Was ist das besondere an "unserem" geplanten Schülerforschungszentrum SFN Nordhessen?

 

Schülerforschungszentrum SFZ “ ScienceClub“

-Vorbereitungsstand August 2007-

Ziel: Vom Physikclub zum SFN

Seit 2002 gibt es den „Physikclub Kassel“ – ein Kooperationsprojekt der Stadt Kassel, des Staatlichen Schulamts und mehrer Kasseler Schulen. Hier können Schülerinnen und Schüler eigenständig an physikalischen Projekten arbeiten und lernen. Zum Kern des Konzepts gehört das experimentelle Arbeiten im Labor und im Team - gesteuert vom Interesse am Versuch ohne Begrenzung durch den Zeittakt des Stundenplans.

Der Erfolg dieser Arbeit schlägt sich in zahlreichen Auszeichnungen und Preisen (Jugend forscht, MINT Award 2006, Nominierung zum NaTWorking Preis 2006 etc.) nieder und hat zu einer immer stärker wachsenden Zahl an Anfragen von Schülerinnen und Schülern geführt. Für das Fach Physik gibt es zur Zeit 75 Anmeldungen in 30 Projektgruppen, die personell und räumlich kaum noch angemessen versorgt werden können. Darüber hinaus besteht eine beständige Nachfrage nach Projekten auch in Chemie und Biologie. Aus diesem Grund soll die Arbeit im Physikclub jetzt auf die anderen Naturwissenschaften ausgeweitet werden. Dafür wird die Errichtung eines Schülerforschungszentrums (SFZ) angestrebt mit fachlich breiteren sowie besseren organisatorischen und räumlichen Bedingungen. Mit dem neuen SFZ könnten zudem Schülerinnen und Schüler eines größeren Umkreises angesprochen werden.

Im Physikclub konnten in den letzten Jahren wertvolle Erfahrungen mit der Betreuung von interessierten Jugendlichen im Bereich der Naturwissenschaften gesammelt werden, die im zukünftigen SFZ genutzt und weitergeführt werden sollen: Die Jugendlichen sollen gemeinschaftlich und eigenverantwortlich in anspruchsvollen, authentischen naturwissenschaftlichen Forschungsprojekten ihrer Wahl arbeiten. Die Arbeit soll fach-, klassen-, und schulformübergreifend organisiert sein.

Beispiele solcher Projektarbeiten:

Fach Technik:

-           Entwicklung eines frei beweglichen Roboterarmes, der programmiert aber auch ferngesteuert über die „Schulter“ greifen kann,

-          Entwicklung eines neuartigen autonomen lautlosen Unterwasserantriebs aus Nitinol, der den Bewegungen einer Kaulquappe nachempfunden ist,

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Fach Physik:

-          Untersuchung von Ein-Photonen-Experimenten mit Hilfe eines Picosekundenlasers,

-          Sonische Modulation von Aerogelen,

-          Untersuchung des Faraday-Effekts bei der Rubidium-Resonnanz,

Fach Chemie:

-          Synthese und Untersuchung von Polyaminostyrol

Fach Biologie:

         - Anwendung der Netzwerktheorie auf die Informationsrezeption im System von Dictyostelium discoideum,

Fach Informatik:

-          Simulation und Entwicklung von Netzwerken,

Fach Geophysik:

-          Untersuchung des Verwitterungsprozesses von Gesteinen,

-          Untersuchung der Klimaschaukel zwischen Grönland und Antarktis.

               

Konzept

Die Förderung naturwissenschaftlicher Kompetenz in der Schule ist nicht erst seit TIMS und PISA zu einer bedeutenden Herausforderung des deutschen Bildungswesens geworden. Ein Desiderat des traditionellen Unterrichts in den Fächern Physik, Biologie und Chemie liegt darin, dass gerade besonders interessierte Schülerinnen und Schüler oft zu wenig Unterstützung und praktische Gelegenheit finden, um ihre spezifischen Begabungen zu entwickeln. Die Arbeit in einer fachlich hochwertig ausgestatteten und zugleich anregenden Lernumgebung wie dem Physikclub und künftig in dem geplanten SFN bietet diesen Schülerinnen und Schülern besonders förderliche Bedingungen für selbstständiges effektives Arbeiten und Lernen. Von zentraler Bedeutung ist dabei etwa, kontinuierliches Arbeiten im Labor an Experimenten zu ermöglichen, die über längeren Zeitraum durchgeführt werden können und nicht infolge anderweitiger Raumnutzung immer wieder ab- und dann erneut aufgebaut werden müssen.

