Jugend forscht und Schüler experimentieren: Begabungsförderung in den MINT-Fächern

Der Wettbewerb

"Jugend forscht" ist ein bundesweiter Nachwuchsforscher-Wettbewerb, der besondere Leistungen und Begabungen im MINT-Bereich fördert. Teilnehmen können Kinder ab der vierten Grundschulklasse. Die obere Altersgrenze liegt bei 21 Jahren, wobei der 31. Dezember des Anmeldejahres als Stichtag gilt. Teilnehmende, die zu diesem Stichtag 14 Jahre alt oder jünger sind, nehmen an der Juniorsparte "Schüler experimentieren" teil. Die Schülerinnen und Schüler können sowohl alleine als auch in Gruppen bis drei Personen teilnehmen.

Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer formulieren selbst eine Forschungsfrage, die aus den folgenden Teilbereichen kommen kann: Arbeitswelt (hierzu gehören auch Projekte rund um die Schule), Biologie, Chemie, Geo- und Raumwissenschaften, Mathematik / Informatik, Physik sowie Technik. Die selbst gestellte Forschungsfrage muss mit naturwissenschaftlichen Forschungsmethoden untersucht werden. Die Ergebnisse werden in einer kurzen Facharbeit (maximal 15 Seiten) dargestellt und beim Wettbewerb einer Fachjury und der Öffentlichkeit präsentiert.

Der Anmeldeschluss für die jeweils nächste Wettbewerbsrunde ist der 30. November. Ausführliche Informationen und Anmeldung finden Sie unter www.jugend-forscht.de.

Anforderungen an die Schülerinnen und Schüler

Die eigenständige Durchführung eines Forschungsprojekts erfordert von den Teilnehmenden viel Durchhaltevermögen. Es zeigt sich, dass auch begabte Schülerinnen und Schüler, die sonst ein geringes Durchhaltevermögen und eine geringe Frustrationstoleranz aufweisen, von solchen Projekten profitieren.

Weiterhin müssen die Jungforscherinnen und -forscher in der Lage sein, ohne ständige Kontrolle der Lehrkraft zielorientiert zu arbeiten. Bei Projektarbeiten in Gruppen ist die Zuverlässigkeit aller Gruppenmitglieder eine weitere zentrale Anforderung. Beim Festlegen des Projekt-Themas und dessen Umfang müssen die zeitlichen Möglichkeiten der Teilnehmenden berücksichtigt werden.

Sind ausreichend Grundkenntnisse im gewählten Forschungsgebiet vorhanden, ist fehlendes Vorwissen in Teilbereichen kein Hindernis, denn dieses können sich die Lernenden, unterstützt durch ihre Betreuerin beziehungsweise ihren Betreuer, in vielen Fällen selbst aneignen.

Kompetenzerwerb

Folgende Kompetenzen können die Schülerinnen und Schüler durch ihr Forschungsprojekt und die Teilnahme am Wettbewerb erlangen:

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• erlangen Fachkenntnis im jeweiligen Forschungsthema.
• nutzen verschiedene digitale und analoge Recherchequellen.
• lernen den Aufbau einer Facharbeit kennen.
• führen wissenschaftlich fundierte Versuche durch und dokumentieren diese.
• stellen ihre Arbeit in Form einer Präsentation dar.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• führen eine Online-Recherche nach wissenschaftlich fundiertem Material durch und erlernen den Umgang mit Quellen (Eignung, Verfasser, Quellenangaben).
• präsentieren ihre Ergebnisse in analoger Form (zum Beispiel mit Plakaten) oder digitaler Form (zum Beispiel mit PowerPoint-Präsentationen).
• erlernen je nach Thema zusätzlich den Umgang mit Fachprogrammen und Programmiersprachen.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• verbessern ihr Zeitmanagement durch die Planung und Realisierung der Projektschritte.
• steigern ihre Kooperationsfähigkeit bei Projekten in Teamarbeit.
• stärken die Kommunikations- und Präsentationsfähigkeit bei der Vorstellung der Ergebnisse vor einer Fachjury und der Öffentlichkeit.
• steigern ihr Selbstbewusstsein durch das Erreichen der selbst gesetzten Ziele und die Anerkennung im Wettbewerb.

