Vorwort

»Ein Wunder solcher Art erlebte ich als Kind von vier oder fünf Jahren, als mir mein Vater einen Kompass zeigte. Dass diese Nadel in so bestimmter Weise sich benahm, passt so gar nicht in die Art des Geschehens hinein, die in der unbewussten Begriffswelt Platz finden konnte. (.) Ich erinnere mich noch jetzt - oder glaube mich zu erinnern -, dass dies Erlebnis tiefen und bleibenden Eindruck auf mich gemacht hat. Da musste etwas hinter den Dingen sein, das tief verborgen war.«

Albert Einstein

Chemie ist, wenn es knallt und stinkt, Physik, wenn etwas nicht gelingt. Wie viele Generationen von Schülerinnen und Schülern mussten dies in Lehrsälen und Physikräumen oder Chemielaboren erleben? Vielleicht hat der ein oder andere Leser eine sehr gute Erinnerung an die Naturwissenschaften. Warum sollte man sich auch sonst ein Buch wie dieses hier kaufen? Für viele Schülerinnen und Schüler aber bleiben die Naturwissenschaften, vor allem die Chemie und die Physik, ein schwarzes Loch mit Ereignishorizont oder ein naphtholrotes Tuch. Die PISA-Studien haben dies zutage gefördert. Ein wesentlicher Teil gerade der hochkompetenten Jugendlichen hat kein Interesse am Fach Physik. Wozu dann Physikunterricht, wozu Formeln und Diagramme, wenn es viele gar nicht interessiert? Auf der anderen Seite gibt es zwar weiterhin viele Ingenieure und Wissenschaftler an den Universitäten, und im Fernsehen naturwissenschaftliche Gameshows und Reportagen, die durchaus Zuschauer finden. Was also macht die beiden Schulfächer spannend, und was schreckt ab?

Ob Sie es glauben oder nicht: Ich selbst gehörte in meiner Schulzeit nicht zu den großen Fans von Chemie- und Physikunterricht. In der 10. Klasse gab ich das Fach Physik mit einer 5 als Endnote ab. In Chemie rettete ich mich mit einer mündlichen Prüfung in die Oberstufe. Am Ende von Jahrgang 11 war ich dann mit meiner Chemie am Ende und gab das Fach mit viel Zureden an die Lehrerin und einer 4 ab, die sicher auch auf meine Redefertigkeiten zurückzuführen war und weniger auf meine Leistungen im Fach Chemie. Doch so richtig Schluss war noch gar nicht, es folgte nur eine Pause, bis ich mich wieder mit beiden Disziplinen beschäftigte - an der Uni. Mein Studium in Chemie und Physik schloss ich mit einer 1,1 ab und legte eine Promotion in Physikdidaktik nach. Und das (vorläufige) Ende vom Lied halten Sie nun in Ihren Händen. Was war da passiert?

Nun, es kommt darauf an, die richtigen Fragen zu stellen - und auch, die Fragen richtig zu stellen. Denn eigentlich sind Chemie und Physik doch unglaublich spannend, oder? Interessiert Sie etwa nicht, wo wir herkommen, wo wir hingehen und wie die Dinge dazwischen funktionieren? Ab und an habe ich darüber auch in meinem Schulunterricht etwas erfahren. Die meiste Zeit ging es aber um Arbeitsblätter, Fachsprache, Rechenwege und das richtige Anfertigen eines Protokolls. Eigene Ideen mussten mit denen der Wissenschaft übereinstimmen, und ich hatte im Gegensatz zu Galilei, Einstein und Co. meist nur 45 Minuten, um auf die richtige Erkenntnis zu kommen.

Privat lief es besser. MacGyver, der Geheimagent, der aus einem Schnorchel und einer Melone einen Zeitzünder für eine Bombe bauen konnte, und das Jugendheft Yps mit seinen Gimmicks versorgten meine Neugier für die Naturwissenschaften. Im Studium wählte ich aus taktischen Gründen das Fach Chemie - Biologie war schon voll - und lernte meinen späteren Doktorvater kennen. Wie ich später erfuhr, hatte auch er gerne Yps gelesen, vor allem aber hatte er Science Center in Deutschland gegründet, in denen Physik und Chemie anhand von Mitmach- und Erlebnis-Experimenten erklärt wird: die Phänomentas.

Ich bin natürlich nicht der Erste, der durch die direkte Erfahrung von Phänomenen der Natur zum Denken und Handeln angeregt wurde. Der berühmte englische Naturforscher Michael Faraday ist wahrscheinlich eines der bekanntesten Beispiele dafür. Mit der Einsicht, wie die Dinge funktionieren, kam (endlich) auch das Verständnis der abstrakten Formeln und Begriffe, die in der Schule keinen Wert für mich hatten. Oft zitiert wird dabei die bildhafte Vorstellung des »Begreifens«. Zeit und Raum für Ausprobieren, Anschauen, Beobachten, Verknüpfen, Selbstbenennen, Mitdenken, Darüber-Reden, Liegenlassen, Darauf-Zurückkommen und so weiter hatte ich erst im Studium, und die Pädagogik dahinter hat mich überzeugt. Am Ende dessen steht nun also dieses Buch, das Ihnen als naturwissenschaftlich interessierte Leserin oder, noch besser, als unbedarfter, ahnungsloser Leser eine Chance bietet, selbst einzusehen, wie die Dinge funktionieren, vielleicht auch selbst zu erleben, dass die Dinge dahinter kein Mysterium sind. Auch der Experte wird sich an den alltäglichen Phänomenen erfreuen, die ihm vielleicht noch nicht genau bekannt gewesen sind.

