Sachunterricht · 5 – 12 Jahre
Lernen in Simulationen
Was die Forschung trägt – und was wir daraus für die Lernplattform Systemchen gebaut haben.
Thomas Schroffenegger · Pädagogische Hochschule Vorarlberg2026
Bild: Filzlogo von Systemchen (KI-generiert, OpenAI)
Sagen Herzlich willkommen. In den nächsten gut dreißig Minuten geht es um eine Frage, die in jeder Fortbildung zu digitalen Medien früher oder später kommt: Bringen Simulationen Kindern im Volksschulalter wirklich etwas – oder sind sie nur ein hübsches Spielzeug auf dem Tablet?
Sagen Ich gehe in drei Schritten vor. Erstens: Was sagt die Forschung, ehrlich und mit Zahlen. Zweitens: Was haben wir daraus gebaut – die Lernplattform Systemchen mit drei Simulationen, die Sie heute auch selbst ausprobieren können. Drittens: Was dürfen wir realistisch erwarten, und wie könnte man das überprüfen.
Hintergrund Grundlage ist ein Literaturreview mit 105 Quellen zum österreichischen Lehrplan 2023 und zum Lernen in Simulationen bei 5- bis 12-Jährigen. Der vollständige Fachartikel und alle Quellen sind auf der Begleitseite verlinkt.
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Worum es geht
Die kurze Antwort vorweg
Wirken Simulationen bei Kindern?
Ja – unter Bedingungen : angeleitet, in den Unterricht eingebettet, verbunden mit echter Erfahrung.
Sind sie besser als Lernspiele?
Nicht generell. Es kommt auf die Bauart an, nicht auf das Etikett.
1 Was die Forschung weiß
2 Was wir gebaut haben
3 Was wir erwarten
D'Angelo u. a. (2014) ↗ ; Lazonder & Harmsen (2016) ↗ ; Vogel (2006) ↗
Sagen Ich nehme das Ergebnis gleich vorweg, damit Sie den Rest des Vortrags einordnen können.
Klick 1 Erste Frage: Wirken Simulationen bei Kindern? Die Antwort ist ein vorsichtiges Ja. Vorsichtig deshalb, weil fast alle großen Studien aus der Sekundarstufe stammen. Und Ja nur unter Bedingungen: Die Kinder brauchen Anleitung, die Simulation muss im Unterricht eingebettet sein, und sie wirkt am besten zusammen mit echter Erfahrung – mit der echten Pfütze, der echten Batterie.
Klick 2 Zweite Frage: Sind Simulationen besser als Lernspiele? Diese Erwartung hört man oft, und ich hatte sie anfangs auch. Die Forschung gibt das nicht her. Wo beides verglichen wurde, gibt es keinen klaren Unterschied. Was zählt, sind einzelne Merkmale: ob es Wettbewerb gibt, ob Punkte vergeben werden, ob der Lerninhalt selbst die Spielhandlung ist.
Klick 3 Daraus ergeben sich die drei Teile des Vortrags.
Frage Kurze Handzeichen-Runde: Wer hat schon einmal eine Simulation im Unterricht eingesetzt? Wer ein Lernspiel?
1
Teil 1
Was die Forschung weiß
Meta-Analysen, Studien aus der Volksschule und der Vergleich mit Lernspielen.
Begriffe Simulation und Lernspiel
Wirkung Was die großen Zahlen sagen
Volksschule Was bei Kindern untersucht ist
Merkmale Was den Ausschlag gibt
Sagen Wir beginnen mit dem Forschungsstand. Ich gehe in vier Schritten vor: Zuerst klären wir, was eine Simulation überhaupt ist und was ein Lernspiel – denn diese Begriffe werden ständig vermischt. Dann schauen wir auf die großen Meta-Analysen, also Studien, die viele Einzelstudien zusammenrechnen. Danach auf das, was speziell bei Volksschulkindern untersucht wurde. Und schließlich auf die Merkmale, die tatsächlich den Unterschied machen.
Hinweis Effektstärken kommen gleich mehrfach vor. Faustregel nach Cohen, die Sie dem Publikum einmal sagen sollten: 0,2 ist ein kleiner Effekt, 0,5 ein mittlerer, 0,8 ein großer. Ein g von 0,5 heißt: Das durchschnittliche Kind der Versuchsgruppe liegt um eine halbe Standardabweichung über dem Durchschnitt der Vergleichsgruppe – es ist besser als rund 69 Prozent dieser Gruppe.
Begriffe
Simulation oder Lernspiel – was ist was?
Simulation
Ein vereinfachtes, dynamisches Modell der Wirklichkeit. Man verändert etwas und beobachtet, was das Modell daraus macht.
Beispiel: Sonne stärker – die Pfütze trocknet schneller aus.
Spiel
Hat Regeln , einen Konflikt oder Kooperation und eine Siegbedingung . Man kann gewinnen oder verlieren.
Beispiel: Wer zuerst 100 Punkte hat, gewinnt.
Viele „Lernspiele“ in der Forschung sind in Wahrheit Simulationsspiele – die Grenze ist fließend.
Sauvé u. a. (2007) ↗
Sagen Bevor wir vergleichen, brauchen wir saubere Begriffe. Eine viel zitierte Übersichtsarbeit von Sauvé und Kolleg*innen aus 2007 unterscheidet so:
Klick 1 Eine Simulation ist ein vereinfachtes, dynamisches Modell der Wirklichkeit. Dynamisch heißt: Es verändert sich, wenn ich etwas tue. Ich stelle die Sonne stärker – und sehe, dass die Pfütze schneller austrocknet. Das Modell rechnet, ich beobachte.
Klick 2 Ein Spiel hat Regeln, einen Konflikt oder eine Kooperation und vor allem eine Siegbedingung. Man kann gewinnen oder verlieren.
Klick 3 In der Praxis überlappen beide stark. Viele Produkte, die in Studien als „Lernspiel“ geführt werden, sind eigentlich Simulationen mit einem Spielziel. Das ist wichtig für alles Folgende: Wenn Meta-Analysen Spiele und Simulationen vergleichen, vergleichen sie oft Ähnliches mit Ähnlichem.
Frage Denken Sie an ein Lernprogramm, das Sie kennen: Ist es eher Modell oder eher Wettkampf?
