Kleine Naturwissenschaftler und ihre naiven Konzepte

Naturwissenschaftliche Phänomen umgeben uns überall im Alltag: Ganz gleich ob Kinder beobachten, dass eine Pfütze trocknet, erleben, dass ein Eiswürfel schmilzt oder auch, wenn Kinder einen Turm bauen – dahinter stecken Physik, Technik & Co. Mit einem Basiswissen darüber, wie die Natur funktioniert, lässt sich der Alltag somit besser meistern. Die Grundschulstudie TIMSS (Trends in International Mathematics and Science Study), die weltweit alle vier Jahre den Lernstand von Viertklässlern in Mathematik und Naturwissenschaften erhebt, zeigt wiederholt: Grundschulkinder in Deutschland erbringen im OECD-Vergleich in den Naturwissenschaften mittlere Leistungen. Experten fordern daher, dass naturwissenschaftliche Bildung früh beginnt. „Es ist sinnvoll, bereits in der Kita bei Kindern eine Basis an entsprechendem Wissen zu legen, auf das die Lehrkräfte in der Grundschule aufbauen können“, erklärt Miriam Leuchter. Daher will die Professorin für Grundschulpädagogik wissen, welche Erkenntnisse und Erfahrungen in Naturwissenschaften Vorschulkinder haben und wie man den Kleinen ermöglichen kann, vor dem Eintritt in die Schule eventuelle Bildungsdefizite aufzuarbeiten. 

Datenerhebung alles andere als einfach 

Dazu muss Miriam Leuchter die Vorstellungen der Kleinen zunächst erfassen. Allerdings stellt die Erhebung der kindlichen Denkweise Leuchter und ihr Team vor Herausforderungen. „Wir können Vorschulkinder nicht wie Jugendliche einen Fragebogen ausfüllen lassen oder sie konkret befragen“, erklärt die Wissenschaftlerin. Schließlich könnten die Kinder noch nicht lesen und auch seien naturwissenschaftliche Phänomene zu komplex für sie. Die Lösung: Die Forschenden beschränken sich auf einen Kleinstausschnitt eines naturwissenschaftlichen Phänomens. Mit welcher Herangehensweise aber können sie der Denke der Kinder auf die Schliche kommen? Sprache darf bei der Erhebung keine ausschlaggebende Rolle spielen. „Kinder in dem Alter haben eine unterschiedliche Sprachkompetenz, so dass sie qualitativ unterschiedlich antworten“, erklärt Leuchter. Daher lassen die Forschenden die Kinder sortieren, auf Dinge zeigen oder kleine Aufgaben durchführen. 

Kompetenzen der 5- bis 6-jährigen Kinder fördern

Mit ihrem Team untersucht Miriam Leuchter unterschiedliche Facetten naturwissenschaftlicher Sachverhalte, darunter „Schwimmen und Sinken“ oder „Bauen von Brücken“. Welche Vorstellungen haben die Kinder etwa bei schwimmenden Körpern? Bei ihrer Arbeit mit den Kindern beschränken sich die Forscher auf Vollkörper. Darunter versteht man ausgefüllte Objekte wie Billardkugeln, Steine oder Murmeln. Häufig gehen Kinder davon aus, dass es auf die Größe oder die Form ankommt, ob etwas schwimmt oder sinkt. Nur selten erkennen sie, dass das Material zunächst eine ausschlaggebende Rolle spielt. „Wir schauen beispielsweise, ob die Kinder verstehen, dass Gegenstand A aus einem anderen Material beschaffen ist als Gegenstand B, denn dass nicht alles aus demselben Material gemacht ist und die verschiedenen Materialien über unterschiedliche Eigenschaften verfügen, ist eine wichtige wissenschaftliche Erkenntnis“, unterstreicht die pädagogische Psychologin. Die naiven Konzepte, dass es auf die Größe oder die Form des Gegenstands ankommt, dass er schwimmt oder sinkt, entwickeln Kinder durch Erfahrungen in der Alltagswelt. Sie sind aber mit wissenschaftlichen Sichtweisen oft nicht vereinbar. „Manche glauben, alle Körper mit Loch sinken, weil sie Wasser durchlaufen lassen oder alle großen Körper sinken, weil sie groß und schwer sind, wogegen andere denken, dass große Körper gerade wegen ihrer Größe eben nicht sinken“. Diese naiven Konzepte versucht das Forschungsteam zu erschüttern mit dem Ziel: „Wir wollen sehen, wie wir bestmöglich mit den Kindern arbeiten können, damit sie in ihrem Wissen weiterkommen“, so Leuchter. In einer Studie konnte das Team sehen, dass 5- bis 6-jährige Kinder ihre naiven Konzepte besser überwinden und einen höheren Lernzuwachs und stärkere Lernfortschritte erzielen, wenn sie mit gezielt erarbeitetem Material und sprachlicher Unterstützung angeleitet werden. Insbesondere die passgenaue sprachliche Unterstützung ist laut Leuchter zentral, „das wird jedoch im Kita-Alltag und auch in der Schule zu wenig angeboten“. 

