Pädagogische Grundlagen

Grundüberlegungen

Triebkraft für die Gründungen des Schülerlabors am Friedrich-Koenig-Gymnasium im Jahr 2005 war der bis heute nicht aufgelöste Man­gel an hochqualifizierten Fachkräften aus dem MINT-Bereich in unserem Land. Dabei ist Deutsch­land ein Land, das aufgrund seiner begrenzten natürlichen Rohstoffressourcen stets besonderen Wert auf einen hohen Bildungsstand seiner Bevölkerung gelegt hat und stolz sein kann auf den Erfindungsreichtum und Innovationsgeist seiner Bürger.

In Zukunft kommen große Herausforderungen auf uns alle zu, die nur gut bestanden werden können, wenn es mehr Menschen gibt, die sich den Problemen stellen und innovative Lösungen entwickeln. Kurz gesagt: Für ein gute Zukunft für alle ist mehr naturwissenschaftliche Forschung nötig.

Auch damit Deutschland seine Stellung als herausragende Exportnation behaupten kann, sind wir darauf angewiesen, dass Ingenieure, Techniker, Informatiker und Naturwissenschaftler innovativ forschen und entwickeln.

Obwohl diese Erkenntnisse durchaus Allgemeinwissen darstellen, ergreifen immer noch zu wenige junge Menschen ein Studium aus dem Bereich der MINT-Fächer.

Auch wenn sich in den letzten Jahren einiges getan hat, dürfte ein Grund für diesen Mangel der weiterhin eher geringe Stellenwert der Naturwissenschaften in unserer Gesellschaft sein. Diese Einschätzung setzt sich häufig immer noch bis in die Schulen fort und bewirkt auch hier Vorbehalte gegenüber den natur­wissen­schaftlichen Fächern.

Wenn also der Forderung nach mehr Spitzenwissenschaftlern in Deutschland nachgekommen werden soll, müssen die Grundlagen und die Begeisterung für die MINT-Fächer schon in der Schule angelegt werden.

Hier setzt das Konzept des Naturwissenschaftlichen Labors für Schüler am FKG an. Durch das Experimentieren als zentrale Arbeitsweise der Naturwissenschaften können Schülerinnen und Schüler Naturwissenschaften und Technik erleben, ihre Arbeits- und Denk­weise begreifen und leichter verstehen. So werden sowohl Interesse als auch Begeisterung für die Naturwissenschaften geweckt und auf breiter Basis ausgebaut.

Zudem fördert das naturwissenschaftliche Experimentieren Urteilsfähigkeit, verantwortungs­volles Handeln, praxisbezogenen Umgang mit digitalen Medien, Selbständigkeit und Team­fähigkeit, analytisches Denken und Arbeiten sowie Problemlösefähigkeit. Es leistet also einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung der Persönlichkeit und bildet einen nicht zu unter­schät­zen­den Anteil an der Allgemeinbildung der Schülerinnen und Schüler. Und dabei macht es auch noch Freude und begeistert die Schüler!

Pädagogische Überlegungen

Wie keine andere Fächergruppe können die Naturwissenschaften den Schülern Primär­er­fah­rungen ermöglichen. Sowohl beim Experimentieren als auch beim Erkunden von Naturvor­gängen und technischen Prozessen muss häufig zwischen einzelnen Modellvorstellungen und Organisationsebenen gewechselt, die gewonnen Ergebnisse müssen analysiert, strukturiert und inter­pretiert werden. So fördert naturwissenschaftliches Experimentieren das Abstraktions­ver­mögen, das vernetzende Denken und die Kompetenz zum Problemlösen.

Daneben reift auch die soziale Kompetenz der Schülerinnen und Schüler im besonderen Maß. Beim forschenden und experimentellen Arbeiten in Zweiergruppen oder im Team ist ein abge­stimmtes und vertrauensvolles Miteinander nötig. Nur durch gegenseitige Hilfe, durch Freude, Verantwortung für das gemeinsame Vorgehen zu übernehmen, und Bereitschaft, diese Verant­wortung auch zu tragen, gelangen die Schüler im Experiment zur erstrebten Erkenntnis. Somit trägt die Schwerpunktklasse auch zur sozialen Reifung unserer Schüler bei.

