Die Bedeutung des Experimentes im physikalischen und chemischen Unterricht. Von Ingenieur Otto Friedrich in Berlin-Siemensstadt. FRIEDRICH: Die Bedeutung des Experimentes im physikalischen und chemischen Unterricht. Die Zeit liegt so weit noch nicht zurück, da man im physikalischen Unterricht den Hauptwert auf theoretische Behandlung der Lehrsätze legte und deren mathematische Fassung durch eine größere Zahl rechnerischer Aufgaben dem Gedächtnis einzuprägen suchte. Ein Experiment wurde nur gelegentlich ausgeführt und diente lediglich zur Bestätigung eines schon mathematisch abgeleiteten Satzes. Diese Art des Unterrichtes hatte nur bei verhältnismäßig wenig Schülern Erfolg; bei vielen verdarb er für das ganze Leben das Interesse an Wissensgebieten, die von der Schulzeit her mit unangenehmen Erinnerungen unlösbar verknüpft waren. Heutigentages geht man von dem Satze aus, daß die Anschauung die Grundlage der Erkenntnis ist, und beginnt deshalb mit dem Experiment. Im chemischen und physikalischen Unterricht sieht der Schüler das Experiment, erlebt den Vorgang selbst, erst dann wird das Gesehene durchgesprochen, und durch vorsichtiges Verallgemeinern der Lehrsatz abgeleitet. Mit den Ansichten über Methodik haben sich auch die über Ziel und Zweck des Unterrichtes vollkommen umgestaltet. Der Schüler soll in erster Linie lernen, richtig zu beobachten und aus den Beobachtungen Schlüsse zu ziehen. Es ist durchaus unnötig, daß er eine große Menge einzelner Daten weiß, er soll aber Verständnis für den Zusammenhang der Erscheinungen, offenen Blick für das Wesentliche und eine Fülle auf eigener Anschauung beruhender Erfahrungen aus der Schule ins Leben mitbringen. Textabbildung Bd. 329, S. 513 Abb. 1. Moderner Chemiehörsaal mit Experimentierschalttafel Dieses Resultat der Erziehung ist aber nicht nur für den einzelnen, sondern für die Zukunft eines ganzen Volkes wichtig. So ist z.B. das wirtschaftliche Gedeihen eines Landes davon abhängig, daß in möglichst weiten Kreisen der Bevölkerung Verständnis für die Aufgaben und Leistungen der Technik geweckt wird. Denn nur dann, wenn es vorhanden ist, werden die von der Industrie erzeugten technischen Hilfsmittel Verbreitung finden und zweckentsprechend ausgenutzt werden. Das.Verständnis zu wecken, ist Sache der Schule im naturwissenschaftlichen, speziell technischen Unterricht. Sie hat die Schüler anzuregen, die Werke der Technik und Erzeugnisse der Industrie zu verstehen, sie kritisch zu beobachten und ihre Entwicklung aufmerksam zu verfolgen. In Ländern mit hochentwickelter Industrie wird das längst gebührend gewürdigt, es ist jedoch von weitaus größerer Bedeutung für Länder mit wenig Industrie. Je weniger der Schüler im täglichen Leben Anschauungen sammeln kann, desto mehr muß die Schule aushelfen, desto mehr muß demonstriert und experimentiert werden. Textabbildung Bd. 329, S. 514 Abb. 2. Starkstrom-Influenzmaschine mit Motorantrieb Textabbildung Bd. 329, S. 514 Abb. 3. Demonstration der Lichtbrechung mittels der Liliputlampe und Zusatzapparale nach Grimsehl Im Chemieunterricht ist das wohl von jeher geschehen. Einmal ist hier das Experiment unumgänglich notwendig zum Verständnis. Chemische Reaktionen müssen vorgeführt werden, aus Schilderungen allein kann sich niemand ein klares Bild dieser Vorgänge machen. Außerdem aber sind chemische Experimente leicht und elegant auszuführen; sie bedürfen weder vieler Vorbereitungen, noch besonders umfangreicher Apparaturen. Nur ein Zweig der Chemie kommt noch heute oft zu kurz, und das ist um so unangenehmer, als beim Schüler sich dadurch leicht die Vorstellung festsetzt, es sei das ein nebensächlicher Zweig der Chemie; und dabei ist es gerade dieser Zweig, die Elektrochemie, die in der Praxis und für die moderne