Naturwissenschaften und Technik machen, dass sich mehr junge Menschen fürs Mathe-, Informatik- oder Ingenieurwesens-Studium entscheiden?

Die Grundschule kann eine gute Basis für einen unbefangenen Umgang mit den Naturwissenschaften legen. Die Kinder haben schließlich noch keine Vorbehalte, sondern interessieren sich brennend für die Welt und damit auch für Natur und Technik. Das gilt übrigens auch für die Mädchen. Auf den weiterführenden Schulen sieht das schon ganz anders aus. Dort fällt eine naturwissenschaftliche Förderung von Mädchen deutlich schwerer. Leider nutzen die weiterführenden Schulen die gute Basis aus den Grundschulen kaum. Naturwissenschaften werden dort viel stärker in Fachstrukturen und Leistungsbewertungen gezwängt. Die forschende Auseinandersetzung mit der Welt, die Entwicklung von eigenen Hypothesen und die selbstständige Suche nach Antworten kommt viel zu kurz. Das demotiviert viele Schülerinnen und Schüler - übrigens völlig zu Recht.

Zur Person: Prof. i. R. Dr. Jörg Ramseger war bis zu seiner Pensionierung im Jahr 2016 Universitätsprofessor für Schulpädagogik mit dem Schwerpunkt Grundschule an der Freien Universität Berlin.Von Birk Grüling
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