Wärme ist mehr als die Bewegung von Atomen

Von Wilfried Sommer, Oktober 2013

Der naturwissenschaftliche Unterricht soll zu einem Verständnis der Natur führen, ohne dass er von ihr entfremdet. Zugleich lernen die Schüler die »Modellierungen« im Physikunterricht als das zu erkennen, was sie sind: Konstruktionen.

Foto: © Charlotte Fischer

Eine typische Schülerfrage …

Viele Lehrer kennen die Schülerfrage nur zu gut: Warum machen wir das überhaupt? – Sie mag von Schülern aufgeworfen werden, weil ihnen immer deutlicher wird, dass mit Bildungsinhalten auch ein Bildungsgehalt verbunden ist. Oder sie wird – oft halbbewusst – eingesetzt, um Lehrern zu signalisieren, dass ihr Unterricht an den Schülern vorbeigeht. Nicht zuletzt stellt sie ein bewährtes Mittel dar, über eine Sinndiskussion eine anstehende, vielleicht anstrengende Lernaufgabe hinauszuschieben. Als ich vor einigen Jahren eine Schülerin hatte, die gerade Letzteres gerne inszenierte, ging ich im Unterricht zwar nicht darauf ein, nahm die Fragen aber zum Anlass, mir selbst kurze Antworten zu geben.

… und meine Antworten

Zunächst geht es im naturwissenschaftlichen Unterricht darum, eine wache Wahrnehmung zu wecken, dann eine erste Ordnung in das Wahrgenommene zu bringen, Versuchsreihen anzulegen und schließlich im inneren Durchgang durch die Reihen die Gesetze gedanklich zu erschließen. Ziel ist es, ein verständiges Weltverhältnis aufzubauen und einen selbstbewussten und dialogischen Umgang mit der Natur zu fördern, sodass eine Begegnung mit ihr zu einem echten Sinneserlebnis wird. Dadurch öffnet man sein Menschsein für die Natur. Man wird jemand, der über Wahrnehmung und Denken an den Schönheiten, Besonderheiten und Merkwürdigkeiten der Welt teilhaben kann. Das eigene Menschsein entwickelt sich immer mehr zu einer Teilhabe an Natur und Welt. Ein zentrales Anliegen im Physikunterricht ist es, dialogische Urteilsdispositionen zu fördern, bei denen ein Verständnis der Erscheinungen nicht mit einer Entfremdung von der Natur einhergeht.

Sich mit der Welt verbinden, statt sich von ihr zu entfremden

Von Anfang an war mit dem Physikunterricht an Waldorfschulen ein Forschungsauftrag verbunden. Es ging darum, nicht durchgehend Erklärungswege zu beschreiten, bei denen hinter der Natur Objekte liegen sollen, welche die Erscheinungen verursachen und von Schülern dann als »das Eigentliche« interpretiert werden: Wärme sei nichts anderes als die ungeordnete Bewegung von Atomen, Licht nichts anderes als die Ausbreitung von Strahlen, Wellen oder Teilchen, Strom nichts anderes als die Bewegung von Elektronen. Ein so geartetes reduktionistisches Programm der Naturwissenschaft birgt die Gefahr, dass Schüler die Natur nur noch als mechanischen Ablauf und damit als von ihnen abgelöst und ihnen fremd gegenüberstehend erleben. Was heißt es aber, im Unterricht eine Bewegung des Verstehens zu entfalten, die nicht eine »eigentliche« Welt hinter den Erscheinungen postuliert, sondern in den Erscheinungen liegende Ordnungen und Zusammenhänge extrahiert? Ist das nicht einfach nur naiv, unreflektiertes Staunen? Bestätigt eine solche Haltung nicht das Vorurteil, Waldorfschulen seien wissenschaftsfeindlich, weil sie nicht reduktionistische Kausalkonstruktionen in den Vordergrund stellen? Gibt es zum Reduktionismus überhaupt eine Alternative? – Es galt und gilt Verständnisbögen zu entwickeln, die sowohl dem eigenen Anspruch als auch dem Anspruch junger Menschen, die Welt zu verstehen und verständig ergreifen zu können, gerecht werden. Dazu wurden zahlreiche phänomenologische Unterrichtsansätze erprobt, ausgearbeitet oder neu konzipiert. Hier zwei Beispiele aus der Unterrichtspraxis: eines aus der Akustik (7. Klasse) und eines aus der Elektrizitätslehre (11. Klasse).

Warum spritzt ein Ton?

