Schülerinnen und Schüler fotografieren den vom Kernschatten der Erde halb verfinsterten Mond und bearbeiten das Foto am Rechner. Die geometrische Auswertung liefert Daten für die Berechnung der Mondentfernung.Die hier vorgestellte Methode ermöglicht eine Abstandsbestimmung mit geringem Aufwand. Im Gegensatz zur Bestimmung der Mondentfernung per Triangulation benötigt man bei der Abstandsbestimmung mithilfe einer Mondfinsternis keine Partnerschule. Die Vorteile der Mondfinsternis-Methode werden allerdings mit einer anspruchsvolleren Theorie bezahlt, die an verschiedenen Stellen zum leichteren Verständnis für die Schülerinnen und Schüler etwas vereinfacht werden muss, wodurch die Ungenauigkeit der Messung etwas erhöht wird. Voraussetzungen Um die für die Entfernungsbestimmung benötigten Zusammenhänge verstehen zu können, müssen die Schülerinnen und Schüler die Geometrie der Mittelstufe beherrschen und Kenntnisse über die trigonometrischen Funktionen und das Lösen mathematischer Gleichungssysteme verinnerlicht haben. Einstieg und Motivation Der Mond ist ständiger Begleiter des Menschen. Schon kleine Kinder wenden ihren Blick häufig fasziniert dem Erdtrabanten zu, aber auch viele Jugendliche und Erwachsene können sich dem Bann des Mondes kaum entziehen. Vielfältig und über verschiedene Medien wird über den Mond und seine Eigenschaften informiert. Nur selten wird jedoch darüber berichtet, wie man zu diesen Informationen gelangt. Dies gilt auch für den Abstand des Mondes von der Erde. Allein die Frage "Wie misst man eigentlich mehrere hunderttausend Kilometer lange Strecken?" weckt bei vielen Schülerinnen und Schülern bereits das Interesse. Dies kann noch gesteigert werden, wenn es darum geht, die Entfernung des Mondes mit eigenen Mitteln zu bestimmen. Fotografieren, bearbeiten, auswerten Das mathematische Rüstzeug wird in fünf Etappen erarbeitet und angewendet. Bearbeitung und Auswertung einer Mondfotografie werden hier durch ein Beispiel veranschaulicht. Methodische und fachliche Hinweise Wodurch zeichnen sich die Mondfinsternis- und die Triangulationsmethode zur Entfernungsbestimmung aus? Wie messen Forscher die Entfernung zum Mond? Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse über Planeten und Monde im Sonnensystem, deren Größenverhältnisse und deren Bewegungen erwerben oder auffrischen. Kenntnisse über Mond- und Sonnenfinsternisse und deren Entstehung erwerben oder auffrischen. mit trigonometrischen Funktionen und Gleichungen arbeiten können. den Umgang mit Bildbearbeitungssoftware kennen lernen und üben. ihre Fähigkeiten in der Handhabung einfacher Messinstrumente schulen. ihr räumliches Vorstellungsvermögen schulen. Thema Bestimmung der Mondentfernung mithilfe einer Mondfinsternis Autor Alexander Staidl Fächer Astronomie, Physik, Naturwissenschaften Zielgruppe ab Jahrgangsstufe 11 (bei guten Lerngruppen auch ab Klasse 10) Zeitraum Beobachtungszeit etwa 30-40 Minuten (es muss ein Foto geschossen werden); Theorie und Auswertung nehmen etwa 2-4 Stunden in Anspruch (je nach Lerngruppe und Unterrichtsmethodik) Technische Voraussetzungen Digitalkamera mit mindestens achtfachem Zoom oder ein kleines Teleskop, an das die Kamera angeschlossen werden kann; Stativ, Bildbearbeitungssoftware (zum Beispiel GIMP ) Überblick Da die Bestimmung des Mondabstandes mithilfe einer Mondfinsternis auf komplexen geometrischen und mathematischen Zusammenhängen basiert, werden die Lernenden schrittweise an das Thema herangeführt. Die folgende Gliederung hat sich dabei bewährt: 1. Mondfinsternisse Allgemeine Informationen: Wie kommen Mondfinsternisse zustande? 2. Der Winkelradius der Sonne Was ist ein Winkelradius? Wie kann man ihn messen? Welche Aussagen lassen sich daraus über den Kernschatten der Erde gewinnen? 3. Der Winkelradius des Mondes Wie kann man den Winkelradius des Mondes messen? Weshalb funktionieren die Methoden zur Messung des Winkelradius der Sonne (Schritt 2) hier nicht? 4. Winkelradius des Kern-Erdschattens in Mondentfernung Was versteht man darunter? Wie kann man ihn mithilfe einer Mondfinsternis bestimmen? 5. Berechnung des Mondabstandes Die bisherigen Erkenntnisse werden zusammengeführt und die Mondentfernung mithilfe der bei einer Finsternis aufgenommenen Fotos berechnet. Der Winkelradius des Erdschattens in Mondentfernung Für die Bestimmung des Winkelradius (Schritt 4) ist die Auswertung eines Fotos von einer Mondfinsternis entscheidend. Der Kernschatten, der während der Finsternis auf dem Mond zu sehen ist, lässt sich mit dem Winkeldurchmesser des Mondes vergleichen. Der halb verfinsterte Mond wird fotografiert Der gesamte Mond wird, während er etwa halb vom Kernschatten der Erde bedeckt ist, mit einer Vergrößerung beziehungsweise Auflösung fotografiert, die hoch genug ist, um Details der Finsternis erkennen zu können. Die Digitalkamera sollte über einen mindestens achtfachen optischen Zoom verfügen. Alternativ kann die Kamera auch an ein kleines Teleskop angeschlossen werden. Beim Fotografieren sollte auf jeden Fall ein Stativ verwendet werden. Abb. 1 (linke Teilabbildung) zeigt ein entsprechendes Ergebnis. Man sieht deutlich, dass sich der Kernschatten nicht scharf von dem Bereich des Halbschattens abgrenzt, sondern dass beide weich ineinander übergehen. Wenn man schon mal dabei ist … Bei der Gelegenheit bietet es sich natürlich auch an, den gesamten Verlauf der Mondfinsternis fotografisch zu dokumentieren, im Idealfall vom Beginn bis zu Ende der Verfinsterung. Auch, wenn dies zum Zwecke der Entfernungsbestimmung nicht erforderlich ist (dafür reicht ein einziges Foto aus), kann man mit dem ohnehin verwendeten Bildbearbeitungsprogramm den Verlauf des Ereignisses in einer kleinen Kollage sehr schön darstellen. Kontrastierung der Schattengrenze am Rechner Um den Winkelradius des Kernschattens möglichst exakt bestimmen zu können, muss die Grenze zwischen Kern- und Halbschattenbereich durch eine Verstärkung des Kontrastes hervorgehoben werden. Die ist mit den gängigen Bildbearbeitungsprogrammen einfach durchzuführen. In dem hier vorgestellten Beispiel wurde die kostenfreie Open Source Software GIMP verwendet. GIMP-Homepage Informationen zur kostenfreien Bildbearbeitungssoftware und Downloadmöglichkeit Bildbearbeitung mit GIMP Öffnet man mit dem Programm die Mondfoto-Datei, lässt sich die Grenze des Kernschattens durch den Schwellwerte-Regler im Farben-Menü hervorheben (Abb.1, Mitte). Unter der Voraussetzung, dass der scharfe Rand des Mondes nicht mit weißen Pixeln durchsetzt sein darf, stellt man den Regler so niedrig wie möglich ein. Je nach Geschmack kann man über das Farben-Menü und die Funktion "Invertieren" den Mond schwarz und den Hintergrund weiß darstellen (Abb.1, rechts). In dem Ergebnis kann man nun gut erkennen, dass der Kernschatten, den die kugelförmige Erde auf den Mond wirft, auf der Mondoberfläche tatsächlich kreisförmig abgebildet wird. Die Kreisbogenform der Schattengrenze ist durch die nachträgliche Bearbeitung deutlich besser auszuwerten. Projektion oder Ausdruck des bearbeiteten Mondbildes Das bearbeitete Bild kann nun vergrößert ausgedruckt oder auf eine Tafel projiziert werden. Ziel ist es, den auf der Tafel abgebildeten "Radius" des Mondes mit dem zu ermittelnden abgebildeten "Radius" des Kernschattens in Relation zu setzen - entweder auf Ausdrucken oder mithilfe des an die Tafel projizierten Bildes. Hieraus ergibt sich dann die Relation des Winkelradius des Mondes und des Kernschattens in Mondabstand, die sich im gleichen Verhältnis wie die Radien der Projektion teilen müssen. Geometrische Auswertung Abb. 2 veranschaulicht, wie man den Radius des Kernschattens bestimmt (A = Projektion des Kernschattenradius, E = Projektion des Mondradius). Die Konstruktion kann auch mit einem Vektorgrafikprogramm (zum Beispiel OpenOffice-Anwendung Draw) erzeugt werden. Zunächst wählt man drei Punkte, die auf dem Kreisbogen liegen (grün), und verbindet diese zu zwei Sekanten (rot). Anschließend werden die Mittelsenkrechten (blau) der Sekanten gebildet, die sich im Mittelpunkt des Kreises treffen. Damit ergibt sich der Radius A des abgebildeten Kernschattens durch den Abstand zwischen den grünen Punkten auf dem Kreisbogen und dem Schnittpunkt der blauen Mittelsenkrechten. Der Radius E des abgebildeten Mondes lässt sich über dessen leicht bestimmbaren Durchmesser berechnen. Aus Schritt 3 (siehe oben) ist der Winkelradius des Mondes epsilon bekannt. Gesucht ist der Winkelradius alpha des Kernschattens der Erde (in Mondentfernung). Wenn wir das Verhältnis alpha/epsilon kennen würden, könnten wir alpha direkt berechnen. Das Verhältnis alpha/epsilon ist nämlich genau so groß, wie das Verhältnis der Radien A/E auf dem Ausdruck (Abb. 2). Für die Bestimmung der Mondentfernung wird in schulischen Projekten meist die Methode der Triangulation benutzt (siehe Unterrichtseinheit Bestimmung der Mondentfernung durch Triangulation ). Dieses Verfahren erlaubt eine relativ exakte Bestimmung des Abstandes. Die Methode lässt sich in jeder Nacht durchführen, in der der Mond in Verbindung mit zwei hellen, weiter entfernten Objekten zu sehen ist (Planeten, helle Sterne), ist jedoch organisatorisch recht aufwändig: Partnerschulen müssen gefunden und die Messungen sehr exakt und gut koordiniert durchgeführt werden. Bei der Bestimmung der Mondentfernung mithilfe einer Mondfinsternis ist man dagegen von Partnerschulen unabhängig. Man benötigt jedoch zur rechten Stunde gute Sicht! Zwar sind für die Triangulations-Methode geeignete Konstellationen "haltbarer", jedoch ist der Anlass einer Mondfinsternis für Schülerinnen und Schüler sicher motivierender und spektakulärer als eine Konstellation "Mond und zwei Sterne". Die Wahl der Methode ist natürlich auch vom "Terminplan" der Himmelskörper abhängig. Je nach Jahreszeit ist es in Deutschland nicht unwahrscheinlich, dass das Wetter einen Strich durch die Planung macht. Tritt dieser Fall ein, kann dann auf die nächste Mondfinsternis warten, eine in naher Zukunft gelegene Konstellationen ausgucken, die für die Triangulationsmethode geeignet ist, oder auf Mondfinsternisfotos "aus der Konserve" zurückgreifen, die natürlich ohne eigene Beobachtung ausgewertet werden können. Dabei können auch verschiedene Fotos von verschiedenen Kleingruppen oder in Partnerarbeit ausgewertet werden. Wie sieht der Mittelwert der Ergebnisse aus und welche Gruppe war am nächsten am "offiziellen" Wert dran? Wie weit ist es nun zum Mond? Die Bahn des Mondes um die Erde ist nicht perfekt kreisförmig und die Entfernung daher nicht konstant. Vom Mittelwert (384.400 Kilometer) weicht die größte (405.500 Kilometer) und die kleinste Entfernung (etwa 363.200 Kilometer) um etwa 5,5 Prozent ab. Visualisierung Der Mond liegt zwar - in astronomischen Maßstäben - vor unserer Haustür. Dennoch ist die in Zahlen gefasste Entfernung nicht mehr anschaulich. Hilfreicher sind für die Veranschaulichung sind grafische Darstellungen, wie zum Beispiel die folgenden, die uns der Amateur-Astronom Thomas Borowski freundlicherweise zur Verfügung gestellt hat: Wie und warum messen Forscher heute die Mondentfernung? Astronauten des Apollo-Programms hinterließen auf der Mondoberfläche einen Reflektor. Von der Erde aus werden kurze und intensive Laserblitze auf den Reflektor abgeschossen. Die Zeit zwischen dem "Schuss" und dem Eintreffen der Reflexion wird mit einer Atomuhr exakt gemessen. Mit dieser zentimetergenauen Methode konnte man feststellen, dass sich der Mond pro Jahr etwa um 3,8 Zentimeter von der Erde entfernt. Wegen den Gezeitenkräften findet ein fortlaufender Rotationsenergie- und Drehimpulstransfer von der rotierenden Erde zum Mond statt. Dieser Transfer bewirkt nicht nur die Abstandsvergrößerung des Mondes, sondern im gleichen Maße eine Verlangsamung der Erdrotation - die Tage dauern also immer länger! Aus kleinen Laufzeitänderungen, die von verschiedenen Messstationen auf der Erde registriert werden, sind Aussagen über die Kontinentaldrift möglich.

