Über Atome unterrichten? Ein heikles Thema heute im Unterricht. Alle drei Autoren berichten über Unterricht, den sie selbst durchgeführt haben und zeigen dabei völlig neue Wege auf. Die Autoren lehnen den Einsatz von didaktisch und fachlich unzureichenden Teilchenmodellen ab und führen stattdessen in einem phänomenologisch orientierten Unterricht über die Stoffe zu den Atomsystemen hin. Anhand von Experimentieranleitungen und von konkreten Beispielen wird beschrieben, wie die Schüler Vorstellungen über die Stoff- und Atomsysteme entwickeln. Die Schüler erlangen damit die Befähigung, Zusammenhänge zu verstehen und abstrakt zu denken. Die Atome besitzen ja keine Attribute, wie z.B. "Farbe" oder "Kugelform". Erst das Zusammenspiel der vielen Atomsysteme erzeugt das, was wir als Phänomen Stoff wahrnehmen und beschreiben.

Das Buch ist nicht nur eine Anleitung für einen modernen Chemie- und Physikunterricht, sondern regt auch zum Nachdenken an. Dabei lassen die Autoren nie den pädagogischen Ansatz außer acht. In Verbindung mit der CD-ROM "Chemieunterricht und Chemiedidaktik", die das Buch mit Bildern, Arbeitsblättern und Powerpoint-Präsentationen ergänzt, erhalten Sie ein praxisorientiertes Werkzeug für Ihren Unterricht.

 
Leseproben und Beschreibung des Inhalts:
 
In ihren Positionen kommen sich die drei Autoren sehr nahe. Als Vorläufer für das Buch gilt der Positionenstreit um den Atombegriff, wie er in diversen Zeitschriften von den Autoren zusammen mit anderen Chemiedidaktikern geführt wurde. Die neuen Positionen wurden von den drei Autoren vertreten und brachten sie schließlich zu dieser gemeinsamen Veröffentlichung zusammen.
 

Kapitel 1 (8 Seiten):

Peter Buck schildert zunächst drei Episoden, in denen das Dilemma des vielerorts praktizierten naturwissenschaftlichen Unterrichts deutlich wird.

1. Episode von Max Born (Ausschnitte):
„Meine Kenntnisse in Chemie sind sehr kümmerlich. Als ich im Jahre 1901 zu studieren anfing, hörte ich, dem Rate meines kurz zuvor verstorbenen Vaters folgend, in meiner Heimatstadt Breslau Vorlesungen aus verschiedenen Gebieten, darunter war auch eine über Chemie, gelesen von dem bedeutenden Chemiker Albert Ladenburg. Sie war brillant, sowohl durch die Fülle der schönen Demonstrationen als auch durch die sie begleitenden Erklärungen. Aber die Sache zog mich nicht an und blieb mir fremd. Wie oft habe ich später bereut, nicht ordentlich Chemie gelernt zu haben (...) Später hat es mich interessiert zu analysieren, wo das Hindernis lag, das mich von der Chemie fernhielt. Es hat etwas mit der weiten Kluft zwischen wahrgenommener Wirklichkeit und Symbol zu tun. Das Wasser, das ich trinke oder in dem ich bade, und das Symbol H₂O schienen mir keine direkte Beziehung zu haben; sie sind durch einen langen Weg der Analyse verbunden, der ohne Erfahrungen über viele andere Substanzen und Symbole nicht gangbar ist."
 
Kapitel 2 (10 Seiten):
 
Im zweiten Kapitel nimmt Peter Buck eine Begriffsabgrenzung vor. Er erläutert zunächst die Begriffe 'Element', 'Stoff' und 'Atom' und führt dann in den System-Komponenten-Begriff ein:

"Worum es hier geht, lässt sich an vielen Beispielen erläutern. Wir wählen hier einen einfachen und verlässlichen Schulversuch: Wir benötigen hierzu eine Zinkplatte, eine Kupferplatte, ein Papierhandtuch, ein Glas Coca Cola, zwei Kabel und einen Gleichstrom-Elektromotor ("Windrad"). Nur in einer einzigen Anordnung können wir daraus eine funktionsfähige Batterie machen: Kupferplatte/Papiertuch mit Cola getränkt/Zinkplatte, Kabel an die Zink- und Kupferplatte: Jetzt dreht sich das "Windrad".

