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

Diese fächerübergreifende Unterrichtseinheit zur Verkehrserziehung sensibilisiert die Jugendlichen für das sichere Fahren auf motorisierten Zweirädern. Durch die Analyse von statistischen Unfalldaten werden die Schülerinnen und Schüler auf die Gefahren und Risiken beim Fahren eines motorisierten Zweirads im Straßenverkehr aufmerksam gemacht und entwickeln darauf aufbauend eigene Lernplakate oder Videos mit Tipps für ein sicheres Fahren auf dem Mofa, Moped oder Motorrad. Die Unterrichtseinheit enthält Bausteine für den Deutsch-, Sozialkunde-/Gemeinschaftskunde-, Politik-, Ethik-, Englisch- sowie den naturwissenschaftlichen Unterricht. Viele Jugendliche sammeln auf einem motorisierten Zweirad wie dem Mofa oder Moped ihre ersten Erfahrungen im Straßenverkehr. Da das Unfallrisiko der motorisierten Zweirad-Fahrenden um ein Vielfaches höher als bei anderen Kraftfahrzeugen ist, müssen die Jugendlichen die Gefahrenpotenziale kennen und wissen, wie sie sich aktiv und passiv schützen können. Dazu wird in der vorliegenden Unterrichtseinheit auf eine ausreichende Schutzkleidung, defensives Fahrverhalten und die Regeleinhaltung hingewiesen. Mithilfe eines von Ralph Caspers moderierten Videoclips leiten die Lernenden wichtige Regeln für sicheres Fahren ab und führen sich und ihren Mitschülerinnen und Mitschülern durch eine kreative Ergebnissicherung die wichtigsten Verhaltensregeln vor Augen. Jugendliche im Straßenverkehr: reif für motorisierte Zweiräder Die meisten Schülerinnen und Schüler sind bis zu ihrem 15. Lebensjahr nur als Fußgängerin oder Fußgänger oder Fahrradfahrerin beziehungsweise Fahrradfahrer im Straßenverkehr unterwegs. Mit 15 Jahren können sie die Mofa-Prüfbescheinigung erhalten und sich dann mit einem motorisierten Zweirad auf die Straße begeben. Ab 15 oder 16 Jahren dürfen Jugendliche Moped fahren und sich mit bis zu 45 km/h im Straßenverkehr bewegen. Mit 16 kann der A1-Führerschein erworben werden, damit ist man reif für einen eigenen Roller. Ein "kleines" Motorrad mit maximal 48 PS darf man ab 18 Jahren fahren. Jugendliche ab 15 Jahren können also auf verschiedenen Arten motorisierter Zweiräder auf der Straße unterwegs sein. Zur Vereinfachung wird in dieser Einheit verallgemeinernd von "motorisierten Zweirädern" (gemeint sind Mofa, Moped, Roller und Motorrad) gesprochen. Je nach Klassenstufe und Lerngruppe können einzelne Lernbausteine auf einen bestimmten Fahrzeugtyp angepasst werden. Eine entsprechende Übersicht zu Zweirad-Arten, zum Alter beim Führerscheinerwerb, zur Führerscheinklasse und zu den technischen Leistungen des Fahrzeugs erhalten Lehrkräfte und Lernende in M1 (siehe Downloads). Risiko: Jugendliche sind im Straßenverkehr besonders gefährdet Im Jahr 2018 wurden 3.275 Menschen bei Verkehrsunfällen getötet, davon waren 21 Prozent auf einem Kleinkraftrad unterwegs. Von allen Verunglückten waren 20 Prozent der Jugendlichen im Alter zwischen 15 und 25 Jahren. Wie das hohe Unfallrisiko zeigt, sind Jugendliche auf motorisierten Zweirädern besonders gefährdet im Straßenverkehr und müssen daher im Rahmen der Verkehrserziehung auf die besonderen Risiken hingewiesen werden. Als Fahranfängerin beziehungsweise Fahranfänger fehlen den Jugendlichen die nötige Fahrerfahrung und Fahrpraxis, um auf Situationen im Straßenverkehr angemessen reagieren zu können. Intention: Verkehrserziehung im Unterricht Die Unterrichtseinheit möchte einen Beitrag zur Verkehrserziehung leisten und Bausteine zum Einsatz im fächerübergreifenden Unterricht vorstellen, mit denen die Jugendlichen im schulischen Rahmen Fahrkompetenz erwerben können. Dazu zählt das Wissen um die richtige Schutzkleidung, um Arten von motorisierten Zweirädern und ab wann welches Zweirad gefahren werden darf, das Benennen der wichtigsten Verkehrsregeln, das Fahrverhalten bei unterschiedlicher Witterung und die Berechnung von Bremswegen. Didaktisch-methodische Analyse Um Interesse und Neugier für das Thema zu wecken, wird mit einem motivierenden Videoclip (mit Ralph Caspers als Moderator) gearbeitet, auf welchen im Verlauf der Einheit immer wieder Bezug genommen wird. Für zusätzliche Motivation und einen spielerischen Charakter sorgen die Quizfragen auf den Arbeitsblättern, die auch als Online-Quizzes verfügbar sind. Im Zentrum der Unterrichtseinheit stehen vier Bausteine, die in unterschiedlichen Fächern Anbindung finden: Rauf auf die Straße: Wer fährt Moped und wie sicher? (Deutsch, Sozial-/ Gemeinschaftskunde, Politik, Ethik) Analyse von Unfallstatistiken (Deutsch, Sozial-/Gemeinschaftskunde, Politik, Ethik) Reaktions-, Brems- und Anhaltewege berechnen (Mathematik, Physik, NAWI) Be safe and enjoy your ride! (Englisch) A) Baustein 1: Rauf auf die Straße: Wer fährt Moped und wie sicher? Ein kleines Quiz rund um motorisierte Zweiräder dient als Einstieg in das Thema. Anhand eines Infoblattes mit einer Übersicht zu Zweirad-Arten, Führerscheinklassen und zur technischen Leistung der Zweiräder erfahren die Jugendlichen, ab welchem Alter sie welches motorisierte Zweirad fahren dürfen. Kern des Bausteins ist die Analyse verschiedener Persönlichkeitsmerkmale und Einstellungen, die für riskantes oder sicheres Fahrverhalten von Zweirad-Fahrenden verantwortlich sind. Die Lernenden gehen der Frage nach, welche Persönlichkeitstypen aufgrund ihrer Einstellungen und Eigenschaften besonders gefährdet sind beziehungsweise andere im Straßenverkehr gefährden. B) Baustein 2: Analyse von Unfallstatistiken Wie lassen sich die hohen Unfallzahlen von Zweirad-Fahrenden erklären, weshalb sind junge Zweirad-Fahrende ganz besonders gefährdet? Mithilfe von statistischen Daten zu Verkehrsunfällen zeichnen die Lernenden die Entwicklung der Unfallzahlen in den letzten 20 Jahren nach und analysieren, in welchem Alter und in welchen Situationen Zweirad-Fahrende am häufigsten in Unfälle verwickelt sind. Anschließend schauen sie den Videoclip Das Gesetz der Straße: Motorisierte Zweiräder mit Moderator Ralph Caspers (siehe auch Downloads), aus dem sie Tipps für ein sicheres Fahren alleine und zu zweit ableiten. In Kleingruppen stellen sie ihre Regeln und Tipps in Form eines Flyers, als computergestützte Präsentation oder als Video der Klasse vor. Ein Abschluss-Quiz rundet diesen Baustein ab. C) Baustein 3: Reaktions-, Brems- und Anhaltewege berechnen In diesem Baustein für den Mathematik-, Physik- oder NAWI-Unterricht setzen sich die Lernenden mit verschiedenen Gefahrensituationen auseinander. Indem sie Brems-, Reaktions- und Anhaltewege berechnen und die Werte vergleichen, erkennen sie, dass eine vorausschauende und defensive Fahrweise Unfällen vorbeugen kann. D) Baustein 4: Be safe and enjoy your ride! Der Baustein für den Englisch-Unterricht enthält einen Sachtext mit Tipps für das sichere Fahren auf motorisierten Zweirädern, unterteilt in acht einzelne Abschnitte. Dies erleichtert den Lernenden die Textanalyse und Beantwortung von textbezogenen Fragen. Abschließend erstellen die Schülerinnen und Schüler ihre eigenen "Top-5-Tipps für sicheres Reisen auf einem Zweirad" und kreieren (ähnlich wie in Baustein 2) ein Poster, eine Bildergeschichte oder einen Video-Clip in der Fremdsprache. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen Typen von verschiedenen motorisierten Zweirädern kennen mit dem Ziel, deren unterschiedliche Nutzungsmöglichkeiten einschätzen zu können. stellen die wichtigsten Unfallursachen von jungen Zweirad-Fahrenden dar. beschreiben potenzielle Gefahrensituationen für (junge) Zweirad-Fahrende und zeigen Lösungen zur Gefahrenvermeidung auf. lernen unterschiedliche Fahrertypen kennen, beurteilen deren Fahrverhalten und entwickeln ein Verständnis für einen achtsamen Umgang im Straßenverkehr. entnehmen statistischen Unfallzahlen zielgerichtet Informationen und erstellen anhand der Datengrundlage einen eigenen Graphen, der die Entwicklung von Unfallzahlen der letzten Jahre widerspiegelt. berechnen anhand unterschiedlicher Beispiele Reaktions-, Brems- und Anhaltewege. leiten anhand ihrer Berechnungen Regeln für ein sicheres Verhalten im Straßenverkehr ab. setzen sich in der Fremdsprache Englisch mit Tipps für ein sicheres Verhalten und Fahren auf motorisierten Zweirädern auseinander. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler schauen Video-Clips, analysieren und bewerten die gezeigten Informationen (Kompetenzbereich "Analysieren und Reflektieren"). gestalten am Tablet oder PC mit einer Präsentationssoftware einen optisch ansprechenden Flyer (Kompetenzbereich "Suchen, Verarbeiten und Aufbewahren": Suchen und Filtern, Auswerten und Bewerten, Speichern und Abrufen). visualisieren eigene Ideen mit unterschiedlichen Medien (Präsentationssoftware, Erstellung einer Bildergeschichte oder eines eigenen Video-Clips) (Kompetenzbereich "Produzieren und Präsentieren": Entwickeln und Produzieren). lernen zielgerichtet und zugleich spielerisch mit Online-Quizzes . Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler werten gemeinsam in einer Gruppe zielgerichtet Informationen aus, bereiten sie auf und setzen sie in eine Präsentation um. präsentieren ihre Ergebnisse im Plenum adressatenadäquat. behaupten sich in unterschiedlichen Kommunikationssituationen mit eigenen Argumenten und bringen sich konstruktiv in die Gruppenarbeit ein. Das Thema "Verkehrssicherheit und Verkehrserziehung" findet sich fächerübergreifend in den Lehrplänen der Bundesländer wieder: Ethik (Ich und andere, Erwachsen werden, Gerechtigkeit und Recht, das eigene Leben gestalten) Philosophie (Werte und Normen des Handelns) Gemeinschaftskunde (Gesellschaft: Zusammenleben in sozialen Gruppen; Leben in der Medienwelt) Sozialwesen (Verantwortung für sich und andere übernehmen) Politik und Gesellschaft (sich im Leben orientieren, Vorbilder, Idole, Identität und Lebensgestaltung) Physik (im Bereich Mechanik, Mobilität und Energie) Naturwissenschaft und Technik (Energie und Mobilität, Bewegungen) Mathematik (Zuordnungen, Funktionen) Diese folgende Tabelle zeigt fächerübergreifende Beispiele für eine Lehrplananbindung in der Sekundarstufe I. Beispiele für Lehrplananbindung Baden-Württemberg Alle Schulformen Sek I Klasse 7 bis 9 Ethik Ich und Andere: Die Schülerinnen und Schüler können Persönlichkeitsmerkmale als wichtig für eine Person in ihrer Individualität herausarbeiten und sich zu ihrem Einfluss äußern (z. B. Wertvorstellungen, Interessen, soziales Umfeld, Alter, Geschlecht). Sie benennen Verantwortung in ihren verschiedenen Dimensionen anhand von Beispielen. Baden-Württemberg Alle Schulformen Sek I Klasse 7 bis 9 Englisch Sprachmittlung: Die Schülerinnen und Schüler können adressatengerecht relevante Informationen sinngemäß mündlich und schriftlich in die jeweils andere Sprache übertragen. Baden-Württemberg Alle Schulformen Sek I Klasse 7 bis 9 Gemeinschaftskunde Gesellschaft: Die Schülerinnen und Schüler können an Jugendliche in Familie und Peergroup gestellte Rollenerwartungen beschreiben und dabei entstehende Rollenkonflikte erläutern. Sie analysieren einen vorgegebenen Konflikt innerhalb einer sozialen Gruppe und entwickeln Lösungsansätze. Baden-Württemberg Alle Schulformen Sek I Klasse 7 bis 9 Physik Mechanik : Die Schülerinnen und Schüler können Geschwindigkeiten aus experimentellen Messdaten berechnen und aus ihren Kenntnissen der Mechanik Regeln für sicheres Verhalten im Straßenverkehr ableiten (z. B. Reaktionszeit, Sicherheitsgurte). Baden-Württemberg Realschule Sek I Klasse 7/8 Erdkunde, Wirtschafts- und Gemeinschaftskunde Leben in einem Rechtsstaat : Straßenverkehrsrecht Bayern Mittelschule Sek I Klasse 5 bis 10 Schulart- und fächerübergreifende Bildungs- und Erziehungsziele Verkehrserziehung zielt auf die Befähigung der Schülerinnen und Schüler zu einer sicheren Teilhabe am Verkehr sowie zu selbstverantwortlicher und altersgerechter Mobilität. Bayern Mittelschule Sek I Klasse 8 und 9 Englisch Aspekte der Freizeitgestaltung : Reisen mit privaten Verkehrsmitteln, Freizeit im Freundeskreis Bayern Mittelschule Sek I Klasse 8 Ethik Das eigene Leben gestalten : Die Schülerinnen und Schüler nehmen bewusst wahr, was ihnen an der Gestaltung ihrer Lebenswelt wichtig ist und erkennen und hinterfragen die Präferenzen und Werte, die sie dabei leiten. Sie akzeptieren Normen als Bedingungen eines gelingenden Miteinanders und reflektieren Möglichkeiten und Chancen ihrer zunehmenden Selbstständigkeit. Sie übernehmen im Rahmen ihrer Rechte und Pflichten als Jugendliche Verantwortung für sich selbst. Bayern Realschule Sek I Klasse 8 Ethik Die Lernenden diskutieren über Unfallursachen und Unfallverhütungsmaßnahmen und können somit mögliche Gefahren erkennen und verhüten. Bayern Realschule und Gymnasium Sek I Klasse 8 Sozialwesen Die Schülerinnen und Schüler werten die Ergebnisse einer empirischen Befragung zum Risikoverhalten im Jugendalter aus, um daran auch ihr eigenes Verhalten kritisch zu prüfen. Sie entwickeln durch Perspektivenwechsel und Rollenspiele Strategien, um die verschiedenartigen Herausforderungen des Jugendalters (z. B. Risikoverhalten) zu bewältigen. Bayern Mittelschule Sek I Klasse 10 Natur und Technik Die Schülerinnen und Schüler schätzen und berechnen den Bremsweg von Fahrzeugen im Straßenverkehr in Abhängigkeit von deren Anfangsgeschwindigkeit