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Johannes Kepler und die moderne Astronomie | Unterricht

STAND
Autor/in
Lucia Hefti


Themen
• Planeten
• Universum
• Weltall
• Forschung
• Tycho Brahe

Fächer
• Geschichte
• Erdkunde
• Physik

Klassenstufen
• ab Klasse 7, alle Schularten

Darstellung unseres Sonnensystems mit den Laufbahnen der Planeten. (Foto: NASA/JPL)
Planeten auf ihren Laufbahnen um die Sonne NASA/JPL Bild in Detailansicht öffnen
Spielszene: Tycho Brahe (links) und Johannes Kepler arbeiten in Prag am Hof des deutschen Kaisers zusammen SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen
Spielszene: Kepler stimmt bei seinen Berechnungen nicht immer mit Brahe überein; er stellt das Weltbild seines Mentors in Frage SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen

Kurzinformation zum Thema Astronomie

Das Weltall fasziniert die Menschheit seit jeher. Bereits Höhlenmalereien aus der Altsteinzeit lassen darauf schließen, dass sich Menschen mit Phänomenen außerhalb unseres Planeten befassten. Anfangs bemühte man sich vor allem darum, die Sternenkonstellationen des Nachhimmels zu erfassen. Auch Bauten aus der Jungsteinzeit geben Aufschluss darüber, dass zyklisch wiederkehrende Himmelsereignisse wie etwa die Sonnenwende dokumentiert wurden, um die Länge eines Jahres bestimmen zu können. Beweise hierfür liefert auch das älteste Observatorium der Menschheit in Goseck, Sachsen-Anhalt. Es wurde ca. 4800 v. Chr. erbaut und zeigt eine Kreisgrabenanlage, die als Visiereinrichtung zur Beobachtung der Sonne zum Zeitpunkt der Wintersonnenwende gedient haben kann.
Im weiteren Verlauf der Menschheitsgeschichte entwickelten zahllose Völker astronomische Aufzeichnungen. Anfang waren diese eng mit religiösen Motiven verknüpft, dienten Weissagungen oder hatten ganz praktischen Nutzen wie kalendarische Elemente zur Planung von Ackerbau und Ernte.

Letztlich vereint uns Menschen bis heute der Gedanke an Mystisches, wenn wir uns mit dem Kosmos beschäftigen. Denn wie weit menschliche Forschungen, Berechnungen und Satellitenbilder aus dem All auch reichen mögen, bleibt uns das wahre Ausmaß des Weltalls doch verborgen und sorgt für eine bleibende Faszination. Gerade diese Faszination sorgte dafür, dass Wissenschaftler wie Aristarch von Samos (3. Jahrhundert v.Chr.), Nikolaus Kopernikus (1473–1543) und Johannes Kepler (1571–1630) daran festhielten, ein heliozentrisches Weltbild zu erforschen. Sie wollten die gängigen Theorien widerlegen, alle Himmelskörper würden sich allein um die Erde drehen.

Lange wehrte man sich gegen die Vorstellung, die Erde sei nur einer von vielen Planeten und nicht das Zentrum unseres Sonnensystems. Eine Vorstellung, die in der Renaissance vor allem auch durch die Kirche aufrecht erhalten blieb. Letztlich hielten diese, aber auch andere Hindernisse wie Krieg, Geldnot und Epidemien den Astronomen Kepler nicht davon ab, seine Vorstellungen und Theorien immer weiterzuentwickeln, um den endgültigen Beweis eines Sonnensystems zu erbringen, bei dem die Planeten elliptische Bahnen um die Sonne ziehen.

Das Staunen über Phänomene steht zu Beginn eines physikalischen Verständnisses. Da die Astronomie bis heute nicht umfassend erforscht ist, geht von ihr eine gewisse Grundfaszination aus, mit der sich Schüler*innen gerne näher beschäftigen. Der Film „Johannes Kepler und die moderne Astronomie“ entführt die Lernenden in die Welt einer Zeit, in der Krieg, Chaos und Aberglaube regierten. Trotz dieser widrigen Umstände stieß Johannes Kepler die Tür zu einer Epoche auf, in der die Grundlagen für die moderne Astronomie gelegt wurden.
Sich Keplers Ideen bewusst zu machen und seinen Lebensweg nachzuvollziehen, kann das heutige Wissen über unser Sonnensystem in ein neues Licht rücken und den Fokus darauf lenken, wie sehr sich das Weltbild im Lauf der Jahrhunderte geändert hat.