Angeleitetes Spiel: Beobachten, Vermuten, Überprüfen 

Dreh- und Angelpunkt beim Wissenserwerb in der Kita sind die pädagogischen Fachkräfte. „In unseren Studien haben wir herausgefunden, dass individuelle Unterstützungsmaßnahmen durch verbale Interaktionen für die Kinder enorm wichtig sind“, so Leuchter. Diese bieten den Kleinen, während sie sich mit einem naturwissenschaftlichen Phänomen beschäftigen, ein kognitives Gerüst, mit dem sie Zusammenhänge besser erfassen und verstehen können. Als „Scaffolding“ bezeichnen Fachleute die Unterstützung des Lernprozesses durch verbale Hilfestellungen oder entsprechend aufbereitetem Material. Verbale Scaffolding-Strategien gibt es unterschiedliche. Welche hilfreich sind, haben Leuchter und ihr Team untersucht. „Nutzt die pädagogische Fachkraft durchgängig bestimmte Begriffe, mit denen sie das Material eines Gegenstands bezeichnet, unterstützt das nachweislich das Lernen junger Kinder“, unterstreicht Miriam Leuchter. Hilfreich sei auch, wenn die Erzieherinnen und Erzieher bei den Kleinen Vorwissen aktivieren, indem sie die Kinder nach ihren Erfahrungen fragen. Dadurch könnten die kleinen Lerner neue Informationen mit vorhandenem Wissen verknüpfen. Die pädagogische Fachkraft sollte auch immer wieder Begründungen von den Kindern einfordern. „Das hilft den Kindern, Hypothesen und Beobachtungen miteinander in Verbindung zu setzen“. 

Ganz wichtig, so die Forscherin, ist es, dass die Kinder selbst aktiv werden und Dinge mit naturwissenschaftlichen Herangehensweisen selbst untersuchen. Nur das führt zu stabilem Wissen. Gleichzeitig lernen die Kinder dadurch auch Denk- und Erkenntnisweisen, die sie auf andere Bereiche transferieren können. „Wenn ich schon im frühen Alter lerne, dass ich gut beobachten, meine Untersuchung mehrfach wiederholen muss oder dass Gedächtnishilfen wie etwas aufmalen hilfreich sind, dann werden wertvolle Fähigkeiten angelegt“, begründet Leuchter. 

In ihren Studien testen Miriam Leuchter und ihr Team auch Materialsettings. „Unser Ziel ist es, den Kindern so klug vorbereitetes Material an die Hand zu geben, das viele und gut verständliche Anleitungen beinhaltet“. Beispielsweise wird eine Aufgabe dann so gestaltet, dass die Kinder genau beobachten müssen, oder sie bekommen ein Bild von einem Objekt, das sie nachbauen sollen. Aber auch hier gilt: verbale Unterstützung und ein strukturiertes Setting sind das A und O. Studien zeigen, dass es Kindern mit verbaler Unterstützung in einem strukturierten spielerischen Setting früh gelingt, kontrollierte Experimente zu erkennen.