Vielseitige individuelle Erfahrungen stärken die Schülerinnen und Schüler in ihrem Urteilsver­mögen und regen sie zu verantwortlichem Handeln und Selbstreflexion des eigenen Tuns an. Die Schülerinnen und Schüler erkennen Chancen, aber auch Grenzen und Risiken naturwissen­schaftlichen Arbeitens durch ihr eigenes Tun. Somit werden ihnen allgemein die Grenzen men­schlichen Strebens nach Erkenntnis und die Unabdingbarkeit moralischen Abwägens aufgezeigt.

Durch das selbstständige Experimentieren erhalten die Schülerinnen und Schüler zudem einen zusätzlichen Motivationsschub.

Die Selbsttätigkeit trägt zu einer positiven emotionalen Einstellung der Schüler zu den Naturwissenschaften bei; so wird in bester Tradition Pestalozzis die Bildung von Kopf, Herz und Hand gewährleistet, der Charakter der Schüler gefestigt, die Ehrfurcht vor der Schöpfung gestärkt und die eigene Ver­ant­wortung für Natur und Umwelt aufgezeigt.

Durch enge Kooperation mit Lehrstühlen und Instituten der Universität Würzburg werden die Schülerinnen und Schüler auf die Arbeitswelt vor­be­rei­tet und können später deutlich fundierter ihre Studien- und Berufswahl treffen.

Durch diese Kooperationen ist im Schülerlabor am FKG nicht nur propädeutisches und wissenschaftsanaloges, sondern auch echtes wissenschaftliches Arbeiten möglich.

Umsetzung

Da die innovativste Forschung an den Schnittstellen der drei klassischen Fachrichtungen der Naturwissenschaften Biologie, Chemie und Physik stattfindet, ermöglicht die Ausstattung des Schülerlabors am FKG ein Arbeiten auf genau diesen Gebieten mit modernen Methoden. So wird aus dem Nebeneinander der drei Fächer durch die gemeinsame Unterbringung in einem Labor ein fächerübergreifendes Miteinander.

Das Naturwissenschaftliche Labor für Schüler am FKG umfasst ein Biologie-, ein Chemielabor, ein Laser- und Optiklabor, eine naturwissenschaftliche Bibliothek sowie die Hans-Haffner-Sternwarte in Hettstadt bei Würzburg.

Der Verein Naturwissenschaftliches Labor für Schüler am FKG e.V. ist Träger des Schülerlabors am FKG. In diesem ca. 120 Mitglieder starken Verein haben sich Schülerinnen und Schüler, ehemalige Schüler, Lehrer und Wissenschaftler zusammengeschlossen.

Gegenüber vielen anderen Schülerlaboren unterscheidet sich das Naturwissenschaftliche Labor für Schüler am FKG durch einige entscheidende Besonderheiten:

Ansiedelung an der Schule

Das Schülerlabor ist nicht an einer Universität oder Forschungseinrichtung angesiedelt, sondern direkt an einer Schule. So können die Schüler, zunächst des Friedrich-Koenig-Gymnasiums, regelmäßig und nachhaltig experimentieren und das Labor auch kurzfristig, den aktuellen experimentellen Erfordernissen entsprechend, nutzen.

Experimentell erfahrene Schüler können die Labore über ein Chipkartensystem selbstständig betreten und dort ex­perimentieren, solange ein verantwortlicher Lehrer an der Schule anwesend ist und das Gefährdungspotential der geplanten Experimente dies gestattet. Darüber hinaus experimentieren viele Schüler auch gerne an Wochenenden sowie in den Ferien, um sich ohne zeitliche Einschränkung durch Schulstunden über längere Zeit auf ihr Projekt zu konzentrieren.