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

Auf dieser Seite finden Sie Informationen und Anregungen für Ihren Astronomie- und Physik-Unterricht zum Themenkomplex Zeit und Relativitätstheorie (allgemeine und spezielle Relativitätstheorie). Wissenschaftliche Ergebnisse und Methoden können eine hohe Motivationskraft in sich tragen. Die in diesem Beitrag vorgeschlagenen Kontexte sind virtuelle Realitäten, generiert mit in der Astrophysik gebräuchlichen Visualisierungsmethoden. Ihr didaktischer Zweck in der Einstiegsphase besteht darin, Vorerfahrungen bei relativistischen Effekten zu schaffen, die das normale, klassisch geprägte Vorstellungsvermögen übersteigen. Das zentrale Problem bei solchen Visualisierungsmethoden ist die Darstellung dreidimensionaler Objekte auf einer zweidimensionalen Projektionsebene, die man sich als Filmleinwand oder Kamerabild vorstellen kann. Beim so genannten relativistischen Rendering werden Bilder schnell bewegter Objekte mit einer ruhenden Kamera beziehungsweise ruhende Objekte mit einer schnell bewegten Kamera aufgenommen. Wie relativistische, das heißt schnell bewegte, Objekte dem Betrachter erscheinen, kann gemäß den Gesetzen der Speziellen Relativitätstheorie berechnet werden. Neben der Längenkontraktion sind die endliche Laufzeit von Lichtsignalen und die Lichtaberration zwei Effekte, die die Geometrie solcher Abbildungen bestimmen. Schülerzentrierte Unterrichtsmethoden und kooperative Arbeitsformen Die Schülerinnen und Schüler sollen einige geometrische Effekte bei verschiedenen Fluggeschwindigkeiten der Kamera durch das Brandenburger Tor erkennen und in dieser Phase nur ansatzweise miteinander vergleichen - vorzugsweise als vorbereitende Hausaufgabe in Partner- oder Gruppenarbeit. Als Grundlage dienen das Arbeitsblatt (lorentz_modul_1_ab.pdf) sowie MPEG-Filme, die den Schülerinnen und Schülern für die Hausarbeit, zum Beispiel über den Dateiaustausch eines virtuellen Klassenraums von lo-net, dem Lehrer-Online-Netzwerk, zur Verfügung gestellt werden können. Neben dem "klassischen" Arbeitsblatt steht auch ein Online-Arbeitsblatt mit aktiven Links auf die Filme zur Verfügung. Filmsequenzen Die folgenden Abbildungen zeigen jeweils ein Einzelbild der Simulationsflüge mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Kamera durch das stilisierte Brandenburger Tor. Zu jeder Geschwindigkeit steht ein komprimierter MPEG-Film zur Verfügung. Auf Details zu den Filmen werden wir zu einem späteren Zeitpunkt eingehen (siehe Modul 6.4 Analyse der Bildgröße eines schnell bewegten Objektes ). Bei der Besprechung der Hausaufgabe wird unter anderem folgender Problemfragenkomplex entwickelt: Problemfrage 1.1 Warum sehen schnell bewegte Körper so aus wie in den Computersimulationen? Problemfrage 1.2 Welche Aussagen macht die Newtonsche Mechanik zu diesem Problem? Dieses Modul behandelt Standardstoff des Physikunterrichts. In der Diskussion der virtuellen Realitäten werden Szenen aus dem Alltag angesprochen, die physikalisch eine verwandte Problemstellung enthalten, wie zum Beispiel Koffer auf einem Rollband oder das Ablesen einer Hinweistafel von einem sich bewegenden Laufband aus, zum Beispiel im Flughafen. Zwischen bewegtem Objekt und bewegtem Beobachter (fliegender Kamera) wird differenziert. Ausgehend von der Fragestellung des Einstiegs (siehe Modul 1. Einstieg in das Thema ) wird folgende Problemfrage entwickelt: Wie kann die Bewegung beziehungsweise die Bahn eines sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegenden Objektes bezüglich eines Koordinatensystems beschrieben werden? Als Lernvoraussetzung ist der Begriff des Inertialsystems notwendig. Ebenso das Relativitätsprinzip Galileis: Alle Inertialsysteme sind (bezüglich der Gesetze der Mechanik) gleichwertig. Als Zusatz kann Newtons Relativitätsprinzip angesprochen werden: "The motion of bodies included in a given space are the same among themselves, whether that space is at rest or moves uniformly forward in a straight line." Der Begriff der Gleichwertigkeit kann, je nach Vertiefungsabsicht, verschieden gefasst werden. Von Gleichwertigkeit sprechen wir, wenn grundlegende physikalische Gesetze in allen Inertialsystemen gleichermaßen gelten oder später formal mathematisch vertieft: Gesetze unter den Transformationen sind, die von einem Inertialsystem zu einem anderen Inertialsystem führen. Im Hinblick auf die spätere Ableitung der Lorentztransformation wird ein Ereignis in zwei Inertialsystemen beschrieben und die Galileitransformation als vermittelnde Abbildung eingeführt (Abb. 8, Platzhalter bitte anklicken). Die Grafik zeigt zwei Inertialsysteme S und S', die gegeneinander mit der Geschwindigkeit V bewegt sind. Der Punkt P = P(x, y, z) = P(x', y', z') bezeichnet ein Ereignis zur Zeit t . Mit x, y, z, t werde ein Ereignis im Inertialsystem S charakterisiert; das gleiche Ereignis werde in einem anderen Inertialsystem S' durch die Koordinaten x', y', z', t' beschrieben. V beschreibt die Relativgeschwindigkeit zwischen S und S'. In diesem Fall bewegt sich das System S' mit der Geschwindigkeit bezüglich System S in die positive Richtung der gemeinsamen x -Achsen. Keine Mathematisierung der Sachverhalte In diesem Abschnitt sollen die Schülerinnen und Schüler einen ersten Einblick in Laufzeiteffekte bei Beobachtungen von schnell bewegten Objekten erhalten. Da noch keine relativistischen Werkzeuge zur Verfügung stehen, wird rein klassisch argumentiert. Auf eine Mathematisierung der Sachverhalte wird in diesem Stadium weitgehend verzichtet. Die Arbeit mit den interaktiven Materialien (Online-Arbeitsblätter, Java-Applets) ermöglicht den Schülerinnen und Schülern eigene Beobachtungen. Verzicht auf Visualisierung inkorrekter klassischer Effekte Sowohl die in Modul 1. Einstieg in das Thema verwendeten Computerfilme als auch die für diesen Abschnitt empfohlenen Java-Applets zeigen die relativistische (zumindest geometrische) Realität. Es wird bewusst davon Abstand genommen, die Effekte der Newtonschen Mechanik bei hohen Geschwindigkeiten zu visualisieren, obwohl auch dazu Java-Applets existieren. Dies hat mehrere Gründe: Sowohl Retardierung als auch Aberration (Erläuterung der Begriffe siehe weiter unten) treten im klassischen und im relativistischen Fall auf, wenn auch mit unterschiedlicher Intensität. Bei einer Konstellation von ruhendem Objekt und nahezu darauf zu fliegender Kamera sind klassische und relativistische Laufzeiteffekte bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit aufgrund der perspektivischen Darstellung trotz Lorentzkontraktion kaum zu unterscheiden, wenn man von der Bildgröße bei gleicher Kameraposition absieht. Die Größe des Bildes ist nicht nur abhängig vom momentanen Standort der Kamera, sondern auch von deren Geschwindigkeit und damit von der Lorentzkontraktion der Bildweite. Die Untersuchung der letzteren wird Gegenstand von Modul 6.4 Analyse der Bildgröße eines schnell bewegten Objektes sein. Im relativistischen Fall sind die Beobachtungen für die Konstellationen "bewegte Kamera und ruhendes Objekt" sowie "ruhende Kamera und bewegtes Objekt" identisch. Insbesondere wenn die Unterrichtseinheit auf Level 1 absolviert werden soll, schaffen zusätzliche klassische Varianten virtueller Realitäten (un-)vermeidbare Verwirrung, da dann auch andere Anflug- beziehungsweise Vorbeiflugwinkel notwendig werden. Dies geht zu Lasten eines zügigen Fortschritts in Richtung der Ableitung der speziellen Lorentztransformation (Modul 5. Ableitung der speziellen Lorentztransformation ). Die einzelnen Untermodule des Moduls 3 "Messen versus Beobachten" behandeln die folgenden Themen: Grundlagen zu Messen und Beobachten, Zentralperspektive, klassische Retardierung Frontaler Anflug auf ein Objekt, klassische Retardierung Seitlicher Vorbeiflug an einem Objekt, Aberration Für den hier präsentierten schnellen Weg zur algebraischen Herleitung der Lorentztransformation ist es nicht notwendig, zuvor einen Überblick über Längen- und Zeitmessverfahren zu geben. Allerdings ist zu empfehlen, diese Problematik später bei der Diskussion der Längenkontraktion aufzugreifen (im Anschluss an Modul 6.3 Längenkontraktion ). Eine Diskussion von Retardierungseffekten, das heißt Effekten, die auf der endlichen Laufzeit des Lichtes beruhen, ist allerdings unumgänglich, da diese infolge der Kameraposition beim Durchflug des Brandenburger Tores den Hauptbeitrag zu den beobachtbaren Formänderungen leisten. Retardierungseffekte treten immer auf, sowohl bei klassischer als auch bei relativistischer Betrachtung. Im klassischen Fall ist ihre Ausprägung davon abhängig, ob sich die Kamera oder das Objekt bewegt. Im relativistischen Fall gilt dies nicht, da die Form der Lorentztransformation genau dies als Folge von Einsteins zweitem Postulat (Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, siehe auch Modul 4. Einsteins Traum - Kontext zu Einsteins zweitem Postulat ) "verhindert". Ausgehend von den virtuellen Realitäten des Einstiegs (siehe Modul 1. Einstieg in das Thema ) wird die scheinbare Formänderung des Brandenburger Tores als Funktion der Fluggeschwindigkeit und der Position der Kamera ins Bewusstsein gehoben. Daraus ergibt sich unter anderem die Frage nach der genauen Form und Größe des ruhenden Tores. Nach deren mehr oder weniger intensiven Behandlung - je nach angestrebtem Level - wird die Beobachtung eines den Gesetzen der klassischen Mechanik unterworfenen bewegten Objektes in das Zentrum des Interesses gerückt. Problemfrage 3.1.1 Welche Informationen können über die exakte Geometrie des Tores und der Kamera aus der perspektivischen Ansicht gewonnen werden, wenn die Kamera ruht oder sich mit geringer Geschwindigkeit ( V = 0,01 c ) bewegt? Problemfrage 3.1.2 Wie sieht ein Beobachter beziehungsweise eine Kamera ein fernes und relativ einfach geformtes Objekt, wie zum Beispiel einen Würfel? Messen und Beobachten Als Lernvoraussetzung ist die Kenntnis des Messvorganges als Vergleich mit einem Eichnormal notwendig. Es wird geklärt, dass Messen und Beobachten unterschiedlich sind: Von (Ab-)Messen sprechen wir, wenn die Koordinaten der Randpunkte eines Objektes, also im Prinzip dessen Umriss, gleichzeitig bestimmt werden. Von Beobachten sprechen wir, wenn wir ein Abbild eines Objektes betrachten, wie zum Beispiel ein Netzhautbild oder einen Kamerafilm. Dabei werden die Bildpunkte von Lichtstrahlen erzeugt, die gleichzeitig auf der Netzhaut oder dem Film eintreffen. Lösung von Problemfrage 3.1.1 Es wird mitgeteilt, dass die Tordurchflüge im Prinzip mit einer Lochkamera aufgenommen worden sind. Die Abbildungsgesetze der Lochkamera werden von den Schülerinnen und Schülern selbstständig memoriert und zur Ausmessung einiger Bilder in dem folgenden Online-Arbeitsblatt benutzt: Online-Arbeitsblatt Die Schülerinnen und Schüler werten Bilder der Simulationsflüge durch das Brandenburger Tor mit einem interaktivem Messtool aus. Das Messtool funktioniert nicht im Internetexplorer, bitte verwenden Sie einen anderen Browser (Firefox, Netscape, Mozilla, Konqueror, Opera, Safari). Lösung von Problemfrage 3.1.2 Aus den Überlegungen zum Problemkreis Messen wird gefolgert: Es gibt zwei Arten, die Position eines Objektes zu beschreiben. Die momentane Position der Oberfläche eines Objektes zum Zeitpunkt t sowie die retardierte Position, bei der die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes vom Objekt zum Beobachter mit zu berücksichtigen ist. Anschließend wird ein Würfel betrachtet, der mit der Geschwindigkeit V an einer Kamera vorbei fliegt, wobei eine Momentaufnahme gemacht werden soll. Dabei werden alle Lichtstrahlen erfasst, die gleichzeitig bei der Kamera eintreffen. Die dabei angestellten Betrachtungen sind auf dem Informationsblatt (lorentz_modul_3_1_info.pdf) zusammengefasst. Dieses Beispiel kann vertieft werden. Im klassischen Fall besitzt das Licht die Geschwindigkeit c nur im stationären Bezugssystem des Beobachters. Aufgrund des Galileischen Relativitätsprinzips besitzt von einem Objekt ausgehendes Licht unterschiedliche Geschwindigkeiten, zum Beispiel c + V in Bewegungsrichtung und c - V in der entgegen gesetzten Richtung. Das hier vorgestellte Beispiel sollte nach Einführung der Lorentzkontraktion unter relativistischen Gesichtspunkten erneut aufgegriffen werden (frühestens im Anschluss an Modul 6.3 Längenkontraktion ). Der Trick der unendlich weit entfernten Kamera in Modul 3.1 Grundlagen, Zentralperspektive, klassische Retardierung hat Wesentliches verborgen beziehungsweise nicht geklärt. Die dem Beobachter beim Vorbeiflug zugewandte Seite des Würfels ist unverzerrt als ebene Fläche abgebildet worden. Dies ist bei endlichem Kameraabstand falsch, da streng genommen alle Punkte des Objektes unterschiedlich weit von der Blende der Kamera entfernt sind. Die unten verlinkten Applets rechnen relativistisch. Bei einem Anflug auf ein Objekt sind klassische und relativistische Rechnung aufgrund der Perspektive kaum zu unterscheiden. Der relativistische Fall ist bezüglich der Konstellationen "bewegte Kamera und ruhendes Objekt" sowie "ruhende Kamera und bewegtes Objekt" nicht unterscheidbar, das heißt ein Applet beschreibt beide Fälle, da kein gekachelter Boden als Referenz vorhanden ist. Die im Einstieg beobachtete Wölbung horizontaler und vertikaler Kanten beziehungsweise die Verbiegung von Flächen ist ein Rätsel geblieben. Um das Problem zu akzentuieren, können statt des Brandenburger Tores Java-Applets von einfachen Drahtgittermodellen betrachtet werden. Ein Anflug mit hoher Geschwindigkeit auf ein Quadrat stellt nochmals die Frage nach der Erklärung der Randwölbungen in den Raum. Es wird vorgeschlagen den Effekt der endlichen Lichtlaufzeit nur bei einem Stab zu besprechen, der sich gemäß der klassischen Mechanik mit seiner Breitseite auf eine Kamera zu bewegt, die sich mittig vor ihm befindet. Es genügt, die Diskussion auf die Stabenden zu beschränken. Von jedem Punkt der sichtbaren Stabseite fällt ein Lichtstrahl in die Kamera. Licht von der Stabmitte muss den kürzesten Weg und von den Stabenden den längsten Weg zurücklegen. Aufgrund der endlichen Lichtgeschwindigkeit, im klassischen Fall V + c (beziehungsweise im relativistischen Fall c ), muss Licht, das zum gleichen Zeitpunkt bei der Kamera eintrifft, zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgesandt worden sein, wenn sein Weg unterschiedlich lang ist. Die Überlegung verläuft völlig analog zu den Überlegungen des Beispiels in Modul 3.1 Grundlagen, Zentralperspektive, klassische Retardierung , wo der Effekt der klassischen Retardierung bei einem vorbei fliegenden Würfel betrachtet worden ist. Punkte mit zunehmendem Abstand von der Stabmitte werden dem Betrachter daher weiter entfernt erscheinen, was insgesamt den Eindruck einer Stabwölbung erzeugt. Damit ist auch geklärt, weshalb die Stärke der Wölbung geschwindigkeits- und abstandsabhängig sein muss. Drahtrahmen Java-Applet zum frontalen Anflug auf einen quadratischen Rahmen (relativistisch). Zwei Linien Java-Applet zum frontalen Anflug auf zwei horizontale Linien (relativistisch). Gitter aus 9 Punkten Java-Applet zum frontalen Anflug auf ein Gitter aus neun Punkten (relativistisch). Die Rückseite des Brandenburger Tores ist grün eingefärbt. Obwohl die fliegende Kamera einen Öffnungswinkel von 60 Grad in horizontaler Richtung und 51,33 Grad