Das System (Cola-Batterie) hat (mindestens) eine Eigenschaft, die die Komponenten für sich nicht haben: Es kann elektrischen Strom erzeugen. Alle Teile des Systems (Komponenten) müssen in einer gewissen Weise zusammenwirken, keines darf fehlen oder falsch angeordnet sein. Es gibt eine Mindestanzahl von Komponenten - sie sind zählbar. Die einzelnen Komponenten, die Zinkplatte und die Kupferplatte haben die messbare Eigenschaft Oberfläche (z.B. je 20x20cm) und je eine spezifische Farbe. Die Stromstärke des Systems hängt vom Maß der Überlappung dieser Oberflächen ab. Darin kommt eine spezifische Beziehung zwischen den Komponenten zum Ausdruck, die das System charakterisiert. Diese Beziehung entsteht durch die Anordnung der Komponenten. Es ist aber wenig sinnvoll von der Farbe der Cola-Batterie zu sprechen; sie ist wenig relevant.

Allgemein können wir sagen: Ein System hat zusätzliche Eigenschaften, Beziehungen, Möglichkeiten (engl.: features), die die Komponenten für sich nicht haben. Umgekehrt können die Komponenten Eigenschaften haben, die das System nicht hat."
 
Kapitel 3 (16 Seiten):
 
Hier schildert Peter Buck einen Unterricht über Systeme und Atome, wie er ihn an der École d'Humanité in Goldern/Schweiz mit deutsch- und englischsprachigen Schülern durchgeführt hat
 
 
Kapitel 4 (49 Seiten):
 
Meinen Beitrag habe ich mit sechs eigenen Gedichten versehen, die sich auf das Thema beziehen, z.B. in "der Stein" problematisiere ich die Schwierigkeiten des Menschen auf der Suche nach Erkenntnis.
 

   Der Stein

   Wir wollten einen Stein zerknacken,
   doch wir zerbrachen die Zähne.

   Wir kneteten mit Ton
   einen Tonstein.
   Der Stein blieb leblos.

   Wir bemalten den Tonstein
   mit Farbe.
   Der Stein blieb blind.

   Wir schrieben eine Symphonie
   auf den Farbentonstein.
   Der Stein blieb stumm.

   Wir hörten freudig die Tonfarbensymphonie.
   Und zerlegten sie zu
   Klängen, Farben, Ton.

   Wir freuten uns.
   Doch der Stein blieb ein Stein.
 
   (Thomas Seilnacht)
 

Ich führe danach ausführlich in die Systemterminologie (im Hinblick auf die Chemie als Naturwissenschaft) ein und gelange zur Einsicht "Das System Materie ist (aus Atomen) komponiert". Die Vorgehensweise:
 
1.) Systeme sind Ganzheiten
2.) Natürliche Systeme sind holarchisch verschachtelt
3.) Die Eigenschaften von  Systemen sind nicht reduzierbar auf ihre Komponenten (Subsysteme)
4.) Systeme sind einzigartig und kommunizieren
5.) Systeme sind voneinander abhängig und miteinander verbunden
6.) Wie geordnete Systeme entstehen
7.) Das System Materie ist komponiert

Danach folgt eine ausführliche Beschreibung eines Unterrichts über Stoffe unter phänomenologischen Aspekten. Es werden zahlreiche Experimente beschrieben, die in den Schülern eine Fragehaltung aufwerfen und die auf das System Materie hinführen. Über einfache Stoffexperimente, z.B. zum Thema Wasser, gelange ich zu den chemischen Reaktionen und schließlich zu den chemischen und biologischen Kreisläufen, an denen der Systemcharakter der Stoffe besonders deutlich wird:

"Kreisreaktionen sind ein erster Hinweis darauf, dass aus einfachen Stoffsystemen Systeme mit höherer Ordnung entstehen können. Als einfache Kreisreaktion gilt jede Hin- und Rückreaktion, z.B. bei der beschriebenen Synthese von Kupferacetat und dessen analytischer Zerlegung. Ein für die Schule besonders schöner Kreislauf ergibt sich aus den Experimenten beim Erhitzen eines Kupferbriefs. Das bei dem Experiment gebildete schwarze Kupfer(II)-oxid auf dem Kupferbrief kann mit verdünnter Salzsäure zu Kupfer(II)-chlorid umgewandelt werden. Man legt die oxidierten Briefe einfach in eine Petrischale mit 10%iger Salzsäure. Legt man einen Eisennagel in die entstandene Lösung, scheidet sich in einem elektrochemischen Vorgang elementares Kupfer auf dem Nagel ab."
 
Im zweiten Teil meines Beitrags schildere ich eine Unterrichtseinheit über Atome wie ich sie durchgeführt habe. Die Ausgangsfrage entzündet sich an einem Ei:

Zum Beginn der Stunde werden die Schüler aufgefordert, alle Tische des Raumes in die Mitte zu einem einzigen großen Tisch zusammenzustellen. Nachdem wir uns alle gemeinsam um den einen Tisch gesetzt haben, lege ich ein ungekochtes Hühnerei in die Mitte und stelle die Frage: Warum ist das Ei eiförmig, bzw. oval-rund?"

Es zeigt sich, dass das Hühnerei ein relativ kompliziertes System mit einzelnen Komponenten ist. Nach dieser Einführung stelle ich den Schülern ein Rätsel:

"Ich schreibe langsam folgende Begriffe an die Tafel: 40 l Wasser; 7 kg Fett; 8 kg Eiweiß; 200g Zucker; 100g Salz; Mineralstoffe und Vitamine; 2 kg Kalk. Spätestens beim Kalk merken die Schüler, dass es sich nicht um ein Kochrezept handeln kann. Manche sagen sogar: „Das ist ein Mensch!“ Diese Aussage provoziert sofort eine Diskussion, denn es ist klar, dass das Zusammenmischen dieser Stoffe noch lange nicht das System eines Menschen ergibt."
 
Wie Buck und Rehm gelange ich ebenfalls zum System-Komponenten-Schema, nur auf andere Art und Weise. An dieser Stelle setze ich auch die Powerpoint-Präsentation "Eine Reise in die Andersweltlichkeit der Atome" ein, die Sie auf meiner "CD-ROM Chemieunterricht und Chemiedidaktik" finden. Es handelt sich hierbei um eine ausführliche, mit zahlreichen Bildern versehene Präsentation (10MB). Wie der Unterricht nach der Einführung in die Welt der Atome weitergeht, können Sie den anderen >Powerpoint-Präsentationen entnehmen.
 

Kapitel 5 (35 Seiten):
 
In einem dritten Unterrichtsbericht von Markus Rehm wird gezeigt, worin das erzieherische Potential des im Chemieunterricht vollzogenen Sprungs zu den Atomen liegt. Rehm verwendet zur Einführung in die Welt der Atome ein Fahrrad (und seine Einzelteile). Er legt aber dabei besonderen Wert auf das Gespräch und die pädagogischen Dimensionen des Unterrichts:
 
