Das Teilchenmodell - eine Erfindung des Menschen

Einführung

"Wenn in einer Sintflut alle wissenschaftlichen Kenntnisse zerstört würden und nur ein Satz an die nächste Generation von Lebewesen weitergereicht werden könnte, welche Aussage würde die größte Information in den wenigsten Worten enthalten?

Ich bin davon überzeugt, dass dies die Atomhypothese (...) wäre, die besagt, dass alle Dinge aus Atomen aufgebaut sind - aus kleinsten Teilchen, die in permanenter Bewegung sind, einander anziehen, wenn sie ein klein wenig voneinander entfernt sind, sich aber gegenseitig abstoßen, wenn sie aneinander gepresst werden." (Richard FEYNMAN, Lectures, Bd.1, 1-2).

Dieser Gedanke macht deutlich, wie wichtig der Erwerb eines Teilchenmodells für die Schülerinnen und Schüler im Sinne ihrer Allgemeinbildung ist. Er zeigt aber auch, dass die Teilchenvorstellung keineswegs elementar zugänglich ist - ein Satz, der das Wesentliche unseres wissenschaftlichen Weltbildes an kommende Generationen weitertransportieren soll, wird ja nicht das unmittelbar augenfällige enthalten. Unsere Teilchenvorstellung über den Aufbau der Materie ist ein ausgeklügeltes Konstrukt, eine "Erfindung des Menschen" im Sinne des Leitthemas unseres Projektes.

Die Schülerinnen und Schüler in Niedersachsen begegnen dem Teilchenmodell erstmals in der Klasse 9. Es liegt also nahe, hier eine Unterrichtseinheit zu gestalten, die das Oberthema aufnimmt. Dies ist besonders lohnend, weil Untersuchungen deutlich gemacht haben, daß der Umgang mit einer Teilchenvorstellung für die Lernenden nicht einfach ist. Trotz ausgefeilter Einführung in das Modell wird oft weiter mit einer Kontinuumsvorstellung gearbeitet: Kupfer ist rötlich, Kupferspäne sind rötlich, also sind auch Kupferteilchen rötlich, Wasserteilchen also durchsichtig und an Teilchen des heißen Kaffes kann man sich verbrennen, weil sie heiß sind?

Schülerinnen und Schüler akzeptieren das Teilchenmodell und erkennen Deutungen an, die mit seiner Hilfe gewonnen wurden, der Übergang zu dieser Betrachtungsweise der Natur fällt ihnen aber schwer. So kommt es für den Unterricht darauf an, immer wieder die Macht des Modells durch Eintreffen selbsterdachter Hypothesen deutlich werden zu lassen.

In diesem Sinne wurde die Arbeit mit dem Teilchenmodell einem gesamten Halbjahr zugrundegelegt.

Fachübergreifendes

Die beschriebene Unterrichtseinheit hat enge Verbindungen zum Chemieunterricht, die in einer Unterrichtsreihe für das zweite Staatsexamen in einer anderen 9. Klasse gleichzeitig ausprobiert wurden. (Ulrike Maak: Einführung des Atommodells nach Dalton). Die hier aufgezeigten Möglichkeiten können und sollten für eine Zusammenarbeit zwischen den Fächern genutzt werden. Mit Sicherheit werden dadurch Schwierigkeiten beim Erwerb des Teilchenmodells besser bewältigt als bei getrenntem Vorgehen.

Methodische Anmerkungen

Neben der immer wieder benutzten Teilchenvorstellung war für den Unterrichtsverlauf wesentlich, dass alle wichtigen Experimente als Schülerversuche durchgeführt wurden.

An einer Stelle - Luftdruck - wurde ein Abschnitt von etwa 6 Stunden benutzt, um im arbeitsteiligen Verfahren kleine Experimente zum Luftdruck auszuführen und ein klärendes Referat zu gestalten, in dem das Teilchenkonzept auftrat.

Schülerversuche

Die vorgegebenen Themen waren:

Ein Zaubertrick oder ein alter Hut

Ein umgekehrtes, gefülltes Wasserglas läuft nicht aus, wenn man seine Unterseite mit einer Folie verschließt.

in Arbeit

Frühjahrsstürme und Versicherungen

experimentelle Klärung des Leeseiten - Effektes

Bau der Erdmännchen

(Erdmännchen errichten kleine Erdhügel, um ihre Bauten zu entlüften. Hier ergab sich, dass die beteiligten Schülerinnen ihr Thema sinnentsprechend abwandelten und den Zerstäuber erläuterten.)

Die Magdeburger Halbkugeln

in Arbeit

Metall durch Schläge erwärmen?

in Arbeit

Warum glühen Bremsscheiben?

Langzeitaufgabe für Physik in der 9al - 1999

Als erste Vorbereitung auf die Anfertigung einer Facharbeit, die für alle Mitglieder des Sekundarbereichs II in Niedersachsen verbindlich ist, hatten die Schülerinnen und Schüler eine Langzeitaufgabe zu bearbeiten, die ihnen zu Beginn des Halbjahres so aufgegeben wurde:

• Was?

Zu einem der großen Themenbereiche dieses Halbjahres, die unten aufgelistet sind, musst Du bis zum 30.06.98 eine Ausarbeitung anfertigen. Diese Ausarbeitung soll 5..10 Seiten umfassen, sie muss sauber angefertigt sein, termingerecht abgegeben werden und ein ansprechend gestaltetes Deckblatt besitzen.

• Worüber?

Eines der großen Themen musst Du auswählen. Daraus wähle Dir einen Aspekt, der Dich besonders anspricht. Dieser Aspekt muss im Unterricht vorgekommen sein. Über diesen Aspekt schreibe

die theoretischen Grundlagen

ein wichtiges Experiment

eine freie Darstellung, etwa über eine Anwendung, eine geschichtliche Episode oder eine selbsterlebte Begebenheit.

• Wozu?

Natürlich wird Deine Ausarbeitung bewertet, etwa genauso, wie eine Klassenarbeit. Wenn Du in die Oberstufe eintrittst, wirst Du eine Facharbeit schreiben müssen. Dazu ist dies eine erste Vorübung. Du sollst dabei lernen, Sachverhalte zusammenhängend darzustellen und eine solche Arbeit langfristig zu planen. Hier liegt möglicherweise eine Gefahr für Dich: wenn Du erst am 25.06. anfängst, ist es zu spät. Sammle deswegen vorher schon Material, das Du ggf. Verwenden willst.

Themen im Einzelnen

Fazit

Die vorgelegten Arbeiten waren weit überwiegend ansprechend gestaltet, eigenständig formuliert, thematisch vielfältig und sachgerecht. Eine Befragung zeigte, dass alle Schülerinnen und Schüler eine solche Arbeit für sinnvoll hielten. Es wurde der übereinstimmende Wunsch geäußert, im kommenden Schuljahr wieder eine Langzeitaufgabe zu erhalten.

Einige der Deckblätter bilden den Kern des Projekt - Plakates.

Aus einigen der Arbeiten und einigen der Experimentalreferate zum Luftdruck soll zur EXPO eine Ausstellung erstellt werden.