In einer Versuchsreihe werden verschiedene Stimmgabeln angeschlagen, ein Akkord erklingt. Man lebt sich mit den Schülern in den Klang ein und fasst dann die Zinken einzelner Stimmgabeln oben an. Die Stimmgabeln hören sofort auf zu klingen. Berührungen am Bogen einer Stimmgabel bleiben hingegen fast wirkungslos. Nun schlägt man die Stimmgabel erneut an und taucht sie zügig in eine mit Wasser gefüllte Glasschale. Der Ton erklingt während des Eintauchens tiefer und Wasser spritzt weg – je nach Lage der Stimmgabel entweder nur zur Seite (ein Zinken schlägt flach auf das Wasser) oder zugleich zur Seite und schwungvoll nach oben (beide Zinken tauchen parallel ein). Schließlich schlagen die Schüler in Gruppen- oder Partnerarbeit die Stimmgabeln selbst an und halten sich gegenseitig das obere Ende der Zinken gegen die Nasenspitze (es kitzelt) und den Stiel auf eine Reihe von Gegenständen. Aufbau, Durchführung und Beobachtung der Versuche werden in einem Protokoll festgehalten. Die Auswertung beginnt mit einer offenen Frage: »Was macht die Stimmgabel, während sie erklingt?« Die Schüler finden schnell heraus, dass sich die Stimmgabel bewegt, dass die Zinken eine gegenläufige Querschwingung ausführen müssen, denn nur so ist das Wasserspritzen verständlich. Aber wie ist die kompliziertere Längsschwingung des Stiels zu verstehen? – Bei der Frage »Wie hängen Schall und Bewegung zusammen?« wäre der Übergang zu einem objektiven Standpunkt abrupt, denn die Frage zielt direkt auf objektivierende Überbegriffe. Von daher ist die erste Frage mit Bedacht aus einer phänomenologischen Perspektive gewählt.

Ein Schiffchen zappelt im Raum

Eine isoliert stehende Metallkugel wird von einem geriebenen Kunststoffrohr elektrisiert, zuerst manuell, dann mittels einer Elektrisiermaschine. Der Kugel steht eine geerdete, ebene Metallplatte gegenüber. Mit einem Papierschiffchen, das von einem gespannten Faden gehalten wird, erkundet man den Zwischenraum. Mit zunehmender Elektrisierung ändert das Schiffchen seine Lage. Es zeigt nicht mehr durch seine Schwere nach unten, vielmehr richtet es sich zu den Metalloberflächen hin aus und zwar so, dass seine Achse stets senkrecht zu den Metalloberflächen steht. Bei der Kugel zeigt es damit zu deren Mittelpunkt. Je näher das Schiffchen der elektrisierten Oberfläche kommt, desto mehr »zappelt« es. Der Zwischenraum bekommt Struktur. Diese Struktur nennen Physiker ein elektrisches Feld. Die Richtung des Schiffchens entspricht der Richtung der Feldlinien. Eine starke Kraft auf das Schiffchen ist mit einer hohen elektrischen Feldstärke verbunden. Sie kann durch eine hohe Feldliniendichte symbolisiert werden.

Der genannte Versuch benötigt keine Luft im Zwischenraum, er funktioniert auch im luftleeren Raum. Das elektrische Feld ist ein Erregungs- oder Spannungszustand des Raumes selbst. Schüler realisieren, wenn sie sich diese Zusammenhänge wieder von offenen Fragen ausgehend erarbeiten, dass hier keine stoffliche Grundlage für räumliche Strukturen notwendig ist. Das macht viele von ihnen erst einmal nervös und die Neugierde für zahlreiche weitere Versuche ist geweckt.

Die Scientific Community sind die Physiklehrer

Es mussten viele Gebiete der Physik phänomenologisch aufgeschlossen und unter den Fachkollegen verschiedener Waldorfschulen, die sich für die Ausarbeitung und Weiterentwicklung eines Curriculums verantwortlich fühlten, diskutiert werden. In den achtziger Jahren sollte ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziertes Projekt in der Pädagogischen Forschungsstelle beim Bund der Freien Waldorfschulen den Physikunterricht der Mittelstufe auf ein experimentell solides und für die phänomenologische Ideenbildung geeignetes Fundament stellen. Die Ergebnisse dieses Projektes bilden bis heute eine Grundlage für den Physikunterricht; sie sind inzwischen in zahlreichen Nachfolgeprojekten ausdifferenziert und modifiziert worden.

Die Nähe von pädagogischer und fachdidaktischer Forschung zeigte sich als Vorteil: Kollegen, die selbst im Unterricht stehen, verfolgen mit dem Schatz ihrer Unterrichtserfahrung ein Projekt und publizieren die Ergebnisse, nachdem sie diese auf Fachtagungen vorgestellt und diskutiert haben. Danach bieten sie entsprechende Fortbildungskurse im Bund der Freien Waldorfschulen an. Dies gewährleistet, dass die Forschungsergebnisse eines waldorfspezifischen Ansatzes zeitnah in den Unterricht einfließen können und in hohem Maße die Qualität des eigenen Profils gesichert wird. Wenn mancherorts behauptet wird, an Waldorfschulen gehe es im Physikunterricht vor allem um ein staunendes Wahrnehmen der Erscheinungen, nicht aber so sehr um deren Verstehen, dann deutet das mehr auf eine persönliche Fortbildungsnotwendigkeit denn auf ein spezifisches Profil dieser Schulform hin.

