2.2: Den Fehler suchen

Autoren:
Publikation:	9.10.2017
Lernstufe:	2
Übersicht:	Die Schüler untersuchen eine Taschenlampe, die nicht funktioniert. Sie lernen mögliche Gründe (Variablen) einzugrenzen, um die Ursache eines beobachteten Effektes zu bestimmen.
Angestrebte Kenntnisse:	Wissenschaftlich denken, kritisch denken: Sich eine Methode aneignen, um die Ursache eines Phänomens zu finden. Für Anfänger: Durch Herantasten und Ausprobieren die richtige Ursache (aus mehreren möglichen Ursachen) einkreisen. Kompetenzen: Mit Unterstützung des Lehrers forschendes Lernen betrei­ben: Bauteile und Funktionsweise eines einfachen Stromkreises kennen; einfache Gegenstände und Vorgänge des Alltags beobachten.
Schwerpunkt:	Sachunterricht, Deutsch
Dauer:	Aktivität 1: 45 Minuten bis 1 Stunde Aktivität 2: 1 Stunde bis 1 Stunde 15 Minuten
Material:	Für jede Schülergruppe: eine Taschenlampe (flache Taschenlampen eignen sich besser, weil man sie leichter öffnen kann und besser an die Bauteile im Inneren heran­kommt) Für jeden Schüler: den Evaluationsbogen 6: "Mit wenn-dann-Sätzen erklären"
Herkunft:	La main à la pâte, Paris

Aktivität 1: Wie funktioniert eine Taschenlampe?

Ablauf: Die Schüler erkunden einen technischen Gegenstand: eine Taschen­lampe. Sie wiederholen ihre Kenntnisse über offene und geschlossene Strom­kreise.

Botschaft zum Mitnehmen: Wenn man bei einer Taschenlampe den Schal­ter/Knopf betätigt, schließt sich ein Stromkreis. Die Taschenlampe funktioniert nur dann, wenn alle ihre Bauteile funktionstüchtig sind.

Vorbemerkung: Diese Unterrichtsstunde sollte man vorzugsweise durchfüh­ren, nachdem sich die Schüler mit dem Thema Stromkreise befasst haben. Hier wird das Thema Stromkreise mit der Kausalitätsthematik verknüpft.

Der Lehrer verteilt die Taschenlampen, eine pro Schülergruppe, und fragt: "Wie funktioniert eurer Meinung nach eine Taschenlampe?" Die Schüler erkennen und benennen die einzelnen Bauteile: eine Glühlampe, eine Batterie, ein Schal­ter. Manche beschreiben vielleicht sogar das, was sich im Innern der Taschen­lampe befindet (obwohl sie sie noch nicht geöffnet haben), und wie alles ver­bunden ist.

Der Lehrer schlägt vor die Taschenlampen zu öffnen, um mehr zu erfahren. Die Schüler zeichnen jeder für sich den Aufbau und verdeutlichen in ihrer Zeich­nung, wie die Taschenlampe funktioniert. Nach einigen Minuten setzt sich die ganze Klasse zusammen und erstellt an der Tafel eine gemeinsame Zeichnung mit Legende: eine oder zwei Rundbatterien (oder eine Flachbatterie mit An­schlusszungen, falls es sich um eine flache Taschenlampe handelt [1]); ein Gehäuse aus Metall oder Kunststoff, eine Glühlampe (mit Sockel, Glaskolben und Glühfaden), ein Schalter.

Abb. 1: Taschenlampe – mit Flachbatterie (oben) und Rundbatterien (unten)

Je nach Niveau der Klasse und je nachdem, was die Schüler über Stromkreise gelernt haben, kann die Zeichnung mehr oder weniger "technisch" sein.

Abb. 2: Funktionsweise einer Taschenlampe

Die Klasse diskutiert über die Zeichnungen: "Was muss man machen, damit die Taschenlampe funktioniert?" Die Vorschläge der Schüler werden an die Tafel geschrieben: "Man braucht ein Gehäuse mit einem Schalter, eine Glüh­lampe, eine Batterie ... und all diese Bauteile müssen funktionstüchtig und richtig verbunden sein."

Aktivität 2: Wo ist der Fehler?