Wie bereits beim Physikclub soll Arbeit im SFN in eigenverantwortlichen Forschungsteams organisiert sein. Die Jugendlichen erarbeiten sich dabei im Sinne eines konstruktivistisch organisierten Lernprozesses eigenständig das für ihre Forschungsfrage notwendige Wissen und wenden es zur Lösung ihres Forschungsproblems an. Die Projekte sollen mindestens ein Schuljahr dauern. Dies erfordert Durchhaltevermögen und die Organisation der Arbeit über lange Zeiträume hinweg, gleichzeitig aber auch adäquates Reagieren auf aktuelle Entwicklungen im Forschungsprozess. Die Forschungsprojekte der Schülerinnen und Schüler finden in einem räumlichen Zusammenhang statt, d.h. die Teams arbeiten nicht isoliert, sondern können vom Wissen und der Unterstützung der anderen Teams profitieren. Das Leitungsteam vermittelt darüber hinaus nicht nur Kontakte zu Wissenschaftlern sondern bietet auch direkte Unterstützung im Arbeitsprozess. Das bewirkt die hohe Identifikation mit dem SFN, was sich auch bislang bereits im Physikclub gezeigt hat.

Die Betreuung im SFN soll die experimentelle Arbeit der Schülerinnen und Schüler begleiten und sicherstellen, dass die Erfolge auch wirklich auf eigene Ideen und Anstrengung zurückgeführt werden können, und damit das Selbstwertgefühl steigt. Im Schülerforschungszentrum kann in einem risikoarmen Erprobungsstadium der Umgang mit Motivationsproblemen, Arbeitsbelastungen und Fehlschlägen gelernt werden. Auch dies ist Teil des Betreuungsprozesses.

Regelmäßige öffentliche Veranstaltungen, in den die Teilnehmer des SFN über ihre Projekte berichten, sollen zu einer verbesserten öffentlichen Sicht auf Naturwissenschaften und Forschung beitragen. Diese Präsentationen und Vorträge sollen möglichst in die Verantwortung der Projektteams gelegt werden, um damit weitere Fähigkeiten zu trainieren und zu lernen, adressatenbezogen zu referieren und zu diskutieren.

Zudem eröffnet die zum Konzept gehörende Teamsituation im Labor und bei den Experimenten vielfältige Möglichkeiten zum Erwerb sozialer Kompetenz in Arbeitszusammenhägen, was sich nach den bisherigen Erfahrungen bei nicht wenigen der Jugendlichen auch für die Persönlichkeitsentwicklung positiv auswirkt und gleichzeitig das fachliche Interesse stärkt. Durch die Möglichkeit hoher fachwissenschaftlicher Anforderungen können ferner Hochbegabte spezifische Arbeitstechniken erfahren, erproben und lernen, die für ihre weiterführenden Ausbildung wie auch schon im sonstigen Schulleben außerordentlich hilfreich sind. Beispiel: Ein Technikteam arbeitet sich in Bionik ein, entwickelt einen Antrieb aus Nitinol, der eine entsprechende Version einer amerikanischen Universität in Autonomie und Flexibilität übertrifft. Durch die Beobachtung dieser Arbeit wird einem der Schüler der Rat zum Überspringen der Jahrgangsstufe 10 gegeben, was er inzwischen erfolgreich durchgeführt hat. - Oder: Ein Team baut ein Labor für Aerogele auf, in dem nicht nur Aerogele hergestellt werden, sondern ein neues Verfahren zur sonischen Modulation von Aerogelen entwickelt und erprobt wird.

