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Einsatz im Grundschulunterricht: Licht auf Umwegen

  • Dunkle Box in einem großen Raum.  (Quelle: SWR/WDR – Screenshot aus der Sendung) Ein Lichtstrahl soll in die dunkle Kiste gelenkt werden
  • Querschnitt von zwei Gebäuden mit eingezeichnetem Weg. (Quelle: SWR/WDR – Screenshot aus der Sendung) Vom Start bis zum Ziel: der Weg des Lichtstrahls
  • Grüner, abgewinkelter Lichtstrahl in einem dunklen Museum. (Quelle: SWR/WDR – Screenshot aus der Sendung) Der Lichtstrahl wird um die Ecke gelenkt
  • Grüner Lichtstrahl wird eine Treppe hinunter gelenkt. (Quelle: SWR/WDR – Screenshot aus der Sendung) Der Lichtstrahl muss auch Treppen überwinden
  • Grüner Lichtstrahl wird reflektiert. (Quelle: SWR/WDR – Screenshot aus der Sendung) Regel Nummer 5: Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel
  • Mädchen mit Buch bei grünem Licht. (Quelle: SWR/WDR – Screenshot aus der Sendung) Geschafft: Das Mädchen in der Kiste hat Licht zum Lesen

Methodisch- didaktische Hinweise

Natürlich kann man sich fragen, weshalb sich ein Mädchen überhaupt in eine dunkle Kiste setzt und darin auf Licht wartet, damit es dort lesen kann. Doch vielleicht schätzt es ja diesen Raum der Ruhe und will sein Buch ungestört lesen. Das erfährt man im Film nicht. Doch etwas anderes wird deutlich gezeigt: Man kann für Licht in der Kiste sorgen und zwar nicht einfach durch ein Verlängerungskabel und eine Lampe, sondern mithilfe einer kniffligen Aufgabe, indem man 350 Meter entferntes Licht in die Kiste lenkt!
Solche Aufgaben haben einen motovierenden Charakter, da der Anreiz besteht, dies zu schaffen. Im Film wird die Aufgabe mittels Freihandversuchen (einfache Versuche mit erstaunlicher Wirkung) gelöst. Es zeigt sich also, dass durch den phänomenologischen Zugang Beobachtungen und Gesetzmäßigkeiten erkannt, beschrieben und genutzt werden können. Damit orientiert sich das Filmmaterial am Bildungsplan: Die Lichtausbreitung wird im Optikunterricht an Realschulen in der Regel in Klasse 7 thematisiert und der Bildungsplan sieht hierbei vor, dass die Schülerinnen und Schüler mithilfe von Modellvorstellungen mit Licht und seiner Ausbreitung praktisch und theoretisch umgehen können. Weiterhin sind sie in der Lage, Kausalitäten selbstständig mit Messgeräten an einfachen Phänomenen zu quantifizieren.

Unterrichtsablauf und Hinweise für Lehrer

Da der Film „Licht auf Umwegen“ sechs Regeln formuliert, bietet es sich an, diesen zunächst ganz anzusehen und ihn dann in Teilabschnitten zu bearbeiten, um die Regeln auf ihre Aussage hin zu überprüfen. Daher notieren sich die Schüler zunächst alle Regeln und einige Beobachtungen, die im Film genannt werden, wenn sie den Film sehen. (Arbeitsblatt 1) Die Lehrkraft unterstützt diese Phase, indem sie gegebenenfalls den Film zwischen den einzelnen Aussagen stoppt, damit die Schüler Zeit für ihre Aufzeichnungen haben.
Im Anschluss werden die Regeln im Plenum an der Tafel gesammelt. Dort bleiben sie für alle sichtbar stehen. Nun werden die Aussagen nach und nach durch Versuche genauer betrachtet. Für diese Phase bietet sich die Arbeit in Kleingruppen mit drei Schülern an. Es ist auch denkbar, die Aussagen als Stationen vorzubereiten. Als Material für die einzelnen Stationen werden die Arbeitsblätter 1-6 sowie die unten genannten Materialien verwendet.

• Die erste Regel, die der Film aus seiner Beobachtung aufstellt, besagt, dass Spiegel Licht reflektieren. In diesem Zusammenhang können zunächst die Begriffe „Reflexion“ und „Streuung“ mit den Schülern erarbeitet werden. Dafür werden mittels Freihandversuchen (Weiteres siehe unten, „Methodische Erläuterungen“) verschiedene Oberflächen bestrahlt und danach beurteilt, ob das Licht in eine bestimmte Richtung reflektiert oder es in viele Richtungen gestreut wird. Daraus wird dann eine Definition für Reflexion und Streuung in einem Lückentext formuliert. (Arbeitsblatt 2)

• Die zweite Regel („Licht kann die meisten Dinge nicht durchdringen“) wird mittels Körpern aus verschiedenem Material und verschiedener Materialstärke auf ihre Aussage hin überprüft. Hier bietet es sich an, auch solche Materialien einzusetzen, die nicht gleich in ihrem Ergebnis offensichtlich sind wie beispielsweise Pappe, verschiedene Tonpapiere oder Butterbrotpapier. (Arbeitsblatt 3)

• Bei der dritten Regel („Sonnenlicht wandert“) liegt es dagegen nahe, mit einem Globus und einer fest installierten Lampe, den Schülern deutlich zu machen, was dafür verantwortlich ist, dass das Sonnenlicht „wandert“. Die Erdrotation ist hierbei als Ursache zu nennen. Dies kann bei der gemeinsamen Besprechung am Ende erfolgen.