Technik die allergrößte Bedeutung erlangt hat. Der Physikunterricht konnte vor einigen Jahrzehnten ohne Experimente und mit spärlichen Demonstrationen immerhin noch einigermaßen zufriedenstellende Resultate erzielen. Seitdem aber die Wissenschaft der neueren Zeit uns mit einer solchen Fülle neuer Erscheinungen bekannt gemacht hat, deren Verständnis aus bloßen Beschreibungen und Bildern unmöglich erreicht werden kann, mußte das Experiment auch im physikalischen Unterricht der Ausgangspunkt werden. Wohl die wichtigste dieser neuen Erscheinungen ist die Elektrizität. Sie hat sich einen unermeßlichen Einfluß im praktischen Leben errungen, ihre Verwendung nimmt in allen Ländern der Welt täglich zu, besonders da, wo natürliche Kraftquellen irgend welcher Art vorhanden sind, wie Brennstoffe, Wasserkräfte usw. Deswegen nimmt die Elektrizitätslehre im Unterricht einen breiten Raum ein, zumal da sie nicht etwa ein für sich abgeschlossenes Gebiet darstellt, sondern in engem Zusammenhang steht mit den verschiedensten anderen Gebieten der Physik und Chemie. Aus diesem Grunde soll im nachstehenden gezeigt werden, was die Elektrizität uns an Hilfsmitteln zum Experimentierunterricht an die Hand gibt, und was durch moderne Experimentier- und Demonstrationsapparate erreicht werden kann (Abb. 1). Textabbildung Bd. 329, S. 514 Abb. 4. Demonstrations-Strommodell nach Lippmann Daß man in der Elektrizität eine vielseitig, bequem und leicht verwendbare Energie ständig zur Qrimsehi Verfügung hat, wirkt auf den ganzen Unterricht befruchtend ein. Man kann die Elektrizität in mechanische Energie umwandeln: ein kleiner Motor wird an eine Steckdose angeschlossen, und mühelos lassen sich Schwungmaschine zur Demonstration der Zentrifugalkraft, Farbenkreisel zur Erzeugung von Mischfarben und Weiß aus Komplementärfarben, Luftpumpe, Influenzmaschine (Abb. 2) und anderes mehr betreiben. Man benutzt sie zur Erzeugung von Licht: eine kleine Universalbogenlampe nach Prof. Dr. Classen oder eine Liliputbogenlampe nach Professor Grimsehl schaffen ganz neue Möglichkeiten, optische Gesetze zu demonstrieren. Die Abb. 3 zeigt eine Versuchsanordnung der Liliputbogenlampen zur Vorführung der Lichtbrechung, die Strahlen sind durch Zigarrenrauch sichtbar gemacht. Erst derjenige, der einmal damit gearbeitet hat, wird den Fortschritt schätzen können, den diese Apparatur bedeutet gegenüber der alten optischen Bank mit einer Kerze oder gar mit Sonnenlicht, das durch einen Spalt in den verdunkelten Hörsaal geleitet wurde, und die Vorführung von Tageslicht und Wetter abhängig machte. Reflexion von Hohl- und Konvexspiegel, Strahlengang durch Linsen sind so mit Hilfe der Grimsehlschen Modelle und des intensiven Lichtes einer Bogenlampe sinnfällig und klar zu zeigen, während doch gerade diese Gesetze sonst ausschließlich mathematischer Behandlung vorbehalten waren: ein besonders deutliches Beispiel für das, was man mit Anwendung moderner Hilfsmittel erreichen kann. Textabbildung Bd. 329, S. 515 Abb. 5. Stromzeiger mit Ferraris-System Textabbildung Bd. 329, S. 515 Abb. 6. Demonstrations-Instrument (Drehspulsystem) Rückseitige Skala mit feiner Unterteilung Der Vortrag der Wärmelehre wird durch Anwendung elektrischer Apparate um eine Reihe sehr interessanter Vorführungen bereichert. Mit Hilfe eines Thermoelementes aus Platin-Platinrhodium, eines sogen, elektrischen Pyrometers, lassen sich z.B. die Temperaturen der Flamme eines Bunsenbrenners messen, und durch die Verschiedenheit der Temperatur an der Spitze, am Rande und im Kern läßt sich die Struktur einer Flamme zeigen. Späterhin kann dieselbe Apparatur dazu dienen, die Erscheinungen der Thermoelektrizität zu erläutern. Textabbildung Bd. 329, S. 515 Abb. 7. Demonstrations-Spiegelgalvanometer Textabbildung Bd. 329, S. 515 Abb. 8. Einsatzsystem zum Demonstrations-Spiegelgalvanometer Das hauptsächlichste Anwendungsgebiet elektrischer Apparate und Einrichtungen ist natürlich Elektrizitätslehre und Elektrotechnik. So mannigfaltig die Menge der Erscheinungen ist, so vorzüglich sind auch die Demonstrationsapparate durchgebildet. So ist das Demonstrations-Strommodell nach Oberlehrer Dipl.