und der vorliegenden Bremsverzögerung. Auf der Grundlage abgeschätzter und berechneter Werte bewerten sie auch kritische Situationen im Straßenverkehr und diskutieren hierfür mögliche Sicherheitsvorkehrungen. Hessen Alle Schulformen Sek I Klasse 7 Mathematik Zuordnungen : Sachaufgaben: Weg-Zeit-Gesetz; grafische Darstellung von Geschwindigkeiten, Umrechnung von m/s ↔ km/h Nordrhein-Westfalen Hauptschule Sek I Klasse 7 und 8 Mathematik Funktionen : Die Schülerinnen und Schüler können Zuordnungen in Verbalisierungen, Wertetabellen, Graphen und Termen darstellen. Nordrhein-Westfalen Hauptschule Sek I Klasse 9 und 10 Mathematik Verbindliche Kontexte im Bereich Lebensplanung: Verkehr: Risikoabschätzungen (Geschwindigkeit) Nordrhein-Westfalen Gesamtschule Erste Progressionsstufe Nawi (Biologie, Chemie, Physik) Sinne und Wahrnehmung : Die Schülerinnen und Schüler können die Vorteile reflektierender Kleidung für die eigene Sicherheit im Straßenverkehr begründen und anwenden. Natur und Technik : Die Schülerinnen und Schüler können die Angemessenheit des eigenen Verhaltens im Straßenverkehr (u.a. Sicherheitsabstände, Einhalten von Geschwindigkeitsvorschriften und Anschnallpflicht) reflektieren und beurteilen. Sachsen Mittelschule Sek I Klasse 10 Ethik Die Schülerinnen und Schüler können die Begriffe Freiheit, Verantwortung und Gewissen auf ethische Entscheidungssituationen am Beispiel Verkehrsregeln anwenden.

Vor etwas mehr als 100 Jahren erhielten die Astronomen die Möglichkeit, auf der Grundlage von Sternspektren die Physik der Sternatmosphären zu erforschen. Der helle Stern Wega besitzt ein sehr übersichtliches Spektrum, für dessen Auswertung und Interpretation Kenntnisse der Oberstufen-Schulphysik genügen.In der Schulsternwarte der Geschwister-Scholl-Realschule in Betzdorf wurde das Spektrum des Sterns Wega im Sternbild Leier mit einem DADOS-Spektrographen der Firma Baader-Planetarium aufgenommen. Basierend auf dieser Aufnahme können unter Verwendung einer Energiesparlampe als Kalibrierlichtquelle die Wellenlängen der im Wega-Spektrum beobachtbaren Absorptionslinien vermessen werden. Für die Interpretation des Spektrums genügt die Kenntnis der wesentlichen Aussagen des Bohrschen Atommodells. Das in der vorliegenden Unterrichtseinheit beschriebene Vorgehen betrachtet die klassischen Themen Wellenoptik und Atommodelle des Oberstufenlehrplans Physik unter astrophysikalischem Aspekt und verknüpft sie mit modernen Methoden rechnergestützter Datenverarbeitung und Auswertung.Das alleinige Erstellen des Spektrums der Wega aus den beiden Bilddateien ("wega_spektrum.jpg" und "spektrum_ESL.jpg") lässt sich als isolierte Unterrichtseinheit auffassen. Man sollte dafür einen Zeitbedarf von zwei Unterrichtsstunden ansetzen. Sinnvoller erscheint es jedoch, die Thematik in einen übergeordneten Zusammenhang zu stellen. Dies erfordert Grundkenntnisse zur Emission beziehungsweise Absorption von Licht im Wasserstoffatom und zur Spektralklassifikation von Sternen. Die wesentlichen Informationen zu beiden Themen können Schülerinnen und Schüler im Internet recherchieren. Wenn allerdings, zum Beispiel aus Zeitgründen, auf eine Internetrecherche verzichtet werden soll, können die in diesem Beitrag dargestellten fachlichen Grundlagen (Datei "wegaspektrum_grundlagen.pdf") als eine kurze Einführung in die Thematik dienen. Grundlagen: Wasserstoffspektrum & Spektralklassen Zum Verständnis des Wega-Spektrums ist die Kenntnis der Theorie zur Lichtabsorption und -emission in Atomen erforderlich. Auch die Spektralklassen der Sterne sollten bekannt sein. Der Stern Wega Der noch junge, bläulich-weiße Stern der Spektralklasse A hat eine Lebenszeit von weniger als einem Zehntel unserer Sonne. Möglicherweise besitzt Wega einen Planeten. Vermessung der Absorptionslinien im Wega-Spektrum Die Verfahrensweise und das Ergebnis werden hier ausführlich vorgestellt und diskutiert. Alle Materialien zur Unterrichteinheit können Sie hier einzeln herunterladen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Lichtemission und Lichtabsorption im Bohrschen Atommodell beschreiben und erklären können. Grundlegendes zu den Spektralklassen der Sterne erfahren. verstehen, warum die Spektralklassensequenz der Sternspektren eine Temperatursequenz ist. wesentliche Eigenschaften des Sterns Wega kennen lernen. einen Gitterspektrographen anhand des bekannten Spektrums einer Energiesparlampe kalibrieren. aus einer digitalen Bilddatei das (Absorptions-)Spektrum des Sterns Wega in Form einer Funktion extrahieren, die jeder Wellenlänge im sichtbaren Bereich eine Intensität zuordnet. die Absorptionslinien im Wega-Spektrum als Linien der Balmerserie des atomaren Wasserstoffs erkennen. Thema Das Spektrum der Wega Autoren Peter Stinner, Steffen Urban Fach Physik, Astronomie, Astronomie-AGs Zielgruppe Jahrgangstufe 11-13 Zeitraum 2-5 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetzugang (Internetrecherche zu fachlichen Grundlagen und zur Auswertung der Spektren) Software Astroart oder kostenlose Astroart-Demoversion zur Erstellung von Intensitätsprofilen längs beliebiger gerader Linien in Bilddateien; Tabellenkalkulation (hier MS Excel) Steffen Urban ist Schüler der Jahrgangstufe 12 am Kopernikus-Gymnasium Wissen. In seiner Facharbeit beschäftigte er sich mit der Kalibrierung des DADOS-Spaltspektrographen. Das Bohrsche Atommodell Nach dem Bohrschen Atommodell gibt es für Elektronen in einem Atom oder Ion verschiedene diskrete Energieniveaus, so genannte Quantenzustände. Es ist nicht möglich, dass die Elektronenenergie Zwischenwerte annimmt. Niels Bohr (1885-1962) schrieb jedem dieser Zustände eine bestimmte Kreisbahn eines Elektrons um den Atomkern zu. Energieniveaus und Spektrallinienserien des Wasserstoffatoms Normalerweise hält sich das Elektron in einem Wasserstoffatom im Grundzustand auf (Quantenzahl: n = 1), also auf der Stufe mit der niedrigsten Energie. Der Begriff "Grundzustand" rührt daher, dass ein mittels Energiezufuhr auf einen höheren Zustand befördertes Elektron nach kurzer Zeit wieder in diesen Grundzustand zurückfällt. Theoretisch gibt es in einem Atom unendlich viele Quantenzustände für Elektronen, deren Energiedifferenzen mit größeren Quantenzahlen jedoch immer geringer werden, und deren Energien gegen einen bestimmten Wert, die Ionisationsgrenze, konvergieren. Wenn man die Gesamtenergie eines Elektrons im Wasserstoffatom an der Ionisierungsgrenze zu Null Elektronenvolt (eV) festlegt, dann hat es im Grundzustand eine Energie von -13,6 Elektronenvolt. Zur Ionisierung eines Wasserstoffatoms im Grundzustand ist also eine Mindestenergie von 13,6 Elektronenvolt