Lehrplan Volksschule 2023
Was der Lehrplan verlangt
Konzept
„Systeme und Wechselwirkungen, Ursachen und Konsequenzen“
eines von sechs zentralen fachlichen Konzepten im Sachunterricht
Grundsatz 4
Aufgaben, die „auf eigenständiges, entdeckendes und forschendes Lernen“ abzielen
allgemeiner didaktischer Grundsatz
Grundsatz 2
Digitale Medien sind „eine wichtige Ergänzung“, sollen die bisherigen Mittel aber „nicht vollständig ersetzen“
digital unterstützter Unterricht
→ Das heißt: Das Wort „Simulation“ steht nicht im Fachlehrplan. Der Kommentar empfiehlt Animationen aber genau dort, wo Kinder etwas nicht selbst angreifen oder beobachten können.
BMBWF (2023) ↗ ; Nowy-Rummel u. a. (2023) ↗
Sagen Warum ist das Thema für Österreich gerade jetzt relevant? Seit heuer gilt der neue Volksschullehrplan auf allen vier Schulstufen. Drei Stellen sind für Simulationen entscheidend.
Klick 1 Der Sachunterricht ist um sechs zentrale fachliche Konzepte gebaut. Eines heißt „Systeme und Wechselwirkungen, Ursachen und Konsequenzen“. Genau das ist der Kern jeder Simulation: Etwas wirkt auf etwas anderes.
Klick 2 Didaktischer Grundsatz 4 verlangt Aufgaben für eigenständiges, entdeckendes und forschendes Lernen.
Klick 3 Und Grundsatz 2 sagt: Digitale Medien sind eine wichtige Ergänzung, sie sollen das Bisherige aber nicht vollständig ersetzen.
Klick 4 Das Wort Simulation kommt im Fachlehrplan nicht vor. Der offizielle Kommentar zum Fachlehrplan von Nowy-Rummel, Schmidt-Hönig und Radler sagt aber: Kinder sollen mit realen Materialien hantieren, und Animationen helfen dort, wo das nicht geht – etwa bei Entwicklungen, die zu lange dauern, oder bei Dingen, die man nicht sehen kann. Das ist genau die Lücke, in die gute Simulationen passen.
Meta-Analyse · Schulstufen K – 12 · 59 Studien
Simulationen wirken – wenn sie eingebettet sind
g = 0
mittlerer Effekt auf die Lernleistung
→ Das heißt: Ein durchschnittliches Kind mit Simulation schneidet besser ab als rund 73 % der Vergleichsgruppe.
im Lehrplan eingebettet
0,81 nicht eingebettet
0,20 (n. s.) mit Scaffolding (vs. einfach)
0,60
Effektstärke Hedges’ g · 0,2 klein · 0,5 mittel · 0,8 groß · n. s. = nicht signifikant
D'Angelo u. a. (2014) ↗
Sagen Die umfassendste Meta-Analyse zu Simulationen im MINT-Unterricht stammt von D’Angelo und Kolleg*innen, 2014, für das SRI-Institut. 59 Studien von der Vorschule bis zur Matura.
Kern Ergebnis: g gleich 0,62. Das ist ein mittlerer bis großer Effekt. Anschaulich: Ein durchschnittliches Kind aus der Simulationsgruppe schneidet besser ab als etwa 73 Prozent der Kinder ohne Simulation. Ohne jeden Effekt wären es 50 Prozent. In den Naturwissenschaften allein waren es sogar 0,67, in Mathematik zeigte sich kein signifikanter Effekt.
Klicks Viel spannender sind die Balken rechts. Erster Klick: Simulationen, die in den Lehrplan, also in den laufenden Unterricht eingebettet waren, kamen auf 0,81. Zweiter Klick: nicht eingebettete nur auf 0,20 – und das war nicht einmal signifikant. Dritter: Wer über vier bis sechs Einheiten damit arbeitete, kam auf 0,91. Vierter: Zusätzliche Unterstützung, also Scaffolding, steigerte die Wirkung gegenüber einfachen Simulationen deutlich.
Merksatz Nicht die Simulation an sich wirkt, sondern die Simulation im Unterricht. Ein Tablet in der Freiarbeitsecke allein bringt wenig.
Wer wurde eigentlich untersucht?
Das Altersproblem der Forschung
8 Vorschule – 5. Schulstufe
Je Punkt eine Studie der Meta-Analyse (59 gesamt; 4 ohne eigene Zuordnung, nicht abgebildet)
Folge
Eine Meta-Analyse eigens zu Simulationen in der Primarstufe gibt es nicht. Für 5- bis 7-Jährige fehlen kontrollierte Studien fast völlig.
D'Angelo u. a. (2014) ↗ ; Lazonder & Harmsen (2016) ↗
Sagen Jetzt kommt der Haken, und den sollten wir ehrlich benennen. Von den 59 Studien der großen Meta-Analyse stammen nur acht aus der Vorschule bis zur 5. Schulstufe. Das sind die roten Punkte links.
Klick 1 15 Studien stammen aus der 6. bis 8. Schulstufe.
Klick 2 Und 32, also mehr als die Hälfte, aus der Oberstufe. Deshalb berichtet die Studie keinen eigenen Wert für das Alter: Es gab schlicht zu wenige Volksschulstudien.
Klick 3 Das ist bei den anderen großen Synthesen ähnlich. Eine Meta-Analyse speziell für Simulationen in der Primarstufe haben wir in der Recherche nicht gefunden. Die breiteste Basis über Altersgruppen hinweg liefert Lazonder und Harmsen 2016 zum forschenden Lernen, mit Lernenden von 5 bis 22 Jahren – aber auch dort reichen die Daten nicht für gesicherte Aussagen zum Alter.
Merksatz Die 0,62 von vorhin dürfen wir also nicht einfach auf Volksschulkinder übertragen. Was wir für die Volksschule wissen, kommt aus kleineren Einzelstudien – die schauen wir uns jetzt an.