• Hingegen lässt sich die vierte Regel durch Freihandversuche darauf untersuchen, ob Licht sich gradlinig ausbreitet. Dazu wird zunächst ein Sieb mit Alufolie bedeckt, eine Lampe darunter gestellt und nachdem die Schülerinnen und Schüler Vorschläge gemacht haben, wie man das Licht sichtbar machen kann, werden in die Folie Löcher gemacht. Nun kann die gradlinige Ausbreitung thematisiert und im Anschluss mit Lochblenden im Detail noch überprüft werden. So stellen die Schülerinnen und Schüler nun auch fest, wann sich ein großer und wann ein kleiner Lichtfleck am Bildschirm abbildet und übertragen die Lichtausbreitung bei verschiedenen Blendenweiten. (Arbeitsblatt 4)

• Mit der fünften Regel wird nun eine Gesetzmäßigkeit genannt: „Einfallswinkel und Ausfallswinkel des Lichts, das auf einen Spiegel trifft, sind immer gleich.“ Auch diese Aussage wird mittels Spiegel, Licht und optischen Papier konstruiert und nachgemessen. Sodann wird eine Gesetzmäßigkeit mit einer aussagekräftigen Zeichnung notiert. (Arbeitsblatt 5)

• Die letzte Regel hingegen ist so plausibel, dass sie nicht mit einem Versuch überprüft werden muss: „Im hellen Tageslicht ist ein Lichtstrahl nicht so ohne Weiteres zu erkennen.“ Künstliche Lichtquellen sind bei Tageslicht also überflüssig, es kann Energie eingespart werden. Die Schüler nennen hierzu Beispiele und überlegen sich außerdem Situationen, bei denen die Idee mit dem Spiegel als Lichtlieferant tatsächlich wertvoll wäre. (Arbeitsblatt 6)

Im Plenum werden die Ergebnisse der einzelnen Arbeitsblätter abschließend besprochen. Die Regeln an der Tafel können dabei nun als bestätigte Aussagen nacheinander abgehakt werden.

Methodische Erläuterungen

Das Arbeiten mit Freihandversuchen zum Erfassen von Phänomenen hat sich bewährt. Die Schüler arbeiten damit gerne und sind motiviert. Die Transferfragen sollen den Alltagsbezug herstellen. „Licht auf Umwegen“ mit diesen Materialien zu bearbeiten und zu besprechen, wird zwischen zwei bis vier Stunden umfassen, je nach Ausgangssituation in der NWA-Gruppe. Die Arbeitsblätter wechseln in ihrer Anredeform bewusst zwischen Plural und Singular, da zwar die Versuchsphasen gemeinsam durchgeführt werden, jedoch einige Aufgaben in Einzelarbeit bewältigt werden sollen. So wechseln sich die Sozialformen bewusst ab und fördern die Konzentration nach Versuchsphasen.

Es ist folgendes Material bereitzuhalten:

Regel 1 – Arbeitsblatt 2:
• Taschenlampe, abgedunkelter Raum, Kupferplatte, kleiner Spiegel, Streifen von rotem und grünem Fotokarton, kleine Styroporplatte für jede Kleingruppe.

Regel 2 – Arbeitsblatt 3:
• Taschenlampe, abgedunkelter Raum, Wand / Bildschirm, dicke Pappe (Rückseite Zeichenblock o.ä.), Tonpapier in Pink und Schwarz, Alufolie, Butterbrotpapier, Schwamm (4 cm), Schwamm (1 cm) [hierfür eignen sich auch einfache Haushaltsschwämme] für jede Kleingruppe.

Regel 3 – Demonstrationsversuch:
Globus, feststehende Lampe, abgedunkelter Raum.

Regel 4 – Demonstrationsversuch:
Sieb, Folie, Lampe, Nadel, abgedunkelter Raum.

Regel 4 – Arbeitsblatt 4:
Lampe, abgedunkelter Raum, verschiedene Lochblenden, Stativ, Bildschirm für jede Kleingruppe, Lineal.

Regel 5 – Arbeitsblatt 5:
Optische Scheibe mit Winkelskala, abgedunkelter Raum, Spiegel, Lichtbox zum Erzeugen eines schmalen Lichtbündels für jede Kleingruppe, Geodreieck.

Tipp:

Im Rahmen der SWR Reihe „Achtung! Experiment“ erschien unter anderem der Film „Schatten auf Wanderschaft“. So kann nun im Anschluss darauf eingegangen werden, dass da, wo Licht ist, auch Schatten vermutet werden kann. Mithilfe der Sendung können Schüler eigene Erfahrungen überprüfen und Ergebnisse sichern.