Den, der kan tænke over kvantefysikken uden at blive svimmel, har ikke forstået et ord af det hele. (Niels Bohr)

Alle børn kender til poser af plast og har set, at jern ruster. Når eleverne får kemi i 7. klasse, begynder vi stille og roligt at arbejde på at få klarere begreber om netop stof og stoffer, der ændres. Vi starter med stoffer, som eleverne allerede kender i deres hverdag. Stor er fornøjelsen – og næserynkerne – når de nye kemikere sætter ild til de mange forskellige medbragte stoffer.

I kemiundervisningen tager vi udgangspunkt i det eleverne kender i forvejen og kan opleve i klasserummet. Vi bruger Goethes fænomenologiske metode, der tager udgangspunkt i iagttagelse og beskrivelse af fænomenerne. I kemi-lokalet går både træ, stearinlys, uld og plast op i røg. Eleverne observerer med alle sanser, hvad der sker, og undersøger det, der bliver tilbage, når ilden er slukket. De får klarere begreber om de forskellige stoffer og deres kemiske reaktioner og når fx frem til begreberne luftarter, aske, syrer og baser.

Først laver enten elever eller lærer et forsøg, og eleverne får mulighed for at opleve, sanse og undre sig. I næste dags hovedfagstime beskriver eleverne omhyggeligt forsøget. Først derefter kommer arbejdet med at tilegne sig nye begreber og finde sammenhænge og lovmæssigheder (naturlove). På den måde får eleverne levende begreber og udvikler deres egen dømmekraft. Læreplanen er i høj grad opbygget, så den følger den historiske udvikling i kemi. Derfor bliver abstraktionsniveauet også større og større efterhånden, som eleverne bliver ældre.

sitatikon2I vores hverdagsverden kan noget ikke både være partikel og bølge, så derfor har vi ingen ord, der kan dække begge fænomener.

 

Fra uld og sukker til grundstoffer

Når eleverne i 7. klasse har set, lugtet og følt stoffernes forskellighed, kan de i 8. klasse gå videre med forsøg, der leder dem frem til begrebet grundstoffer. Nu opvarmer eleverne fx sukker i et reagensglas. De kender allerede forsøget hjemmefra og ved, at der bliver dannet karamel. Men de opdager, at der også dannes vand, og når de bliver ved med at opvarme, så får de et flot, glinsende sort stof, som ikke kan opløses
i vand. De har selv fremstillet det frie grundstof kulstof (carbon). Men hvad er det, der karakteriserer et grundstof? Det er et stof, der ikke kan spaltes til andre stoffer. Eleverne kendte allerede nogle grundstoffer, fx guld og kobber, men nu har de et klart begreb om, hvad der udgør et grundstof.

Fra kvalitet til kvantitet

Den viden eleverne i de første års kemiundervisning har tilegnet sig om stoffernes kvalitative egenskaber, benytter de sig af, når de i 10. klasse går i gang med at undersøge de kvantitative egenskaber. Fx kan jern- og svovlpulver blandes i forskellige vægtforhold og opvarmes, så der sker voldsomme, glødende reaktioner. Når elev-erne undersøger de faste stoffer efter reaktionen, så opdager de, at jern og svovl altid rea-gerer med hinanden i et ganske bestemt vægtforhold, kaldet ækvivalente (ligeværdige) mængder. Bruges andre vægtforhold, så er der enten jern eller svovl tilovers. Andre stoffer reagerer også med hinanden i bestemte vægtforhold, som afhænger af de stoffer, der bruges. Det er disse vægtforhold, der findes i begrebet mol med enheden gram. Denne viden bruger eleverne, når de derefter arbejder med kemiske formler, afstemmer reaktionsskemaer og laver støkiometriske beregninger (mængdeberegninger).

sitatikon2Historien viser, at naturlove består – mens teorier udvikles – ændres – forkastes!

Fra batterier til atomer

I 11. klasse arbejder eleverne bl.a. med elektrolyse og elementer (i dagligsprog kaldet batterier). Ud fra forsøg udvikles begrebet ioner, som findes i salte, syrer og baser. Disse stoffer har nogle meget karakteristiske egenskaber, som ikke-ioniske stoffer som fx sukker og fedt ikke har. Først i 12. klasse kaldes sukker og fedt i forbindelse med atom- og kvanteteorier for molekylære forbindelser.