Kontrollierte Studien mit Kindern
Virtuell ist nicht schlechter – es kommt auf den Inhalt an
Studie Kinder Thema Ergebnis Triona & Klahr (2003) 4. – 5. Schulstufe Experimente planen virtuell gleich gut wie mit echtem Material Jaakkola & Nurmi (2008) 66 Volksschulkinder Stromkreise Simulation und Laborversuch gleich gut Zacharia u. a. (2012) Kindergarten Balkenwaage mit falschem Vorwissen ist Anfassen wichtig Pavlou u. a. (2024) 132 Kinder, 5 – 6 Jahre Schwimmen und Sinken · Federn virtuell besser bei Schwimmen und Sinken, echt besser bei Federn
→ Das heißt: Was man fühlen muss (Federkraft, Gewicht), lernen junge Kinder besser mit echtem Material. Was man sehen kann, geht auch am Bildschirm.
Triona & Klahr (2003) ↗ ; Jaakkola & Nurmi (2008) ↗ ; Zacharia u. a. (2012) ↗ ; Pavlou u. a. (2024) ↗
Sagen Wo die Meta-Analysen schweigen, helfen Einzelstudien. Ihre Stichproben sind klein, aber sie zeigen ein klares Muster.
Klick 1 Triona und Klahr 2003: Kinder der 4. und 5. Schulstufe lernten, faire Experimente zu planen – also immer nur eine Sache zu verändern. Mit virtuellem Material ging das genauso gut wie mit echtem.
Klick 2 Jaakkola und Nurmi 2008 in Finnland: 66 Volksschulkinder, Thema einfache Stromkreise. Simulation allein und Laborversuch allein waren gleich gut. Dieses Thema kommt bei uns im Modul Strom wieder.
Klick 3 Bei den Jüngsten wird es differenzierter. Zacharia 2012 mit Kindergartenkindern an der Balkenwaage: Wer eine falsche Vorstellung mitbrachte, brauchte die körperliche Erfahrung des Gewichts.
Klick 4 Pavlou 2024 mit 132 Fünf- bis Sechsjährigen: Beim Schwimmen und Sinken war die virtuelle Variante überlegen, bei Federn die echte, bei der Balkenwaage gab es keinen Unterschied.
Klick 5 Faustregel: Was man spüren muss, gehört in die Hand. Was man sehen kann, geht auch am Bildschirm. Für Ökosysteme gibt es übrigens nur Fallstudien – kontrollierte Studien mit 5- bis 7-Jährigen fehlen.
Stromkreise · 66 Volksschulkinder
Am stärksten: beides zusammen
nur Simulation
gleich gut wie Labor
nur Laborversuch
gleich gut wie Simulation
Simulation + Labor
beiden Einzelformen signifikant überlegen
Kinder sollen mit realen Materialien hantieren; Animationen helfen dort, wo das nicht möglich ist.sinngemäß nach dem Kommentar zum Fachlehrplan Sachunterricht
Jaakkola & Nurmi (2008) ↗ ; Smetana & Bell (2012) ↗ ; Nowy-Rummel u. a. (2023) ↗
Sagen Das ist für mich der wichtigste Einzelbefund für die Praxis. In derselben finnischen Studie gab es eine dritte Gruppe.
Klick 1 Nur Simulation und nur Laborversuch – beide gleich gut, das haben wir gerade gesehen.
Klick 2 Die dritte Gruppe arbeitete mit beidem: erst Simulation, dann echtes Material, oder abwechselnd. Diese Gruppe war beiden Einzelformen signifikant überlegen. Die Simulation zeigt, was im Draht passiert und was man nicht sieht; das echte Material verankert es in der Erfahrung.
Klick 3 Das passt zu einer großen Übersicht von Smetana und Bell 2012 über 61 Studien: Simulationen sind mindestens so wirksam wie Vortrag, Buch oder Hands-on – und oft wirksamer, wenn sie ergänzend eingesetzt werden. Und es passt zum österreichischen Lehrplankommentar: echtes Material zuerst, Animation dort, wo das nicht geht.
Merksatz Die Simulation einer Pfütze ersetzt nicht den Gang zur echten Pfütze. Sie zeigt, was dort in einer Stunde nicht zu sehen ist – etwa die Entwicklung über Wochen.
Freies Entdecken oder Anleitung?
Ohne Anleitung lernen Kinder kaum etwas
Volksschule · Stromkreise · 50 Kinder
Nur Simulation mit Klick-Hinweisen („verbinde hier“): kein konzeptuelles Verständnis .
Mit expliziter Anleitung zum Entdecken: deutlicher Lernzuwachs .
Jaakkola u. a. (2011)
Meta-Analyse · 72 Studien · 5 – 22 Jahre
d = 0,50
forschendes Lernen mit gegenüber ohne Anleitung
Lazonder & Harmsen (2016)
→ Das heißt: Ein leeres Experimentierfeld überfordert. Kinder brauchen ein Ziel, eine Frage und Hinweise – das Arbeitsgedächtnis ist sonst mit Suchen beschäftigt statt mit Verstehen.
Jaakkola u. a. (2011) ↗ ; Lazonder & Harmsen (2016) ↗ ; Kirschner (2006) ↗
Sagen Der robusteste Befund der ganzen Forschung lautet: Offenes Entdecken ohne Anleitung funktioniert bei Anfänger*innen schlecht.
Klick 1 Wieder eine Studie aus Finnland, Jaakkola und Kolleg*innen 2011, 50 Volksschulkinder, Stromkreise. Eine Gruppe bekam nur prozedurale Hinweise: Klicke hier, verbinde dort. Diese Kinder bauten kein konzeptuelles Verständnis auf – sie wussten danach, wo man klickt, aber nicht, warum das Lämpchen leuchtet. Erst explizite Anleitung zum Entdecken – also: Was vermutest du? Was hast du beobachtet? Warum? – brachte deutlichen Zuwachs.
Klick 2 Die Meta-Analyse von Lazonder und Harmsen über 72 Studien mit Lernenden von 5 bis 22 Jahren bestätigt das: Angeleitetes forschendes Lernen bringt d gleich 0,50, also einen mittleren Effekt gegenüber freiem Forschen.
Klick 3 Die Erklärung liefern Kirschner, Sweller und Clark 2006: Das Arbeitsgedächtnis ist begrenzt. Wer ein System noch nicht kennt, muss gleichzeitig Variablen suchen, Hypothesen bilden und Ergebnisse deuten – das ist zu viel auf einmal.