Partnerschaftliches Miteinander

Schüler, Lehrer und Wissenschaftler tragen das Schülerlabor gemeinsam. Schüler organisieren eigenverantwortlich ein­zelne Bereiche des Laborbetriebs. Nach Anleitung von Wissenschaftlern der Universität betreuen Teams von drei bis fünf Schülern anspruchsvolle Laborgeräte wie z.B. einen Gaschromatographen, ein Flüssigkeits­chro­mato­graphiesystem (HPLC), ein Atom-Absorptions-Spektrometer, ein Raster­elektronen­mikroskop, verschiedene Laser- und Optiksysteme oder die Teleskope und Mess­instrumente der Sternwarte. An diesen Geräten experimentieren die Schüler außerhalb des Unterrichts an Nachmittagen, aber auch an Wochenenden und in den Ferien. Die Schülerteams warten „ihre“ Gerät­schaften zudem, optimieren deren Betrieb und entwickeln selbständig neue Experimente. Diese Schülerteams handeln weitestgehend autonom, organisieren sich selbst, halten selbstständig Kontakt zu ihrem Mentor an der Univer­sität und sorgen auch rechtzeitig vor dem Ende ihrer Schulzeit für geeignete Nachfolger und arbeiten diese ein. Werden Laborgeräte für Kurse von Schülergruppen oder für Projekte einzelner Schüler benötigt, so erfolgt die Be­treu­ung durch das jeweilige Expertenteam. Die Lehrer des Schülerlabors stehen im Bedarfsfall beratend zur Seite.

Ohne das unermüdliche Engagement der Schülerinnen und Schüler wäre der La­bor­betrieb nicht möglich, da auch die das Schülerlabor tragenden Lehrkräfte freiwillig und zusätzlich über ihr reguläres Stunden­maß hinaus die Arbeiten im Schülerlabor stemmen. Die Schülerinnen und Schüler helfen zudem tatkräftig bei Aus­bau, Renovierung und Instandhaltungsarbeiten, organisieren die Lagerhaltung in enger Zusammenarbeit mit Lehrkräften und assistieren den Lehrern, wenn jüngere Schüler oder Schülergruppen im Labor betreut werden müssen. Da sie die Arbeitsabläufe im Schülerlabor sehr gut kennen, bringen sie gewinnbringende neue Ideen und Kon­zepte zur Verbesserung und Optimierung ein. Beispielsweise haben Schüler die Datenbanken zur Erfassung und Verwal­tung des Chemikalienbestands des Schülerlabors oder die Software zur Auswertung und Archivierung der zahlreichen Messergebnisse aus den verschiedenen Forschungsprojekten angelegt und programmiert.

Einige Schülerinnen und Schüler engagieren sich über ihr Abitur hinaus im Schülerlabor und helfen als Studierende bei der Betreuung der Schüler in den Labors oder bei Beobachtungsnächten an der Sternwarte. Auch dadurch wird die Verzahnung von Schule und Universität weiter verstärkt.

So ist schon in der Organisation des Schülerlabors die Eigenverantwortlichkeit der Schülerinnen und Schüler konzeptio­nell enthalten, wodurch sie systematisch zu größtmöglicher Selbstständigkeit geführt werden. Im Naturwissenschaftlichen Labor für Schüler am FKG der Idealfall von Lernen durch Lehren verwirklicht.

Kooperation

Das Schülerlabor kooperiert sehr eng mit Instituten, Lehrstühlen und Arbeitsgruppen der Universität Würzburg. Viele Anregungen und Ideen für Experimental- und Forschungsprojekte kommen von den Wissenschaftlern, die nicht nur ihr Know-how, sondern auch teilweise Materialien zur Verfügung stellen oder ihre Ideen gleich selbst mit Schülern im Schülerlabor realisieren.

