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The Structure of Matter – Nuclear Physics and Radioactivity

Eine bilinguale Unterrichtseinheit mit ethischem Schwerpunkt im Physikunterricht der 10. Klasse (G9)

Unterrichtsentwurf 2009 65 Seiten

Physik - Didaktik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Vorüberlegungen zur Unterrichtseinheit
2.1. Vorüberlegungen zur Klasse
2.2. Fachliche Vorüberlegungen

3. Die Unterrichtseinheit
3.1. Die ersten Stunden der Unterrichtseinheit
3.2. 4 Stunden im Detail
3.2.1. Didaktische Analyse
3.2.2. Methodische Analyse
3.2.3. Geplanter Unterrichtsverlauf und Auswertung
3.3. Nachfolgende Stunden der Unterrichtseinheit

4. Schlussbetrachtung

5. Quellenverzeichnis

Zusammenfassung

In dieser Unterrichtseinheit wird der vom Bildungsplan geforderte Themenkomplex „Struktur der Materie“ im bilingualen Unterricht mit einem Schwerpunkt fachethischer Aspekte behandelt. Ausgehend von den Grundlagen des Atomaufbaus und der Radioaktivität lernen die Schüler den Aufbau und die Funktion eines Kernkraftwerkes (Kernspaltung, kontrollierte Kettenreaktion) und schließlich einer Atombombe (unkontrollierte Kettenreaktion) kennen.

Während der Einheit wird häufig am Computer mit authentischen Quellen aus dem Internet gearbeitet, die den Schülern ein Entdecken neuer Erkenntnisse eingebettet im jeweiligen Kontext der Webseite ermöglicht.

Sowohl bei den Kernkraftwerken als auch bei der Atombombe wird die ethische Dimension in Form von verschieden ausgeprägten Diskussionen thematisiert. Dabei liegen der Verlauf und das Resultat der Diskussion jeweils komplett in der Hand der beteiligten Schüler.

1. Einleitung

In der akademischen Physik ist es schon seit langer Zeit Usus Forschungsdaten, Artikel und andere Publikationen in englischer Sprache abzufassen. Dies liegt auch auf der Hand, da so gut wie alle Wissenschaftler international im Austausch stehen und Ergebnisse gemeinsam erarbeitet und diskutiert werden. Viele Projekte, so z.B. der neue Large-Hadron-Collider in Genf, sind heutzutage nicht nur wegen der nötigen Zusammenarbeit internationaler Spezialisten, sondern auch aufgrund der Finanzierung ohne Beteiligung mehrerer Länder gar nicht mehr denkbar.

Trotz der englischsprachigen internationalen Wissenschaftskultur befindet man sich in der Schulphysik im bilingualen Bereich noch auf Neuland. Zwar gibt es schon vereinzelt bilinguale Inseln oder gar größere Projekte wie z.B. den bilingualen Physik-Kurs in Heidenheim[1], dennoch liegt die Entwicklung des bilingualen Physikunterrichts momentan noch deutlich hinter anderen „klassischen“ bilingualen Fächern wie Geographie, Geschichte oder Biologie. Grund genug ein weiteres Puzzleteil zu den bisher bilingual bearbeiteten Themengebieten der Physik hinzuzufügen.

Das Thema „Struktur der Materie“ bietet sich meiner Meinung nach besonders gut als Thema für den bilingualen Unterricht an. Es kommen kaum Rechnungen vor, vielmehr steht das Verständnis von Modellen und Zusammenhängen im Vordergrund, was viele Sprechanlässe bietet. Da zu diesem Thema nicht allzu viele Versuche zur Verfügung stehen, ermöglicht es stattdessen oft eine Textarbeit bzw. Simulationen, die für den bilingualen Unterricht authentisches Sprachmaterial darstellen. Weiterhin bietet das Thema gute Möglichkeiten der Visualisierung, spannende historische Bezüge sowie viele Anknüpfungspunkte an aktuelle weltpolitische Ereignisse. So können oft schülernahe und spannende Sprechanlässe geschaffen werden. Durch den naheliegenden fachethischen Bezug (Atomenergie, Atombombe) kann die Verantwortung der Wissenschaft diskutiert und hinterfragt werden.

Die Ethik nimmt einen wichtigen Platz in der Unterrichtseinheit ein – nicht nur wegen der Möglichkeit den Schülern einen affektiven Zugang zur Thematik zu bieten, sondern auch als didaktisches Ziel. Der Physikunterricht sollte Menschen mündig machen, also den Schülern helfen in der heutigen Welt zu reifen Bürgern zu werden. Dazu ist es wichtig sich aufgrund fachlichen Wissens und eines persönlichen Wertesystems eine Meinung zu bilden und damit Entscheidungen treffen zu können. Es braucht beide Komponenten um zu einer guten Entscheidung zu kommen: Wer nur kühl und fachlich kompetent überlegt, wird mögliche moralische Folgen unbeachtet lassen; wer nur philosophiert ohne das nötige physikalische Verständnis zu haben, dem werden zwangsläufig relevante Fakten als Basis seiner Entscheidung fehlen. Nur im Zusammenwirken von Wertesystem und fachlicher Kompetenz kann der Mensch eine gut fundierte Entscheidung fällen.

"Was man weiß, kann man korrigieren.

Was verborgen bleibt, ist eine glimmende Zeitbombe.“ Carl-Friedrich von Weizsäcker

2. Vorüberlegungen zur Unterrichtseinheit

2.1. Vorüberlegungen zur Klasse

Die Klasse 10a besteht aus 31 Schülern[2], davon sind 19 Mädchen und 12 Jungen. Das Verhältnis zur Klasse ist sehr gut, wenn auch die mündliche Mitarbeit manchmal etwas zu wünschen übrig lässt[3]. Erschwerend kommt hinzu, dass die Stunden sehr ungeschickt liegen: Nur einmal in der Woche haben wir eine Doppelstunde Dienstag nachmittags, und zwar die 9. und 10. Stunde (14:40-16:15) nach dem Sport- unterricht. Oft ist die Motivation dann nicht mehr allzu groß. Also optimale Voraussetzungen einmal etwas Neues auszuprobieren.

