Eine Unterrichtseinheit "Struktur der Materie" für das Fachgymnasium Technik

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Curriculare Vorgaben

3. Didaktische Überlegungen
3.1 Entscheidung für ein didaktisches Modell
3.2 Merkmale des Entdeckenden Lernens
3.3 Die Umsetzung des Entdeckenden Lernens in die Unterrichtspraxis

4. Unterrichtsplanungen
4.1 Kerne
4.1.1 Sachanalyse
4.1.1.1 Die Entdeckung des Atomkerns
4.1.1.2 Eigenschaften des Kerns
I. Kernkraft
II. Kernradius
III. Dichte der Kernmaterie
4.1.1.3 Die Nuklidkarte
4.1.1.4 Kernbindungsenergie
4.1.1.5 Das Potentialtopfmodell
4.1.1.6 Der Coulombwall
4.1.1.7 Der Alpha-Zerfall
4.1.1.8 Der Tunneleffekt
4.1.1.9 Der Beta-Zerfall
4.1.2 Lernziele
4.1.3 Unterrichtsablaufplan
4.1.3.1 Streuversuch nach Rutherford
4.1.3.2 Eigenschaften des Atomkerns
4.1.3.3 Kernbindungsenergie, Massendefekt und Nuklidkarte
4.1.3.4 Potentialtopfmodell und Coulombwall
4.1.3.5 Zerfallsarten und Tunneleffekt
4.2 Elementarteilchen
4.2.1 Lernziele
4.2.2 Sachanalyse
4.2.2.1 Die Suche nach dem Wesen der Materie
4.2.2.2 Die Entdeckung des Teilchenzoos
4.2.2.3 Elementarteilchenklassifizierung und Entdeckung der Quarks
4.2.2.4 Die Farbladung
4.2.2.5 Fermionen und Bosonen
4.2.2.6 Kräfte und Wechselwirkungen
4.2.2.7 Von Demokrit zu Gell-Mann
4.3 Atome
4.3.1 Sachanalyse
4.3.1.1 Das Thomson´sche Atommodell
4.3.1.2 Das Rutherford´sche Atommodell
4.3.1.3 Das Bohr´sche Atommodell
4.3.1.4 Das Potentialtopfmodell
4.3.1.5 Der Franck-Hertz-Versuch
4.3.1.6 Resonanzfluoreszenz
4.3.1.7 Energieniveauschema des Wasserstoffs
4.3.1.8 Charakteristisches Röntgenspektrum
4.3.1.9 Stimulierte Emission
4.3.2 Lernziele
4.3.3 Unterrichtsablaufplan
4.3.3.1 Atommodelle
4.3.3.2 Franck-Hertz-Versuch und Umkehrung der Natriumlinie
4.3.3.3 Energieniveauschema des Wasserstoffs
4.3.3.4 Charakteristisches Röntgenspektrum, stimulierte Emission

5. Schlusswort

6. Versicherung

7. Abkürzungsverzeichnis

8. Quellenverzeichnis
8.1 Literaturverzeichnis
8.2 Internetquellen
8.3 Sonstige
8.3.1 Homepages einiger Neutrinodetektoren
8.3.2 Cartoon

9. Anhang
9.1 Lernaufgaben
9.2 Literaturempfehlung
9.3 Anekdoten über berühmte Wissenschaftler
9.4 Anekdoten aus dem Hörsaal

1. Einleitung

Dieser Unterrichtsentwurf für das Unterrichtsfach Physik am Fachgymnasium Technik wird als Hausarbeit im Rahmen der Ersten Staatsprüfung zum Lehramt an Berufsbildenden Schulen in Niedersachsen erstellt. Für diese Arbeit ist im Rahmen der ersten Staatsprüfung keine Erprobung vorgesehen. Jedoch beabsichtige ich, den Unterrichtsentwurf während meines Referendariats zu erproben, soweit dies möglich sein wird.

Unter dem Oberbegriff „Struktur der Materie“ lässt sich eine Vielzahl naturwissenschaftlicher Themen versammeln. Um einen Überblick zu bieten, ist es am nahe liegendsten, das Themenspektrum vom Allerkleinsten zum Allergrößten, bzw. vom Einfachsten zum Komplexesten auszubreiten (siehe Abbildung 1).

Die Aufzählung beginnt mit physikalischen Einzelthemen und geht dann dazu über ganze Wissenschaftszweige zu benennen. Dies lässt sich kaum vermeiden, da allein der Versuch die Struktur der Materie in allen Wissenschaftszweigen detailliert zu beschreiben, schon eine in- terdisziplinäre wissenschaftliche Arbeit erfordern würde. Auch bin ich mir bewusst, dass man über die von mir gewählte Reihenfolge und eingezeichneten Verzweigungen streiten könnte. So würde ein gläubiger Katholik möglicherweise mit der biblischen Genesis beginnen, da nach seinem Glauben alle Dinge von Gott ausgehen müssen. Es ist jedoch nicht Aufgabe die- ser Arbeit, die Frage nach der Stellung der Wissenschaften unter dem Oberbegriff „Struktur der Materie“ zu erörtern. Ebenso wenig erhebt die Aufzählung einen Anspruch auf Vollstän- digkeit, sondern dient allein dem Zweck, den Umfang des Themenspektrums anzudeuten. Die Aufzählung wurde mit den Themen neuronalen Netzen als die komplexesten uns bekannten Strukturen auf der einen Seite und mit dem Universum selbst als die größte uns bekannte Struktur¹ auf der anderen Seite beendet. Ausgehend von der Auffassung, dass die Eigenschaf- ten der Materie alles im Universum bestimmen, könnte man über die naturwissenschaftlichen Gebiete hinaus auch alle übrigen wissenschaftlichen Disziplinen zur Struktur der Materie zäh- len. Dies wären z. B. Soziologie, Literatur, Kunst, Religion und Philosophie, um nur einige zu nennen. Kurz: alles, was Materie in allen ihren Strukturen hervorbringen und leisten kann, muss aus dieser Sicht zur Struktur der Materie gezählt werden. Ob man sich dieser Sichtweise anschließt, halte ich für eine philosophische Frage, die ich an dieser Stelle nicht weiter erör- tern möchte.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Ein unvollständiger Überblick über die Aspekte der Struktur der Materie