-Ing. A. Lippmann (Abb. 4) ein ganzes physikalisches Kabinett im kleinen; es lassen sich mit ihm so ziemlich alle Eigenschaften des elektrischen Stromes zeigen; infolgedessen stellt es besonders für kleinere Schulen ein vorzügliches Lehrmittel dar. Das Strommodell wird an ein Gleichstromnetz unter Vorschaltung eines Widerstandes angeschlossen, kann aber auch durch eine kleine Batterie von etwa 8 Volt Spannung gespeist werden, wenn die Schule keinen elektrischen Anschluß besitzen sollte. Textabbildung Bd. 329, S. 515 Abb. 9. Stöpselmeßbrücke in Wheatstonescher Schaltung Bei der ungeheuren Ausdehnung, die heutigentags die Leitungsnetze elektrischer Zentralen erreicht haben, sind aber die meisten Lehranstalten schon des Lichtes wegen angeschlossen: sollte das nicht der Fall sein, so läßt sich wohl überall mit leichter Mühe und geringen Kosten wenigstens für den Physikalsaal ein Anschluß herstellen. Und daß dann der Unterricht auf eine ganz andere Stufe gehoben wird, wenn man statt kümmerlicher Behelfe elektrischen Starkstrom benutzen kann, wie er in der Praxis vorkommt, bedarf wohl kaum der Erwähnung. Textabbildung Bd. 329, S. 516 Abb. 10. Demonstrations-Meßdrahtbrücke Zu Experimenten mit elektrischem Strom sind in erster Linie Meßinstrumente nötig. Diese müssen ausreichend große Skala und entsprechenden Zeiger haben, um auch von den letzten Plätzen des Hörsaales aus ein bequemes Ablesen zu ermöglichen. Sehr praktisch sind die Demonstrationsmeßinstrumente der Siemens & Halske A.-G. Sie besitzen 180 mm lange Zeiger, und durch ihre unten verjüngte Form (Abb. 5) nehmen sie nicht allzuviel Raum des Experimentiertisches in Anspruch. Ihr Gehäuse ist vorn und hinten mit Glas abgedeckt, so daß sie zugleich zu Demonstrationen der Konstruktion und Wirkungsweise des Meßsystems benutzt werden können. Ihr Hauptvorzug ist aber der, daß sie eine zweite, rückwärtige Skala besitzen (Abb. 6), auf welcher der Zeigerausschlag im gleichen Sinne erfolgt wie auf der großen Skala. Dadurch wird der Dozent der Notwendigkeit überhoben, sich die Zeigerstellung durch Aufstellen von Spiegeln und ähnliche umständliche Maßnahmen sichtbar zu machen. Da diese zweite Skala eine feinere Unterteilung besitzt, kann das Instrument auch zu Messungen im Praktikum verwendet werden. Für feinere Ablesungen kommen dann die Spiegelgalvanometer in Frage. Das Demonstrations-Spiegelgalvanometer der Abb. 7 und 8 besitzt ein besonders breites Glasfenster, um das Meßsystem beobachten zu können, und einen sehr großen Planspiegel von 20 mm Durchmesser. Dadurch wird die Lichtstärke des reflektierten Bildes erheblich gesteigert, auch kann man mit größerem Winkel zwischen ein- und ausfallendem Lichtstrahl arbeiten; die Aufstellung kann im Hörsaal also auch seitwärts, unter beliebigem Winkel erfolgen. Widerstandsmessungen führt man im Laboratorium meist mit einer Stöpselmeßbrücke (Abb. 9) aus; für Demonstrationen im Hörsaal eignet sich aber weit besser die Demonstrations-Meßdrahtbrücke (Abb. 10), an der man auch das Ohmsche Gesetz ableiten kann. Sie besitzt einen 1 m langen Meßdraht aus Konstanten und eine weithin sichtbaren Skala mit großen Zahlen, über der sich ein der Schieberstellung entsprechender Zeiger bewegt. Außerdem ist für genauere Messungen, etwa beim Gebrauch zu Schülerübungen im Laboratorium, eine feinere Skala angebracht. (Fortsetzung folgt.)