Darstellung des Universums, in der die Planeten um die Erde kreisen. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Nach dem alten Weltbild steht die Erde im Mittelpunkt des Universums SWR – Screenshot aus der Sendung

Bezug zu den Bildungsplänen

Die Einheit Astronomie, so der Bildungsplan Baden-Württemberg, bildet einen thematischen Schwerpunkt im Fach Physik. Hierbei wird angestrebt, dass sich Schüler*innen mit unserem Sonnensystem beschäftigen, um anschließend astronomische Objekte und deren Eigenschaften zu erforschen. Ebenfalls spielt das sich verändernde Weltbild eine zentrale Rolle bei der Wissensfindung, weil so die Grundlagen moderner Forschung erfasst werden können und der Forschergeist geweckt werden kann.

Einsatz im Unterricht

Ein Einsatz ist beispielsweise in Physik, Klasse 7, im Themenfeld Optik möglich, wenn Schüler*innen optische Phänomene im Weltall erklären sollen. Weiter bietet das Fach Informatik, Mathematik, Physik (IMP) an der Gemeinschaftsschule Einsatzmöglichkeiten. Hier fordert der Bildungsplan, dass Schüler*innen den Aufbau und typische Größenordnungen unseres Sonnensystems beschreiben, des Weiteren die Planeten mit ihren Eigenschaften.
Ausgehend davon können die Schüler*innen historische Veränderungen im Weltbild erklären und den Perspektivwechsel vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild begreifen.
Es ist außerdem möglich, den Film in Geschichte einzusetzen, um im Rahmen historischer Ereignisse die Auswirkungen von Keplers Erkenntnissen auf die Entwicklung der Menschheitsgeschichte zu erkennen.

Darstellung von Kopernikus’ Vorstellung des Universums. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Nach Kopernikus‘ Modell steht die Sonne bereits im Zentrum des Universums und wird von allen Planeten umkreist SWR – Screenshot aus der Sendung

Unterrichtsverlauf mit methodischen Überlegungen

Der knapp 30-minütige Film eignet sich besonders für eine Doppelstunde oder zwei aufeinanderfolgende Stunden. Es bietet sich außerdem an, Grundlagenwissen über unseren Planeten Erde sowie die Planeten des Sonnensystems vorzuschalten, damit die Schüler*innen die Forschungen und Theorien Keplers, die im Film gezeigt werden, nachvollziehen können.

Zur Einstimmung in das Thema zeigt die Lehrperson ein Satellitenbild der Erde (Materialblatt 1), um den Fokus auf unseren Planeten zu lenken. Hier wird bereits ein Verständnis geweckt, dass es sich um einen von vielen Planeten unseres Sonnensystems handelt.

Daraufhin erhalten die Schüler*innen das Arbeitsblatt 1 „Unser Planet“, welches sie in Partnerarbeit erledigen. Hierbei bündeln sie Vorwissen und setzen sich kritisch mit möglichen Falschaussagen auseinander, die man beispielsweise aus sozialen Netzwerken kennt. Nach gegebener Zeit vergleicht die Lehrperson und gibt Hilfestellung zu richtigen Antworten und Begriffsklärungen.

Darstellung des Tychonischen Weltbilds. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Beim Tychonischen Weltbild steht die Erde im Zentrum; die anderen Planeten umkreisen die Sonne und alle zusammen die Erde SWR – Screenshot aus der Sendung

Nun soll in Gruppenarbeit weiteres Wissen über die Planeten unseres Sonnensystems erworben werden. Dazu arbeiten die Schüler*innen an Stationen und erstellen das Forscherheft Planeten. Dies dient als Grundlage für den folgenden Film.
Hierbei besteht die Möglichkeit für die Lehrperson, die Schüler*innen entweder im Internet im SWR - Kindernetz recherchieren zu lassen oder Informationskarten bereitzulegen, die innerhalb der Stationsarbeit verwendet werden. Das abschließende Rätsel auf der letzten Seite des Forscherheftes dient als Übergang zum nächsten Arbeitsblatt.

