In der vorliegenden Unterrichtseinheit "Der programmierbare Roboterarm" sollen die Schülerinnen und Schüler erste Einblicke in die Automatenprogrammierung und die Strukturierung von Programmen erhalten. Die Materialien können für die Erarbeitung im Unterricht und zur Wiederholung oder Prüfungsvorbereitung - auch am heimischen Rechner - eingesetzt werden.Die Behandlung des Themas "Informationen verarbeiten" wird an vielen Schulen mittels der Programme "Karol - der Roboter" oder "Kara" erledigt. Bei beiden Programmen tun sich die Schülerinnen und Schüler schwer damit, Sensoren zu erkennen und automatisierte Abläufe hineinzuinterpretieren. An diesem Problem soll nun der "Roboterarm" ansetzen und den Lernenden diese wichtigen Begriffe der Informatik praxisnah veranschaulichen. Das in dieser Unterrichtseinheit verwendete dreidimensionale Modell eines Roboterarms wurde durch die objektorientierte Programmiersprache VRML (Virtual Reality Modeling Language) verwirklicht.Der programmierbare Roboterarm setzt jede Eingabe der Schülerinnen und Schüler bildlich um - durch diese Veranschaulichung ist der Lernerfolg "vorprogrammiert". Das VRML-Plugin von blaxxun Contact steht kostenfrei zur Verfügung. Der gesamte Kurs "Der programmierbare Roboterarm" ist in vier Kapitel unterteilt. Während sich die ersten drei Kapitel an die Klassen 7 bis 8 richten, können die Inhalte des vierten Kapitels auch in Klasse 10 beziehungsweise Jahrgangsstufe 11 und 12 zum Einsatz kommen. Ausführliche Hinweise zum Lehrplanbezug (hier Sachsen) finden Sie auf den folgenden Seiten. 1. Einführung in die Automatenprogrammierung - Sensoren und Zustände Schülerinnen und Schüler erkunden den Roboterarm. Sie erstellen das UML-Diagramm und modifizieren es durch Methodenaufrufe. 2. Einführung in die Automatenprogrammierung - Lineare Programmierung Nach dem "Spielen" mit dem Roboterarm über die Programmbuttons geht es nun um die Automatisierung von Abläufen - der eigentlichen Aufgabe von Robotern. 3. Einführung in die Automatenprogrammierung - Programmanalyse Die Lernenden müssen die Zusammenhänge zwischen den Sensorzuständen und den Methodenaufrufen abstrahieren. 4. Strukturiertes Programmieren - Nutzung von Kontrollstrukturen Nach dem linearen Programmieren lernen die Schülerinnen und Schüler Schleifen und Verzweigungen kennen. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen durch die Nutzung des VRML-Modells die Sensoren und ihre verschiedenen Zustände an einem Roboterarm. untersuchen das UML-(Unified Modeling Language-)Diagramm des "Industrieroboters" sowie das Schema der Zustände und ihre Beeinflussung mit verschiedenen Methoden. bestimmen vorprogrammierte Bewegungsabläufe unter Berücksichtigung der Sensorenzustände mittels Programmeingabe und halten diese in Zustandstabellen fest. untersuchen die Kontrollstrukturen Schleifen (Wiederholungen) und bedingte Verzweigungen und wenden diese an. Erkundung des 3D-Modells Durch eine spielerische Beschäftigung mit dem VRML-Modell (Abb. 1) soll den Schülerinnen und Schülern klar werden, über welche Sensoren der Roboterarm verfügen muss und welche Zustände diese Sensoren annehmen können. So können die Lernenden gemeinsam das UML-(Unified Modeling Language-)Diagramm sowie das Schema der Zustände und der Methoden erarbeiten (siehe "roboterarm_1.pdf"). Dabei wird ihnen auch klar, von welchem Zustand man NICHT in einen anderen Zustand kommt. Plugin erforderlich Das dreidimensionale Modell wurde durch die objektorientierte Programmiersprache VRML (Virtual Reality Modeling Language) verwirklicht, die speziell für das Internet entwickelt worden ist. Das zur Darstellung des Modells erforderlich Plugin können Sie kostenlos aus dem Internet herunterladen: blaxxun Contact 5.1 Download des Plugins von der Homepage des Autors der Unterrichtseinheit Cortona3D Viewer Download der Freeware-Version Cortona von Parallel Graphics Methodenaufrufe Nach der Erarbeitung Theorie kann das UML-Diagramm erstellt und durch Methodenaufrufe modifiziert werden (siehe "roboterarm_1.pdf"). Das erworbene Wissen kann simultan am Rechner auf die Probe gestellt werden. Für die Methodenaufrufe stehen im ersten Teil des Programms "Roboterarm.exe" sechs Button zur Verfügung (Abb. 2, Platzhalter bitte anklicken): R - Arm nach rechts drehen L - Arm nach links drehen H - Roboterarm nach oben (hoch) schwenken T - Roboterarm nach unten (tiefer) schwenken A - Greifer öffnen (auf) Z - Greifer schließen (zu). Über diese Buttons wird der Roboterarm gesteuert. Bei einem falschen Methodenaufruf gibt das Programm eine entsprechende Fehlermeldung aus. Wird zum Beispiel der Button "R" gedrückt, wenn der Richtungssensor bereits "rechts" anzeigt, hat dies eine entsprechende Fehlermeldung zur Folge. Lernumgebung "Programmierbarer Roboterarm" Die Lernumgebung ist - wie alle weiteren Materialien zur Unterrichtseinheit - in dem Downloadpaket programm_roboterarm.zip enthalten (siehe Startseite des Artikels). Das Programm wird per Klick auf die Datei "Roboterarm.exe" gestartet. Die EXE-Datei ruft die Bilddateien der Unterordner "mit_kugel" und "ohne_kugel" sowie die PDF-Arbeitsblätter auf und muss daher mit diesen Ordnern und Dateien auf einer Ebene liegen. Lernbereich 1, Computer verstehen: Daten und Strukturen Übertragen des Prinzips "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe" auf Vorgänge im Alltag, Bedienen technischer Geräte Lernbereich 2, Computer nutzen und anwenden: Objekte - Attribute - Methoden Zuordnung von konkreten Objekten zum Modell: Objekt - Attribut - Attributwert, UML-Notation (Unified Modeling Language) Lernbereich 1, Informationen repräsentieren: Klassen und Objekte Klassen aus der Erfahrungswelt: Name, Attribut, Attributwertebereich, Methode Einfache Programmierung Zur Automatisierung von Abläufen muss ein Weg gefunden werden, wie man der Maschine mitteilen kann, was man von ihr will. Das geschieht im Allgemeinen über die Programmierung. Die Schülerinnen und Schüler sollen an dieser Stelle jedoch keine Programmierprofis werden, sondern sich mit den Strukturen einer Programmiersprache vertraut machen. Die vorliegende Programmiersprache besteht im Wesentlichen aus einer Aneinanderreihung der Großbuchstaben R, L, H, T, A und Z, wobei jeder Buchstabe eine Methode aufruft und somit einen Sensorzustand verändert: R - Arm nach rechts drehen L - Arm nach links drehen H - Roboterarm nach oben (hoch) schwenken T - Roboterarm nach unten (tiefer) schwenken A - Greifer öffnen (auf) Z - Greifer schließen (zu). "Sehen", was man programmiert Die Eingabe falscher Buchstaben wird durch den Parser herausgefiltert - es erfolgt keine Fehlermeldung. Dies kann man übrigens später nutzen, um zum Beispiel im Rahmen der Binnendifferenzierung Wörter zu finden, die den Roboterarm sinnvoll programmieren. Die in Frage kommenden Buchstaben mit ihrem dazugehörigen Methodenaufruf sind während der Eingabephase immer auf dem Bildschirm präsent (Abb. 3, Platzhalter bitte anklicken). Durch die signifikante Bedeutung der Programmierbefehle dieser rudimentären Programmiersprache sollte jede Schülerin und jeder Schüler binnen kürzester Zeit Erfolgserlebnisse in Form von gewünschten Bewegungsabläufen erringen. Lernbereich 1, Computer verstehen: Daten und Strukturen Übertragen des Prinzips "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe" auf Vorgänge im Alltag: Bedienen technischer Geräte Lernbereich 1, Informationen repräsentieren: Klassen und Objekte Klassen aus