Über die fachlich intensive und methodisch anspruchsvolle Auseinandersetzung mit Naturwissenschaften hinaus ist ein besonderes Merkmal der Arbeit im geplanten SFZ, dass Ausdauer beim Arbeiten und Lernen sowie dieNachhaltigkeit des erworbenen Wissens vermittelt werden. Jugendliche wachsen heute in einer von schnell wechselnden Eindrücken geprägten Gesellschaft auf, in der oberflächliche Kenntnisse oft als ausreichend gerade in Naturwissenschaften angesehen werden. Dies ist kontraproduktiv zu den Anforderungen im Studien- und Berufsleben.

Die Teilnahme setzt keine besondere Begabung sondern in erster Linie ein besonderes Interesse und die Bereitschaft zum eigenständigen Arbeiten in der oben beschriebenen Weise voraus. Das SFZ versteht sich daher nicht als eine Institution der Hochbegabtenförderung, wenngleich besonders Begabte hier in besonderer Weise Unterstützung finden. Im Vergleich zum bisher einzigen deutschen SFZ in Saulgau (Baden-Württemberg) soll sich die Arbeit im nordhessischen SFZ auch nicht primär auf das Vorbereiten und Trainieren für die Teilnahme an Wettbewerben konzentrieren[1], wenngleich die Teilnahme an Wettbewerben durchaus erwünscht ist.

Das SFZ soll sich vornehmlich an Schüler und Schülerinnen der Jahrgangsstufen 7 bis 13 nordhessischer Schulen wenden. Es soll daher in Kassel an zentraler Stelle und leicht erreichbar mit öffentlichen Verkehrsmitteln (Straßenbahn, Zug) gelegen sein. Konkret soll die Arbeitsorganisation durch folgende Merkmale gekennzeichnet sein:

-          Die Forschungsgruppen besitzen ständige Zugangsmöglichkeit zu ihren Arbeitsräumen und den Sammlungen – insbesondere auch abends, am Wochenende und während der Ferien.

-          Die Betreuer für einzelne Fächer und Gebiete sind zu Kernzeiten anwesend, in denen die normale gemeinschaftliche Projektarbeit stattfindet.

-          Die Themenwahl ist dynamisch, d.h. die Schülerinnen und Schüler können eigene Themenvorschläge einbringen oder aus einer Liste von möglichen Projekten auswählen.

-          Die Projekte starten in der Regel mit Beginn eines Schuljahres und finden ihren Abschluss mit einer in die Ausbildung einbezogenen öffentlichen Präsentation.

-          Betreuer, Mitarbeiter und/oder Projektteams ermöglichen Leistungskursschülern die Durchführung oder Vorführung besonders aufwändiger Experimente.

-          Bei Bedarf wird ein Fortbildungsangebot für die Schülerinnen und Schüler bereitgestellt.

-          Während der Projektpräsentationen und bei regelmäßigen öffentlichen Veranstaltungen, z. B. Vorträgen, ist das SFZ für eine interessierte Öffentlichkeit zugänglich.

In der eigenständigen Arbeit erwerben alle Jugendlichen Kompetenzen, die Ihnen einen Einstieg in ein künftiges naturwissenschaftliches Studium wesentlich erleichtern und sogar zu einer Verkürzung der Studienzeiten beitragen können. Ferner ist zu erwarten, dass das Interesse an der Aufnahme eines naturwissenschaftlichen oder technikwissenschaftlichen Studiums, durch die Arbeit an einer Einrichtung wie dem geplanten SFZ unterstützt deutlich gesteigert wird. Auch die enge Kooperation des SFN mit der Universität Kassel eröffnet den Schülerinnen und Schülern frühzeitig Kontakt zu universitärer Lehre und Forschung und ebnet den Weg in das Studium. So haben bislang alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer am Physikclub nach Ihrem Abitur naturwissenschaftliche oder technische Studienfächer gewählt – in Zeiten fehlender Fachkräfte in diesen Bereichen ein ebenfalls bedeutsamer Effekt.

