7. – 13. Schuljahr

Dr. Jan Winkelmann

Modellierungen in der Optik

Mit GeoGebra optische Phänomene entdecken

Roger Erb, R.:
Optik mit GeoGebra.
Berlin/Boston: De Gruyter Verlag, 2017.
ISBN 978-3-11-049134-0.
Preis: 29,95 €
Um ein besseres Verständnis unserer Umwelt zu erlangen, bedienen sich die Naturwissenschaften unter anderem der Methode des Modellierens. Modelle werden entworfen, überprüft, verworfen und verbessert. Auch Schülerinnen und Schüler sollen diese Arbeitsweise kennenlernen. Dabei soll ihnen nicht nur die Existenz von Modellen nahegebracht werden. Im Idealfall sollen sie selbst erleben, was es bedeutet, ein beobachtetes Phänomen zu modellieren, um dieses im Anschluss erklären zu können. Das hier vorgestellte Buch zeigt methodisch-didaktische Wege, dies zu ermöglichen.
„Optik mit GeoGebra ist im Jahr 2017 im De Gruyter Verlag erschienen. Es handelt sich um ein Lehrwerk zur Optik, einem in der Schule sehr präsenten Teilgebiet der Physik, mit einem Schwerpunkt auf der Anwendung der frei verfügbaren Software GeoGebra (http://www.geogebra.org) zur Modellierung optischer Phänomene. In seinem Buch deckt der Autor, seines Zeichens Professor für Physikdidaktik, inhaltlich alle in der Schule zu behandelnden Themen der Optik ab. Beginnend mit dem Sehvorgang, weiter über die geometrische Lichtausbreitung bis hin zur Wellen- und Quantenoptik der Oberstufe werden Modellierungen und anhand derer auch Erläuterungen der optischen Phänomene angeboten. Sicherlich sind der Zeigerformalismus und Minkowski-Diagramme eher Stoff für einen Leistungskurs, doch auch in der Mittelstufe lässt sich eine Vielzahl der angebotenen Modelle gewinnbringend im Physikunterricht einsetzen. Am Ende des Buches gibt der Autor darüber hinaus einen Einblick für die Nutzung von GeoGebra zur Vermittlung der Relativitätstheorie.
Angereichert mit Fotographien der modellierten Phänomene, wird jedes einzelne Phänomen zunächst knapp theoretisch erläutert. Die Übersetzung ins Modell erfolgt im Anschluss. Hierbei unterstützen Screenshots aus dem Programm die Beurteilung des jeweiligen Modells für den Einsatz im eigenen Unterricht. Was für den Unterrichtspraktiker von großer Bedeutung ist: Die beschriebenen Modelle stehen alle als Dateien zum Download zur Verfügung und können dann auch offline genutzt werden.
Zwar dürfen digitale Modellierungen nicht das zeichnerische Konstruieren von Lichtwegen ersetzen, aber in von der Lehrkraft ausgewählten Situationen kann gerade die Dynamik der digitalen Modellierung hilfreich sein. Genannt sei hier etwa die Veränderung der Lichtwege an einer Linse oder in optischen Geräten bei Variation der Linsen und deren Positionen. Darüber hinaus bekommt das Modellieren im Unterricht durch die Möglichkeit der Modellveränderung vor den Augen der Schülerinnen und Schüler experimentellen Charakter. Es können zunächst Hypothesen gebildet und diese gemeinsam mit der Klasse überprüft werden.
Die vom Autor formulierte Idee, das Buch als Lehrwerk für die Einführung in die Optik zu gebrauchen, ist gut. Der gewählte Anspruch, eine Einführung vorgelegt zu haben, passt für Leser, die bereits über ein gewisses physikalisches Vorwissen verfügen (wohl meist Physiklehrkräfte oder auch Studierende). Die Kombination aus Fachlektüre und der Verwendung von Modellen ermöglicht dann neue Wege des Selbststudiums. Auf den ersten Blick mag das Vorhaben eines neuartigen Lehrwerks wie ein Vehikel wirken, um der beeindruckenden Sammlung des Autors von Modellen eine (sinnvolle) Struktur zu geben doch es gelingt. Dieses Buch ist eine Bereicherung für die Vermittlung von Physik. Der Leser des Buchs gewinnt neue Aspekte für das Verständnis optischer Phänomene sowie einen Einblick in den Umgang und die Entwicklung von Modellen mittels GeoGebra.

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