Arbeitsblatt 2 „Weltbilder im Vergleich“ soll die Schüler*innen nun gezielt auf den Film „Johannes Kepler und die moderne Astronomie“ einstimmen. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf den verschiedenen zu Keplers Zeit vorherrschenden Weltbildern unseres Sonnensystems. Die Schüler*innen werden sich bewusst, dass in der Geschichte der Menschheit nicht immer davon ausgegangen wurde, dass die Sonne das Zentrum unserer Planeten ist. In einer kurzen Vergleichsphase werden die Lösungen abgeglichen.

Darstellung des Sonnensystems mit den Planeten auf ihren elliptischen Umlaufbahnen. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Kepler findet heraus, dass die Bahnen der Planeten elliptisch verlaufen SWR – Screenshot aus der Sendung

Da die Schüler*innen nun über Grundwissen der Astronomie verfügen, leitet die Lehrkraft zum Film über. Begleitend dazu dienen Arbeitsblätter 3.1. bis 3.4., um den Fokus auf astronomische und historische Schwerpunkte zu legen und wichtige Meilensteine aus Keplers Leben festzuhalten. Die Timecodes, die jeweils zu den Aufgaben angegeben sind, erleichtern hier ein gezieltes Arbeiten. Am Ende des Filmes werden die Antworten der Schüler*innen verglichen.

Aufnahme einer Raumkapsel mit nach unten geöffneten Klappen; zu erkennen ist Astronaut Alexander Gerst. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Die Kepler’schen Gesetze sind heute für die Raumfahrt unverzichtbar SWR – Screenshot aus der Sendung

Nach dem Film bietet es sich an, den Astronomen gezielt aus heutiger Sicht zu betrachten. Hierzu dient das Arbeitsblatt 4 „Was heute noch an Kepler erinnert“, bei dem die Schüler*innen recherchieren, wie und wo Kepler heute gewürdigt wird.

Zu guter Letzt findet eine persönliche Auseinandersetzung mit dem Thema statt, indem die Schüler*innen mittels produktionsorientierter Aufgabenstellungen kreativ werden; die Ergebnisse werden anschließend der Klasse präsentiert.

Tabellarischer Unterrichtsverlauf
PhaseAktionenSozialformMedien
Einstieg- Bild der Erde: Einstimmung
- Vorwissen sammeln und Begriffsklärung
- Besprechung des Arbeitsblattes
Plenum

Partnerarbeit
• Material 1: Bild der Erde

• Arbeitsblatt 1: Unser Planet
Erarbeitung 1- Wissen über Planeten und Sonnensystem sammeln mithilfe des Forscherheftes
- Informationen sammeln im Internet, z.B. SWR-Kindernetz (https://www.kindernetz.de/wissen/acht-planeten-unseres-sonnensystems-100.html ) oder auf Informationskarten.
Gruppenarbeit
(Stationsarbeit)
• Material 2: Forscherheft Planeten (6 Seiten bzw. 3 Doppelseiten)
• Material 3: Informationskarten
Erarbeitung 2
+ Sicherung 2
- Vorbereitung auf den Film: Weltbilder
- Vergleich im Plenum
Einzelarbeit
Plenum
• Arbeitsblatt 2: Weltbilder im Vergleich
Erarbeitung 3
+ Sicherung 3
- Begleitende Arbeitsblätter zum Film
- Vergleich im Plenum
Einzelarbeit
Plenum
• Arbeitsblätter 3.1–3.4: Film
Transfer
+ Präsentation
- Zusammenfassung und Übertragung in die heutige Zeit
- Kreative Wahlaufgaben als Transfer
- Präsentation der Ergebnisse
Sozialform nach Wahl• Arbeitsblatt 4: Was heute an Kepler erinnert
• Arbeitsblatt 5 Wahlaufgaben
STAND
Autor/in
Lucia Hefti