Frage Was heißt das für Ihre Freiarbeit am Tablet?
Der Vergleich, den alle wollen
Lernspiele wirken ähnlich stark
Spiele (VR-Meta-Analyse)
0,51 Simulationen (dieselbe Analyse)
0,41 Lernspiele vs. Unterricht, Schule
0,54 digitale Spiele, Alter ca. 13
0,33
Ehrliches Fazit
Direkte Vergleiche bei 5- bis 12-Jährigen fehlen. Wo beide Formen verglichen wurden: kein Unterschied oder ein leichter Vorteil für Spiele. Eine generelle Überlegenheit von Simulationen lässt sich nicht belegen .
Merchant u. a. (2014) ↗ ; Barz u. a. (2024) ↗ ; Clark u. a. (2016) ↗ ; Wouters u. a. (2013) ↗ ; Lamb u. a. (2018) ↗ ; Vogel u. a. (2006) ↗
Sagen Jetzt die Frage, die viele am meisten interessiert: Sind Simulationen besser als Lernspiele? Ich hätte das gern belegt. Die Forschung gibt es nicht her.
Klick 1 Merchant und Kolleg*innen 2014 haben beides in einer Meta-Analyse getrennt ausgewertet: Spiele 0,51, Simulationen 0,41 – also eher ein leichter Vorteil für Spiele. Diese Werte stammen aus dem Abstract.
Klick 2 – 4 Lernspiele wirken generell, in einer ähnlichen Größenordnung wie Simulationen: Barz 2024 fand 0,54 für Lernspiele in der Schule, Clark 2016 0,33 bei einem Durchschnittsalter von etwa 13 Jahren, Wouters 2013 0,29 für Serious Games. Eine Meta-Analyse zu Naturwissenschaften (Lei 2022) fand den stärksten Effekt sogar in der Volksschule.
Klick 5 Lamb 2018 und schon Vogel 2006 fanden zwischen Spielen und Simulationen keinen signifikanten Unterschied. Und direkte Vergleiche mit demselben Inhalt bei Volksschulkindern gibt es gar nicht.
Merksatz Wer behauptet, Simulationen seien grundsätzlich besser als Lernspiele, hat die Forschung nicht auf seiner Seite. Die interessante Frage ist eine andere – nächste Folie.
Nicht das Etikett, sondern die Bauart
Was wirklich zählt: die Merkmale
Merkmal Befund Wettbewerb gegen anderemit Wettbewerb g = −0,06 · ohne Wettbewerb g = 0,45 Grafik schematisch g = 0,48 · realistisch g = −0,01 Belohnung (erwartet, materiell)untergräbt die Lust am Thema – bei Kindern stärker als bei Erwachsenen Lerninhalt = Spielhandlung 7- bis 11-Jährige lernen mehr und spielen freiwillig länger Punkte und Lob auf eine Simulation gesetztkein Lernvorteil
→ Das heißt: Fotorealismus, Ranglisten und Sternchen sind keine Qualitätsmerkmale. Ein klares Ziel in der Sache ist eines.
Clark u. a. (2016) ↗ ; Deci u. a. (1999) ↗ ; Habgood & Ainsworth (2011) ↗ ; Brom u. a. (2019) ↗
Sagen Was sich belegen lässt, betrifft einzelne Gestaltungsmerkmale – egal ob das Produkt „Spiel“ oder „Simulation“ heißt.
Klick 1 Wettbewerb: In der Meta-Analyse von Clark 2016 zeigten Einzelspiele mit Wettbewerb praktisch keinen Lerneffekt, minus 0,06. Ohne Wettbewerb waren es 0,45.
Klick 2 Grafik: Schematische Darstellung wirkte deutlich, 0,48. Realistische Grafik praktisch gar nicht. Das widerspricht der Intuition, dass „schöner“ besser lernt. Realistische Details lenken ab – das nennt man Seductive-Details-Effekt.
Klick 3 Belohnung: Die klassische Meta-Analyse von Deci, Koestner und Ryan 1999: Erwartete materielle Belohnungen senken die Freude an der Sache selbst, bei Kindern stärker als bei Studierenden. Informatives, positives Feedback dagegen stärkt sie.
Klick 4 Intrinsische Integration: Habgood und Ainsworth 2011. Wenn Dividieren selbst die Spielhandlung ist, lernen 7- bis 11-Jährige mehr und spielen freiwillig länger als wenn die Rechnung nur eine Hürde zwischen Spielphasen ist.
Klick 5 Brom 2019: Punkte und Lob auf eine Simulation zu setzen, machte sie nicht lernwirksamer.
Fairness Es gibt Gegenbefunde: Gamification hat im Mittel positive Effekte, etwa 0,49 bei Sailer und Homner 2020, und Wettbewerb kann mit Kooperation gut wirken. Ranglisten rechtfertigt das aber nicht.
Brücke zu Teil 2
Was daraus folgt: sechs Bauregeln
Anleiten statt freilassen – Ziel, Frage, HinweiseVorhersagen einfordern – vermuten, beobachten, erklärenSchematisch zeigen – Unsichtbares sichtbar machen, nichts DekorativesZiel in die Sache legen – keine Punkte, kein WettbewerbUrsache und Wirkung zurückmelden – nicht nur „richtig“Mit echter Erfahrung verbinden – und über mehrere Einheiten
Begründete Arbeitshypothesen – für 5- bis 12-Jährige nicht im Einzelnen gesichert
Lazonder & Harmsen (2016) ↗ ; Smetana & Bell (2012) ↗ ; Clark u. a. (2016) ↗ ; Habgood & Ainsworth (2011) ↗ ; Deci u. a. (1999) ↗ ; Jaakkola & Nurmi (2008) ↗
Sagen Aus all dem lassen sich Bauregeln ableiten. Im Fachartikel sind es zehn, hier die sechs wichtigsten. Wichtig: Das sind begründete Arbeitshypothesen. Für Volksschulkinder ist nicht jede einzeln geprüft.