Beispiele für Forschungsprojekte aus dem Bereich Mathematik / Informatik

Im Folgenden werden beispielhaft einige Projekte vorgestellt, die sich für den Landeswettbewerb "Schüler experimentieren Baden-Württemberg 2017" qualifiziert hatten:

• 1. Projekte rund um Lego Mindstorms Roboter
  Die Programmierung dieser Roboter ermöglicht den Schülerinnen und Schülern einen einfachen Zugang zur Roboter-Programmierung. Zugleich lassen sich durch den Einsatz verschiedener Sensoren auch aufwendige Projekte realisieren.
  So entwickelte eine Gruppe Elf- und Zwölfjähriger einen Roboter, der mithilfe handelsüblicher Filzstifte auf einfache Papierrollen für Kassen schreiben kann. Dabei ging es vor allem um die Konstruktion der Stifthaltung und die Programmierung der feinen Bewegungsabläufe.
• 2. Projekte mit Scratch
  Die pädagogisch orientierte Programmiersprache Scratch ist vor allem für Einsteiger interessant. Ãœber entsprechende Ergänzungen können mit ihr auch Programme zum Auslesen von Sensoren entwickelt werden. Mithilfe eines günstigen Mikrocontrollers ist zudem die Steuerung von Bewegungen eines Roboters möglich. Beispiel aus dem Wettbewerb ist die Programmierung einer virtuellen Hand durch eine 14-Jährige: Ãœber Sensoren an einem Handschuh wird dabei mithilfe von Scratch eine Roboterhand gesteuert.
• 3. Programmierung mit Python
  Bei vielen Projekten kommt heute die Programmiersprache Python zum Einsatz. Sie gilt laut einiger Anleitungen zwar als relativ leicht erlernbar, erfordert aber einen höheren Lernaufwand als beispielsweise Scratch. Projektbeispiel ist der "O.M.A - Oma Monitoring Alarm", den zwei 14-Jährige entwickelten: Er überwacht mit mehreren Sensoren Abweichungen vom Tagesablauf der Senioren und kann Familienangehörige bei ungewöhnlichen Veränderungen rechtzeitig warnen.

Verstärkter PC-Einsatz in anderen Fachgebieten

Beispiele aus dem Bereich Arbeitswelt

• statistische Untersuchung des Schulranzen-Gewichts von Schülerinnen und Schülern und Analyse der Auswirkung auf die Kinder
• Bau eines Mörtel-3D-Druckers
• der automatisch gesteuerte Hühnerstall

Beispiele aus dem Bereich Technik

• die Behinderten-Parkplatzhilfe, die automatisch das Kennzeichen prüft, ob eine Parkberechtigung vorliegt
• das intelligente Fahrrad-Schloss, das man per App steuern kann

Aufgaben des Projektbetreuers im Verlauf des Wettbewerbs

Die Teilnahme am Wettbewerb stellt für die Lernenden eine große Bereicherung, aber zugleich eine besondere Herausforderung dar. Besonders wichtig sind deshalb Projektbetreuerinnen und -betreuer, die die Arbeiten begleiten und beratend und motivierend zur Seite stehen. Dabei ist zu beachten, dass bei der Jurybewertung die Eigenleistung der Teilnehmenden im Mittelpunkt steht, weshalb die Betreuenden keine Lösungen vorgeben sollten.

Unterstützung bei der Themenfindung

Es geht nicht darum, den Jungforscherinnen und -forschern ein genaues Thema vorzugeben. Vielmehr sollen ihnen Wege aufgezeigt werden, die zu einer spannenden Forschungsfrage führen.

Formulieren der Forschungsziele

Gemeinsam mit den Teilnehmenden gilt es, nach der Themenbestimmung festzulegen, was die Jungforscherinnen und -forscher im Detail herausfinden wollen. In dieser Phase gilt es auch, das benötigte Material zu bestimmen und zu klären, wo geforscht werden kann (beispielsweise im Schullabor).

Facharbeit und Präsentation

Beim Erstellen der Facharbeit und Präsentation können die Betreuenden die Schülerinnen und Schüler in Sachen Aufbau und Strukturierung beraten und als Lektorin oder Lektor zur Verfügung stehen.

Fazit

Der Wettbewerb "Jugend forscht / Schüler experimentieren" bietet begabten und an MINT-Fächern interessierten Kindern und Jugendlichen vielfältige Entfaltungsmöglichkeiten. Unabhängig von einem Gewinn erfahren die Teilnehmerinnen und Teilnehmer viel Anerkennung für ihre Arbeit. Für Lehrkräfte ist der Einsatz als Projektbetreuerin oder Projektbetreuer zwar zeitlich aufwendig, bringt diese aber auch persönlich weiter.

Ergänzungen zum Autor

Birger-Daniel Grein gewann als Teilnehmer von "Schüler experimentieren" im Bereich Mathematik / Informatik selbst einen Sonderpreis. Die bisher von ihm betreuten Teams (Fachbereich Arbeitswelt 2016 und Chemie 2017) wurden jeweils Regionalsieger und erhielten Sonderpreise im Landeswettbewerb "Schüler experimentieren Baden-Württemberg".