erforderlich. Die Energieniveau-Schemata der Atome anderer Elemente sind deutlich komplizierter. Allen gemeinsam ist aber das Auftreten von diskreten Energieniveaus. Aufnahme und Abgabe von Energie in einem Atom Der Wechsel eines Elektrons zwischen zwei diskreten Energiestufen ist mit der Aufnahme oder der Abgabe von Energie verbunden. Dies erfolgt entweder strahlungslos durch eine Kollision mit einem anderen Teilchen, oder aber durch Absorption (Energie wird aufgenommen) oder Emission (Energie wird abgegeben) eines Lichtquants, eines so genannten Photons, der Energie W = h•f. Die Vorgänge der Aufnahme und Abgabe von Energie in einem Atom durch Elektronensprünge ("Quantensprünge") illustriert Abb. 2. Neben den im Wasserstoffatom existierenden Energiezuständen zeigt Abb. 1 auch, welche Übergänge zwischen solchen Zuständen möglich sind, das heißt welche Spektrallinien im Wasserstoffspektrum zu erwarten sind. Im sichtbaren Bereich des Spektrums liegen dabei ausschließlich Linien der Balmerserie. Damit Linien dieser Serie emittiert werden können, müssen Wasserstoffatome sich in einem Quantenzustand mit n = 3 oder höher befinden. Linien der Balmerserie treten im Absorptionsspektrum von Wasserstoff nur dann auf, wenn hinreichend viele Atome sich im Zustand mit n = 2 aufhalten. Wann und warum diese Bedingung von Sternen erfüllt wird, wird im Folgenden erläutert. Planck-Funktion und Absorptionsspektren Sterne existieren in einem sehr großen Oberflächen-Temperaturbereich von etwa 3.000 Kelvin bis über 100.000 Kelvin, wobei die Sonne an der Oberfläche etwa 6.000 Kelvin heiß ist. Sterne strahlen ihre Energie gemäß der Planck-Funktion ab, die in Abb. 3 (zur Vergrößerung bitte anklicken) logarithmisch dargestellt ist. Die Kurvenform ist temperaturunabhängig, die Maxima verschieben sich mit steigender Temperatur nach links. Dadurch erscheinen kühlere Sterne rötlich, heiße Sterne sind bläulich. Betrachtet man neben der spektralen Verteilung der abgestrahlten Energie die Spektren verschiedener Sterne, so erscheint die Situation auf den ersten Blick deutlich unübersichtlicher. Abb. 4 zeigt Spektren von sieben verschiedenen Sternen. Man erkennt, dass alle diese Spektren Absorptionsspektren sind, das heißt in einem eigentlich kontinuierlichem Spektrum fehlt Licht diverser diskreter Wellenlängen. Die dunklen Linien in den Spektren nennt man Absorptionslinien, da Licht der entsprechenden Farbe beziehungsweise Wellenlänge in den Sternatmosphären absorbiert wird. Spektraltypen Die Klassifizierung der Sterne in Spektraltypen erfolgte anfänglich nur anhand von Merkmalen im Spektrum. So nimmt die Intensität mancher Absorptionslinien von einer Klasse zur nächsten manchmal zu oder auch ab. Später erkannte man, dass die Oberflächentemperatur eines Sterns für das Aussehen seines Spektrums verantwortlich ist. Die Spektralklassen wurden in eine Temperatursequenz umgeordnet (Abb. 5), wobei die Oberflächentemperaturen von der Spektralklasse O (für ganz heiße Sterne mit etwa 30.000 bis 50.000 Kelvin Temperatur) über B, A, F, G und K bis hin zu M (etwa 2.000 bis 3.350 Kelvin) abnehmen. Das Merken dieser Reihenfolge erleichtert der Satz " O B*e *A* *F*ine *G*irl, *K iss M e!". Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Spektralklassensequenz in jüngerer Zeit um die Klassen L und T für Zwergsterne erweitert wurde. Eigenschaften der Spektralklassen In den Atmosphären sehr heißer Sterne der Spektralklassen O, B und A können keine Moleküle existieren. Die heftige thermische Bewegung der beteiligten Atome würde jegliche chemische Bindung sprengen. Auf weniger heißen Sternen der Klassen K und M existieren Moleküle. Deren Spektrallinien tauchen als Absorptionslinien in den Spektren auf und machen diese recht unübersichtlich. In K- und M-Spektren gibt es im sichtbaren Wellenlängenbereich keine Linien aus Atomspektren. Die Elektronenhüllen aller Atome befinden sich im energetischen Grundzustand, und alle Absorptionslinien, die durch Lichtabsorption eines Atoms im Grundzustand zustande kommen können, liegen im ultravioletten Bereich. Dagegen ist die Situation bei den heißen Sternen anders gelagert: Die aufgrund ihrer Wärmebewegung große kinetische Energie der Atome führt bei Stößen der Atome untereinander zur Beförderung der Elektronen in höher gelegene Quantenzustände. Derart "angeregte" Atome absorbieren, wie oben erläutert, auch sichtbares Licht. Das Wega-Spektrum Beim Stern Wega (Spektralklasse A) ist die Situation besonders übersichtlich: Das Spektrum enthält im Sichtbaren ausschließlich Absorptionslinien, die zur Balmerserie des atomaren Wasserstoffs gehören. Die Oberflächentemperatur des Sterns und damit die Bewegungsenergie der Wasserstoffatome in der Sternatmosphäre sind nämlich groß genug, dass ständig viele Wasserstoffatome durch Stöße untereinander in den Quantenzustand mit n = 2 gelangen. Damit sind die Bedingungen für das Auftreten sichtbarer Absorptionslinien gegeben (vergleiche Abb. 1). Wega ist der Hauptstern des Sternbilds Leier. Diese Konstellation ist durch den berühmten Ringnebel (M 57) bekannt. Wega bildet zusammen mit Deneb (Hauptstern im Sternbild Schwan) und Atair (Hauptstern im Adler) das so genannte Sommerdreieck (Abb. 6). Sie ist etwa 25,3 Lichtjahre von der Sonne entfernt und damit ein relativ nahe gelegener Stern. Zusammen mit Arktur und Sirius ist Wega einer der hellsten Sterne in der Nachbarschaft der Sonne. Wega diente als Nullpunkt zur Kalibrierung der astronomischen fotometrischen Helligkeitsskala. Sie ist ein bläulich-weißer Stern der Spektralklasse A, der in seinem Kern Wasserstoff zu Helium fusioniert. Mit einem Alter von ungefähr 400 bis 500 Millionen Jahren zählt Wega zu den noch ziemlich jungen Sternen. Wega weist die doppelte Masse und die 37-fache Leuchtkraft der Sonne auf. Das sichtbare Spektrum wird durch Absorptionslinien des Wasserstoffs, speziell durch Linien der Balmerserie, dominiert. Die Linien der anderen Elemente sind nur ganz schwach ausgeprägt. Da massereiche Sterne ihren Wasserstoff viel schneller als kleinere Sterne zu schwereren Elementen fusionieren, ist die Lebenszeit von Wega mit einer Milliarde Jahre vergleichsweise gering. Das entspricht etwas weniger als einem Zehntel der Lebenszeit der Sonne. Mit Lebenszeit ist hier die Zeit gemeint, während der ein Stern Energie aus der Fusion von Wasserstoff freisetzt. Danach wird sich Wega zu einem roten Riesen der Spektralklasse M aufblähen, um schließlich als Weißer Zwerg zu enden. Durch die vermehrte Abstrahlung im Infrarotbereich weiß man, dass Wega von einer Gas- und Staubscheibe umgeben ist. Im Jahr 2003 berechneten britische Astronomen, dass die