Beispiel: Ein Schüler hat in einem Experiment, das nur mit einfachen Mitteln aufgebaut wurde, die Interpretation eines  seit 100 Jahren bekannten zentralen Versuches der Physik widerlegt. Die dabei gemachten Erfahrungen haben bei ihm, trotz sehr guter Leistungen in der Schule, erstmals das Interesse für ein Physikstudium geweckt, das er zur Zeit sehr erfolgreich durchführt.

Die Arbeit im SFN ist als ein Zusatzprogramm zur schulischen Ausbildung gedacht, das jedoch nicht ohne Rückwirkung auf die Schulen bleiben soll. So hat die Arbeit im Physikclub nachweislich zu einer Verbesserung der Ausbildung und der allgemeinen schulischen Situation fast aller Teilnehmer und Teilnehmerinnen geführt[2]. Schon jetzt zeigt sich, dass die Bedeutung naturwissenschaftlicher Bildung in den beteiligten Schulen zugenommen hat, was sich mit dem breiter angelegten SZF noch deutlich steigern lassen wird. Die Wirkung des SFZ kann außerdem durch Einbeziehung in den regulären Unterricht verstärkt werden, indem die Teilnehmerinnen und Teilnehmer ihre Projekte im Rahmen ihres Fachunterrichts präsentieren. Leistungskurse können dabei aufwändige Experimente, die in den Projekten des SFZ entstanden sind, besichtigen und unter Betreuung in den Fachunterricht einbinden. Dies kann durch den Kursleiter bzw. die Kursleiterin, aber auch durch die Projektteams selbst geschehen, die damit weitere Möglichkeiten der Präsentationen erproben können. Damit werden auch Gelegenheiten eröffnet, Experimente, die mit den Schulsammlungen nicht durchführbar sind, schulnah und eingebunden in das Gesamtkonzept in den Fachunterricht zu integrieren. Schließlich können besondere Projekte für die Abiturprüfung schulübergreifend im SFZ angefertigt werden.

Nicht zuletzt soll das SFZ allen drei Phasen der Lehrerbildung (Studium, Referendariat, Fortbildung) die Gelegenheit für Erfahrungen mit eigenständiger Projektarbeit im Sinne von Werkstattpädagogik bieten. Dazu sollen Seminare und Vorträge angeboten werden sowie Studierenden und Referendaren die Möglichkeit gegeben werden, die Arbeit zu begleiten. Seitens der Universität Kassel besteht hohes Interesse an einer Kooperation mit dem künftigen SFN. Als konkrete Formen der Mitwirkung an der Lehrerbildung kommen in Betracht:

-          Vorträge, Workshops, Kurse als Fortbildungsveranstaltungen für Lehrerinnen und Lehrer der Naturwissenschaften in Nordhessen,

-          im Rahmen des Einführungssemesters können Referendarinnen und Referendare bei Hospitationen die Arbeit des SFZ kennenlernen,

-          Angebot eines Moduls über naturwissenschaftliche Projektarbeit und evtl. Begabtenförderung – ebenfall im Referendariat,

-          Studierende der Universität Kassel können Schulpraktische Studien am SFN absolvieren und in forschungsorientierten Seminaren zur Gestaltung von Lernumgebungen für fachlich anspruchsvollen Unterricht die Arbeit des SFN begleiten.

Da die Arbeit im SFN in verschiedener Hinsicht didaktisches und methodisches Neuland sein wird, sollte sie kontinuierlich durch Begleitforschung ausgewertet und gefördert werden.  

 

Beteiligte Institutionen

An den Planungen zur Vorbereitung des SFN in Kassel sind gegenwärtig folgende Institutionen beteiligt:

-          Physikclub Kassel, insbesondere Studiendirektor K.P. Haupt,

-          Albert-Schweitzer-Schule Kassel

-          17 weitere Schulen aus Nordhessen

-          Studienseminar für das Lehramt an Gymnasien Kassel,

-          Hessisches Kultusministerium,

-          Staatliches Schulamt für Stadt und Landkreis Kassel,

-          Stadt Kassel,

-          Landkreis Kassel,

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-          Fachbereich Naturwissenschaften der Universität Kassel, insbesondere, die Fachgebiete Didaktik der Physik (Frau Prof. Dr. Wodzinski) und Genetik (Prof. Dr. Nellen im Rahmen des Projekts Science Bridge), Institut für Physik (Prof.Dr. Baumert)

-          Institut für Solare Energieversorgungstechnik sowie die Fachbereiche Maschinenbau und Elektrotechnik der Universität Kassel .

