Pädagogisches Konzept des XLAB

Als außerschulischer Lernort und zentrale Einrichtung der Universität Göttingen bietet das XLAB „Hands-on“-Experimentalkurse für Schülergruppen der Sekundarstufen im Rahmen ihres Unterrichts, umfangreiche Angebote für einzelne Schüler*innen, die mehr wissen wollen, und Fortbildungen für Lehrkräfte zu aktuellen Wissenschaftsthemen.

Uns ist es wichtig, unsere Schüler*innen da abzuholen, wo sie stehen. Daher berücksichtigen wir bei der Auswahl unserer Lerninhalte ihre Lebenswelt und ihre Interessen, ihren Wissenstand sowie ihre Fähigkeiten zur Erkenntnisgewinnung. Mit unserer Arbeit schlagen wir eine Brücke zur Schule, indem wir Kompetenzen aus den naturwissenschaftlichen Curricula der Fächer aufgreifen und fördern, wobei das zentrale Element unserer Arbeit das Experiment darstellt. Hiermit wollen wir Schüler*innen nicht nur für Naturwissenschaften motivieren und ihnen die Genese naturwissenschaftlicher Ergebnisse und naturwissenschaftlichen Wissens aufzeigen – vielmehr wollen wir ihnen auch deren Bedeutung für Perspektiven nachhaltiger Entwicklungen aufzeigen und ihre Fähigkeiten und Kompetenzen in diesem Handlungsbereich fördern.

Mit einem multiprofessionellen, interdisziplinären Ansatz ermöglichen wir situiertes, authentisches und handlungsorientiertes Lernen. Unser Ansatz „Schule trifft Forschung“ bedeutet, dass Lerngruppen forschungsnah in gut ausgestatteten, authentischen Laboren und in realen Ökosystemen sowie mit professioneller Ausrüstung arbeiten und durch wissenschaftlich ausgebildete Dozent*innen und wissenschaftlich-technische Assistent*innen fachkundig betreut werden.

Dabei geht es nicht nur um die Vermittlung von Fachwissen und darum, wie Wissenschaftler*innen neue Erkenntnisse gewinnen. Mit unseren Angeboten möchten wir Schüler*innen auch motivieren, die globalen und zukünftigen Auswirkungen ihres Handelns zu reflektieren und sie so befähigen, durch intra- und intergenerationell gerechte Entscheidungen die notwendige Transformation der Gesellschaft zu mehr Nachhaltigkeit aktiv mitzugestalten. Dabei spielt der Transfer naturwissenschaftlicher Forschung und ihrer Ergebnisse in den Bildungsbereich eine wichtige Rolle. Viele Herausforderungen der Nachhaltigkeit und globaler nachhaltiger Entwicklung, wie der fortschreitende Klimawandel, knapper werdende Ressourcen und ein immer höherer Energiebedarf, betreffen Handlungsfelder der Naturwissenschaften und lassen sich nicht ohne deren Methoden, Denk- und Arbeitsweisen beantworten. Sowohl die Biologie (z.B. Klimawandel, Waldsterben, Nahrungsproduktion für eine wachsende Weltbevölkerung, schwindende Ökosystemleistungen, Biodiversitätsverlust, Eutrophierung) als auch die Chemie (z.B. Ressourcenverknappung, Chancen und Problematiken neuer Akku-Technologien, CO₂-neutrale Energieträger, Biokunststoffe) und die Physik (z.B. saubere, bezahlbare Energien, nachhaltige Antriebe, innovative Quantentechnologie) sind zentrale Wissenschaften für mehr Nachhaltigkeit.

Aus der Erkenntnis heraus, dass positive Einstellungen zu Nachhaltigkeit stärker entwickelt sind, wenn die Lernenden besser fachlich vorgebildet sind, ist uns eine systematische Vermittlung von nachhaltigkeitsrelevantem Wissen und Kompetenzen besonders wichtig. Dies setzen wir in einem umfassenden Ansatz um, der die ökologischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Belange gleichermaßen berücksichtigt. Indem wir über Prozesse nicht-nachhaltiger und nachhaltiger Entwicklung aufklären, für die Notwendigkeit von Nachhaltigkeit sensibilisieren und entsprechende Kenntnisse vermitteln, können wir einen wichtigen Beitrag zur Transformation unserer Gesellschaft hin zu einer nachhaltigeren Zukunft leisten.

Inhalte

Unser Bildungsangebot baut auf den curricular vermittelten Kompetenzen auf, die wir konsequent inhaltlich und prozessbezogen weiterentwickeln und so vernetzendes Denken als Grundlage zum Verständnis globaler Zusammenhänge fördern. Wir greifen Zukunftsthemen der Nachhaltigkeit von lokaler und globaler Bedeutung auf, z.B. 