Da diese Arbeit für das Fach Physik erstellt wird, werde ich mich auf die physikalischen As- pekte des Themas beschränken. Bei der Betrachtung von Abbildung 1 wird offensichtlich, dass der Versuch, alle physikalischen Aspekte des Themas zu bearbeiten, jeden vernünftigen Umfang weit überschreiten würde. So wird z.B. das Thema Festkörperphysik wegen seines großen Umfangs vollständig ausgelassen. Auch ist es nicht bei jedem dieser Themen sinnvoll, es für einen Unterricht des Fachgymnasiums Technik zu bearbeiten. So interessant z.B. die Biologie auch ist, gehört sie nicht zum Fächerbereich des technischen Fachgymnasiums. In- nerhalb des Fachs Physik wären auch die Themen Molekularphysik, das Sonnensystem, die Galaxien und das Universum sinnvoll, denn alle diese Bereiche werden mit physikalischen Mitteln erforscht. Jedoch würden sie den Rahmen dieser Arbeit und nicht zuletzt die Rahmenrichtlinien des Niedersächsischen Kultusministeriums für die gymnasiale Oberstufe im Fach Physik (im Folgenden der Einfachheit halber nur noch als Rahmenrichtlinien bezeichnet) aber immer noch sprengen. Hierzu wird im übernächsten Absatz ein Auszug zitiert.

Grundsätzlich sollten meiner Ansicht nach aber auch die für einen Schulunterricht ungewöhnlichen Themen wie z.B. Sonnensysteme oder Galaxien gelegentlich aufgegriffen werden, da sie über die Themen des alltäglichen Physikunterrichts hinausgehen. In den Rahmenrichtlinien steht zu den Grundsätzen der Unterrichtsplanung:

„Diese Rahmenrichtlinien lassen Freiräume, die von Fachkonferenzen sowie Kursleiterinnen und Kursleitern eigenverantwortlich und im Hinblick auf die einzelne Lerngruppe auszufüllen sind. (...) Wenn der Unterricht konsequent auf die genannten Inhalte beschränkt bleibt, füllen diese und die an ihnen zu vermittelnden Qualifikationen zwei Drittel der Unterrichtszeit von drei bzw. fünf Wochenstunden aus. Das setzt voraus, daß an ausgewählten Stellen Inhalte im Sinne des exemplarischen Prinzips ausführlich behandelt und andere Unterrichtsabschnitte im Sinne orientierenden Lernens im Überblick unterrichtet werden. Für die verbleibende Zeit muß entschieden werden, ob sie für Vertiefungen oder für thematische Erweiterungen verwendet werden soll.“ (Niedersächsisches Kultusministerium, 1997, S.6)

Die genannten Freiräume könnten auch mit „exotischeren“ Themen aus den Bereichen Astronomie oder Astrophysik gefüllt werden, insbesondere, wenn dies unter aktiver Mitarbeit der Schüler, beispielsweise mittels Referaten geschieht, und sofern die verbleibende Unterrichtszeit und das Interesse der Schüler eine Bearbeitung dieser Punkte zulassen. Denkbar wäre auch ein fächerübergreifendes Projekt unter Einbeziehung anderer naturwissenschaftlicher Fächer, mit dem sich ein größerer Bereich des Themenspektrums abdecken ließe.

Da diese Arbeit eine Einzelleistung und weder als Projekt noch fächerübergreifend geplant ist, werde ich mich auf die drei obersten Themen aus Abbildung 1 beschränken. Dabei muss das Thema Elementarteilchen vor den Atomkernen behandelt werden, da es zu viele Punkte, die aus didaktischen Gründen zuerst bei den Kernen bearbeitet werden müssen, vorwegnehmen würde. Die besagten didaktischen Gründe folgen aus der Wahl des didaktischen Modells, dem die Unterrichtsentwürfe folgen werden. Dieser Punkt wird unter 3.1 (siehe S. 8) weiter ausge- führt.

In dieser Hausarbeit werden vier Schwerpunkte bearbeitet:

- Die Suche nach einem didaktischen Modell als Planungsrahmen, sowie seine Merkma- le und die Möglichkeiten zur praktischen Umsetzung,
- die Sachanalysen der einzelnen Unterrichtsthemen,
- der Entwurf einer Struktur für die Unterrichtsablaufpläne,
- sowie die Planung der einzelnen Unterrichtsstunden.

Zunächst sollen die curricularen Vorgaben betrachtet werden, die als einziger Punkt einer Bedingungsanalyse innerhalb dieser Arbeit thematisiert werden können, da es ohne die Er- probung in einer realen Schulklasse an weiteren Randbedingungen fehlt. Danach folgen die Wahl eines didaktischen Modells, das als Planungsrahmen dienen soll, sowie seine Charakte- risierung. Als letzter Schritt der theoretischen didaktischen Überlegungen wird versucht einen Weg aufzuzeigen, das Modell in die Unterrichtspraxis umzusetzen. Anschließend folgen die Planungen der einzelnen Unterrichtsstunden, denen immer eine fachsystematische Darstellung der jeweiligen Themen als Sachanalyse vorangestellt wird. Vor der ersten Unterrichtsplanung wird der Entwurf eines geeigneten Unterrichtsablaufplans stehen, der für alle weiteren Unter- richtsstunden genutzt werden wird.

Hinweis: In dieser Arbeit wird für die Benennung der Schülerinnen, Schüler, Lehrerinnen und Lehrer zur Erleichterung der Schreibarbeit stets allein die maskuline Form gebraucht. Ich bitte darum, diese Bezeichnungen als geschlechtsneutral zu verstehen. Das Gleiche gilt für alle übrigen Formulierungen, bei denen eine geschlechtsspezifische Ausdrucksweise möglich wä- re.

2. Curriculare Vorgaben

Das Niedersächsische Kultusministerium nennt in seinen Rahmenrichtlinien u.a. die Themen Atommodelle, Struktur der Atomkerne, Kernstrahlung und Einführung in die Elementarteilchenphysik (vgl. Niedersächsisches Kultusministerium, 1997, S.29 ff.), die den Themenbereich in diesem Unterrichtsentwurf abstecken. Weiterhin benennt das Niedersächsische Kultusministerium vier Gruppen fachlicher Qualifikationen, die über die verpflichtenden Inhalte hinaus vermittelt werden sollen (vgl. ebd., S.7 ff.). In der Gruppe „Fachliche Qualifikationen für das Bearbeiten erkenntnistheoretischer Fragestellungen“ steht u.a.: „Darstellen der historischen Entwicklung der Physik und der durch neue physikalische Kenntnisse verursachten Wandlungen des Weltbildes. Geeignete Beispiele sind: Modellvorstellung vom Licht, Vorstellung vom Atom...“ (ebd., S.11).