-          Sternwarte Calden des Astronomischen Arbeitskreises Kassel e.V.,

-          Kasseler Kinder- und Jugendakademie.  Kinder- und Jugendakademie im Raum Kassel.

 

Ressourcenbedarf

Die folgende Zusammenstellung der zur Realisierung des SFN erforderlichen Ressourcen ist  vorläufig und bedarf im Verlauf der Planung noch ständiger Uberprüfung und Konkretisierung.

Betriebskosten

-       Ca.10.000 € pro Jahr für die Ausstattung der Projekte; diese Mittel sollten von der Stadt Kassel sowie den beteiligten Landkreisen übernommen werden.

-       Ca.20.000 € pro Jahr Zuwendungen von Sponsoren für die Ausstattung der Projekte.

Personalkosten

-       2 Lehrerstellen zur Betreuung der Schülerinnen und Schüler sowie zur Leitung des SFN (ca. ½ Stelle) bereitgestellt durch Abordnungsstellen seitens der HKM,

-       ca. 5 Werkverträge für studentische Mitarbeiter (à 2 Wochenstunden bei jeweils ca. 1.500 € p.a.); davon sollte einer weiterhin von der Kasseler Kinder- und Jugendakademie übernommen werden, die übrigen seitens des HKM – evtl. ergänzt durch Mittel aus Betriebskosten ,

-       Verwaltungs- und Koordinationsstelle

Promotionsstellen

Promotionsvorhaben zu Themen des SFN insbes. im Bereich der  naturwissenschaftlichen Fachdidaktik sollten aus Drittmitteln, Mitteln der Universität Kassel und des Hessischen Kultusministeriums finanziert werden.

Raumbedarf

Um die im Physikclub erfolgreich entstandene Arbeitsatmosphäre auch im SFN zu erreichen, sollten die im Folgenden genannten Räumlichkeiten unmittelbar zusammen liegen und in der Regel Internetzugang besitzen:

-       15 Arbeitsräume à 12 m² mit verstellbaren Trennwänden

-       3 Sammlungsräume à 25 m²

-       Ca. 10 zusätzliche Räume, die während der gemeinsamen Arbeit aller Projekte genutzt werden können (z.B. Klassenräume in erreichbarer Nähe, die nachmittags zur Verfügung stehen)

-       Bibliotheksraum ca. 12 m²

-       Teeküche

-       Toiletten

-       Vortrags- und Ausstellungsraum

-       Begehbare Dachfläche (für Teleskope, Messvorrichtungen, Radioteleskop).

Eine dem Bedarf besonders entsprechende Lösung wäre ein Neubau für das SFN. Dieser könnte auf dem Gelände der Albert-Schweitzer-Schule in Kassel neben dem bereits vorhandenen Schulneubau errichtet werden, dessen Räume das SFZ zu bestimmen Zeiten mitbenutzen könnte.  (Die Realisierungsmöglichkeiten sowie eine vorläufige Kostenkalkulation für diesen Bau werden gegenwärtig mit dem Kasseler Amt für Liegenschaftsverwaltung zu klären versucht.) .

Der Neubau könnte nicht nur exakt auf den Raumbedarf des SFN zugeschnitten werden. Mit der zentralen Lage in Kassel auf dem Gelände der Albert-Schweitzer- Schule wäre er auch von allen Kasseler Gymnasien gut zu erreichen und läge zudem für Schülerinnen und Schüler aus dem Kasseler Umland in geringer Entfernung des Hauptbahnhofs.

Die Finanzierung dieses Neubaus müsste von der Stadt Kassel, dem Land Hessen sowie in größerem Umfang von einem oder mehreren Sponsoren getragen werden.