• alternative Energieträger und Energiespeicherung
• verschiedenen Akku-Technologien mit ihren Rohstoffbedarfen,
• Solarzellen, Brennstoffzellen
• Biokunststoffe, Mikroplastik, Nanopartikel
• Schutz von Ressourcen und Umwelt (Klimawandel, Waldschäden, Eutrophierung, Biodiversität, Landnutzungsänderungen, Beeinträchtigung von Ökosystemdienstleistungen, externe Folgen landwirtschaftlicher Produktion, sauberes Trinkwasser)
• Ernährungssicherung bzw. nachhaltige Pflanzenproduktion (transgene Pflanzen, grüne Gentechnik)
• Gesundheit 
• Grundlagen und Problematik der Nutzung von Radioaktivität
• Phänomene und Technologien der Energiekonversion sowie Quantenphänomene als physikalische Grundlage der Quantentechnologie (im Aufbau), der von der Bundesregierung im Zusammenhang mit dem SDG 9 – Infrastruktur und Innovation – ein großes Potential beigemessen wird

Handlungsleitend für unsere pädagogische Arbeit ist das Aufzeigen planetarer ökologischer Grenzen, z.B. in den Bereichen Klimawandel oder Biodiversitätsverlust, deren Überschreitung durch menschliches Wirtschaften die Lebensgrundlagen der Menschheit gefährdet, und das Bewusstmachen sozialer Grenzen, z.B. in den Bereichen Gesundheit, Bildung, Gleichheit und Gerechtigkeit, bei denen es kein Defizit geben darf (Doughnut-Modell von Raworth, vgl. unser Leitbild). Vor diesem Hintergrund zeigen wir durch interdisziplinäre Projekte und ganzheitliche, mehrperspektivische Reflexion die genannten sowie weitere ökologischen Problematiken des menschlichen Wirtschaftens wie schwindende Ökosystemdienstleistungen, Eutrophierung, Flächenverbrauch und zunehmende Ernährungsunsicherheit in ihren ökologischen, ökonomischen und sozialen Dimensionen auf. In anderen Angeboten sensibilisieren wir für riskante und nicht nachhaltige problematische Aspekte verbreiteter Technologien und Produkte (z.B. Atomenergie, fossile Brennstoffe, Kunststoffe) und ermöglichen den Schüler*innen, ökologische und ökonomische Potenziale und Grenzen sowie mögliche Risiken neuer Lösungsansätze abzuwägen (z.B. Wasserstoff, Sonnenenergie oder Biokunststoffe). 

Durch die intensive fächerübergreifende, multiperspektivische und mehrdimensionale Beschäftigung mit den Inhalten erwerben die Schüler*innen das für eine gesellschaftliche Transformation erforderliche Wissen um Phänomene, Technologien und deren Wechselwirkungen.

Kompetenzen und Lernziele

Wir möchten die Schüler*innen befähigen, die charakteristischen Eigenschaften sowie die Bedeutung der Naturwissenschaften in unserer heutigen Welt zu verstehen, naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden, um Fragestellungen zu erkennen und naturwissenschaftliche Phänomene zu beschreiben sowie aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen. Sie sollen grundlegende naturwissenschaftliche Basiskonzepte verstehen, mit naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen vertraut sein und mit Hilfe unserer Angebote ihre bereits erworbenen Kompetenzen erweitern und vertiefen. Zudem soll die Bereitschaft und Fähigkeit gefördert werden, naturwissenschaftliche Ideen und Themen sowie die Möglichkeiten und Grenzen naturwissenschaftlicher Erkenntnis kritisch zu reflektieren.

Über die Ebene dieser domänenspezifischen, konzeptuellen und prozeduralen Kompetenzen hinaus bilden die domänenübergreifenden, normativ begründeten Kompetenzen der BNE, die Gestaltungskompetenz mit ihren 12 Teilkompetenzen und die Kompetenzen Globalen Lernens, einen wichtigen Referenzrahmen für die Konzeption unserer Bildungsarbeit. Durch die Förderung und Stärkung dieser Kompetenzen wollen wir Schüler*innen aktivieren, eine zukunftsfähige Entwicklung voranzutreiben. 

Ein Schwerpunkt unserer Arbeit liegt im Bereich der Sachkompetenzen Disziplinübergreifender Erkenntnisgewinn (interdisziplinär Erkenntnisse gewinnen und handeln), Antizipation (vorausschauend Entwicklungen analysieren und beurteilen können) und Perspektivübernahme (weltoffen und neue Perspektiven integrierend Wissen aufbauen); wir fördern sie grundsätzlich durch unsere prinzipiellen Herangehensweisen und Methoden wie handlungsorientiertes, situiertes Lernen, entdeckendes Lernen, Denkspiele. Die Perspektivübernahme wird überdies auch in einer globalen, evtl. interkulturellen Dimension z.B. durch Storytelling (aus dem globalen Erfahrungsschatz der Dozierenden oder durch externe Akteure) aktiviert.