Diese Arbeit wird die geschichtliche Entwicklung der verschiedenen Themen mit in die fach- systematische Betrachtung und in die Unterrichtsplanung einbeziehen. Dies soll es den Schü- lern ermöglichen, ihr Wissen um physikalische Phänomene mit ihren Entdeckern zu verknüp- fen und deren Weg zur Erkenntnis um die Natur dieser Phänomene, wenigstens teilweise, nachzuvollziehen. In der Physik sind ohnehin unzählige Entdeckungen und Gesetze untrenn- bar mit dem Namen ihrer Entdecker verknüpft, so dass sich eine geschichtliche Betrachtung geradezu aufdrängt. Es ist z.B. kaum denkbar, im Unterricht den Atomkern zu behandeln, ohne dass dabei der Name Ernest Rutherford fällt. Ebenso wenig können Atome bearbeitet werden, ohne dabei das Bohr´sche Atommodell zu betrachten. Darüber hinaus ermöglicht es diese Herangehensweise, die Schüler gelegentlich zu verblüffen, ihnen ein „Sense of Wonder“ zu verschaffen, wenn sie gleichsam im Zeitraffer die Erkenntnisse der großen Physiker nach- vollziehen und so ihr physikalisches Wissen mit emotionalen Erlebnissen verbinden. Auf die- se Weise kann eine Festigung des Erlernten erreicht werden, die eine rein fachsystematische Herangehensweise nicht erzielen kann. Lernen ist immer auch Gefühlssache (vgl. Riedl, 2003, S. 5). „Bei der Auswahl von Anlässen ... darf die affektive Seite nicht zu kurz kommen: Physikunterricht darf Spaß machen!“ (Niedersächsisches Kultusministerium, 1997, S.46).

Nach dieser kurzen Betrachtung der curricularen Vorgaben sollen als Nächstes die didaktischen Überlegungen einen breiteren Raum einnehmen.

3. Didaktische Überlegungen

Als einer der Schwerpunkte dieser Arbeit (siehe S. 6) ist es die Aufgabe dieses Kapitels, das Handwerkszeug in Form des theoretischen Unterbaus für die Unterrichtsplanung bereit zu stellen. Analog zu den mathematischen Beschreibungen und den Geräten, derer sich ein Phy- siker bedient, sowie den wissenschaftlichen Regeln, denen er sich unterwirft, wenn er For- schungen betreibt, sind für mich als zukünftigem Lehrer die didaktischen Modelle und ihre Umsetzung in den praktischen Unterricht die Basis für alle weiteren Planungen.

Im Gegensatz zur Physik handelt es sich bei der Didaktik nicht um eine exakte Wissenschaft², was die Arbeit damit nicht unbedingt erleichtert. Die Entscheidung für ein bestimmtes Modell ist bei allem Bemühen um Objektivität immer auch subjektiv beeinflusst. Umso mehr muss sich jede Arbeit, die sich mit der Didaktik beschäftigt, um die klare Darstellung aller Ent- scheidungen bemühen. Daher wird dieses Kapitel innerhalb meiner Arbeit einen relativ gro- ßen Raum einnehmen.

Die folgenden Überlegungen und Entscheidungen besitzen für alle Unterthemen dieses Unterrichtsentwurfs die gleiche Relevanz und werden daher an dieser Stelle für alle Themen übergreifend ausgeführt.

3.1 Entscheidung für ein didaktisches Modell

Zu Beginn der didaktischen Überlegungen galt es, sich für ein passendes didaktisches Modell zu entscheiden, das als Leitfaden für die weitere Planung fungieren sollte. Bei meinen Re- cherchen stieß ich auf eine Hausarbeit, die 1994 in Schleswig-Holstein von Jan-Peter Braun³ erstellt wurde. Thema dieser Arbeit war die Analyse didaktischer Theorien und deren Einfluss auf die Fachdidaktik Physik. Diese Arbeit hat mir die Entscheidungsfindung wesentlich er- leichtert. Zwar wurde die Hausarbeit für das Lehramt an Realschulen geschrieben, jedoch sind die Erkenntnisse und Schlüsse des Autors meiner Ansicht nach weitestgehend auch auf das Fachgymnasium anwendbar.

Folgende allgemeindidaktische Theorien hat Braun in seiner Arbeit analysiert: die „Kritisch- konstruktive Didaktik nach Klafki, die Lehrtheoretische Didaktik nach Schulz, die Kyberneti- sche Didaktik nach v. Cube, die Lernzielorientierte Didaktik nach Möller, die Kritisch- kommunikative Didaktik nach Winkel, die Dialektisch orientierte Didaktik nach Klingberg, das Entdeckende Lernen nach Berlyne, Friedlander, Neber und Suchman, der Problemlösende Unterricht in einer Zusammenfassung von Lange, das Genetisch-exemplarisch-sokratische Lehren nach Wagenschein, der Erfahrungsbezogene Unterricht nach Scheller, der Offene Un- terricht nach Schulze, Wallrabenstein und Wopp, der Handlungsorientierte Unterricht nach Bönsch, Gudjons, Jank und Meyer und der Projektunterricht nach Bastian, Gudjons und Frey“ (Braun, 1994, S. 8).

Diese dreizehn Theorien hat Braun aus mehreren Dutzend, in der Fachliteratur kursierenden, Theorien ausgewählt. Seine Kriterien waren in erster Linie der Bekanntheitsgrad, die Differenziertheit⁴ sowie die Häufigkeit der Erwähnungen in der Primär- und Sekundärliteratur. Obwohl Braun zugibt, dass seine Auswahl trotz dieser Kriterien subjektiv bleiben muss (vgl. ebd., S.8), ist sie für meine Zwecke mehr als ausreichend.

Die analysierte fachdidaktische Literatur war: Fachdidaktik Physik von Bleichroth u.a., 1991, Physikunterricht und Menschenbildung von Häußler, 1992, Naturwissenschaftliche Bildung in der Bundesrepublik Deutschland von Riquarts, 1992 und Erlebniswelt Physik von Labudde, 1993 (vgl. ebd., S. 31).

