Warum PLG? Gemeinsam digitale Lernchancen für alle Kinder gestalten

Naturwissenschaftliches Experimentieren gehört zu den spannendsten Elementen des Sachunterrichts. Kinder lernen Fragen zu stellen, Hypothesen zu bilden und diese durch eigene Versuche zu überprüfen. Gleichzeitig stehen Lehrkräfte vor der Herausforderung, die sehr unterschiedlichen Lernvoraussetzungen ihrer Schülerinnen und Schüler zu berücksichtigen (Decristan & Jude, 2017; Robert Bosch Stiftung, 2025; Wadis et al., 2021). In der Grundschule lesen manche Kinder schon flüssig, andere benötigen noch viel Unterstützung. Einige Kinder haben auch Schwierigkeiten dem Unterricht zu folgen, weil sie mit der Unterrichtssprache noch nicht ganz zurechtkommen. Und einige sind technisch begeistert und verstehen bereits viele Zusammenhänge, während andere sich schwertun, einen Zugang zu naturwissenschaftlichen Fragestellungen zu finden.

Digitale Medien können hier helfen, Lernbarrieren abzubauen (Böttinger & Schulz, 2023). Sie ermöglichen Zugänge über Bilder, Animationen, Videos oder Vorlesefunktionen, sodass Kinder auch ohne ausgeprägte Lesekompetenz am Unterricht teilnehmen können (Schulz & Böttinger, 2021). Digitale Tools eröffnen Möglichkeiten der Differenzierung: Wer schnell vorankommt, kann weiterführende Aufgaben bearbeiten, wer mehr Unterstützung braucht, bekommt Hilfen eingeblendet. Zudem können über Videos oder Animationen Zusammenhänge und Abläufe anschaulich visualisiert werden. Damit diese Chancen nicht im Theoretischen verharren, braucht es jedoch Strukturen, in denen digitale Lernumgebungen gemeinsam entwickelt, erprobt und reflektiert werden.

Genau das leisten Professionelle Lerngemeinschaften. In ihnen arbeiten Lehrkräfte und Wissenschaftler/innen Hand in Hand. Lehrkräfte bringen ihre Praxiserfahrungen ein, Forschende stellen wissenschaftlich fundierte Konzepte bereit (Oettle et al., 2021). Gemeinsam entsteht ein Raum, in dem Innovation nicht verordnet, sondern im Unterricht erprobt und an die Realität der Klassen angepasst wird.

Was wünschen sich Lehrkräfte?

Um die Weiterbildungsbedarfe von Lehrkräften zum digitalen Lehren und Lernen im Sachunterricht zu ermitteln, wurde im Physik-Teilprojekt des Verbunds MINT-ProNeD (Projektlaufzeit 2023-2025) an der PH Freiburg eine Befragung unter Grundschullehrkräften (N = 89) durchgeführt (Graichen et al., 2025). Diese Befragung zeigte, dass sich Lehrkräfte vor allem Formate wünschen, die praktisch anschlussfähig und im eigenen Unterricht einsetzbar sind. An oberster Stelle stehen Workshops und Best-Practice-Beispiele, bei denen Materialien direkt ausprobiert werden können. Auch Kombinationen aus Input und praktischer Erprobung werden hochgeschätzt. Weniger gefragt sind theoretische Vorträge oder digitale Konzepte wie der Flipped Classroom, da sie einen höheren Vorbereitungsaufwand erfordern und die inhaltliche Auseinandersetzung häufig in die individuelle Lernzeit verlagern. Dadurch entsteht aus Sicht vieler Lehrkräfte eine größere Distanz zum unmittelbaren Unterrichtsgeschehen, während praxisnahe Formate, in denen Materialien direkt erprobt und reflektiert werden, als deutlich gewinnbringender erlebt werden.

Auch bei den inhaltlichen Wünschen der Lehrkräfte gibt es klare Schwerpunkte. Besonders relevant sind für sie Themen rund um das Experimentieren im Sachunterricht und der sinnvolle Einsatz digitaler Medien. Dafür möchten Lehrkräfte Materialien, die sie zeitnah und ohne viel Aufwand im eigenen Unterricht einsetzen können. Gleichzeitig möchten sie mehr Sicherheit gewinnen im Umgang mit Tablets, Apps und digitalen Tools. Themen wie Sprachsensibilität oder Diversität spielen zwar in der Bildungspolitik eine große Rolle, tauchen aber bei den inhaltlichen Wünschen für Weiterbildungen der Lehrkräfte erst nachrangig auf.

