Mit einfachen Mitteln bauen Schülerinnen und Schüler in nur 60 Minuten ein Gitterspektrometer. Spektren verschiedener Lichtquellen können fotografiert und mithilfe eines Kalibrierungsspektrums und eines Grafikprogramms auch quantitativ ausgewertet werden.Die Zerlegung des Lichtes in seine Bestandteile ist für viele Schülerinnen und Schüler ein geläufiges Phänomen. Meistens ist es aufgrund der Dispersion am Prisma bekannt. Allerdings haben die wenigsten Schülerinnen und Schüler ein Prisma zu Hause. Ebenfalls vertraut ist die Zerlegung des Lichtes mithilfe der Reflektion an einer CD. Allerdings bleibt es dabei nur bei einer qualitativen Betrachtung des Lichtes. Mit dem hier vorgestellten Selbstbau-Gitterspektrometer sind quantitative Messungen möglich, die eine Genauigkeit von einigen Nanometern aufweisen.Die Spektroskopie ist nicht nur eine der wichtigsten Untersuchungsmethoden in der instrumentellen Analytik, sondern zeichnet sich auch durch ihren hohen ästhetischen Reiz aus. Sie bietet zudem die Möglichkeit, im Rahmen des Physikunterrichts einen Bogen zur Astronomie zu schlagen, von der ebenfalls eine starke Faszination ausgeht. So kann zum Beispiel untersucht werden, was das Licht von Sternen oder galaktischen Gasnebeln über die Zusammensetzung astronomischer Objekte verrät (siehe Unterrichtseinheit Spektroskopie an galaktischen Gasnebeln ). Bau und Einsatz des Spektrometers im Unterricht Neben der Kopiervorlage mit Bauanleitung finden Sie hier wichtige Sicherheitshinweise und Tipps zu den Beobachtungsobjekten sowie zur Auswertung der Spektren. Die Schülerinnen und Schüler sollen mit einfachen Mitteln nach einer Bastelanleitung ein einfaches Spektrometer bauen. die Spektren verschiedener Lichtquellen qualitativ untersuchen. das Spektrometer kalibrieren, die Spektren künstlicher Lichtquellen fotografieren (Digitalkamera) und am Rechner quantitativ auswerten. Thema Versuche mit dem Eigenbau-Gitterspektrometer Autor Heinrich Kuypers Fach Physik Zielgruppe Mittelstufe, Sekundarstufe II Zeitraum etwa 1 Zeitstunde für den Bau des Spektrometers; die quantitative Auswertung eines Spektrums (Digitalfoto) am Rechner nimmt nach der Einarbeitung etwa 15-20 Minuten in Anspruch. Technische Voraussetzungen Durchlicht-Beugungsgitter (Gitterweite: 1.111 nm = 900 Linien pro mm; Träger: 0,05 mm Acetatfolie; Quelle: astromedia.de); für quantitative Auswertungen: Digitalkamera und Bildbearbeitungsprogramm (zum Beispiel MS Paint) Das Gitterspektrometer kann in der Mittelstufe der Sekundarstufe I sowie in der Oberstufe eingesetzt werden. Die Konstruktion nimmt etwas mehr als eine Einzelstunde in Anspruch. Man benötigt dafür folgende Materialien: Die Kopiervorlage (spektrometer_bastelvorlage.pdf) sollte auf möglichst schwerem Papier gedruckt werden (200 oder 250 Gramm Papier hat sich bewährt). Sie enthält zugleich die Bauanleitung für das Spektrometer. Das benötigte Gitter kann vom AstroMedia Verlag bezogen werden (siehe "Internetadressen") Außerdem benötigt man einen Holzspieß oder -stab (Mindestlänge 30 Zentimeter). Holzspieße erhält man im Baumarkt als "Pflanzspieße" in der Gartenabteilung oder als Schaschlikspieße in Supermärkten. Für die Fixierungen hat sich Klebefilm bewährt. Flüssigkleber hat den Nachteil, dass er bei unvorsichtiger Anwendung auf das Gitter gelangt und es unbrauchbar macht. Mit dem Spektrometer lassen sich im Unterricht sofort einige Stoffe anhand ihres Spektrums identifizieren. Verschiedene Gasentladungslampen können dazu an verschieden Plätzen im Unterrichtsraum aufbaut werden. Die Schülerinnen und Schüler können dann von Tisch zu Tisch wandern und mithilfe des Spektrometers und einer Spektraltafel, wie sie in vielen Physikbüchern auf den letzten Seiten zu finden ist, die Stoffe identifizieren. Weitere Bebachtungsziele können den Lernenden als Hausaufgabe vorgegeben werden: Glühlampen Die Glühlampe zeigt ein kontinuierliches Spektrum. Wichtig dabei ist der insgesamt bebachtbare Spektralbereich. Dioden Die Emissionslinien dieser in der Regel monochromatischen Lichtquellen sind nicht scharf, sondern besitzen eine breite Streuung. Energiesparlampen Bei der Beobachtung von Energiesparlampen lässt sich der Quecksilber-Gehalt nachweisen. Straßenbeleuchtung Häufig besitzen die Straßenlampen Natriumlinien. Mond Der Vollmond gibt (gefahrlos) das Sonnenspektrum wieder (Frauenhofersche Linien sind bei der in der Bastelvorlage vorgegebenen Spaltbreite nicht zu erkennen). Keine Sonne, keine Laser! Weisen Sie die Schülerinnen und Schüler nachdrücklich darauf hin, dass die Sonne nicht beobachtet werden darf (Zerstörung der Netzhaut). Ebenso scheidet die Untersuchung von Lasern, zum Beispiel Laserpointern, aus. Auge und Holzspieß Beim Betrachten der Spektren mit dem Auge können sonst harmlose und ungewollte kleine "Schubsereien" unter den Lernenden gefährlich werden, da sich ein Ende des Holzstabs sehr nah am Auge beobachtender Schülerinnen und Schüler befindet. Weisen Sie die Klasse oder den Kurs ausdrücklich darauf hin. Verletzungsmöglichkeiten lassen sich hier zum Beispiel durch das Aufsetzen von Weinkorken auf die Enden der Holzspieße wirksam ausschließen. Die Skala der Kopiervorlage kann nach Belieben noch genauer unterteilt werden, falls dazu die Notwendigkeit besteht. Allerdings liegt die Messunsicherheit der Konstruktion bei über fünf Nanometern. Die Lage der Markierungen ( d ) für eine genauere Unterteilung der Wellenlängen (lambda) lässt sich mit der Formel berechnen. Dabei ist g die Gitterkonstante (1,11 Nanometer) und a der Abstand zwischen Gitter und Spalt (27 Zentimeter). Möchte man diese Änderung unter MS Word durchführen, muss man die Zeichenraster von Word ausschalten oder beim Einzeichnen der Markierungslinie die Alt-Taste gedrückt halten. Die farbige Aufteilung des Lichtes wird immer durch Linien dargestellt, deshalb spricht man stets von Spektrallinien. Allerdings wird häufig vergessen, woher sie eigentlich stammen. Die Linien sind nur die Beugungsfigur des Spaltes. Dies wird sofort anschaulich klar, wenn man den Spalt durch eine andere geometrische Figur ersetzt. Dies lässt sich sehr leicht durch einen Motivstanzer verdeutlichen. Anstelle eines Spalts wird mit einem Motivstanzer (erhältlich in Bastelgeschäften) eine Figur, beispielsweise ein Weihnachtsbaum, aus der Pappvorlage gestanzt. Dies führt zum Beispiel bei einer Energiesparlampe - abhängig von den emittierten Wellenlängen - zu fünf bunten Tannenbäumen. Eine quantitative Auswertung von Digitalfotos erfordert "Laborbedingungen", da Kamera und Gitterspektrometer immer in gleicher Position zu einander gehalten werden müssen. Für die Eichung der Messanordnung wird die Digitalkamera unmittelbar hinter dem Gitter positioniert. Auf dem Suchermonitor erscheint das Spektrum der Kalibrierungslampe. Die Kamera wird dann vorsichtig so weit verschoben, bis die bekannten Spektrallinien des Referenzspektrums mit den richtigen Markierungslinien der Wellenlänge übereinstimmen. Damit ist das Spektrometer kalibriert. Anschließend kann jede weitere Lichtquelle vor dem Spalt platziert und deren Spektrum aufgenommen werden. Die Fotos werden dann mit einem Grafikprogramm, zum Beispiel MS Paint, geöffnet. Dort kann die Position der bekannten Wellenlänge vom Spalt aus gemessen und in Pixeln ausgedrückt werden. Anschließend wird ein Bild mit einem unbekannten Spektrum überlagert. Die Pixeldifferenz zu den bekannten Linien wird dann in Wellenlängen umgerechnet.