Wer einfach statt kompliziert erklärt, muss sich schnell als populärwissenschaftlich und ungenau rechtfertigen. Ein Physikdidaktik-Professor mahnte mir das unter epistemologischen Gesichtspunkten sogar einmal an. Ohne Yps-Hefte, MacGyver, die Knoff-Hoff-Show und andere populäre Vertreter wäre ich heute aber sicher kein begeisterter Naturwissenschaftler und Wissensvermittler. Sie schafften, was der Unterricht nicht vermochte: mich für diese unglaublich spannende Welt da draußen zu begeistern!

Ich halte heute also ganz bewusst gegen solche Zweifler des vordringlich Einfachen und des Erstaunenden den Reformpädagogen Martin Wagenschein entgegen, dessen Credo in einem Satz lautete: »Verstehen ist ein Menschenrecht.« Und verstehende Menschen waren ihm allemal wichtiger als wissende. Verstehen beginnt damit, dass man die Chance bekommt, die Dinge selbst einzusehen, selbst die Freiheit zum Entdecken hat, sich selbst dabei erlebt, etwas zu entdecken und bestenfalls mit anderen zusammen zu neuen Erkenntnissen kommt. Mit diesen drei Zutaten: Autonomie, Kompetenzerleben und sozialer Eingebundenheit ist dann zugleich alles erfüllt, was aus Sicht von Psychologen Motivation und Interesse entwickeln lässt. Nicht ohne Grund steht das Wort Interesse im Lateinischen für das »Dazwischen-Sein« oder »Dabei-Sein«.

Auch viele Naturwissenschaftler waren »dabei« und erfüllten mit ihrer Arbeit nicht nur wissenschaftliche Kriterien, sondern »basic needs« der Interessenförderung. Sie verschrieben sich der Populärwissenschaft. So zum Beispiel der Schwede Anders Celsius, der ja unter anderem unsere heutige Temperaturskala erfand, oder der bereits erwähnte englische Naturforscher Michael Faraday, der zu seiner Zeit nicht nur für den heute nach ihm benannten Faraday'schen Käfig bekannt war und der gleich einen wichtigen Beitrag im ersten Kapitel des Buches spielen wird. Faraday war ein besonders starker Verfechter, wenn es darum ging, die Naturwissenschaften unters Volk zu bringen. Er selbst hatte über Nebenstrecken seine Wissenschaftskarriere eingeschlagen und auf seinem Weg oft mit Ablehnung zu kämpfen. Er hielt regelmäßig Vorlesungen, bei denen er zum Beispiel die Naturwissenschaft der Kerze für das offene Publikum enträtselte.

Faraday bat, bei seinen Vorlesungen stets »bei aller Bedeutung unseres Gegenstandes und allem Ernst der wissenschaftlichen Behandlung desselben doch von den Älteren unter uns absehen zu dürfen und das Vorrecht zu beanspruchen, als junger Mann zu jungen Leuten zu sprechen«. Er kam an, indem er die Leute sprachlich da abholte, wo sie standen, und ging mit ihnen dennoch anspruchsvolle Wege durch die wissenschaftliche Fachsprache. Machen wir doch auch mal eine kurze Exkursion in die Vermittlung von Fachsprache in den Naturwissenschaften. Sprache ist nämlich nicht gleich Sprache und Sprache lernen nicht gleich Sprache erwerben. Schon Mark Twain schimpfte über die deutsche Sprache. Er hatte nicht die Möglichkeit, sie als Kind zu erwerben, sondern lernte sie als Erwachsener. Mit Fachsprache ist es ähnlich. Kommunikation mit der Alltagssprache verzeiht Ungenauigkeiten, in der Wissenschaft aber fallen Sprachfehler auf und entstellen den Sinn, weil die Sprache so genau definiert und wenig fehlertolerant ist. Die Fachsprache wie eine neue Fremdsprache zu erlernen ist erst einmal anstrengend und mühsam. Der Weg dahin kann so wie eine Treppe zu hohe Stufen enthalten: dann ist fachlich zwar alles korrekt, aber auch Meilen von der Alltagssprache entfernt. Er kann aber auch einer flachen Treppe entsprechen, deren Stufen leicht zu nehmen sind, die dafür aber nie das Niveau der anderen Treppe erreicht. Sie ahnen es wahrscheinlich schon: Der Mittelweg ergibt Sinn! Ich entscheide mich daher wie Michael Faraday für eine sehr alltägliche Sprache mit Versatzstücken aus dem Fach, eine Sprache des Verstehens anstatt des Verstandenen.

Vor der Fachsprache steht bei allem Respekt vor den wissenschaftlichen Erkenntnissen also nicht nur in diesem Buch die vereinfachende Alltagssprache, der alltägliche Vergleich steht vor dem fachlich exakter definierten Hintergrund, und vor der Formel steht der Versuch. Auch wenn es zum guten Ton in der Wissenschaft gehört, sich möglichst fachlich auszudrücken, darf dies erst am Ende des langen Studiums erwartet werden. Selbst Wissenschaftlern gelingt es nicht, neue Dinge innerhalb kurzer Zeit fachlich korrekt zu beschreiben.

Ein Beispiel: Wir werden im Buch den wahrscheinlich ältesten Freihandversuch der Welt behandeln. Dazu müssen wir nur ein Teelicht in einer Wasserschale entzünden und ein Glas darüber halten. Das Teelicht wird verlöschen und das Wasser aufsteigen. Die Lösung dahinter ist trivial, oder? So trivial, dass der Versuch in der Primarstufe oft Verwendung findet. Am Ende einer einzigen Unterrichtsstunde soll dann das Ergebnis stehen.

Der griechische Naturforscher Philon von Byzanz schrieb in seiner »Pneumatica« etwa im...