Sind Waldorfschüler dem Studium gewachsen?

Der phänomenologische Ansatz im Physikunterricht der Waldorfschulen hat in den letzten Jahrzehnten für die Oberstufe immer wieder berechtigte, kritische Nachfragen provoziert. Wenn Schüler beispielsweise in der Optik einen eigenen Zugang finden, wie können sie dann später Erklärungen erfassen, die im Wellenmodell des Lichtes formuliert werden? Wenn das Atommodell nicht von Anfang an in den Physikunterricht als durchgehender Erklärungsansatz integriert wird, scheitern dann nicht Waldorfschüler an den Anforderungen des Studiums? Solche Fragen weisen auf eine Herausforderung hin, welche im Physikunterricht bewältigt werden muss. Es gilt, die Stärke eines phänomenologischen Zugangs als dialogische Bewegung des Verstehens kraftvoll anzuwenden, es gilt aber auch zu zeigen, welche Übergänge zu reduktionistischen Kausalkonstruktionen möglich sind. Wenn Schüler neben dem reduktionistischen Programm auch andere Wege gegangen sind, dann können sie auf dieser Grundlage den reduktionistischen Charakter der genannten Kausalkonstruktionen als solchen erkennen. Sie laufen weniger Gefahr, diesen als Seinsgrundlage der Welt, das heißt, ontologisch zu interpretieren. Zugespitzt formuliert leistet gerade der phänomenologische Zugang, dass Schüler Reduktionen als Reduktionen erkennen und sich damit methodenbewusst zur Welt stellen lernen.

Ein Atom ist dann nicht mehr der universale Baustein der Natur, sondern eine kulturelle Konstruktionsleistung. Diese fasst viele physikalische Bilanzgrößen, welche in völlig unterschiedlichen experimentellen Kontexten auftreten, in einem räumlichen Vorstellungskomplex zusammen. Atome sind damit ideelle Ordnungselemente, aus denen sich Erklärungen ableiten lassen – und nicht Bausteine. Vergleichbares ließe sich über Lichtstrahlen sagen.

Phänomenologischer Unterricht ist ein modernes multiperspektivisches Konzept

Gelingt ein phänomenologischer Physikunterricht, in dem den Schülern auch die Brücken zu den reduktionistischen Ansätzen gezeigt werden, ist dieser kein weltfremdes, sondern vielmehr ein modernes, multiperspektivisches Konzept. Unter den Publikationen des Institutes für Fachdidaktik an der Alanus Hochschule für Kunst und Gesellschaft finden sich zahlreiche Arbeiten, die in internationalen Fachzeitschriften erschienen sind. Hier wird deutlich, dass der spezifische Ansatz der Waldorfschulen einer externen Doppel-Blind-Begutachtung standhält und nicht, wie manchmal vermutet, ein Konzept fernab heutiger Studienanforderungen darstellt.

Guter Physikunterricht wird an Waldorfschulen dann möglich, wenn Kollegen die enge Abstimmung von Forschung, Lehrerbildung und Unterricht im Bund der Freien Waldorfschulen aufgreifen. Sie können dann tatsächlich den Menschen in den Mittelpunkt pädagogischen Handelns stellen, indem sie ein Gebiet wie die Mechanik ausgehend von Leibeserlebnissen der Schüler entwickeln. In Versuchs­reihen können sie entfalten, wie zur Wärme ganz charakteristische Erscheinungen gehören, die sich aber im Festen, Flüssigen und Gasförmigen in unterschiedlicher Form zeigen. Sie eröffnen Schülern die Möglichkeit, in der Natur heimisch zu werden und Wurzeln zu schlagen. Die Beheimatung in einer irdisch-gegenständlichen Welt wird für sie in einer dialogischen und verständigen Weise möglich. Moderne reduktionistische Ansätze zeigen sich ihnen als spezifische Schwerpunktsetzungen in einem Feld möglicher Erklärungswege und Verständnisbewegungen.

Zum Autor: Prof. Dr. Wilfried Sommer, Oberstufenlehrer an der FWS Kassel und Dozent am Lehrerseminar für Waldorfpädagogik Kassel. Betreuung und Koordination zahlreicher physikalischer Forschungsprojekte der Pädagogischen Forschungsstelle Kassel. Professur für Schulpädagogik mit dem Schwerpunkt phänomenologische Unterrichtsmethoden an der Alanus Hochschule für Kunst und Gesellschaft, Alfter.

Literatur: E. Østergaard, B. Dahlin & A. Hugo: Doing phenomenology in science education: a research review. Studies in Science Education, 44:2, p 93-121. (2008) | W. Sommer: Die Sprengkraft des Physikunterrichts. Erziehungskunst 10/2010, S. 41-42. | W. Sommer: Keine Angst vor Technik-Unterricht. Erziehungskunst 05/2012, S. 21-24.

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