der Erfahrungswelt: Name, Attribut, Attributwertebereich, Methode Lernbereich 2, Informationen verarbeiten: Modell - Algorithmus - Lösung Begriff: Algorithmus (Endlichkeit, Eindeutigkeit, Ausführbarkeit, Allgemeingültigkeit), Kennen des Problemlöseprozesses (Problemanalyse, Lösungsentwurf, Umsetzung, Test, Dokumentation), selbstständiges Lösen einfacher Probleme, einfache Automaten, Aufgaben in einfachen grafischen Programmierumgebungen (kritische Bewertung der Resultate) Nennung der Methodenaufrufe Im dritten Abschnitt des Programms zeigt sich, ob die Lernenden die Theorie zur linearen Programmierung verstanden haben. Die Schülerinnen und Schüler haben nun die Aufgabe, vorgegebene Bewegungsabläufe in Programme umzusetzen. Dazu können sie Bewegungsabläufe betrachten, indem sie den entsprechenden Button anklicken (Beispiel 1-4; Abb. 4, Platzhalter bitte anklicken). Die Lernenden können sich die Sequenzen beliebig oft vorspielen lassen. Dann muss ein Programm aus einer Aneinanderreihung der Großbuchstaben R, L, H, T, A und Z formuliert und in die entsprechende Eingabemaske eingetragen werden. Nach einem Klick auf den "ok"-Button wird die Eingabe analysiert und bewertet. Ausfüllen der Zustandstabellen Die eigentliche Schwierigkeit besteht dabei nicht in der konkreten Auflistung der Methodenaufrufe in Form eines Programms, sondern vielmehr im Ausfüllen der Zustandstabellen. Dazu müssen die Schülerinnen und Schüler die Zusammenhänge zwischen den Sensorzuständen und den Methodenaufrufen abstrahieren. Die Sensorenzustände werden nicht mehr angezeigt. Lernbereich 1, Computer verstehen: Daten und Strukturen Übertragen des Prinzips "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe" auf Vorgänge im Alltag: Bedienen technischer Geräte Lernbereich 1, Informationen repräsentieren: Klassen und Objekte Klassen aus der Erfahrungswelt: Name, Attribut, Attributwertebereich, Methode Lernbereich 2, Informationen verarbeiten: Modell - Algorithmus - Lösung Begriff: Algorithmus (Endlichkeit, Eindeutigkeit, Ausführbarkeit, Allgemeingültigkeit); Kennen des Problemlöseprozesses: Problemanalyse, Lösungsentwurf, Umsetzung, Test und Dokumentation; selbstständiges Lösen einfacher Probleme, einfache Automaten, Aufgaben in einfachen grafischen Programmierumgebungen; kritische Bewertung der Resultate Lernbereich 2, Formeln und Gleichungen Die Schülerinnen und Schüler erfassen komplexere Aufgabentexte und übertragen den lösungsnotwendigen Inhalt in die mathematische Sprache und deren Symbolik. Sie erfassen Strukturen von Termen, Gleichungen und Formeln. Anschauliche Einblicke in die Programmierung Das strukturierte Programmieren - also die Nutzug von Kontrollstrukturen - setzt bei den Schülerinnen und Schülern ein erhöhtes Maß an Abstraktionsvermögen voraus. Durch Anschaulichkeit kann man ihnen jedoch den Weg der Aneignung erster Erfahrungen mit dieser Materie ebnen. Diesen Anspruch versucht das Programm "Roboterarm" gerecht zu werden. Nach den ersten Einblicken in die (lineare) Programmierung des Roboterarms sollen nun Aufgaben programmiertechnisch gelöst werden, bei denen man vorzugsweise Kontrollstrukturen einsetzt. Schleifen und Verzweigungen Beim linearen Programmieren galt bisher: Ein Programm für den programmierbaren Roboterarm besteht aus einer Reihe von Großbuchstaben, die von links nach rechts abgearbeitet werden. Beim strukturierten Programmieren kommen nun jedoch Schleifen und Verzweigungen mit hinzu. Da Schleifen und Verzweigungen dem linearen Ablauf des Programms widersprechen, spricht man nicht mehr von linearer Programmierung, sondern von strukturierter Programmierung. Im vierten Abschnitt des Programms werden nacheinander die folgenden Themen behandelt, die über die jeweiligen Reiter aufgerufen werden können (Abb. 5, Platzhalter bitte anklicken). Über den letzten Karteikartenreiter kommt man zurück zum Hauptmenü. Es empfiehlt sich, die Kapitel der Reihe nach abzuarbeiten: Bedienung des Roboterarms über Buttons Lineares Programmieren mit Kugeltransport Kontrollstruktur "Schleifen" Kontrollstruktur "Bedingte Verzweigungen" Beibehaltung der Befehle Die bereits bekannten Programmierbefehle werden beibehalten. Auch in diesem Programmteil ist während der Bedienung darauf zu achten, dass die Anzeige der Sensoren berücksichtigt wird. Wenn zum Beispiel der Richtungs-Sensor bereits "links" anzeigt, kann der Befehl "L" (Roboterarm nach links schwenken) nicht mehr ausgeführt werden. Das Programm gibt eine Fehlermeldung aus. Neuer Befehl: Kugeltausch Hinzu kommt nun die Last in Form einer Kugel, die durch den Roboterarm vom rechten Lager auf das linke Lager befördert werden soll. Jede der Kugeln hat die Masse 300 Kilogramm. Sobald der Greifer um die Kugel geschlossen wird, zeigt der Last-Sensor die aktuelle Last an. Nachdem die Kugel mittels Roboterarm vom rechten Lager auf das linke Lager befördert wurde, kann der Kugeltausch (neuer Befehl der Programmiersprache: "K") durchgeführt werden. Neue Sensoren: Last- und Lastlage In diesem Zusammenhang sind zwei neue Sensoren hinzugekommen, welche die Last betreffen. Der Roboterarm verfügt nun über einen Last-Sensor, der die Masse der Last in Kilogramm ermittelt. Der zweite Sensor ist der Lastlage-Sensor, der über die aktuelle Lage der Kugel informiert. Für den problemlosen Kugeltausch (Abb. 6) müssen zwei Bedingungen erfüllt sein: Die Kugel muss vom rechten Lager auf das linke Lager befördert worden sein. (Lastlage-Sensor: links ) Die Kugel muss freigegeben sein. (Roboterarm-Sensor: oben ) Kugeltausch Die Programmiersprache bestand bisher aus der Aneinanderreihung der Großbuchstaben R, L, H, T, A und Z. Damit konnte man den Roboterarm durch seine gesamten Bewegungsfreiheiten (Sensor-Zustände) führen. Zum Erfüllen der nun anstehenden Aufgaben benötigt man darüber hinaus noch den Befehl "K", der die Methode Kugeltausch aufruft. Gemäß der unter "4.1 Bedienung des Roboterarms über Buttons" betrachteten Bedingungen kann nun eine nach links transportierte Kugel - die vom Greifer freigegeben wurde - ausgetauscht werden (Abb. 7). "Aufgabe erfüllt" Die Kugel wird von ihrem linken Podest (Sensor-Lastlage = links ) entfernt und die nächste Kugel auf dem rechten Podest bereitgestellt (Sensor-Lastlage = rechts ). Für die Erfüllung der Aufgabe ist zu beachten, dass die Anzahl der bewegten Kugeln erst nach dem Kugeltausch erfasst wird (Abb. 8). "Schleifen" statt Wiederholung von Programmteilen Der Abschnitt "Schleifen" bearbeitet innerhalb des Roboterarm-Programms zum ersten Mal Programmstrukturen, die von der linearen Programmierung abweichen. Wenn zum Beispiel nicht nur eine Kugel bewegt werden soll, sondern eine beliebige Anzahl, so musste man dafür bisher einen bestimmten Programmteil mehrfach wiederholen. Das kann man auch eine Schleife erledigen lassen. Als Schleife wird ein Programmteil bezeichnet, der mehrfach nacheinander ausgeführt werden kann. Syntax der Schleife Der Roboterarm erkennt die Kontrollstruktur einer Schleife an der Syntax "W3(ZA)" (Abb. 9). Das "W" kennzeichnet die Struktur als Wiederholung (Schleife), die darauf folgende Ziffer (1-9) gibt die Anzahl der Wiederholungen an. Für die Bearbeitung der gestellten Aufgaben sind einstellige Zahlen ausreichend - mehrstellige Zahlen werden auf die letzte Stelle reduziert. Die Befehlssequenz in der Klammer stellt den zu wiederholenden Programmteil dar. Beim Programmablauf würde "W3(ZA)" dasselbe ergeben wie "ZAZAZA". Allerdings kann man bei