Die 10a ist eine gemischte Klasse mit vielen Schülern, die dem bilingualen Zug des xxxxxxxxxxxxxxx-Gymnasiums angehören (im Folgenden ‚bilinguale Schüler’) und somit schon Erfahrungen mit bilingualem Erdkunde-, Geschichts- und Biologieunterricht haben, sowie einigen nicht-bilingualen Schülern. Um die Sorgen und Ängste der nicht-bilingualen Schüler zu mindern habe ich in der Klasse das aus dem Sport bekannte Timeout-Zeichen eingeführt. Sobald sich ein Schüler inhaltlich abgehängt fühlt, kann er mir dies mit dem Timeout-Zeichen zu verstehen geben, worauf ich die Möglichkeit habe mithilfe der stärkeren Schüler das eben erarbeitete Thema nochmals für den abgehängten Schüler zu repetieren. Notfalls kann bei Schwierigkeiten nach der üblichen Didaktik des bilingualen Unterrichts sogar in die deutsche Sprache gewechselt werden[4]. Dieses Prinzip hat sich bereits in meinen vorherigen Lehrerfahrungen im bilingualen Unterricht bewährt. Zwar kam es bisher in meinem bilingualen Unterricht erst zweimal vor, dass ein Schüler davon Gebrauch machte, aber allein das Wissen um die Möglichkeit problemlos nachhaken zu können ließ die Schüler sicherer werden.

Da ich in der Klasse ein relativ großes Leistungsgefälle festgestellt habe, erhoffte ich mir in dieser Einheit gerade denjenigen sprachlich begabten Schülern, die den Naturwissenschaften eher abgeneigt sind, einen neuen Zugang zum Fach Physik bieten zu können. Die schüleraktivierenden Unterrichtsmethoden in Kombination mit der englischen Sprache sollten trotz der oben genannten ungünstigen Umstände motivierende Wirkung zeigen, so dass die Schüler das Fach Physik als eines der spannenderen Fächer in der Schule erleben.

2.2. Fachliche Vorüberlegungen

„Überall dort, wo die Wissenschaft neue Erkenntnisse gewinnt, schafft sie grundsätzlich auch neue Macht.“ – Carl-Friedrich von Weizsäcker

Die ethische Dimension der Physik steht in den dokumentierten Stunden bewusst im Vordergrund. Wissenschaft und Grundlagenforschung – in der Physik, wie auch in den anderen Naturwissenschaften – ist immer auch Pionierarbeit. Der Mensch wagt sich in völlig neue Bereiche der Erkenntnis vor, erwirbt sich damit neues Wissen und schafft somit noch nie dagewesene Möglichkeiten, dieses Wissen anzuwenden. Die Konsequenzen daraus sind anfangs oft kaum oder nur schwer abzusehen, da es sich ja tatsächlich um eine völlig neue Sachlage handelt. Dann müssen Entscheidungen getroffen werden: In welchem Bereich soll tiefer nachgeforscht werden und welche Möglichkeiten an Entwicklungen sollen realisiert werden. Oft werden diese Entscheidungen von Industrie und Politik getroffen, da diese die nötigen finanziellen Mittel zur Verfügung stellen. Aber kann der Wissenschaftler tatsächlich die Entscheidung und damit auch die Verantwortung über eventuelle Folgen ganz aus der Hand geben, wo er doch der fachliche Experte ist? Inwieweit kann man überhaupt Verantwortung für Folgen übernehmen, die noch kaum absehbar sind und deren Realisierung vielleicht in der Hand völlig anderer Menschen liegt?

Fest steht, dass Entscheidungen getroffen werden müssen und, dass diese Entscheidungen Folgen haben. Carl-Friedrich von Weizsäcker, der seinen wissenschaftlichen Werdegang bewusst in diesem Spannungsfeld von Wissenschaft und Ethik erlebt hat, sagte einst: „Überall dort, wo die Wissenschaft neue Erkenntnisse gewinnt, schafft sie grundsätzlich auch neue Macht.“

Um die immer vorhandene Interdependenz von Forschung und ethisch-moralischen Entscheidungen bewusst zu machen, möchte ich mich des folgenden Beispiels bedienen:

Die Geschichte lehrt uns, dass der Weg der Wissenschaft eine Einbahnstraße ist – einmal gemachte Entdeckungen und Entwicklungen können nicht wieder rückgängig gemacht werden[5]. Schon früh zeigte sich dies drastisch, etwa an der Erfindung des Streitwagens, der im 2. Jahrtausend vor Christus die Kriegsführung und damit auch die Weltgeschichte nachhaltig veränderte[6]. Diejenigen Völker, die im Besitz dieser neuen „Waffe“ waren, konnten durch ihre technische Überlegenheit selbst zahlenmäßig weit größere Heere problemlos in die Flucht schlagen. Der Stand der Erkenntnis hatte die Kombination aus der Erfindung des Rades und des Wagens sowie der Entdeckung des Pferdes als schnelles, zähmbares Tier möglich gemacht. Die Technik der Zeit konnte diesen leicht-gängigen Wagen realisieren und die ersten Völker, die dies taten, hatten das Potenzial zum schnellen Sieg in der Hand. Nur wer mitzog oder schließlich eine noch bessere Waffe entwickelte, konnte diesen modernen Heeren standhalten.

