Didaktisch-methodischer Kommentar

Die vorgelegte Doppelstunde „Strom und Wärme im Überfluss? – Auf der Suche nach der ‚zündenden’ Kernfusionstechnologie“ ist Teil einer mehrstündigen Unterrichtsreihe in den Fächern Physik oder Technik mit dem Titel „Kernfusion: Teure Utopie oder Energie der Zukunft?“.

Bevor die geplante Einheit durchgeführt werden kann, müssen die Schüler bereits grundlegenden Kenntnisse über den Aufbau von Atomkernen erworben und die Sonne als Ort für natürlich ablaufende Kernfusionsreaktionen kennen gelernt haben. Auch die dort dominierende so genannte „Proton-Proton-Reaktion 1“ sollte in jedem Fall schon vorab besprochen worden sein. Für einen schnellen Wissenszugewinn im Rahmen des Unterrichts wäre es gut, wenn die Schüler zudem schon Vorwissen über andere Formen der Energiegewinnung – wie Erneuerbare Energien, Kernkraft oder fossile Brennstoffe – besitzen.

Nach der vorgelegten Unterrichtsstunde sowie der Besprechung der Hausaufgaben könnte es mit der Erarbeitung eines vollständigen Schemas von zukünftigen Fusionskraftwerken weitergehen (siehe beispielsweise Abbildung B im Techmax). Auch eine ausführliche Auseinandersetzung mit dem in Planung befindlichen internationalen Forschungsreaktor ITER könnte das Wissen der Schüler über das Thema Kernfusion weiter ergänzen.

Wenn möglich, könnte die Unterrichtsreihe dann noch durch einen Besuch beim Kernfusionsgroßexperiment ASDEX Upgrade im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching, bei WENDELSTEIN 7-X im IPP-Teilinstitut Greifswald oder auch im Tritiumlabor des Forschungszentrums Karlsruhe abgerundet werden.

Sicherung als Einstieg

Um das in der vorangegangenen Stunde erworbene Grundlagenwissen für den Unterricht zu rekapitulieren, beginnt die vorgelegte Einheit mit einer Sicherungsphase, in der die Schüler das Prinzip der Kernfusion der Sonne ausführlich beschreiben und erklären.

Danach zeigt der Lehrer ein Bild des geplanten Kernfusionsforschungsreaktors ITER. Die Schüler sollen möglichst selbstständig einen Zusammenhang zwischen den Motiven herstellen und die Kernfusion als zugrunde liegendes Phänomen benennen.

Schon in dieser frühen Unterrichtsphase wird von den Schülern zudem erwartet, einfache Hypothesen zur Funktionsweise von „künstlichen“ Reaktoren auf der Basis ihres Vorwissens aufzustellen. Diese Vorschläge sollen dann in der Diskussion mit anderen Kursteilnehmern gegebenenfalls präzisiert, korrigiert oder widerrufen werden.

Je nach Leistungsstand des Kurses könnte der Lehrer für diese Phase zusätzliche Unterrichtsimpulse (Folien mit Grafiken oder Bildern, Texte) bereithalten, damit ein schneller, motivierender Lernforschritt gelingt.

Erarbeitung mit Hilfe von traditionellen und neuen Medien

Um auch die beiden Erarbeitungsphasen möglichst effektiv zu gestalten, werden hier alt bewährte Medien (Arbeitsblätter mit Texten und Abbildungen) kombiniert mit neuen Medien wie Computer und Internet eingesetzt.

Die ausgewählte Flash-Animation vom Max-Planck Institut für Plasmaphysik verbildlicht dabei abstrakte Inhalte wie die Deuterium-Tritium-Kernfusionsreaktion (AB1: Sequenz „Was ist Kernfusion? – Fusionsreaktion“) und/oder gibt zusätzlichen Informations-Input (AB2: Sequenz „Magnetischer Einschluss - Stellarator und Tokamak). Ähnliches gilt auch für die Hausaufgabe, wo die anschauliche Flash-Animation ebenfalls das Arbeitsblatt ergänzt (Sequenz „Das Fusionskraftwerk - Sicherheit und Umwelt“.

Die Nutzung der neuen Medien soll die Lernbereitschaft der Schüler erhöhen und so zu einer zielgerichteten und motivierten Auseinandersetzung mit dem Thema anregen. Übergeordnetes Ziel dieser Unterrichtsphasen ist, die Medienkompetenz der Schüler zumindest ansatzweise zu verbessern.

Lernen in Teamarbeit

Ein weiteres wichtiges Prinzip des Unterrichts ist das kooperative Lernen in Partner- beziehungsweise in Gruppenarbeit. Die Schüler/Kursteilnehmer finden sich deshalb selbstständig in Teams von drei bis vier Personen zusammen, die gemeinsam die Arbeitsmaterialien auswerten und Lösungsmöglichkeiten für die Arbeitsaufträge entwickeln.

Auch auftretende Probleme oder Fragen sollen zunächst im Team besprochen und geklärt werden. Der Lehrer steht in den Erarbeitungsphasen nur in Ausnahmefällen als Ansprechpartner (vor allem bei technischen Defekten etc.) zur Verfügung.

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