in vertikaler Richtung besitzt, wird die grüne Rückseite der Pfeiler beim Durchflug mit hohen Geschwindigkeiten sichtbar (Abb. 9, Platzhalter bitte anklicken). Um den Einfluss von Retardierung und Aberration zu verdeutlichen, können Java-Applets mit Drahtgittermodellen eingesetzt werden. Unter Aberration versteht man den Effekt, dass zwei unterschiedlich schnell bewegte Beobachter ein und dasselbe Objekt nicht an seinem realen Ort wahrnehmen, sondern an zwei verschiedenen scheinbaren Orten, deren Lage von der jeweiligen Geschwindigkeit des Beobachters abhängt. Aberration tritt sowohl bei klassischer als auch relativistischer Rechnung auf. Ein Analogmodell dafür stellt zum Beispiel "Schnürlregen" dar. Wenn man im Regen steht, kommen die Tropfen bei Windstille genau senkrecht von oben. Fährt man jedoch mit dem Fahrrad im Regen, so scheinen die Tropfen von schräg vorne zu kommen, wobei der Winkel von der eigenen Geschwindigkeit abhängt. Erklärbar ist der Effekt dadurch, dass ein Objekt einer vorbei fliegenden Kamera Lichtstrahlen hinterher sendet, die die Flugbahn der Kamera kurz vor deren Blende schneiden und dann auf dem sich nähernden Kamerafilm auftreffen. Die Formel für den Aberrationswinkel wird hier weder angesprochen noch abgeleitet. Weitere allgemeine Informationen zum Thema Aberration finden Sie hier: Die bereits im Einstieg (Modul 1. Einstieg in das Thema ) beobachtete Sichtbarkeit der grünen Rückseite des Brandenburger Tores ist bisher nicht geklärt. Um das Problem zu vereinfachen, können statt des Tores einfache Drahtgittermodelle betrachtet werden. Die Visualisierung geschieht wiederum mithilfe von Java-Applets. Ein Anflug mit hoher Geschwindigkeit auf ein Quadrat stellt nochmals die Frage nach der Sichtbarkeit der Rückseite eines Objektes in den Raum. Die folgenden Java-Applets verdeutlichen sowohl die bereits bekannte Retardierung als auch die Aberration. Letztere wird aus Gründen der Elementarisierung im klassischen Fall nur im Ruhesystem des Drahtrahmens qualitativ erklärt. Eine Lochkamera bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit. Bestimmte Lichtstrahlen, die von der Rückseite des Drahtrahmens in Richtung der wegfliegenden Kamera ausgesandt werden und die Flugbahn vor der Kamera schneiden, werden durch die bewegte Blende dringen und dann vom Film "eingefangen". Eine Herleitung der Aberrationsformel erfordert eine genaue Berechnung des Auftreffpunktes des Lichtstrahls auf der Bildebene und kann in Level 3 frühestens im Anschluss an Modul 6.4 Analyse der Bildgröße eines schnell bewegten Objektes in Angriff genommen werden. Drahtrahmen Java-Applet zum seitlichen Vorbeiflug an einem Quadrat (relativistisch). Zwei Drahtrahmen Java-Applet zum seitlichen Vorbeiflug an zwei Quadraten (relativistisch). Es ist üblich, der Begründung von Einsteins zweitem Postulat zur Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im Unterricht einen Abschnitt über die verschiedenen historischen Methoden zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit voranzustellen (siehe Links und Literatur ), woraus das Postulat als Konsequenz von Messungen gefolgert wird. Diese saubere physikalische Fundierung ist allerdings an dieser Stelle der Unterrichtseinheit nicht zwingend notwendig, weshalb eine Alternative vorgeschlagen wird. Einstein schreibt selbst in seiner Biografie (Albert Einstein, Autobiographisches, 1946): "Nach zehn Jahren Nachdenkens fand ich ein Prinzip, auf das ich schon mit 16 Jahren gestoßen bin. Wenn ich einem Lichtstrahl mit Lichtgeschwindigkeit nacheile, so sollte ich diesen Lichtstrahl als ruhend wahrnehmen. So etwas scheint es aber nicht zu geben. Intuitiv klar schien es mir von vornherein, dass sich für einen solchen Beobachter alles nach denselben Gesetzen abspielen müsse wie für einen relativ zur Erde ruhenden Beobachter." Diese ursprünglich intuitive Erkenntnis war offensichtlich mit ein Anstoß zu Einsteins Postulat zur Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Wir werden sie in verfremdeter Form als Kontext zur Motivation des zweiten Postulats einsetzen (siehe unten). Die Originalformulierung der Einsteinschen Postulate, entnommen aus seiner Publikation von 1905, lautet: P1' Die Gesetze, nach denen sich die Zustände der physikalischen Systeme ändern, sind unabhängig davon, auf welches von zwei relativ zueinander in gleichförmiger Translationsbewegung befindlichen Koordinatensystemen diese Zustandsänderungen bezogen werden. P2' Jeder Lichtstrahl bewegt sich im "ruhenden" Koordinatensystem mit der bestimmten Geschwindigkeit c , unabhängig davon, ob dieser Lichtstrahl von einem ruhenden oder bewegten Körper emittiert ist. Verständnis der Galileitransformation Kenntnis des Galileischen Relativitätsprinzips Wissen, dass Messungen einen konstanten Wert für die Geschwindigkeit des Lichtes liefern. Es wird ein Gedankenexperiment ("Einsteins Traum") vorgestellt, das anregen soll, die Konsequenzen der Galileitransformation zu durchdenken. Das Gedankenexperiment liefert den Anstoß zur Problemfrage in Modul 5. Ableitung der speziellen Lorentztransformation , da die Galileitransformation dem experimentellen Resultat der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit widerspricht. Einsteins Traum "Einstein sieht sich im Traum auf einem Lichtstrahl durch die Galaxis reiten. In der Hand hat er eine wundersame Lichtquelle, heller als tausend Sonnen, mit der er Lichtpulse aussenden kann. Als er einen langen Lichtpuls in Flugrichtung schickt, materialisiert sich auf diesem zweiten Strahl ein Spiegelbild von ihm selbst, Zweistein. Mit wehenden Haaren und Lichtquelle unter dem Arm, mit der Zweistein die Sterne anblinkt. Auch Zweistein blinkt irgendwann in Flugrichtung. Dreistein erscheint auf diesem Strahl ... " Die Schülerinnen und Schüler sollen überlegen, wie schnell das Licht aus der Lichtquelle von N-Stein ist. Modifizierung der Postulate für den Unterricht Für die Einsteinschen Postulate wird eine gegenüber der Originalformulierung modifizierte Form empfohlen. Sie werden als Lösung der Diskrepanz zwischen Messung und Konsequenzen der Galileitransformation betrachtet: P1 Alle Inertialsysteme sind bezüglich aller Gesetze der Physik gleichberechtigt. P2 Die Lichtgeschwindigkeit im leeren Raum hat immer und überall den konstanten Wert c . In der Speziellen Relativitätstheorie werden Beobachtungen untersucht, die von zwei verschiedenen Beobachtern gemacht werden, die bezüglich zueinander eine konstante Geschwindigkeit besitzen. Die einzig verwendbaren Bezugssysteme sind daher Inertialsysteme. In der Allgemeinen Relativitätstheorie spielen hingegen beschleunigte Bezugssysteme eine wichtige Rolle, da ihr Ziel die Verallgemeinerung der Newtonschen Gravitationstheorie ist. Die Raumzeit der klassischen Mechanik Newtons trägt eine affine Struktur, da eine gleichförmige Bewegung in jedem Inertialsystem als Gerade beschrieben wird (Gültigkeit des Trägheitssatzes). Infolge des ersten Postulates von Einstein (P1') (siehe Modul 4. Einsteins Traum - Kontext zu Einsteins zweitem Postulat ) muss also auch die neue Transformation der Speziellen Relativitätstheorie, die Lorentztransformation, eine affine Transformation sein. Postulat (P1') bestimmt die Gestalt dieser Transformation zwischen Inertialsystemen bis auf eine universelle Konstante völlig. Durch Postulat (P2') wird diese Konstante eindeutig festgelegt. Im Unterricht beschränkt man sich auf Inertialsysteme, die sich nur durch eine Relativbewegung unterscheiden, wie sie bereits in Modul 2. Die spezielle Galileitransformation eingeführt worden ist. Die Transformation zwischen Ereignissen ist in diesem Fall linear in x und t beziehungsweise x' und t' , was zur speziellen Lorentztransformation führt. Kenntnis des experimentell ermittelten konstanten Wertes der Lichtgeschwindigkeit Kenntnis des Begriffs der linearen Bewegung Fähigkeit zur mathematischen Beschreibung der Bahnkurve linearer Bewegungen Kenntnis des ersten Newtonschen Axioms (Trägheitssatz) Einsicht, dass die Annahme der Gültigkeit der Galileitransformation den Betrag der Lichtgeschwindigkeit vom gewählten Inertialsystem abhängig macht. Wissen, dass das Postulat (P1) die Gültigkeit des Relativitätsprinzips Galileis auf alle Gesetze der Physik erweitert. Das Gedankenexperiment "Einsteins Traum" aus Modul 4. Einsteins Traum - Kontext zu Einsteins zweitem Postulat liefert den Anlass, die Galileitransformation als modifizierungsbedürftig einzustufen, da alle Messungen die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit bestätigen. Welche Form muss eine neue Transformation aufweisen? Man wird nur im oberen Leistungsbereich mit einem zweiparametrigen linearen Ansatz für die gesuchte Transformation starten und durch Widerspruchsbeweis zeigen, dass nur diese lineare Gestalt Postulat (P1) erfüllt und damit alle Transformationen von dieser Gestalt sein müssen. Wenn, wie es die Regel ist, die Zeit drängt, kann die Lehrkraft alternativ als Impuls die Frage nach der Transformation eines Ereignisses (x, t) durch folgenden Vorschlag initiieren: Diese Transformation muss eine gleichförmige Bewegung, wir wählen die einfachste Form, x = v t , in eine gleichförmige Bewegung überführen. Für zwei Zeitpunkte t 1 und t 2 gilt dann: Die Gleichförmigkeit ist für alle Zeiten t genau dann erhalten, wenn gilt. Damit ist ein korrekter Ansatz entwickelt. Ein Beispiel für eine Tafelanschrift zur Ableitung der Lorentztransformation liefert das folgende PDF. In den folgenden Ausführungen wird statt k das in der Literatur übliche gamma verwendet, was nur für einen höheren Leistungslevel zu empfehlen ist. Die Schülerinnen und Schüler sind mit den folgenden Inhalten vertraut: Ein Punktereignis wird im Bezugssystem S durch die Koordinaten (x, t) , genauer (x, y, z, t) , und im System S' durch die Koordinaten (x', t') , genauer (x', y', z', t') , beschrieben. Stimmen die Ursprünge der beiden Systeme S und S' zur Zeit t = t' = 0 überein, dann ist die Beziehung zwischen (x, t) und (x', t') durch die Lorentztransformation gegeben: wobei Welches Ergebnis liefert die Lorentztransformation bei Transformation eines (Punkt-)Ereignisses (x, t)? Es werden zwei verschiedene Punktereignisse betrachtet. Benötigt werden nur die Ergebnisse für Ereignis 1: Ereignis 2: Anschließend wird der räumliche und zeitliche Abstand der Ereignisse im System S' berechnet: Algebraisch ist damit auch die Relativität der Gleichzeitigkeit bewiesen: Für jeden Beobachter ist Gleichzeitigkeit eine Funktion des verwendeten Bezugssystems. Ein Verständnis für die Implikationen aus den Gleichungen (A1) und (A2) kann erst nach weiterer eingehender Diskussion erzielt werden. Dies soll in den beiden folgenden Modulen geschehen. Es wird der Spezialfall betrachtet, das heißt es werden zwei aufeinander folgende Ablesungen einer Uhr im System S mit den Ablesungen von zwei verschiedenen Uhren im System S' verglichen, weshalb das Problem der Synchronisation verschiedener Uhren angeschlossen werden sollte. Anmerkung zu Level 1 Hier wird analog zu Modul 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation der Spezialfall neu gerechnet. Anmerkung zu Level 2 und 3 Es werden die Ergebnisse des Moduls 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation spezialisiert. Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Lorentztransformation für die Messung von Zeitspannen? Eine Uhr ruhe im System S im Punkt Zwei verschiedene Ablesungen der Uhr definieren eine Zeitspanne und sollen als zwei Ereignisse angesehen werden: Ereignis 1: Ereignis 2: Die Zeitkoordinaten dieser Ereignisse für das System S', das relativ zu S die Geschwindigkeit V hat, sind im Prinzip bereits in Modul 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation bestimmt worden. Falls 6.1 nicht behandelt worden ist, rechnet man analog dazu neu. Es ergibt sich also: woraus folgt womit eine Verknüpfung der entsprechenden Zeitintervalle in S und S' gefunden ist. Das Ergebnis wird durch Zahlenbeispiele vertieft. Es wird der Spezialfall betrachtet, das heißt es werden die Koordinaten der Endpunkte eines Stabes in System S' zur Zeit gleichzeitig bestimmt. Anmerkung zu Level 1 Hier wird analog zu Modul 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation der Spezialfall neu gerechnet. Anmerkung zu Level 2 und 3 Es werden die Ergebnisse des Moduls 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation spezialisiert. Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Lorentztransformation für die Messung von Längen? Die gleichzeitige Messung zur Zeit der Endpunkte eines Stabes in S', wird durch die zwei Punktereignisse und beschrieben, das heißt es gilt in S' Das gesuchte Ergebnis ergibt sich sofort für aus den allgemeinen Abstandsgleichungen (siehe Gleichungen (A1) und (A2) in Modul 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation ): Falls Modul 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation nicht behandelt worden ist, rechnet man analog dazu neu. Angeschlossen werden sollte eine Diskussion der Messzeitpunkte in beiden Systemen, das heißt unter anderem, dass die Messung der Stabenden im System S nicht gleichzeitig stattfindet. Bisher sind bei den Auswertungen der virtuellen Realitäten aus Modul 1. Einstieg in das Thema (Flüge durch das Brandenburger Tor) wichtige Daten der Aufnahmen, wie Kameraposition und Bildgröße des Objektes, nicht bearbeitet worden. Ursache für unterschiedliche Bildgrößen bei gleicher Kameraposition und verschiedenen Anfluggeschwindigkeiten auf ein Objekt ist die Lorentzkontraktion der Bildweite. Dies bedeutet, dass die Projektionsebene näher an die Blende heran gerückt ist, was das Bild vergrößert. Im Lochkameramodell ist die Kamera lorentzkontrahiert. Die Schülerinnen und Schüler haben Modul 3.1 absolviert und kennen die Lorentzkontraktion (Modul 5. Ableitung der speziellen Lorentztransformation ). Es wird den Schülerinnen und Schülern die Kameraposition des jeweils ersten - und bei Bedarf auch letzten - Bildes der Computerfilme zum Durchflug des Brandenburger Tores mitgeteilt (Tab. 1). Die Beobachtung, dass die Startbilder in der Größe recht ähnlich sind, führt direkt zu der Problemfrage. Tab. 1: Infos zur Bildauswertung Geschwindigkeit Kameraposition Startbild in LE (Längeneinheiten) Kameraposition Endbild in LE (Längeneinheiten) 0,01 c 70 -2 0,50 c 46 -2 0,90 c 24 -7 0,95 c 16 -12 0,99 c 8 -28 Warum sind unterschiedliche Startpositionen gewählt worden beziehungsweise warum sind bei den verschiedenen Flügen die Bilder des Tores bei identischer Kameraposition unterschiedlich groß? Hinweise zum Einsatz der Materialien Falls eine genügend schnelle Internetanbindung und genügend Speicherplatz vorhanden sind, kann die Lehrkraft die Originaleinzelbilddateien der Filme im Schulnetz zur Auswertung speichern. Andernfalls wird auf die interaktiven Online-Materialien zurückgegriffen, die ausgewählte und skalierte Einzelbilder zur Ausmessung am Bildschirm bereitstellen. Schon ein rein optischer Vergleich dieser Bilder zeigt die mit wachsender Geschwindigkeit abnehmende Größe des Tores. In beiden Fällen werden die in Modul 3.1 Grundlagen, Zentralperspektive, klassische Retardierung beim Ausmessen von Bilddaten gewonnenen Erfahrungen genügen, um die Bildweite für einige Fälle zu berechnen. Ein Vergleich der erhaltenen Werte bestätigt die Lorentzkontraktion der