Zum Beitrag von Zell und Friedrich: Anregungen zum Einsatz des haptischen 3D-Modells zur Streuversuch von Rutherford

Abstract

Im Beitrag von Zell und Friedrich 1 wird neben weiteren sehr hilfreichen Materialien und Medien aus dem 3D-Drucker ein haptisches Funktionsmodell zum Streuversuch von Ernest Rutherford vorgestellt. Das Modell ist eine Weiterentwicklung der Idee von Woithe 2, die das Funktionsmodell zur Veranschaulichung und dem Nachstellen von physikalischen Streuexperimenten konzipiert hatte. Die Adaption von Zell und Friedrich erscheint für die Erarbeitung des Kern-Hülle-Modells schon sehr geeignet. Aus unterrichtspraktischer und auch fachlich-fachdidaktischer Sicht möchte ich eine Optimierung vorschlagen und Hinweise für dessen erkenntnisbildende Funktion beim Einsatz im Unterricht unterbreiten.

Die von den Autoren zitierte Kompetenzformulierung des Bildungsplans Baden-Württemberg „Die Schülerinnen und Schüler können auf der Grundlage eines Modellversuchs zum Rutherfordschen Streuversuch das Kern-Hülle-Modell beschreiben“ 4 findet sich in ähnlicher Weise auch in den entsprechenden Chemie-Curricula anderer Bundesländer, mitunter verbunden mit dem Hinweis auf Animationen und Simulationen (Tab. 1), sowie auf haptische Funktionsmodelle. Die in diesem Zusammenhang getätigte Aussage von Zell und Friedrich, dass es an solchen Modellen fehle, ist jedoch nicht korrekt, wie ein Blick in den Lehrmittelhandel (z. B. 5) oder die fachmethodische Literatur zeigt z. B. 6, 7, 3). Gerade die selbst gebauten Funktionsmodelle aus Pappe und Metallstiften scheinen in Schulen vergleichsweise weit verbreitet zu sein. Die von Zell und Friedrich adaptierte 3D-Druck-Version wirkt jedoch im Vergleich zu den Papp-Varianten deutlich haltbarer und damit langlebiger. Auch weist die 3D-Druck-Version über die Vertiefungen, in denen sich die Kugeln (Repräsentant für α-Teilchen) sammeln, eine deutlich bessere Auswertbarkeit auf, da bei vielen Pappmodellen die Kugeln nach dem Auftreffen auf den gebogenen Pappschirm häufig noch weiterrollen. Allerdings sind mit all diesen haptischen Modellen nicht mehr Interaktionsmöglichkeiten verbunden als mit einer fachlich und didaktisch gelungenen Simulation wie die von PhET der University of Colorado Boulder (vgl. Tab. 1), wie die Autoren irrtümlicherweise konstatieren. Vielmehr adressieren die haptischen Funktionsmodelle andere Sinnesmodalitäten und können so einen alternativen Zugang im Rahmen der Differenzierung darstellen (siehe Einsatzszenario I).

Das gefertigte Funktionsmodell erweist sich beim Einsatz im Unterricht als praktikabel. Störend ist nur, dass die Lernenden die jeweilige Vorstellung zur Struktur der Atome sehen und damit das Ergebnis des Kugeldurchgangs schon vorab für sie abschätzbar ist, auch ohne mit dem Funktionsmodell gearbeitet zu haben. Abhilfe bietet eine einfache Platte, die auf die „Kern-Hülle-Pins“ aufgedruckt wird und so die darunter liegende Anordnung verdeckt (vgl. 3). Natürlich erkennen die Lernenden die Lücken, wenn sie unter die Abdeckplatte schauen, doch wird dennoch die Vorstellung vom Atom weniger offensichtlich (Abb. 1) als ohne Abdeckung.

Bernhard Sieve ist seit 1996 Lehrkraft für Chemie und Biologie an Gymnasien. Von 2010 bis 2017 war er an das Institut für Didaktik der Naturwissenschaften (Fachgebiet Chemiedidaktik) abgeordnet und beschäftigte sich dort schwerpunktmäßig mit den Potentialen digitaler Medien für den Chemieunterricht sowie mit der Entwicklung von neuen Zugängen für einen experimentell orientierten Chemieunterricht. Diese Erfahrungen fließen in seine zahlreichen Lehrkräftefortbildungen ein. Seit 2017 ist er mit der Ausbildung von Referendar:innen betraut – zunächst als beauftragter Fachleiter am Studienseminar Hannover, seit 2019 als Fachleiter für Chemie am Studienseminar Stadthagen. Er unterrichtet am Gymnasium Neustadt am Rübenberge.