Klicks Eins: Anleiten statt freilassen – die Kinder brauchen ein Ziel, eine Frage und Hinweise. Zwei: Vorhersagen einfordern. Erst wenn ein Kind etwas vermutet hat, wird die eigene Vorstellung sichtbar, und erst eine falsche Vermutung erzeugt das Staunen, aus dem Lernen entsteht. Drei: schematisch zeigen und Unsichtbares sichtbar machen – Verdunstung, Strom im Draht, die Erdachse. Vier: Das Ziel liegt in der Sache, nicht in einem Punktekonto. Fünf: Rückmeldungen erklären Ursache und Wirkung. Nicht „Super, richtig!“, sondern „Das Wasser wurde wärmer, weil die Sonne direkt draufscheint.“ Sechs: Mit echter Erfahrung verbinden und über mehrere Einheiten arbeiten.
Überleitung Diese Regeln waren unser Bauplan für Systemchen. Schauen wir, wie das konkret aussieht.
2
Teil 2
Was wir gebaut haben
Systemchen: drei Simulationen für den Sachunterricht, je drei Levels.
Wasser Pfütze, Teich, See
Sonne, Erde, Planeten Tag und Nacht bis Sonnensystem
Strom und Magnet Elektronik-Baukasten
Plattform Lehrer*innen schalten frei
Sagen Aus diesen Bauregeln ist Systemchen entstanden: eine Lernplattform mit derzeit drei Simulationen für den Sachunterricht. Jedes Modul hat drei Levels, die Lehrperson schaltet sie für ihre Klasse frei. Ich zeige Ihnen jetzt echte Bilder aus dem Programm und sage jeweils dazu, welche Bauregel dahintersteckt.
Tipp Wenn Internet vorhanden ist: systemchen.at im zweiten Tab offen halten und live zeigen. Lehrer*innen können jedes Modul im Übungsmodus ohne Klasse ausprobieren.
Modul Wasser · Level 1 Pfütze · 1. – 4. Schulstufe
Schaffen es die Kaulquappen, bevor die Pfütze austrocknet?
Der Zielkonflikt Wärme lässt die Kaulquappen schneller wachsen – und das Wasser schneller verdunsten.
Eingreifen Schatten mit Huflattich, Regenwolke, zehn Spieltage.
Kein „Game over“ Ein misslungener Tag lässt sich sofort wiederholen.
Bild: Screenshot aus Systemchen (Hintergründe KI-generiert)
Sagen Das erste und größte Modul: Wasser. Level 1 ist eine Regenpfütze auf einer Waldlichtung mit Grasfroschlaich. Die Kernfrage ist für Kinder sofort verständlich: Werden die Kaulquappen zu Fröschlein, bevor die Pfütze austrocknet?
Klick 1 Dahinter steckt ein echter Zielkonflikt, also ein System mit Wechselwirkung: Wärme beschleunigt die Entwicklung der Kaulquappen, lässt aber auch das Wasser verdunsten. Genau das Lehrplankonzept „Systeme und Wechselwirkungen“. Und genau das, was man an einer echten Pfütze nicht beobachten kann – die Entwicklung dauert in echt sechs bis zwölf Wochen.
Klick 2 Die Kinder greifen ein: Sie pflanzen Huflattichblätter für Schatten, ziehen eine Regenwolke herbei. Auf dem Bild sehen Sie Tag 4: drei Blätter beschatten die Pfütze, die Rückmeldung sagt „Im Schatten verdunstet weniger Wasser“ – also Ursache und Wirkung, nicht „Super!“.
Klick 3 Es gibt kein „Game over“. Ein misslungener Tag lässt sich sofort wiederholen. Fehler sind Daten, keine Niederlage. Eine Sitzung dauert etwa zehn bis fünfzehn Minuten.
Modul Wasser · Bauregel 2
Erst vermuten , dann beobachten
Vorhersage: Was passiert mit der Pfütze? Beobachten: Steigt viel oder wenig Dampf auf?
→ Das heißt: Jede Vermutung wird im Spiel aufgelöst und erklärt. Unsichtbares – Verdunstung als Dampf – wird sichtbar gemacht.
Smetana & Bell (2012) ↗ ; Schwarz u. a. (2009) ↗
Sagen Hier sehen Sie die Bauregel „Vorhersagen einfordern“ in der Praxis.
Klick 1 Am Morgen des ersten Tages fragt das Programm: Die Sonne scheint den ganzen Tag – was glaubst du, was passiert mit der Pfütze? Drei Bildknöpfe, damit auch Kinder antworten können, die noch nicht sicher lesen. Die Texte werden zusätzlich vorgelesen.
Klick 2 Später eine Beobachtungsfrage: Heute ist es wolkig – steigt viel oder wenig Dampf auf? Die Verdunstung ist in Wirklichkeit unsichtbar. In der Simulation zeigen wir sie als aufsteigenden Dampf, also schematisch, damit Kinder sie beobachten können.
Klick 3 Wichtig: Jede Vermutung wird im Spiel aufgelöst und begründet. Eine falsche Vermutung ist der wertvollste Moment, weil die eigene Vorstellung sichtbar wird. Smetana und Bell beschreiben genau das: Simulationen wirken besonders, wenn sie Reflexion und kognitive Dissonanz auslösen.
Modul Wasser · Bauregel 4: Ziel in der Sache
Minispiele, in denen der Inhalt das Spiel ist
Lupe: Wer frisst wen? Vom Ei zum Frosch Verdunstungs-Labor
→ Das heißt: Kein Minispiel ist eine Belohnungspause. Finden, Ordnen und Vergleichen sind selbst der Lehrplanstoff – Lebensraum, Lebenszyklus, Verdunstung.
Habgood & Ainsworth (2011) ↗ ; BMBWF (2023) ↗
Sagen Zwischen den Spieltagen gibt es sechs kurze Minispiele. Hier wollten wir die Bauregel „Ziel in die Sache legen“ ernst nehmen, also intrinsische Integration nach Habgood und Ainsworth.
Klick 1 Mit der Lupe suchen die Kinder, wer in der Pfütze lebt. Zu jedem Tier: Was frisst es, wer frisst es? Das ist ein erstes Nahrungsnetz – Lehrplan 2. Schulstufe: Tiere in ihren Lebensräumen erkunden und Wechselwirkungen beschreiben.
Klick 2 Vom Ei zum Frosch: Die Kinder legen acht Stadien in einen Kreislauf. Der Kompetenzraster nennt im Ideenpool ausdrücklich „Vom Ei zum Frosch“.