Lochkamera (Bildweite). Online-Arbeitsblätter Die interaktiven Funktionen der Arbeitsblätter arbeiten nicht im Internetexplorer. Bitte verwenden Sie einen anderen Browser (Firefox, Netscape, Mozilla, Konqueror, Opera, Safari). Beachten Sie auch die Hinweise am Ende der Seiten zur Nutzung des Messtools. Brandenburger Tor 1 Kameraposition 8 LE (LE = Längeneinheiten) Brandenburger Tor 2 Kameraposition 16 LE Brandenburger Tor 3 Kameraposition 21,47 LE Die Schülerinnen und Schüler sollen ein Gefühl für das Wesen und die Eigenschaften der Zeit gewinnen, insbesondere die Begriffe Gleichzeitigkeit und Geschwindigkeit der Zeit näher kennen lernen. die Herkunft unseres natürlichen Zeitsystems (Jahr, Monat, Tag, Stunde, Minute) und den Begriff der Weltzeit verstehen. im Rahmen einer Gruppenarbeit zum Uhrenbau die Begriffe von Zeitmessung und Uhr durchleuchten und eigene weiterführende Ideen verwirklichen. mithilfe des Computers den Uhrenbau dokumentieren und den Mitschülerinnen und Mitschülern vorstellen (zum Beispiel mit einer PowerPoint-Präsentation). die Uhren testen und die Ergebnisse auswerten und beurteilen. einen kurzen Einblick in das Thema "Relativität der Zeit" erhalten, die mit einem Java-Applet veranschaulicht werden kann (Klasse 8). Thema Was ist Zeit? Wie messe ich sie? Autorinnen Ulrike Endesfelder, Kirsten Kalberla Fach Naturwissenschaften, Physik, Technik, Projektarbeit/Projekttag Zielgruppe Klasse 5-8 Zeitraum etwa 2 Doppelstunden Die Unterrichtseinheit zum Uhrenbau eignet sich für den Unterricht im Fach Naturwissenschaften oder Physik, aber zum Beispiel auch für Projekttage. Sie basiert auf einem Angebot der flowventure-Erlebnispädagogik. flowventure wurde im Rahmen der UN-Dekade "Bildung für nachhaltige Entwicklung" ausgezeichnet und bietet für Schulklassen kommerzielle Programme an (siehe Zusatzinformationen). Erste Doppelstunde Die Lernenden werden abwechslungsreich in die Thematik eingeführt und erstellen danach an Bastelstationen in Gruppenarbeit verschiedene Uhrenmodelle. Zweite Doppelstunde Nachdem jede Gruppe ihre Uhr vor der Klasse präsentiert hat, werden alle Uhren zeitgleich getestet. Die gesammelten Daten werden in Heimarbeit ausgewertet. Russell Standard Durch Raum und Zeit mit Onkel Albert: Eine Geschichte um Einstein und seine Theorie, Fischer Verlag (2005), ISBN-13: 978-3596800155 Urike Endesfelder ist Diplom Physikerin und Referentin bei flowventure-Erlebnispädagogik . Die Schülerinnen und Schüler sollen ohne experimentellen Beweis akzeptieren, dass die Lichtgeschwindigkeit für jeden Beobachter konstant ist (vor dieser Situation standen zunächst auch viele Naturwissenschaftler zur Zeit der Veröffentlichung der Relativitätstheorie). aus der vorgegebenen Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in Verbindung mit geometrischen Überlegungen eine Gleichung für die Zeitdilatation herleiten (kann auch durch die Lehrerin oder den Lehrer vorgegeben werden). durch Anwendung dieser Gleichung die Auswirkung der Zeitdilatation erkennen und feststellen, dass diese bei "normalen" Geschwindigkeiten äußerst gering ist. Thema Die Einsteinsche Zeitdilatation Autor Manfred Amann Fach Physik Zielgruppe ab Klasse 10 Zeitraum 1-2 Stunden Technische Voraussetzungen Computer in ausreichender Anzahl (Einzel- oder Partnerarbeit), Internetanschluss, Java Runtime Environment , aktiviertes JavaSkript Gerald Kahan Einsteins Relativitätstheorie zum leichten Verständnis für jedermann 2004 Dumont-Verlag (Nachdruck) ISBN 3-8321-1852-7 Kahans Buch ist besser als so manche aktuelle Einsteinjahr-Literatur und sehr gut für interessierte Schülerinnen und Schüler mit mathematischen und physikalischen Grundkenntnissen geeignet. Nigel Calder Einsteins Universum 1980 Umschau-Verlag, Lizenzausgabe Deutscher Bücherbund Auch dieses Buch stellt in seinen Veranschaulichungen nach meinem Empfinden einen Großteil der aktuellen Einsteinliteratur in den Schatten, ist aber leider nur noch antiquarisch erhältlich, zum Beipsiel über amazon.de. Die Grundzüge der Speziellen Relativitätstheorie (SRT) basieren auf einer einfachen Formel. Nein, nicht E = mc², sondern v = s/t. Ausgehend von zwei einfachen Annahmen lieferten revolutionäre Gedankenexperimente über die Laufzeit von Licht, gemessen von zueinander bewegten Beobachtern, verblüffende neue Erkenntnisse über Raum und Zeit. Und mithilfe des guten alten Pythagoras (Link zur Lernumgebung "Die Satzgruppe des Pythagoras" des Autors bei Geogebra.org) sind auch die zugehörigen Formeln für die Zeitdilatation und die Längenkontraktion schnell hergeleitet. In der Lernumgebung zur Kinematik der Speziellen Relativitätstheorie können Lehrende und Schülerinnen und Schüler mithilfe der Maus am Monitor Darstellungen und Konstellationen kontinuierlich verändern. Bestimmte Fragestellungen lassen sich so dynamisch verfolgen und überprüfen. Dies ermöglicht einen aktiv-entdeckenden Zugang zu den physikalischen Sachverhalten. So wird die Relativität der Gleichzeitigkeit am Beispiel der Beobachtung eines Lichtblitzes erkundet, der in der Mitte einer fliegenden Rakete gezündet wird. Die Geschwindigkeit des Raumschiffs können die Lernenden dabei variieren. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Bedeutung der Postulate der Speziellen Relativitätstheorie verstehen. die Notwendigkeit einer präzisen Definition von Ort und Zeit eines Ereignisses einsehen. die Relativität der Gleichzeitigkeit als zwingende Konsequenz der Postulate erkennen. die Formel für die Zeitdilatation herleiten und anwenden können. die Formel für die Längenkontraktion herleiten und anwenden können. die Zitate aus Originalarbeiten richtig deuten und dem Gelernten zuordnen können. Thema Kinematik der Speziellen Relativitätstheorie Autor Claus Wolfseher Fach Physik Zielgruppe Oberstufe Zeitraum mindestens 5 Unterrichtsstunden oder freie Zeiteinteilung bei selbstständiger Bearbeitung außerhalb des Unterrichts Technische Voraussetzungen Internetbrowser mit aktiviertem JavaScript, Java Runtime (JRE Version 1.4 oder höher, kostenfrei) Kinematik der SRT - prägnant und kompakt Weder für die Lehrkraft noch für die interessierten Schülerinnen und Schüler ist es befriedigend, wenn Formeln vom Himmel fallen, insbesondere wenn es um die populäre Relativitätstheorie geht. Andererseits sehen zeitlich knapp kalkulierte Lehrpläne meist nur eine Mitteilung oder einen Hinweis auf die Gleichungen der Zeitdilatation oder der Längenkontraktion vor. Intention der hier vorgestellten interaktiven Lerneinheit ist es daher, die Kinematik der Speziellen Relativitätstheorie möglichst prägnant und kompakt zu erläutern, ohne auf die Herleitung der zugehörigen Formeln zu verzichten. Die Schülerinnen und Schüler erfahren dabei auch, dass mathematische Grundkenntnisse fundamental, ja hier sogar ausreichend sind, um zu neuen Erkenntnissen zu gelangen. Die erarbeiteten Formeln sollten in Anwendungsaufgaben (beispielsweise Durchqueren der Atmosphäre von Myonen oder Reise zu ?-Centauri) gefestigt werden. In der Unterrichtspraxis führte die Lerneinheit stets automatisch zu Diskussionen, die auf das Zwillingsparadoxon, das Hafele-Keating-Experiment und die Kausalitätsproblematik abzielten und von der Lehrkraft aufgenommen werden konnten. Anknüpfungspunkt für die Dynamik der SRT Auf diese Weise erhalten die Lernenden trotz der Einschränkungen des alltäglichen Unterrichtbetriebs einen über bloße Mitteilungen hinausgehenden Einblick in die SRT, der als Basis für weiterführende, eigenständige Forschungen und als Anknüpfungspunkt für die Dynamik der SRT dienen kann. Einsatzmöglichkeiten und Aufbau der Materialien Die Konzeption der Texte, Zusatzinformationen, Lösungen und die Interaktivität der Lernumgebung werden hier skizziert. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Axiome der Speziellen Relativitätstheorie kennen. die Galilei-Transformation rechnerisch und grafisch anwenden und interpretieren können. Raum-Zeit-Diagramme konstruieren und interpretieren können. die Lorentz-Transformation rechnerisch und grafisch anwenden und interpretieren können. die wichtigsten Phänomene der SRT wie Längenkontraktion und Zeitdilatation angeben und interpretieren können. Geschwindigkeiten relativistisch addieren können. die relativistische Massenzunahme wiedergeben und in Beispielen anwenden können. die Beziehung von Masse und Energie in Einsteins berühmter Äquivalenzformel deuten und die Abhängigkeit der Gesamtenergie und der kinetischen Energie von der Geschwindigkeit beschreiben können. die Äquivalenz von Masse und Energie und die Möglichkeiten der Anwendung verstehen. Thema Online-Kurs "Spezielle Relativitätstheorie" mit GeoGebra Autor Andreas Lindner Fach Physik Zielgruppe Jahrgangsstufe 12 Zeitraum 4-6 Stunden (bei Vertiefung entsprechend mehr) Technische Voraussetzungen Internetbrowser, Java Runtime (JRE Version 1.4 oder höher, kostenfrei); die Mathematiksoftware GeoGebra ist zum Betrachten der Arbeitsblätter nicht Voraussetzung, kann aber zum Erstellen eigener Konstruktionen kostenfrei aus dem Internet heruntergeladen werden. Der Onlinekurs besteht (zurzeit) aus 25 HTML-Seiten mit 13 interaktiven GeoGebra-Applets. Eine ausführliche Besprechung der Kursinhalte würde den hier gegebenen Rahmen sprengen. Aus diesem Grund beschränken wir uns auf allgemeine Hinweise zum Einsatz der Materialien. Generell eignet sich der Online-Kurs zum Einzelstudium, als Ergänzung des traditionellen Unterrichts oder als zusammenfassende Wiederholung des Unterrichtsthemas. Abhängig von dem zur Verfügung stehenden Zeitrahmen bewährt sich neben der Nutzung der Applets ein händisches Rechnen von Aufgabenstellungen, zum Beispiel im Bereich der Längenkontraktion oder der Zeitdilatation. Anschließend können die Ergebnisse mit den interaktiven Arbeitsblättern des Online-Kurses verglichen werden, um die Einsicht zu vertiefen. Auch bei einer intensiveren Auseinandersetzung mit den Minkowski-Diagrammen sollte ein händisches Konstruieren oder ein Konstruieren am Computer durch die Schülerinnen und Schüler angestrebt werden. Gestaltung, Nutzung und Inhalte des SRT-Kurses Hier finden Sie Hinweise zur formalen Aufbereitung der GeoGebra-Applets, zur Nutzung des Online-Kurses sowie eine Übersicht der einzelnen Kapitel und Unterkapitel. Fast alle Zugänge zur Lorentztransformation im Unterricht arbeiten mit einem exzessiven Vorlauf an geometrischen Betrachtungen von Minkowskidiagrammen. Dieser Beitrag stellt eine bedenkenswerte Alternative vor. Computergenerierte Bildsequenzen und Filme, die relativistische Effekte simulieren, bieten in Verbindung mit Java-Applets und interaktiven JavaScript-Messtools faszinierende Möglichkeiten, um nicht nur Interesse für dieses Teilgebiet der modernen Physik zu wecken, sondern auch Kernaussagen der Speziellen Relativitätstheorie anschaulich zu vermitteln. Die naive Annahme, dass bei hohen Geschwindigkeiten alle Körper nur lorentzkontrahiert erscheinen, wird durch einen simulierten Flug durch ein fiktives Brandenburger Tor widerlegt. Ein Klick auf die Grafik mit der gewohnten Ansicht des Gebäudes (oben links) zeigt weitere geometrische Effekte, die durch Retardierung und Lichtaberration zustande kommen. Schülernahe Erklärungen sind möglich. Der modulare Aufbau der Unterrichtseinheit, die in drei verschiedenen Level durchgeführt werden kann, bietet interessante methodische Differenzierungsmöglichkeiten. Eine kurze Übersicht liefert dieses Die Lorentztransformation - Fundament der SRT . Die Autorin dankt Prof. Dr. Hanns Ruder von der Theoretischen Astrophysik der Universität Tübingen und seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, insbesondere Frau PD Dr. Ute Kraus und Herrn Thomas Müller, die die Originaldateien der Simulationsfilme für diese Unterrichtseinheit zur Verfügung gestellt zu haben. Da die Unterrichtseinheit inhaltlich einen weiten Bogen spannt, von der Galileitransformation über die Ableitung der Lorentztransformation bis hin zu Zeitdilatation und Längenkontraktion, beschränkt sich die folgende Liste auf Groblernziele, die jedoch levelabhängig (schnell, genauer, exakt) mit unterschiedlichen Feinlernzielen zu belegen und daher in unterschiedlicher Intensität zu realisieren sind. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Galileitransformation verstehen. das Relativitätsprinzip der klassischen Mechanik kennen (Galileisches Relativitätsprinzip). erkennen, dass die Galileitransformation modifizierungsbedürftig ist. in der Lage sein, die Position eines ruhenden Objektes aus ausgewähltem Datenmaterial zu bestimmen (Computersimulation: Virtuelle Realität des Durchfluges durch ein Tor mit nichtrelativistischer Geschwindigkeit; siehe Modul 3.1 Grundlagen, Zentralperspektive, klassische Retardierung ). Einblick in Retardierungseffekte gewinnen (Level 1: Modul 3.1 Grundlagen, Zentralperspektive, klassische Retardierung , Level 2 und 3: Module 3.1 Grundlagen, Zentralperspektive, klassische Retardierung und 3.2 Frontaler Anflug auf ein Objekt, klassische Retardierung ). Einblick in den Effekt der Lichtaberration erhalten (nur Level 3: Modul 3.3 Seitlicher Vorbeiflug an einem Objekt, Aberration ). wissen, das Einsteins erstes Postulat eine lineare Gestalt der speziellen Lorentztransformation (bezüglich x und t ) erzwingt (siehe Modul 5. Ableitung der speziellen Lorentztransformation ). erkennen, wie die Postulate Einsteins in die Herleitung der speziellen Lorentztransformation eingehen (siehe Modul 5. Ableitung der speziellen Lorentztransformation ). eine elementarisierte Ableitung der Lorentztransformation kennen (siehe Modul 5. Ableitung der speziellen Lorentztransformation ). die Begriffe Punktereignis, Abstand und Gleichzeitigkeit verstehen (nur Level 2 und 3: Module 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation , 6.2 Zeitdilatation und 6.3 Längenkontraktion ). den Begriff des Raum-Zeit-Kontinuums verstehen (erkennen, das räumliche und zeitliche Abstände nicht als voneinander unabhängig angesehen werden können; Level 1: Module 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation und 6.2 Zeitdilatation , Level 2 und 3: Module 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation , 6.2 Zeitdilatation und 6.3 Längenkontraktion ). die Begriffe Längenkontraktion und Zeitdilatation kennen und die Fähigkeit erlangen, die entsprechenden mathematischen Relationen aus der speziellen Lorentztransformation herzuleiten (Level 1: Module 6.2 Zeitdilatation und 6.3 Längenkontraktion , Level 2 und 3: Module 6.1 Punktereignisse und ihre Transformation , 6.2 Zeitdilatation und 6.3 Längenkontraktion ). in der Lage sein, die Lorentzkontraktion einer schnell bewegten Kamera aus ausgewähltem Datenmaterial zu bestimmen (Computersimulation: Virtuelle Realität des Durchflugs durch ein Tor mit relativistischen Geschwindigkeiten; nur Level 3, Modul 6.4 Analyse der Bildgröße eines schnell bewegten Objektes ). Thema Die Lorentztransformation - Fundament der Speziellen Relativitätstheorie Autorin Dr. Sigrid M. Weber Fach Physik Zielgruppe Sek II Zeitraum variabel, je nach Vertiefung und medientechnischen Vorkenntnissen der Schülerinnen und Schüler; als Anhaltspunkt für Level 1: mindestens 6 Stunden plus Hausaufgabenphase (zur Bearbeitung der Aufgaben in Modul 1. Einstieg in das Thema und 3.1 Grundlagen, Zentralperspektive, klassische Retardierung ) Technische Voraussetzungen Computer