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18. 03. 2004

 

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Bildung + Innovation

Das Online-Magazin zum Thema Innovation und Qualitätsentwicklung im Bildungswesen

Die den Lärm von Atomen hören

"Physik im Kontext" soll Schülerinnen und Schüler mehr für Naturwissenschaften und Technik aufschließen

Bild

Gurkenglas-Experiment

Leiden an der Physik
Der Physikunterricht kränkelt. Mit "Physik im Kontext" soll diese traditionsreiche Naturwissenschaft an Schulen gesunden. "Physik im Kontext" (piko) ist ein Schulentwicklungsprogramm des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften an der Universität Kiel (IPN), das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird. Physik gehört bei Jugendlichen zu den unbeliebtesten Unterrichtsfächern und besonders Mädchen gelten als physikscheu. Dies bestätigen viele Studien über den naturwissenschaftlichen Unterricht.  

Nur wenige Unentwegte, die "Experten", interessieren sich stets für die Physik. Die meisten Jugendlichen zählen nach Martin Wagenschein hingegen zu den "Eingeschüchterten". Sie erleben Physik häufig als ein Fach, das wenig Bezug zur Gesellschaft und auch zu ihrem eigenen Leben hat. So "cool" es scheint, über Computer, Handys und Modetrends zu sprechen, so lästig ist das Gespräch über Physik. Ungeachtet der Tatsache, dass in den alltäglichen Utensilien wie Computer und Handy eine Menge Physik in Form von Mikroelektronik steckt.  

"Viele Schülerinnen und Schüler schreckt es ab, dass die Physik so fürchterlich mathematisiert ist, das gefällt weder mir, noch vielen anderen", sagt Frank Roesler, Physiklehrer am Marie-Curie-Gymnasium in Brandenburg und piko-Lehrer der ersten Stunde. Das Gymnasium nimmt an piko teil. 

Wie könnte Physikunterricht in der Praxis besser werden? Schülerinnen und Schüler sollten "selbst tätig werden", erst dann würden sie auch motiviert zur Sache gehen. Selbst tätig werden, um selbstständig Denken zu lernen, am Beispiel der Physik. Die Reform des Physikunterrichts unter dem Zeichen von piko will die Jugendlichen nicht in erster Linie zu Höchstleistungen anstacheln.  

Physik im Alltag
Vielseitige Physiker müssen mehr können als ihre Fachwissenschaft zu vermitteln. Interessanter Physikunterricht regt die Selbsterkenntnis der jungen Menschen an, für die der Prozess der Selbstfindung ohnehin das prägende Erlebnis ist. Das "Gnothi seauton", das "Erkenne-dich-selbst", ist auch heute noch für die Naturwissenschaften aktuell. Selbsterkenntnis und Naturerkenntnis - zwei Seiten derselben Medaille.

Teams aus erfahrenen Lehrern, Didaktikern und Pädagogen entwickeln im Rahmen des Schulentwicklungsprogramms Piko neue Unterrichtskonzepte. Einer von ihnen ist Manfred Euler am IPN. Für ihn gibt es im Alltag "eine Menge faszinierender Physik zu erkennen". 

Menschen aus Fleisch und Blut sind "Träger" von Physik. Mit ihren Sinnesorganen, etwa den Ohren, verfügen sie über "höchst empfindliche Messgeräte", die sogar dem Auge überlegen sind: "Wäre das Ohr nur wenig empfindlicher, so könnten wir buchstäblich den Lärm von Atomen hören, die auf das Trommelfell aufgrund der Wärmebewegung der Luft auftreffen", meint Euler. Wer weiß schon von der Überlegenheit des Ohres gegenüber dem Auge? Das Ohr hat ein dem Auge überlegenes "Auflösungsvermögen". Ein physikalischer Versuch, den man in jedem Physiklabor und sogar in jeder Küche nachstellen kann, liefert die Nadelprobe.  

Wo man Licht "hören" kann
Wer sich auf sein Augenlicht verlässt, sieht in der Glühlampe, die mit Wechselstrom betrieben wird einen gleichmäßigen Lichtstrom. Doch ist der Lichtstrom wirklich so stetig, wie er erscheint? Das Gurkenglas-Experiment gibt Aufschluss. Dazu muss man die eine Hälfte eines Glases von innen berußen. In den Deckel des Glas muss eine Öffnung von vier bis fünf Millimetern Durchmesser gebohrt werden. Fertig ist das Messgerät. 