Die Hans-Haffner-Sternwarte des Schülerlabors ist seit 2016 offiziell durch eine Kooperationsvereinbarung zwi­schen Schülerlabor und Universität Schul- und Universitätssternwarte. Hier finden nicht nur Kurse, Praktika und Projekte für Schülerinnen und Schüler statt, sondern auch astrophysikalische Praktika für Studierende der Universität Würz­burg. Dabei besuchen Schüler und Studierende wechselseitig die Praktika, wobei Studierende auch von er­fahrenen Schülern z.B. erste Grundlagen zum Umgang mit den Teleskopen und Kameras erlernen. So wird eine echte Verzahnung zwischen Schule und Universität erreicht.

Die verschiedenen Einrichtungen des Schülerlabors werden zudem auch von Schülern anderer Schulen genutzt.

Zum einen können Schülergruppen in ein- oder zweitägigen Kursen erste Einblicke in verschiedene naturwissenschaftliche Bereiche erhalten. Zum anderen steht das Schülerlabor am FKG Schülerinnen und Schülern für Einzelforschungsprojekte (z.B. im Rahmen einer W-Seminararbeit oder eines Jugend-forscht-Projekts) jederzeit offen. Gerade der letzte Bereich ist die große Stärke des Schülerlabors am FKG.

Orientierung an aktueller Forschung

Das Schülerlabor orientiert sich experimentell an aktuellen Forschungsfragen. Durch die enge Verzahnung mit ver­schiedenen Arbeitsgruppen der Universität Würzburg und die Einbindung des hochkarätig besetzten Wissenschaftlichen Bei­rats können auch ambitionierte Vorhaben realisiert werden. So entstanden gemeinsame echte Forschungs­projekte, in denen eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern und Schülern die Basis für den Erfolg darstellt.

Das teamorientierte Forschen und die Mitwirkung an topaktuellen Themen motiviert und spornt zu beachtenswerten Leistung­en in Praxis und Theorie an. Da Wissenschaftler auch als Mentoren Schülerteams anleiten, erreichen diese eine große Fach- und Sachkenntnis der Laborgeräte und übernehmen auch Aufgaben für wissenschaftliche Projekte, wie z.B. die Bestimmung des Kalium- und Natriumgehalts von pflanzlichen Geweben mit dem Atom-Absorptions-Spektrometer, die Anfertigung von elektronenmikroskopischen Aufnahmen oder von Gewebedünnschnitten mit dem schüler­laboreigenen Mikrotom. Die Schüler werden dabei von Lehrern begleitet, arbeiten aber ansonsten vollkommen eigenständig. Solche Arbeiten fließen in die Forschung der Wissenschaftler ein und wurden teilweise schon in wissenschaftlichen Fachpublikationen verwendet. Auch an der Hans-Haffner-Sternwarte findet neben der praktischen Aus­bildung von Schülern und Studierenden wissenschaftliche Forschung statt, die hier einen besonders hohen Stellenwert hat. Neben Mitarbeitern des Lehrstuhls für Astronomie und Studierenden leisten Schülerinnen und Schüler dabei einen ganz besonders großen Anteil.

Die Schüler erleben also so die internationale Zusammenarbeit von Wissen­schaft­lern als Garant für erfolgreiches Forschen. Dies stärkt das europäische Bewusstsein und den Geist der Völkerverständigung.

Sowohl Schüler, Lehrer als auch Wissenschaftler betreiben das Schülerlabor am FKG ehrenamtlich zusätzlich zu ihren normalen Aufgaben.

Die Finanzierung der Einrichtung und des Laborbetriebs erfolgt über Unterstützung von Stiftungen, Spenden von Firmen und Privatpersonen, über Preisgelder sowie durch Einnahmen des Trägervereins (Mitgliedsbeiträge, Einnahmen aus Bewirtung, …)

Um jeden Schüler und jeder Schülerin die Nutzung nach eigener Motivation zu ermöglichen, ist die Nutzung des Schülerlabors kostenfrei.