Klick 3 Im Verdunstungs-Labor vergleichen sie eine Schüssel in der Sonne und eine im Schatten, mit Thermometer – ein faires Experiment, bei dem nur eine Sache verändert wird. Und genau dieses Experiment machen sie danach echt im Klassenzimmer.
Klick 4 Kein Minispiel ist eine Belohnungspause zwischen Lernphasen. Das Finden, Ordnen und Vergleichen ist selbst der Inhalt.
Modul Wasser · Forscherheft
Wo das Spiel von der Wirklichkeit abweicht
„Im Spiel kannst du Wolken schieben. In echt geht das nicht.“
Modellkritik Ein Modell vereinfacht. Das zu sehen ist selbst ein Lernziel – Medien kritisch reflektieren, 4. Schulstufe.
Probier es echt aus! Zwei Schüsseln Wasser, eine in der Sonne, eine im Schatten.
BMBWF (2023) ↗ ; Jaakkola & Nurmi (2008) ↗
Sagen Ein Detail, das mir besonders wichtig ist: das Forscherheft. Dort sammeln die Kinder, was sie entdeckt haben. Und es hat eine eigene Seite „Spiel und echt“.
Klick 1 Dort steht zum Beispiel: Im Spiel kannst du Wolken schieben – in echt geht das nicht. Oder: Im Spiel geht alles ganz schnell, in echt dauert die Entwicklung etwa sechs bis zwölf Wochen.
Klick 2 Damit wird die Vereinfachung selbst zum Thema. Der Lehrplan verlangt in der 4. Schulstufe, den Umgang mit analogen und digitalen Medien kritisch zu reflektieren. In der Sekundarstufe heißt das dann: Gültigkeitsbereiche und Grenzen von Modellen diskutieren.
Klick 3 Und jede Sitzung endet mit „Probier es echt aus!“: zwei Schüsseln Wasser, eine in die Sonne, eine in den Schatten, am nächsten Tag vergleichen. Das ist die Kombination aus Simulation und Realexperiment, die in der Forschung am besten abschneidet. Hinweis für Ausflüge: Amphibien sind geschützt, Laich und Kaulquappen bleiben im Gewässer.
Modul Sonne, Erde und Planeten · 3D-Experimentierkasten
Die Erde drehen, den Mond schieben
Level 1 · Tag und Nacht Level 2 · Mondphasen ordnen Level 3 · Unser Sonnensystem
→ Das heißt: Die Aufgaben löst man durch Beobachten im System, nicht durch Raten. Vereinfachungen (Größen, Abstände) nennt das Programm offen.
Vosniadou & Brewer (1992) ↗ ; Wieman u. a. (2008) ↗
Sagen Das zweite Modul ist ein 3D-Experimentierkasten zu Sonne, Erde und Planeten, wieder in drei Levels.
Klick 1 Level 1, Tag und Nacht: Die Kinder drehen die Erde. Ein Kind mit rot-weiß-roter Fahne steht in Österreich und zeigt, ob dort gerade Tag oder Nacht ist; ein kleines Fenster zeigt den Himmel über Österreich. Hier wird Unsichtbares sichtbar: Von der Erde aus sehen wir nie, dass sie sich dreht.
Klick 2 Level 2, Erde, Sonne und Mond: Mondphasen ordnen, Vollmond einstellen, Jahreszeiten, Mondfinsternis. Wichtig ist der Knopf „Im System ausprobieren“: Die Lösung findet man durch Beobachten, nicht durch Raten.
Klick 3 Level 3, das ganze Sonnensystem mit acht Planeten.
Hintergrund Warum das wichtig ist: Vosniadou und Brewer haben 1992 gezeigt, dass Kinder neue Information mit ihrem Alltagswissen verbinden – es entstehen Mischmodelle wie eine Erde als Hohlkugel. Konzeptwechsel ist ein langer Umbau. Ein Modell, an dem man drehen kann, hilft dabei. Größen und Abstände sind nicht maßstabsgetreu – das sagt das Programm offen.
Modul Strom und Magnet · Elektronik-Baukasten · 3. – 4. Schulstufe
Von der Taschenlampe bis zur Ampel
Level 1 · Die Taschenlampe Level 2 · Strom sichtbar gemacht Level 2 · Vorhersage am Strommesser
→ Das heißt: Genau das Thema der finnischen Volksschulstudien – mit Vorhersage, Erklärung und anschließendem echten Versuch mit 4,5-Volt-Batterie.
Jaakkola & Nurmi (2008) ↗ ; Jaakkola u. a. (2011) ↗
Sagen Das dritte Modul ist ein Elektronik-Baukasten, angelehnt an die klassischen Baukästen der Siebzigerjahre: Acrylplatte mit Federklemmen, darunter der Bauplan, vorne eine Frontplatte mit Instrumenten. 26 Experimente in drei Levels.
Klick 1 Level 1 beginnt mit der Taschenlampe: Batterie, Lämpchen, zwei Kabel. Der Bauplan ist in Bildern, damit auch schwächere Leser*innen zurechtkommen. Danach Schalter, Leiter und Nichtleiter, Fehler suchen.
Klick 2 Level 2 arbeitet mit Schaltzeichen: Reihe und parallel, Motor, Klingel, Kurzschluss. Mit „Strom zeigen“ laufen gelbe Punkte durch die Kabel – ausdrücklich als Modell gekennzeichnet: In echt kann man Strom nicht sehen.
Klick 3 Vor jedem Versuch wird vorhergesagt: Zeigt der Zeiger mehr oder weniger? Erst dann wird gemessen und erklärt. Level 3 kommt mit Magnet, Elektromagnet und Schaltungen ohne Plan.
Klick 4 Das ist exakt das Thema der beiden finnischen Volksschulstudien: Simulation plus echter Versuch wirkt am besten, und explizite Anleitung zum Entdecken ist nötig. Jedes Experiment endet deshalb mit „Probier es echt aus“ – mit 4,5-Volt-Flachbatterie und dem Sicherheitshinweis, nie an die Steckdose zu gehen.