Wenn man das Glas unter eine Glühlampe hält, passiert Folgendes: Das Licht wird von der Rußschicht absorbiert und seine Energie als Wärme abgegeben. Der Lichtstrom der Glühlampe schwankt wiederkehrend im Rhythmus der Halbwellen des Lichts. Dadurch wird die Luft an der berußten Oberfläche des Glases periodisch aufgeheizt und die Luft wird zu periodischen Schallschwingungen angeregt. Aus Licht wird Wärme und Wärme verwandelt sich in Schall. Das Licht wird hörbar.  

Physik muss aus den Physiklaboren der Schulen herausgelockt werden, denn Kontexte außerhalb der Schule wirken belebend. Es muss auch eine Physik jenseits des sturen Formellernens geben. Was bringt es, wenn Schüler Formeln auswendig herbeten können, ohne ihren Sinn oder ihre gesellschaftliche Tragweite erkannt zu haben? Es gibt viele Beispiele großer Physiker wie Einstein oder Heisenberg, die im Alter ins Grübeln kamen, weil sie die Folgen ihrer Entdeckungen zu spät erkannt hatten.

Physik im Handy, Physik am Körper
"Faszinierend sind die Verbindungen zur Biologie, die Abgabe von Wärme in der Biophysik, die Veränderung von Körpermaßen, Knochenbelastungen bis hin zu Problemen der Akustik", sagt Roesler. Darüber hinaus möchte piko die Jugendlichen über die Verbindung zwischen Physik und Technologie fesseln.   

"So gibt es Apparate und Prototypen, die hören, riechen, sehen, Druck und Temperatur messen oder ähnlich wie Muskeln elektrische Signale in Bewegung setzen", sagt Euler. In der Mikrotechnik fließen verschiedene Wissenschaften zusammen: Elektronik, Mechanik, Optik und Fluidik (Strömungsmechanik). Sie schafften Systeme, die teilweise unsere Sinnesorgane übertreffen würden. Diese in der Mikrowelt geschaffenen Systeme erhellen wiederum die Funktionsweise des menschlichen Körpers.   

Piko hat eben erst begonnen. Die Laufzeit des Programms beträgt drei Jahre, von 2003 bis 2006. Die drei Leitlinien von piko sind:  

  • Entwicklung einer neuen Lehr- und Lernkultur,
  • Förderung des naturwissenschaftlichen Denkens,
  • Vermittlung der Zusammenhänge zwischen Physik und innovativen Technologien.    

In der ersten Phase von piko (Implementation) wird geklärt, wie der von Teams entwickelte neue Physikunterricht an den Schulen erfolgreich eingeführt werden kann. In der zweiten Phase (Dissemination) gilt es zu prüfen, wie weit der neue Physikunterricht von den Lehrern an den Projektschulen angenommen und schließlich von den Kontaktschulen übernommen und letztlich verbreitet wird. Die Erfahrungen von Schwesterprogrammen wie "Chemie im Kontext" oder SINUS ("Steigerung der Effizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts") fließen mit ein. Geplant ist die Teilnahme von neun Bundesländern an piko.

  • Bayern,
  • Berlin,
  • Brandenburg,
  • Baden-Württemberg,
  • Hamburg,
  • Hessen,
  • Nordrhein-Westfalen,
  • Schleswig-Holstein,
  • Thüringen.    

Knapp 40 Schulen sind dabei, sich zum piko-Netz zusammenzuschließen. Pro Land sollen fünf Schulen ausgewählt werden. Jede Schule soll Kontakt mit weiteren Schulen in der Umgebung unterhalten.  

Lebenszeichen eines erneuerten Physikunterrichts
An der Arbeitsteilung der verschiedenen Wissenschaften lässt sich auch absehen, wie bedeutsam in Zukunft Teamwork wird. Piko soll Anlässe zur Teamarbeit schaffen, damit die Schülerinnen und Schüler ins Gespräch kommen: "Nach einem selbstständigen Physikunterricht erlebt man es oft, dass Schüler über Physik reden, was beim Fragenentwickelnden Unterricht zu selten passiert", sagt Roesler. Schülerinnen und Schüler, die sonst kaum ein Wort über Physik verlieren würden, kämen plötzlich miteinander ins Gespräch.  

Der entscheidende Faktor dafür, ob Physik von jungen Leuten angenommen wird, sind somit die Mitschülerinnen und Mitschüler. Freunde und Eltern geben mitunter den Ausschlag dafür, ob Physik mehr als ein lästiges Fach auf dem Weg zum Schulabschluss ist. Der Physikunterricht könnte sich in dem Maße erholen, wie Schüler und Lehrer, Fachwissenschaftler und -didaktiker bereit sind, die Physik außerhalb des Klassenzimmers zu entdecken. Dort ist die Physik oft zum Greifen nah. 

Autor(in): Arnd Zickgraf
Kontakt zur Redaktion
Datum: 18.03.2004
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