[1] Von den 30 Projekten, in denen zur Zeit im PhysikClub gearbeitet wird, nehmen nur 30% an Wettbewerben teil. Der Erfolg dieser Arbeiten auf Landes- und Bundesebene ist aber mehr als vergleichbar mit denen von Zentren, die sich hauptsächlich der Wettbewerbsvorbereitung widmen.

[2] Ergebnis einer Evaluation im Rahmen einer Seminararbeit und zahlreiche persönliche Rückmeldungen

 

 

Schülerforschungszentrum Nordhessen:

Die begrenzte Raumkapazität, aber auch die verstärkte Nachfrage nach Projekten aus dem Bereich Biologie und Chemie, aber auch die Notwendigkeit weiterer Betreuer führte zur Idee eines Schülerforschungszentrums (SFZ), das in mehreren Stufen aufgebaut werden sollte.

 

Erste Ausbaustufe:

Die erste Stufe ist eigentlich mit dem PhysikClub so schon erreicht, und es bedarf vielleicht nur einer Namensänderung, die im Laufe des kommenden Schuljahres beabsichtigt ist.

In dieser ersten Stufe sind schon die folgenden Aspekte realisiert:

- Bearbeitung umfangreicher, weit über die Schule hinausgehende Themengebiete

- Forschungen im Team

- Eigenständiges Arbeiten mit metakognitiver und fachlich anspruchsvoller Betreuung

- Begabtenförderung mit Beratungen über die schulische Arbeit und Laufbahn

- Umfangreiche, über die Schulphysik hinausgehenden experimentellen Möglichkeiten

- Öffentliche Präsentationen und Vorträge

- Zusammenarbeit mit Universitäten und anderen außerschulischen Einrichtungen

- Betreuung von besonderen Lernleistungen für die Abiturprüfung

- Betreuung bei der Teilnahme an Wettbewerben

 

In einem SFN, das nach den Prinzipien des PhysikClubs arbeitet, geht es uns besonders um das Erlernen von Forschungsstrategien, um die Motivation sich über den Unterricht hinaus mit Naturwissenschaften zu beschäftigen. Hinter unserer Arbeit steht nicht nur die Betreuung von Jugendlichen, die sich eigentlich schon für eine solche Arbeit entschieden haben, oder schon die Teilnahme an einem Wettbewerb planen und nur eine Betreuung und Unterstützung suchen. Wir wollen neugierigen Jugendlichen einen Weg zeigen, Spaß und Interesse an eigener Forschung zu entwickeln und sie bei diesem Lernprozess unterstützen und beraten. Dabei soll das didaktisch-methodische Konzept immer auf den Regelunterricht übertragbar sein, so dass auch der „normale“ naturwissenschaftliche Unterricht von unserer Arbeit profitieren kann. Wir legen Wert darauf, dass nicht nur gestellte Aufgaben (mit letztlich bekannten Lösungen) nachvollzogen werden, sondern dass eigene offene Forschungsstrategien verfolgt werden.

 

Ein SFN institutionalisiert natürlich auch die bisherige Tätigkeit und macht sie stärker von einzelnen Personen unabhängig,. Dazu muss es aber räumlich als eigenständiges Institut wahrnehmbar sein: Es benötigt somit sehr bald einen eigenen Gebäudetrakt oder ein eigenes kleines Gebäude.

Mit erscheint es dabei sehr wichtig, dieses SFZ auch räumlich an eine Schule anzubinden.

Die Albert-Schweitzer-Schule (ASS) bietet sich dafür nicht nur an, weil der PhysikClub dort stattfindet und etabliert ist: Da ein Teil der PhysikClubler auch aus dem Umland kommt, ist die Nähe der ASS zum Hauptbahnhof und dessen Anbindung an das Regiotram-System von großem Vorteil.

Der Synergieeffekt bei der gemeinsamen Nutzung von Sammlungen und Fachräumen ist sowohl für Schule als auch SFZ von Bedeutung, die ASS könnte eine „Leuchtturmschule“ für Naturwissenschaften werden. Eine entsprechende Zielvorstellung soll in den nächsten Monaten in das Schulprogramm der ASS aufgenommen werden und vom Kultusministerium genehmigt werden.