Auch Mitte des 20.Jahrhunderts nach Christus zeigt dasselbe Prinzip der Einbahnstraße seine Gültigkeit. Sobald der Bau einer Atombombe aufgrund des Standes der Forschung und Technik möglich ist, wird voraussichtlich irgendjemand eine solche bauen. Sobald ein Staat im Besitz einer Atomwaffe ist, verschafft er sich einen ungleich größeren Vorteil gegenüber anderen Staaten, so dass auch diese in den Zugzwang kommen, selbst eine Atombombe zu entwickeln. Zu Beginn des 2.Weltkriegs ist die Forschung und Technik reif. Es stellt sich nur die Frage welche Nation als erstes Erfolg hat, eine Atombombe zu bauen. Gleichzeitig stellt sich die Frage, in wessen Händen die Waffe gut aufgehoben wäre und - vor allem - ob sie überhaupt entwickelt werden sollte. Kann eine Waffe, auch wenn ihre Entwicklung möglich ist, aus ethischen Gründen abgelehnt werden?

Oswald Spengler, Gymnasiallehrer der Naturwissenschaften und Geschichts- philosoph, sagte in seinem Vortrag am 6.Februar 1934: „In der Erfindung, Verbreitung oder Ablehnung bestimmter Waffen liegt ein Ethos.“ Weiter führte er aus:

„Der Bogen z.B. ist die erste Fernwaffe, die von einer Gruppe europäischer Stämme als unritterlich instinktiv abgelehnt wurde. Es gehören dazu unter anderem die Römer, die Griechen des Mutterlandes und die meisten Germanenstämme.“[7]

Die Ablehnung einer Waffe scheint zunächst also möglich und ist so auch schon da gewesen. Doch konnten die Römer, Griechen und Germanen die Ausbreitung von Pfeil und Bogen langfristig nicht verhindern. Inwieweit eine Ablehnung von Atomwaffen und entsprechende internationale Verträge langfristig Erfolg haben werden, ist noch nicht abzusehen. Dies kann aber keine Entschuldigung sein, einfach nichts zu tun und den Lauf der Dinge abzuwarten. Der Mensch sieht sich gezwungen Stellung zu beziehen und entsprechend zu handeln.

Dieses Spannungsfeld von physikalischer Erkenntnis und ethischen Entscheidungen deutlich zu machen, war ein Ziel der dokumentierten Stunden. Dies zeigte sich sowohl in der Abwägung von Chancen und Risiken der Kernenergie als auch in der historisch eingeordneten Diskussion zur Atombombe.

3. Die Unterrichtseinheit

3.1. Die ersten Stunden der Unterrichtseinheit

Im Folgenden findet sich eine grobe Übersicht der ersten acht Stunden der Unterrichtseinheit, in deren Kontext die im nächsten Unterkapitel detailliert dargestellten Stunden eingebettet sind. Die Stunden 1-8 legen das fachliche Fundament für die nachfolgenden schülerzentrierten Unterrichtsformen und Diskussionen und stellen auch einen Grundstock an nötigem Vokabular zur Verfügung.

Stunde 1 und 2:

In der ersten Stunde wurden zunächst einige Grundlagen des bilingualen Unterrichts wie z.B. die Vokabellisten oder das Timeout-Signal eingeführt und ein inhaltlicher Überblick über die Unterrichtseinheit gegeben. Anhand verschiedener Quellen erarbeiteten die Schüler in Gruppen jeweils ein historisches Atommodell. Anschließend wurden die verschiedenen Modelle der Klasse vorgestellt. Es folgte eine detaillierte Besprechung der fundamentalen Begriffe (Proton, Neutron, Elektron, Isotop,…) sowie eines aktuellen Atommodells. Schließlich fanden die Schüler mit einem Arbeitsblatt und einer Internetseite heraus, warum manche Atome zerfallen.

Stunde 3 und 4:

In der zweiten Woche überprüften und wiederholten die Schüler zunächst den Stoff der 1. Woche mit Hilfe einer ansprechend gestalteten Internetseite[8]. Es wurde dann ein Geiger-Müller Zählrohr aufgestellt, das eine Nullrate aufnahm. Die Schüler staunten über das Vorhandensein von Strahlung im normalen Unterrichtsraum und waren so für weitere Erkenntnisse motiviert. Mithilfe von Abschirmungsversuchen wurden die verschiedenen Strahlungsarten unterschieden, dann wurden verschiedene Größen und Einheiten der Dosimetrie eingeführt. Schließlich erarbeiteten sich die Schüler anhand eines Buchtextes[9] Grundlagen über natürliche Strahlenbelastung.

Stunde 5 und 6:

In der 5. Stunde der Einheit wurde der Zerfallsprozess der Radioisotope genauer beleuchtet. Dafür führten die Schüler in kleinen Gruppen modellhaft Messreihen des Zerfalls von Malzbierschaum durch, werteten sie aus und lernten so unter anderem den Begriff der Halbwertszeit kennen. In der darauffolgenden Stunde wurde das Zerfallsgesetz nochmals anhand einer Computer-Simulation wiederholt und vertieft. Dann lernten die Schüler als praktische Anwendung die C-14 Methode zur Altersbestimmung von archäologischen Funden anhand eines Kurzfilms und einer Internetseite kennen. Schließlich wurden noch weitere positive Anwendungen von Radioaktivität unter anderem in der Medizin thematisiert.

Stunde 7 und 8:

Zunächst wurde die Kernspaltung am Beispiel von Uran-235 eingeführt und im Unterrichtsgespräch die Möglichkeit einer Kettenreaktion sowie der gezielten Energiegewinnung erarbeitet. Ein Filmausschnitt, der eine Simulation der Kettenreaktion mit Mäusefallen und Tischtennisbällen zeigt, veranschaulichte das Prinzip. Mit einem Arbeitsblatt lernten die Schüler den prinzipiellen Aufbau eines Kernkraftwerkes mit Druckwasserreaktor kennen. Im Bewusstsein, dass der Umgang mit radioaktiven Substanzen immer Risiken mit sich bringt, informierten sich die Schüler durch eine Internetrecherche über moderne Reaktorsicherheit.