Mit einem Bildbearbeitungsprogramm und physikalischen Formeln prüfen Schülerinnen und Schüler, ob eine Filmszene der NASA von der Mondoberfläche eine Fälschung sein könnte.In diesem Beitrag stellen wir Ihnen eine motivierende Anwendung der Kenntnisse zum schrägen Wurf aus der Mechanik vor. Am 20. Juli 1969 landeten die Amerikaner Neil Armstrong und Edwin Aldrin gegen 21:17 Uhr mitteleuropäischer Zeit auf dem Mond. Doch Verschwörungstheoretiker sind der Meinung, dass die Mondlandungen der Apollo-Missionen nie stattgefunden hätten. Sie behaupten, die US-amerikanische Regierung sowie die NASA hätten die Mondlandung vorgetäuscht. Die Lernenden sollen untersuchen, ob ein NASA-Film, der eine Fahrt mit dem Mondauto der Apollo 16 Mission zeigt, tatsächlich auf der Erde entstanden sein könnte. Mechanik - Wurfgesetze und Erdbeschleunigung Nach der Behandlung der Wurfgesetze im Physikunterricht bildet der Auftrag, die Authentizität des Mondauto-Videos mithilfe des Gelernten auf die Probe zu stellen, eine anwendungsorientierte Aufgabe, die Abwechslung in den Unterrichtsstoff der Mechanik bringt. Raumfahrt Die kritische Hinterfragung der Mondlandung und der Argumente der "Skeptiker" mithilfe von NASA-Material aus dem Internet kann im Rahmen eines Projekts zum Thema Raumfahrt für Spannung sorgen. Ausgehend von ihrem physikalischen Wissen agieren die Schülerinnen und Schüler dabei als Detektive, die zur Frage "Fake oder echt?" einen eigenen Standpunkt entwickeln und begründen sollen. Die Auseinandersetzung mit den verschiedenen Argumenten der Mondlandungsskeptiker kann dabei arbeitsteilig erfolgen. Die Analyse des Mondauto-Videos ist dann nur eine Facette des Themas. Durchführung und Ergebnisse der Berechnungen Mit den Werten für die Erd- und die Mondbeschleunigung sowie der Höhenformel des schrägen Wurfs wird das "Mondvideo" analysiert. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Höhenformel des schrägen Wurfs anwenden. mithilfe ihres physikalischen Wissens die Authentizität eines NASA-Videos überprüfen. ein Bildbearbeitungsprogramm als Werkzeug der naturwissenschaftlichen Bildauswertung kennen und nutzen lernen. motiviert werden, sich mit den Argumenten der "Mondlandungs-Skeptiker" kritisch auseinanderzusetzen und dabei ihre physikalischen Kenntnisse anzuwenden. Thema Waren die Amerikaner auf dem Mond? - Anwendung der Kenntnisse zum schrägen Wurf Autoren Arif Purtul, Heinrich Kuypers Fächer Physik, Naturwissenschaften, Astronomie Zielgruppe Jahrgangsstufe 11 Zeitraum maximal 1 Stunde mit Diskussion Technische Voraussetzungen Computer für die Internetrecherche, Bildbearbeitungsprogramm Die Verschwörungstheoretiker haben zahlreiche Argumente gegen die Mondlandung gesammelt - das bekannteste bezieht sich auf die "wehende" Fahne. Filmaufnahmen vom Aufstellen der amerikanischen Flagge auf der Mondoberfläche zeigen, dass die Flagge "flattert". Da auf dem Mond aber keine Atmosphäre vorhanden ist, sehen die Verschwörungstheoretiker darin einen stichhaltigen Beweis für die Vortäuschung der Mondlandung. Die Bewegungen der Fahne wurden jedoch durch Vibrationen der Stangenkonstruktion im luftleeren Raum verursacht. Doch man muss nicht unbedingt ein großer Physiker sein, um die Richtigkeit der Filmaufnahmen und die Mondlandung zu hinterfragen zu können, wie diese Unterrichtseinheit zeigt. Während der letzten drei Apollo-Missionen (15, 16 und 17) führten die Landefähren Mondautos mit, die die Reichweite der Astronauten bei der Erkundung der Mondoberfläche erhöhen sollten. Videoaufnahmen der Mondfahrten sind im Internet zu sehen. Aber fuhr das Auto tatsächlich auf dem Mond? Oder wurden die Aufnahmen in einem Filmstudio auf der Erde gedreht, wie es die Verschwörungstheoretiker behaupten? Für die Überprüfung des NASA-Videos benötigt man lediglich ein einfaches Bildbearbeitungsprogramm (zum Beispiel Paint), einige technischen Daten des Mondautos (Lunar Roving Vehicle), die im Internet recherchiert werden können, und einen geeigneten Screenshot aus einem NASA-Video (siehe Internetadressen), der das Mondfahrzeug in Aktion zeigt. Am rechten Bildrand - und darauf kommt es bei der Analyse an - ist über dem Mondhorizont von den Rädern des fahrenden Autos hochgeworfenes Mondmaterial zu sehen. Das Mondauto dient als Maßstab für die Vermessung der Szene. Seine Länge - die Schülerinnen und Schüler können dies schnell im Internet recherchieren - beträgt 3,099 Meter. Danach wird der Mondauto-Screenshot mit einem Bildbearbeitungsprogramm, zum Beispiel Paint, geöffnet. Nun zeichnet man unmittelbar unter dem Fahrzeug sowie am rechten Bildrand Linien ein, die der Länge des Autos und der Höhe des hochgeschleuderten Staubs entsprechen. Am unteren Rand des Bildbearbeitungsfensters liest man, während man eine Linie zeichnet, ab, über wie viele Bildpunkte (Pixel) sich die Linien erstrecken. Danach wird mit einem Dreisatz die Höhe des aufgeworfenen Staubs ermittelt (Tabelle): Bildpunkte Länge 166 Bildpunkte 3,099 Meter 1 Bildpunkt ? 0,019 Meter 115 Bildpunkte ? 2,19 Meter Durch die grafische Auswertung haben wir die Höhe der vom Mondauto hochgeschleuderten Partikel ermittelt. Für den nächsten Schritt brauchen wir folgende Informationen: die maximale Geschwindigkeit des Mondautos: 13 km/h den Wert der Erdbeschleunigung (g): 9,81 m/s² den Wert der Mondbeschleunigung: 1,62 m/s² die Höhenformel des schrägen Wurfs (alpha = Abwurfwinkel): Der Abwurfwinkel lässt sich aus dem Screenshot über das Anlegen einer Tangente an die Staubspur kurz nach dem Hinterreifen bestimmen. Er beträgt 47 Grad. Nun kann die maximal mögliche "Wurfhöhe" berechnet werden. Wir nehmen dafür an, dass das Fahrzeug im Video mit Höchstgeschwindigkeit fuhr: Berechnung der maximalen Wurfhöhe für die Erde: Auf der Erde wäre demnach eine maximale Wurfhöhe von etwa 35,5 Zentimetern möglich gewesen. Das liegt jedoch deutlich unter dem im ersten Schritt (Videoanalyse) ermittelten Wert (? 2,19 Meter). Berechnung der maximalen Wurfhöhe für den Mond: Auf dem Mond wäre bei maximaler Geschwindigkeit eine maximale Wurfhöhe von 2,15 Metern möglich. Die kleine Abweichung der bei der Videoanalyse bestimmten Wurfhöhe von diesem Wert kann durch die Lage des Fahrzeugs zustande kommen, das in dem für die Messung verwendeten Screenshot nicht exakt parallel zur Abszisse steht. Die aus der grafischen Analyse berechneten Werte zeigen, dass die im Video zu sehende Höhe des aufgeworfenen Mondmaterials auf der Erde nicht hätte erreicht werden können. Somit kann man sagen: Die Amerikaner waren auf dem Mond!