Eigenschaften dieser Scheibe vermutlich am besten durch einen Planeten, der dem Neptun ähnelt, erklärt werden können. Trotz intensiver Suche konnte bei Wega bis heute aber noch kein Planet nachgewiesen werden. Aufnahme des Wega-Spektrums Die dieser Unterrichtseinheit zugrunde liegenden Spektren der Wega und einer Energiesparlampe wurden mit einem DADOS-Spektrographen der Firma Baader-Planetarium am C8-Teleskop der Schulsternwarte der Geschwister-Scholl-Realschule in Betzdorf gewonnen. Die Methode der Technik der Gewinnung von Spektren als Bilddateien wird ausführlich in der Unterrichtseinheit Spektroskopie an galaktischen Gasnebeln beschrieben. Nachdem das Spektrum der Wega (Abb. 7) zur Verfügung steht, stellt sich die Frage, welche Lichtwellenlänge von welchem Ort im Bild des Spektrums repräsentiert wird. Zur Beantwortung dieser Frage muss der Spektrograph kalibriert (geeicht) werden. Eine Energiesparlampe als Kalibrierlichtquelle Als so genannte Kalibrierlichtquelle verwendet man eine externe Lichtquelle, die hinreichend viele und möglichst genau bekannte Wellenlängen emittiert, die über das gesamte sichtbare Spektrum verteilt sind. Diese Anforderungen erfüllen handelsübliche und preiswerte Energiesparlampen. Diese benötigen im Gegensatz zu den üblicherweise in Physiksammlungen vorhandenen Spektrallampen weder Vorschaltgeräte noch eine Hochspannungsversorgung. Auch das Problem der Erhitzung spielt keine Rolle. Energiesparlampen sind also auch in einer beengten Sternwarte problemlos und gefahrlos zu betreiben. Steffen Urban hat das Referenzspektrum einer Energiesparlampe (ESL) im Rahmen seiner Facharbeit mit großer Genauigkeit vermessen (Abb. 8). Die Fehler bei den Wellenlängenwerten liegen typischerweise um 0,1 Nanometer. Erster Schritt: Das Spektrum der Kalibrierlampe Zu Beginn wird der Spektrograph auf der Grundlage des bekannten Spektrums einer Energiesparlampe (siehe Abb. 8) kalibriert. Wir wählen dazu das untere der drei Spektren im Bild "spektrum_ESL.jpg", das (genau wie das Wega-Spektrum im Bild "spektrum_wega.jpg") mit dem 35 Mikrometer breiten Spalt des DADOS-Spektrographen aufgenommen wurde. Nun gilt es, mithilfe des Programms Astroart und einer Tabellenkalkulationssoftware (hier MS Excel) daraus ein Intensitätsprofil längs einer Strecke durch das Spektrum zu erstellen. Die kostenfreie Demoversion von Astroart reicht für unsere Zwecke aus. Als Endergebnis der Prozedur entsteht ein Diagramm, wie es in Abb. 9 in den Spalten D bis G (oben) zu sehen ist. Abb. 9 zeigt einen Screenshot der Exceldatei "wega_muster_auswertung.xls". Zweiter Schritt: Die Kalibrierfunktion Auf der Erzeugung des Intensitätsprofils des Kalibrierlampen-Spektrums folgt die Ermittlung der Kalibrierfunktion, die jeder Pixelnummer aus Spalte A in Abb. 9 eine Wellenlänge zuordnet. Dabei entsteht die rote Wertetabelle der Kalibrierfunktion in den Spalten P und Q von Abb. 9. Zu dieser Tabelle erstellt man dann ein Diagramm (unteres Diagramm in den Spalten D bis G, Abb. 9). Dritter Schritt: Das Wega-Spektrum Wie oben für das Energiesparlampen-Spektrum beschrieben, verfährt man nun mit dem Wega-Spektrum (Datei "spektrum_wega.jpg"). In Astroart wird von dem Spektrum ein Profil mit den gleichen Endpunkten wie zuvor beim Energiesparlampen-Spektrum erzeugt. Vom Spektrum der Wega liegt dann eine Funktion vor, die jeder Pixelnummer die entsprechende Intensität zuordnet. Mithilfe der im zweiten Schritt gewonnenen Kalibrierfunktion werden dann die Pixelnummern durch Wellenlängen ersetzt. Aus den Spalten J und I (Abb. 9) entsteht schließlich das Wega-Spektrum in seiner endgültigen Form (Spalten L bis O, unteres Bild in Abb. 9). Aus dem Intensitätsprofil des Wega-Spektrums lokalisiert man die ungefähre Lage der drei auffallenden Absorptionslinien. Die Intensitätswerte aus Spalte I in Abb. 9 helfen bei der genauen Festlegung der Intensitätsminima. Das Verfahren ist bei der Ermittlung der Linienmaxima im Energiesparlampen-Spektrum ausführlich beschrieben. Abb. 10 zeigt die Ergebnisse dieser Prozedur und gleichzeitig eine Möglichkeit, die Daten anschaulich darzustellen. Unter den von uns gemessenen Wellenlängen der Absorptionslinien sind die Literaturwerte ergänzt. Die in der Literatur als sichtbar beschriebenen Balmerlinien H-delta (410,2 Nanometer) und H-epsilon (397,0 Nanometer) fehlen hier. Ursache ist ein UV-Sperrfilter vor dem Sensor der verwendeten Kamera. Dieser blockiert sämtliches Licht mit Wellenlängen unter 415 Nanometern. Man erkennt die drei Absorptionslinien H-alpha, H-beta und H-gamma der Balmerserie (vergleiche Abb. 1 ). Damit ist zum Beispiel nachgewiesen, dass die Atmosphäre der Wega größere Mengen an atomarem Wasserstoff enthält. Außerdem kann man daraus schließen, dass diese Wasserstoffatome vergleichsweise hohe Temperaturen haben. Atome, die Licht der Balmerwellenlängen absorbieren, müssen sich im "ersten angeregten Energiezustand" (Quantenzahl n = 2) befinden. Dieser ist nur bei hohen Temperaturen ausreichend besetzt. Wega - ein geeignetes Objekt für den Einstieg in die Spektroskopie Für eine erste Betrachtung des Spektrums eines Himmelsobjekts eignet sich das Spektrum der Wega besonders gut. Da es im sichtbaren Bereich nur die Linien der Balmerserie zeigt, ist es auch für Anfänger auf dem Gebiet der Spektroskopie leicht zu überschauen und zu interpretieren. Abweichung von den Literaturwerten Die in unserer Musterauswertung (siehe Abb. 9) ermittelten Wellenlängen der Absorptionslinien im Wega-Spektrum (Abb. 10) weichen von den Literaturwerten um etwa ein Nanometer ab. Ein Grund dafür ist der Umstand, dass wir uns bei der Festlegung der Orte der Spektrallinien - sowohl im Kalibrier-, als auch im Wega-Spektrum - auf ganzzahlige Pixelwerte beschränkt haben. Wer bereit ist, mehr Aufwand zu betreiben, kann die Linienorte in den Spektren durch Betrachtung der jeweiligen Linienprofile auf etwa 0,1 Pixel genau festlegen und die Abweichungen von den Literaturwerten damit nennenswert reduzieren. (Informationen zur Vorgehensweise finden Sie in der Unterrichtseinheit "Spektroskopie an galaktischen Gasnebeln" im Abschnitt Spektren planetarischer Nebel .) Eine weitere Fehlerursache liegt darin, dass die Funktion "Trendlinie" in Excel, die die Kalibrierfunktion liefert, die Koeffizienten der Terme zweiter und höherer Ordnungen nur auf eine geltende Ziffer genau angibt. Mit anderer Software (zum Beispiel dem Open-Source-Programm Qtiplot) sind exaktere Kalibrierfunktionen konstruierbar. Wikipedia: QtiPlot QtiPlot ist ein Open-Source-Programm zur Analyse und Visualisierung von Daten. Steffen Urban ist Schüler der Jahrgangstufe 12 am Kopernikus-Gymnasium Wissen. In seiner Facharbeit beschäftigte er sich mit der Kalibrierung des DADOS-Spaltspektrographen.