Reflexion der ersten Stunden:

Nach den ersten beiden Stunden hatten sich die Schüler bereits an die englische Sprache im Physikunterricht gewöhnt, wohl auch, weil ein großer Teil der Klasse bereits längere Erfahrung mit bilingualem Unterricht hatte. Nur noch selten waren ein paar deutsche Worte während der Stunden zu vernehmen.

Das viele Arbeiten mit dem Computer und authentischen Quellen aus dem Internet bereitete den meisten Schülern Spaß. Auch das Modellexperiment mit Malzbierschaum war ein voller Erfolg. Die Schüler waren motiviert und erzielten durchweg Messergebnisse, aus denen sie die nötigen Schlüsse zum Verständnis ziehen konnten. Die relativ selbständige Erarbeitung des Aufbaus eines Kernkraftwerkes fiel allerdings manchen Schülern schwer, weil die Gestaltung des entsprechenden Arbeitsblattes zu viel Interpretationsspielraum ließ und damit die Schüler verunsicherte. Da dennoch einige Schüler erfolgreich waren, ließ ich den Aufbau von ihnen im Unterrichtsgespräch den Mitschülern erklären und ging im Anschluss nochmals auf die Details ein.

Im Großen und Ganzen verlief dieser erste Abschnitt der Unterrichtseinheit nach Plan und die Schüler waren am Ende dieser Phase mit den physikalischen Grundlagen und Englisch als Unterrichtssprache vertraut.

3.2. 4 Stunden im Detail

Die Folgenden vier Stunden haben hauptsächlich schülerzentrierte Arbeitsformen, Selbständigkeit und meinungsbildende Methoden zum Mittelpunkt. Auf Basis der in den vorangegangenen Stunden erworbenen physikalischen Grundlagen und der entsprechend erweiterten Englischkenntnisse sollten die Schüler nun größtenteils selbständig in der englischen Sprache arbeiten. Schließlich sollen sie durch ihr physikalisches Wissen und das Kennenlernen verschiedener Standpunkte zum Thema Kernenergie und Atombombe fähig sein fundierte ethische Entscheidungen zu treffen und zu begründen.

3.2.1. Didaktische Analyse

„BILDUNG UND ERZIEHUNG IM PHYSIKUNTERRICHT ist, unabhängig von den fachlichen Inhalten, eine notwendige Forderung unserer Zeit. Physik darf in der Erinnerung der Schüler nicht nur eine Aneinanderreihung von schwierigen Formeln und Fakten sein“ – Roland Reger

a) Überlegungen zum Bildungsplan und Schulcurriculum

Das Thema ‚Struktur der Materie’ beinhaltet im Bildungsplan 1994 sowohl Themen der Kernphysik und Radioaktivität als auch Themen der Halbleiterphysik. Da die Lehrplaneinheit „Elektrizitätslehre II“ aber in meiner Jahresplanung erst zu einem späteren Zeitpunkt behandelt wird, erschien es mir sinnvoll Phänomene der Elektrizitätslehre und auch die Halbleiterphysik in die nachfolgende Einheit zu integrieren (wie dies auch in unserem Schulcurriculum vorgesehen ist) und dort dann auf das Wissen über Atomaufbau etc. zurückzugreifen.

Die dokumentierte Unterrichtseinheit behandelt also gemäß ihrem Titel die Bereiche Radioaktivität und Kernphysik[10]. Darunter fallen im Detail die Unterthemen Atomkern und -hülle, Anwendungen der Radioaktivität in der Medizin, Kernspaltung und Kettenreaktion und Chancen und Risiken von technischen Anwendungen. Als Vertiefungsmöglichkeiten erwähnt das Schulcurriculum die C-14 Methode und den Druckwasserreaktor. Diese Themen wurden bis auf den Bereich ‚Chancen und Risiken’ in den Unterrichtsstunden 1-8 behandelt.

Im Bildungsplan 1994 Physik, der für diese Klasse noch Gültigkeit hat, findet sich auch folgender Abschnitt: „Die ernsthafte Beschäftigung mit Fragen, die im Rahmen der Kernphysik auftreten, kann den Schülerinnen und Schülern helfen, sich verantwortungsbewusst um eine Orientierung in einer von Technik geprägten Umwelt zu bemühen.“ Weiterhin steht in den pädagogischen Leitgedanken zur 10.Klasse:

„Die Lehrerinnen und Lehrer werden sich zunehmend als Partner junger Menschen verstehen, denen die Aufgabe gestellt ist, ein selbstverantwortetes Wertesystem aufzubauen […]“. Die neueren Bildungsstandards 2004 wünschen sogar explizit, dass die Schüler „bei technischen Entwicklungen Chancen und Risiken abwägen und […] Methoden [kennen lernen], durch die negative Folgen für Mensch und Umwelt minimiert werden.“

Diesen Forderungen im bilingualen Physikunterricht nachzukommen war unter anderem Ziel dieser Unterrichtseinheit. Die Schüler sollten ausgehend von ihrem erarbeiteten physikalischen Wissen die Möglichkeit bekommen sich ihre eigene Meinung zu bilden bzw. ihre bereits vorhandene Meinung zu reflektieren und gegebenenfalls aufgrund ihrer neuen Erkenntnisse zu ändern.

b) Überlegungen zur Didaktik des bilingualen Unterrichts

i) Interkulturelle Kompetenz

Da die Unterrichtseinheit im Zuge einer bilingualen Insel auf Englisch stattfand, spielten noch einige andere Überlegungen eine Rolle. In seinem für bilingualen Unterricht grundlegenden Artikel „The Bilingual Triangle“ schreibt Hallet, dass „die Inhalte des bilingualen Sachfachs auf keinen Fall deckungsgleich sein können mit denen des muttersprachlichen Fachunterrichts, dass aber andererseits nicht einfach der […] Fachunterricht der Zielsprachenländer in deutsche Klassenzimmer importiert werden kann oder soll.“[11] Dies schließt er aus seinem Modell, dem bilingualen Dreieck, das die Ziele und Inhalte des bilingualen Unterrichts im interkulturellen Kontext aus folgenden drei Bereichen herleitet:

(I) Phänomene und Sachverhalte der eigensprachlichen Kultur und Gesellschaft
(II) Phänomene und Sachverhalte der zielsprachlichen Kulturen und Gesellschaften
(III) kulturunabhängige, kulturübergreifende, globale und universale Phänomene und Sachverhalte

Durch die Beachtung dieser drei Zielfelder sollen die Schüler über die reine Fähigkeit zur Kommunikation in der Fremdsprache hinaus durch eine Kenntnis von Sachverhalten in den zielsprachlichen Kulturen eine interkulturelle Kompetenz erlangen. Somit erfährt die eigene und eigenkulturelle Weltsicht eine Perspektivierung und dadurch auch eine gewisse Relativierung.

