Astronomie in der Schule: Eine Bestandsaufnahme zum Internationalen Jahr der Astronomie 2009

Plakat zum Internationalen Jahr der Astronomie - Bild: IYA

Astronomie als Schulfach

In der Bildung und Lehre erfährt die Astronomie im Laufe der Zeit unterschiedliche Wertschätzung. In der Spätantike gehört sie zum Quadrivium, dem mathematischen Teil der sieben freien Künste, der artes liberales, – neben der Arithmetik, der Geometrie und der Musik. An den Klosterschulen und Universitäten des ausgehenden Mittelalters ist die Astronomie präsent. Auch die Stadt- und Ratsschulen des 15. und 16. Jahrhunderts bieten sie als selbstständiges Fach von gleichem Range wie Arithmetik und Geometrie an. "Erst gegen Endes des 18. Jahrhunderts finden sich in Schulprogrammen und Lehrbüchern deutliche Hinweise darauf, dass astronomisches Bildungsgut zum Bestandteil anderer Unterrichtsfächer reduziert wurde", erläutert Dr. Klaus Lindner, Chefredakteur von Astronomie + Raumfahrt im Unterricht und Herausgeber verschiedener Astronomielehrwerke im Cornelsen Verlag, "vornehmlich Mathematik und Geographie teilten sich das Erbe, später trat auch die Physik hinzu." Die Bedeutung der mathematisch-naturwissenschaftlichen Bildung wächst aber im 19. Jahrhundert, besonders zur Vorbereitung auf technische Berufe. So finden astronomische Themen etwa in den Realschulen der Weimarer Republik Berücksichtigung.

Als eigenständiges Unterrichtsfach etabliert sich die Astronomie jedoch erst wieder in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, und auch nur in wenigen Ländern. Vor etwa 20 Jahren nannte die Kommission 46 (zuständig für Teaching of Astronomie) der Internationalen Astronomischen Union als Länder mit selbstständigem Astronomieunterricht die DDR, die Sowjetunion, Bulgarien, Griechenland, Argentinien, Kuba und Mexiko. Die Entwicklung der Raumfahrt war mitunter ein Grund, der die Stärkung der Astronomie als Schulfach in diesen Ländern begünstigte. Auch in der BRD hat beispielsweise der Start des ersten Erdsatelliten 1957 oder die erfolgreiche Mondlandung von Armstrong 1969 Folgen: Seit 1972 kann Astronomie als frei wählbares Fach in den Klassenstufen 12 und 13 der Gymnasien eingeführt werden. In der DDR entsteht in der Folge des eigenständigen Unterrichtsfaches auch die Zeitschrift Astronomie in der Schule, die sich an Lehrende richtet und die heute unter den Namen Astronomie + Raumfahrt im Unterricht immer noch existiert. In Ost und West werden Schulsternwarten eingerichtet, einige mit Planetarien, die ebenfalls noch heute genutzt werden: beispielsweise die Sternwarte "Johannes Franz" in Bautzen oder die Sternwarte Max-Planck-Gymnasium in Karlsruhe.

Nach 1989 bleibt das Fach Astronomie in den ostdeutschen Bundesländern in der Sekundarstufe I in Thüringen, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Mecklenburg-Vorpommern erhalten. 2007 jedoch beschließt Sachsen, die Astronomie in den Physikunterricht der 10. Klassen an Gymnasien und Realschulen zu integrieren. In Brandenburg hingegen kann seit 2004 Astronomie auch Pflichtfach sein, wenn die Schule so entscheidet.

Astronomische Inhalte werden meist erst ab Klasse 9 unterrichtet, eine Tendenz, der Dr. Klaus Lindner zustimmt: "Ein Astronomieunterricht, der ein einigermaßen überschaubares Bild vom Aufbau der Welt vermitteln soll, kann schwerlich vor Klasse 8 beginnen, weil doch eine ganze Menge Voraussetzungen aus Physik und Mathematik gebraucht werden. In Klasse 10 war das Fach Astronomie in der DDR etwas zu spät angesiedelt: In diesem Alter bringen die Schüler schon zu viel ungeordnetes Alltagswissen über Astronomie, zum Beispiel aus den Medien, mit, und der Unterricht muss erst einmal vieles korrigieren".