In diesem vorweihnachtlichen Unterrichtsmaterial "Ein Lebkuchenhaus backen: kreativ-handwerkliche Projektarbeit" können sich die Schülerinnen und Schüler kreativ-handwerklich austoben, indem sie in Gruppenarbeit ein Lebkuchenhaus herstellen und den Bau-Prozess arbeitsteilig fotografieren. Die Fotos werden mithilfe kostenloser Apps kinderleicht in einen Stop-Motion-Film oder in eine Foto-Collage übertragen und dadurch in kreative Back-Rezepte transformiert. Dieses Material kann im Präsenz- sowie im Distanz-Unterricht genutzt werden. In dieser Unterrichtseinheit kreieren die Schülerinnen und Schüler ein Lebkuchenhaus nach Anleitung . Während des Baus des Hauses dokumentieren die Lernenden diese Schritte per Smartphone oder Tablet und mithilfe der kostenlosen App Stop Motion Studio , sodass ein Erklär-Video zum Bau eines Lebkuchenhauses entsteht. Dieses kann wiederum auf der Schul-Webseite oder auf den schuleigenen Kanälen veröffentlicht werden. Diese Unterrichtseinheit eignet sich sowohl für den Präsenz- als auch Distanz-Unterricht und kann, wenn eine Schulküche vorhanden ist, sogar für kreative Vertretungsstunden (in gut eingespielten oder kleinen Klassen) oder Projekttage genutzt werden. Eine Anleitung für die Erstellung eines Lebkuchen-Hauses finden Sie hier – durch einfache Sätze und eine großzügige Bebilderung eignet sich diese Anleitung hervorragend für stark heterogene Klassen und bietet zudem neuen Wortschatz-Zugang für Lernende nicht-deutscher Muttersprache / für Lernende von Deutsch als Zweit- oder Fremdsprache. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten dabei in Groß-Gruppen von mindestens vier Lernenden und erhalten den Auftrag, ein Lebkuchenhaus zu bauen. Dabei baut die Hälfte der Gruppenmitglieder jenes Haus, die andere ist für die filmische Dokumentation zuständig. Mithilfe eines Smartphones oder Tablets sowie mithilfe eines Stativs (es geht aber auch ohne) fotografieren die Lernenden Einzelschritte des Bau-Prozesses und bereiten diese mittels der kostenlosen App Stop Motion Studio zu einem Anleitungs-Video auf. Die App ist auch für jüngere Schülerinnen und Schüler recht selbsterklärend, jedoch kann bei Bedarf dieses Erklär-Video zur Handhabung der App vorher gezeigt werden. Alternativ können die geschossenen Fotos auch als Collage mit kurzen Textbausteinen verarbeitet werden, zum Beispiel mit der kostenlosen App Pic Collage . Die Ergebnis-Präsentation beinhaltet schließlich zwei (zu benotende) Aspekte: Einerseits die handwerkliche und kreative Arbeit des Lebkuchenhaus-Baus, andererseits die filmisch-/fotografisch-kreative Umsetzung der Anleitung. Die Häuser können in der Schule ausgestellt, jedoch auch nach Hause mitgenommen werden, die Video- beziehungsweise Collage-Anleitung auf schulischen Kanälen veröffentlicht werden. Auch eine Idee: Die Eltern und Lernenden oder aber Parallelklassen zu einem gemeinsamen Back-Abend in die Schule einladen und mithilfe der selbst erstellten Anleitungen Lebkuchenhäuser bauen. Viel Spaß :-) Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie man ein Lebkuchenhaus backt und baut. entnehmen Informationen aus einem Backrezept und setzen sie um. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erstellen eine Bau-Anleitung für ein Lebkuchen-Haus als Stop-Motion-Film beziehungsweise Collage. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten arbeitsteilig. arbeiten kooperativ. Medienkompetenz früh erwerben Die neuen Richtlinien in Nordrhein-Westfalen zur Erprobung in der Grundschule sehen Informations- und Kommunikationstechnologien ebenso wie traditionelle Medien als Gegenstand des Unterrichts. Den Kindern soll durch die Heranleitung an solche Medien eine Orientierung über wichtige Informationsmöglichkeiten gegeben werden. Die systematische Arbeit mit den Medien in allen Jahrgangsstufen des Schulsystems trägt dazu bei, die in unserer modernen Gesellschaft vorausgesetzte Medienkompetenz möglichst früh zu entwickeln. Faszination Gestaltung Kommunizieren und kreatives Konstruieren sind Tätigkeiten, die Kinder bereits in der frühen Phase ihrer Entwicklung faszinieren. Kinder finden sich spielend leicht zusammen, um etwas gemeinsam zu planen und zu gestalten. Spielerisch erkennen sie dabei die Prinzipien, die es zum Beispiel beim Aufbau von Höhlen und Häusern zu beachten gilt. Diese Faszination nutzt auch dieses Unterrichtsprojekt, das sich auf fächerübergreifende Weise mit der Bedeutung von Bildern und Sprache auseinandersetzt und am Beispiel der Gestaltung einer Internetseite thematisiert. Das Knusperhäuschen Um diese Auseinandersetzung für Schülerinnen und Schüler besonders attraktiv zu gestalten, kann in der Vorweihnachtszeit, eventuell gemeinsam mit einigen Eltern, ein Knusper- oder Hexenhäuschen gebacken werden. Die ins internettaugliche Format umgesetzte Bildgeschichte des Backens soll dabei lediglich als Anregung verstanden werden. Hinsichtlich der eigentlichen Gestaltung des Knusperhäuschens sind Variationen jederzeit möglich und können zum Beispiel durch ein vorangestellten Malwettbewerb initiiert werden. Das Projekt eignet sich gut für den fächerverbindenden Unterricht, da parallel unterschiedliche fachbezogene Fragen thematisiert werden können. Hier einige Ideen: Sachunterricht Was passiert beim Backen? Wie muss ein Haus konstruiert sein, damit es stabil ist? Warum sehen nicht alle Häuser gleich aus? (Funktion, Kultur, Soziales, Geschichte) Welche Personen bezeichnete man als "Hexen"? Wie ging man mit ihnen um? Kunst Wo wird mit dem Essen gespielt? (Buchstabensuppe, Buchstaben- oder Tierformplätzchen, Figureneis und so weiter.) Deutsch In welchen Geschichten gibt es Hexen und welche Beispiele gibt es? Welche Rolle spielt das Essen im Märchen "Hänsel und Gretel"? Was muss man beachten, wenn man eine Geschichte ohne nonverbal erzählen will? Kann man mit Bildern ‚sprechen'? Welche Vorteile ergeben sich durch den Verzicht auf sprachliche Darstellung? Und welche Nachteile? Zeitlicher Aufwand Für den Bau des Hexenhäuschens aus Lebkuchenteig benötigt man circa fünf Stunden. Der zeitliche Aufwand für die Gestaltung der Internetpräsentation ist allerdings sehr stark abhängig vom Vorwissen der Schüler und Schülerinnen und von der didaktischen Zielsetzung des Projekts. Individuelle Zielsetzung So können die einzelnen Schritte zur Verarbeitung des Präsentationsmaterials (Bilder, Texte, Layout) gesondert thematisiert werden, um das Ziel der Medienkompetenzentwicklung zu vertiefen. Grundlegende Kenntnisse der Bildbearbeitung können dabei ebenso angesprochen werden wie die Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei der Gestaltung von Inhalten für die Präsentation in unterschiedlichen Medien. Welche Inhalte und Technologien dabei im Speziellen zur Sprache kommen, hängt dabei nicht zuletzt von den an der jeweiligen Schule gültigen Voraussetzungen ab. Freeware als Grundlage Die im Rahmen es Unterrichtsprojekts empfohlenen Programme sind (abgesehen vom MS Photo Editor) alle Freeware (abgesehen vom MS Photo Editor). Die Nutzung kostenfrei verfügbarer Programme erleichtert die Umsetzung der Projektidee. Selbstverständlich können auch kostenpflichtige Alternativen, sofern sie in der Schule vorhanden sind, genutzt werden. Denkbar sind als HTML-Editor Dreamweaver MX (ist dann gleichzeitig auch FTP-Werkzeug) und für die Bildbearbeitung Paint Shop Pro oder Adobe Photoshop Elements. Die kostenpflichtigen Alternativen haben allerdings meist einen Leistungsumfang, der im normalen Unterricht nicht annähernd ausgeschöpft wird. Präsentation der Ergebnisse Sollen die Ergebnisse des Projekts sofort im Internet präsentiert werden, empfiehlt sich die Aufteilung in Arbeitsgruppen, die sich jeweils mit einem der notwendigen Arbeitsschritte besonders intensiv auseinandersetzen. Alternativ ist auch eine Wandzeichnung mit Fotos vom Backen und Bauen des Hexenhäuschens denkbar. Computer-Mangel Wenige Schulen verfügen über genügend Computer um eine praktische Umsetzung des Knusperhäuschen-Projekts mit einer ganzen Klasse zu ermöglichen. Es können nicht alle Kinder gleichzeitig arbeiten, da die verschiedenen Arbeitsschritte (Fotos machen, Übertragung, Seiten designen, auf Server übertragen, …) nacheinander ausgeführt werden müssen. Kleingruppenarbeit oder Partnerarbeit ist unter diesen Umständen nur bedingt möglich, da immer nur bedingt Platz vor Bildschirm, Tastatur und Maus zu finden ist. Umfangreiche Website Die Größe der von uns erstellten Knusperhäuschenseite ist zum Nachkonstruieren mit Kindern eventuell schon etwas zu umfangreich. Man könnte besser ein etwas vereinfachtes Rezept wählen, weniger Bilder verwenden und kurze schriftliche Erläuterungen einbauen. Für Erstklässler Das Projekt ist prinzipiell in allen Klassenstufen umsetzbar, jedoch ist die Herangehensweise immer unterschiedlich: In der ersten Klasse könnten die Kinder ihre Knusperhäuschen malen, doch das Lesen und Schreiben des Rezeptes wird sich beispielsweise als extrem schwierig erweisen. Nicht nur wegen der noch nicht ausgebildeten Fähigkeiten im Bereich Lesen und Schreiben, sondern auch wegen der auftauchenden großen Zahlen und Mengen über 100. Für Viertklässler In der vierten Klasse könnte man in Gruppen-, Partner-, oder Einzelarbeiten das Rezept analysieren, Einkaufszettel schreiben, die Kosten berechnen und im Internet nach dem Ursprung des Knusperhäuschens forschen.