Von der Forschung ins Programm
Die Bauregeln in Systemchen
Bauregel Wasser Sonne, Erde, Planeten Strom und Magnet Anleiten Aufgabenleiste, Hilfe beim Warten Aufgabenkarten mit Tipp Bauplan in Bildern, dann Schaltplan Vorhersagen jeden Morgen eine Vermutung „Wo geht die Sonne auf?“ vor jedem Versuch Schematisch Dampf, Wasserstand, Tagesuhr Tag-Nacht-Grenze, Erdachse Strom als Punkte (Modell) Ziel in der Sache Fröschlein vor dem Austrocknen Lösung im System finden das Lämpchen leuchtet Erklären „Im Schatten verdunstet weniger“ Auflösung jeder Frage „Warum ist das so?“ Echt ausprobieren zwei Schüsseln Wasser Mond am Abendhimmel 4,5-Volt-Batterie
Eigene Darstellung
Sagen Hier noch einmal im Überblick, wie die sechs Bauregeln aus Teil 1 in den drei Modulen umgesetzt sind. Sie können die Tabelle Zeile für Zeile durchgehen oder nur zwei, drei Zeilen herausgreifen.
Klicks Anleiten: In Wasser gibt es eine Aufgabenleiste, die immer zeigt, was zu tun ist – auch in Wartezeiten, damit kein Kind ratlos vor dem Bildschirm sitzt. Im Sonnensystem Aufgabenkarten mit Tipp, beim Strom zuerst Baupläne in Bildern, später Schaltpläne. Vorhersagen: in allen drei Modulen vor der Beobachtung. Schematisch: Unsichtbares wird sichtbar – Dampf, die Tag-Nacht-Grenze, Strom als Punkte. Ziel in der Sache: kein Punktestand, sondern das Fröschlein, die gefundene Lösung, das leuchtende Lämpchen. Erklären: Jede Rückmeldung nennt Ursache und Wirkung. Und echt ausprobieren: Jedes Modul schlägt einen realen Versuch vor.
Frage Welche Zeile finden Sie am schwierigsten umzusetzen – im Programm oder im eigenen Unterricht?
Einbettung · Bauregel 6
So sieht eine Einheit aus
Einstieg, 5 Minuten – echte Beobachtung oder Frage: „Wohin verschwindet eine Pfütze?“ Vermutungen sammeln.Simulation, 10 – 15 Minuten – zu zweit am Tablet, ein Level, vermuten und beobachten.Gespräch, 10 Minuten – Was hat euch überrascht? Wo ist das Spiel anders als die Wirklichkeit?Echter Versuch – zwei Schüsseln, Batterie und Lämpchen, Mond beobachten.Wiederholen – über 4 – 6 Einheiten, Level für Level.
D'Angelo u. a. (2014) ↗ ; Jaakkola & Nurmi (2008) ↗ ; Ke (2008) ↗
Sagen Und so stellen wir uns eine Einheit im Unterricht vor. Das ist ein Vorschlag, kein Rezept.
Klick 1 Einstieg mit echter Erfahrung oder einer echten Frage: Wohin verschwindet eine Pfütze? Die Vermutungen der Kinder sammeln, an der Tafel festhalten.
Klick 2 Dann zehn bis fünfzehn Minuten Simulation, am besten zu zweit. Kooperation statt Wettbewerb verbessert laut Ke 2008 die Einstellung zum Fach, und zu zweit wird mehr gesprochen und begründet.
Klick 3 Danach das Gespräch – das ist der Teil, den kein Programm ersetzt. Was hat euch überrascht? Welche Vermutung war falsch? Wo ist das Spiel anders als die Wirklichkeit?
Klick 4 Dann der echte Versuch.
Klick 5 Und nicht als Einzelstunde: In der großen Meta-Analyse wirkten Simulationen über vier bis sechs Einheiten am stärksten. Die drei Levels sind genau dafür gedacht.
3
Teil 3
Was wir erwarten
Realistische Erwartungen, was wir nicht behaupten, und wie man es prüft.
Sagen Wir haben gesehen, was die Forschung trägt, und wir haben gesehen, was wir gebaut haben. Jetzt die naheliegende Frage: Was dürfen wir von Systemchen erwarten? Ich versuche, das so ehrlich zu beantworten wie den Forschungsteil – also mit dem, was plausibel ist, und mit dem, was wir ausdrücklich nicht behaupten.
Begründete Erwartungen
Was wir erwarten dürfen
Verstehen von Zusammenhängen
Kinder erklären Ursache und Wirkung: Wärme lässt Wasser verdunsten und Kaulquappen schneller wachsen. Die Drehung der Erde macht Tag und Nacht. Nur ein geschlossener Kreis leuchtet.
Lust an der Sache
Ohne Punkte und Wettbewerb: Die Kinder arbeiten weiter, weil sie wissen wollen, wie es ausgeht – nicht wegen eines Sterns.
Brücke zur echten Welt
Jede Sitzung endet mit einem echten Versuch: zwei Schüsseln Wasser, eine echte Taschenlampe, der Mond am Abendhimmel.
Größenordnung
Wenn angeleitet, eingebettet und über mehrere Einheiten: Orientierung ist ein mittlerer Effekt (Schulstufen K – 12: g = 0,62; angeleitetes Forschen: d = 0,50). Für Volksschulkinder ist keine Zahl gesichert.
D'Angelo u. a. (2014) ↗ ; Lazonder & Harmsen (2016) ↗ ; Habgood & Ainsworth (2011) ↗ ; Jaakkola & Nurmi (2008) ↗
Sagen Drei Wirkungen halten wir für gut begründet.
Klick 1 Erstens das Verstehen von Zusammenhängen. Das ist das Lehrplankonzept „Systeme und Wechselwirkungen“. In der Pfütze ist der Kern ein Zielkonflikt: Wärme beschleunigt die Entwicklung der Kaulquappen, lässt aber auch das Wasser verdunsten. Das kann man in einer echten Pfütze in einer Stunde nicht beobachten – in der Simulation in zehn Minuten schon.
Klick 2 Zweitens Lust an der Sache. Wir haben bewusst auf Punkte, Sterne als Belohnung und Ranglisten verzichtet. Das stützt sich auf Habgood und Ainsworth: Wenn der Inhalt die Spielhandlung ist, spielen Kinder freiwillig länger.