Sternenkarte und Dunkle Materie: Von der konkreten Beobachtung bis zu den Grenzen der Wissenschaft

Die Astronomie kommt auch heute zu weitgreifenden Erkenntnissen, man denke an Erkundungen auf dem Mars, das Schrumpfen von Sternen zu "weißen Zwergen" oder die Ausdehnung des Universums. Der Weg zu diesen hochkomplexen Zusammenhängen beginnt im Astronomieunterricht jedoch mit ganz konkreten Beobachtungen der Erscheinungen am Sternhimmel. Schülerinnen und Schüler einer 9. Klasse stellen sich etwa folgende Fragen: Welche sind die Sternbilder? Wie verändert sich der Sternenhimmel im Laufe einer Nacht und warum? Warum verändert sich die Stellung des Polarsterns nicht? Wann hat der Mond welche Gestalt? Welche sind die Ursachen der Jahreszeiten? Wie ist unser Kalender entstanden? Grundbegriffe wie Raum und Zeit werden durchdacht. Mithilfe einer drehbaren Sternkarte können alle auch auf eigene Faust den Himmel erkunden. Mit ausgefeilterem Instrumentarium ist das außerdem an den Schulsternwarten möglich, auch außerhalb des Unterrichts. Weiteres Unterrichtsthema ist etwa der Aufbau des Sonnensystems: Eine Astronomieklasse beobachtet die Bewegungen der Planeten, erfährt Näheres über ihre erdähnliche oder jupiterähnliche Beschaffenheit und über die Gesetzmäßigkeiten ihrer gegenseitigen Anziehung.

In Klasse 10 werden die Schülerinnen und Schüler dann vielleicht schon die Astrophysik erkunden – und sich beispielsweise mit der Sonnenenergie und der Bedeutung der Sonne für die Erde beschäftigen. Die Astrophysik ermöglicht faszinierende Einblicke etwa in die Entwicklung und die Entstehung von Sternen oder auch in Themen wie Dunkle Materie und Dunkle Energie. "An diesen Themen zeigt sich eine Besonderheit der Astronomie im Unterricht", erläutert Dr. Klaus Lindner, "es wird viel öfter als in anderen Fächern auf die offenen Fragen, auf das, was wir noch nicht wissen, hingewiesen." Denn zum zeitgemäßen astronomischen Weltbild gehören neben der Beschreibung des Universums, den Theorien über seinen Anfang und sein Werden auch die Fragen nach seiner möglichen Zukunft.

Astronomie – interdisziplinär und integrativ

In der Öffentlichkeit werden als Naturwissenschaften oft nur Physik, Chemie und Biologie wahrgenommen. Auch an der Schule tauchen astronomische Inhalte vor allem als Teilbereiche der anderen Fachwissenschaften auf, etwa im Physikunterricht. Es sollte jedoch im Auge behalten werden, dass Astronomie als wichtiges Bindeglied fungieren kann – als Mittel der Integration und der Synthese. Vom Schattenstab, mit dem bereits in der Antike der Sonnenlauf berechnet wurde, bis hin zu den schwarzen Löchern, Thema der modernen Astrophysik: Astronomie ist ein umfassendes Fach, das einen Blick quer durch die Wissenschaftsgeschichte, die Möglichkeit vielfältiger interdisziplinärer Ansätze und Anreize zum eigenständigen Forschen bietet.

