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Unterricht: Laser erobern die Welt

  • Bunte Laserstrahlen bei einer Veranstaltung. (Quelle: Freeimages, Martin Simonis) Lasereinsatz bei einer Lichtshow (Quelle: Freeimages, Martin Simonis)
  • Laserscanner auf Kachelfußboden, ein roter Strahl trifft auf die Wand. (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Laser werden bei der Vermessung eingesetzt (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung)
  • Laser schneidet Metall. (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Laserstrahlen werden zum präzisen Schneiden genutzt (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung)
  • Augenoperation mittels Laser. (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Laser ermöglichen Ärzten viele neue Behandlungsmöglichkeiten (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung)
  • Elektronen auf Umlaufbahn. (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Animationen in der Sendung erklären die Entstehung von Laserlicht (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung)

Bezug zu den Bildungsplänen

- Laser werden zwar häufig schon im Optikunterricht der Klassen 7/8 als Lichtquelle benannt und in Demonstrationsversuchen verwendet, eine Behandlung findet aber nicht statt.

- In der 10. Jahrgangsstufe besteht in rheinlandpfälzischen Realschulen und Gymnasien die Wahlmöglichkeit zwischen Kernphysik und Elektronik. Im Rahmen der Elektronik wird die Halbleitertechnik behandelt, so dass man den Diodenlaser im Unterricht integrieren könnte.

- In der Oberstufe wird im rheinlandpfälzischen Lehrplan der Laser im Wahlbereich Atomphysik II sowohl im Grundkurs wie auch im Leistungskurs konkret angesprochen. In diesem Wahlbereich geht es um quantenmechanische Atommodelle und deren Leistungen zur Erklärung von physikalischen Phänomenen wie beispielsweise Luminiszenz und Laserlicht.

Einsatz in der 10. Klasse

Kurzer Hinweis zum Einsatz in der 10. Jahrgangsstufe:

- Da der Laser kein zentrales Thema in der Jahrgangstufe ist, sondern eher einen Ausblick in Anwendungsbereiche darstellt, kann der Film gut als zusammenfassender Überblick eingesetzt werden.

- Da im Film ein optisch gepumpter Laser vorgestellt, in der Elektronik aber ein Diodenlaser behandelt wird, müsste man beim Einsatz des Filmes auf den Unterschied zum Diodenlaser eingehen.

Unterrichtsplanung beim Einsatz in der Oberstufe

Das erste Arbeitsblatt enthält allgemeine Aufgabenstellungen zur intensiveren Auseinandersetzung mit den Anwendungsbereichen von Lasern.

Der Film zeigt die vielfältigen Einsatzbereiche von Lasern auf, sodass voraussichtlich die Interessenslage von vielen Schülerinnen und Schülern angesprochen wird. Aus diesem Grund kann der Film sehr gut in die Einstiegsphase integriert werden und zur Motivation bezüglich des Themas Laser beitragen.

Über den Motivationsaspekt hinaus kann man den Film insbesondere im Rahmen eines kontextorientierten Unterrichts zur Gliederung des Kontextes Laser verwenden. Es lassen sich anhand des Filmes Aspekte beziehungsweise Bereiche benennen, die es zum Erlangen des Verständnisses von Funktionsweise und Bedeutung im alltäglichen Leben zu untersuchen gilt. Die folgenden Punkte sollten zur umfassenden Untersuchung des Kontextes besprochen werden:

- Schaffung von Besetzungsinversionen
- Verstärkung der Photonenanzahl
- Eigenschaften von Lasern
- Anwendungsbereiche (Technik, Medizin, ...)
- Historische Aspekte

Gliederung des Kontexts mithilfe des Films

Der Film wird erst einmal ohne Arbeitsauftrag gezeigt. Im Anschluss erkundigt sich die Lehrkraft, welches zentrale Thema der Film hatte und lässt die Schülerinnen und Schüler benennen, aus welchen Gründen dieses Thema Laser für sie interessant ist. Voraussichtlich werden von unterschiedlichen Schülerinnen und Schülern die verschiedenen Anwendungsgebiete genannt. Nun wird die Klasse in Gruppen aufgeteilt, sie sollen mithilfe einer Internetrecherche und einem zweiten Ansehen des Films einen Kurzvortrag zusammenstellen, in dem sie persönlich und sachlich darlegen, aus welchen Gründen sie das Thema interessant finden.

Im Gegensatz zur bereits im Unterricht vorgenommenen ersten Abfrage sollen hier die persönlichen Vorlieben, zum Beispiel biologische Anwendungen von Lasern, durch Fakten über die verwendeten Leistungen, Genauigkeiten und vielfältige Anwendungsbereiche innerhalb der Medizin ergänzt werden.

Durch diese Methode hat man nicht nur dem Interesse der Schülerinnen und Schüler Rechnung getragen, sondern kann darüber hinaus diesen als Ausgangspunkt für die Erkundung der Eigenschaften von Laserlicht nutzen.

Besprechung der Funktionsweisen von Lasern (insbesondere der Schaffung von Besetzungsinversionen):
Ob man nun verschiedene Möglichkeiten Besetzungsinversionen zu schaffen in Kleingruppen getrennt oder jeweils im Plenum bearbeiten lassen möchte, der Film unterstützt zusammen mit den Arbeitsmaterialien die Erarbeitung der Grundprinzipien eines Lasers.

Arbeitsblätter

AB1

Die Fragen von Aufgabe 1 und 2 können direkt aus dem Film beantwortet werden. Die weiterführenden Fragen in Aufgabe 3 können beispielsweise mit Hilfe einer Internetrecherche bearbeitet werden.

AB 2

Im zweiten Arbeitsblatt werden die grundlegenden atomaren und baulichen Bedingungen für die Herstellung von Laserlicht bearbeitet. Für die Bearbeitung des Arbeitsblattes ist kein weiteres Vorwissen notwendig und der Film ist ausreichend, um die 1. und 2. Aufgabe zu beantworten. (Der Film steht zum nochmaligen Ansehen oder Download auf www.planetschule.de)
In der 3. Aufgabe ist eine Internetrecherche erwünscht, die auf Eigenschaften wie beispielsweise die Kohärenzwellenlänge führt und damit als Einstieg für eine Betrachtung des Laserlichts unter Wellenaspekten dienen kann.

AB 3/4:

Das 3. Arbeitsblatt befasst sich mit der Herstellung von Besetzungsinversionen nur aufgrund des optischen Pumpens, da diese bei dem im Film vorgestellten Rubinlaser vorliegt. Die 3. Aufgabe kann gut als Zusatzaufgabe für gute Schülerinnen und Schüler oder als vorbereitende Hausaufgabe gegeben werden, da durch die Aufgabenstellung auf die Bedeutung der Anordnung der Spiegel hingewiesen wird.

Das 4. Arbeitsblatt gibt einen Überblick über weitere Möglichkeiten, eine Besetzungsinversion zu erzielen. Es werden sowohl die entsprechenden physikalischen Zusammenhänge behandelt als auch die entsprechenden Laser kurz beschrieben.

AB 5:

Das Arbeitsblatt 5 kann sowohl zur Selbstkontrolle als auch zur Überprüfung verwendet werden. Im letzteren Fall würde der Aufgabenteil 2c) und die eventuelle Wahlmöglichkeit wegfallen.