In einer kurzen Zusammenfassung zu Beginn seiner Arbeit schreibt Braun:

„Es zeigt sich, daß keine der untersuchten Veröffentlichungen detailliert eine allgemeindidak- tische Theorie aufgreift, um auf dieser Grundlage eine Fachdidaktik zu entwickeln“ (ebd., S. 2).

Er stellt in seiner Arbeit fest, dass die fachdidaktischen Veröffentlichungen weitgehend gegensätzliche Auffassungen vertreten, während sich die allgemeindidaktischen Modelle trotz der unterschiedlichen verfolgten Ziele in vielerlei Hinsicht einander angenähert haben und Widersprüche kaum noch erkennbar sind (vgl. ebd., S. 28 - 30). Dagegen sind sich die Autoren der fachdidaktischen Schriften selbst in der Einschätzung des Verhältnisses, in dem die Fachdidaktik zur allgemeinen Didaktik steht, uneinig:

„Jung, Mitautor von Fachdidaktik Physik, macht für die Diskrepanz zwischen Allgemeiner Didaktik und Fachdidaktik größtenteils die Allgemeindidaktiker verantwortlich. Es wird sich dagegen ausgesprochen, die Physikdidaktik als eine Teildisziplin der Allgemeinen Didaktik zu verstehen. Stattdessen sollte sie sich als Disziplin verstehen, die Fragestellungen und Er- gebnisse verschiedener Wissenschaften aufgreift und bearbeitet. Physikunterricht und Men- schenbildung räumt den erzieherischen und somit allgemeindidaktischen Fragestellungen gegenüber den fachinhaltlichen Vorrang ein. Auch wenn dieses nicht explizit Erwähnung findet, so drängt sich doch der Eindruck auf, daß die Fachdidaktik als Teildisziplin der Allgemeinen Didaktik verstanden wird. Nach Naturwissenschaftliche Bildung sieht die Mehrheit der Physikdidaktiker die Fachdidaktik Physik als eigenständige wissenschaftliche Disziplin an. Dennoch scheint die Einstellung der Autoren eher in die Richtung zu tendieren, daß die Fachdi- daktik von der Allgemeinen Didaktik her begriffen wird“ (ebd., S. 66). Der im Zitat erwähnte Autor Jung bestreitet sogar, dass die Fachdidaktik Physik derzeit überhaupt als wissenschaftliche Disziplin anzusehen sei (vgl. ebd., S. 65).

Angesichts der Tatsache, dass unter den Fachdidaktikern der Physik in so gut wie keiner Hin- sicht Einigkeit herrscht, aber die meisten Autoren die Fachdidaktik eher von der allgemeinen Didaktik her begreifen, habe ich mich entschlossen, meine Unterrichtseinheit nach einem all- gemeindidaktischen Modell zu entwerfen, dem Entdeckende Lernen⁵, das als eine Sonderform des Problemorientierten Lernens angesehen werden kann. Josef Saxler schreibt zum Entde- ckenden Lernen: „Alle Lehrverfahren, die weder einfaches Faktenlernen noch planloses Zu- fallsentdecken anstreben, sondern zu beantwortende Fragen und die Wege zu deren Beant- wortung in den Mittelpunkt der Überlegung stellen, können unter den Begriffen problemorientiertes und genetisches Lernen zusammengefaßt werden...“ (Saxler, Darmstadt, 1992). Das Entdeckende Lernen schließt eine ganze Reihe verschiedener Unterrichtsmethoden mit ein, wie unter 3.3 (siehe S. 15) noch gezeigt wird.

Im Gegensatz zu den meisten didaktischen Modellen geht das Entdeckende Lernen nicht aus- drücklich von höheren Bildungsidealen⁶ aus, die stets auch Erscheinungen des jeweiligen Zeitgeistes sind und sich dementsprechend ständig ändern. Da es sich beim Entdeckenden Lernen um ein Modell aus der Kognitionspsychologie handelt, setzt es in erster Linie bei der Verbesserung des Verständnisgrades und dem Behalten neuen Materials an (vgl. Braun, 1994, S. 15 f.). Auch für die Inhalte des Unterrichts werden keine übergeordneten abstrakten, gele- gentlich auch banalen, Vorgaben gemacht, wie z.B. die Forderung, dass die Inhalte wichtig für die Gesellschaft sein müssen⁷, oder der Inhalt müsse lösbar sein⁸, was sich bei der Schul- physik von selbst versteht. Besonders bei den naturwissenschaftlichen und mathematischen Fächern könnte das zu endlosen Diskussionen führen, z.B. über die Frage, ob es gesellschaft- lich relevant ist, zu wissen was ein Quark ist, und der Unterricht könnte mit in der Praxis nicht einlösbaren Ansprüchen überfrachtet werden. Wolfgang Schulz schrieb zur Rechtfertigung solcher Forderungen in seinem Hamburger Modell der Unterrichtsplanung (Hervorhebungen vom Autor):

„Hat das Modell... nicht utopische Züge, da es doch einen in der Anregung und Beratung von Gruppenprozessen sich professionalisierenden Lehrer fordert, sich an eine Schülerschaft wen- det, die ihre Chance, aus dem Unterricht das Mögliche für sich zu machen, ergreifen will, und unterstellt, daß der Schulträger, seinem offiziellen Selbstverständnis folgend, bereit ist, den Raum für verantwortliches pädagogisches Handeln im Unterricht nicht weiter einzuengen, sondern seine Tendenz zur Verrechtlichung und Bürokratisierung zu ändern? Antwort: Ein Modell, das keine Anstöße zur Innovation des Unterrichts, der Schule, der Lehrerbildung gibt, braucht niemand. Durchwurstel-Modelle sind bekannt genug. Ohne die Bereitschaft, unter Rückschlägen vorankommend, sich in der Abarbeitung am Arbeitsplatz mit diesem zu verän- dern, kommen wir in den Schulen nicht aus und ein Weg dazu ist der wiederholte Versuch, an die Grenzen des heute Möglichen zu gehen. Das geschieht nicht in der Illusion, allein dadurch ließe sich die Schule verbessern, aber in der Gewißheit, nur unter Einbeziehung dieses Weges geschieht es“ (Schulz, 1980, S. 80).