in ausreichender Anzahl für Einzel oder Partnerarbeit, ggf. Beamer, Browser mit Java -Plugin und Plugin zum Abspielen von MP4-Filmen ( QuickTime Player ) sowie aktiviertem JavaSkript. Alternativ zu den Plugins: Plattformabhängige Applikationen zum Ausführen von Java-Applets (Java Engine mit Appletviewer) und zum Abspielen von MP4-Filmen ( QuickTime Player ). Unterrichtsplanung Das Die Lorentztransformation - Fundament der SRT verschafft Ihnen einen Überblick über die möglichen unterschiedlichen Anforderungsniveaus der Unterrichtseinheit, das sind die Level "schnell", "genauer", "exakt", sowie die in den jeweiligen Modulen eingesetzten digitalen Medien. Die Schülerinnen und Schüler sollen das Computeralgebrasystem Derive als universelles mathematisches Werkzeug kennen lernen. mit Derive eine Anleitung für die Erzeugung von Minkowski-Diagrammen entwickeln. Aufgaben aus der Relativitätstheorie sowohl grafisch als auch rechnerisch mit Derive lösen können. die Bedeutung von Minkowski-Diagrammen erkennen. erkennen, dass die Erhaltungssätze der Mechanik in der Relativitätstheorie eine neue Bedeutung bekommen. Thema Minkowski-Diagramme mit Derive Autor Rainer Wonisch Fach Physik Zielgruppe Jahrgangstufe 12 oder 13, Grund- oder Leistungskurs Zeitraum 10-12 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Beamer (Lehrerdemonstration), Rechner in aus reichender Anzahl für Partner- oder Gruppenarbeit Software Derive; Infos zur Software finden Sie in der (debug link record:lo_unit_subpage:tx_locore_domain_model_unitsubpages:355022) im Mathematik-Portal von Lehrer-Online Die hier beschriebene Unterrichtseinheit setzt voraus, dass der Unterricht zur Relativitätstheorie bereits bis hin zu den Minkowski-Diagrammen gediehen ist. Auch eine zeichnerische Umsetzung ist schon durchgeführt worden, so dass die ersten Teile der Unterrichtseinheit aus physikalischer Sicht eine Wiederholung sind. Es wird nicht vorausgesetzt, dass die Schülerinnen und Schüler reichlich Übung im Umgang mit dem Computeralgebrasystem (CAS) Derive haben, obwohl dies nicht schaden könnte. Lehrkräften, die im Umgang mit Derive noch nicht so geübt sind, wird die Erstellung von Minkowski-Diagrammen mithilfe einer Anleitung im PDF-Format Schritt für Schritt erläutert. Die an die Schülerinnen und Schüler gestellten Anforderungen sind auch von einem Grundkurs zu bewältigen. Wenn man den letzten Teil der Unterrichtseinheit mit der Behandlung der Erhaltungssätze sehr ausführlich behandeln möchte, dann benötigt man zu den in der Kurzinformation angegebenen 10-12 Stunden noch etwa vier zusätzliche Unterrichtstunden. Vorgeschlagen wird eine Mischung aus lehrerzentriertem, fragend-entwickelndem und schülerzentriertem Unterricht. Vorschlag für den Unterrichtsverlauf (Teil 1) Typische Probleme der Speziellen Relativitätstheorie (Stunde 1 bis 8) Vorschlag für den Unterrichtsverlauf (Teil 2) Betrachtung der Erhaltungssätze für Impuls und Energie (Stunde 9 und 10 beziehungsweise 9 bis 12)

Im Rahmen eines BlogQuests - ein WebQuest, der mit einem Blog erstellt wurde - informieren sich Schülerinnen und Schüler über verschiedene erneuerbare Energien und diskutieren über Handlungsperspektiven für die Zukunft. Als Rahmenhandlung dient eine fiktive UN-Umweltkonferenz im Jahr 2010. Die schwindenden fossilen Energieressourcen der Erde sowie die damit verbundene Umweltbelastung und der daraus resultierende Klimawandel zeigen, dass Handlungsbedarf besteht. Zum Thema "Energie und Zukunft" gibt es viele Ansätze, doch es steht außer Frage, dass der Klimawandel zumindest aufgehalten werden muss. Ein möglicher Ausweg könnte der vermehrte Einsatz erneuerbarer Energien sein, wie zum Beispiel Photovoltaik, Geothermie oder Gezeiten- und Osmosekraftwerke. Natürlich stellt sich hierbei die Frage nach der Umsetzbarkeit, Effektivität und Nachhaltigkeit derartiger Technologien. Vor dem Hintergrund einer UN-Umweltkonferenz sollen sich die Schülerinnen und Schüler in die Rolle von UN-Experten versetzen und verschiedene Möglichkeiten erneuerbarer Energien auf globaler Ebene diskutieren. Dabei sammeln sie durch Recherche auf vorgegebenen Webseiten Fachwissen, mit dem sie bei der Konferenz die eigenen Argumente begründen beziehungsweise untermauern. Geht es nicht auch ohne Energie? Energie geht alle etwas an - nicht zuletzt aus dem Grund, da jede und jeder im Alltag darauf angewiesen ist. Im 21. Jahrhundert funktioniert nahezu nichts ohne den "Stoff" aus der Steckdose oder dem Tiger im Tank. Das Problem besteht lediglich darin, dass die fossilen Energieträger, wie beispielsweise Erdöl und Braunkohle mittelfristig zu Neige gehen werden. Zudem sorgen diese für nicht unerhebliche CO2-Emissionen, welche das Erdklima nachweislich beeinflussen. Sicherlich findet man hier und da technologische Optimierungen. So werden Automotoren entwickelt, die bei geringem Treibstoffverbrauch und CO2-Ausstoß sehr effizient arbeiten. Auch wurde die Glühbirne bereits verdrängt, und neueste, energiesparende LED-Technik setzt sich auf dem Markt durch. Doch irgendwann ist Schluss mit den Energieeinsparungen, spätestens dann, wenn im Kohlekraftwerk keine Kohle mehr bereitsteht! Auf der Suche nach Alternativen Erneuerbare und CO2-neutrale Energien sind in Zukunft mehr als gefragt. Doch welche Alternativen gibt es überhaupt? Wie ist der derzeitige Entwicklungsstand? Wo sind die Vor- und Nachteile? Der hier vorgestellte BlogQuest lässt sich gut in den Regelunterricht der Klasse 9 oder 10 einbauen. Es bieten sich hier viele Möglichkeiten (siehe dazu auch Einordnung in den Lehrplan). Der BlogQuest kann auch im Rahmen eines fächerübergreifenden Projekt- oder Methodentages zum Einsatz kommen. Einsatz des BlogQuest im Unterricht Die Unterrichtseinheit richtet sich an Schülerinnen und Schülern der Realschule und des Gymnasiums. Die Arbeit mit dem BlogQuest gestaltet sich für die Lernenden recht einfach, da sie sich von Seite zu Seite vorarbeiten. Lehrplanbezug und Voraussetzungen Die Einordnung des WebQuests in die Lehrpläne von Realschule und Gymnasium sowie in die Typologie des WebQuest-Erfinders Bernie Dodge wird dargestellt. Hinweise zum Unterrichtsverlauf Zeiteinteilung und Ablauf der Unterrichtseinheit werden skizziert. Selbst gesteuertes, problemlösendes und (quellen-)kritisches Arbeiten stehen dabei im Mittelpunkt. Quellen für die Recherche Die aufgelisteten Internetseiten dienen den Arbeitsgruppen als Informationsquellen für den BlogQuest. Die Schülerinnen und Schüler sollen gemäß der Bildungsstandards im Fach Chemie für den Mittleren Schulabschluss in der Lage sein unterschiedliche Internetquellen für ihre Recherchen zu nutzen und themenbezogene und aussagekräftige Informationen für eine Diskussion auszuwählen. (K1/K2) die Ergebnisse ihrer Internetrecherche im Rahmen einer fiktiven Umweltkonferenz zu präsentieren. (K7) im Rahmen einer Diskussion fachlich korrekt und folgerichtig zu argumentieren. (K8) ihre Arbeit als Team zu planen, zu strukturieren, zu reflektieren und zu präsentieren. (K10) erneuerbare Energien aus unterschiedlichen Perspektiven zu diskutieren und zu bewerten. (B5) Thema Gibt es "die" erneuerbare Energie? - Diskussion im Rahmen einer fiktiven UN-Umweltkonferenz Autor Kristina Gojkovic, Thorsten Möller, überarbeitet von Rolf Goldstein Fach Biologie/Chemie, fächerübergreifend Zielgruppe Klasse 9-10, Realschule/Gymnasium Zeitraum 6 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang in ausreichender Anzahl (idealerweise für Partnerarbeit) Chemie: 9G.3 - "Fossile Brennstoffe" Politik und Wirtschaft: 9G.5 - "Ökonomische Bildung: Internationale Wirtschaftsbeziehungen" Chemie: 10.4 - "Brennstoffe" Politik und Wirtschaft: 10.3 "Ökonomische Bildung / Internationale Wirtschaftsbeziehungen" Chemie 10.2 - "Elektrische Energie und chemische Prozesse" Chemie 10.3 - "Fossile Rohstoffe - wie lange noch?" Biologie 9.4 Globale Umweltfragen Politik und Wirtschaft: 10.5 - "Verkehr und Umwelt" Hessisches Kultusministerium (Herausgeber): Lehrplan Chemie. Gymnasialer Bildungsgang, Jahrgangsstufen 8 bis 13. Hessisches Kultusministerium (Herausgeber): Lehrplan Chemie. Gymnasialer Bildungsgang, Jahrgangsstufen 7G bis 9G und gymnasiale Oberstufe.2010 Hessisches Kultusministerium (Herausgeber): Lehrplan Chemie. Bildungsgang Realschule, Jahrgangsstufen 5 bis 10. 2002 Sekretariat der Ständigen Konferenz der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (Herausgeber): Beschlüsse der Kultusministerkonferenz. Bildungsstandards im Fach Chemie für den Mittleren Schulabschluss. München/Neuwied: Luchterhand, 2005 Technische Voraussetzungen Die BlogQuest-Materialien dieser Unterrichtseinheit sind HTML-Seiten, die mit jedem gängigen Browser betrachtet werden können. Pro Kleingruppe sollte mindestens ein PC mit Internetzugang vorhanden sein. Um ein erhöhtes Maß an Frustration seitens der Lernenden zu vermeiden sollten folgende Voraussetzungen gegeben sein: Die Schülerinnen und Schüler … wissen aus dem Alltag, was Strom und elektrische Energie sind. … können einschätzen, dass Energie umwandelbar ist ("Energieerhaltungssatz"). … kennen Kraftwerke zur Strom- und Energieerzeugung (zumindest aus den Medien). … sind sich der Gefahren durch Kernenergie und fossiler Energiegewinnung bewusst. … sind im Umgang mit unbekannten Texten und Inhalten geübt. … können mit dem Internet (Suchanfragen, Suchergebnissen, Wikipedia) umgehen. Aufgabentyp "Entscheidungen treffen" WebQuests können nach ihrem Erfinder Bernie Dodge unterschiedlichen Aufgabentypen zugeteilt werden (WebQuest: A Taxonomy of Tasks, 2002). Der hier vorgestellte WebQuest lässt sich dem Aufgabentyp "Entscheidungen treffen" (Judgement Tasks) zuordnen. Dieser Aufgabentyp beinhaltet Kompetenzen aus anderen Aufgabentypen wie "Informationen zusammenstellen" (Compilation Tasks) und "Sachverhalte analysieren" (Analytical Tasks). Darüber hinaus ist aber eine Entscheidung zu treffen, die nachvollziehbar begründet werden muss. Hierbei wird nicht nur reproduziert, sondern problemlösend und (quellen-)kritisch gearbeitet. Gerade dieser Aufgabentyp ist sehr praxisnah und bereitet die Schülerinnen und Schüler auf das spätere Berufsleben oder Studium vor. BlogQuests: Erstellen von WebQuest mit Blogs Der hier vorgestellte WebQuest wurde mit einem Blog erstellt (daher auch die Bezeichnung BlogQuest). Ursprünglich handelt es sich bei Blogs um internetbasierte Tagebücher, in denen man Artikel verfassen und Seiten gestalten kann. Es gibt zahlreiche Provider, wie zum Beispiel Blogger, blog.de oder overblog. Der vorliegende BlogQuest wurde mithilfe von Wordpress erstellt. Die Arbeit mit dieser Online-Plattform ist nach einer kurzen Einarbeitungsphase sehr einfach, da man hier als Autorin oder Autor viele Optionen vorfindet, die von konventioneller Bürosoftware bekannt sind. Die Arbeitsoberfläche von Wordpress ist übersichtlich strukturiert, man benötigt für die Nutzung keine Programmierkenntnisse in HTML oder PHP. Und weil man den BlogQuest ohnehin online erstellt, entfällt auch der Schritt des Hochladens. Blogs ermöglichen somit eine schnelle und komfortable Erstellung von WebQuests. Motivierend einsteigen und Transparenz schaffen In der Einführungsphase soll seitens der Lehrkraft auf das Thema eingestimmt werden. Dies kann beispielsweise in Form eines stummen Impulses geschehen (ein Zeitungsbericht zum Thema, ein kurzes Video oder ein Podcast). Mögliche Impulse sind hier aufgeführt: YouTube-Video: ERENE - Eine Europäische Gemeinschaft für Erneuerbare Energien (Abspielen bis 1:26) YouTube-Video: Energy, let's save it! (Abspielen bis 1:00) faz.net: „Das Zeitalter der erneuerbaren Energien beginnt“ Artikel über die Konferenz "Renewables 2004" Die Schülerinnen und Schüler äußern sich, wobei sich die Lehrkraft zunächst zurückhält. Es kann durchaus passieren, dass eine rege Diskussion entsteht, die man zunächst nicht unterbinden sollte. Es wird sich schnell herausstellen, dass aufgrund vieler Fehlvorstellungen und Halbwissen auf Schülerseite keine fundierte Argumentationsgrundlage vorhanden ist. Nun kann eine Verknüpfung zur Unterrichtseinheit hergestellt werden. Die Lehrkraft erklärt grob die Planung der kommenden Stunden. Ist die Arbeit mit BlogQuests nicht bekannt, sollte hier eine kurze Erläuterung zur Bedienung erfolgen. Wichtig dabei erscheint der Hinweis, dass die Schülerinnen und Schüler selbstständig und eigenverantwortlich ihr Ziel erreichen. Arbeit mit dem BlogQuest Anschließend werden die sechs Arbeitsgruppen gebildet. Die Lernenden können selbst entscheiden, ob sie innerhalb eines Teams arbeitsteilig (empfohlen) oder arbeitsgleich arbeiten. Die Zuordnung der Schülerinnen und Schüler zu den Gruppen erfolgt per Los oder durch eine andere geeignete Methode. Die Arbeit mit dem BlogQuest gestaltet sich für die Lernenden recht einfach, da sie sich von Seite zu Seite vorarbeiten, beginnend mit der Willkommensseite. Die Lernenden arbeiten zunächst innerhalb der Kleingruppen und informieren sich gemäß der von ihnen übernommenen Expertenrolle mithilfe der vorgegebenen Webseiten über Geothermie, Photovoltaik, Solarthermie, Osmosekraftwerk, Gezeitenkraft und Windenergie. Die Ergebnisse ihrer Recherchen werden zunächst in der Kleingruppe zusammengetragen und diskutiert. Dabei kann die Table-Set-Methode gute Dienste leisten, um einen regen Austausch zu fördern. Die Ergebnisse aus den Kleingruppen werden anschließend auf der UN-Umweltkonferenz vorgestellt und diskutiert. Table-Set-Methode Die Schülerinnen und Schüler sollen sich in den Kleingruppen die Quellen gleichmäßig aufteilen und erarbeiten. Im Anschluss daran erfolgt eine Synopse mit Hilfe der Table-Set-Methode. Jede Schülerin/ jeder Schüler notiert zunächst in Stichpunkten die erarbeiteten Argumente auf ihrem/ seinem Abschnitt. Danach lesen die Gruppenmitglieder die Beiträge der anderen durch mehrfaches Drehen. In der folgenden Gruppenarbeitsphase soll sich dann über Gemeinsamkeiten und Unterschiede ausgetauscht werden. Schließlich muss sich die Gruppe auf eine Form der Ergebnispräsentation einigen, welche in der Postermitte dargestellt wird. Selbst gesteuert arbeiten Die Arbeit mit dem BlogQuest erfolgt in den Schülergruppen eigenständig und überwiegend selbst gesteuert. Die Lehrkraft zieht sich weitestgehend zurück. Sie ist jederzeit als beratende Ansprechperson erreichbar und sorgt für ein angemessenes Arbeitsklima. Sie überwacht gegebenenfalls das Vorankommen der einzelnen Gruppen. Der Lehrkraft kommt somit die Rolle eines Lerncoaches zu. Ergänzende Materialien Für ihre jeweiligen Themengebiete stehen den Schülerinnen und Schülern im Quellenbereich des BlogQuests ausgewählte Links zur Verfügung. Darüber hinaus ist es wünschenswert, wenn die Lernenden selbstständig in der Schul- oder Stadtbibliothek weitere Materialien beschaffen. Die Lehrkraft eröffnet als Vorsitz die Umweltkonferenz zum Thema "Die Energie der Zukunft". Die einzelnen Experten präsentieren die ausgearbeiteten Punkte ihrer erneuerbaren Energie. Dabei übernimmt ein Gruppenmitglied die Gesamtmoderation, und alle anderen stellen jeweils einen Themenschwerpunkt vor. Anschließend wird in die Diskussionsphase übergeleitet, bei der es darum geht, die einzelnen Expertenvorschläge gegeneinander abzuwägen und eine Lösung zu finden. Schließlich werden Anträge formuliert, die anschließend zur Abstimmung gebracht werden.