Die Ergebnisse machen auch deutlich, dass es unter den Lehrkräften unterschiedliche Ausgangslagen gibt. Einige Lehrkräfte fühlen sich im Umgang mit digitalen Medien noch unsicher und wünschen sich niederschwellige Einstiege. Andere arbeiten bereits digital gestützt und sind offen für vertiefende Formate wie kollegiale Hospitationen oder die Auseinandersetzung mit Forschungsergebnissen. Das heißt: Fortbildungen sollen adaptiv sein, indem sowohl Einsteigerinnen und Einsteiger abgeholt als auch Fortgeschrittenen genügend Herausforderungen geboten werden. Adaptive Fortbildungen orientieren sich an den Prinzipien des adaptiven Lernens (Corno, 2008). Inhalte, Methoden und Unterstützungsformen werden flexibel an die Vorerfahrungen, Bedarfe und Interessen der Teilnehmenden angepasst. Sie greifen kontinuierlich Rückmeldungen aus der Praxis auf – etwa durch Austausch in der PLG oder durch die Reflexion der Unterrichtserfahrungen – und knüpfen so direkt an den Alltag der Lehrkräfte an.

Wie funktioniert PLG-Arbeit konkret? Die Umsetzung im MINT-ProNeD-Projekt an der PH Freiburg

Professionelle Lerngemeinschaften (Bonsen & Rolff, 2006) unterscheiden sich deutlich von klassischen Fortbildungen. Sie sind keine punktuellen Veranstaltungen, sondern längerfristige Kooperationen, in denen Lehrkräfte und Wissenschaftler/innen regelmäßig zusammenarbeiten, Erfahrungen austauschen, Materialien erproben und den Unterricht gemeinsam reflektieren. Im Physik-Teilprojekt des MINT-ProNeD-Verbunds wurde diese Zusammenarbeit als ko-konstruktiver Entwicklungsprozess gestaltet, der in drei eng miteinander verknüpfte Räume gegliedert ist (vgl. Abb. 1).

Abbildung 1: Ko-konstruktiver Entwicklungsprozess digitaler Lernumgebungen

Im Unterschied zum klassischen PLG-Format, in dem Lehrkräfte selbst Materialien entwickeln, wurde das Konzept hier modifiziert. Aufgrund begrenzter zeitlicher Ressourcen der Lehrkräfte lag der Schwerpunkt auf der kooperativen Erprobung und gemeinsamen Weiterentwicklung bereits vorhandener digitaler Lernumgebungen. Die Lehrkräfte prüften und reflektierten die Materialien im Unterricht auf Praxistauglichkeit und Wirkung, während das Forschungsteam die Anpassung und Überarbeitung übernahm. Das Dreiraum-Modell beschreibt die grundlegende Struktur der Zusammenarbeit im Projekt. Wie dieser Prozess konkret umgesetzt wurde, wird nachfolgend erläutert.

Im Entwicklungsraum konzipierte und überarbeitete das Forschungsteam aus Wissenschaftler/innen und Studierenden digitale Lernumgebungen zu zentralen physikalischen Themen des Sachunterrichts. Die Grundlage bildeten aktuelle Forschungsergebnisse zum digitalen Lernen und zur Förderung experimenteller Kompetenzen. Hier entstanden Prototypen, die als Ausgangspunkt für die gemeinsame Arbeit in der PLG dienten. Im Erprobungsraum wurden diese Lernumgebungen von Lehrkräften in ihren Klassen eingesetzt. Dabei beobachteten sie das Lernverhalten der Kinder und prüften Praxistauglichkeit sowie Wirksamkeit der digitalen Materialien. Wissenschaftler/innen begleiteten diesen Prozess punktuell, etwa durch Unterrichtsbeobachtungen, Datenerhebungen oder technischen Support. Die Rückmeldungen aus der Praxis lieferten erfahrungsbasierte Daten, die in die Weiterentwicklung der Lernumgebungen einflossen. Im Dialograum schließlich reflektierten Lehrkräfte und Wissenschaftler/innen gemeinsam sowohl die erprobten Lernumgebungen als auch die Erfahrungen aus dem Unterricht. Hier wurden Entwicklungsbedarfe identifiziert, Anpassungen diskutiert und neue Ideen generiert, die wiederum in den Entwicklungsraum zurückflossen. So entstand ein zyklischer Prozess gegenseitiger Rückkopplung, in dem Forschung und Praxis eng miteinander verflochten sind.