vielen Wiederholungen oder größeren Schleifen Befehle sparen. Bei der Verwendung von Schleifen ist zu beachten, dass mehrere Schleifen nacheinander - aber nicht geschachtelt - eingegeben werden dürfen. Unterschiedliche Beantwortung einer Bedingung mit mehreren Alternativen Mit den "Wiederholungen" kennt man bereits eine Kontrollstruktur, die das Verzweigen eines Programms ermöglicht. Eine echte Verzweigung jedoch - die sich aus der unterschiedlichen Beantwortung einer Bedingung mit mehreren Alternativen ergibt - ist das noch nicht. In dem hier vorgestellten Programmteil werden dem Roboterarm Kugeln mit unterschiedlichen Lasten (null bis 500 Kilogramm) vorgelegt. Die Masse von 300 Kilogramm ist dabei die Obergrenze, die der Roboterarm heben kann, ohne Schaden zu nehmen. Sobald der Roboterarm eine Kugel im Greifer hat (Richtung: links , Arm: unten , Greifer: zu ) wechselt die Lastposition auf den Zustand im Greifer und nun muss der Test erfolgen, ob die Last vom Roboterarm bewegt werden kann oder nicht. Syntax der bedingten Verzweigung Der Roboterarm erkennt die Kontrollstruktur der Verzweigung an der Syntax "I". Der Großbuchstabe "I" steht für das englische "if ... then". Die erste Befehlsfolge wird ausgeführt, wenn die Kugel die erlaubte Masse von höchstens 300 Kilogramm hat. Bei der anderen Alternative (Masse > 300 Kilogramm) wird die zweite Befehlsfolge ausgeführt. Es ist darauf zu achten, dass der Roboterarm am Ende des Tests bei beiden Alternativen dieselben Sensoren-Zustände hat, damit das Programm anschließend fehlerfrei weiter ausgeführt werden kann. Beispiel "Bewege fünf Kugeln" Für die Bearbeitung der zweiten Aufgabe "Bewege fünf Kugeln" kann der Test problemlos in die Schleife eingebaut werden - es darf aber nur ein Test im Programm durchgeführt werden. Wenn die Kugel zu schwer ist, muss sie rechts liegen bleiben, bis der Roboterarm wieder nach oben geschwenkt ist. Nun kann die Kugel auch in der rechten Position getauscht werden und der Kugeltausch wird für die Erfüllung der Aufgabe mitgezählt. Abb. 10 zeigt eine schematische Darstellung der Verzweigung für die Befehlsfolge "RTZI L". Sensoren-Zustände vor der Verzweigung Richtung: rechts , Arm: unten ; Greifer: zu Sensoren-Zustände nach der Verzweigung Richtung: rechts ; Arm: oben ; Greifer: zu Der Unterschied besteht darin, dass sich nach der Verzweigung für den Fall "Masse > 300 Kilogramm" keine Kugel im Greifer befindet, sondern auf dem rechten Podest. Anderenfalls befindet sich die Kugel im Greifer. Wenn alle Aufgaben erfolgreich gelöst worden sind, sollten die Schülerinnen und Schüler die Struktur von Programmen grundlegend beherrschen und für weiterführende Programmieraufgaben gut vorbereitet sein. Lernbereich 1, Computer verstehen: Daten und Strukturen Übertragen des Prinzips "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe" auf Vorgänge im Alltag: Bedienen technischer Geräte Lernbereich 2, Computer nutzen und anwenden: Objekte - Attribute - Methoden Zuordnung von konkreten Objekten zum Modell: Objekt - Attribut - Attributwert Lernbereich 1, Informationen repräsentieren: Klassen und Objekte Klassen aus der Erfahrungswelt: Name, Attribut, Attributwertebereich, Methode Lernbereich 2, Informationen verarbeiten: Modell - Algorithmus - Lösung Begriff: Algorithmus (Endlichkeit, Eindeutigkeit, Ausführbarkeit, Allgemeingültigkeit); Programmstrukturen, Folge, Wiederholung, Verzweigung: Kennen des Problemlöseprozesses (Problemanalyse, Lösungsentwurf, Umsetzung, Test, Dokumentation, Lösen eines einfachen Problems unter Nutzung der Programmstrukturen, selbstständiges Lösen einfacher Probleme, einfache Automaten), Aufgaben in einfachen grafischen Programmierumgebungen (kritische Bewertung der Resultate) Lernbereich 1, Komplexe Anwendungssysteme Anwenden der Kenntnisse zu Modellen auf ein neues Werkzeug (Erkennen von Objekten, selbstständiges Einarbeiten in die Bedienung), sich positionieren zu Möglichkeiten und Grenzen der gewählten Werkzeuge Lernbereich 2, Informatische Modelle Einblick gewinnen in die Systematik informatischer Modellierung, Klassifizierung von Modellen in der Informatik Lernbereich 2, Formeln und Gleichungen Schülerinnen und Schüler erfassen komplexere Aufgabentexte und übertragen den lösungsnotwendigen Inhalt in die mathematische Sprache und deren Symbolik. Sie erfassen Strukturen von Termen, Gleichungen und Formeln.

In dieser Unterrichtseinheit erstellen die Schülerinnen und Schüler einen Kinderreiseführer zu ihrer Heimatregion. Sie erwerben dabei grundlegende Kenntnisse in den Fachgebieten Deutsch, Sachunterricht und Medienkompetenz. "Mir ist langweilig!" lautet eine gängige Kinderklage. In unserer Event- und Mediengesellschaft, die für permanente Unterhaltung sorgt, können viele Kinder mit ihrer Freizeit nichts mehr anfangen. Nicht umsonst steht in etlichen Bundesländern das Thema Freizeitgestaltung im Lehrplan. In der vorliegenden Unterrichtseinheit erstellen Schülerinnen und Schüler einen lokalen Reiseführer. Die Kinder sammeln Ideen für Wochenendausflüge oder Nachmittagsunternehmungen, die sie alleine oder mit den Eltern realisieren können. Dabei bekommen sie nicht nur Zugang zu ihrer heimischen Umgebung und deren Angeboten, sondern erwerben auch wichtiges Basiswissen. Im Rahmen des Projekts wird der Umgang mit den modernen Kommunikationsmedien geschult, die Beschaffung und Auswertung von Informationen geübt sowie das mündliche und schriftliche Ausdrucksvermögen gefördert. Für die Recherche nutzen die Kinder unterschiedliche Quellen: Sie befragen Oma und Opa, durchforsten das Internet, schreiben E-Mails und führen Telefongespräche. Anschließend werten sie die Informationen aus, sammeln Stichpunkte, formulieren formale Briefe, verfassen lebendige Erlebnisberichte und präsentieren ihre Ergebnisse. Um einen erfolgreichen Verlauf und Abschluss des Projektes zu gewährleisten, müssen die Kinder gezielt zu Informationen hingelenkt und mit konkreten Aufgabenstellungen von einem Arbeitsschritt zum nächsten geführt werden. Je nach Klassenstufe sind dafür umfassende Vorbereitungen und Vorarbeiten der Lehrkraft nötig. Entsprechend groß ist jedoch auch das Erfolgserlebnis. Die Texte und Bilder des Reiseführers stammen ausschließlich von den Kindern. Die Unterrichtsphasen Überblick und Einstieg Die Schülerinnen und Schüler werden in das Projektthema eingeführt und in gelenkten Einzelschritten bis zur Realisierung begleitet. Recherchen Anhand professioneller Werbeprospekte aus gängigen Urlaubsregionen machen sich die Kinder bewusst, wie touristisches Informationsmaterial gestaltet ist. Interviews, Befragungen (fakultativ) Mit mündlichen, schriftlichen und telefonischen Befragungen ergänzen die Schülerinnen und Schüler ihre Recherche und holen Rückmeldungen ein. Bilder und Texte Die Kinder erkennen und benennen unterschiedliche Möglichkeiten der Sprach- und Bildgestaltung und berücksichtigen dies bei der Erstellung ihres eigenen Materials. Umsetzung und Präsentation Die Kinder bewerten die entstandenen Texte und das Bildmaterial und treffen eine Auswahl. Mit diesen Materialien wird der Kinderreiseführer erstellt und online veröffentlicht. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen unterschiedliche Textarten kennen (Sachtext, Brief, Erzähltext, Werbetext ...). formulieren Texte situations- und adressatengerecht. setzen unterschiedliche sprachliche und gestalterische Mittel ein. entwickeln ihr Ausdrucksvermögen und präzisieren ihre Sprache. lernen ihre Heimatregion besser kennen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verwenden moderne Kommunikationsmittel (Internet, E-Mail, Telefon) zur Informationsbeschaffung. gestalten Texte und Bilder am Computer. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wenden Gesprächsregeln an (aktiv zuhören, befragen, nachfragen). nutzen unterschiedliche Informationsquellen. gewichten Informationen, verarbeiten diese und werten sie aus. Die Lehrerin oder der Lehrer sollte Anschriften bekannter Ferienregionen im Netz suchen und per E-Mail Werbematerial anfordern (Richtwert: sechs bis zehn Adressen). Die meisten Touristeninfos reagieren positiv auf eine solche Anfrage und schicken teilweise sogar kleine Geschenke wie Luftballons oder Aufkleber für die Kinder mit. möglichst informative, übersichtliche und verständliche Webseiten zur Heimatregion herausfiltern und gezielte Fragestellungen beziehungsweise Aufgabenblätter dazu entwickeln. vorab selbst Kontakt mit möglichen Ansprechpartnern der Kinder (wie beispielsweise Touristeninfos) aufnehmen und das Anliegen erklären. Realisierung Damit die Schülerinnen und Schüler selbstständig und zielorientiert arbeiten können, werden sie mit konkreten Fragenstellungen und überschaubaren Arbeitsaufträgen von einem Arbeitsschritt zum nächsten geleitet. Präsentation Eine gute Alternative zum gedruckten Prospekt ist die Veröffentlichung im Internet. Mit einem Homepage-Generator können Schülerinnen und Schüler unkompliziert und ohne große Vorkenntnisse Internetseiten gestalten und publizieren. Vorschlag: Mehrere Schulen einer Region schließen sich in einem Gruppenraum zusammen und erstellen gemeinsam einen Kinderreiseführer für ein ganzes Gebiet. Erfahrungen Wir haben den Kinderreiseführer gemeinsam mit elf anderen Schulen aus unserer Heimatregion Auerbergland erstellt und einen etwa zwanzig Seiten umfassenden Flyer entwickelt. Möglich wurde dieses Vorgehen, da wir als Region Auerbergland zu einem Schulnetz zusammengeschlossen sind. Weil unser Projekt von den Gemeinden unterstützt wurde, gab es auch bei der grafischen Gestaltung des Flyers professionelle Hilfe. Ein großes Erfolgerlebnis für die Kinder war, dass ihr Kinderreiseführer in Form einer Hochglanzbroschüre "echt" zum Einsatz kommt und bei den Gästen des Auerberglandes (Kinder und Eltern) ein begeistertes Echo findet. Ziel Die Schülerinnen und Schüler sichten das offizielle Werbematerial verschiedener Feriengebiete und bewerten die Angebote. Dabei entwickeln sie inhaltliche Kriterien zum Erstellen eines Kinderreiseführers für die eigene Heimatregion. Vorgehensweise Die Schülerinnen und Schüler berichten vom Familienurlaub und schildern die Planungen und Vorbereitungen. Anschließend werden in Partner- oder Gruppenarbeit Prospekte aus verschiedenen Urlaubsgebieten (wie beispielsweise Grödnertal, Schwarzwald, Sylt) gesichtet, zu denen die Kinder sich spontan äußern. Die Gruppenmitglieder wählen ein Lieblings-Reiseziel aus und begründen ihre Entscheidung. Mit der provokanten Frage "Denkst du, dass auch bei uns jemand Urlaub machen möchte?" lenkt die Lehrkraft das Augenmerk der Kinder auf die eigene Region. Die Meinungen der Schülerinnen und Schüler werden festgehalten. Nach der Bekanntgabe der Projektziels ("Wir wollen einen Kinderreiseführer erstellen.") machen die Kinder Vorschläge zu möglichen Angeboten in ihrer Heimatregion, die sie zunächst aus ihren eigenen Freizeitaktivitäten ableiten. Erfahrungen Bei uns gestaltete sich die Motivation sehr einfach, da eine Klasse aus unserer Partnergemeinde Werdenberg (Schweiz/ Kanton St. Gallen) ihre Abschlussfahrt zu uns ins Auerbergland unternehmen wollte und die Schülerinnen und Schüler schon viel diskutiert hatten, was man den Schweizern bieten könne. Dennoch wunderten sich die Kinder sehr, dass jemand auf die Idee kommen könnte, hier Urlaub zu machen. Zitat: "Hier ist doch nichts los!" Doch schon bald wusste jede und jeder doch irgendeine tolle Sache, die man in Burggen oder Ingenried unternehmen konnte: Auf Bäume klettern, im Bach Dämme bauen, Baden im Ortsweiher waren die ersten Vorschläge. Ziel Die Schülerinnen und Schüler lernen mit der Suchmaschine Google zu arbeiten und sich auf Webseiten zurechtzufinden. Die Lehrkraft hat passende Seiten vorab bereits ausgewertet und kann die Kinder zu den relevanten Informationen lenken. "Was muss ein (Kinder-) Reiseführer enthalten?" Die Schülerinnen und Schüler äußern spontan ihre Vorschläge (wie etwa: Fotos, Texte, Informationen ...) und machen sich so die Bestandteile eines Werbeprospektes bewusst. "Stell dir vor, du bist Reiseleiterin oder Reiseleiter in deinem Dorf. Was würdest du mit deinen Gästen machen? Erstelle ein Programmangebot für einige Tage!" Die Kinder nennen Beispiele für konkrete Unternehmungen und Aktionen, die stichwortartig auf Wortkarten festgehalten werden. Anschließend ordnen sie die Vorschläge und versehen sie gemeinsam mit übergeordneten Begriffen, die ebenfalls auf Wortkarten notiert werden. Beispiele: Bademöglichkeit, Abenteuer, Sport, Feste/Kultur, Wandern, Museum, Rad fahren, Spielen ... (Arbeitsblatt "kinderreiseführer_ab01_sammelbegriffe") "Wie können wir uns über weitere Angebote informieren?" Die Schülerinnen und Schüler nennen verschiedene Recherchemöglichkeiten, mit denen die soeben entwickelten Kategorien inhaltlich gefüllt oder ergänzt werden können: Verwandte und Freunde fragen, Touristenbüro anschreiben, im Internet nachschauen. Die Lehrkraft greift den Vorschlag der Internetrecherche auf und weist die Kinder ein (Arbeitsblatt "kinderreiseführer_ab02_recherche"). Die Bearbeitungszeit beträgt zwischen 30 und 45 Minuten. Die Schülerinnen und Schüler können die gefundenen Angebote mit Smilies bewerten. Die Ergebnisse der Internetrecherchen werden auf Wortkarten notiert und zu den passenden Kategorien geheftet. Erfahrungen Wir mussten feststellen, dass sich in unserer Gemeinde niemand mit Tourismus beschäftigt hatte und somit auch keine Informationen auf der Webseite zu finden waren. Weitaus besser sah es aber in unseren Nachbargemeinden aus. Viele Gemeinden des Auerberglandes hatten ausgezeichnete Informationen zur Freizeitgestaltung. Mit Begeisterung und großem Erstaunen registrierten die Schülerinnen und Schüler die zahlreichen Angebote im Umkreis von weniger als 10 Kilometern und überlegten, welche sie selbst wahrnehmen wollten - wie etwa einen Besuch im hervorragenden Walderlebniszentrum, das bisher nur ein Schüler besucht hatte. Auch etliche der nahen Badeseen kannten die Kinder nicht. Gleich in der folgenden Stunde brachte eine Schülerin Fotos der Schleiherfälle mit, die sie mit ihren Eltern am Wochenende besucht hatte. Ziel Mit E-Mail-Anfragen versuchen die Schülerinnen und Schüler weitere Informationen über die Freizeitmöglichkeiten in der Region zu sammeln, auch über die Heimatgemeinde hinaus. Sie lernen mit einem Mailprogramm umzugehen, einen formalen Brief zu erstellen und ihre Recherchen sinnvoll zu ordnen. Vorgehensweise Die Kinder werden beauftragt eine E-Mail an das Informationszentrum der Heimatregion zu entwerfen. Meist gibt es eine zentrale Informationsstelle für mehrere Gemeinden oder eine Region. Der Schreibauftrag kann in Partner- oder Gruppenarbeit, aber auch in Einzelarbeit (als Hausaufgabe) ausgeführt werden. Bevor es ans Formulieren geht, müssen die Formvorschriften für einen Geschäftsbrief erarbeitet werden. Auf einem Arbeitsblatt erhalten die