Sogar Schulz selbst betrachtet also sein Hamburger Modell als ein theoretisches Konstrukt mit utopischen Zügen. Damit soll weder die Notwendigkeit von höheren Bildungszielen jen- seits der Fachsystematik, noch die Wichtigkeit theoretischer, sogar utopischer didaktischer Modelle bestritten werden. Zur Mahnung daran, dass Lehrer mehr sein müssen als Vermittler bloßen Fachwissens, sind didaktische Modelle wie das Hamburger Modell prädestiniert. Sie geben dem Praktiker im Unterricht ein Ideal vor, das er zum Nutzen der Schule im Allgemei- nen und zum eigenen Ansporn im Speziellen anstreben, das er aber niemals vollständig ver- wirklichen kann. Für die Planung des täglichen Unterrichts sind derartige Modelle jedoch weniger geeignet. Würde man versuchen das Ideal des Hamburger Modells mit einem Unterrichtsplan in die Praxis umzusetzen, müsste man an seinen hohen Ansprüchen unweigerlich in der Unterrichtspraxis scheitern. Weitere Aspekte, die für die Entscheidung zugunsten des Entdeckenden Lernens sprechen, sind:

- Das Konzept des Entdeckenden Lernens fordert im Gegensatz zu vielen modernen Modellen nicht ausdrücklich die Mitarbeit der Schüler⁹ an der Auswahl der Unter- richtsinhalte (vgl. Braun, 1994, S. 27), was in dieser Arbeit unmöglich ist, da die Unterrichtsplanung hier ohne eine reale Schulklasse auskommen muss.
- Das Entdeckende Lernen lehrt Schüler viel mehr als bloßes Faktenwissen. „Entschei- dend ist, dass beim problemlösenden Unterricht der Lernende in einem kreativen Akt über das Vermittelte bzw. bisher Bekannte oder Erfahrene hinaus zu neuem, erweiter- tem Wissen gelangt. Der spezifische Gesichtspunkt, der beim entdeckenden und prob- lemlösenden Lernen damit in den Blick kommt, ist der heuristische Prozess des Auf- findens von Lösungsideen; an dieser Stelle sind immer Phantasie und Kreativität ge- fragt“ (Lind, Kroß, Mayer, 1998, S. 41). „Dabei wird nicht nur neues Wissen, werden nicht nur neue Fähigkeiten via Entdeckung erworben, sondern auf einer darüber lie- genden Ebene auch Wissen entwickelt, wie man in offenen, problemhaltigen Situatio- nen mit seinem vorhandenen Wissen, mit seinen vorliegenden Fähigkeiten umgehen kann. Es entspricht dem Auftrag der Schule, diese Qualität des Lernens ebenfalls an- zuvisieren, d.h. durch unterrichtsmethodische Arrangements das Erreichen dieser Qua- litätsebene für möglichst viele Schüler sicherzustellen“ (Terhart in: Lind, Kroß, May- er, 1998, S. 41)
- Als primäre Methoden des Entdeckenden Lernens wird das Finden von Problemlösun- gen mittels Denken oder Forschen genannt, sowie das Auslösen von Überraschung, Zweifel, Verwirrung und Widerspruch (vgl. Braun, 1994, S. 16). Diese Methoden drängen sich für den Physikunterricht geradezu auf, da sich eine Vielzahl von Mög- lichkeiten bietet, den Schülern überraschende Sachverhalte¹⁰ zu zeigen.

- Das Hervorrufen von Überraschung, Zweifeln usw. passt perfekt zu den Anlässen für das Physiklernen, die das Niedersächsische Kultusministerium nennt:

„Lernprozesse im Physikunterricht werden ausgelöst durch:

- eine mittels Experiment herausgestellte Frage
- Materialien mit Problemgehalt,
- Fragen, die Schülerinnen und Schüler in den Unterricht einbringen,
- Fragen, die im Unterricht entstehen,
- Ereignisse und Beobachtungen außerhalb des Physikunterrichts

Für das Gelingen des Lernprozesses ist es förderlich, wenn Schülerinnen und Schüler die ausgewählten Anlässe zu ihren eigenen machen. Dies kann durch den Rückgriff auf Fragen erreicht werden, die von ihnen eingebracht oder im Laufe des Unterrichts aufgeworfen werden. (...) Verschiedene Studien zeigen u.a. Aspekte auf, die den Un- terricht für Mädchen, aber auch für Jungen interessanter werden lassen: (...)

- Inhalte mit einer emotional positiv getönten Komponente, also etwa Phänome- ne über die man staunen kann und die zu einem Aha-Erlebnis führen, werden generell als interessant empfunden“ (Niedersächsisches Kultusministerium, 1997, S.44)

Aus diesen Gründen habe ich mich für das Entdeckende Lernen als didaktische Grundlage für die Planung der Unterrichtsstunden in dieser Arbeit entschieden. Das folgende Kapitel befasst sich mit der Charakterisierung dieses Modells.

3.2 Merkmale des Entdeckenden Lernens

Wie schon erwähnt, handelt es sich beim Entdeckenden Lernen um ein Konzept, das aus der Kognitionspsychologie stammt. Es ist eine Form des Problemlösens, welche die spontane Neugier der Lernenden als intrinsische Motivation ausnutzt, bei der Lernende selbständig Hypothesen und Lösungen entwickeln und diese durch gerichtetes Denken oder Experimen- tieren überprüfen. Dabei gibt es keine feststehenden Lösungswege. Es wird davon ausgegan- gen, dass neue Sachverhalte durch erfolgreiche Problemlösungen gelernt werden. Für die Problemlösung ist der Transfer früher gelernter Sachverhalte auf das Problem notwendig. Da intrinsische Motivation und Belohnung mittels eines motivierenden Konfliktes und spätere Lösung systematisch ausgenutzt werden (vgl. Braun, 1994, S. 16), ist es wichtig darauf zu achten, dass alle Schüler die meisten Aufgaben lösen können. Andernfalls träte ein doppelter Negativeffekt ein: der Lernende hat ein Misserfolgserlebnis und lernt nichts (vgl. Gautschi, http://www.labor.didaktikum.ch/bej_online/lehren_lernen_2001/lele_IIIB_1.htm, 2001).