Klick 3 Drittens die Brücke zur echten Welt. Jede Sitzung endet mit „Probier es echt aus“. Die finnische Stromkreis-Studie hat gezeigt: Die Kombination ist am stärksten.
Klick 4 Und wie groß könnte der Effekt sein? Ehrlich: Eine gesicherte Zahl für Volksschulkinder gibt es nicht. Als Orientierung, wenn die Bedingungen stimmen: ein mittlerer Effekt, also Werte um 0,5 bis 0,6. Das ist eine Erwartung, kein Messergebnis.
Ehrlichkeit gehört dazu
Was wir nicht behaupten
Simulationen sind nicht generell besser als Lernspiele.
Die Simulation ersetzt nicht die echte Pfütze, die echte Batterie, den Blick in den Himmel.
Ein Tablet allein in der Freiarbeit bringt wenig – die Lehrperson bleibt entscheidend.
Für 5- bis 7-Jährige gibt es kaum Studien ; unsere Annahmen sind Übertragungen.
Das Modell ist vereinfacht – wo es von der Wirklichkeit abweicht, sagt das Programm es offen („In echt kann man Wolken nicht schieben“).
Lamb u. a. (2018) ↗ ; Merchant u. a. (2014) ↗ ; D'Angelo u. a. (2014) ↗ ; Nowy-Rummel u. a. (2023) ↗
Sagen Mindestens genauso wichtig wie das, was wir erwarten, ist das, was wir nicht behaupten.
Klicks Erstens: Simulationen sind nicht generell besser als Lernspiele – das haben wir im ersten Teil gesehen. Zweitens: Die Simulation ersetzt nichts Echtes. Sie zeigt, was man in der Wirklichkeit in einer Stunde nicht sehen kann. Drittens: Ein Tablet in der Freiarbeitsecke ohne Gespräch bringt wenig; nicht eingebettete Simulationen lagen in der großen Meta-Analyse bei 0,20, nicht signifikant. Viertens: Für die Jüngsten fehlen kontrollierte Studien; vieles, was wir annehmen, ist aus älteren Altersgruppen übertragen. Fünftens: Jedes Modell vereinfacht. Wir benennen das im Programm offen – zum Beispiel, dass man Wolken in echt nicht schieben kann, oder dass im Sonnensystem Größen und Abstände nicht maßstabsgetreu sind. Das ist selbst ein Lernziel: Der Lehrplan verlangt in der 4. Schulstufe, mit Medien kritisch umzugehen.
Frage Welche Vereinfachung in einer Simulation würden Sie mit Kindern besprechen?
Vom Bauen zum Prüfen
Wie wir die Wirkung prüfen
Jetzt
Seminarübung
Lehramtsstudierende testen alle Module und geben über einen Rückmeldebogen im Programm Feedback.
Im Unterricht
Durchgänge
Die Plattform speichert Zwischenstände und Ergebnisse je Kind – für die Lehrperson der Klasse sichtbar.
Danach
Studie
Derselbe Teich als Simulation, als Spiel mit Ziel in der Sache und als Spiel mit Punkten – erstmals inhaltsgleich verglichen.
→ Das heißt: Der Vergleich „Simulation gegen Spiel mit demselben Inhalt“ fehlt in der Forschung bisher völlig. Systemchen kann die Grundlage dafür sein.
Brom u. a. (2019) ↗ ; Habgood & Ainsworth (2011) ↗ ; Clark u. a. (2016) ↗
Sagen Wie kommen wir von Erwartungen zu Belegen? In drei Schritten.
Klick 1 Jetzt gerade: Studierende testen die Module als Seminarübung. Im Programm gibt es einen Knopf „Rückmeldung geben“; die Antworten landen in der Datenbank und lassen sich exportieren. Das ist noch keine Wirkungsstudie, sondern Gebrauchstauglichkeit: Verstehen Kinder die Aufgabe? Wo stockt es?
Klick 2 Im Unterricht: Die Plattform speichert Zwischenstände und Ergebnisse je Kind. Die Lehrperson sieht, wer wie weit gekommen ist. Datenschutz: Die Ergebnisse sieht die Lehrperson der Klasse, Kinder melden sich ohne E-Mail-Adresse an.
Klick 3 Danach eine Studie, die es so noch nicht gibt: Derselbe Teich wird in drei Varianten angeboten – als offene Simulation, als Spiel mit einem Ziel in der Sache und als Spiel mit Punkten und Rangliste. Etwa 300 Kinder der 3. und 4. Schulstufe, vier Einheiten in drei Wochen, Test davor und danach. Erst so ließe sich die Frage „Simulation oder Spiel“ für Kinder wirklich beantworten. Bei Studierenden brachte ein ähnlicher Versuch – Punkte auf eine Simulation – keinen Lernvorteil.
Nicht das Etikett wirkt, sondern die Bauart – und der Unterricht drumherum.
Ausprobieren: systemchen.at
Fachartikel, Quellen und diese Folien: systemchen.at/vortrag
Sagen Wenn Sie einen Satz mitnehmen, dann diesen: Nicht das Etikett wirkt – ob Simulation oder Lernspiel –, sondern die Bauart. Angeleitet, mit Vorhersage, schematisch, ohne Punkte, mit echter Erfahrung. Und der Unterricht drumherum: das Gespräch, der echte Versuch, mehrere Einheiten.
Sagen Probieren Sie Systemchen gern selbst aus. Der QR-Code führt zur Plattform. Auf der Begleitseite finden Sie den vollständigen Fachartikel mit 105 Quellen, das Quellenverzeichnis und diese Folien.
Diskussion Mögliche Fragen ans Publikum: Wo in Ihrem Sachunterricht wäre eine Simulation sinnvoll, weil das Echte zu langsam, zu klein oder unsichtbar ist? Und wo wäre sie fehl am Platz?
Danke Danke für Ihre Aufmerksamkeit.
Quellen
Quellen 1/3
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BMBWF. (2023). Lehrplan der Volksschule – auslaufende Fassung (Stand 31.08.2023), Anlage A . Rechtsinformationssystem des Bundes (RIS), BGBl. Nr. 134/1963 zuletzt geändert durch BGBl. II Nr. 379/2020 (Fassung vom 31.08.2023). ↗ online
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Quellen
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