Aus der ständigen Überarbeitung eines einzelnen Bildes entsteht ein Film. Dieser Beitrag zeigt, wie einfach dies im Kunstunterricht mithilfe einer digitalen Kamera, einer Tafel, einem Computer und einem Bildpräsentationsprogramm geschehen kann.Die übliche Herstellung einer Animation ist eine aufwändige Sache: Seit dem Daumenkino wissen wir, dass jede Phase einer Bewegung ein Einzelbild braucht. Deshalb beschäftigten die Trickfilmstudios früher wahre Heerscharen von Zeichnerinnen und Zeichnern. Das handwerkliche Verfahren wiederholt das Prinzip der Filmkamera: Auch diese, sei es eine analoge oder eine digitale, nimmt heutzutage 25 Einzelbilder in der Sekunde auf, die, rasch abgespielt, unserem Auge eine kontinuierliche Bewegung vortäuschen.Das vorgeschlagene Verfahren wurde als Gruppenarbeit an der Tafel realisiert. Das ist methodisch außergewöhnlich, dürfte doch die Organisationsform "Einzelarbeit" für die Herstellung ästhetischer Produkte immer noch Standard sein. Tastende, zögerliche Anfänge, zunächst verhaltene, zeichnerische Reaktionen, gehen in gezieltes, dialogisches Arbeiten über, das zeitweise fast die Züge eines engagierten bis aufgebrachten "Kampfzeichnens" annehmen kann. Die verbale Verständigung kommt phasenweise gänzlich zum Erliegen und wird ersetzt durch bildbasierte Kommunikation. Gelegentlich entwickeln sich Situationen eigenartiger, fast meditativer Konzentration. Ein Film entsteht aus einem Bild Wie der Künstler William Kentridge durch die ständige Überarbeitung eines gemalten Bildes zu einem Film gelangt. Kentridges Verfahren für die Schultafel Strich für Strich entwickelt sich ein Motiv auf der Schultafel und wird zu einem bewegten Bild. Die Ästhetik der Dynamik Eine sich verlängernde Linie, ein Quadrat, das durch das Bild wandert, ein Kopf, der sich Strich um Strich auf-, um- und abbaut, veranschaulichen flüssige Abläufe. Gruppenarbeit als Methode Erläuterungen zu Thema und Motiv, Motiv und Entwicklung, Arbeitsverteilung und Ablauf im gruppendynamischen Prozess. Inhaltliche Ziele Die Schülerinnen und Schüler sollen filmische Abläufe anschaulich erfahren. ein Gefühl für die Dynamik der Bewegung bekommen. Ziele im Bereich der Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen bildbasierte Kommunikation in der Anwendung üben. Spontaneität im Prozess der medialen Produktion entwickeln. Der hier beschriebene Unterrichtsvorschlag basiert auf einer Variante: Statt viele Bilder einzeln herzustellen, wird der Veränderungsprozess eines Motivs als Bildreihe dokumentiert. Anders formuliert: In einer Zeichnung werden sukzessive die bewegungsbedingten Änderungen vorgenommen und jeweils fotografisch festgehalten. Der größte Teil des Bildes bleibt unberührt. Es entsteht eine Bildfolge, die die Metamorphose zeigt. Dieses Vorgehen zeichnet sich durch einige Besonderheiten aus, die im Folgenden dargestellt werden, um Kolleginnen und Kollegen Anregungen für eigene Projekte zu geben. Thema Der Tafelkopf - das bewegte Bild Autor Frieder Kerler Fach Kunst Zielgruppe Primarstufe, Sekundarstufe I und II Zeitraum 1-2 Unterrichtsstunden Medien digitale Fotokamera, Tafel, Computer, Bildpräsentationsprogramm (z.B. QuickTime Pro) Voraussetzungen Grundkenntnisse in der digitalen Fotografie und Bildbearbeitung Kreide und Filme Das Verfahren, mit Kreide zu zeichnen und dabei Filme zu produzieren, entwickelt seit einigen Jahren der mittlerweile prominente Künstler William Kentridge (geboren 1955) aus Johannesburg. Seine Arbeit wurde anlässlich der Documenta X im Jahr 1997 in Deutschland gezeigt. Seither fanden zahlreiche Ausstellungen zu Kentridges Werk statt, die neben Zeichnungen, Druckgrafiken und Installationen auch multimediale Theater- und Performanceprojekte umfassten. Kentridge zeichnet mit Kohle- und Pastellkreiden. Er malt mit Kohlestaub und Pinsel auf dasselbe Stück Papier, wobei er sehr planvoll jede minimale Veränderung seiner Arbeit mit einer analogen Filmkamera in Einzelbildschaltung fotografiert. So entsteht eine fortlaufende Reihe von Bildern, die, später als Film wiedergegeben, die Entwicklung seines Bildes als kontinuierliche Bewegung zeigt. Ein einziges Bild wird zum bewegten Bild In einem TV-Porträt weist Kentridge auf die Besonderheiten seines Vorgehens hin: Er ist fasziniert von dessen Einfachheit. Statt vieler Phasenbilder genügt ihm ein einziges immer wieder überarbeitetes Bild für jede Sequenz. Dabei genießt er folgenden Aspekt: Wird eine Form durch das Bildfeld animiert, radiert er dieses Bildelement aus und zeichnet es, leicht versetzt, neu. Die Löschungen können nicht vollständig sein, das heißt die schwach sichtbaren Reste früherer Phasen speichern die Geschichte der Bewegung im Bild. Man könnte auch sagen, dass dem je aktuellen Stand der Darstellung eines Verlaufs seine vergangenen Vorformen mitgegeben werden. So wird die Veränderung anschaulich. Die Spur der Vergänglichkeit Diese Besonderheit markiert wahrscheinlich den größten Unterschied zum üblichen Trickfilm, bei dem "Rückstände" früherer Bilder natürlich unerwünscht sind. Dies stellt eine gewisse Verfremdung dar, eine irritierende Abweichung von gewohnten Wahrnehmungen einer Bewegung im Film. Die schwach sichtbare Spur der Verwischungen, die das Radieren hinterlässt, zeugt von einer Melancholie der Vergänglichkeit. Kentridge gelangt so über die naturalistische, narrative und illustrative Darstellung einer Handlung hinaus und gibt seinen expressionistischen Bildentwürfen surreale Anteile mit. Die Tafel als ideales Spielfeld Kentridges Verfahren lässt sich für die Schule als Tafelzeichnung adaptierten. Beide Veränderungsmöglichkeiten sind bei Tafelbildern gegeben: Ein Motiv kann Erweiterungen, Hinzufügungen oder Löschungen, Auswischungen erfahren. Es kann so schrittweise wachsen und verschwinden. Der technische Ablauf ist im Detail folgender: Eine digitale Fotokamera wird auf einem Stativ gegenüber einer Tafel aufgestellt, die mit einem Stuhl oder Tisch, in der Höhe fixiert ist. Zunächst bestimmt man anhand der Darstellung auf dem Display der Kamera den erfassten Bildausschnitt der Tafel. Er stellt das "Spielfeld", die Bildfläche dar, auf der gearbeitet wird. Die Brennweite der Kamera sollte während der Arbeit zunächst möglichst nicht geändert werden. Nun kann sich Strich für Strich ein Motiv entwickeln und später durch trockenes Abwischen Schritt für Schritt zurückgenommen werden. Jede Änderung wird mit einer Aufnahme festgehalten. Von der Aufnahme zur Bildsequenz Die Auflösung der Aufnahme, die sowohl der Bild- wie der Dateigröße direkt entspricht, ist auf VGA (640 x 480 Pixel) oder einen ähnlich niedrigen Wert reduziert, auch um eine gewisse Anzahl von Aufnahmen speichern zu können. Die Bildfolge legt die Kamera automatisch als eine Reihe fortlaufend nummerierter Dateien in einem Ordner beziehungsweise Verzeichnis ab. Ist die Arbeit beendet wird diese Bildersammlung auf die Festplatte des Computers übertragen. Viele Bildpräsentationsprogramme, beispielsweise auch der Player des Programms QuickTime Pro, sind in der Lage, diese Bildfolge als Sequenz mit wählbarer Bildfrequenz einzulesen und als Film vorzuführen. Mit etwas Übung ist es möglich, Minuten nach dem letzten Strich die gesamte Bildentwicklung vorzuführen. Das hat methodische Vorteile worauf in den methodischen Bemerkungen näher eingegangen wird. Versuchsreihen als Vorübung Um ein Gefühl für die Dynamik der Bewegung, also für das Maß der Änderung zwischen zwei Aufnahmen, zu entwickeln, ist es hilfreich, zunächst kürzere Versuchsreihen als Vorübung zu erstellen und zu analysieren: zum Beispiel eine sich verlängernde Linie, ein Quadrat, das durch das Bild wandert, sich dabei dreht, wächst oder verkleinert, ein Kopf, der sich Strich um Strich auf-, um- und abbaut. Solche Vorversuche erzeugen rasch ein Gefühl für eine günstige Änderungsgeschwindigkeit. So werden flüssige Abläufe, Verzögerungen (Zeitlupe), Beschleunigungen (Zeitraffer), Sprünge und anderes mehr anschaulich erfahrbar. Ästhetische und inhaltliche Fragen Bald tauchen nun neben ästhetischen Problemen inhaltliche auf. Die Palette dieser Fragen ist zu reichhaltig, um sie hier abzuhandeln. Die klassische Hauptfrage soll aber wenigstens Erwähnung finden: Wie kann die Aufmerksamkeit der Betrachterin und des Betrachters gelenkt werden? Entwickelt sich das Bild gleichzeitig an mehreren Stellen, ist der Betrachter bemüht, parallel ablaufende Änderungen zu verfolgen, seine Aufmerksamkeit ist geteilt. Das kann, bei sich überlagernden Bewegungen, leicht unübersichtlich werden. Inhaltlich nicht plausibel motivierte Änderungen im Bild, also diverse parallel ablaufende Prozesse, können von der Handlung ablenken. Wird aber etwa ein Dialog durch zwei agierende Köpfe dargestellt, legt diese Gegenüberstellung gleichzeitige Aktionen und Reaktionen natürlich nahe. Bildphasen gehen auseinander hervor Das Verfahren eignet sich besonders zur Darstellung einer Motivänderung: Ein Glas wird gefüllt, ein Baum wächst, eine abstrakte Struktur geometrischer Formen erweitert sich und verschwindet wieder. Solche Metamorphosen sind zeichnerisch deshalb leichter zu bewältigen, weil die Bildphasen auseinander hervorgehen. Der vorhergehende Schritt wird nicht gelöscht, sondern ist Teil einer Fortsetzung und Erweiterung. Soll dagegen eine Figur bewegt werden, muss dazu jede Phase von Grund auf neu gezeichnet werden, alle Glieder sind in jeder Haltung neu angeordnet und die Figur wird nach jeder Aufnahme komplett gelöscht. Dies so zu gestalten, dass die Betrachterinnen und Betrachter den Eindruck behalten, es handele sich durchgängig um ein und dieselbe Figur, stellt gewisse Anforderungen an das zeichnerische Verständnis und Geschick sowie an die Geduld der Animateure. Direkte Rückkopplung zur Handlung Wie bereits angedeutet, besteht ein methodischer Vorzug des Verfahrens in der alsbaldigen Verfügbarkeit der erstellten Metamorphosen. Das heißt, der frische Eindruck der Produktion wird über den Film nachvollziehbar und hinsichtlich seiner Wirkung überprüfbar. Absicht, Vorstellung, Imagination und deren Umsetzung werden vergleichbar. Eine direkte Rückkopplung zur Handlung eröffnet die Chance einer unmittelbaren Korrektur: Einzelne Szenen können wiederholt werden, um misslungene zu verbessern. Das stärkt die Fähigkeit, geduldig in mehreren Anläufen ein anvisiertes Ziel zu erreichen. Gruppenarbeit für die ästhetische Produktion Das vorgeschlagene Verfahren wurde als Gruppenarbeit an der Tafel realisiert. Das ist methodisch einigermaßen außergewöhnlich, dürfte doch die Organisationsform "Einzelarbeit" für die Herstellung ästhetischer Produkte immer noch Standard sein. Natürlich unterscheidet sich die Schülergruppe als Teil einer vertrauten Klassengemeinschaft in gruppendynamischer Hinsicht von der spontanen Kollegengruppe bei einer Fortbildung erheblich. Trotzdem sind hier wie dort ähnliche Entwicklungen zu beobachten: Tastende, zögerliche Anfänge, zunächst verhaltene, zeichnerische Reaktionen gehen in gezieltes, dialogisches Arbeiten über, das zeitweise fast die Züge eines engagierten bis aufgebrachten "Kampfzeichnens" annehmen kann. Die verbale Verständigung kommt phasenweise gänzlich zum Erliegen und wird ersetzt durch bildbasierte Kommunikation. Gelegentlich entwickeln sich Situationen eigenartiger, fast meditativer Konzentration. Die Atmosphäre ist geprägt von gespannter, manchmal atemloser Stille konzentrierten Arbeitens. Gruppendynamische Prozesse Eine gut funktionierende Arbeitsgruppe bildet sich nach meiner Erfahrung aus mindestens drei, maximal fünf Schülerinnen und Schülern. Es lag bei den Gruppen sich über das Vorgehen eigenverantwortlich zu verständigen. Thema und Motiv, Motiv und seine Entwicklung, Handlung, Arbeitsverteilung und -ablauf sind dabei laufend neu zu verhandeln. Die oben angedeuteten gruppendynamischen Prozesse sind teils absehbar, teils ausgesprochen überraschend. In der Zusammenarbeit der Schülerinnen und Schüler kommen öfter unvermutete Qualitäten zum Vorschein. Strukturierung von Abläufen, Delegation der Aufgaben, Toleranz, Moderation und Kompromissfähigkeit sind wertvolle Aspekte dieses Ansatzes. Das entwickelt die soziale Kompetenz und bedarf je nach Voraussetzungen und Verlauf der einen oder der anderen Hilfestellung. Das beschriebene Verfahren scheint altersunabhängig zu funktionieren. Altersspezifisch werden die Motive und natürlich die Ergebnisse ausfallen. Die Rolle der Lehrkraft Die Lehrerin und der Lehrer übernimmt nach einer knappen Einführung in den technischen Ablauf des Verfahrens und einiger kurzer Versuche hauptsächlich eine beobachtende Rolle ein: Sie wird bei Bedarf angefragt oder greift unaufgefordert ins Geschehen ein. Selbst die kritische Reflexion der Ergebnisse konnten die Schülergruppen selbstständig moderieren. Im Unterricht wurde die Bedienung der digitalen Kamera in jeder Gruppe einer Schülerin oder einem Schüler übertragen und die Verarbeitung der Bildreihen zu Animationen als technische Hilfe im Hintergrund von der Lehrkraft übernommen.