Kinder mehrere Formulierungsbeispiele (Arbeitsblatt "kinderreiseführer_ab03_brief1") und setzen daraus ein "formvollendetes" Schreiben zusammen. Die Abschnitte werden benannt und als Wortkarten in der richtigen Reihenfolge an die Tafel geheftet (Arbeitsblatt "kinderreiseführer_ab04_brief2"). Offizielles Schreiben per E-Mail verschicken Jedes Kind oder jede Gruppe formuliert nun einen passenden Brief für sein/ihr Anliegen. Der beste Brief wird ausgewählt und als Mail verschickt. Wenn die Briefe im Textverarbeitungsprogramm entworfen werden, lassen sie sich leicht korrigieren. Auch kann ein Musterbrief aus mehreren Briefen zusammengestellt werden. Dabei lernen die Schülerinnen und Schüler Texte oder Textblöcke mit copy und paste zu verschieben oder in das Mailprogramm zu übertragen. Erfahrungen Meine Schülerinnen und Schüler waren so motiviert, einen echten "Erwachsenenbrief" schreiben zu dürfen, dass ich zum Schluss 20 tolle Briefe hatte und uns nichts anderes übrig blieb als zu losen. Gespannt warteten die Kinder auf die Antwort. Sie konnten es gar nicht fassen, als eine Fülle von Prospektmaterial eintrudelte. Schon vor dem Unterricht wurden fleißig die Materialien durchforstet und bewertet. Ziel Mit Interviews und Befragungen versuchen die Kinder die Relevanz ihres Angebots zu überprüfen. Dabei lassen sich viele Lernziele aus dem Bereich Deutsch sinnvoll abdecken: Stichpunkte notieren, Fragen formulieren, Anliegen darlegen, Interviews durchführen. Die gesammelten Informationen werden in der Tabelle notiert. Vor der Befragung sollten folgende Punkte geklärt werden: Wer fragt? (Gruppensprecher oder -sprecherin bestimmen) Wie fragt man? (Formulierungen für höfliche Unterbrechungen suchen, zum Beispiel: "Entschuldigung, darf ich stören?") Warum fragt man? (Die Kinder erklären, warum sie diese Fragen stellen, und geben kurze Informationen zum Projekt.) Was fragt man? (Überlegen, welche Ergebnisse man sich erhofft. Dazu passend zielgerichtete Fragen formulieren.) Wie schreibt man die Ergebnisse auf? (Stichpunkte notieren.) Mündliche Befragung: Schülerteams (Zweiergruppen) führen in anderen Klassen der Schule Interviews durch. Nachmittags können die Kinder ihre Freunde und deren Eltern befragen. Schriftliche Befragung: Kinder aus Nachbarschulen werden per Mail schriftlich interviewt - entweder in Form eines gemeinsamen Klassenbriefs oder im individuellen Austausch mit einem festen Mailpartner oder einer Mailpartnerin. Telefonische Befragung: Der Bürgermeister kennt sich in der Gemeinde besonders gut aus. Bei ihm können die Schülerinnen und Schüler - nach entsprechender Terminvereinbarung - gezielt nachfragen, ob bestimmte Aktivitäten, die auf ihrer "Wunschliste" stehen, im Umkreis angeboten werden. Diese Aufgabe übernimmt eine ausgewählte Schülerin oder ein ausgewählter Schüler, beispielsweise der Klassensprecher. Vorher werden in der Klasse gemeinsam konkrete Fragen für das Interview gesammelt. Interview mit dem Bürgermeister Am aufregendsten war unser Telefonat mit dem Bürgermeister. Eifrig wurde diskutiert, wer geeignet wäre, diese verantwortungsvolle Aufgabe zu übernehmen. Natürlich habe ich den Bürgermeister vorgewarnt. Alle Schülerinnen und Schüler verfolgten atemlos das Gespräch mit. Obwohl wir schon viele Informationen gesammelt hatten, waren den Mädchen und Jungen noch mehr als 30 Fragen zum Thema Tourismus eingefallen. Unter anderem wollten sie wissen, ob die Eltern für die Dauer ihrer Aktivitäten ebenfalls beschäftigt werden könnten, zum Beispiel mit einem Tanzkurs. Öffnungszeiten wurden erfragt, und auch an Übernachtungs- und Essensmöglichkeiten hatten die Kinder gedacht. Interviews in der Schule und im sozialen Umfeld Die Interviews in den anderen Schulklassen förderten enorm die Selbstständigkeit meiner Schülerinnen und Schüler. In Zweiergrüppchen wanderten sie verantwortungsbewusst durchs Schulhaus, beeindruckten meine Kolleginnen und Kollegen durch ihre Höflichkeit, notierten mit bedeutungsvoller Miene die Ergebnisse und berichteten stolz über neue Erkenntnisse. Als besonders gute Quelle erwiesen sich Omas, Opas und Tanten. Hier erhielten wir echte Geheimtipps. Wie sind Werbeprospekte gestaltet? Im Rahmen eines Klassengesprächs oder einer Gruppenarbeit nehmen die Kinder Texte und Bilder aus Werbeprospekten unter die Lupe und entwickeln dabei ein Bewusstsein für verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten (Arbeitsblatt "kinderreiseführer_ab05_prospekte"). Die Kriterien werden gesammelt und auf einem Tafelbild festgehalten. Bilder: Größe, Art (Fotos, Zeichnungen, Comics), Anordnung Texte: Schriftgröße, Schriftart, Schriftfarbe, Anordnung, Stil (kurz und prägnant / ausschmückende Adjektive, beschreibende Verben ...) Ziel Die Kinder erstellen Fotos oder Zeichnungen zur Gestaltung ihres Kinderreiseführers. Dabei setzen sie sich auch mit den Themen Urheber- und Persönlichkeitsrechte auseinander. Fotos aus dem eigenen Ort können die Schülerinnen und Schüler im Rahmen eines Unterrichtsgangs (oder einer freiwilligen Hausaufgabe) mit der Digitalkamera selbst erstellen. Nach dem Wochenende bringen Kinder oft Fotos aus der näheren Umgebung mit, die sie bei Freizeitaktivitäten mit der Familie aufgenommen haben. Werden Zeichnungen als Gestaltungselemente gewählt, muss vorab die maximale Bildgröße festgelegt werden. Zur Veröffentlichung im Netz werden die Gemälde eingescannt und als digitale Bilder gespeichert. Bei der Verwendung von Bildmaterial aus fremden Quellen (Werbeprospekte, Internet) ist auf das Urheberrecht, das Recht am eigenen Bild und den Personenschutz zu achten (siehe Lehrer-Online/Recht). Gegebenenfalls müssen Genehmigungen eingeholt werden. Erfahrungen Wir versanken geradezu in Fotos, die Schülerinnen und Schüler in ihrer Freizeit erstellt hatten, während sie mit ihren Eltern die "Attraktionen" unseres Reiseführers ausprobierten. Interessant waren die Perspektiven, welche die Kinder wählten. Ganz wichtig war, dass immer Kinder oder Tiere auf den Fotos waren. Auch auf romantische Naturstimmungen legten sie sehr viel Wert. Ziel Die Schülerinnen und Schüler gehen kreativ mit Sprache um und verfassen addressatengerechte Texte. Vorgehensweise Aus den gesammelten Freizeitaktivitäten stellen die Kinder in Gruppen-, Partner- oder Einzelarbeit eine persönliche Auswahl zusammen. Unter der Überschrift "Eine Urlaubswoche bei uns in ..." verfassen sie eigene Werbetexte, die als Briefe oder E-Mails an imaginäre oder reale Partner verschickt werden. Als Briefpartner könnten beispielsweise Schülerinnen und Schüler aus anderen Klassen gewonnen werden (siehe Etappe 4, Interviews), die dann zurück schreiben und die Vorschläge bewerten. Um die beliebtesten Freizeitaktivitäten herauszufiltern, werden die Briefe nach Vorschlägen sortiert. Anschließend werden die Texte vorgelesen und bewertet. Die besten Fassungen werden für den Reiseführer verwendet. Je nach Umfang des Folders können 10 bis 15 Texte Verwendung finden. Ansprechende Motive Erstaunt beobachtete ich, welche Angebote die Kinder aus den Prospekten auswählten: Viel mehr als die tolle Wasserrutsche oder der Funpark beeindruckten sie romantische Sonnenuntergänge am See oder Tieraufnahmen. Auch beim Sammeln ihres eigenen Materials bevorzugten die Kinder Aktivitäten und Motive der Natur. Alle waren sich einig, dass Erwachsenenprospekte zu lange Texte haben. Sie wählten eine kurze beschreibende Sprache mit vielen Adjektiven und Zahlwörtern: hunderttausend Klettersteine, 1000 bunte Fische ... Austausch mit der Schweizer Partnerklasse Wir hatten das Glück, dass wir die "Werbetexte" an unsere Partnerklasse in der Schweiz schicken konnten. Daraus entstand ein eifriger Mailaustausch. Die Schweizer Schülerinnen und Schüler erstellten aus den Zusendungen ein eigenes "Wunschprogramm", das wir koordinieren und organisieren mussten: Anzahl der Schülerinnen und Schüler erfragen, Übernachtungsmöglichkeiten organisieren, finanzielle Mittel klären und Vieles mehr. Meine Schülerinnen und Schüler schrieben in diesem Projektmonat mehr als im ganzen übrigen Jahr. Sehr wichtig war ihnen, dass die Briefe formal korrekt und frei von Rechtschreibfehlern waren. Natürlich betrachteten sie auch die Rückantworten sehr kritisch. Der Kinderreiseführer kann als Folder, als Prospekt oder (gehefteter) Bildband erstellt werden oder in Form einer Werbetafel oder einer Internetseite veröffentlicht werden. Hier ein Vorschlag zur Gestaltung einer Webseite. Einfach zur eigenen Homepage Es gibt verschiedene kostenfreie Homepage-Generatoren, die es sogar Grundschulkindern ermöglichen, auf einfache Weise eigene Webseiten zu erstellen und gemeinsam mit ihren Lehrkräften im Internet zu veröffentlichen. Für einen Reiseführer bietet sich auch das Erstellen eines digitalen Buches mit der App "Book Creator" an. Veröffentlichung der Werbematerialien Der Kinderreiseführer und seine Zwischenergebnisse, können medien- und altersgerecht "kinderleicht" ohne Programmierkenntnisse online präsentiert werden. Eigene Bilder und Zeichnungen werden eingescannt und die Texte aus den Gruppen-, Partner- oder Einzelarbeiten werden auf einer eigenen Seite online veröffentlicht. Um die Kinderreiseführer aus Schulen der umliegenden Regionen zu einem regionalen Kinderreiseführer zusammen zu fassen, kann unter Federführung einer Lehrkraft eine eigene Homepage angelegt werden, von der aus die einzelnen Projektseiten verlinkt sind. Die erstellten Werbematerialien In meiner Klasse erstellten je drei bis vier Kinder gemeinsam einen Folder. Die meisten Schülerinnen und Schüler nutzen die verschiedenen Schriftmöglichkeiten von Word, druckten diese dann aus und gestalteten den Folder mit der Hand. Einige erstellten Zeichnungen mit Paint. Die besonders Geschickten scannten Fotos ein und bearbeiteten sie mit der Software Photopublisher. Präsentation der Ergebnisse In unserem Fall wurden die Ergebnisse in einem Workshop mit Vertretern unterschiedlicher Gruppen (Schülerinnen und Schüler der teilnehmenden Klassen aus dem Auerbergland, ein Grafiker, eine Tourismus-Fachfrau) begutachtet und bewertet. Die Schülerinnen und Schüler hatten die Aufgabe die besten Folder auszusuchen, einen Gesamtentwurf fürs Auerbergland zu erstellen, die Fotos und Bilder festzulegen, die Kategorien zu bestimmen und die Texte auszuwählen. Die Kinder waren sich der Bedeutung der Aufgabe sehr bewusst und entsprechend aufgeregt. Alle teilnehmenden Erwachsenen, unter anderem ein im Personalmanagement tätiger Schülervater, waren von ihrer Leistung beeindruckt. Zum Schluss hatte der Grafiker die schwere Aufgabe die Vorschläge der Kinder umzusetzen. Das Ergebnis kann man beim Tourismusbüro des Auerberglandes bestellen. Auerbergland e. V. Marktplatz 4 D-86975 Bernbeuren tel.: (+49) 08860 - 8121 fax: (+49 08860 910115

In diesem Beitrag stellen wir Ihnen vielfältige Möglichkeiten vor, sich mit faszinierenden und gut zu beobachtenden Objekten zu beschäftigen: Jupiter, dem größten Planeten unseres Sonnensystems, und seine vier Galileischen Monde. Beobachtungen des Gasriesen lohnen sich besonders während der Monate um die jährlichen Oppositionen. Vor 400 Jahren richtete Galileo Galilei (1564-1642) sein Fernglas auf den Himmel und sah wahrhaft Revolutionäres: Berge auf dem Mond, eine sichelförmige Venus und ein "Miniatur-Sonnensystem": Jupiter mit seinen vier Galileischen Monden, die ihre Positionen schon innerhalb weniger Stunden erkennbar verändern. Das einzige, was man benötigt, um dies mit eigenen Augen zu sehen, ist ein einfacher Feldstecher. Jupiter als Umlaufzentrum seiner vier Monde - dies können Schülerinnen und Schüler selbst entdecken, wenn sie an zwei oder mehr aufeinander folgenden Tagen den Fernglasanblick des Jupitersystems per Bleistift skizzieren. Vergleichen Sie die Ergebnisse Ihrer Klasse mit den 400 Jahre alten Skizzen von Galileo Galilei und stellen Sie den Lernenden Fotos der Raumsonden vor, die zeigen, welch bizarre Welten sich hintern den Lichtpünktchen der Jupitermonde verbergen. Informationen zur Sichtbarkeit des Planeten am Abendhimmel finden Sie unter Mehr zum Thema . Zur Vorbereitung der Beobachtung können mithilfe kostenfreier Planetarium-Software (z.B. Stellarium ) Simulationen durchgeführt und Sternkarten ausgedruckt werden. Der erste Tipp ist etwas für "Bildschirmsitzer" mit Hang zur Geschichte und auch als Schlechtwetterbeschäftigung hilfreich. Beim zweiten Vorschlag geht es unter anderem um mathematische Zusammenhänge und um die Möglichkeit, selbst etwas zu messen. Außerdem kommt das Fernrohr zum Einsatz und gute Augen sind nötig, um Details auf der Jupiterscheibe zu erkennen. Der dritte Tipp spricht die Hobbyfotografen an. Außerdem werden Fremdsprachenkenntnisse gebraucht, um Daten zu bekommen, die dann mathematisch ausgewertet werden können. Im vierten Themenkomplex erinnern wir an Galileo Galilei und an Johannes Kepler (1571-1630), was für die Physiklehrkräfte interessant ist. Schließlich wird auf besondere Jupiter-Ereignisse hingewiesen, die durch ein Fernrohr beobachtet werden und die für Überraschung sorgen können. Zum Beispiel dadurch, dass plötzlich ein Mond aus dem Schatten seitlich von Jupiter "aus dem Nichts" auftaucht. Jupiter über Padua gegen Ende 1609/Anfang 1610 Wie sah der Abendhimmel über Padua aus, als Galilei sein Fernrohr auf ihn richtete? Wo steht Jupiter im Jahr 2009? Jupiterbeobachtung - auch bei bedecktem Himmel Wie hell und wie groß erscheint uns Jupiter? Falls das Wetter nicht mitspielt, kann der visuelle Eindruck mit einem Foto und einem Fernrohr simuliert werden. Jupiter trifft den Mond Die Begegnung von Mond und Jupiter kann genutzt werden, um in Zusammenarbeit mit einer Partnerschule die Mondentfernung zu bestimmen. Der Tanz der Jupitermonde und "Wer sieht den Fleck?" Wandeln Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern in den Spuren Galileis: Beobachten Sie die Jupitermonde und ihre Bewegungen mit eigenen Augen. Die Schülerinnen und Schüler sollen mithilfe kostenfreier Planetarium-Software den Sternhimmel simulieren, auf den Galileo Galilei Ende 1609/Anfang 1610 sein Teleskop richtete. wissen, (ob und) wo Jupiter aktuell am Himmel zu finden ist. Größe und Helligkeit des Jupiterscheibchens kennen, mit den Begriffen scheinbare Helligkeit (Magnitude) und Winkelmaß (Bogensekunden, Bogenminuten) umgehen können und einfache Rechungen durchführen. die vier Galileischen Monde mit eigenen Augen sehen und ihre Bewegung im Abstand weiniger Stunden oder Tage erkennen. verstehen, welche wissenschaftsgeschichtliche Bedeutung die Entdeckung von Galilei hatte, dass Jupiter ein Umlauszentrum für andere Himmelskörper ist. Online-Rechner als Werkzeuge zur Vorhersage von Sonnen- und Mondfinsternissen im Jupitersystem kennen lernen und solche Ereignisse beobachten. Thema Jupiter und die Galileischen Monde Autor Dr. Olaf Fischer, Dr. André Diesel Fächer Naturwissenschaften ("Nawi"), Astronomie, Astronomie AG