Bei diesem Unterrichtsprojekt zum Thema "Bärengeschichten" übernimmt das Spielzeug der Kinder die Hauptrolle. Nirgends lernt es sich leichter und nachhaltiger als im Spiel. Oft wird jedoch schulischer Unterricht und kindlicher Spieltrieb als nicht miteinander vereinbar gesehen. Dabei hatte Friedrich von Schiller bereits erkannt: "Nur dort ist der Mensch ganz Mensch, wo er spielt".Immer wieder mal möchten Kinder ihre Spielsachen mit in die Schule bringen. Dadurch kommt es gelegentlich zu Streitereien in der Klasse. Die Ablenkungsbereitschaft im Unterricht nimmt zu. Meist werden dann mit der Klasse Regeln vereinbart, beispielsweise ein gemeinsamer "Spielzeugtag", um das Problem zu lösen. In einer zweiten Klasse der Berliner Klecks-Grundschule war das Thema Anlass für ein Unterrichtsprojekt, bei dem die Lieblingskuscheltiere der Schülerinnen und Schüler die Hauptrolle besetzen. An neun Lernstationen arbeiteten die Kinder handlungsorientiert zu der Thematik. Entstanden ist dabei unter anderem ein interaktives Bilderbuch, das mit dem Programm Mediator erstellt wurde. Zum Abschluss des Projektes fand eine "Bärenparty" statt.Es kommt gelegentlich zu Streitereien, aber auch zu Unaufmerksamkeiten im Unterricht, wenn Grundschulkinder Spielsachen mit in die Schule bringen. Durch dieses Unterrichtsprojekt, in der das Spielzeug einen ganz anderen Stellenwert erhält, kann den Schülerinnen und Schülern verdeutlicht werden, dass ihr eigenes Spielzeug ein wichtiger Bestandteil ihres Umfeldes ist, in der Schule aber nur zu besonderen Anlässen eine Bedeutung hat. Die Idee des Unterrichtsprojektes ist, dass alle Kinder ihr Lieblingskuscheltier zu einem umfassenden Festprogramm in die Schule einladen. Dieser Tag soll ganz unter dem Motto "Teddybären" stehen. Die Stationen An neun Stationen setzen sich die Kinder mit der Thematik handlungsorientiert auseinander. Nutzung von Computer und Internet Hinweise zu den organisatorischen Voraussetzungen, den notwendigen Vorkenntnissen, zu Arbeitsformen und zum Verlauf. Literatur Hier finden Sie Hinweise zur Literatur, die in diesem Unterrichtsprojekt verwendet wurde. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler schreiben und illustrieren Geschichten. bestimmen und beschreiben Bären aus der Tierwelt. gestalten ein Lesezeichen. erstellen ein "Fühlbuch". erstellen einen Bären-Kalender. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wenden ihre bisherigen Erfahrungen im Umgang mit dem Programmen Word und Mediator an und vertiefen diese. recherchieren zur Historie des Teddys und lernen dabei verschiedene Recherchemöglichkeiten kennen. schätzen ihre Ergebnisse ein und bewerten diese. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten zusammen an einem Gemeinschaftsprodukt. erkennen das Bedürfnis nach Zuneigung und Freundschaft und akzeptieren sich damit gegenseitig. erhalten Gelegenheit, geschlechtsspezifische Hemmnisse in der Klassengemeinschaft zu überwinden. Station 1: Rechercheaufgaben im Internet Exemplarische Rechercheaufgabe in der Schulbibliothek: Woher stammt der Begriff "Teddy" (Theodore Roosevelt, genannt Teddy, war ausschlaggebend für den Namen des Plüschtiers.) Station 2: Geschichten schreiben Diese Station kann als reine Computerstation eingerichtet werden, dann empfiehlt es sich, den Computerraum oder eine Medienecke mit mehreren Rechnern dafür freizuhalten. Schreiben und illustrieren können die Kinder alternativ auch auf klassische Weise auf Papier. Dann müssen die fertigen Bilder eingescannt und die Geschichten nachträglich abgetippt werden. Station 3: Gestalten von Bären Dazu benötigen die Kinder jeweils eine Schablone und geeignete Materialien. Entstehen können Lesezeichen in Bärenform, Girlanden für das Bärenfest... Station 4: Forschungsstation Forschungsauftrag "Bären aus der Tierwelt" - zu Braunbär, Eisbär, Grizzlibär, Koalabär, Pandabär, Waschbär - sollen Steckbriefe erstellt werden. Dazu werden Recherchemöglichkeiten in Sachbüchern, Zeitschriften und im Internet bereitgestellt. Verwendete Adressen: wissen.de wasistwas.de blinde-kuh.de Der Steckbrief war als Arbeitsblatt vorgegeben. Die Kinder suchten Informationen zum Name, Lebensraum, Aussehen, Größe, Gewicht, Aufzucht der Jungen, Verhalten im Winter, Aufzucht der Jungen und so weiter. Außerdem sollten Besonderheiten und eine Abbildung gesucht werden. Station 5: Malstation - einen Bären-Kalender erstellen Ein Fotokalender (Vorlage mit Kalendarium) zum selber Basteln wurde zu den Jahreszeiten passend mit Bildergeschichten gestaltet. Die Gestaltungstechniken (Klebearbeiten, Malen mit Tusche, Filzstift oder Buntstift, Ausmalen von Kopiervorlagen und so weiter können vorgegeben werden, die Kinder wählen eine aus. Station 6: Taststatioen - ein "Fühlbuch" erstellen Für das "Bärenfühlbuch" sollte jedes Kind Materialien mitbringen (zum Beispiel: Schleifpapier, Metallfolie, Velourspapier, Frottee, Plastikfolie, Samt, Holzfurnier, Toilettenpapier ...) Station 7: Backen von "Bärentatzen" Hier kann es hilfreich sein, Eltern zur Unterstützung in die Schule zu bitten. Das Rezept "Bärentatzen" Für den Teig braucht man: 250g Butter 175 g Zucker 2 Tüten Vanillezucker 1 Ei 350g Mehl 75g gemahlene Mandeln für die Füllung Marmelade, Pflaumenmus oder Nutella. Zubereitung: Man rührt Butter, Zucker, Vanillezucker und das Ei zu einer schaumigen Masse. Dazu gibt man vorsichtig das Mehl und die gemahlenen Mandeln. Der Teig wird in eine Spritztüte gefüllt und damit spritzt man Tatzen auf ein mit backpapier ausgelegtes Backblech. Backzeit: 15 Minuten bei 170°C Wenn die Tatzen abgekühlt sind, bestreicht man sie mit Marmelade, Nutella oder Pflaumenmus und "klebt" damit zwei Tatzen zusammen. Zum Schluss kann man sie noch mit Schokoguss braun färben. Station 8: Nähen eines eigenen Plüschbären Dazu benötigen die Kinder Material: Schablone, braunen und weißen Plüschstoff, Nähnadel, passendes Nähgarn, Schere, Filzstift, Füllwatte zum Ausstopfen, zwei Knöpfe für die Augen. Station 9: Spielstation Einüben eines Springspiels, Rollenspiel: ein gespielter Streit zwischen einem schwarzen und einem weißen Teddybären, Teddy-Würfelspiel Spielanleitung zum Hüpfspiel Suche dir einen Mitschüler oder eine Mitschülerin zum Seilspringen. Nehmt ein langes Seil, das von zwei Kindern an beiden Enden geschlagen wird. Dazu sprecht im Reim: Teddybear, teddybear, turn around, (Teddybär, Teddybär, dreh dich um) Teddybear, teddybear, touch the ground, (Teddybär, Teddybär, berühre den Boden) Teddybear, teddybear, show your shoe, (Teddybär, Teddybär, zeige deinen Schuh) Teddybear, teddybear, I love you! (Teddybär, Teddybär, ich liebe dich!) Seit Beginn der ersten Klasse lernten die Kinder wöchentlich eine Stunde am Computer und erwarben erste Grundfertigkeiten im Umgang mit Windows und Office. Für das Programm Mediator bedarf es einer Einweisung mit ersten Übungen. Dann können die Kenntnisse im Unterrichtsprojekt angewendet werden. Die Einzelarbeiten der Kinder sollen hinterher zu einem geschlossenen Ganzen (Produkt) zusammengefügt werden. Dafür ist es wichtig, sich untereinander abzusprechen und gegebenenfalls genauen Anweisungen zu folgen, damit zum