Auch bei Trenz in seinen „Informationen zum bilingualen deutsch-englischen Bildungsgang an Gymnasien in Baden-Württemberg“ spielen kontrastierende Betrachtungsweisen, Perspektivenwechsel und schließlich auch ein kritischer Umgang mit Vorurteilen eine große Rolle[12].

Der Perspektivenwechsel sollte vor allem in der Stunde ‚The Atomic Bomb in World War II’ zur Geltung kommen, wenn die Schüler das politische und wissenschaftliche Entscheidungsdilemma aus amerikanischer Sicht betrachten, während zeitgleich auch auf deutscher Seite die Wissenschaftler in einem moralischen Konflikt standen[13]. Auch in der Tschernobyl-Stunde sollten die Schüler bewusst die Perspektive englischer Reporter einnehmen, wenngleich auch hier bereits die globale Dimension durchaus vorhanden war. Der Kulturübergreifende Aspekt spielte mehr bei den Stunden über Reaktorsicherheit und Atombomben im Allgemeinen eine Rolle, da es sich dort deutlich um Probleme und Sachverhalte von weltweiter Bedeutung handelte.

ii) Diskurskompetenz und Lerner-Lerner-Interaktion

Bei Vollmer (2002)[14] steht beim bilingualen Unterricht ‚Spracherwerb durch Interaktion’ im Mittelpunkt. Er geht sogar soweit zu sagen: „Bilingualer Unterricht ist Interaktion“[15]. Damit meint er, dass Schüler und Lehrer Wissenselemente austauschen und somit die inhaltliche Bedeutung und deren sprachliche Form aushandeln.

Um die Diskurskompetenz der Schüler zu verbessern schlägt er insbesondere die Lerner-Lerner-Interaktion vor, da in diesem Fall die Schüler selbst sich gegenseitig Rückmeldung geben, was die Form der Äußerung oder die Plausibilität des Inhalts anbelangt und „weil sich hier eine anders geartete Kommunikations- und Lernstruktur unter Gleichgestellten aufbauen lässt.“[16]

Vollmers Vorstellung von Lerner-Lerner-Interaktion und direkter Rückmeldung durch Gleichgestellte ließ sich im Falle der Stunden, die ohnehin Diskussionen zum Mittelpunkt hatten, gut umsetzen. Weiterhin sollten die Schüler in der Tschernobyl- Stunde auch selbständig durch direkte Interaktion und möglichst ohne Eingreifen des Lehrers die Fakten und Zusammenhänge des Unglücks sinnvoll zusammenstellen.

iii) Authentische Quellen und neue Medien

Weitere Prinzipien des bilingualen Unterrichts wie Authentizität der Quellen und Nutzung der neuen Medien[17] sollten in der Unterrichtseinheit nicht zu kurz kommen. Zunächst erwies sich das Zusammenstellen von authentischen Quellen mit fachlich und sprachlich angemessenem Niveau als größere Schwierigkeit. Milners ‚Physics’[18], das mir als englischsprachiges Physikbuch zur Verfügung stand, bot zwar immer wieder exzellent aufbereitetes Material, deckte aber leider nicht alle Themen des Bildungsplans ab und hatte auch manchmal nicht den gewünschten fachlichen Tiefgang. Bei anderen Büchern aus dem englischen Sprachraum ergab sich dasselbe Problem. Doch im Internet wurde ich dann nach langer Recherche fündig. Einige Seiten von Regierungsorganisationen der USA, wie etwa der EPA (Environmental Protection Agency), waren inhaltlich und sprachlich angemessen. Das gleiche galt für eine ansprechend gestaltete englische Seite, die gute Möglichkeiten zur Wiederholung, Visualisierung und Simulationen bot[19]. Die C-14 Methode wurde sehr schön auf der Seite ‚How Stuff Works’[20] erklärt, und schließlich boten im Bereich der Meinungsbildung verschiedene Interessensgruppen auf ihren Seiten gute Argumente und Statements für ihre Positionen. Weiterhin fanden sich zur Erklärung der C-14 Methode und Veranschaulichung der Kettenreaktion passende Videoclips auf der Medienplattform Youtube.

Die meist direkte Nutzung des Internets sollte den Schülern zu einem aufgeklärten Umgang mit diesem Medium verhelfen und die Hemmschwelle vor dem Lesen englischsprachiger Seiten abbauen. Weiterhin konnten so authentische Quellen zur Verfügung gestellt werden, die durch das Medium Internet der Lebenswelt der Schüler nahe stehen. Den Schülern war es stets erlaubt das Online-Wörterbuch ‚Leo’[21] zu nutzen, wenn sie einzelne Wörter zum besseren Verständnis benötigten. Dennoch waren sie dazu angehalten die nötigen Informationen zu beschaffen auch ohne jedes einzelne Wort der Internetseite im Detail kennen zu müssen.