Exkursionen, sehr realitätsnahe Forschungsaktivitäten und Naturerfahrungen bilden den Kern unserer Ökologiekurse. Mit ihren meist komplexen Abläufen, die von den Schüler*innen überwiegend im Team selbst organisiert werden müssen, sind Forschungsaktivitäten geeignet, Sozialkompetenzen der BNE wie Kooperation (gemeinsam mit anderen planen und handeln können) und Partizipation (an kollektiven Entscheidungsprozessen teilhaben können) zu stärken. Auch die Motivation (sich und andere motivieren können, aktiv zu werden) kann durch das Angebot, in einer ansprechenden Umgebung mit anderen tätig sein zu können, gefördert werden. Darüber hinaus stärken die besonders bei komplexen Tätigkeiten, z.B. Waldstandortaufnahmen oder Gewässerstrukturgütebewertungen, gestellten Anforderungen die Selbstkompetenz des eigenständigen Handelns (selbstständig planen und handeln können). Ganz ähnliche fördernde Wirkungen können auch die realistischen und komplexen Forschungsaktionen bei der Bearbeitung einer wissenschaftlichen Fragestellung in der authentischen Umgebung eines wissenschaftlich ausgestatteten Labors entfalten. 

Die Selbstkompetenzen der Reflexion (die eigenen Leitbilder und die anderer reflektieren können), des moralischen Handelns (Vorstellungen von Gerechtigkeit als Entscheidungs- und Handlungsgrundlage nutzen können) und der Unterstützung anderer (Empathie und Solidarität für Benachteiligte, Arme, Schwache und Unterdrückte zeigen können) werden bei der Analyse von Dilemma-Situationen adressiert, die aus entsprechend gestalteten Freilanduntersuchungen zuverlässig resultieren. Beispielsweise ist der Einsatz von Mineraldünger, Herbiziden und Insektiziden existenziell für konventionell arbeitende Landwirte, aber verheerend für Gewässer; hier besteht ein Konflikt zwischen Ökonomie und Ökologie, der erkannt, analysiert und ausgeglichen werden muss. Häufig werden Zielkonflikte der Nachhaltigkeit deutlich, z.B. ist Holz im Gegensatz zu Beton und Stahl ein sehr klimafreundlicher Baustoff, die dafür notwendige forstliche Holzproduktion verhindert aber derzeit weitgehend die Rückkehr der Biodiversität alter Wälder. Sie motivieren zum Abwägen unterschiedlicher Nachhaltigkeitsziele und zur differenzierten Reflexion individueller Werte und Leitbilder. 

Naturerfahrungen in forschend-entdeckender, sozialer und ästhetischer Dimension im Rahmen unserer Ökologiekurse lassen eine Vorstellung biologischer Vielfalt entstehen, steigern die positive Wertung von Organismen und stärken die individuelle Naturbeziehung; sie wecken und fördern Empathie, Solidarität und Wertschätzung für Natur und Umwelt als handlungswirksame Motive für einen nachhaltigen Umgang mit den natürlichen Lebensgrundlagen.

Methoden

Ziel des XLAB ist es insbesondere, Angebote für ganze Lerngruppen der Sekundarstufen I und II bereit zu stellen. Der Wunsch nach möglichst häufigen Besuchen im Schülerlabor lässt sich besonders gut mit dem Format des Tageskurses für ganze Lerngruppen als Teil des Unterrichts realisieren. Dabei kann ein ausgewähltes und aufbereitetes Thema bearbeitet und dabei der wissenschaftliche Erkenntnisweg mit Fragestellungen, Hypothesenbildung, Planung und Durchführung geeigneter Untersuchungen und Gewinnung und Deutung von Ergebnissen vollständig und transparent mit fachkundiger Anleitung durchschritten werden. In den Bildungsangeboten des XLAB lernen Schüler*innen sowohl im Labor als auch im Freiland im Kern situativ sowie problem- und handlungsorientiert. Bei allen Angeboten steht „hands-on“ wissenschaftliches, praktisches Arbeiten begleitet vom Erwerb der nötigen Wissensgrundlage und neuer Perspektiven entlang einer ausgewählten Fragestellung im Mittelpunkt. Vorgaben werden nur soweit gemacht, wie es für die Vorbereitung und das Bearbeiten einer Fragestellung, bei der ein naturwissenschaftlicher Erkenntnisprozess vollständig durchlaufen wird, innerhalb eines Tages notwendig ist. Methodisch dominiert somit in Tageskursen geführt forschendes Experimentieren, bei dem Schüler*innen für die Lösung der Problemstellung genügend schriftlich, grafisches und visuelles Informationsmaterial zur Verfügung gestellt bekommen. In einwöchigen Camps nimmt der Anteil von Projektarbeit zu. Insbesondere die systematisch beobachtende und messende Untersuchung von Ökosystemen, das Sammeln und spätere selbstständige Bestimmen von Organismen und das Analysieren von Proben haben hohe Anteile von Entdeckendem Lernen. 