So verbindet die Astronomie Inhalte der drei benachbarten Naturwissenschaften: von der Dynamik bis zur Kernschmelze in der Physik, von der subatomaren Welt bis zur Zusammensetzung der Planetenatmosphären in der Chemie, von den Bedingungen organischer Materie bis hin zum intelligenten Leben auf der Erde in der Biologie. Bei der Ausbildung eines komplexeren naturwissenschaftlichen Weltbildes kann die Astronomie daher einen entscheidenden Beitrag leisten. Doch der Astronomieunterricht enthält auch Elemente anderer Fächer. Fragestellungen, die das Klima oder die Erdatmosphäre behandeln, reichen etwa in den Geographieunterricht hinein. Das Rechnen mit abgetrennten Zehnerpotenzen oder die Stereometrie wendet Inhalte der Mathematik auf konkrete astronomische Fragestellungen an. Der Blick auf die Sternmythen prähistorischer und antiker Kulturen, etwa auf die griechische Mythologie, oder auf die Entwicklung des naturwissenschaftlichen Weltbildes enthält wiederum Elemente des Geschichtsunterrichts. Auch philosophische und religiöse Themen sind mit dem Astronomieunterricht verknüpft, etwa bei der Frage nach der Stellung des Menschen im Kosmos.

Ludwig Kühn hat diese besondere Bedeutung der Astronomie 2003 in seinem Buch Das Milchstraßensystem formuliert: "Die Astronomie ist heute eine Naturwissenschaft, die allein unter dem ökonomischen Aspekt keinen Nutzen hat, aber sie ist eine notwendige Wissenschaft. Sie ist in ihrem Wert für die Gesellschaft vielleicht vergleichbar der Paläontologie und Archäologie: Wenn diese die biologische und Menschheitsgeschichte zeitlich ordnen, dann tut es die Astronomie räumlich – sie zeigt, wo sich die Menschheitsgeschichte in der großen weiten Welt abspielt, und beschreibt physikalisch diese große weite Welt".

Durch die Augen öffnenden Querverbindungen des Faches könnte die Astronomie möglicherweise einen Beitrag zur Attraktivität der sogenannten MINT-Fächer leisten, besonders unter den Schülerinnen. Eine Garantie für größere Begeisterung gibt es natürlich nicht: "Es gibt Berichte, die bestätigen, dass der Astronomieunterricht in Klasse 10 die Leistungskurswahl in den Naturwissenschaften durchaus positiv beeinflusst hat. Man sollte das aber nicht überbewerten; es hängt sicher mehr an der Person des Lehrers/der Lehrerin als am Inhalt des Faches", so Dr. Klaus Lindner.

Im Cornelsen Verlag ist mit Astronomie plus erst 2005 ein neues Lehrwerk für den Astronomieunterricht in der Sekundarstufe I und II erschienen. Darüber hinaus gibt es Arbeitshefte zur Astronomie, ein Themenbuch zur Raumfahrt und das Nachschlagewerk "Wissensspeicher". Neue Physiklehrwerke, etwa für die Klassen 9/10 in Sachsen, Baden-Württemberg sowie für die Physik-Oberstufe enthalten ausführliche Kapitel zur Astronomie. Cornelsen führt damit die lange Tradition des Volk und Wissen Verlags auf diesem Gebiet fort – auch durch personelle Kontinuitäten, etwa in der Arbeit der Experten und Herausgeber Dr. Klaus Lindner und Prof. Dr. Udo Backhaus. Astronomie plus zeichnet sich aus durch offene Beobachtungsanleitungen, die das eigenständige Forschen und Denken unterstützen. Die Fächer verbindenden Themen und Projektangebote fördern auch den interdisziplinären Ansatz, ebenso wie Blicke auf die Technik und die Wissenschaftsgeschichte. Den Lehrkräften soll außerdem die Schwerpunktsetzung leichter fallen, indem beispielweise Astrophysik und Orientierungsastronomie in gleicher Tiefe und gleichem Umfang dargestellt werden.

Und natürlich vermittelt Astronomie plus den aktuellen Wissensstand der Astronomie. Auch die Dunkle Energie wird bereits erwähnt: "ein Beispiel dafür, dass die Schülerinnen und Schüler auch aus ihren Lehrbüchern erfahren sollen, was die Wissenschaftler noch nicht wissen", so Dr. Klaus Lindner. Möglicherweise bietet auch das Internationale Jahr der Astronomie 2009 Anreize für die jungen Forscher, diese Grenzbereiche der Wissenschaft weiter kennenzulernen.