Es gibt zwei Formen des Entdeckenden Lernens:

- Das offene Entdeckende Lernen, bei dem die Problemstellung selbst gefunden und formuliert werden muss und
- das gelenkte Entdeckende Lernen, bei dem die Aufgabenstellung vorformuliert und ggf. Hilfsmittel zur Lösung gegeben werden (vgl. ebd.).

Da das Finden einer Lösung beim Entdeckenden Lernen so wichtig, Schulunterricht aber stets zielorientiert und zeitlich limitiert ist, wird für diesen Unterrichtsentwurf das gelenkte Entdeckende Lernen gewählt. Dazu schreibt Saxler: „Nach den bisherigen Überlegungen ist es fast selbstverständlich, daß entdeckendes Lernen nicht ohne gut überlegte Anleitungen durch den Lehrer erfolgreich vor sich gehen kann. Es wird also kaum anders als in der Form des mehr oder weniger stark gelenkten entdeckenden Lernens ablaufen können. Freies Entdecken im Unterricht praktizieren zu wollen, ist eine Utopie, die deshalb von niemandem ernsthaft angestrebt werden sollte“ (Saxler, 1992, S. 22).

Weitere Merkmale des Entdeckenden Lernens sind:

- Es werden bessere Transfereffekte erzielt und eine bessere Behaltensleistung erreicht als beim üblichen Regel-Beispiel-Regel-Lernen.
- Ein relativ großes Ausmaß an Lenkung ist besser als wenig Lenkung.
- Das Entdeckende Lernen bringt vom Kindergarten bis zur Universität die gleichen Re- sultate.
- Das Entdeckende Lernen ist effektiver, wenn
- diese Methode regelmäßig und häufig angewandt wird,
- die Schwierigkeit der Transferaufgabe wächst,
- die Schüler über ein geringes Vorwissen verfügen,
- die Zeit zwischen dem Lernen und der Prüfung durch eine Transferaufgabe zu- nimmt. (vgl. Löffelholz, Pletzer, Witte, http://paedpsych.jk.uni- linz.ac.at/INTERNET/ARBEITSBLAETTERORD/UNTERRICHTSFORMO RD/PREISS/method23.html).

Eine Gefahr des Entdeckenden Lernens ist sicherlich, dass die Neugier der Schüler zu schnell gestillt sein könnte und das Thema für sie damit „abgehakt“ wäre. Gero von Randow, ein Redakteur der Wochenzeitung „Die Zeit“, beschreibt dies lesenswert in einem völlig anderen, inhaltlich aber zu diesem Aspekt passenden, Zusammenhang:

„Wenn sich etwas nicht erwartungsgemäß verhält, möchte ich eine Erklärung, und am liebsten eine solche, die ich mit einem beruhigten „Ach so, na dann“ quittieren kann.

Das „Ach so“- Erlebnis hat einen etwas anderen Nährwert als das „Aha“-Erlebnis: es macht geistig satt, zu- weilen auch ein wenig träge. Warum bekommen immer mehr Kinder Allergien (zumindest wird das gerne behauptet)? Wegen der Umweltverschmutzung. Ach so. Das Ach-so-Erlebnis beendet einen Zustand des Fragens, des Suchens, der gedanklichen An- strengung. Es rationalisiert die Denkarbeit und stabilisiert die Weltanschauung. Den Wider- spruch zwischen dem guten Gott und dem Bösen in der Welt lösten gnostische Sekten, indem sie die Welt als Werk einer bösen Kraft, des Teufels nämlich, interpretierten. Damit war wie- der alles im Lot (nicht die Welt, aber das religiöse System")“ (von Randow, 1993, S. 9 f.).

Damit bringt von Randow das Problem in eine griffige Form. So gesehen gilt es also, ein „Ach-so-Erlebnis“ zu vermeiden und stattdessen ein „Aha-Erlebnis“ zu erzeugen, damit Lust auf mehr bleibt. Ob dies wirklich gelingt, kann letztlich wohl nur der praktische Unterricht zeigen.

Neben der Hervorrufung von Überraschung, Widerspruch usw. gibt es noch weitere Möglichkeiten einen Lernprozess zu starten und zu leiten. Einige in der Fachliteratur vorgeschlagene Möglichkeiten sollen im folgenden Kapitel vorgestellt werden.

3.3 Die Umsetzung des Entdeckenden Lernens in die Unterrichtspraxis

Eine für das gelenkte Entdeckende Lernen geeignete Methode zur Umsetzung in die Praxis ist die Lernaufgabe. Gautschi schreibt dazu:

„Die Lernaufgabe ist die Kleinform des gelenkten entdeckenden Lernens. Sie ist ein wichtiges didaktisches Instrument zur Unterrichtsführung. Nachdem die Lehrperson einen Themenbe- reich eingeführt und die Grundlagen dafür gelegt hat, stellt sie schriftlich eine weiterführende Aufgabe. Die Aufgabe ist so gestellt, dass die Lernenden während der Bearbeitung etwas Neues lernen können. Die Lernaufgabe ist nicht bloß eine Anwendungs- oder Übungsaufgabe, sie soll einen wirklich neuen Bestandteil enthalten, den die Lernenden selber entdecken können“ (Gautschi, 2001).

Eine solche Lernaufgabe geht über ein Arbeitsblatt hinaus. Im Gegensatz zu einem Arbeits- blatt ist bei einer Lernaufgabe der Lernweg nicht vorstrukturiert. Zur Entwicklung einer Lern- aufgabe und zum Umgang im Unterricht damit bietet Gautschi eine Liste mit acht Punkten, die zu beachten sind:

I. Die Schüler sollen durch die Bearbeitung der Lernaufgabe etwas Neues lernen. Es soll darin keine Wiederholung, Festigung oder Automatisierung vorgesehen sein.
II. Die Aufgabe muss schriftlich vorliegen und kann vorgelesen oder projiziert wer- den.
III. Alle Grundlagen und Hilfsmittel müssen bekannt und verfügbar sein. Die Suche und Entwicklung von Methoden zur Informationsbeschaffung gehört hier nicht zum Bildungsziel!
IV. Die Schüler erhalten wenn nötig Einstiegstipps, Hinweise zur Benutzung der Hilfs- mittel und bekommen neue Techniken gezeigt (hier geht es um gelenktes Entdeckendes Lernen!).
V. Klare Anweisungen zur Einzel-, Partner- oder Gruppenarbeit geben. Im Regelfall nicht benoten.
VI. Je nach Lernaufgabe kann die Bearbeitungszeit 5 - 30 Minuten pro Unterrichts- stunde dauern.
VII. Die Kriterien für eine Lösung müssen vorher bekannt gegeben werden. Bei unter- schiedlich leistungsstarken Schülern mehrere Lösungsstufen anbieten, damit alle ein Erfolgserlebnis haben können.
VIII. Die Schüler müssen über den Kontext und den Zweck der Lernaufgabe informiert werden, da sie aus der Einsicht um den Sinn der Aufgabe effektiver arbeiten. Ziele und Zwecke der Lernaufgabe, die für die Schüler mehr als ein Jahr in der Zukunft liegen, sollten dagegen nicht erwähnt werden, da sie in der Regel nicht Motivation erzeugen, sondern Frustration (vgl. Gautschi, 2001).

