Thematische Orientierung

Anmerkungen zur Strukturierung der Unterrichtseinheit und zu den Kontexten, insbesondere den Computersimulationen.

Der tradierte Weg

Schon die Spezielle Relativitätstheorie hat für den Laien den Nimbus des Unverständlichen und Unvorstellbaren. Dies ist in Bezug auf deren Ergebnisse sowie deren Interpretation verständlich. Der Begriff der vierten Dimension scheint alltagsfern und jeder Vorerfahrung zu entbehren, weshalb manche Kurse zur Relativitätstheorie Verständnis über einen langen und soliden Weg geometrischer Überlegungen zu erreichen versuchen, wobei meist lehrerzentrierte Unterrichtsmethoden überwiegen. Schulzeitverkürzung, Stofffülle und verändertes Lernverhalten von Schülerinnen und Schülern in unserer schnelllebigen Zeit erschweren die Realisierung dieses Weges immer mehr.

Zeitgewinn durch Strukturierung

In diesem Beitrag werden Elemente einer modularen Unterrichtseinheit zu den Fundamenten der Speziellen Relativitätstheorie vorgestellt, die trotz des unvermeidlich theoretischen Schwerpunktes des Themas Handlungsorientierung und Förderung der Selbsttätigkeit mithilfe der neuen Medien integriert. Die Modularität ermöglicht entsprechend den zeitlichen Gegebenheiten und abhängig von den Interessen der Schülerinnen und Schüler das Thema auf unterschiedlichen Ebenen der Komplexität und Vertiefung zu behandeln (Level 1: "schnell", Level 2: "genauer", Level 3: "exakt"). Wichtige Hinweise für die Planung Ihres Unterrichts finden Sie in diesem Die Lorentztransformation - Fundament der SRT. Hier wird deutlich, welches Modul auf welchem der drei Level einzusetzen ist.

Faszinierende Kontexte wecken Schülerinteresse

+Abbildung 1

Als Einstieg in das Gebiet der Speziellen Relativitätstheorie dient das Thema "extrem hohe Geschwindigkeiten". Dazu werden Computersimulationen von Hochgeschwindigkeitsflügen durch ein virtuelles Gebäude, das an das Brandenburger Tor erinnert, verwendet (siehe Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Für dieses Objekt sprechen folgende Argumente:

  • Es knüpft an die Alltagserfahrung mit nichtrelativistischen Geschwindigkeiten an.
  • Das Tor besitzt einen höheren Motivationswert als ein in späteren Abschnitten aus Gründen der Elementarisierung zu favorisierendes einfacheres Objekt, wie zum Beispiel ein Würfel.
  • Es ist im geometrischen Sinn wesentlich weniger komplex als zum Beispiel eine Fahrt durch eine Häuserzeile, weshalb für den Laien Retardierungseffekte leichter zu erfassen sind.
  • Es ist bezüglich des Kamerastandortes zentralsymmetrisch, wodurch das geometrische Einordnen der Bildfeldwölbung für den Neuling vereinfacht wird.
  • Es erlaubt einen leicht nachvollziehbaren Übergang zum Studium würfelförmiger oder flächenhafter Objekte.

Die ersten Bildserien dieser Art sind nicht aus Spielerei, sondern in den 90er Jahren aus wissenschaftlichem Interesse von Astrophysikern der Universität Tübingen erstellt worden. Nicht vergessen werden sollte, dass die in dieser Unterrichtseinheit eingesetzten Durchflüge durch das virtuelle Brandenburger Tor keine photorealistischen Simulationen darstellen: Der Dopplereffekt sowie gewisse Helligkeitseffekte sind nicht eingeschlossen, um die geometrischen Effekte deutlich hervortreten zu lassen.

Autor
Avatar Dr. Sigrid M. Weber

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