Über Leben auf dem Mond wurde bereits in der Antike spekuliert. Als Begründer der Science-Fiction-Literatur gilt jedoch Johannes Kepler (1571-1630), der in seinem Werk "Somnium" eine fiktive Reise zum Mond schildert.Der berühmte Astronom beschreibt im ?Somnium? eine phantastische Reise zum Mond. In dem kurzen Text verbindet er sowohl Mythen als auch wissenschaftliche Erkenntnisse seiner Zeit. Für den Deutschunterricht bietet diese Mischung aus Fiktion und Wirklichkeit reizvolle Zugänge zu Textbetrachtung und Sprachlehre, aber auch zu der faszinierenden Naturwissenschaft der Astronomie. Durch Internetrecherchen, Arbeits- und Informationsblätter gewinnen die Schülerinnen und Schüler Einblicke in Keplers Leben und sein "Somnium", untersuchen die Frage, was für Anforderungen eine Reise zum Mond an Astronauten stellt und beschäftigen sich mit Vorstellungen zur Geographie des Mondes und zu "Mondbewohnern". Die vorgestellten Unterrichtsvorschläge zu Keplers "Somnium" können sowohl im Zusammenhang als auch als Einzelbausteine eingesetzt werden. Kepler und der Beginn neuzeitlicher Astronomie Vor 400 Jahren, im Jahre 1609, hat Galileo Galilei (1564-1642) erstmals ein Teleskop für astronomische Beobachtungen genutzt. 1609 gilt daher als der Beginn der neuzeitlichen Astronomie. Aufgrund des historischen Jubiläums hat die UN-Generalversammlung 2009 zum Internationalen Jahr der Astronomie erklärt. Auch ein Johannes Kepler Jubiläum ist in diesem Jahr zu begehen: Vor 400 legte er mit seinem Werk "Astronomia Nova" die Grundlagen zum Verständnis der Bewegung der Himmelskörper. Kepler fächerübergreifend Das Thema Kepler bietet sich für eine fächerübergreifende Herangehensweise an. Die Auseinandersetzung mit dem "Somnium" kann mit der Behandlung der Himmelsmechanik (Physik oder Mathematik, siehe Marsschleifen ? die Entdeckung der Himmelsmechanik ) und im Geschichtsunterricht mit der Untersuchung seiner Lebensumstände verbunden werden (Dreißigjähriger Krieg, Hexenverbrennung, siehe Johannes Kepler und seine Zeit ). Der hier vorgestellte fünfte und sechste Baustein zum "Somnium" (Jakobs Traum, Biblisches und altägyptisches Weltbild) sind fachübergreifende Ergänzungen mit Bezug zur Religionslehre. Wenn Sie Zugang zu einem Teleskop (Volks- oder Schulsternwarte) haben, sollten Sie ihren Schülerinnen und Schülern auch einen Blick durch modernes Gerät auf die Mondoberfläche ermöglichen - als schöne Abrundung der Beschäftigung mit Keplers Traum vom Mond. 1. Einführung in Keplers "Traum" Diese Stunde führt in den Text "Somnium" ein: Autor, Entstehungszeit, Textart und Aufbau der Erzählung werden erläutert. 2. Reisende oder Astronauten? In dieser Stunde geht es darum, wie man sich zu Keplers Zeit mögliche Reisen zum Mond vorstellte, und wie - im Vergleich dazu - echte Astronauten ausgestattet sein müssen. 3. Die Geographie des Mondes nach Kepler Kepler kommt in seinem Traum zu Ergebnissen, die in ihrem Kern auch heute noch akzeptabel sind, wenngleich er sie in phantastische Zusammenhänge einkleidet. 4. Keplers Mondbewohner Die Möglichkeit eines bewohnten Mondes hat die Menschen schon vor langer Zeit beschäftigt und sich in verschiedenen Darstellungsformen niedergeschlagen. 5. Jakobs Traum Die Schülerinnen und Schüler vergleichen Jakobs Traum von der Himmelsleiter mit Keplers "Somnium" unter Berücksichtigung der Entstehung und der Aussageabsicht der Autoren. 6. Biblisches und altägyptisches Weltbild Die Beschäftigung mit unterschiedlichen Weltbildern offenbart die Entwicklung von der Vorstellung eines belebten Himmels zu einem unbelebten Weltraum. Die Schülerinnen und Schüler sollen einen Überblick über die Biografie Johannes Keplers gewinnen. die Textart von Johannes Keplers "Somnium" bestimmen können. Stilmerkmale einer Phantasiegeschichte in Keplers "Somnium" erkennen. Einblick in Bedingungen und Anforderungen an das Reisen zu Keplers Zeit erhalten. zum kritischen Vergleich historischer Vorstellungen moderner Praxis von der Raumfahrt befähigt werden. eine kleine Auswahl astronomischer Fachbegriffe kennen lernen. verständliche Definitionen neuer Begriffe formulieren können. Einblick in verschiedene Mythen von einer Belebung des Mondes erhalten. wissenschaftlich-logische Schlussfolgerungen Keplers, ironische Übertreibungen und heute bekannte Tatsachen über sogenannte Mondbewohner unterscheiden lernen. die Fähigkeit zur Deutung von Traumsymbolen an zwei Beispielen erwerben. Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen dem antiken (biblischen, altägyptischen) und modernen Weltbild Keplers benennen können. Thema Keplers Traum von der Reise zum Mond Autor Günther Neumann Fach Deutsch, fachübergreifende Ergänzungen mit Bezug zur Religionslehre Zielgruppe ab Klasse 8 Zeitraum 1 Stunde pro Einzelbaustein Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in ausreichender Anzahl (1-2 Personen pro Rechner) Für die Bereitstellung eines Scans des Buches "Keplers Traum vom Mond" von Ludwig Günther (Leipzig 1898) bedanken wir uns bei Herrn Dr. Daniel A. Di Liscia von der Kepler-Kommission der Bayerischen Akademie der Wissenschaften. Motivation Zum Einstieg in die Thematik wird ein Portrait Keplers gezeigt. Dazu bietet sich das Kepler-Portrait aus dem Wikimedia Commons Medienarchiv an. Hinzuweisen ist auf die Instrumente, die Kepler auf der Darstellung in der Hand hält. Besonders der Zirkel lässt Rückschlüsse auf seine berufliche Tätigkeit zu. Kepler-Porträt Portrait aus dem Wikimedia Commons Medienarchiv Problematisierung An die Betrachtung des Portraits schließt sich die Frage an: "Mathematiker und Astronom oder Dichter?" Dem wird durch eine kurze Internet-Recherche (zum Beispiel auf der Website Wikipedia) nachgegangen. Neben Keplers Lebensdaten werden vor allem die Titel seiner Werke untersucht. Sind das wissenschaftliche oder belletristische Werke? Die Lernenden tragen ihre Rechercheergebnisse vor (Tafelanschrift oder alternativ Dokumentation mithilfe eines Textverarbeitungsprogramms). Folgende Informationen sollten gefunden werden: Friedrich Johannes Kepler Geboren am 27. Dezember 1571 in Weil der Stadt Verstorben am 15. November 1630 in Regensburg Naturphilosoph, Theologe, Mathematiker, Astronom, Astrologe und Optiker Werke Mysterium Cosmographicum Harmonice Mundi Dioptrice Tabulae Rudolfinae Astronomia Nova Somnium Nova stereometria doliorum vinariorum Von den gesicherten Grundlagen der Astrologie Falls den Schülerinnen und Schülern der Text vorliegt, kann das folgende Schema gemeinsam erarbeitet werden. Ansonsten trägt die Lehrkraft