Beispiel nicht gleiche Dateinamen überschrieben werden und Fehler entstehen. Organisatorische Voraussetzungen Selbstbestimmt arbeiten Die Kinder sollten möglichst selbstbestimmt ihre Arbeit an den Stationen einteilen. Dies kann zur Folge haben, dass sehr viele Kinder zur gleichen Zeit in den Computerraum möchten. In meiner Klasse hatte ich deshalb die Teilnehmerzahl für diese Station auf jeweils sechs Schülerinnnen und Schüler begrenzt. Damit hatte jedes Kind einen eigenen Computer zur Verfügung. Zusammenarbeit in Teams Die Arbeit am eigenen Computer war nicht zwingend, es konnte auch gemeinsam gearbeitet werden. Die Arbeit im Team war sehr wichtig. Hilfreich ist es, wenn die Zusammensetzung der Teams den Kenntnisstand der Kinder hinsichtlich des Umgangs mit dem Computer berücksichtigt. Auch weitere Aspekte, beispielsweise geschlechtsspezifische oder differenzierungsrelevante seien an dieser Stelle erwähnt. Von einer CD-ROM mit Cliparts wählte ich eine Reihe von Teddybärenbildern zu den unterschiedlichsten Situationen aus. Die Bilder habe ich vergrößert ausgedruckt und an die Tafel geheftet. Im Kreisgespräch ergaben sich spannende Geschichten. Die Kinder sollten nun je eine Geschichte schreiben. Da die Programme Word und Paint schon bekannt waren, waren hier nicht viele zusätzliche Hilfen und Hinweise nötig. Die Geschichten wurden am Computer den Kindern selbst geschrieben und fehlerkorrigiert. Aufgrund der bereits erworbenen Kenntnisse in der Bedienung von MS Word war hier wenig Unterstützung für die Kinder nötig. Sie konnten ihre Texte weitgehend selbstständig tippen und abspeichern. Für die Arbeit mit der Textverarbeitung und dem Malprogramm (in unserem Fall Windows-Paint) stellte ich eine kurze Arbeitsanleitung zur Verfügung. Bei der Einführung des Programms Mediator kam der Beamer zum Einsatz. Die notwendigen Teilschritte erläuterte ich vor gesamten Klasse, bevor die Kinder anhand eines Übungspfades mit dem Programm arbeiten konnten. Literatur-Werkstatt In der Literatur-Werkstatt sprechen die Kinder über Freundschaft, spielen Eifersuchtsszenen nach und überlegen, wie man am besten eine Versöhnung anfängt. Aufgaben zur Texterschließung und zahlreiche Schreibanlässe unterstützen dabei das sinnerfassende Lesen der Geschichte. Und die Kinder erfahren etwas über Koalabären, Eisbären, Gummibärchen ... Sie schreiben ein Bären-ABC, basteln Bären-Anstecker, nähen einen eigenen Wuschelbär und backen Bären-Gesichter. Kurzinformationen Titel Kreative Ideenbörse (Grundschule) Autorinnen Monika Zeidler, Marion Klinger Verlag mvg-Verlag ISBN 3-478-72070-2 Preis 98,00 EUR* (jährlich 4 Nachlieferungen mit je ca. 100 Seiten, Seitenpreis: EUR 0,23) Kreative Ideenbörse Grundschule Unterrichtseinheiten mit kopierfertigen Arbeitsmaterialien zu den Themenbereichen: Zusammenleben, Gesundheit, Heimat, Natur/Pflanzen, Natur/Tiere, Natur/Wissenschaft, Raum und Zeit, Medien und Konsum. Kam zum Einsatz beim Backen der Bärentatzen, Basteln der Girlanden und der Erstellung der Steckbriefe. Kurzinformationen Titel Literatur-Werkstatt Wuschelbär Autorin Ursula Arndt Verlag Verlag an der Ruhr ISBN 3-86072-641-2 Preis 17,90 €

Auf dieser Seite haben wir Informationen und Anregungen für Ihren Physik-Unterricht zum Thema Atomphysik zusammengestellt. Ein Remotely Controlled Laboratory (RCL) ist ein über das Internet fernbedienbares Realexperiment. Dieser Artikel ist die Basis aller Lehrer Online-Unterrichtseinheiten zum Einsatz von RCLs. Hier finden Sie grundlegende Informationen zu folgenden Themen: Prinzip von RCLs, allgemeiner und spezifischer Mehrwert von RCLs, Konzeption des RCL-Portals, Überblick zu RCLs auf dem RCL-Portal und Einordnung von RCLs unter den Physikmedien. Wie macht man aus einem MCL ein RCL? Um aus einem von Hand durchgeführten Experiment - einem Manually Controlled Laboratory (MCL) - ein Remotely Controlled Laboratory (RCL) zu machen, müssen Experiment und Experimentator über Schnittstellen zum Internet miteinander verbunden werden (Abb. 1). Experimentseitig wird das MCL mit Sensoren und Aktoren ausgestattet. Aktoren sind meist Schrittmotoren, die das zu bewegende Element - wie beim RCL zum Fotoeffekt die Räder mit Grau- und Farbfiltern (Abb. 1) - sehr genau positionieren. Sensoren sind je nach RCL zum Beispiel Lichtsensoren, Geiger-Müller-Zählrohre, Schalter oder - wie beim Fotoeffekt - eine Fotozelle. Interface Das an einen Computer angeschlossene Interface mit Microcontroller und anpassbarer Sensor/Aktor-Elektronik übernimmt die Steuerung der Datenströme von und zu den Sensoren/Aktoren. Bereits jetzt kann ein Experimentator das RCL lokal vor Ort über ein Terminal-Programm mit dem programmierten Befehlssatz des Microcontrollers bedienen (Nahsteuerung). Ein auf dem Computer installierter Webserver mit Informationen zum RCL auf statischen Webseiten und mit der Bedienung des RCLs auf dynamischen Webseiten ermöglicht den Zugriff auf das RCL über das Internet (Fernsteuerung). Bildübertragung per Webcam Die Interaktivität zwischen dem RCL und dem Experimentator wird durch Videobilder von einer oder zwei Webcams (Beobachtung von Versuchseinstellungen und Versuchsergebnissen) und den dynamischen Webseiten (Auswahlfelder für Versuchseinstellungen, Ein- und Ausgabe von Versuchsdaten) hergestellt. Experimentatorseitig werden lediglich ein Internetzugang und ein Computer mit javafähigem Browser benötigt. Gestaltung von RCLs Die Entwicklung von RCLs ist zeitaufwändig und kostenintensiv. Die Investitionen müssen sich bei einer entsprechenden Gestaltung des RCLs und dem Einsatz der Internettechnologie in einem allgemeinen Mehrwert gegenüber MCLs auszahlen. Dazu werden folgende Aspekte beachtet: Authentizität zum MCL RCLs in der Raumfahrt müssen teilweise vollautomatisiert ablaufen. RCls zum Lernen von Physik müssen dagegen möglichst authentisch in der Durchführung zu einem MCL sein, um den Schülerinnen und Schülern Möglichkeiten und Anknüpfungspunkte für ihr eigenes Lernen zu geben. Dazu gehört, dass das RCL in ähnlicher Weise wie das MCL bedient (zum Beispiel Einschalten von Versuchsgeräten) und auf eine automatisierte Auswertung der Versuchsdaten verzichtet wird. Außer der schriftlichen Versuchsauswertung mit einem Taschenrechner können hierbei Tabellenkalkulationsprogramme und Computeralgebrasysteme genutzt werden (siehe Einordnung von RCLs unter den Physikmedien ). Barrierefreie Zugriffsmöglichkeit Der Zugriff auf die RCLs des RCL-Portals ist jederzeit, weltweit, kostenlos, ohne zusätzliche Software und ohne Anmeldung möglich. Ein Buchungssystem wird zukünftig auch die Reservierung von RCLs bieten (siehe Das RCL-Portal ). Intuitive Bedienbarkeit Die Bedienung der meisten RCLs erfolgt mit wenigen Bedienelementen bei maximaler Interaktivität des Nutzers mit dem RCL (siehe Das RCL-Portal ). Vollständigkeit Mit der Lernumgebung zum RCL kann der Nutzer ohne zeitaufwändige Suche von Informationen das RCL durchführen (siehe Das RCL-Portal ). Nachbaubarkeit Durch Dokumentation und durchgehenden Aufbau des RCLs mit Open-Source-Software ist ein Nachbau durch Schülerinnen und Schüler mit möglichst geringen Kosten möglich (siehe Zusatzinformationen ). Gestaltungsfreiheit Der Aufbau von RCLs bietet große Freiheiten in der Gestaltung der Experimentiermöglichkeiten mit dem RCL (siehe Spezifischer Mehrwert von RCLs ). Vorteile gegenüber MCLs und Kompensation von Nachteilen Ein zu flüchtiger Blick auf RCLs verleitet leicht zu der Aussage, dass eine Zwischenschaltung des Internets zwischen Experimentator und Experiment aufgrund der Distanz zu einem Verlust an Qualität gegenüber dem MCL führt. Das Dokument "vorteile_nachteile_RCL.pdf" informiert in Tabellenform über die Vorteile von RCLs gegenüber MCLs und zeigt, wie Nachteile von RCLs kompensiert beziehungsweise vorteilhaft genutzt werden können. Die Realisation eines RCLs nach dem mechanistischen Schema, die Versuchsdurchführung "irgendeines" Experiments fernbedienbar zu machen, ist wenig Erfolg versprechend, weil die Anforderungen an ein qualitativ hochwertiges RCL sehr komplex sind. Die nachfolgenden Leitfragen stellen die Entscheidung für oder gegen die Umsetzung eines in Planung befindlichen RCLs auf eine rationale Basis. Nur so lässt sich ein Mehrwert des realisierten RCLs gegenüber anderen Medien gewährleisten. Leitfragen zum Lehr-Lern-Kontext Ist das Thema des Experiments in der Physik, im Alltag und als Anwendung physikalischer Gesetze bedeutsam? Ist das Thema des Experiments auch Lehrplanthema? Ist das Experiment nicht an Schulen verfügbar (zu teuer)? Wird das Experiment im Unterricht nicht oder nur selten eingesetzt (zu zeitaufwändig, zu kompliziert, zu anspruchsvoll)? Haben Schülerinnen und Schüler Lern- oder Verständnisschwierigkeiten mit dem Thema des Experiments? Ist das Experiment nicht als Schülerversuch durchführbar (zu gefährlich: hohe Spannungen, gefährliche Strahlungen, giftige Substanzen)? Leitfragen zum Experiment Gibt es ausreichende und vielfältige Experimentiermöglichkeiten? Kann eine ausreichende Anzahl quantitativer Messungen durchgeführt werden? Sind über den Standardversuch hinausgehende Messungen möglich? Handelt es sich um ein völlig neues oder von Lehrgeräte-Herstellern nicht lieferbares Experiment? Kann das Experiment als Multi-Use-RCL mit vielen Experimentiermöglichkeiten im Rahmen eines Themengebiets realisiert werden? Leitfragen zur RCL-Realisation Ist der finanzielle und zeitliche Aufwand bei der Realisation durch den Mehrwert des RCLs gerechtfertigt? Ist die Verwendung von Standardkomponenten möglich? Sind alle Versuchsmaterialien beschaffbar oder herstellbar? Ist ein RCL wirklich das geeignete Medium (Simulationen und Messvideos als Alternativen)? Ist das Experiment bis jetzt noch nicht als RCL verfügbar? Können zeitabhängige Versuchsabläufe im Webcam-Bild dargestellt werden (Problem Datenübertragungsrate)? Folgende Punkte sind im Hinblick auf den Erwerb experimenteller Fertigkeiten und Fähigkeiten mit RCLs relevant: Die Anzahl der Experimente, die Schülerinnen und Schüler in Schulen selbst durchführen können, sind durch fehlendes Experimentiermaterial, zu große Klassen, zu hohen zeitlichen Aufwand oder dadurch, dass fast alle Oberstufenexperimente Lehrerdemonstrationsexperimente mit geringen Beteiligungsmöglichkeiten für die Lernende sind, stark begrenzt. Bei RCLs entfällt zwar der Aufbau und die haptische Durchführung des Experiments, was jedoch schneller höhere experimentelle Fähigkeiten in den Fokus rücken lässt. Bei der Nutzung von RCLs als Hausexperimente haben die Schülerinnen und Schüler genügend Zeit, um unbeeinflusst von anderen Lernenden und der Lehrkraft im eigenen Lerntempo experimentelle Fertigkeiten und Fähigkeiten zu üben. Das RCL-Portal zeichnet sich durch die folgenden Eigenschaften aus: Da auf RCLs im Internet weltweit zugegriffen werden kann, sind alle RCLs in englischer und deutscher Sprache, zwei zusätzlich in italienischer und französischer Sprache, verfügbar. Nutzer, die RCLs in ihre Landessprache übersetzen möchten, werden von der AG Didaktik der Physik an der TU Kaiserslautern unterstützt. Der Zugang zum RCL-Portal ist kostenlos und anmeldungsfrei (auch unter einem zukünftigen Buchungsystem). Die technischen Voraussetzungen sind: Ports 8080, 8081 (Windkanal), 8082 (Radioaktivität) und 8083 (Weltpendel Kaisersesch) müssen freigeschaltet sein. Zur Darstellung der Videobilder ist ein Browser mit installierter JRE (kostenloser Download) und mindestens DSL 1000 erforderlich. Zielgruppen des RCL-Portals sind technisch oder naturwissenschaftlich interessierte Laien, Schülerinnen und Schüler sowie Präsenz- oder Fernstudierende. Struktur der RCL-Webseiten Unter dem Hauptmenüpunkt "Labs" findet man die einzelnen RCLs. Nach der Auswahl eines RCLs gelangt man zu dem für alle Experimente einheitlich gestalteten Versuchs-Menü aus Einstieg (Einführung und Zielsetzung), Aufbau (Beschreibung und Daten), Theorie (theoretische Grundlagen und Hinweise zur Versuchsdurchführung), Aufgaben (experimentelle Fragestellungen), Labor (Versuchsdurchführung mit dem RCL), Diskussion (weiterführende Fragestellungen), Material (Versuchsmaterial, didaktisches Material und Literaturhinweise) und Betreuung (Inhaltliche Verantwortung und Versuchsentwickler). Abb. 2 (zum Vergrößern anklicken) zeigt einen Screenshot des RCLs "Windkanal". Struktur der Laborseiten Neben der linken Menüleiste (Abb. 2) werden die Videobilder (maximal zwei) der Webcams sowie die zur Durchführung und Auswertung des Versuchs unmittelbar benötigten Hinweise und Daten angezeigt. Im Bedienfeld rechts daneben kann der Experimentator über Buttons, Auswahllisten, Ein- und Ausgabefelder das RCL steuern. Mit dem Button "RCL RESET" lässt sich bei einer auftretenden Fehlfunktion der Webserver ferngesteuert neu starten. Verfügbarkeit der RCLs Da RCLs Liveexperimente sind, kann immer nur ein Experimentator die Kontrolle über das RCL haben. Ihm steht eine vom RCL abhängige, heruntergezählte Experimentierzeit zwischen zwei und fünf Minuten zur Verfügung (siehe Abb. 2, Bedienfeld oben). Innerhalb dieser Zeit setzt jede Aktion im Bedienfeld die noch verfügbare Experimentierzeit auf den Anfangswert zurück. Damit bleibt das Experiment auch für andere Nutzerinnen und Nutzer verfügbar, die die verbleibende Experimentierzeit angezeigt bekommen und die Aktionen des Experimentators im Videobild der Webcam(s) mitverfolgen können. Um in der Lehre das RCL mit Sicherheit verfügbar zu haben, wird zurzeit ein Buchungssystem entwickelt. Auf dem RCL-Portal sind derzeit die RCLs Elektronenbeugung, Lichtgeschwindigkeit, Fotoeffekt, Beugung und Interferenz, U-I-Kennlinen (zwei Varianten), Roboter im Labyrinth, Windkanal, Maut, Heißer Draht, Optische Pinzette, Optische Computertomographie, Radioaktivität, Rutherfordscher Streuversuch und Oszilloskop verfügbar. Eine verbesserte Variante von Beugung und Interferenz, Weltpendel, Optische Fouriertransformation/Ordnung und Unordnung werden bis Ende 2008 verfügbar sein. Der Datei "ueberblick_RCL_portal.pdf" können zu diesen fast 20 RCLs folgende Angaben entnommen werden: Fachgebiet, Zielgruppe und Lehrplanbezug Das RCL ist einem oder mehreren Fachgebieten zugeordnet. Es ist angegeben, ob das RCL in Sekundarstufe I, Sekundarstufe II oder der Universität und ob es im Rahmen der exemplarisch