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Einsatz im Unterricht der Sekundarstufe: Schatten auf Wanderschaft

  • Dominosteine werfen Schatten. (Quelle: SV-Art, Depositphotos.com) Mal hell, mal dunkel: Schatten von Dominosteinen

Bezug zu den Bildungsplänen

Schatten üben auf Kinder oft eine Faszination aus. Man probiert sich in Schattenbildern, versucht vor dem eigenen Schatten wegzulaufen oder wundert sich, dass man mal von einem kleinen und mal von einem großen Schatten begleitet wird.

Im Optikunterricht an Realschulen werden Schatten in der Regel in Klasse 7 thematisiert. Der Bildungsplan sieht hierbei vor, dass die Schülerinnen und Schüler mithilfe von Modellvorstellungen mit Licht und seiner Ausbreitung praktisch und theoretisch umgehen können. Um dies zu ermöglichen, bietet sich in dieser Einheit der Einsatz von Freihandversuchen an. Gerade durch einen phänomenologischen Zugang können so Kausalitäten erkannt und beschrieben werden. Nachdem das Gedankenmodell des Lichtstrahls mit Lochblenden auf seine gradlinige Ausbreitung hin überprüft wurde, kann nun im Anschluss darauf eingegangen werden, dass da, wo Licht ist, auch Schatten vermutet werden kann. Mit Hilfe des Films „Schatten auf Wanderschaft“ können Schüler eigene Erfahrungen überprüfen und Ergebnisse sichern.

  • (Quelle: Rainer Sturm, Pixelio.de) Versuch für den Unterricht: Wie verhält sich der Schatten?
  • Schatten einer Turmspitze. (Quelle: SWR/WDR – Screenshot aus der Sendung) Noch ist er klar umrissen: der Turmschatten
  • Schatten eines Turms. (Quelle: SWR/WDR – Screenshot aus der Sendung) Der Schatten wird länger und gleichzeitig blasser

Beschreibung des Unterrichtsablaufs

Der Film wird in der zweiten Hälfte einer NWA-Doppelstunde zum Einsatz gebracht. In der ersten Hälfte wird die Lichtausbreitung erarbeitet. Dazu wird zunächst ein Sieb mit Alufolie bedeckt, eine Lampe daruntergestellt 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 von der Tafeldarstellung in ihr Heft.

Der Einstieg in die zweite Hälfte der Doppelstunde erfolgt über ein selbsterstelltes Cartoon. Es zeigt einen kleinen Hund, der einen übergroßen Schatten wirft. Daran knüpft sich zunächst die Frage, was das ist und welche Voraussetzungen gegeben sein müssen, damit dies entsteht. Die Stundenfrage „Wann und wie entstehen Schatten?“ wird an die Tafel geschrieben.

Vorab haben die Schülerinnen und Schüler nun in Kleingruppen (allenfalls zu dritt) die Aufgabe, in Freihandversuchen kleine und große Schatten herzustellen. Außerdem sollen sie sich einen Versuch überlegen, mit dem sie einen Schatten auf Wanderschaft bringen.
Ihre Versuche halten sie schriftlich fest (Arbeitsblatt 1).

Im Anschluss präsentieren zwei Gruppen je einen Versuch und im Unterrichtsgespräch werden die Beobachtungen mit den anderen Gruppen verglichen.

Daran schließt sich nun der Film „Schatten auf Wanderschaft“ an. Die Schülerinnen und Schüler verfolgen die Versuchsdurchführung im Film und können daran ihre eigenen Erfahrungen überprüfen. Informationen zum Sonnenstand und der davon abhängigen Schattenlänge werden nun noch ergänzt. Eine Zusammenfassung zur Stundenfrage „Wann und wie entstehen Schatten?“ erfolgt mit dem zweiten Arbeitsblatt. Die Schülerinnen und Schüler vergleichen den Film mit den eigenen Versuchen und entwickeln Gesetzmäßigkeiten zur Schattenbildung.

Tipp: Eine virtuelle Lochkamera steht online auf www.planet-schule.de zur Verfügung.

■ Im Plenum werden die Erkenntnisse abschließend besprochen. Hierbei sollte das Augenmerk auf den Unterschied zur Realität gelegt werden, dass die Schüler „ihre“ Sonne im Versuch bewegen konnten.

In einer vertiefenden Phase wird nun überlegt, wann ein Schatten dunkler aussieht und mit welchen Mitteln dies im Kleinen nachgebaut werden kann. (Arbeitsblatt 3) Dies kann ggf. auch als Hausaufgabe überlegt werden, um es in der nächsten Stunde zu demonstrieren und als Einstieg zu verwenden. In der Folgestunde wird dann das Thema „Kern- und Halbschatten“ erarbeitet.

Methodische Erläuterungen, Hinweise für den Lehrer

Erfahrungsgemäß bereitet es den Schülern viel Freude und weckt ihr Interesse, wenn sie bei diesen Themen Gelegenheit haben in Freihandversuchen eigene Erkenntnisse zu sammeln. Der Film bietet hierbei Grundkenntnisse und liefert Anlass, den Zusammenhang von Sonne und Erdrotation bei der Schattenbildung zu thematisieren.

Für die erste Stunde ist folgendes Material bereitzuhalten:
■ Sieb, Folie, Lampe, Nadel zur Demonstration
■ Lampe, verschiedene Lochblenden, Stativ, Bildschirm für jede Kleingruppe

Für die zweite Hälfte Doppelstunde (Filmstunde) wird folgendes Material benötigt:
■ Lampe, Körper für den Schattenwurf (Playmobilfigur, Bauklotz, o.ä.) und Bildschirm für jede Kleingruppe.
■ Eventuell zweite Lichtquelle und zweiter Körper für die Entwicklung von Halb- und Kernschatten für jede Kleingruppe.