Diese Unterrichtsform stand vor allem im der ersten Phase der Einheit im Mittelpunkt und wurde dann für die Stunde ‚The Atomic Bomb I’ nochmals aufgegriffen.

c) Formulierung der Lernziele

Anhand der fachlichen und didaktischen Vorüberlegungen ergaben sich folgende Lernziele für die einzelnen Stunden:

Chernobyl:

Die Schüler …

kognitiv

- verstehen das Reaktorunglück als das relativ unwahrscheinliche Zusammenwirken vieler tragischer Fehler
- erkennen logische Zusammenhänge innerhalb des Ereignisse

instumentell

- können sich über die Verteilung von Teilaufgaben des Arbeitsauftrags verständigen
- können Fakten und Einzelergebnisse zusammentragen
- können als Klasse einen gemeinsamen Bericht erstellen

affektiv

- können sich in die gespannte Lage der noch kaum informierten Weltbevölkerung im April 1986 hineinversetzen

Between Risk and Reward – Using Radioactive Substances Safely

Die Schüler …

kognitiv

- können einige Sicherheitseinrichtungen eines modernen Kernkraftwerkes nennen
- können Argumente für und gegen die zivile Nutzung von Atomenergie nennen
- können Chancen und Risiken abwägen
- können ihre Diskussion sowie ihre Entscheidungsfindung reflektieren

instumentell

- können englische Fachbegriffe zum Thema korrekt anwenden
- können Meinungen zum Thema begründen und versprachlichen
- können ihren Mitschülern zuhören, Argumente aufgreifen und darüber

diskutieren

affektiv

- können sich in die verschieden Positionen zum Thema hineinversetzen

The Atomic Bomb I

Die Schüler …

kognitiv

- verstehen das allgemeine Prinzip einer Atombombe, zwei unterkritische Massen zu einer kritischen zusammenzubringen und somit eine unkontrollierte Kettenreaktion auszulösen
- kennen die zwei gängigsten Bauweisen einer Atombombe
- sind sich der enormen Schwierigkeiten beim Bau sowie vor allem bei der

Materialbeschaffung bewusst

instumentell

- können sich relevante Informationen aus einer englischsprachigen Internetseite erarbeiten
- können sich Notizen in der Zielsprache machen
- können mithilfe ihrer Notizen die gesammelten Informationen in eigenen

Worten auf Englisch wiedergeben

The Atomic Bomb in World War II

Die Schüler …

kognitiv

- kennen den groben Stand der Kernforschung zum Zeitpunkt des 2. Weltkrieges
- kennen und verstehen Argumente, die für und gegen die Entwicklung einer

Atombombe in der Situation der USA in den 40er Jahren sprechen

instumentell

- können aus ihrem Allgemeinwissen in Kooperation mit ihren Klassenkameraden zusätzliche Argumente für ihre Position finden
- können ihren Mitschülern zuhören, Argumente aufgreifen und darüber diskutieren
- können eine für alle Beteiligten akzeptable Lösung finden und damit eine Entscheidung treffen.

affektiv

- können die schwierige Entscheidungslage Amerikas einsehen
- können sich in verschiedene Rollen der Diskussionsrunde einfühlen

Um diese Ziele sowie die von Bildungsplan und Schulcurriculum vorgegebenen Inhalte sinnvoll umzusetzen musste natürlich eine gewisse Einschränkung erfolgen. Die ethische Dimension wurde bewusst auf Chancen und Risiken der zivilen Nutzung von Kernenergie in Kernkraftwerken und auf die Atombombe als militärische Nutzung beschränkt. Auch dabei wurden manche Themen, wie z.B. die Endlagerproblematik oder im Falle der Atombombe Details wie die Gefahren einer terroristischen Nutzung nur kurz gestreift.

3.2.2. Methodische Analyse

Im Folgenden finden sich die methodischen Überlegungen zu den einzelnen Stunden.

Chernobyl

Die Tschernobyl-Stunde ist ein didaktisches Experiment. In einem Rollenspiel finden sich die Schüler als eine Gruppe Journalisten in London wieder, etwa eine Woche nach der Katastrophe. Informationen aus der Sowjetunion fließen nur spärlich, aber die westliche Welt will endlich wissen, was passiert ist und welche Gefahren von der radioaktiven Wolke ausgehen. In einem selbst gesteuerten Prozess tragen die Schüler zerstückelte Informationen zusammen, klären untereinander offene Fragen und verfassen einen gemeinsamen Bericht. Dazu müssen sie zunächst ‚Geheiminformationen’ mit teilweise physikalischen Inhalten verstehen[22]. Jeweils vier Journalisten bekommen deshalb die gleiche Information, um sich zum besseren Verständnis austauschen zu können.

Diese Stunde hatte ich im vorangegangenen Schuljahr bereits erfolgreich in einer 10.Klasse durchgeführt – damals allerdings auf Deutsch. Da die Zeit damals gerade so gereicht hatte und die Kommunikation in einer Fremdsprache zusätzliche Erschwernis bringt, sollte diesmal eine zusätzliche Hilfestellung her. Zwei Schüler der Klasse dürfen zur besseren Koordination eine ‚Leitungsposition’ einnehmen, nämlich die des Chefredakteurs und die des Nachrichtensprechers, der schließlich den Bericht am Ende präsentiert.

Die komplette Organisation liegt dennoch bewusst in Schülerhand, lediglich das Ziel eines verständlichen, zusammenhängenden Berichts und die Zeit sind vorgeben. Durch diesen selbstgesteuerten Prozess sollen die Schüler möglichst viel miteinander interagieren um zunächst die Bedeutung ihrer Informationen auszuhandeln, sich dann mit anderen Gruppen auszutauschen und schließlich den Zusammenhang zu finden.

Im Anschluss wird die Katastrophe nochmals reflektiert: Warum kam es soweit? Wie wahrscheinlich war der Unfall? Wo hatten wir Glück im Unglück? Schließlich sollen die Schüler selbst Chancen und Risiken von Atomkraftwerken abwägen und sich eine eigene Meinung bilden.

Between Risk and Reward – Using Radioactive Substances Safely

Der Einstieg soll auf humorvolle Weise zum Thema hinführen. Anhand einer Overhead-Folie mit drei Cartoons zum Thema Sicherheit und Radioaktivität können die Schüler selbst auf das Thema der Stunde schließen.

