Experimente sind Untersuchungen, die nach der naturwissenschaftlichen Methodik aufgebaut sind.
1) Naturwissenschaftliche Fragestellung finden
Beim Experiment beginnt alles mit einer Frage. Diese Frage muss so formuliert sein, dass man sie mit einem Experiment überprüfen kann.
Nicht …
„Können Regenwürmer träumen?“
Wie soll man das überprüfen?
Sondern …
„Können Regenwürmer Licht wahrnehmen?“
Mit Licht und Dunkelheit kann experimentiert werden.
2) Hypothese bilden
Als Nächstes muss eine Hypothese verfasst werden, die dann im Experiment überprüft werden soll. Diese Hypothese ist eine mögliche Antwort auf die naturwissenschaftliche Frage. Eine Hypothese muss widerspruchsfrei, überprüfbar und widerlegbar sein.
Fragestellung: „Bevorzugt die Regenbogenforelle sauerstoffreiches oder sauerstoffarmes Wasser?“
Nicht …
„Regenbogenforellen mögen sauerstoffreiches oder sauerstoffarmes Wasser unterschiedlich gerne.“
Diese Aussage ist sehr ungenau. Zudem ist sie nicht widerlegbar (man kann das Gegenteil nicht beweisen).
Sondern …
„Wenn der Regenbogenforelle unterschiedlich sauerstoffreiches Wasser zur Verfügung steht, dann schwimmt sie in das sauerstoffreichere Wasser.“
Diese Hypothese lässt sich dagegen gut testen. Entweder sie stimmt, oder sie stimmt nicht.
3) Experiment planen
Bevor ein Experiment durchgeführt werden kann, muss es zunächst geplant werden. Dabei besonders wichtig: Es darf pro Versuch immer nur eine einzige Variable getestet werden! Alle anderen Variablen müssen konstant gehalten werden.
Hypothese: „Samen brauchen zum Keimen Licht, Wasser und Erde.“
Nicht …
„Ich nehme einen trockenen Topf mit Sand und stelle ihn ins Dunkle. Und ich nehme einen nassen Topf mit Erde und stelle ihn ans Fenster.“
Woran lag es nun? An der Erde, am Licht oder am Wasser? Mit diesem Experiment hätte man nicht herausgefunden, dass Samen zum Keimen gar kein Licht brauchen!
Sondern …
„Ich nehme einen trockenen Topf mit Erde und stelle ihn ans Fenster. Dann nehme ich einen nassen Topf mit Sand und stelle ihn ebenfalls ans Fenster. Des Weiteren nehme ich einen nassen Topf mit Erde und lasse ihn im Dunklen. Zuletzt nehme ich als Nullprobe einen nassen Topf mit Erde und stelle ihn ans Fenster.“
Am Ende kann man genau sagen, ob für die Keimung nun Erde, Licht oder Wasser nötig war.
4) Experiment durchführen
Beim Experiment selbst sollte darauf geachtet werden, dass möglichst wenige Fehler durch die Durchführung entstehen.
Dazu gehört:
Sauber arbeiten!
Genau messen!
Sich darüber klar werden, was das Experiment stören könnte!
Auf die Sicherheit achten!
5) Ergebnisse aufbereiten
Oft müssen die Ergebnisse noch in eine Form gebracht werden, mit der man arbeiten kann. Einen Zahlensalat kann man etwa im Form einer Tabelle oder eines Diagramms besser ordnen. Zudem muss der Bezug zur Hypothese wieder hergestellt werden.
Hypothese: „Ein geschälter Apfel trocknet schneller aus als ein Apfel mit Schale.“
Nicht …
„Gewicht des Apfels: Am vierten Tag habe ich 133 g und 92 g (ohne Schale) gemessen. Tag 2: Apfel ohne Schale: 112 g, Apfel mit Schale: 134 g Erster Tag: Apfel mit Schale: 134 cm, ohne Schale etwas leichter (124 g) Schlusstag: Schale: 132g, keine Schale: 84 g Versuchstag 3: geschälter Apfel: 103 g, ungeschälter Apfel: 133 g"
Der schlechte Überblick macht das Auswerten deutlich schwieriger.
Sondern …
„Gewicht des Apfels: Tag 1: mit Schale: 134 g, ohne Schale: 124 g Tag 2: mit Schale: 134 g, ohne Schale: 112 g Tag 3: mit Schale: 133 g, ohne Schale: 103 g Tag 4: mit Schale: 133 g, ohne Schale: 92 g Tag 5: mit Schale: 132 g, ohne Schale: 84 g“
Ein guter Überblick macht das Auswerten dagegen viel einfacher!
6) Ergebnisse deuten
Zuletzt müssen Ergebnisse gedeutet werden. Dabei sollen die erkennbaren Trends verallgemeinert. Zudem kann ein Bezug zu einer Theorie hergestellt werden, die hilft, das Experiment zu deuten.
Hypothese: „Silberfischchen können sich von Papier ernähren.“
Ergebnis: „Box ohne Silberfischchen: Das Papier ist noch komplett erhalten. Box mit Silberfischchen: Das Papier ist zur Hälfte verschwunden. Man kann gelbliche Kotspuren entdecken.“
Bekannte Theorie: „Papier besteht zu großen Teilen aus Cellulose, einer langen Kette aus Glucosemolekülen. Glucose ist einer energiereicher Zucker, der als Nahrung geeignet ist. Silberfischchen verfügen über ein Enzym, das Cellulose spalten kann.“
Nicht …
„Die Hypothese stimmt. Silberfischchen haben das Papier gefressen.“
Zu kurz! Dieses Ergebnis muss mit der Theorie verknüpft werden.
Sondern …
„Die Hypothese stimmt. Silberfischchen können die Cellulose im Papier mithilfe eines Enzyms zu Glucose spalten. Diese Glucose liefert Energie, mit der die Silberfischchen überleben können.“
Diese Schlussfolgerung verknüpft Hypothese, Ergebnis und Theorie zu einer Einheit.
Quellen
- „Offenes Experimentieren. Forschendes Lernen im Biologieunterricht.“, Fachzeitschrift „Unterricht Biologie“ Nr. 317, 2006, Mayer und Ziemek