In dieser Unterrichtseinheit erstellen Schülerinnen und Schüler der Klassen 5 und 6 einen Popsong mithilfe der Notations-Software Cubasis Go! Sie schreiben die Texte selbst, erarbeiten den Rhythmus und nehmen ihr eigenes Lied auf. Für 10- bis 12-Jährige gibt es keine Kinderlieder mehr, die SchülerInnen hören meist Popmusik, die für ältere Teenies gedacht ist. Viele Anlässe geben Ihnen und Ihrer Klasse Gelegenheit, eigene Songs herzustellen: Wettbewerbe, Jubiläen, Einschulung, Projekte oder der Wunsch nach einer "Schulhymne?. Die Unterrichtseinheit baut darauf auf, dass SchülerInnen sich motiviert mit der Gestaltung von Musik auseinander setzen, wenn sie damit ein konkretes Ziel verfolgen können. Sie erstellen einen eigenen Popsong in Gruppen- und Klassenarbeit, singen allein und gemeinsam im Chor und arbeiten gemeinsam an den nötigen Begleitmaterialien. Chronologie Die Chronologie des Ablaufs wird am Beispiel des Songs "Fair ist stark!" der Klasse 5d der Gesamtschule Horn Hamburg verdeutlicht. Die Schülerinnen und Schüler sollen Produktionsprozesse am Beispiel eines selbst hergestellten Kinder-Popsongs kennen lernen. eigene Ideen (Text und Melodie) entwickeln und zusammenfügen. einfache Möglichkeiten von Notations-Software (Cubasis Go!) kennen lernen. eine CD mit Chor-/Sologesang (Audio) zum Playback (MIDI) herstellen. Thema Kinder-Popsongs selber machen Autoren Arend Schmidt-Landmeier, Christoph Biehl Fach Musik; Zusammenarbeit mit Deutsch (Text), Kunst (Mappe, Fotos, Kostüme), Darstellendes Spiel (Choreographie, Spielhandlung), Arbeitslehre (Instrumentenbau, Geräuscherzeuger) Zielgruppe Klassen 5 und 6 Zeitraum 6 bis 8 Doppelstunden Medien Sequencer-Software Cubasis Go! Technische Voraussetzungen Tonstudio mit PC(s) im Musikbereich oder eine entsprechende Ausstattung im Musikraum, MIDI-Keyboards; Keyboards mit Kopfhörern Christoph Biehl ist Student der Schulmusik an der Musikhochschule Lübeck. Vor Beginn der Unterrichtseinheit sollten in der Klasse einige Vorgehensweisen bekannt sein. Über bestimmte Fakten rund um das Projekt sollte bereits abgestimmt worden sein. Übungen am PC: Eingeben von Melodien über ein MIDI-Keyboard Erarbeitung eines Rhythmus mit Latin Percussion Hören von Kinderliedern und Kinder-Popsongs Festlegen einer "Stilrichtung", einer "Grundstimmung" Festlegung des Inhalts (hier gegeben durch das Motto des Wettbewerbs der Hamburger Polizeiverkehrslehrer: Fair ist stark!) 1. Einstieg Was heißt "Fair ist stark?" Möglich ist hier ein Besuch des Polizeiverkehrslehrers der Schule. Wichtig sind die Eingrenzung des Themas und die Diskussion zum Bereich "Fairness im Straßenverkehr". 2. Refrain-Text Der Text des Refrain wird anhand der Hausaufgaben gemeinsam an der Tafel erarbeitet. In diesem Beispiel: Fair ist stark, fair ist gut, denn zum fair Sein braucht man Mut. Setz dich auch für andre ein, lass auch mal die anderen die ersten sein! Die SchülerInnen begeben sich an die Keyboards (Kopfhörer!), um Melodien zu finden. Vorschläge werden im Beisein der Lehrperson über ein MIDI-Keyboard zum Klick eingespielt und ausgedruckt. (Melodie-Prinzip: Frage/Antwort) Die Fragmente werden gemeinsam gesungen, zusammengestellt, von spannungslosen Elementen befreit und mit melodischen Höhepunkten versehen. 3. Strophen-Texte Der Text für die erste Strophe wird anhand der Hausaufgabe gemeinsam an der Tafel erarbeitet. Beim gemeinsamen Sprechen des Textes erfolgt die Festlegung des Sprechrhythmus. In Gruppen erarbeiten die SchülerInnen die Texte für die Strophen 2 und 3. 4. Rhythmus Auf dem Latin-Instrumentarium probieren die SchülerInnen einfache Patterns auf wenigen Instrumenten aus, um den Sprechtext nicht zu verwischen. Es folgt Eingabe der ausgesuchten Patterns per MIDI-Keyboard durch einzelne SchülerInnen vor der Klasse. Zusätzliche Vorschläge für einen eingängigen Refrain-Rhythmus werden auf Instrumenten ausprobiert, eingespielt, kritisiert und gegebenenfalls verworfen. Nur ein "Clap" wird eingefügt, welches später auch im doppelten Tempo im Intro Verwendung findet. Die Klasse empfindet die bisher ausschließlich gesprochenen Strophen als zu langweilig. Die ersten vier Zeilen sollen weiterhin "gerappt" werden, die Folgezeilen aber gesungen. Aus Zeitmangel werden verschiedene Gesangsversuche unter Beibehaltung des Sprechrhythmus zum Klavier (Lehrperson) ausprobiert, am Ende der Doppelstunde einigt man sich. Hausaufgabe: Mögliche SolistInnen sollen die Strophentexte auswendig sprechen und singen können, die Klasse den Refrain mit Clap und Rhythmus-Patterns. Gegebener Anlass Die Hamburger Polizeiverkehrslehrer organisieren seit Jahrzehnten Plakat- und Liederwettbewerbe zu einem jährlich wechselnden Motto, das zwingend Bestandteil des Songs/des Plakates sein muss. Die Siegertitel werden live vor großem Publikum in der großen Musikhalle präsentiert und nachfolgend im Rahmen öffentlicher Veranstaltungen, Messen, Vernissagen usw. aufgeführt. Zusätzlich gibt es natürlich einen Beitrag für die Klassenkasse. Erfinden Sie einen Anlass! Aber auch, wenn ein äußerer Anlass an Ihrem Schulort fehlt: Es lohnt sich, einen zu erfinden, zu gründen, zu initiieren. Kreieren Sie ein einleuchtendes Motto und schreiben Sie einen Liederwettbewerb der Schulen aus; arbeiten Sie mit Kirchen, Sportvereinen, sozialen Einrichtungen zusammen. Bitten Sie den Bürgermeister um seine Schirmherrschaft, beziehen Sie die Presse in Ihr Projekt mit ein. Sie werden bemerken, dass viel mehr Menschen ihre Idee unterstützen wollen, als Sie zuvor für möglich hielten! Arbeitsaufträge Die Arbeitsaufträge und Hausaufgaben ergeben sich bei der ergebnisorientierten Vorgehensweise hauptsächlich aus den Notwendigkeiten, das Projekt durch Übungen, Arbeiten, Tätigkeiten und Hilfestellungen zielgerichtet voranzutreiben. Sie sind deshalb nur als Initialzündung planbar und ergeben sich im Folgenden aus der laufenden Unterrichtsarbeit. Meine SchülerInnen erhielten nur 2 Blätter, um die Textarbeit anzukurbeln. Print-Literatur Wir empfehlen Ihnen diese zwei Bücher zu Arrangement-Techniken in der Pop- und Jazzmusik. Runswick, Daryl : Arrangieren, Schott, ISBN 3-7957-5104-1 Lonardoni, Markus : Popularmusiklehre, Reclam, ISBN 3-15-009604-9 Rhythmus Entwickeln Sie einen eingängigen, in den Einzelpatterns und Bewegungsabläufen schlüssigen Komplementärrhythmus, der dem Wesen des Songs (Inhalt, Melodie, Tempo, Atmosphäre) entspricht. Faustregeln (Klischees): a) Vermeidung von Marschrhythmen im Kinderlied b) Schlichte Beats zu klaren Inhalten c) Südamerikanische Rhythmen vermitteln Lebensfreude d) Afrikanische Rhythmen wirken suggestiv-hypnotisch e) Gesprochene Texte lieben Hip-Hop-Grooves f) Witzige, verschrobene Songs mögen Reggae-Rhythmen g) Swing-Elemente fordern zum Mitschnippen/-grooven auf. Gesang Lassen Sie Ihre SchülerInnen möglichst häufig solistische Einlagen am Mikro ausprobieren (auch in Springstunden und nachmittags). a) Die typische Gliederung eines (Kinder-)Popsongs wird durch die Aufteilung in Chor (Refrain) und Solo (Strophe) erreicht, vor dem letzten Refrain erklingt oft ein Refraindurchgang a cappella oder der gesamte Song erfährt eine Rückung nach oben. b) Eine Zerlegung der Strophen in einzelne Solo-Blöcke ( Junge/Mädchen, Sprechen/Singen, zart/kräftig), in Call&Response (Vor-/NachsängerIn) oder mehr- bis eintaktige Wechsel der SängerInnen ist sehr reizvoll. c) Rap-Texte erlauben den Einsatz kleiner Vokalgruppen zum Hervorheben von Textpassagen ("Dopplung") Effekte Vermeiden Sie, immer dann Effekte erklingen zu lassen, wenn Ihnen nichts Besseres einfällt (Effekthascherei). Nicht jede Textaussage muss durch ein Geräusch verdeutlicht werden. a) Unterscheiden Sie im Arrangement zwischen solistischen Auftritten eines Effekts und Klangereignissen im Hintergrund. b) Nutzen Sie neben selbst hergestellten Geräuscherzeugern (in Klasse 5 noch sehr beliebt) auch die Sample-Sounds der Keyboards. c) Weniger ist auch hier mehr (Ausnahme: ironisierende Materialbehandlung). Jeder Effekt wird zur Qual, wenn er während des gleichen Songs stets an gleicher Stelle ertönt. Das Songbuch "Fair ist stark" des Autors mit dem vorliegenden Beispiel und weiteren neun Songs aus dem Alltagsleben unserer SchülerInnen ist 2002 in der kunterBUNDedition im Verlag Schott Musik International erschienen. Bezugsquellen Verlag Schott Musik International, Mainz, ISBN 3-7957-5523-9 in Kooperation mit Bergmoser+Höller Verlag AG, Aachen, ISBN 3-88997-156-3 5. Der fertige Song Im Laufe der Gesangsübungen zum Klavier und dem Rhythmus vom PC "mogelten" sich schon harmonische Wendungen ins Klavier-Spiel, die die Lehrperson den SchülerInnen nun vorstellt. Dem Karibik-Stil entsprechend werden hauptsächlich Hauptfunktionen benutzt (Parallelen nur als Durchgangsfunktionen), lediglich in der Strophe - als Hervorhebung des Gesangteils - wird die Doppeldominante benutzt. Refrain G / C / D / G G / C A- / G/D D / G Strophe: G / C / D / G G / C / D / G A / D / A / D C / G / A / D Es folgen ein gemeinsames Üben zu Rhythmus-Track (PC) und Klavier von Refrain und Clap, Strophen-Rap und gesungenen Strophenteilen (einzelne SchülerInnen am Mikrophon), die Festlegung des Formablaufs, das Einfügen eines "a cappella"-Chorelements zur Intensitätssteigerung (in der Popmusik üblich, etwa statt harmonischer Rückung) und die Auswahl der SolistInnen (Abstimmung der Klasse in Abwesenheit der SchülerInnen). Hausaufgabe: je nach Aufgabe die entsprechenden Form-Teile üben Hausaufgabe für die Lehrperson: das Arrangement fertig stellen 6. Die Aufnahme Das größte Problem, einen Klassenchor zum Playback aufzunehmen, entsteht durch das Fehlen eines Kopfhörerverteilers oder einer entsprechenden Menge an Kopfhörern an den meisten Schulen. Alternative 1: nur wenige SchülerInnen singen nacheinander den Chorpart auf die Audiospuren. Nachteil: für den Großteil der Klasse unbefriedigend, zu wenig Audiospuren. Alternative 2: Die Lehrperson lässt bei der Playback-Produktion die Klavierspur fort. Bei der Aufnahme des Chores hört die Lehrperson als einziger über Kopfhörer das Playback und spielt dazu live den Klavierpart, zu dem die SchülerInnen singen. Nachteil: auf den Chorspuren ist das Klavier zu hören (ein großer Abstand zu den Chormikros löst dieses Problem fast von selbst). Vorteil: Alle können mitsingen, genügend Audiospuren für die SolistInnen sind frei. 7. Der Wettbewerbsbeitrag Das Herstellen der Wettbewerbsmappe, des Deckblatts und des CD-Covers in Gruppenarbeit schließen die Arbeit ab. Das Bearbeiten und Ausdrucken der Textbeiträge und Notenbeispiele am PC (Einzel- und Gruppenarbeit) erfolgt durch die Lehrperson. Ein gemeinsames Hören der CD und das Einüben kleinerer Choreographieelemente zum Vortrag (Clap oben/unten/r/l, Wechselschritt und mehr beim Singen, gemeinsames Verbeugen auf dem letzten Rhythmus-Event und so weiter) komplettieren die Arbeit am gemeinsamen Projekt.