Um die bereits bekannten Abschirmungsmöglichkeiten und Sicherheitseinrichtungen sowie das entsprechende Vokabular nochmals grob in Erinnerung zu rufen, wird nun im Unterrichtsgespräch danach gefragt. Hinführend auf weitere Kontroversen nennen die Schüler weitere Möglichkeiten im Kernkraftwerk für Sicherheit zu sorgen.

Um Ziele wie Werteerziehung, Abwägung von Chancen und Risiken und Meinungsbildung zu erreichen, liegen prinzipiell Methoden, die das Element der Diskussion beinhalten, auf der Hand. Zudem soll ja ohnehin möglichst viel Lerner- Lerner-Interaktion stattfinden. Um eben möglichst alle Schüler zum Sprechen zu bringen sollen mehrere Gruppen gleichzeitig diskutieren. Die Schüler dürfen – soweit möglich – ihre Rollen selbst aussuchen. Dabei sind die Aufgabe des Moderators und des Protokollanten von besonderer Bedeutung. Der Moderator sorgt für einen guten Anfang und ein gutes Ende der Diskussion und die Beteiligung aller Anwesenden. Der Protokollant übernimmt die Ergebnissicherung, die am Ende von mir eingesammelt und den Schülern in der darauffolgenden Stunde kompakt für eine Reflexion zur Verfügung gestellt wird.

Die Durchführung erfolgt nach dem Prinzip eines Gruppenpuzzles. Zunächst finden die Schüler sich in rollenspezifischen Gruppen zusammen, um anhand ihrer (farbigen) Rollenkarte, eines authentischen Artikels und ihres Allgemeinwissens Argumente für ihre Position zu sammeln. Die Protokollanten können sich in dieser ersten Phase jeweils einer Rollengruppe ihrer Wahl zur Unterstützung anschließen. Die Moderatoren überlegen sich einen guten Einstieg in die Diskussion und einige spannende Fragen um die Diskussion am Laufen zu halten.

Danach treffen sich die Schüler mit Argumenten gewappnet entsprechend ihrer Farben an vier Gruppentischen. Jeder Schüler muss nun allein seine Rolle am Tisch vertreten. Durch diese Methode und die interne Regulation durch den Moderator wird gewährleistet, dass jeder Schüler zu Wort kommt bzw. etwas sagen muss. Um dies in der Fremdsprache zu erleichtern, stehen den Schülern einige Redemittel auf einer Overheadfolie zur Verfügung.

Gegen Ende der Diskussion werden die Schüler durch aufgreifen der Einstiegsfrage aufgefordert Chancen und Risiken abzuwägen und eine eigene Meinung, nun losgelöst von der Rolle, zu finden. Dafür liest der Protokollant nochmals die gesammelten Argumente vor und danach folgt eine Abstimmung, deren Ergebnis im Protokoll festgehalten wird.

Zusammenfassend werden am Ende die Ergebnisse der verschiedenen Gruppen im Unterrichtsgespräch gesammelt und hinterfragt. Die eigentliche Reflexionsphase findet aus Zeitgründen und zur Wiederholung zu Beginn der nächsten Stunde statt

The Atomic Bomb I

Zunächst bekommen die Schüler die vier Protokolle ihrer Diskussionsrunden der vorangegangenen Stunde. Nachdem sie sich anhand der Protokolle den Verlauf der Diskussion und die Argumente erneut bewusst gemacht haben, werden sie im Unterrichtsgespräch zur ihrer Wahrnehmung der Diskussion befragt. Welche Argumente waren am überzeugendsten? Welche Argumente waren komplett neu? Hat sich ihre Meinung durch diese Unterrichtsstunde geändert?

Dann folgt das Hauptthema der Stunde, die Atombombe. Da die Schüler zu diesem Zeitpunkt bereits das Prinzip der Kernspaltung und der kontrollierten Kettenreaktion kennen, ist lediglich das Konzept der kritischen Masse neu – also die Tatsache, dass es einer bestimmten Masse an spaltbarem Material bedarf um überhaupt eine Kettenreaktion in Gang zu bringen. Weiterhin sollen die Schüler die technische Umsetzung anhand der zwei gängigsten Bauweisen einer Atombombe und die damit verknüpften Schwierigkeiten kennen lernen.

Dies erfolgt anhand der bereits in den ersten Stunden der Einheit bewährten Methode, dass die Schüler mithilfe eines Arbeitsblattes die wichtigsten Informationen von einer Internetseite sammeln und verstehen. Da beim Verstehen einer englischsprachigen Internetseite hin und wieder Fragen von Schülerseite aufkommen, sollen die Schüler zu zweit arbeiten, weil sie sich so in einer fruchtbaren Lerner-Lerner-Interaktion gegenseitig unterstützen können.

Interessanterweise findet man unzählige Anleitungen zum Bombenbau im Internet. Die Herausforderung ist lediglich eine gut verständliche, anschauliche und einigermaßen seriöse Seite zu finden. Die letztendlich genutzte Seite enthält sogar noch zusätzlich eine erneute Erklärung der physikalischen Grundlagen, was eine praktische Gelegenheit zur Wiederholung darstellt[23]. Durch das voraussichtlich unterschiedlich starke Bedürfnis nach Wiederholung und den relativ langen Text ist eine gewisse Binnendifferenzierung angebracht. Die schnelleren Schüler sollen im Vorgriff auf die nachfolgende Stunde etwas mehr historische Hintergrund- Informationen bekommen. Auch dafür bietet sich eine passende Internetseite an[24].

Am Ende der Stunde werden die Ergebnisse des Arbeitsblattes im Unterrichts- gespräch gesammelt und somit gesichert.