Zwischen 2023 und 2024 fanden mehrere Erprobungen an verschiedenen Grundschulen statt. Dabei arbeiteten jeweils zwei Lehrkräfte einer Schule über einen Zeitraum von rund drei Monaten eng mit Wissenschaftler/innen der Pädagogischen Hochschule Freiburg zusammen. Die Zusammenarbeit folgte einem festen Ablauf aus Vorbesprechung, Unterrichtserprobung und anschließender Reflexion (vgl. Tabelle 1).

Digitale Lernumgebungen als Ergebnisse der ko-konstruktiven PLG-Arbeit

Die im Dreiraum-Modell beschriebenen Entwicklungs- und Erprobungszyklen führten zur Entstehung mehrerer digitaler Lernumgebungen, die im Projekt sukzessive weiterentwickelt wurden. Eine dieser Lernumgebungen – zum Thema Aggregatzustände und Wasserkreislauf – wurde bereits auf schule-mal-digital.de vorgestellt. Die folgende Übersicht in Tabelle 2 zeigt alle im Projekt entstandenen Prototypen und ordnet sie thematisch ein. Die Entwicklung der Lernumgebungen basierte auf aktuellen Forschungsergebnissen zum digitalen Lernen sowie zur Förderung experimenteller Kompetenzen.

Ein weiteres Beispiel für die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit ist die Entwicklung digitaler Lerncomics für den naturwissenschaftlichen Unterricht, wie etwa der Lerncomic „Untersuchungen zur Luft“ (Abb. 2). Darin begleiten die Figuren Caro und Linus die Kinder bei drei Experimenten rund um das Thema Luft – sie untersuchen, dass Luft unsichtbar und dennoch vorhanden ist, wie sie sich beim Erhitzen verändert und wie sich warme und kalte Luft unterscheiden. Unterstützt werden sie von dem Schmetterling Aero, ein Luft-Experte, und Onkel Paul. Der Lerncomic ist so konzipiert, dass die Kinder beim Experimentieren angeleitet werden. Eingebaute Videos, Vorlesefunktionen und Übersetzungsmöglichkeiten stellen sicher, dass auch Kinder mit geringerer Lesekompetenz aktiv am Unterricht teilnehmen können.

Abbildung 2: Lerncomic „Untersuchungen zur Luft“ – Beispiel für ein Experiment (Screenshots, Lernumgebung mit Dall-E gestaltet)

Wie alle digitalen Lernumgebungen in dem Projekt wurden auch diese Lerncomics (in Form von 2 Prototypen) in enger Kooperation zwischen Hochschule und Schule entwickelt. Beide Prototypen entstanden an der Hochschule, wurden in Klassen erprobt und anschließend auf Basis der Rückmeldungen gemeinsam weiterentwickelt. Dadurch ergab sich eine enge Verzahnung von Theorie und Praxis (Gräsel & Parchmann, 2004; Oettle et al., 2021). Wissenschaftliche Erkenntnisse zur Gestaltung von Lernumgebungen – etwa zur kognitiven Entlastung (Plass et al., 2010) oder zu Scaffolds (Schnotz, 2006, S. 49; Kniffka, 2010) – flossen in die Entwicklung ein. Gleichzeitig wurde überprüft, ob die Konzepte in der Realität einer Grundschulklasse tatsächlich funktionieren.

Welche Erfahrungen liegen vor?

Die Erfahrungen aus den im Physik-Teilprojekt des MINT-ProNeD-Verbunds an der PH Freiburg durchgeführten Professionellen Lerngemeinschaften zeigen, dass die strukturierte Verzahnung von Unterrichtserprobung, Feedbackschleifen und gemeinsamer Weiterentwicklung ein wirksames Format zur Integration digitaler Medien in den Sachunterricht darstellt. Durch das Bereitstellen praxiserprobter digitaler Lernumgebungen konnten Lehrkräfte für den Einsatz digitaler Medien gewonnen und motiviert werden.