Zielgruppe Klasse 5 bis Jahrgangsstufe 13 (je nach Thema und Vertiefung) Zeitraum variabel Technische Voraussetzungen Jupiter ist - zur rechten Zeit - mit bloßem Auge am Himmel nicht zu übersehen; für die Beobachtung der Monde: Feldstecher (zehnfache Vergrößerung, feste Montierung hilfreich); äquatoriale Wolkenbänder: Spektiv (40 bis 60-fache Vergrößerung); Mondschatten auf der Jupiterwolkendecke: Teleskop mit mindestens 15 bis 20 Zentimeter Öffnung; Beobachtungsvorbereitung: Präsentationsrechner mit Beamer (Planetarium-Software) und Internetanschluss (Onliner-Rechner für die Positionen der Jupitermonde) Software Planetarium Software, zum Beispiel Stellarium (kostenfrei) Vermutlich im September 1609 richtete Galileo Galilei erstmals sein Fernrohr gen Himmel und beobachtete damit zunächst den Mond. Nicht zu übersehen war jedoch auch Jupiter, der Ende 1609 in Opposition stand. Man kann vermuten, dass sein Anblick mit dazu beitrug, dass Galilei ein besseres Fernrohr entwickelte. Dieses entstand zum Jahresende und ermöglichte Galilei Anfang 1610 die folgenreiche Entdeckung, dass Jupiter ein Umlaufzentrum für andere Himmelskörper ist. Gängige Planetarium-Software, wie zum Beispiel Stellarium oder Cartes du Ciel (beide kostenfrei), erlauben die Darstellung des Sternhimmels zu beliebigen Zeiten an beliebigen Orten. Betrachten wir mit ihrer Hilfe den Himmel über Padua am 15. Januar im Jahr 1610. Abb. 1 (zur Vergrößerung anklicken) zeigt das Ergebnis. Der strahlende Jupiter dominierte damals den Sternenhimmel und befand sich in der auffälligen Region des Wintersechsecks mit seinen hellen Sternen (unter anderem Sirius, Rigel und Procyon). Sicher hat diese Region Galileis Blicke auf sich gezogen. Die Dominanz von Jupiter am Abendhimmel im Januar 1610 wurde dadurch unterstützt, dass die Ekliptik (die Schnittlinie der Bahnebene der Erde - und in etwa auch der anderen Planeten - mit der scheinbaren Himmelskugel) im Winter weit über den Horizont steht. Während der anderen Jahreszeiten verläuft sie deutlich flacher. Die Höhe der Ekliptik ist nicht nur von der Jahreszeit, sondern auch vom Beobachtungsort abhängig. 400 Jahre nach Galilei hatten zum Beispiel im September 2009 Beobachterinnen und Beobachter in Padua einen kleinen Vorteil gegenüber ihren Kolleginnen und Kollegen in Heidelberg, wenn sie Jupiter ins Visier nahmen: In südlichen Gefilden steht die Ekliptik zu dieser Jahreszeit nämlich etwas höher am Himmel und damit weiter weg von den horizontnahen Dunstschichten (Abb. 2, Platzhalter bitte anklicken). In der linken Teilabbildung steht Jupiter knapp unter der 20 Grad Linie, in der rechten knapp darüber. Über Heidelberg erreichte Jupiter im September 2009 jeweils um 21:00 Uhr in südöstlicher Richtung folgende Höhen: am 1. September 2009 etwa zwölf Grad, am 10. September 16 Grad, am 20. September 20 Grad und am 30. September 22 Grad. Die in Abb. 2 verwendeten Ausschnitte von Stellarium-Screenshots des südlichen Himmels können Sie hier auch in voller Größe und höherer Auflösung herunterladen: Winkeldurchmesser, Bogensekunde und Magnitude Wenn Jupiter, wie zu Zeiten von Galileis ersten Jupiterbeobachtungen, wieder nahe seiner Oppositionsstellung zur Sonne steht, verlangt er geradezu ein genaueres Hinsehen. Aufsuchkarten können mit der Software Stellarium ? ein virtuelles Planetarium für die Schule erstellt werden (Kartenbeispiel "heidelberg_15_sept_2009_21_uhr.jpg"). In ihrer Oppositionsstellung kommen die äußeren Planeten der Erde am nächsten und sind entsprechend hell und groß. Jupiter erreichte zum Beispiel im September 2009 eine scheinbare Helligkeit (Magnitude) von -2,8 und eine scheinbare Größe (Winkeldurchmesser) von 47 Bogensekunden. Von Jupiter empfangen wir mehr als dreimal soviel Licht ( x ) wie von Sirius, dem hellsten bei uns sichtbaren Stern (Magnitude = -1,5). Wer es nachrechnen möchte, der bestimme x in folgendem Zusammenhang: [-1,5 - (-2,8)] = -2,5 log( x ). Wikipedia: Scheinbare Helligkeit Die scheinbare Helligkeit oder Magnitude (kurz „mag“) gibt an, wie hell ein Himmelskörper einem Beobachter auf der Erde erscheint. Wikipedia: Bogensekunde Eine Bogensekunde ist eine Maßeinheit des Winkels. Sechzig Bogensekunden entsprechen einer Bogenminute, 60 Bogenminuten einem Grad. Vergleich mit einem Mondkrater Die scheinbare Größe der Vollmondscheibe beträgt etwa 31 Bogenminuten. Das Planetenscheibchen von Jupiter zeigte im September 2009 rund ein Vierzigstel des Monddurchmessers und erscheint damit im Fernrohr etwa so groß wie der Mondkrater Kopernikus. Findet jemand diesen Krater auf dem Mond? (Siehe Unterrichtseinheit Spaziergänge auf dem Mond , Spaziergang 3, Abb. 3.) Trockenübung am Teleskop Bei bedecktem Himmel müssen Sie auf die Demonstration der Jupiterscheibe nicht verzichten. Drucken Sie dazu einfach Abb. 3 so aus, dass das Jupiterscheibenbild einen Durchmesser von 2,5 Zentimetern hat (Skalierung der Bildgröße auf etwa 85 Prozent). Dieses Bild hängen Sie an einen Baum (beleuchten es gegebenenfalls) und beobachten es mit einem Fernrohr aus einem Abstand von etwa 110 Metern. Stimmt der Abstand? Wolkenbänder und Abplattung der Pole Abb. 3 zeigt Jupiter mit seinen Monden Io und Europa (Foto von Benjamin Kühne). Der Schatten von Io auf der Jupiteroberfläche verrät, wo die Sonne steht. Die beiden dunklen äquatornahen Wolkenbänder sind bereits mit kleinen astronomischen Teleskopen oder mit guten Spektiven, wie sie von Hobby-Ornithologen verwendet werden (ab 40-facher Vergrößerung), gut zu sehen. Ebenfalls gut zu erkennen ist in Abb. 3 auch die abgeplattete Form des Planeten: Durch die schnelle Rotation (am Äquator dauert eine Umdrehung weniger als zehn Stunden!) flacht der Gasriese etwas ab. Sein Äquatordurchmesser beträgt um 144.000 Kilometer, während der Poldurchmesser nur etwa 135.000 Kilometer umfasst. Monde und Sonnenfinsternisse auf Jupiter Die vier Galileischen Monde sind bereits mit dem Feldstecher erkennbar. Für die Beobachtung von Mondschatten auf den Jupiterwolken benötigt man jedoch schon Teleskope mit einer Öffnung von 15 bis 20 Zentimetern. Weitere Astrofotos von Benjamin Kühne finden Sie auf seiner Webseite: Nachtwolke.de Homepage von Benjamin Kühne. Hier finden Sie Fotos astronomischer Objekte und atmosphärischer Erscheinungen. Bestimmung der Scheibchengröße Die Größe der Jupiterscheibe kann man übrigens auf einfache Art und Weise selbst bestimmen. Dazu messe man mehrmals die Zeit, in der die Scheibe durch ein Fadenkreuz im Fernrohrsehfeld läuft und rechne das Zeitmaß in das Winkelmaß um: 360 Grad entsprechen 24 Stunden. (Dann wird ein Winkel von 15 Bogensekunden in einer Sekunde überstrichen. Den Unterschied zwischen Sternzeit und der uns zur Verfügung stehenden Sonnenzeit kann man hier vernachlässigen.) Zum Beispiel würde man bei einer mittleren Durchlaufzeit von 2,6 Sekunden (Mittelwert aus mehreren Messungen) für die Größe der Jupiterscheibe einen Winkeldurchmesser von 39 Bogensekunden erhalten. Auf der Ekliptik kommt es regelmäßig zu Begegnungen von Mond und Jupiter, so zum Beispiel am 2. September 2009 um 20:00 Uhr und am 30. September 2009 gegen 24:00 Uhr. Der fast volle Mond lief dann etwa zwei Grad nördlich an Jupiter vorbei - am 2. September bei etwa 7 Grad Höhe (um 21 Uhr etwa 15 Grad) und am 30. September 2009 bei etwa 21 Grad Höhe (Angaben für Heidelberg). Diese Beobachtungen verdeutlicht die Bahnbewegung des Mondes (von westlicher in östliche Richtung). Die Bewegung macht sich