Ablauf: Die Schüler sollen herausfinden, weshalb die Taschenlampe nicht funktioniert. Sie machen sich gemeinsam auf die Fehlersuche und befassen sich erneut mit dem Begriff der Kausalität – der Verbindung von Ursache und Wirkung (Phase 1). Anschließend übertragen sie das Kausalitätsprinzip (es gibt keine Wirkung ohne Ursache) auf Situationen in ihrem Alltag (Phase 2).

Botschaft zum Mitnehmen: Eine Ursache ist ein Ereignis, das ein weiteres Ereignis (= die Wirkung) auslöst. Eine Wirkung ist ein Ereignis, das durch ein anderes Ereignis (= die Ursache) verursacht wird. Es ist wichtig, im Alltag zwischen Ursache und Wirkung unterscheiden zu können. Will man die Ursache eines Problems/einer Beobachtung herausfinden, sollte man sich Schritt für Schritt herantasten: Man probiert eine Sache aus und schaut, was passiert; dann probiert man eine andere Sache aus und schaut erneut, was passiert.

Vorbereitung der Aktivität: Während einer Unterrichtspause (oder in den Tagen zwischen den beiden Aktivitäten, falls sie an unterschiedlichen Tagen durchgeführt werden) "manipuliert" der Lehrer jede Taschenlampe und baut einen Fehler ein. Er nummeriert die Taschenlampen durch, damit er weiß, bei welcher Taschenlampe er welchen Fehler eingebaut hat. Er kann zum Beispiel: die Batterie(n) falsch herum einsetzen; eine leere Batterie einsetzen; die Glühlampe losschrauben; eine Glühlampe mit einem kaputten Glühfaden ein­setzen; den Schalter so verformen/verändern, dass der Stromkreis nicht ge­schlossen werden kann (leider kommt man nicht bei allen Taschenlampen an den Schalter heran); den Stromkreis unterbrechen durch Verformung/Ent­fernung einer Anschlusszunge der Batterie (nur bei einer Taschenlampe mit Flachbatterie möglich).

Es sollten zwei oder drei Schülergruppen am gleichen Fehler arbeiten, um den Austausch zu fördern. Den älteren Schülern kann man eventuell auch eine Taschenlampe mit zwei eingebauten Fehlern in die Hand drücken. Das macht die späteren Überlegungen interessanter.

Phase 1: Warum geht die Taschenlampe nicht an? (ca. 30 min)

Die Schüler lernen Variablen einzugrenzen, um die Ursache eines beobachteten Effektes zu bestimmen. Sie bekommen vom Lehrer die manipulierten Taschen­lampen ausgehändigt mit dem Auftrag herauszufinden, weshalb die Lampe nicht leuchtet: "Was ist die Ursache des Problems?" Man kann wieder disku­tieren und trennen, was in diesem Fall die Ursache und was die Wirkung (die Folge) ist. Der beobachtete Effekt (die Wirkung) ist, dass die Lampe nicht leuchtet. Und die Ursache ist der Grund, weshalb sie nicht leuchtet. Diese Ursache müssen die Schüler finden.

Die Schüler arbeiten in Gruppen, bevor sie ihre Erkenntnisse mit der ganzen Klasse teilen. Sie nennen alle möglichen Fehlerursachen, die dazu führen könnten, dass die Lampe nicht leuchtet. Die Klasse diskutiert darüber, dass im Fall der Taschenlampe mehrere Ursachen zur gleichen Wirkung führen: Die Lampe leuchtet nicht.

In einer Gruppe gibt es vielleicht einen Sonderfall: dass die Lampe aus zwei Gründen nicht leuchtet. Behebt man nur den einen Fehler, leuchtet die Lampe immer noch nicht. Sie leuchtet erst, wenn beide Fehler behoben sind.

Um den Schülern bei der Nennung der möglichen Fehler zu helfen, kann man eine Tabelle an die Tafel zeichnen, in der die Spalte "Wirkung" bereits ausge­füllt ist: "Die Lampe leuchtet nicht." Um die Kausalität auszudrücken, kann der Lehrer die Schüler bitten, logische Verbindungswörter zu benutzen: "weil" (drückt die Ursache aus), "deshalb" (drückt die Folge/die Wirkung aus). Bei­spiel: "Die Batterien waren falsch herum eingesetzt, deshalb hat die Lampe nicht geleuchtet." Oder umgekehrt: "Die Lampe leuchtet nicht, weil die Batte­rien falsch herum eingesetzt sind."