"Becker/Glöckner/Hoffmann/Jüngel vertreten in ihrem Handbuch „Fachdidaktik Chemie“ den Standpunkt, Fachdidaktik sei so lange keine Wissenschaft, solange sie allein der Fachwissenschaft im Sinne konkreter Unterrichtsinhalte verpflichtet sei. Auch die Fachdidaktiken der Naturwissenschaften bewegen sich im schulpädagogischen Feld des Unterrichts. Man wird hier also nicht nur ein chemisches, physikalisches bzw. biologisches Interesse, sondern auch ein schulpädagogisches Interesse anmelden müssen. „Fachdidaktik muss zunächst von allgemeinen Bildungs- und Handlungsabsichten ausgehen, die im Falle des Chemieunterrichts auf Chemie angewiesen sind, aber nicht im chemischen Erkenntnisinteresse liegen. Sie zielt immer auf ein unterrichtliches bzw. pädagogisches Feld [...]“ (Becker/Glöckner/Hoffmann/Jüngel 1992,40). Vor diesem Hintergrund bin ich bemüht, die fachdidaktische Diskussion um den naturwissenschaftlichen Unterricht für eine erziehungswissenschaftliche Reflexion aufzuschließen. In diesem Buch soll das am Thema „Einführung in die atomare Welt“ aufgezeigt werden.

Es geht mir somit um die „pädagogische Dimension“ dieses Themas. Einer der ersten, der eine „pädagogische Dimension“ im naturwissenschaftlichen Unterricht zu den Atomen überhaupt vermutete und der heute nicht nur als Fachdidaktiker, sondern vor allem auch als Pädagoge gehandelt wird, war Martin Wagenschein. Die Durchführung unseres Unterrichts ist durch die genetische Unterrichtsmethode Wagenscheins gezeichnet. Der folgende Text will die pädagogischen Möglichkeiten ausloten, die das genetisch-sokratisch-exemplarische Lehrverfahren in Zusammenhang mit dem Thema „Einführung in die Welt der Atome“ eröffnet. Anhand der Trias „genetisch-sokratisch-exemplarisch“ gehe ich in komprimierter Form auf die Pädagogik Martin Wagenscheins ein und weite dann die pädagogisch-didaktischen Intentionen der Methode, am Beispiel des Chemieunterrichts, auf ein heutiges Verständnis von genetisch-sokratisch-exemplarischem Unterricht aus. Hieran schließt sich ein Unterrichtsbeispiel an, das am Thema „die Welt der Atome“ eine mögliche Form eines derartigen Unterrichts aufzeigt. Schließlich werde ich die erzieherischen Chancen und Grenzen der genetisch-sokratisch-exemplarischen Methode ausleuchten."

Rehm führt in die erziehungswissenschaftlichen Grundlagen ein und stellt in dem Buch seine Thesen zur Moralerziehung im naturwissenschaftlichen Unterricht auf. Diese hat er in seinem Buch "Moralerziehung und Handlungskompetenzen" noch ausführlicher dargelegt.
 

Zu den Autoren:
 
Prof. Dr. Peter Buck ist Professor an der Pädagogischen Hochschule in Heidelberg im Fachbereich Chemie (jetzt im Ruhestand). In seinen zahlreichen Publikationen zur Chemiediaktik, zeigt er immer wieder seine Nähe zur Pädagogik und Didaktik Martin Wagenscheins auf.
 
Prof. Dr. Markus Rehm ist promovierter Chemiedidaktiker. Er leitet an der Pädagogischen Hochschule Zentralschweiz (PHZ) Luzern als Dozent den Fachbereich Chemie. Markus Rehm betont stets die Bedeutung des erzieherischen Potentials in den naturwissenschaftlichen Fächern.
 
Thomas Seilnacht ist freier Autor und mit einem Teilpensum Dozent an der Pädagogischen Hochschule Zentralschweiz (PHZ) Luzern. Er kann auf langjährige Unterrichtserfahrung zurückgreifen (Fächer Chemie, Kunst und Biologie). Von seinen veröffentlichten Beiträgen zur Chemiedidaktik ist besonders die CD-ROM "Chemieunterricht und Chemiedidaktik" hervorzuheben.
 
 

 
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