bereits innerhalb von zwei Stunden bemerkbar. Geeignete Beobachtungstermine für Mond-Jupiter-Rendezvous können Sie mithilfe von Planetariumssoftware oder der astronomischen Jahrbücher finden (siehe Mehr zum Thema ) Kooperation mit einer Partnerschule Die Begegnungen von Mond und Jupiter eröffnen auch die Möglichkeit, die Parallaxe des Monds zu bestimmen, das heißt den Unterschied des Winkelabstands zwischen Mond und Jupiter, wenn man diese von zwei verschiedenen Standorten auf der Erde betrachtet. Hier ist Zusammenarbeit mit Beobachtern an anderen, möglichst fern gelegenen Orten gefragt. Zeitgleich aufgenommene Fotos von Mond und Jupiter ermöglichen dann die Bestimmung der Mondparallaxe und der Mondentfernung. (Dabei ist die Belichtung so einzustellen, dass Mondstrukturen oder Sternbildkonstellationen die Bildorientierung ermöglichen.) Simulation mit Planetarium-Software Das Prinzip kann mithilfe von Planetarium-Software verdeutlicht oder das Verfahren. Abb. 4 (Stellarium-Screenshots, Platzhalter bitte anklicken) zeigt Jupiter und Mond am 2. September 2009 um 21:00 Uhr von Heidelberg (linke Teilabbildung) und von Windhoeck (Namibia) aus gesehen (rechte Teilabbildung). Die Mondparallaxe ist deutlich erkennbar (Abstandsunterschied Mond-Jupiter). Hinweis: Erfahrungen mit Stellarium zeigen, dass die Screenshots reale Fotografien nicht verlässlich ersetzen können! Die Plantarium-Software weist kleine Ungenauigkeiten auf, die eine große Wirkung bei der Durchführung der Berechnungen haben könnten. Veranschaulichung und ausführliche Informationen Das Prinzip der Parallaxe können Sie Ihren Schülerinnen und Schülern ganz einfach verdeutlichen: Strecken Sie einen Arm aus, halten Sie den Daumen hoch und kneifen einmal das rechte und einmal das linke Auge zu (der Daumen entspricht dem Mond, der Hintergrund den Fixsternen). Das Verfahren zur Bestimmung der Mondentfernung mithilfe der gewonnenen Daten wird in dem beiden folgenden Lehrer-Online-Beitrag ausführlich vorgestellt: Bestimmung der Mondentfernung durch Triangulation An Partnerschulen wird zur selben Zeit der Mond fotografiert und mithilfe des Sinussatzes die Entfernung Erde-Mond bestimmt (ab Klasse 10, AGs). Galileis "Sidereus Nuncius" Nachdem Galileo Galilei bemerkt hatte, dass es sich bei den "Sternen" nahe dem Jupiter um Objekte handelt, die ihn umlaufen (um ihn "herumtanzen"), gewann seine kopernikanische Weltsicht wohl ein sicheres Fundament. Seine Beobachtungen veröffentlichte er in dem berühmten Buch "Sidereus Nuncius" im Jahr 1610. Abb. 5 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt einen Ausschnitt aus einer Seite des "Sternenboten" mit verschiedenen Positionen der Galileischen Monde, die wir heute Io, Europa, Ganymed und Kallisto nennen. Digitale Versionen des Buches und Handzeichnungen von Galilei, eingescannt und im Internet veröffentlicht, können Sie bequem am Rechner studieren: Bizarre Welten Die Raumsonde Voyager 1 startete 1977, flog 1979 an Jupiter vorbei und nahm - nebenbei - auch einige der Jupitermonde ins Visier. Statt der erwarteten merkur- und mondähnlichen, von Kratern übersäten Einöden übermittelte die Sonde atemberaubende Bilder bizarrer und völlig unterschiedlicher Welten. Für das größte Aufsehen sorgten zwei der Galileischen Monde, Io und Europa. Abb. 6 zeigt je zwei Bilder von der Oberfläche dieser Welten (links Io, rechts Europa). Schwefel und Eis Io ist der erste extraterrestrische Ort, an dem aktiver Vulkanismus beobachtet werden konnte. Abb. 6 (links) zeigt eine Eruption auf Io und einen Blick in die Caldera des Vulkans Tupan Patera, der Lava und ausgedehnte Schwefelfelder erkennen lässt. Einen ganz anderen Charakter zeigt der Mond Europa (Abb. 6, rechts), unter dessen zerfurchtem Eispanzer Planetologen einen Wasserozean vermuten. Die gigantischen Gezeitenkräfte von Jupiter sollen die nötige Reibungswärme erzeugen, die den Ozean nicht gefrieren lässt. Europa gilt als aussichtsreicher Kandidat für außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem. Alle Fotos aus Abb. 6 wurden von der Raumsonde Galileo aufgenommen. Die Sonde wurde 1989 ins All geschossen und verglühte - nach erfolgreicher Mission - im Jahr 2003 in der Jupiteratmosphäre. Inzwischen sind insgesamt 63 Jupitermonde bekannt. Vorbereitung auf die Beobachtung Bevor Sie Ihre Schülerinnen und Schüler einen Blick durch das Fernglas oder das Teleskop auf die Monde werfen lassen (die stets nur als Lichtpünktchen erscheinen), sollten sich diese über die Galileischen Monde und ihre Eigenschaften informieren. Ausgestattet mit diesem Hintergrundwissen werden sie beim Blick durchs Fernglas mehr als nur visuelle Lichtpünktchen erkennen. Internetadressen mit interessanten Informationen, eindrucksvollen Bildern und Hinweisen auf die Sichtbarkeiten von Jupiter und seinen Monden finden Sie unter Mehr zum Thema . Berechnung der Jupitermasse Die Beobachtung der Galileischen Monde ist ein "Muss" - nicht nur im Internationalen Jahr der Astronomie 2009. Schon im Abstand von einigen Stunden kann bei genauem Hinsehen die Bewegung der Monde auch im kleinen Teleskop, Spektiv und sogar im Feldstecher wahrgenommen werden (die Umlaufzeit von Io, dem innersten Mond, beträgt etwa 42 Stunden). Hier bietet sich die Gelegenheit, die Physik aufzugreifen und an Johannes Kepler (1571-1630) zu erinnern. Heute wissen wir, dass das Dritte Keplersche Gesetz die Berechnung der Masse von Jupiter erlaubt, wenn wir nur die Umlaufzeit eines Mondes und die Größe seiner Bahnhalbachse kennen, zum Beispiel etwa 420.000 Kilometer für Io: Finsternisse, Durchgänge, Bedeckungen, Schattenwürfe Da die Umlaufbahnebene der Galileischen Monde nur sehr wenig gegenüber der Erdbahnebene verkippt ist, kommt es im Zuge ihrer Umläufe recht häufig zu besonderen "Treffen", deren Beobachtung sich lohnt. Besonders interessant sind die Finsternisereignisse. Zum einen verschwinden dabei Monde im Schatten von Jupiter ("Mondfinsternis"). Zum anderen werfen die Monde einen Schatten auf den Gasplaneten ("Sonnenfinsternis", Abb. 3 und Abb. 8). Während für die Beobachtung der Monde bereits ein Feldstecher genügt, benötigt man für die Beobachtung der Schatten auf den Jupiterwolken Teleskope mit einer Öffnung von mindestens 15 bis 20 Zentimetern. Auf der CalSky-Homepage finden Sie auch Informationen zur Sichtbarkeit des so genannten Großen Roten Flecks (GRF). Die Farbe des Flecks ist in den letzten Jahren weniger intensiv geworden. Kleine Amateurteleskope reichen daher für eine Beobachtung des Objekts nicht mehr aus. Abb. 8 zeigt eine Aufnahme des gigantischen Sturms, der schon vor 300 Jahren beobachtet wurde. Im rechten Teil des Fotos, aufgenommen von der Raumsonde Galileo, sind ein Jupitermond und sein Schatten auf der Wolkendecke zu sehen. Webseiten mit weiteren Informationen zu dem Wirbelsturm finden Sie unter Mehr zum Thema . Informationen zu den Transitzeiten des Großen Roten Flecks können Sie auf der Webseite "Sky & Telescope" nachlesen: Sky & Telescope: Transit Times of Jupiter's Great Red Spot Hier können Sie die Transitzeiten für bestimmte Tage berechnen oder auch eine Tabelle mit allen GRF-Transits des Jahres einsehen. Die astronomischen Jahrbücher informieren über die wesentlichen Ereignisse und deren Begleitumstände: Ahnert Astronomisches Jahrbuch, Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft (Heidelberg), ISBN 978-3-938639-95-5 Keller Kosmos Himmelsjahr 2009, Kosmos Verlag, Stuttgart, ISBN 978-3-440-11350-9