ausgewählten Lehrpläne von Rheinland-Pfalz eingesetzt werden kann. Single- oder Multi-Use-RCL Single-Use-RCLs sind solche, die in einem Themen- oder Fachgebiet der Physik nur einmalig eingesetzt werden. Häufig sind das Experimente zur Bestimmung von Konstanten. Dagegen decken Multi-Use-RCLs inhaltlich mit ihrer Vielfalt an Experimentiermöglichkeiten fast ganze Themengebiete der Physik ab. Motivation/Lernkontext Es ist angegeben, ob das RCL eher in einem anwendungsorientierten, einem alltagsorientierten oder einem innerphysikalisch Kontext eingesetzt werden kann. In den letzten zwei Jahrzehnten sind im Zuge der Entwicklung von Multimedia und Internet zahlreiche "Species" digitaler Medien entwickelt worden (Abb. 3, zum Vergrößern anklicken). Speziell der Vermittlung physikalischer Inhalte dienen Physikmedien wie Simulationen, Realexperimente sowie Informations- und Lehr-/Lernsysteme. Kognitive Werkzeuge entlasten die Lernenden von Routinearbeiten und regen sie gleichzeitig zu einer vertiefenden Informationsverarbeitung an. Unter den Realexperimenten sind RCLs und die digitale Messwerterfassung Live-Experimente, während bei der Videoanalyse, den interaktiven Bildschirmexperimenten (IBEs) und den Messvideos zunächst ein Video des Experiments aufgenommen und dann zeitversetzt das Experiment wiederholt und ausgewertet wird. Mit Live-Experimenten kann der gleiche Versuch beliebig oft wiederholt werden, was insbesondere bei der Gewinnung größerer Datenmengen und von statistischen Aussagen notwendig ist. Während Realexperimente und speziell RCLs der Untersuchung ausgewählter Realitätsbereiche dienen, werden diese mit Simulationen anhand bekannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten vom Programmierer (Applets, Physlets und Simulationsprogramme) oder von den Lernenden selbst (Modellbildung) nachgebildet und untersucht. Die Ergänzung von RCLs durch Simulationen ermöglicht die physiktypische Wechselwirkung von Experiment und Theorie. Innerhalb des RCL-Konzepts, das Experiment durch den Verzicht auf eine automatisierte Auswertung möglichst authentisch zum MCL zu gestalten, spielen die kognitiven Werkzeuge Tabellenkalkulation und Computeralgebrasysteme zur Auswertung und Weiterverarbeitung von Versuchsdaten sowie zum Vergleich von experimentellen und theoretischen Daten eine große Rolle. Die Schülerinnen und Schüler sollen Atommodelle kennen. die alpha-, beta und gamma-Strahlung kennen. künstliche Kernumwandlungen kennen. das Aufstellen von Zerfallsgleichungen beherrschen. erkennen, dass der Unterschied zwischen gesteuerter und ungesteuerter Kettenreaktion für die Nutzung der Kernenergie immens wichtig ist. Thema Atomphysik - vom Atommodell zur Kernenergienutzung Autor Jens Tiburski Fach Physik Zielgruppe Klasse 9, Klasse 10 zur Prüfungsvorbereitung Zeitraum 1-3 Stunden, je nach didaktischem Ort Technische Voraussetzungen Computerarbeitsplätze in ausreichender Anzahl (Einzel- oder Partnerarbeit); VRML-Plugin (zum Beispiel BlaxxunContact ), Java , Video-Player (zum Beispiel DivX oder RealOne Player ) Einsatz im Unterricht Der Einsatz der Sammlung von interaktiven Übungen und 3D-Animationen zur Atomphysik sollte unterrichtsbegleitend erfolgen. Nach der Behandlung des jeweiligen Themas im Unterricht (Arbeitsblätter als Word-Dokumente im Download-Paket "atomphysik_materialien.zip") können Übungsphasen im Computerkabinett den Unterricht lebendiger gestalten und zur Binnendifferenzierung genutzt werden. Die Verwendung der 3D-Animationen soll dabei die Anschaulichkeit erhöhen und die Visualisierung der Aufgabenstellung gerade bei den "unsichtbaren" Sachverhalten im submikroskopischen Bereich vereinfachen. Hinweise zur Nutzung der interaktiven Arbeitsblätter In der Klassenstufe 9 hat sich der Einsatz des Beamers bewährt, wenn die Schülerinnen und Schüler die Arbeit mit interaktiven Arbeitsblättern noch nicht gewohnt waren. Für die Eingaben in die Formularfelder der interaktiven Übungen sollte ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer korrekten Schreibweise erfolgen. Dies führt zu erhöhter Konzentration und weniger Frusterlebnissen, wenn Fragen inhaltlich richtig, aber infolge falscher Rechtschreibung als falsch beantwortet wurden. Auch Partnerarbeit von Lernenden mit guten Deutschkenntnissen zusammen mit Schülerinnen und Schülern, welchen die deutsche Sprache schwer fällt (Integrationskinder), ist hier gut möglich. Technische Hinweise Um die 3D-Modelle öffnen zu können, ist ein VRML-Plugin nötig. Alle animierten GIFs und interaktiven 3D-Animationen der verwendeten Übungen wurden vom Autor der Unterrichtseinheit mithilfe des 3D-CAD-Programmes FluxStudio erzeugt. Dieses Programm ist für die pädagogische Arbeit als Freeware verfügbar (~ ~http://www.sn.schule.de/~ms16l/virtuelle_schule/Projektwoche_2008/index_projekt.htm~~). Die Schülerinnen und Schüler sollen eine zeitgemäße Atomvorstellung kennen. die Entstehung von Licht beschreiben können. Kenntnisse über die geschichtliche Entwicklung von Modellen haben. physikalische Größen darstellen und interpretieren können. den Zusammenhang zwischen Linienspektren und atomaren Übergängen kennen. die Spektralanalyse anwenden und physikalisch erklären können. Thema der Unterrichtseinheit Das Elektronium-Modell Autor Patrick Bronner Fächer Physik, Chemie Zielgruppe Klasse 10 (Fortsetzung in Sek II möglich) Zeitraum 9 Stunden (mit Lernzirkel zum Thema "Analogie Licht-Schall": 14 Stunden) Technische Voraussetzungen Demonstrationsrechner mit Beamer, kostenlose Plugins Quicktime-Player und Java3D Methoden Lernzirkel, Gruppenarbeit, Kugellager, Gruppenpuzzle, Theaterspiel, Schülerreferat, Lehrervortrag Die Schülerinnen und Schüler sollen die Vorgänge bei der Fusionsreaktion von Deuterium und Tritium sowie das Ergebnis beschreiben können. das Funktionsprinzip des Magnetfeldkäfigs zum Einschließen des heißen Plasmas am Beispiel der beiden grundlegenden Reaktortypen Stellarator und Tokamak kennenlernen und erklären können. die Gefahren bei der Nutzung der Kernfusion erarbeiten und im Vergleich mit anderen Formen der Energieerzeugung bewerten. die Kernfusion als potenzielle, nahezu unerschöpfliche Energiequelle der Zukunft erkennen. Thema Wann "zündet" die Idee der Kernfusionstechnologie? Autorinnen und Autor Roland Wengenmayr, Dieter Lohmann, Sabina Griffith Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II, nach didaktischer Reduktion auch Klasse 9 und 10 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen Rechner mit Internetanschluss in ausreichender Anzahl (Arbeit in Kleingruppen), Flash-Player (kostenfreier Download) Planung Tabellarischer Verlaufsplan Die Materialien der Unterrichtseinheit sind ein Angebot der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. Auf der Webseite max-wissen.de finden Sie weitere Materialien für den Unterricht und Hintergrundinformationen zu aktuellen Forschungsthemen aus Physik, Chemie, Biologie und Erdkunde. An allen max-wissen-Beiträgen sind Fachwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft beteiligt: Aktualität und fachliche Richtigkeit sind somit gewährleistet. Ein weiteres Angebot der Gesellschaft ist