Taschen­lampe	Ursache	DESHALB → WEIL ←	Wirkung
1	Die Glühlampe ist lose einge­schraubt.		Die Lampe leuchtet nicht.
2	Der Glühdraht der Lampe ist kaputt.		Die Lampe leuchtet nicht.
3	Eine der beiden Batterien (bzw. die Batterie) ist leer.		Die Lampe leuchtet nicht.
4	Die Batterie(n) ist/sind falsch herum eingesetzt.		Die Lampe leuchtet nicht.
5	Zwischen Batterie und Kontakt­punkt der Glühlampe steckt ein Stück Papier.		Die Lampe leuchtet nicht.

Tab. 1: Warum leuchtet die Lampe nicht?

An dieser Stelle können die Schüler eine kurze Definition von Ursache und Wir­kung aufschreiben:

Phase 2: Ursachen und Auswirkungen in unserem Alltag (ca. 30 min)

Die Schüler sollen sich eine oder zwei Situationen aus ihrem Alltag überlegen, in denen die Verbindung zwischen Ursache und Wirkung deutlich wird. Sie teilen ihre Beispiele mündlich mit oder halten sie schriftlich (eventuell in Form einer Zeichnung) fest. Meistens denken die Schüler zunächst an technische Beispiele – angelehnt an das Beispiel der Taschenlampe. Der Lehrer ermuntert sie weiterzusuchen, an andere Bereiche zu denken, zum Beispiel an soziale Beziehungen.

Damit die Schüler ihre (kausalen) Sätze formulieren können, nennt der Lehrer ihnen die geeigneten Satzelemente: "Wenn [dieses oder jenes passiert], liegt es daran, dass ..."; "Wegen [diesem und jenem] [passiert dieses oder jenes]"; "Ich mache [dieses oder jenes], und deshalb ..."; "..., daraus folgt ..."; "... und das bewirkt, dass ..."; "..., infolgedessen ..." usw. Die Kausalität wird oft auch ohne Verbindungswörter ausgedrückt, es reicht ein Komma oder ein Doppelpunkt.

Beispiele der Schüler:

• Ich drücke die Spültaste der Toilette, und deshalb fließt Wasser.
• Dass es in meinem Zimmer so kalt ist, liegt daran, dass ich mein Fenster offengelassen habe.
• Wegen einer kaputten Schiene ist der Zugverkehr unterbrochen.
• Meine Schwester weint, weil sie hingefallen ist.
• Ich trödele beim Abendessen, das ärgert meine Eltern.
• Die Pflanze im Klassenraum wurde in den Ferien nicht begossen, infolge­dessen ist sie vertrocknet.
• Wenn man zu lange läuft, tun einem die Füße weh.
• Es schneit, daher gibt es Staus in der Stadt, es liegt Schneematsch, mein Anorak ist nass usw.
• Es gibt zwei Ursachen für das Aussterben der Dinosaurier: ein Meteorit, der auf der Erde eingeschlagen ist, und eine lange Periode mit starker Vulkanaktivität.

Der Lehrer kann wieder eine Tabelle verwenden.

Ursache	DESHALB → WEIL ←	Wirkung
Mir ist ein Ei heruntergefallen.		...
Es hat heute Nacht geschneit.		...
...		Das hat mich zum Lachen gebracht.

Tab. 2: Ursache und Wirkung im Alltag

Zusammenfassung

Die Schüler verfassen eine gemeinsame Zusammenfassung:

Evaluation

Der Lehrer kann für die Evaluation den Evaluationsbogen 6 (Mit wenn-dann-Sätzen erklären) verwenden. In der Aufgabe geht es darum, dass die Schüler die möglichen Ursachen bzw. Wirkungen von Ereignissen beschreiben.

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Fußnote

1: Die flachen Taschenlampen bekommt man heutzutage nicht mehr so leicht. Sie sind für die Schule aber besser geeignet, weil man besonders gut an das Innenleben herankommt.

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