Schon lange entwickelt sich der Unterricht weg vom Lehrkraftfokus hin zur Schülerorientierung. Gerade in den MINT-Fächern soll laut Bildungsplan wissenschaftspropädeutischer oder problemorientierter Unterricht als Teil des forschend-entdeckenden Lernens einen Fokus in der Umsetzung der Fachthemen darstellen. Tipps und Tricks zur praktischen Umsetzung im Unterricht bietet dieser Beitrag.
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Gründe für Problemorientierung im Unterricht
Problemorientierter Unterricht fördert durch den schülerzentrierten Ansatz die kognitive Aktivierung und Selbstständigkeit der Lernenden. Damit werden nicht nur reine Fachinhalte vermittelt, sondern auch fachspezifische und übergreifende Kompetenzen sowie transferfähiges Wissen. Vorreiterfach ist dabei Biologie gefolgt von Chemie. Aber auch in anderen naturwissenschaftlichen Fächern wie Mathematik, Physik und Informatik wird eine häufigere und stärkere Problemorientierung gefordert. Gemeinsam ist allen Fächern hinsichtlich der Problemorientierung, dass es um problemorientiertes Lernen geht.
Problemorientiertes Lernen
Unter problemorientiertem Lernen versteht man ein Lernen durch Problemlösen. In dieser Lernform sollen die Schüler:innen weitgehend selbstständig eine Lösung für ein vorgegebenes Problem finden. Problembasiertes Lernen steht daher für selbstbestimmtes, forschend-entdeckendes Lernen in einem handlungsorientierten Unterricht. Das Prinzip ist immer dasselbe: Die Schüler:innen analysieren ein Thema oder eine Frage. Dabei suchen sie ggf. passende Informationen und durchforschen diese, um schließlich eine Lösung zu finden. Die Lehrkraft rückt dabei in den Hintergrund und übernimmt die Tutorenrolle eines Lerncoaches im selbstgesteuerten Lernen. Dieser Lernansatz kann auf die unterschiedlichsten Themenbereiche angewendet werden – so beispielsweise im Fach Mathematik von der Experimentellen Geometrie über das Erforschen zentrierter Polygonalzahlen bis hin zur Kurvenanpassung. Methodisch können dabei im didaktischen Ansatz beispielsweise der Bau von Modellen oder die Verwendung von Simulationen zur Enaktivierung der Schüler:innen dienen. Beispielhaft können Sie durch ein Rollenspiel zu Beginn eine Problemfrage aufwerfen, z. B. zur Erarbeitung des Unterschieds zwischen Glucose und Fructose im Fach Chemie.
Problemorientierter Unterricht in Biologie und Chemie
Problemorientierter Unterricht folgt der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung, dem sogenannten deduktiv-hypothetischen Vorgehen. Sie können die Schüler:innen dabei in die Rolle von Forscher:innen schlüpfen lassen. In dieser erforschen sie die Problemfrage in Gruppenarbeit und stärken dabei gleichzeitig ihre Sozialkompetenz.
Problemorientierter Unterricht Phasen:
- Einstieg: Zu Beginn steht ein Phänomen oder Problem, das als Forscherfrage formuliert wird.
- Hypothesen: Mithilfe des vorhandenen Vorwissens werden Erklärungsversuche in Form von Hypothesen aufgestellt.
- Überprüfung der Hypothesen: Die aufgestellten Hypothesen werden durch eines oder mehrere Experimente getestet.
- Erarbeitung: Idealerweise werden die Experimente von den Schülerinnen und Schülern selbst entwickelt und anschließend durchgeführt.
- Auswertung und Sicherung: Anhand der Versuchsergebnisse werden die Hypothesen verifiziert oder falsifiziert. Dazu werden Vorhersagen über das Versuchsergebnis aufgestellt, falls die untersuchte Hypothese richtig wäre. Es können sich dabei auch neue Hypothesen oder weiterführende Fragen ergeben. Die Ergebnisse werden schriftlich im Versuchsprotokoll festgehalten.
- Vertiefung: Die Erkenntnisse werden in Transferaufgaben auf andere Beispiele angewendet.
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Problemorientierter Unterrichtseinstieg
Die Herausforderung in der Planung eines problemorientierten Unterrichts, ist das Auffinden geeigneter Problemfragen bzw. problembehafteter Ideen als Unterrichtseinstieg. Auf den ersten Blick scheinen viele Unterrichtsthemen nicht fragwürdig genug zu sein, um einen derartigen Unterricht zu entwickeln. Hier heißt es daher etwas um die Ecke zu denken und sich teilweise „Probleme zu machen“. Die Problemfrage kann in unterschiedliche Art und Weise aufgeworfen werden wie z. B. als stiller Bildimpuls, in Form eines Dialoges oder Rollenspiels oder als offene Leserfrage an einen Verlag. Der Fantasie sind fast keine Grenzen gesetzt. Sie können die Forscherfrage auch in ein Mystery oder Classroom Escape einbetten und z. B. die Frage aufwerfen, was Neobiota mit Klimawandel zu tun haben.
Lösungsfindung durch Experimente und Recherche
Zur Lösungsfindung der Problemfrage können die Schüler:innen nach passenden Informationen beispielsweise im Internet recherchieren und/oder selbstständig Experimente planen und durchführen. Dabei sollten die Schüler:innen im Schreiben von Versuchsprotokollen versiert sein.
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Podiumsdiskussionen zu bioethischen Themen
Gerade im Zusammenhang mit bioethischen Themen ergeben sich viele Forscherfragen. Diese eignen sich besonders gut zum schülerzentrierten, problemorientierten Unterricht mit bioethischem Diskurs. Dabei schulen die Lernenden ihre Argumentations- und Diskussionsfähigkeit. Zahlreiche Themen, besonders aus den Bereichen Ökologie und Genetik, bieten sich an, wie z. B. die Xenotransplantation mit CRISPR/Cas, die Organspende als Pflicht für alle oder der Zusammenhang zwischen dem Rückgang der Gorillas und Smartphones, um nur einige Beispiele zu nennen.
Letztendlich geht es in allen beschriebenen Szenarien darum, die Schüler:innen zu motivieren, selbständig Probleme zu erkennen und zu lösen. Wir wünschen Ihnen viel Spaß dabei!