Die Erprobungen wurden jeweils von einem Mitglied des Forschungsteams begleitet, das mithilfe strukturierter Beobachtungsbögen Barrieren und Optimierungsbedarfe dokumentierte. Nach jeder Unterrichtseinheit kam zudem ein Kurzfragebogen zum Einsatz, um die wahrgenommene Wirksamkeit der Lerncomics aus Sicht der Kinder zu erfassen. Ferner fand am Ende jeder Erprobungsphase ein Austauschgespräch mit den Lehrkräften statt.

In den Austauschgesprächen vor und nach den Erprobungen äußerten zu Beginn der PLG-Arbeit einige Lehrkräfte Skepsis – sei es aus Sorge vor zusätzlichem Arbeitsaufwand oder aus Zweifel am Mehrwert digitaler Medien. Im Verlauf der gemeinsamen Arbeit veränderte sich diese Haltung deutlich: Das praktische Erleben und die gemeinsame Reflexion der Lernumgebungen führten häufig zu einem Perspektivwechsel. Lehrkräfte berichteten, dass die Kinder mit großer Motivation und Freude arbeiteten und insbesondere zurückhaltende Schülerinnen und Schüler stärker partizipierten, da die digitalen Medien neue Ausdrucksformen eröffneten.

Besonders positiv wurde die Möglichkeit bewertet, Unterrichtserfahrungen mit Kolleginnen und Kollegen sowie mit den Hochschulbeteiligten zu reflektieren. Dieser Austausch förderte gegenseitige Unterstützung, half bei der Weiterentwicklung der Lernumgebungen und führte zu neuen Ideen für die Unterrichtsgestaltung. Nach einer ersten begleiteten Doppelstunde setzten viele Lehrkräfte die Materialien eigenständig ein und beschrieben die daraus entstandenen Unterrichtseinheiten als besonders gelungene „Leuchtturmstunden“ im eigenen Unterricht.

Welcher Nutzen entsteht?

Für Lehrkräfte bedeutet die Arbeit in dieser angepassten Art von PLG: Sie entwickeln ihre Professionalität gemeinsam weiter, sie probieren Neues aus, sie reflektieren ihre Praxis und sie erhalten direkt einsetzbare Materialien. Anstatt isoliert nach Lösungen zu suchen, entsteht ein Netzwerk gegenseitiger Unterstützung.

Auch die Schülerinnen und Schüler können von der Arbeit in der PLG profitieren: Sie erleben z. B. spannenden, zugänglichen und partizipativen Sachunterricht. Die digitalen Lernumgebungen ermöglichen den Schülerinnen und Schülern, Naturwissenschaften aktiv zu erforschen – unabhängig von sprachlichen Hürden oder individuellen Lernvoraussetzungen.

Schulen insgesamt haben ebenfalls einen Benefit: Die einzelnen Lehrkräfte gewinnen Impulse für ihre Unterrichtsentwicklung, die dann im Kollegium weitergegeben werden. So können sich digitale Innovation nachhaltig im Schulalltag verankern. Professionelle Lerngemeinschaften wirken damit weit über die einzelnen Lehrkräfte hinaus.

Für Wissenschaftler/innen ermöglicht die PLG-Arbeit wichtige Erkenntnisse: Die praktischen Erprobungen liefern Informationen zur Lernwirksamkeit digitaler, adaptiver Lernumgebungen. Diese Ergebnisse fließen zudem in die Weiterentwicklung der Lernumgebungen ein. Ferner können Erkenntnisse über die Wirkung solcher Lernumgebungen auf Kinder mit unterschiedlichen Lernvoraussetzungen gewonnen und Schlussfolgerungen für eine erfolgreiche, individuelle Förderung beim Experimentieren in der Grundschule gezogen werden, die wiederum in Zukunft für die Schulpraxis aufbereitet werden können.

Auch für die Studierenden ergab sich ein deutlicher Mehrwert: Durch die Einbindung in die PLG-Arbeit konnten sie praxisnahe Forschung erleben, Unterricht nach Feedback von Lehrkräften weiterentwickeln und die Wirksamkeit digitaler Lernumgebungen unmittelbar beobachten. Die Beteiligung am Entwicklungs- und Erprobungsprozess stiftete zudem Sinn für das eigene Studium, da theoretische Ansätze direkt in konkrete Unterrichtssituationen übersetzt wurden.