The Atomic Bomb in World War II

Im Zusammenhang mit der Atombombe führen die Schüler eine weitere Diskussion durch. Sie versetzen sich historisch in die Lage Amerikas im 2.Weltkrieg. Ausgangspunkt ist Einsteins Brief an US Präsident Franklin D. Roosevelt vom 2. August 1939[25], der den Schülern nach einer kurzen Darstellung der Ausgangslage über Beamer präsentiert wird. Spekulationen darüber, wie weit die deutschen Wissenschaftler bei der Entwicklung einer Atombombe sind, haben ein weites Spektrum. Nachdem am 1.September Deutschland in Polen einfällt beginnt der 2. Weltkrieg in Europa. Schon bald scheint eines sicher: Wenn Hitler eine solche Waffe hat, dann wird er sie gewiss auch einsetzen. 1941 schließlich greifen die Vereinigten Staaten in den Krieg ein.

In dieser Unterrichtsstunde beruft der ‚US-Präsident’ eine Runde von Experten ein, die ihn für das weitere Vorgehen der Vereinigten Staaten beraten sollen. Aus Zeitgründen gibt es für die Schüler diesmal zu den Rollenkarten keine zusätzlichen Quellen.

[...]


[1] http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/projekte/bilingual/

[2] In diesem Text wird aus Gründen der Lesbarkeit bei männlichen und weiblichen Formen auf die kategorische Doppelnennung beider Formen verzichtet. So wird im Folgenden z.B. statt ‚Schülerinnen und Schüler’ schlicht der Begriff ‚Schüler’ gebraucht.

[3] Laut Klassenlehrer ist dies auch in den anderen Fächern der Fall

[4] hierbei handelt es sich um das Prinzip der “aufgeklärten Zweisprachigkeit“ nachzulesen unter anderem in Ministerium für Kultus Jugend und Sport (Hrsg.). Bilingualer Unterricht Englisch – Dokumentation zum Stand 2001 Gymnasien. Stuttgart: Klett 2001.

[5] In der Waffenentwicklung wird dieses Prinzip der Einbahnstraße besonders deutlich, wenngleich es natürlich auch für andere Bereiche des wissenschaftlichen Fortschritts seine Gültigkeit hat. Hier soll aber kein allgemeingültiges Prinzip postuliert werden, denn es gab in der Geschichte durchaus auch Rückschritte in Wissenschaft und Technik - meist allerdings nur dann, wenn eine komplette Kultur unterging.

[6] siehe Kornhardt, Hildegard (Hrsg.). Oswald Spengler: Reden und Aufsätze. München: 1937, S. 147- 152.

[7] Kornhardt, Hildegard (Hrsg.). Oswald Spengler: Reden und Aufsätze. München: 1937, S. 147-152.

[8] Die Seite http://www.s-cool.co.uk bietet unter der Rubrik GCSE, Physics noch weitere gute Darstellungen

[9] Milner, Bryan. Physics - New Edition. Cambridge: University Press 2005. S. 144-145.

[10] Die Themenbereiche haben es an sich, dass üblicherweise viel mit radioaktiven Substanzen experimentiert wird. Erfahrungsgemäß scheuen Schüler jedoch den Umgang mit Radioaktivität und zusätzlich benötigt der Lehrer eine Ausbildung zum ‚Strahlenschutzbeauftragten’ als notwendige Voraussetzung für Schülerversuche. Weiterhin ist der Lehrer nach der Strahlenschutzverordnung verpflichtet unnötige Strahlenexposition zu vermeiden und insgesamt die Strahlenexposition aller Beteiligten so gering wie möglich zu halten. Diese Überlegungen führten dazu, dass abgesehen von den Abschirmungsversuchen im experimentellen Bereich vorzugsweise mit Simulationen und Modellen gearbeitet wurde.

[11] Hallet, Wolfgang. „The Bilingual Triangle – Überlegungen zu einer Didaktik des bilingualen Sachfachunterrichts“. In Aspekte der Lehrerausbildung - Bilingualer Unterricht. Mainz :Bildungsministerium 1997, S.10.

[12] Trenz, Dr. Günter. Informationen zum bilingualen deutsch-englischen Bildungsgang an Gymnasien in Baden-Württemberg. Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg. 2000.

[13] Ein kompakter Überblick über die Ereignisse auf deutscher Seite findet sich in Grötschel, Daniela. Die Kernspaltung – Physik, Geschichte und die Frage nach der Verantwortung. Universität Konstanz 2005.

[14] Vollmer, Helmut J. "Förderung des Spracherwerbs im bilingualen Sachfachunterricht". In Bach, G. & Niemeier, S. (Hrsg.). Bilingualer Unterricht: Grundlagen, Methoden, Praxis, Perspektiven. 2. Auflage . 2002, S.144-153.

[15] ebd. S.144

[16] ebd. S.145

[17] Diese beiden Prinzipien finden sich unter anderem in Ministerium für Kultus Jugend und Sport (Hrsg.). Bilingualer Unterricht Englisch – Dokumentation zum Stand 2001 Gymnasien. Stuttgart: Klett 2001, S.27 und S.38.

[18] Milner, Bryan. Physics - New Edition. Cambridge: University Press 2005.

[19] http://www.s-cool.co.uk/ Material für diese Einheit fand sich unter den Rubriken > GCSE revision > Physics > Radioactivity

[20] http://www.howstuffworks.com/carbon-14.htm

[21] http://dict.leo.org/

[22] Die dafür gesammelten Informationen stammen von der deutschspracheigen Internetseite http://de.wikipedia.org/wiki/Katastrophe_von_Tschernobyl und wurden sprachlich und didaktisch angepasst .

[23] http://www.unmuseum.org/buildabomb.htm

[24] http://inventors.about.com/od/astartinventions/a/atomic_bomb.htm

[25] Der Brief wurde zur besseren Verständlichkeit und aus Gründen der didaktischen Reduktion leicht verkürzt. Quelle des Originalbriefs: http://hypertextbook.com/eworld/einstein.shtml

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Titel: The Structure of Matter – Nuclear Physics and Radioactivity