den Aufbau des Textes vor (Tab. 1). Tab. 1: Erzählstruktur Quellenfiktion Einleitung Hauptteil Schluss Realität Kepler erwirbt 1608 auf der Frankfurter Buchmesse ein Werk über die böhmische Zauberin Libussa. Kepler erwacht abrupt vom prasselnden Regen. Traum Er träumt, dass in diesem Buch die Hexe Fiolxhilde einen Geist beschwört. Kern der Erzählung Der Geist erzählt von der Reise zum Mond Das Diagramm (Tab. 1) macht deutlich, dass es sich bei dem Werk "Somnium" um einen fiktionalen Text handelt, der in drei Ebenen aufgebaut ist. Die oberste Ebene spielt in der Realität und kann als autobiographische Notiz Keplers begriffen werden. Die mittlere Ebene mit Schlaf und Traum stellt die Verbindung von der Realität zur Welt des Mythos her: Als Hexen galten reale Menschen, denen man irreale Eigenschaften wie die Macht über Geister und Dämonen andichtete. Die dritte und unterste Ebene schließlich stellt den eigentlichen Kern der Erzählung dar. Kepler erzählt aber nicht selbst, sondern lässt im Traum einen Geist sprechen, der aus seinem übernatürlichen Wissen heraus die Reise zum Mond und die dortigen Gegebenheiten beschreibt. Durch diesen Kunstgriff muss Kepler seine Aussagen nicht wissenschaftlich belegen, sondern bewegt sich im Raum künstlerischer Freiheit. Lehrpersonen können sich mit der hier angebotenen deutschen Übersetzung einen Eindruck vom Gesamtwerk verschaffen (Umfang etwa neun "Schreibmaschinenseiten"): Die Schülerinnen und Schüler füllen gemeinsam einen Lückentext aus. Während die Lösungen für die ersten Lücken noch vom Arbeitsblatt selbst abgelesen werden können, müssen die weiteren Lücken durch das individuell erworbene Wissen gefüllt werden: "Johannes Kepler lebte von _ 1571 _ bis _ 1630 _. Er war unter anderem _ Mathematiker _ und _ Astronom _, aber er interessierte sich auch für _ Astrologie _. In einem seiner Werke beschreibt er einen _ Traum _. Darin geht es um eine Reise zum _ Mond _. Wegen der Darstellung als unwirkliche Einflüsterung eines Geistes ist dieser 18 Seiten lange Text kein wissenschaftliches Werk, sondern _ eine phantastische Erzählung _." Motivation Auf der Webseite Schulbilder.org gibt es mehrere Ausmalbilder von Astronauten. Ein Beispiel können Sie unter dem folgenden Link herunterladen. Diese Grafik oder andere, realistischere Abbildungen von Astronauten führen zu der Frage: "Seit wann denken Menschen daran, zum Mond zu reisen?" Schulbilder.org: Astronaut Sie können eine Abbildung mit dem Download-Knopf unter der Grafik herunterladen. Beachten Sie die “Image Information” unter der Abbildung und die „Terms of Use“. Problematisierung Zu Keplers Zeit gab es natürlich noch keine reale Möglichkeit, zum Mond zu reisen. Aber er lässt in seinem "Traum" einen Geist eine solche Reise beschreiben. Zunächst raten die Schülerinnen und Schüler, was für Menschen man zu Keplers Zeit (17. Jahrhundert) wohl für geeignet hielt, eine solche Reise anzutreten. Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen Textausschnitt aus Keplers "Traum" als Datei. Darin sollen sie mit verschiedenen Farben Antworten auf folgende Fragen markieren (eventuell Tafelanschrift oder Overhead-Folie): 1. Wie weit ist das Ziel der Reise, der Mond (=Insel Levania) entfernt? 2. Welche Forderungen stellt Kepler an die körperliche Kondition der Reisenden? 3. Wie ist der Reiseproviant (die Nahrung) der Mondfahrer beschaffen? 4. Welche Erfahrungen sollten die Reisenden mitbringen? 5. Warum erscheinen die Spanier als besonders geeignet für eine solche Fahrt? In einem zweiten Schritt recherchieren die Lernenden im Internet die Anforderungen an heutige Astronauten und setzen diese in Beziehung zu den Vorstellungen Keplers. Die Schülerinnen und Schüler tragen ihre Rechercheergebnisse in die Tabelle der vorbereiteten Datei ein und drucken anschließend dieses Arbeitsblatt als Ergebnissicherung aus. Ein kleiner Multiple-Choice-Test (2_keplers_traum_test.zip) dient der Wiederholung und Sicherung der in der Stunde erarbeiteten Inhalte. Motivation Eine allegorische Abbildung des Mondes (3_keplers_traum_AB_mondgeographie.pdf, Seite 1) aus dem mittelalterlichen Hausbuch von Schloss Wolfegg, entstanden im Zeitraum von 1470-1490, dient als motivierender Einstieg. Die Abbildung des Mondes in der allegorischen Darstellung soll zu der Frage führen, wie man sich im ausgehenden Mittelalter die Beschaffenheit des Mondes vorgestellt hat: Er ist rund, zeigt Phasen und seine Oberfläche kann als Gesicht gedeutet werden. Dazu kann ein Auszug aus der dazugehörigen Beschreibung kurz besprochen werden (3_keplers_traum_AB_mondgeographie.pdf, Seite 2). Die Abbildung und der Textauszug werden auf eine Overhead-Folie kopiert, im Klassenzimmer projiziert und besprochen. Alternativ können Bild und Text im Internet aufgesucht werden. Zum besseren Verständnis sollte der Text von der Lehrkraft vorgelesen werden. Da sich die zeitgenössische, noch nicht normierte Rechtschreibung an der Aussprache orientiert, erleichtert das Hören das Verstehen des Textes. Hausbuch (Schloss Wolfegg) Wikipedia-Beitrag Planeten und Planetenkinder - Abbildung der Handschrift Text bei Wikisource allegorische Abbildung des Mondes von Schloss Wolfegg Grafik bei Wikisource Problematisierung In einer allegorischen Darstellung geht es nicht um realistische Wiedergabe, sondern um die Deutung eines Phänomens. Zu welchen Aussagen über den Mond könnte Kepler im Jahr 1609 kommen? Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen Auszug aus Keplers "Traum" (3_keplers_traum_AB_mondgeographie.pdf, Seite 3 und folgende). In dem kurzen Abschnitt sind viele unbekannte Begriffe enthalten, die sie mithilfe der beigefügten Anmerkungen erklären sollen. Ziel ist, durch die eigenständige Formulierung treffender Definitionen das Verstehen zu fördern. Die Lernenden erhalten ein Arbeitsblatt mit einer Abbildung aus Keplers Traum (3_keplers_traum_AB_mondgeographie.pdf, Seite 4). Darauf sollen sie die geographischen Fachbegriffe, die sie vorher definiert haben, eintragen. Nicht alle Fachbegriffe kommen dabei zur Verwendung. Hintergrund Schon in der Antike deutete man verschiedene Flecken auf dem Vollmond als "Mondgesicht" (zum Beispiel Plutarch [circa 45-125 n. Chr.]: De facie in orbe lunae). So entstand vermutlich die Annahme, der Mond sei bewohnt und es könnten dort Menschen oder Tiere leben. Auch religiöse Darstellungen griffen auf diese Mythen zurück. Albrecht Dürer stellte die Gottesmutter mit dem Jesuskind auf einer Mondsichel sitzend dar. In den verschiedensten Gattungen (zum Beispiel Märchen, Kinderlied, Operette) werden Mondbewohner unterstellt. So hat auch Johannes Kepler in seinem "Somnium" versucht, Mondbewohner zu beschreiben. Mondgesicht.jpeg Wikipedia: Mögliche Deutungen der Flecken auf dem Mond als Gesicht und andere Formen Dürer-Madonna auf der Mondsichel Wikimedia Commons Medienarchiv Motivation Eine Overhead-Folie (4_keplers_traum_AB_1_lebewesen.pdf) mit verschiedenen Abbildungen vom Mond, die eine Bewohnbarkeit oder Lebendigkeit des Mondes unterstellen, wird im Klassenzimmer projiziert und kurz besprochen. Problematisierung Während man heute weiß, dass der Mond eine lebensfeindliche, unbewohnbare Umgebung ist, machte sich Kepler in gewisser Weise logische Gedanken über mögliche Mondbewohner. Deren Merkmale sollen anhand eines Textauszugs aus Keplers "Somnium" herausgearbeitet werden (4_keplers_traum_AB_2_lebewesen.pdf). "Steckbrief" eines Mondbewohners Die Schülerinnen und Schüler bekommen einen Textauszug aus Keplers "Somnium" und erstellen mit den darin enthaltenen Angaben einen "Steckbrief" eines Mondbewohners. Definition und Beispiele für Steckbriefe gibt es zum Beispiel bei Wikipedia. Eine Vorlage ist auch im Arbeitsblatt "4_keplers_traum_AB_1_lebewesen.pdf" zu finden (Seite 4 und folgende). Steckbrief Wikipedia-Beitrag Das Märchen vom Mann im Mond Wenn noch Zeit bleibt, können folgende Materialien herangezogen werden: Ludwig Bechsteins "Märchen vom Mann im Mond", ist eigentlich eine Sage, die die Mondflecken in Gestalt eines Holz tragenden Männchens im Vollmond erklärt. Dies sollte als "wahrer Kern" der Geschichte erkannt werden. In der Datei "4_keplers_traum_AB_1_lebewesen" ist der Text in zwei Druckversionen enthalten: Einmal in der Frakturschrift der Bechsteinausgabe von 1847 und einmal in moderner Schrift. Auch auf die Operette "Frau Luna" von Paul Lincke sei hingewiesen. Die Handlung dieses Musikstücks erhebt keinerlei wissenschaftlichen Anspruch, geht aber selbstverständlich von der Existenz von Mondbewohnern aus. Wikipedia: Mondgesicht.jpeg Mögliche Deutungen der "Flecken" auf dem Mond als Gesicht oder andere Formen Bechstein, Ludwig Gesammelte Werke, herausgegeben von Bernhard Fabian und anderen, Hildesheim 2003. Nachdruck der Ausgabe Leipzig 1845, Seite 117; im Internet bei Google books Günther, Ludwig Keplers Traum vom Mond. Leipzig 1898, Seite 19-21 Hintergrund Träume scheinen schon immer einen Bezug der Menschen zum Himmel und dessen Gestirnen hergestellt zu haben. So gibt es bereits in der Bibel mehrere Textbelege dafür, dass die Beobachtung des Himmels Einfluss auf das irdische Leben nehmen kann. Erwähnt sei zum Beispiel der Traum Josefs, dass sich Sonne, Mond und elf Sterne vor ihm verneigen (Gen 37,9). Noch bekannter ist Jakobs Traum von der Himmelsleiter (Gen 28,10-19). Motivation Für den Einstig kann eine Abbildung des Traums Jakobs von der Himmelsleiter verwendet werden (5_keplers_traum_AB_1_jakobs_traum.pdf). Weitere Abbildungen und Erklärungen finden Sie auf der folgenden Webseite: Allegorieseminar Wiki: Leitern und Stufen E-Learning-Baukasten der ETH und Universität Zürich Problematisierung Es gibt mehrere literarische Beispiele, in denen Menschen vom Himmel beziehungsweise von Gestirnen träumen. Jedoch sind für das richtige Textverständnis jeweils die Art des Textes, seine Entstehung und seine Aussageabsicht zu berücksichtigen. Die Lernenden vergleichen den biblischen Texte mit Keplers "Somnium" (5_keplers_traum_AB_2_jakobs_traum.pdf). Dabei sind Vorkenntnisse aus dem Religionsunterricht (in Bayern der 5./6. Jahrgangsstufe) und der zuvor skizzierten vorhergehenden Unterrichtsstunden hilfreich und notwendig. Biblische und wissenschaftliche Träume Im abschließenden Unterrichtsgespräch kann ein Tafelbild mit dem Titel "Biblische und wissenschaftliche Träume" (Tab. 2) entwickelt werden. Tab. 2: Mögliches Tafelbild Jakobs Traum von der Himmelsleiter (Gen 28,10-19) Johannes Keplers Traum oder die Astronomie des Mondes Autor mit religiöser Absicht: Erbauung der Leser Autor mit wissenschaftlicher Absicht: Unterrichtung beziehungsweise Erkenntnis Traum als Medium übernatürlicher Offenbarung Traum als Kunstgriff, reine Spekulation wissenschaftlich zu verkleiden Bildhafte Sprache: Leiter als Symbol der Verbindung Sachliche Sprache: Astronomische und geographische Fachbegriffe, Daten und Fakten Wirkung ist die Bestärkung im Glauben, dass Gott den Menschen nicht im Stich lässt. Wirkung ist die Faszination von nicht überprüfbaren, aber wahrscheinlichen Hypothesen (Science Fiktion). In ähnlicher Weise lässt sich auch Jean Pauls "Rede des toten Christus vom Weltgebäude herab, dass kein Gott sei" im Unterricht aufarbeiten. Auch dieser Text ist stark religiös motiviert. Er beschreibt den Weltuntergang, der sich jedoch am Ende als böser Traum herausstellt. Rede des toten Christus vom Weltgebäude herab, dass kein Gott sei Spiegel Online, Projekt Gutenberg-DE Hintergrund In vielen antiken Mythen werden Himmel und Gestirne nicht nur als von göttlichen Lebewesen bevölkert, sondern selbst als Körper von Göttern gesehen. Erst durch den Schöpfungsglauben der Bibel fand eine radikale Entmythologisierung statt, in der streng zwischen dem einen Schöpfergott und der Welt als dessen Geschöpf unterschieden wurde. Während also in der biblisch-christlichen Kultur die Welt als Sache betrachtet wurde, sind Vorstellungen von der Belebtheit des Himmels aus heidnischen, vor- und außerchristlichen Mythen in Teilen erhalten geblieben. Der so genannte Unicode-Zeichensatz von Computerschriften enthält auch Planetensymbole (6_keplers_traum_planetensymbole.rtf). Diese Symbole werden - zunächst ohne Erklärung! - im Klassenzimmer projiziert. Eine entsprechende Kopiervorlage für eine Overhead-Folie enthält das Arbeitsblatt (6_keplers_traum_AB_weltbilder.pdf, Seite 1). Dazu werden folgende Fragen gestellt: Wer kennt diese Symbole und weiß, was sie bedeuten? Warum wurden für die Planeten Namen römischer Götter verwendet? (Man sah sie als Manifestationen göttlicher Mächte an.) Problematisierung Bei der Entwicklung von der Vorstellung eines belebten Himmels zu einem unbelebten Kosmos spielte die Religion der Menschen eine bedeutende Rolle. Anhand einiger exemplarischer Texte sollen wesentliche Stationen dieser Entwicklung nachgezeichnet werden. Die Schülerinnen und Schüler erhalten das Textblatt (Seite 4 des Arbeitsblatts). Sie sollen die Texte genau studieren und folgende, an der Tafel notierte Begriffe den Texten zuordnen (siehe Kasten). Als Lernzielsicherung wird Seite 3 des Arbeitsblatts gemeinsam ausgefüllt (Lösungsvorschlag Seite 5). Dabei sollen auch die bildlichen Darstellungen erklärt werden. Wenn noch Zeit bleibt, kann die Abbildung des Schöpfungsbildes aus der Lutherbibel betrachtet und besprochen werden.