Zusammenfassung: Professionalisierung im Netzwerk

Die Erfahrungen aus dem Physik-Teilprojekt des MINT-ProNeD-Verbunds an der PH Freiburg zeigen, dass Professionelle Lerngemeinschaften viel bewegen können, aber gleichzeitig auch an Grenzen stoßen. Denn die Lehrkräfte sind stark belastet und haben dadurch oft wenig Zeit, um eigenständig neue Lernmaterialien, insbesondere digitale Lernumgebungen, zu entwickeln.

Deshalb erweiterten wir den Ansatz zu einem Netzwerk, indem Studierende, Lehrkräfte und Forschende Hand in Hand arbeiten. Die Studierenden bringen ihre Kreativität und Arbeitszeit aus Seminaren und Abschlussarbeiten ein, die Lehrkräfte ihre Praxisexpertise und die Forschenden sorgen für eine wissenschaftliche Fundierung sowie die Koordination des Netzwerks. Auf diese Weise werden die entwickelten Materialien nicht einmalig erstellt, sondern im Netzwerk kontinuierlich verbessert und im Unterricht genutzt. Dieses Modell entlastet Lehrkräfte, stärkt die Professionalität der Studierenden und sorgt für nachhaltige Innovation im naturwissenschaftlichen Sachunterricht. So kann das Netzwerk eine reflektierte, praxisnahe digitale Transformation unterstützen.

Über die Autorinnen

Prof. Dr. Silke Mikelskis-Seifert ist Professorin für Physik und ihre Didaktik an der Pädagogischen Hochschule Freiburg. Ihre Forschungsthemen und -interessen umfassen die Professionalisierung von Lehrkräften, sowie die Erforschung des professionellen Wissens von Lehrkräften während der PLG-Arbeit, das Erlernen wissenschaftlicher Arbeitsmethoden, digitales Lernen und den Umgang mit Vielfalt. Silke Mikelskis-Seifert arbeitet an einer Vielzahl von Projekten in interdisziplinären Teams und forscht im Rahmen von Promotionsstudiengängen.

Dr. Martina Graichen ist Lehrerin und wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Physik an der Pädagogischen Hochschule Freiburg. Dort beschäftigt sie sich mit der Professionalisierung von Lehrkräften und der Entwicklung von modernen Lernumgebungen über digitale Medien sowie mit barrierefreiem und adaptivem Unterricht mit heterogenen Lerngruppen. Zur Unterstützung der Lehrkräfte beim Einsatz digitalen Medien setzt sie auf einen Austausch auf Augenhöhe. Mit Hilfe von Professionellen Lerngemeinschaften können sowohl die Lernumgebungen weiterentwickelt werden als auch die beteiligten Lehrkräfte ihren eigenen Unterricht ausbauen.

Das Projekt

Am MINT-ProNeD-Standort Freiburg arbeitete die Abteilung Physik der PH Freiburg mit viel Begeisterung mit Lehrkräften im Sachunterricht zusammen. Das Ziel war, das Experimentieren im naturwissenschaftlichen Sachunterricht mit digitalen Lernumgebungen auf ein neues Level zu heben. Dabei wurde auf bewährte digitale Lernumgebungen aus einem vorherigen Projekt zurückgegriffen und diese kontinuierlich weiterentwickelt.

Im Fokus standen Bedarfe der Lehrkräfte, der Schülerinnen und Schüler sowie die Anforderungen der digitalen Lernumgebungen selbst. Die Schülerinnen und Schüler entdeckten die Inhalte weitgehend selbstständig – mit Tablets oder iPads in der Hand und Hands-on-Experimenten direkt im Klassenzimmer. So wurden die Vorteile digitaler Medien mit klassischem Experimentieren kombiniert, um die experimentale, naturwissenschaftliche Kompetenz, aber auch die Selbstständigkeit der Schülerinnen und Schülern zu fördern. Die Lernumgebungen wurden fortlaufend auf Grundlage des Feedbacks von Lehrkräften und Schülerinnen und Schülern weiterentwickelt.