das Fragen-Portal : Lernende und Lehrpersonen können hier Fragen an Forscherinnen und Forscher stellen. Unterrichtsverlauf und Materialien Fachliche Voraussetzungen, Einbettung des Themas in den Unterricht und der Verlauf der Doppelstunde werden hier skizziert. ITER ? der Weg zu neuer, sauberer Energie Für die Fortführung des Themas im Unterricht finden Sie hier weitere Informationen, Grafiken und Links zur internationalen Fusionsforschungsanlage. Ein Remotely Controlled Laboratoy (RCL) ist ein über das Internet fernbedienbares Realexperiment. Die hier vorgestellte Unterrichtsreihe in der Atomphysik nutzt die mediendidaktischen Eigenschaften des RCLs "Rutherfordscher Streuversuch". Lernende können das an Schulen nur selten vorhandene Demonstrationsexperiment als Hausexperiment durchführen, Messdaten in Gruppen zusammentragen und auswerten. Diese werden mit den Vorhersagen der Atommodelle von Dalton, Thomson und Rutherford verglichen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse aus der Mechanik, Elektrostatik und Radioaktivität zur Erklärung der Streuung von Alpha-Teilchen anwenden. mit dem RCL "Rutherfordscher Streuversuch" die Streuung von Alpha-Teilchen experimentell untersuchen. die Vorhersagen zur Streuung der Alpha-Teilchen nach dem Daltonschen, Thomsonschen und Rutherfordschen Atommodell mit den Messergebnissen vergleichen. Arbeitsergebnisse sachgerecht präsentieren. Thema Entdeckung des Rutherfordschen Atommodells mit dem RCL "Rutherfordscher Streuversuch" Autor Sebastian Gröber Fächer Physik, Chemie Zielgruppe Sekundarstufe II, Grundstudium Physik und Chemie Zeitraum 10-15 Unterrichtsstunden, je nach Lerngruppe und Unterrichtszielen Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser Software Zur Auswertung der Messergebnisse: Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) oder Computeralgebrasystem (zum Beispiel (debug link record:lo_unit_subpage:tx_locore_domain_model_unitsubpages:646351) als kostenfreie 30-Tage-Testlizenz) Zur Simulation der Ablenkung von Alpha-Teilchen: Modellbildungsprogramm (zum Beispiel kostenlose Version von Powersim oder Coach 6 Studio MV. Der Rutherfordsche Streuversuch gehört zu den zentralen Versuchen der Physik. Historisch bildet das mit ihm abgeleitete Rutherfordsche Atommodell den Übergang von früheren Atomvorstellungen (antike Atommodelle und Thomsonsches Atommodell) zu unserer heutigen Atomvorstellung, nach der ein Atom aus einem positiv geladenen Kern und einer negativ geladenen Atomhülle besteht. Der Rutherfordsche Streuversuch liefert ebenso die physikalischen Grundlagen für die heutige Standardmethode der elementspezifischen Analyse von Festkörperproben mittels Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS). Damit ist dieser Versuch sowohl allgemeinbildend für Lernende in Schule und Hochschule als auch fachbildend für Studierende der Physik und Chemie. Vorteile und Lernpotentiale des RCL Welche Vorteile hat das RCL gegenüber dem traditionellen Experiment? Welches Lernpotenzial hat der Rutherfordsche Streuversuch? Steckbrief und Materialien zum RCL ?Rutherfordscher Streuversuch? Informationen zum Versuchsaufbau, zu den Experimentiermöglichkeiten und Link zum RCL; kommentierte Materialien der Unterrichtseinheit zum Herunterladen. Die Schülerinnen und Schüler sollen die reibungsbehaftete Bewegung der Öltröpfchen in Luft qualitativ erklären können. das Ziel "Ladungsbestimmung" des Millikan-Versuchs erkennen. möglichst eigenständig die Formel einer Messmethode zur Bestimmung der Öltröpfchenladung herleiten. einzeln oder in Gruppen mit dem RCL "Millikan-Versuch" Messdaten erheben, zusammentragen und in Diagrammen darstellen. die Ladungsquantelung als Hypothese formulieren und bestätigen sowie die Elementarladung bestimmen. Beschießt man ein Plättchen aus Graphit mit beschleunigten Elektronen, dann beobachtet man auf einem Fluoreszenzschirm ein Muster aus konzentrischen Ringen. Das Erstaunliche dabei ist, dass mit dem "Materieteilchen" Elektron von der Struktur her die gleichen Beugungsmuster erzeugt werden wie mit elektromagnetischen Wellen (Röntgenstrahlung). Mit dem RCL "Elektronenbeugung" können Schülerinnen und Schüler dieses Phänomen im Vergleich zum traditionellen Unterricht in einem ersten Schritt eigenständiger und ohne den lenkenden Einfluss der Lehrkraft entdecken und beginnen, es zu verstehen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse zur Röntgenbeugung an polykristallinen Kristallen im Versuch zur Elektronenbeugung anwenden. erkennen, dass Elektronen Welleneigenschaften zugeordnet werden können. ihre Arbeitsergebnisse an der Tafel oder mit einer PowerPoint-Präsentation vorstellen. Thema Elektronenbeugung - das Elektron als Welle Autor Sebastian Gröber Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum 2-3 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder Zuhause, javafähiger Browser Software Bei der Messung der Ringradien kommen ein Zeichenprogramm (zum Beispiel Paint) und ein Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) zum Einsatz. Die Schülerinnen und Schüler sollen qualitative Experimente zum Fotoeffekt deuten können. Hypothesen zum Zusammenhang zwischen Größen des eingestrahlten Lichts und Größen der ausgelösten Elektronen formulieren. den Zusammenhang zwischen der Energie der Elektronen und der Frequenz beziehungsweise der Intensität des Lichts mit dem RCL "Fotoeffekt" untersuchen. begründet angeben können, welche Versuchsergebnisse zum Fotoeffekt sich im Wellenmodell nicht erklären lassen und wie diese im Fotonenmodell erklärt werden. technisch-physikalische Anwendungen des äußeren und inneren Fotoeffekts kennen lernen. Thema Fotoeffekt und Fotonenmodell des Lichts Autor Sebastian Gröber Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum etwa 4 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in der Schule oder zuhause, javafähiger Browser Software Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel), Computeralgebrasystem ( Maple ) oder spezielles Datenanalyseprogramm (zum Beispiel Origin ) für die Hochschule Wellen- und Fotonenmodell des Lichts sind in ihrer Struktur sehr unterschiedlich: Ist beim Wellenmodell die Lichtenergie über den Raum verteilt, abhängig von der Amplitude und unabhängig von der Frequenz der elektromagnetischen Welle, so ist beim Fotonenmodell die Lichtenergie in einzelnen Fotonen konzentriert und frequenzabhängig. Schülerinnen und Schüler mit dem Fotoeffekt vom Wellen- zum Fotonenmodell zu führen, ist nicht einfach: Anhand eines Versuchs sollen relevante experimentelle Ergebnisse gewonnen und als im Wellenmodell nicht erklärbar erkannt werden. Das Fotonenmodell wird eingeführt und der Fotoeffekt damit erklärt. Die Unterrichtseinheit folgt diesem Weg und versucht die genannten Schritte zum besseren Verständnis für die Lernenden möglichst klar gegeneinander abzugrenzen. Das RCL "Fotoeffekt", eine Tabelle und Aufgaben sind dazu die wichtigsten Medien und Materialien dieser Unterrichtseinheit. Hinweise zum Unterrichtsverlauf und Materialien Lernvoraussetzungen, Unterrichtsverlauf, Steckbrief des RCLs "Fotoeffekt" und Arbeitsmaterialien zur Unterrichtseinheit