7. – 11. Schuljahr

Johannes Grebe-Ellis

Von der gehobenen Münze zur Vermessung der optischen Hebung

Anregungen für exploratives Experimentieren

Wo wird das Bild einer unter Wasser liegenden Münze gesehen? Phänomene der optischen Hebung begegnen uns z.B. beim Abwaschen, beim Spaghetti-Kochen oder beim Baden.
Dass sich für die Hebung ebenso Bedingungen angeben lassen wie für die Brechung und wie diese mit jener zusammenhängt, ist Gegenstand des hier skizzierten Unterrichts.
Vorgestellt wird eine explorative Erschließung der optischen Hebung (s. Kasten 1 zum explorativen Experimentieren), die genutzt werden kann, um das Thema Lichtbrechung zu ergänzen. Der Bogen spannt sich dabei von qualitativen Beobachtungen über eine Vermessung der Hebung bis zur Formulierung des Hebungsgesetzes. Auf dieser Basis kann abschließend eine einfache Vorschrift für die Konstruktion der Hebungskurven beliebig geformter Bodenprofile angegeben werden.
Informationen: Exploratives Experimentieren
Informationen: Exploratives Experimentieren
Als exploratives Experimentieren wird ein offenes, weitgehend theoriefreies und zugleich methodisch geführtes Erkunden von Phänomenen und Erschließen regelhafter Zusammenhänge bezeichnet ([4] – [5]). Charakteristisch für exploratives Vorgehen ist:
  • genaues und selbstständiges Beobachten;
  • Erkunden funktionaler Zusammenhänge zwischen beobachtbaren Merkmalen eines Phänomens: „Wie hängt dies mit dem zusammen?;
  • systematisches Variieren verschiedener Parameter;
  • Bestimmen notwendiger und hinreichender Bedingungen;
  • Suche nach stabilen Regeln und
  • Finden geeigneter Darstellungen, um solche Regeln zu formulieren.
Die Möglichkeiten dieses Vorgehens als Weg zu soliden Kenntnissen über Phänomene werden bisher im Physikunterricht unterschätzt. Oft wird Explorieren auf ein kurzes Vorspiel zum „eigentlichen, Hypothesen testenden Verfahren verkürzt.
Potenziale
Merkmale, die exploratives Experimentieren als sinnvolle Erweiterung bzw. notwendige Vorstufe zum theoriegeleiteten Verfahren erscheinen lassen, sind:
  • Aufbau von Erfahrungswissen über Zusammenhänge von Phänomenen: Exploratives Experimentieren kann Schülerinnen und Schülern helfen, ein weniger aus isolierten Einzelfakten und theoretischen Modellen bestehendes, sondern stärker erfahrungsbasiertes, immanent strukturiertes und handlungsorientiertes Wissen zu entwickeln, in dem jedes Experiment und jede Beobachtung mit anderen verbunden ist.
  • Verknüpfung subjektiver und objektiver Bedingungen von Beobachtungen und Einüben des damit verbundenen Perspektivwechsels: Ihren Naturzugang nicht nur als externe Beobachter, sondern auch als aktive Teilnehmer an der Entstehung von Phänomenen zu erleben, kann Schülerinnen und Schülern helfen, mehr Selbstvertrauen in einen eigenständigen Erkenntniszugang zu Phänomenen ihrer natürlich-technischen Umwelt zu entwickeln.
Hinweise für die Unterrichtsplanung
Wie geeignet das explorative Vorgehen als Lernweg im Physikunterricht ist, hängt auch vom Thema ab. Der hier vorgestellte Erkundungsgang besteht aus vier aufeinander aufbauenden Schritten, die aber nicht zwangsläufig auseinander folgen. Der jeweils folgende Schritt ergibt sich aus dem vorangehenden durch vertiefende Fragen an das Phänomen, etwa: „Was können wir verändern, um dies und jenes noch genauer zu beobachten? Welche Fragen gestellt werden, hängt davon ab, was einem auffällt und fragwürdig erscheint.
Oftmals eröffnen sich mehrere mögliche Untersuchungswege. In diesem Fall muss eine Wahl getroffen werden. Insofern ist der vorgestellte Gang kein kanonischer, sondern einer von vielen, die im Netz des Bedingungsgefüges der optischen Hebung möglich sind.
Optische Hebung ein Thema für die Optik?
Das Thema Lichtbrechung ist fester Bestandteil des Kernlehrplans der Physik (Jahrgangsstufe 7/9). Ob dabei die optische Hebung thematisiert wird, ist der Lehrkraft überlassen. Zu den Gründen, weshalb auf sie gerne verzichtet wird, obwohl sie als Alltagsphänomen...

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