Ein weiteres mögliches Vorgehen beim Entdeckenden Lernen könnte folgendermaßen ausse- hen: Die Schüler notieren allein für sich alle Einfälle zur Problemstellung ohne dass der Leh- rer unterstützend eingreift. Anschließend diskutieren die Schüler ihre Ideen zu zweit oder in kleinen Gruppen und arbeiten ihre Ideen aus. Zum Schluss geht der Lehrer von Schüler zu Schüler und honoriert jede Idee, auch wenn diese nicht hundertprozentig richtig sind (vgl. Löffelholz, Pletzer, Witte, http://paedpsych.jk.uni-linz.ac.at/INTERNET/

ARBEITSBLAETTERORD/UNTERRICHTSFORMORD/PREISS/method23.html).

Weitere Anmerkungen zur praktischen Umsetzung des Entdeckenden Lernens in die Praxis stammen von Josef Saxler, von denen im Folgenden zwei kurz dargestellt werden:

- Zum Fragend- entwickelnden und Entdeckenden Lernen:

Diese Unterrichtsmethode ist heute wohl die am häufigsten anzutreffende. „Die Schü- ler können immerhin eigene Ideen einbringen also in gewissem Sinne auch entdeckend lernen. Wenn die Fragen - jedenfalls in den Naturwissenschaften - wirklich sinnvoll gestellt sind, dann enthalten sie ein Problem, an dessen Lösung sich die Schüler im Frage-Antwort-Spiel mit dem Lehrer...heranarbeiten können... Die entscheidenden Mängel sind zum einen, daß die Schüler veranlaßt werden Fragen zu beantworten, die sie gar nicht stellen wollten und die sie deshalb auch vielfach nicht interessieren... und zum anderen, daß die Planung von Lösungswegen durch die Lehrerfragen bereits vor- gezeichnet ist, die Schüler also am wichtigsten Element des Problemlösens nicht betei- ligt werden. Als Vorstufe zum entdeckenden Lernen bzw. zu seiner schrittweisen Ein- führung sollte die fragend-entwickelnde Methode aber immer ihren Platz behal- ten...zumal es...bei diesem Verfahren möglich ist,...die Schüler schrittweise zum eige- nen Fragen anzuleiten und sich schließlich auf gelegentliche Hinweise zu beschrän- ken“ (Saxler, 1992, S. 15 f.).

- Über freies oder gelenktes Entdeckendes Lernen: „Freies Entdecken findet nicht einmal in der wissenschaftlichen Forschung statt. Jeder Forscher bekommt und holt sich ad hoc Anregungen aufgrund seiner eigenen Vor- kenntnisse... aus den Veröffentlichungen anderer und im Meinungsaustausch mit Kol- legen. Um so mehr müssen ganz konkrete Vorkenntnisse und Lernhilfen während des Unterrichtes oder vorher vom Lehrer bereitgestellt werden, damit die Schüler über- haupt Lösungsideen finden können. Je zahlreicher und stärker die gegebenen Hilfen sind, um so größer ist die Chance, daß das Gesuchte gefunden wird“ (ebd., 1992, S. 23). Dabei sollte man die Lernhilfen nicht so stark auslegen, dass die gesuchten Lö- sungen von allen Schülern mit Sicherheit gefunden werden können, da dies schnell zur Unterforderung der Schüler führen würde und sie sich auf einen echten Problemlö- sungsprozess nicht mehr einlassen müssten. Aufgabe des Lehrers ist es, die Lernhilfen so zu dosieren, dass die meisten Schüler eine Weile suchen müssten, um die Lösung zu finden. Dabei ist es besser, die Schüler etwas zu überfordern als zu unterfordern, da man im ersten Fall immer noch Zusatzinformationen geben kann, im Falle der Unter- forderung das Entdecken der Lösung aber unmöglich gemacht wird (vgl. ebd., 1992, S. 24 ff.).

An dieser Stelle ist noch keineswegs sicher, dass die Umsetzung des Entdeckenden Lernens in einen realen Unterricht bei jedem beliebigen Lernstoff gelingen kann. Daher werde ich die Aufgaben dieser Arbeit um die Auslotung der Möglichkeiten, das Entdeckende Lernen auf die Atom- und Kernphysik anzuwenden, erweitern. Die dazu erforderlichen Unterrichtsplanungen sind im nächsten Kapitel zu finden.

4. Unterrichtsplanungen

Die folgenden Unterrichtsplanungen werden als erstes die Kernphysik, dann Elementarteilchen und als letzten Punkt Atome behandeln. Vor jeder Planung erfolgt zunächst eine Sachanalyse in Form eines fachsystematischen Überblicks über das Thema.

4.1 Kerne

Die Thematisierung des Atomkerns vor den Elementarteilchen ist notwendig, da es im Zu- sammenhang mit dem Entdeckenden Lernen wichtig ist, dass die Schüler noch keine Kenntnis von den zu entdeckenden Sachverhalten haben und unter dem Punkt Elementarteilchen notwendigerweise auch Neutronen und Protonen eine Rolle spielen müssen.