Alltägliche Aktivitäten nutzen

Wie aber lässt sich das Experimentieren in den Kita-Alltag integrieren? Eigene Versuchsaufbauten müssen nicht zwingend sein. „Alltägliche Aktivitäten von Kindern wie das Spiel mit Kugelbahnen bieten vielfältige Möglichkeiten, naturwissenschaftliche Erkenntnisprozesse wie Beobachten, Fragen stellen, Vermuten, Untersuchungen planen und durchführen oder Überprüfen zu erleben“, unterstreicht Leuchter. So gut wie jede Kita habe eine Kugelbahn sowie Kugeln in verschiedenen Größen, Farben und Materialien. Damit könnte man ganz unterschiedliche Aspekte beobachten und ausprobieren, beispielsweise ob Kugeln aus verschiedenen Materialien unterschiedlich schnell rollen oder was mit den rollenden Kugeln passiert, wenn die Bahn länger, kürzer, steiler oder flacher ist. Braucht es feste Zeiten in der Kita, zu denen experimentiert wird? „Nein, wichtig ist, dass pädagogische Fachkraft und Kita-Leitung Interesse haben, einen Freiraum zum Forschen geben sowie den Forschungsprozess anregen und begleiten“, so Leuchter. Wie dies aussehen kann, ist den Bedingungen in der Kita geschuldet. 

Thematische sachunterrichtliche Anknüpfungspunkte gibt es in der Kita zahlreiche. In einem aktuellen Forschungsvorhaben, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird, untersucht Leuchter anhand von Statik, wie mit dem Spielen mit Bauklötzchen das Lernen und Problemlösen der Kinder gefördert werden kann. 

Miriam Leuchter ist seit 2016 Professorin am Arbeitsbereich Grundschulpädagogik am Campus Landau. Zuvor war sie ab 2011 Professorin an der Universität Münster und von 2008 bis 2011 an der pädagogischen Hochschule Zentralschweiz. Sie forscht in den Bereichen frühe naturwissenschaftliche Bildung sowie die automatisierte Lernunterstützung mit digitalen lernenden Systemen. Im Rahmen von drei von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekten beschäftigt sie sich mit kindlichen mathematischen und naturwissenschaftlichen Konzepten und ihrer Förderung („Wir lernen Mathematik, WILMA“, 2015-2019, „Bauspiel“, 2016-2019 und aktuell das Projekt „Pädagogische Fachkräfte und Kinder in Naturwissenschaft und Technik, PFKiNaT“). Zwei Projekte zur automatisierten Lernunterstützung („Formatives Assessment zur Förderung des wissenschaftlichen Schreibens im Lehramtsstudium, FORALSA“ und „Formatives Assessment mit Argument Mining, ForAsAM“) werden aktuell vom Bundesforschungsministerium BMBF und vom Land Rheinland-Pfalz gefördert.

Studien & Veröffentlichungen (eine Auswahl)

Reuter, T., Weber, A. M., Flottmann, J., & Leuchter, M. (2021). Promotion of the Control of Variables Strategy Through Structured-Inquiry and Implicit Guidance Among 6- to 7-Year-Olds. Journal of Cognitive Education and Psychology, 20(2), 70-82. doi:10.1891/JCEP-D-20-00002

Studhalter, U. T., Leuchter, M., Tettenborn, A., Elmer, A., Edelsbrunner, P. A., & Saalbach, H. (2021). Early science learning: The effects of teacher talk. Learning and Instruction, 71. doi.org/10.1016/j.learninstruc.2020.101371

Weber, A. M., Reuter, T., & Leuchter, M. (2020). The Impact of a Construction Play on 5- to 6-Year-Old Children’s Reasoning About Stability. Frontiers in Psychology, 11(1737), 1-20.. doi:10.3389/fpsyg.2020.01737

Im außerschulischen Lernort FoKuS (Forschendes Lernen in Kita und Schule) bieten Miriam Leuchter und ihr Team Angebote und Räume für das forschende Lernen bereit. Der FoKuS liegt auf den Lernbereichen Sprache und Naturwissenschaften. Das Angebot richtet sich an Forschende, Pädagogische Fachkräfte, Lehrkräfte, Studierende und Kinder.