Die häufigsten Sozialformen sind Partner- und Gruppenarbeit in unterschiedlich großen Gruppen, mit paralleler oder arbeitsteiliger Gruppenarbeit bis hin zur Teamarbeit, die gemeinsame Planung, Organisation und koordinierte Durchführung oft komplexer Tätigkeiten und Abläufe erfordern. Dies wird den Schüler*innen jeweils bewusst gemacht und sie werden durch Hinweise unterstützt. Dabei werden verschiedene soziale Kompetenzen geübt. Phasenweise wird im Plenum diskutiert und informiert. Der Vergleich von Hypothesen und Ergebnissen, also die Diskussion im naturwissenschaftlichen Sinn, bahnt sich im Anschluss an Arbeitsphasen als informelles Gruppengespräch an und wird im Plenum als Diskussion formalisiert. Schlüsse werden gezogen und ihre Bedeutung wird über die rein fachliche Sicht hinaus mehrdimensional aus verschiedenen Perspektiven auf lokaler und globaler Ebene betrachtet. Wichtig ist die Identifizierung offen gebliebener und neu entstandener Fragen. 

Während der Theoriephasen mit der ganzen Gruppe wird Vorwissen vielfach durch Impulse (Aussagen, Bilder) erfragt und z.B. fragend-entwickelnd reorganisiert. Notwendiges neues Wissen bzw. neue Perspektiven werden durch Kurzvorträge vermittelt, die sich mit Arbeitsphasen (XLAB-Konzept: Seminarraum und Labor bilden eine Einheit) und Reflexionsphasen abwechseln und mit grafischen Darstellungen und zunehmend auch mit Videos abwechslungsreich gestaltet sind. Die wichtigsten Inhalte liegen den Schüler*innen zusätzlich in knapper schriftlicher und grafischer Form vor (Skripte).

Reflexionsphasen zum Aktivieren, zum vertieften gedanklichen Durchdringen von neuem Wissen bzw. von komplexen Ergebnissen oder zum Sichern und Festigen von Erlerntem werden unterschiedlich gestaltet, z.B. als Diskussion, fragend-entwickelndes Gespräch, Berichte von Teilgruppen (z.B. bei der Strukturbewertung in Fließgewässerkursen) oder auch als kurze Fantasiereise (z.B. im Photosynthesekurs – „ein Jahr ohne Photosynthese“).

Storytelling zum Aufzeigen oder Veranschaulichen unbekannter Perspektiven, von Problematiken, Konflikten oder Dilemmata.
 
Eine Vielzahl spezifischer Fachmethoden, z.B. naturwissenschaftliche Arbeitstechniken zur Standort- bzw. Ökosystemanalyse (z. B. Strukturgüte aufnehmen und bewerten, Organismen in einer strukturierten Beprobung fangen und sie bestimmen, Wasseranalysen); sie fördern verschiedene grundlegende Kompetenzen, wie die Fähigkeit, sich selbst bzw. als Team zu strukturieren, zu motivieren, und so wissenschaftliche Aufgaben zu lösen. Darüber hinaus fördert die Anwendung komplexer Methoden, beispielsweise der leitbildbezogenen multimetrischen Bewertung von Fließgewässern vernetztes und differenzierendes Denken.

Im Lauf eines Kurstags oder Camps bieten sich über die fachlichen, methodischen und sozialen Bereiche hinaus Einblicke in die Berufswelt von Wissenschaftler*innen, Technischen Assistent*innen und – vor allem in den Freilandkursen – auch von akademischen und nichtakademischen Berufen z.B. in Forst- und Wasserwirtschaft. 

Durch unseren Ansatz der konzeptionellen Verknüpfung von naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung mit Perspektiven nachhaltiger Entwicklung unter Berücksichtigung ökologischer, ökonomischer, sozialer und kultureller Dimensionen mit im Kern handlungs- und problemorientierten Methoden sowie sorgfältiger Reflexion möchten wir Komponenten der Gestaltungskompetenz fördern und stärken, um die Schüler*innen zu befähigen, für sich und andere jetzt und in der Zukunft lokal und global verantwortlich zu handeln und so zur notwendigen Transformation der Gesellschaft zu mehr Nachhaltigkeit beizutragen.