4.1.1 Sachanalyse

4.1.1.1 Die Entdeckung des Atomkerns

Anfang des 20. Jh., als sich die Überzeugung durchsetzte, dass die Materie atomar aufgebaut sein muss, vermutete der Physiker Sir Joseph Thomson (1856 bis 1940) (Das Große Bertelsmann Lexikon 2001, DVD Edition, 2001), dass die positive Ladung und die Masse eines Atoms gleichmäßig über sein gesamtes Volumen verteilt und die Elektronen in dieser „verschmierten“ positiven Ladung verteilt seien (siehe Abbildung 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Atommodell nach Thomson

(Quelle: Technische Universität Wien)

Um 1911 wollte Ernest Rutherford (1871 bis 1937) (ebd.) dieses Atommodell überprüfen und beschoss dazu eine dünne Goldfolie (0,004mm) mit α -Teilchen. Mit einem Leuchtschirm untersuchte er, unter welchem Winkel die α -Teilchen gegen die Einfallsrichtung gestreut wurden (siehe Abbildung 3). Er erwartete, dass die massereichen Teilchen kaum abgelenkt durch die Goldfolie hindurchfliegen würden, weil sie die leichten Elektronen zur Seite schie- ben und durch das elektrische Feld der auf das gesamte Atomvolumen verteilten positiven Ladung nur wenig abgelenkt würden (siehe Abbildung 4) (vgl. Dorn-Bader, 1986, S. 378).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Rutherfords Streuversuch (Quelle: DornBader, 1986, S. 378)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Erwartetes Ergebnis bei Rutherfords Streuversuch (Quelle: Dorn-Bader, 1986, S. 379)

Das Ergebnis war ein völlig anderes. Der Großteil der He-Kerne durchsetzte die Goldfolie geradlinig, aber es wurden auch unter allen Winkeln gestreute α -Teilchen gefunden. Dafür gab es nur eine Erklärung: die gesamte positive Ladung muss im Atom an einen Kern gebun- den sein, der nur einen sehr kleinen Teil des Atomvolumens einnimmt (vgl. Dorn-Bader, 1986, S. 378).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Das Ergebnis aus Rutherfords Streuversuch (Quelle: Dorn-Bader, 1986, S. 379)

Die größte Annäherung r an den Kern erreichen die α -Teilchen, wenn sie um 180 Grad zurückgestreut werden. Ein α -Teilchen mit der Ladung 2e befindet sich im Abstand r von der Kernladung Ze. Seine potentielle Energie beträgt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Im Moment der größten Annäherung kommt das α -Teilchen kurz zur Ruhe, womit seine ge- samte kinetische Energie als potentielle Energie im Coulombfeld steckt. Daraus ergibt sich für den Abstand r:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Für Gold (Z=79) und der Energie [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] = , MeV ergibt sich daraus r = 3 [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]

Rutherford standen nur α -Teilchen mit der maximalen Energie 7,7 MeV zur Verfügung, so dass er den Durchmesser der Atomkerne nicht genauer bestimmen konnte. Der Atomradius

bewegt sich im Bereich von [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]. Der Kern ist also um die Größenordnung [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] kleiner als das Atom! Erst in unmittelbarer Nähe des Kerns wird die Coulombkraft so groß, dass die α - Teilchen die beobachtete Ablenkung erfahren. Die Elektronen mit ihrer winzigen Masse kön- nen die massereichen He-Kerne so gut wie nicht beeinflussen (vgl. Dorn-Bader, 1986, S. 378 f.).

4.1.1.2 Eigenschaften des Kerns

I. Kernkraft

Durch die heutigen Teilchenbeschleuniger stehen uns mittlerweile α -Teilchen mit sehr viel höheren Energien zur Verfügung, als in Rutherfords Experimenten. Ab ungefähr 24 MeV kommt es zu Abweichungen, die nicht auf die Coulombkraft zurückgeführt werden können. Bei dieser Energie kommen die α -Teilchen den Kernen so nahe, dass eine andere Kraft auf sie wirkt: die Kernkraft, auch starke Kraft genannt. Diese Kraft hat einige interessante Eigen- schaften:

- Sie ist anziehend und tritt nur zwischen Nukleonen auf.
- Sie ist ladungsunabhängig, wirkt also zwischen jeder beliebigen Kombination von Nukleonen.
- Sie besitzt eine äußerst kurze Reichweite und wirkt nur zwischen Nukleonen, deren Abstand kleiner als 2 ×10− m ist.
- Innerhalb ihrer Reichweite ist sie viel stärker als die Coulombkraft (siehe Kräftever- gleich in Tabelle 7, S. 66).

Die starke Kraft ist der Grund dafür, dass sich überhaupt Kerne gegen die abstoßende Cou- lombkraft bilden können. Die Coulombkraft hat eine theoretisch unendliche Reichweite und fällt mit[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ab. In einem Atomkern wird daher jedes Proton von allen anderen Protonen ab- gestoßen. Nur die unmittelbaren Nachbarnukleonen sorgen für eine anziehende Wechselwir- kung. Die wenigen Wechselwirkungen, die ein Proton z.B. in einem Bleikern von seinen Nachbarnukleonen durch die Kernkraft erfährt, genügen, um die Abstoßung durch die übrigen 81 Protonen zu überwinden und den Kern stabil zu halten (vgl. Dorn-Bader, 1986, S. 380).

[...]

---

¹ Auf spekulative Theorien über eine Vielzahl weiterer Universen, die mit unserem ein viel größeres Multiversum bilden, soll hier nicht eingegangen werden.

² Ein Mathematiker würde möglicherweise einwenden, dass nur die Mathematik eine wirklich exakte Wissen- schaft ist.

³ Mittlerweile Dr. Jan-Peter Braun

⁴ Manche Theorien unterscheiden sich nur in Nuancen voneinander (vgl. Braun, 1994, S.8) 10

⁵ Da es sich bei diesem Begriff um die Bezeichnung eines didaktischen Modells handelt, behandele ich ihn als

Eigennamen und werde ihn groß schreiben, obwohl manche Autoren, die ich zitieren werde, die Kleinschreibung bevorzugt haben.

⁶ Wie etwa der Demokratisierung und Humanisierung aller Lebensbereiche, was von der Kritischkommunikativen Didaktik gefordert wird (vgl. Braun, 1994, S. 25).

⁷ Eine Forderung aus dem Problemlösenden Unterricht (vgl. ebd., S. 26).

⁸ Wird ebenfalls für den Problemlösenden Unterricht gefordert (vgl. ebd., S. 26). 11

⁹ Die Mitarbeit der Schüler wird allerdings auch nicht ausgeschlossen.

¹⁰ Klassische Beispiele, die in dieser Arbeit eine Rolle spielen werden, sind der Massendefekt und die scheinbare Verletzung von Energie- und Impulserhaltungssatz beim β -Zerfall.