Ziel dieser Unterrichtseinheit ist es, Jugendliche zu befähigen, eine kritische Einstellung gegenüber Informationen aus dem Internet zu entwickeln und zwischen vertrauenswürdigen und weniger glaubhaften Seiten unterscheiden zu können. Die hier vorgeschlagene Einheit eignet sich besonders für den Einsatz im Deutsch- und Politikunterricht der Klassen 7 und 8. Die Schülerinnen und Schüler prüfen das Informationsangebot der modernen Medien kritisch und werten gezielt Informationen aus unterschiedlichen Quellen aus. Sie sollen durch ihre eigenen Recherchen und Bewertungen eine differenzierte Haltung zum Informations- und Wahrheitsgehalt von Medien entwickeln. Klare Kriterien zur Bewertung der Glaubwürdigkeit Für viele Jugendliche ist das Internet eine wichtige Informationsquelle. Antworten auf alltagsrelevante Fragen, die nichts mit Schule oder Ausbildung zu tun haben, werden laut JIM-Studie 2010 von mehr als einem Drittel regelmäßig im Internet recherchiert. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, dass die Jugendlichen nicht nur wissen, wie sie bestimmte Informationen im Internet suchen, sondern vor allem, wie sie seriöse Beiträge von unglaubwürdigen unterscheiden können. Sie benötigen klare Kriterien, mit denen sie die Glaubwürdigkeit von Internetseiten selbst bewerten können. Wichtig ist dabei, dass die Kriterien altersgemäß formuliert und auf wenige Punkte beschränkt sind, da die Analyse sonst für die Lernenden zu langwierig und für eine regelmäßige Anwendung demotivierend wäre. Glaubwürdigkeit von Internetangeboten Anhand verschiedener Kriterien können die Lernenden seriöse Websites und Informationen von weniger glaubhaften Angeboten unterscheiden. Ablauf der Unterrichtseinheit Einstieg und Hinführung In dieser Phase erarbeiten die Lernenden, woran sie erkennen können, ob eine Information im Internet glaubwürdig ist oder nicht. Erarbeitungsphase In der Erarbeitungsphase vergleichen die Lernenden in Kleingruppen verschiedene Internetseiten und bewerten diese mithilfe der erarbeiteten Kriterien. Präsentation und Abschluss Die Schülerinnen und Schüler präsentieren ihre Arbeitsergebnisse und halten die "guten Internetseiten" auf einem Plakat fest. Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, dass die Informationen, die sie im Internet finden, nicht grundsätzlich als richtig und objektiv angesehen werden dürfen. Kriterien zur Beurteilung der Qualität von Internetseiten erarbeiten. verschiedene Internetangebote vergleichen und mithilfe der erarbeiteten Kriterien beurteilen. Qualifikation der Anbieter entscheidend Es sollte deutlich werden, wer für den Inhalt der Website verantwortlich ist und welche Qualifikation die Autorin oder der Autor besitzt. Homepages von privaten Person enthalten häufiger Fehler als offizielle Internetseiten, zum Beispiel von öffentlichen Einrichtungen und Ministerien, da es auf privaten Websites nicht üblich ist, eine externe Überprüfung der Inhalte vorzunehmen. Firmen verfolgen eigene Interessen und rücken vor allem sich selbst oder ihre Produkte ins rechte Licht. Informationsseiten von Zeitungen oder Sendeanstalten unterliegen dem Presserecht und sind daher in der Regel geprüft. Internetseiten ohne Verfasserangabe kritisch betrachten Internetseiten, auf denen kein Herausgeber genannt wird, sollte man kritisch betrachten. Seriöse Anbieter identifizieren sich und geben ihre Ziele bekannt. Die Autorinnen und Autoren stehen oft unter den Menüpunkten "Impressum", "Anbieter", "Verantwortlich" oder "Kontakt". Übersichtlich und verständlich Eine qualitativ hochwertige Internetseite ist häufig sorgfältig und übersichtlich gestaltet und nicht übermäßig mit Bildern und Werbung ausgestattet. Die Nutzerinnen und Nutzer können sich problemlos orientieren, zum Beispiel durch klar gegliederte Links, eine Sitemap oder eine Suchfunktion. Die Sprache ist verständlich und der Zielgruppe angemessen und der Text fehlerfrei geschrieben. Technische Qualität nicht immer Kriterium für Seriösität Die technische Qualität einer Seite sagt allerdings nicht unbedingt etwas über deren Seriosität aus: So kann eine schlecht gestaltete Website durchaus seriös sein, während auch optisch ansprechende und gut gestaltete Internetangebote unseriös sein können. Gleichzeitig bietet nicht jede fehlerfreie und prägnante Website gleichzeitig glaubhafte Inhalte. Quellen überprüfen Richtige Informationen lassen sich immer auf mehreren voneinander unabhängigen Websites finden und mit Hilfe anderer Quellen, wie zum Beispiel Büchern, überprüfen. Auch ein Abgleich mit der eigenen Erfahrung ("Kann das sein? - Ist das plausibel?") kann wichtige Hinweise auf die Glaubwürdigkeit einer Website geben. Meinungen anderer User einbeziehen Um die Glaubwürdigkeit einer Internetseite einzuschätzen, können auch die Meinungen anderer Internetnutzerinnen und -nutzer hilfreich sein. Gibt es auf anderen Websites vielleicht Meinungsäußerungen zu der besuchten Internetseite? Wie wird das Internetangebot von anderen Nutzerinnen und Nutzern bewertet? Regelmäßig aktualisierte Seiten sind glaubhafter Internetseiten, die regelmäßig aktualisiert werden, sind in der Regel glaubhafter als Angebote, die viele veraltete Informationen und sogenannte "tote Links" enthalten. Natürlich müssen Informationen über ein Thema nicht zwangsläufig aktuell sein, denn auch auf lange bestehenden Websites können richtige Informationen zu finden sein. Dennoch lohnt sich oft ein aktueller Vergleich. Ziele der Internetseite prüfen Auch wenn es oft nicht auf den ersten Blick erkennbar ist, haben Internetseiten immer ein Ziel: Sie können informieren und bilden, aber auch Meinungen oder Produkte verkaufen. Auf vielen Websites mit kleinen Online-Spielen verstecken sich Werbespiele von bekannten Marken. Aber auch politisch radikale Vereinigungen versuchen mit unscheinbar wirkenden Internetangeboten ihre Meinung zu verbreiten. Manipuliertes Bild als stummer Impuls Die Lehrkraft zeigt der Klasse als stummen Impuls das manipulierte Bild einer Jugendlichen. Die Schülerinnen und Schüler bekommen nun die Gelegenheit, sich frei zu dem Gezeigten zu äußern. Die Lehrkraft hält sich bei der Diskussion bewusst im Hintergrund und lässt die Äußerungen kommentarlos stehen. Die Schülerinnen und Schüler können sich in Form einer Meldekette gegenseitig aufrufen. Alles, was im Internet steht, stimmt, oder? Vermutlich wird die Mehrzahl der Jugendlichen die Meinung vertreten, dass das Bild nicht echt sein kann. Am Ende der Diskussion notiert die Lehrkraft das Thema der Stunde als Frage an die Tafel: "Alles, was im Internet steht, stimmt, oder?" Die Schülerinnen und Schüler werden wahrscheinlich mit dem Hinweis auf das Bild Einspruch erheben und unter Umständen weitere Beispiele nennen, warum dies nicht der Fall ist. Wenn die Klasse nicht wie erwartet reagiert, ist es die Aufgabe der Lehrkraft, durch gezielte Impulsfragen das Gespräch voranzutreiben. Studie zur Glaubwürdigkeitsprüfung In dieser Phase sollen die Schülerinnen und Schüler erarbeiten, wie man erkennt, ob eine Information im Internet glaubwürdig ist oder nicht. Studien des Paderborner Medienpädagogen Gerhard Tulodziecki haben ergeben, dass es für Jugendliche jedoch sehr schwer ist, eigene Glaubwürdigkeitskriterien zu formulieren. Der Satzanfang "Wenn ich entscheiden soll, ob eine Nachricht glaubwürdig ist, achte ich auf folgende Punkte" führte unter anderem zu folgenden Äußerungen der Befragten: ob andere diese Nachricht auch senden da fällt mir nichts ein ob sie logisch klingt weiß ich nicht ob Beweise wie Fotos da sind weiß nicht, ich vertraue meinem Instinkt von wo kommt sie, wo ist sie noch zu finden? meine weibliche Intuition Beispiele aus dem "echten" Leben Da Jugendliche also nur teilweise wissen, wie sie eine Glaubwürdigkeitsprüfung durchführen können, soll die Erarbeitung von entsprechenden Kriterien über einen kleinen Umweg geschehen. Den Schülerinnen und Schülern werden Beispiele aus dem realen Leben präsentiert. In einem gemeinsamen Unterrichtsgespräch entscheiden sie, ob die dargestellten Informationen glaubwürdig sind oder nicht und welche Aspekte dafür oder dagegen sprechen. Schema mit Glaubwürdigkeitskriterien In einem nächsten Schritt übertragen die Schülerinnen und Schüler die gesammelten Antworten auf Informationen, die im Internet verbreitet werden. Parallel dazu notiert die Lehrkraft an der Tafel die genannten Kriterien, dabei entsteht ein Schema. Bei Bedarf ergänzt die Lehrkraft die Antworten der Schülerinnen und Schüler. Bezug zur Lebenswirklichkeit der Jugendlichen Jede Gruppe erhält von der Lehrkraft ein bestimmtes Thema zugeteilt. Die Themen sind so gewählt, dass sie sich an der Lebenswirklichkeit der Schülerinnen und Schüler orientieren, indem sie in ihrer Freizeit von Bedeutung oder in der Schule relevant sind. Folgende Themenschwerpunkte werden von den einzelnen Gruppen bearbeitet: Nachrichten Wissen Recht Freizeit Hilfe und Beratung Download Themen beliebig erweitern Diese Themen sind nur als Vorschlag aufzufassen und können beliebig erweitert oder geändert werden. Denkbar wäre auch, dass die Schülerinnen und Schüler ganz frei zu einem Thema ihrer Wahl recherchieren, das sie privat interessiert. Passendes Suchwort überlegen Die einzelnen Gruppen haben nun die Aufgabe, empfehlenswerte Internetseiten zu ihrem Thema zu finden. Sie gehen dabei folgendermaßen vor: Zunächst überlegen sie sich ein passendes Suchwort zu ihrem Thema, das sie in eine Suchmaschine eingeben. Aus der Ergebnisliste wählen sich die Gruppen drei bis fünf Angebote heraus, die sie überprüfen. Alternativ Internetseiten vorgeben Selbstverständlich kann die Lehrkraft auch gezielt verschiedene Internetseiten zu den einzelnen Themen vorgeben, die die Klasse dann beurteilen muss. In dem Fall bietet es sich an, mehr als zwei Websites anzugeben, damit die Schülerinnen und Schüler nicht automatisch auf eine "gute" und eine "schlechte" Homepage schließen. Internetseiten vergleichen Mithilfe des erarbeiteten Kriterienkatalogs vergleichen die Lernenden anschließend die aufgerufenen Internetseiten. Innerhalb der Gruppe entscheiden sie sich, welche Website ihnen qualitativ am besten gefallen hat. Zuletzt tragen die Jugendlichen in einen Auswertungsbogen ihre wichtigsten Beobachtungen und Argumente für ihre Entscheidung ein. Variante 1: Vortrag vor der Klasse Die Schülerinnen und Schüler bekommen am Ende die Gelegenheit, ihre Arbeitsergebnisse zu präsentieren. Dies ist auf zwei Weisen möglich. Wie traditionell üblich, kann jede Gruppe ihr Ergebnis vor der gesamten Klasse vorstellen. Mithilfe eines Beamers präsentieren die einzelnen Gruppen ihren Mitschülerinnen und -schülern die Internetseite, die ihnen zu ihrem Thema am besten gefallen hat. Die Auswahl begründen sie mithilfe ihres Auswertungsbogens. Wichtig ist, dass dieser nicht einfach vorgelesen wird, sondern den Jugendlichen lediglich als Gedächtnisstütze und "psychologischer Rückhalt" dient. Der oder die Vortragende sollte den Bogen als eine Art Rettungsanker oder Reservefallschirm ansehen, falls er an einer Stelle des Vortrags eine solche Hilfe benötigt. Variante 2: Expertenrunde Alternativ kann die Präsentation in einer sogenannten Expertenrunde stattfinden. Dazu wird die Klasse in neue Gruppen aufgeteilt. Die Aufteilung erfolgt nach dem Prinzip, dass sich in jeder Gruppe mindestens eine Expertin oder ein Experte zu jedem bearbeiteten Thema befindet. Die jeweiligen Expertinnen und Experten übernehmen nun nacheinander die Präsentation in ihrer neuen Gruppe. Dies geschieht wie oben beschrieben, nur findet die Präsentation nicht über den Beamer, sondern an den Schülercomputern statt. Vorteil dieser Methode ist, dass jeder an der Präsentation beteiligt ist und nicht nur einzelne - meist leistungsstarke - Schülerinnen und Schüler diese Aufgabe übernehmen. Plakat mit guten Internetseiten Zum Ende der Unterrichtsstunde werden die "guten" Internetseiten auf einem vorgefertigten Plakat notiert und sichtbar aufgehängt. Das Plakat stellt eine Sammlung besonders gelungener, nicht-kommerzieller Internetangebote zu den erarbeiteten Themen dar. Hieran können sich die Schülerinnen und Schüler bei Bedarf orientieren. Falls die Jugendlichen in ihrer Freizeit oder in der Schule auf weitere "gute" Websites stoßen, kann das Plakat beliebig ergänzt werden. Natürlich ist es auch möglich, neue Themengebiete aufzunehmen. Ergänzungen und Variationen Sollte am Ende der Unterrichtseinheit noch Zeit sein, empfiehlt sich eine Diskussion über mögliche negative Folgen beziehungsweise Auswirkungen in Bezug darauf, alles Mögliche veröffentlichen zu können. Das Internet kann zum Werkzeug werden, um andere Menschen bloßzustellen oder zu beleidigen. Ergänzend können die Lehrkräfte beispielsweise das Thema "Recht am eigenen Bild" behandeln.