Zeitgemäße Atomvorstellung

Didaktisch-methodischer Kommentar

Mit dieser Unterrichtseinheit zur Vermittlung einer zeitgemäßen Atomvorstellung wird an stoffliche Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler angeknüpft.

Quantentheorie und Schrödinger-Modell

Zur Vermittlung einer zeitgemäßen Atomvorstellung müsste man sich eigentlich der Quantentheorie bedienen. Die Quantentheorie ist jedoch eine rein mathematische Theorie und somit für den Unterricht in der Mittelstufe nicht geeignet. Um hier trotzdem eine zeitgemäße Atomvorstellung vermitteln zu können, müssen Bilder, Analogien und vor allem Modelle herangezogen werden, die die Quantentheorie veranschaulichen. Die Lehrerin oder der Lehrer kann sich hier verschiedener Modelle bedienen. Das bekannte Schrödinger-Modell des Atoms ist zwar zeitgemäß, enthält jedoch aufgrund von Begriffen wie "Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons als Teilchen" große Lern- und Verständnishindernisse für die Schülerinnen und Schüler. Um diese Schwierigkeiten in der Mittelstufe zu umgehen, wurde in der hier vorgestellten Unterrichtseinheit das Elektronium-Modell verwendet.

Elektronium-Modell

Das Elektron als Fluidum

Das Elektronium-Modell wurde an der Abteilung für Didaktik der Physik an der Universität Karlsruhe entwickelt. Das Elektron wird dabei nicht mehr als Teilchen, sondern als Fluidum beschrieben. Dieses hat eine Dichte und kann strömen. Mit einer solchen stofflichen Vorstellung können Schülerinnen und Schüler an alltägliche Erfahrungen anknüpfen. Bei Verwendung des Elektronium-Modells bleiben die Bilder des Atoms im Vergleich zum Schrödinger-Modell gleich. Der einzige Unterschied ist die Interpretation: Man redet nicht mehr von der Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons, sondern von der Dichte eines Stoffes.

Erfahrungen aus dem Unterricht

In zwei zehnten Klassen wurde untersucht, wie sich die Schülerkonzepte anhand unterschiedlicher Atommodelle - Elektronium-Modell und Aufenthaltswahrscheinlichkeit - über längere Zeit entwickelten. Durch den direkten Vergleich der beiden Modelle in zwei Klassen sind keine handfesten Aussagen über Vor- und Nachteile der Modelle im Unterricht möglich. Der Vergleich kann lediglich Hinweise geben.

Übertragbarkeit auf die Eigenschaften von Festkörpern

Das Elektronium-Modell findet nicht nur Anwendung zur Beschreibung der Atomphysik, sondern kann ganz ungezwungen auch auf die Eigenschaften von Festkörpern übertragen werden. Näheres dazu im Karlsruher Physikkurs (Band 3).