I Steinerskolen har eleverne først atom- og kvanteteorier på skemaet i de allersidste skoleår og specielt i 12. klasse. Det er nemlig vigtigt, at eleverne først har tilegnet sig de vigtige kemiske begreber ud fra den fænomenologiske metode. De skal helst også kende de lovmæssigheder i fysik og kemi, som atom- og kvanteteorierne er baseret på.

kemi3

Forsøg før teori gør nysgerrig

I mange skolesystemer går man den modsatte vej. Stof beskrives, som om det i virkeligheden består af små kugleformede atomer, der ved kemiske reaktioner reagerer med hinanden. Kemien er i høj grad blevet til en ”leg med kugler”. Alt det sanselige, som vi selv oplever i vores hverdag, er væk. Der er ingen synsindtryk, lugt, smag, lyd m.m. Når eleverne ser forsøg, der skal bekræfte en teori/model, så “låser” det for oplevelsen af fænomenet og for elevernes nysgerrighed og lyst til at være opmærksomme, for de ved jo, hvad de skal se.

Fra hverdag til “tænkt kvanteverden”

Ofte bruger man den gamle kvantemekanik, dvs. den forældede skalmodel (planetmodel) for atomer, som er så let at “forstå” med vores hverdagsbegreber. Den nye kvantemekanik (kvanteteori) fra 1927 består af matematiske formler. Det diskuteres stadig i 2015, hvordan denne matematik skal fortolkes, for den “tænkte kvanteverden” har de mærkeligste egenskaber, som er helt anderledes end dem, vi kender i vores hverdagsverden. Man kan fx ikke følge “enkelte atomer”, men kun udtale sig om statiske sandsynligheder for dem, ligesom når man kaster en terning. Og for at gøre det endnu mærkeligere, så opfører både atomer og elektroner sig nogle gange som om, at de er bølger, og andre gange som om, at de er partikler. I vores hverdagsverden kan noget ikke både være partikel og bølge, så derfor har vi ingen ord, der kan dække begge fænomener.

Men – det er vigtigt at huske, at alle målinger foregår i vores hverdagsverden (fx lyspletter på en skærm, og de er oftest skabt vha. elektricitet). Målingerne foregår altså ikke i den “tænkte kvanteverden”.

Spisebordet – er det der?

Det er denne ”tænkte kvanteverden” som undervisningen tager udgangspunkt i. Ifølge teorien er det den primære eksisterende fysiske verden, den virkelige verden, og alt i vores hverdagsverden er blot et resultat af den. Som eksempel på det kan vi bruge vores spisebord. Vi oplever selv bl.a., at det er hårdt og massivt, måske af flot gammelt egetræ, måske er der pletter og ridser på det og vi kan stå på det. Ser man på bordet ud fra kvanteverdenen, så består det af næsten ingenting, for der er meget langt mellem atomkerner og elektroner, som er uden sansekvaliteter, og der er ingenting imellem dem.

Den danske fysiker Niels Bohr (1885–1962) var med i udviklingen og fortolkningen af kvantemekanikken, og han citeres ofte:

«Den, der kan tænke over kvantefysikken uden at blive svimmel, har ikke forstået et ord af det hele.1«

 “Der er ikke nogen kvanteverden. Der er kun en abstrakt beskrivelse.”2

Der skelnes i undervisningen generelt ikke mellem lovmæssigheder og teorier, selvom der er stor forskel. En lovmæssighed er fundet ud fra observationer, og den forudsiger, under hvilke omstændigheder en bestemt hændelse ses. Derimod postulerer man i kvanteteorien, at man med den “tænkte kvanteverden” fx med elektroner kan forklare, hvorfor en hændelse sker. Man forlader sanseverdenen og konstruerer en forklaring, som man “sætter lig fænomenet”.  Det fører også til, at liv og ånd betragtes som produkt af “en materiel kvanteverden”.

sitatikon2I kemilokalet går både træ, stearinlys, uld og plast op i røg.

 

En vigtig lære: vi har ikke svar på alt

I Steinerskolen kan eleverne med den fænomenologiske metode opleve, at alt i kemien hænger sammen, og at de hvert år får en større forståelse af helheden i kemi. De oplever også, at vi ikke har svar på alt, blot er på vej mod større erkendelse.

Historien viser, at naturlove består – mens teorier udvikles – ændres – forkastes! Det er en vigtig lære i undervisningen.

 

Af Connie Wagner. Civilingeniør i kemi, har siden læst filosofi på universitetet. Har arbejdet med forskning og udvikling i det private erhvervsliv. De sidste 25 år undervisning i overskolen. Teksten er hentet fra tidsskriftet Steinerskolen 4/2015.

Kilder:
(1) Den moderne fysiks gennembrud: Kvanteteorien.
Poul V. Thomsen. Forlaget HOW og
Poul V. Thomsen (1987). ISBN 87-980675-9-1. Side 49.
(2) Eksisterer månen kun, når man ser på den? Kvantemekanikkens lære. Film af Lars Becker-Larsen. Jørlunde Film. 1989.

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s