Der ebene Spiegel. (bearbeitet von Peter Smolny)
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- Hede Manuela Walter
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1 Der ebene Spiegel (bearbeitet von Peter Smolny) 1. Beschreiben Sie Vorstellungen, die bei Schülerinnen und Schülern bezüglich des Sehvorganges anzutreffen sind! 2. Beschreiben Sie eine Schülervorstellung zu Spiegelbildern am ebenen Spiegel, die der physikalischen Sichtweise nicht entspricht! Erläutern Sie, wie diese Vorstellung im Unterricht in Frage gestellt werden kann! 3. Entwerfen Sie eine Unterrichtseinheit zum Thema "Reflexion am ebenen Spiegel"! Formulieren Sie Lernziele und skizzieren Sie ein angestrebtes Tafelbild! Welche Themen sollten vor und welche nach dieser Einheit behandelt werden?
2 1. Beschreiben Sie Vorstellungen, die bei Schülerinnen und Schülern bezüglich des Sehvorganges anzutreffen sind! 1. Vorstellung vom Lichtbad Eine vorherrschende Vorstellung bei etwa 10 bis 11 jährigen ist, dass wenn wir überhaupt etwas sehen das Licht überall ist. Lichtquellen haben hier noch keine Bedeutung und die Vorstellung von Reflexion bzw. Absorption fehlt. Dadurch entstehen auch Probleme der Schattenvorstellung. 2. Vorstellung, dass Lichtquelle um ein Objekt herum Helligkeit erzeugt Eine weiter vorherrschende Vorstellung bei etwa 13 bis 14 jährigen ist, dass das Licht als Helligkeit also wie ein Teppich auf dem Objekt liegt. Auch hier fehlt die Vorstellung von Reflexion bzw. Absorption aber die Lichtquelle hat nun eine etwas wichtigere Rolle.
3 3. Vorstellung von Sehstrahlen Eine weitere Vorstellung bei etwa 13 bis 14 jährigen ist, dass sogenannte Sehstrahlen vom Auge ausgehen und auf ein Objekt treffen. Dieses Objekt wird aber auch nur dann sichtbar, wenn es gleichzeitig auch von einer Lichtquelle getroffen wird. Auch ist zwar die Bedeutung der Lichtquelle schon größer aber die Vorstellung von Reflexion bzw. Absorption fehlt. 4. Korrekte physikalische Beschreibung: Ein Objekt ist sichtbar, wenn von einem Objekt, welcher von einer Lichtquelle angestrahlt wird, genügend Lichtintensität ins Auge des Betrachters fällt Quellen: Dr. S. Weber, Angewandte Fachdidaktik I
4 2. Beschreiben Sie eine Schülervorstellung zu Spiegelbildern am ebenen Spiegel, die der physikalischen Sichtweise nicht entspricht! Erläutern Sie, wie diese Vorstellung im Unterricht in Frage gestellt werden kann! 1. Schülervorstellung: - Das Spiegelbild liegt auf einer Spiegelfläche. Es handelt sich also um eine Spiegelfläche und keinen Spiegelraum. Diese Vorstellung kann man in Frage stellen, indem man eine Kerze vor einen zunächst mit einem Blatt Papier verdeckten Spiegel positioniert und die Schüler fragt, wo sich das Spiegelbild der Kerze befinden müsste. Mögliche Antwort wäre, dass sich die gespiegelte Kerze im gleichen Abstand zum Betrachter befindet wie der Spiegel selbst. Nun wird das Blatt Papier entfernt und die Schüler sollen mit einem Maßstab (am besten ohne Zentimeterbeschriftung, da es dann keine durchgängige Zahlenfolge gibt) ablesen bzw. abschätzen, wie weit die Kerze von ihrem Spiegelbild bzw. vom Spiegel selbst entfernt ist. Sie kommen zu dem Schluss, dass sich das Spiegelbild im gleichen Abstand hinter dem Spiegel befindet wie der Gegenstand vor dem Spiegel. Also ist die Entfernung doppelt so groß wie von den Schülern zuvor erwartet. So begreifen die Schüler, dass das Spiegelbild nicht auf einer Spiegelfläche liegt, sondern sich in einem Spiegelraum befindet, den man zwar sehen, jedoch nicht anfassen kann. 2. Schülervorstellung: - Das Spiegelbild ist eine Projektion, welche das Bild genauso abbildet wie es selbst gesehen wird. D.h. Rechts und Links werden nicht vertauscht. Diese Vorstellung kann man in Frage stellen, indem man auf einen Zettel z.b. das Wort HAWAII schreibt und vor einen zunächst mit einem Blatt Papier verdeckten Spiegel positioniert und die Schüler fragt, was wohl im Spiegel zu lesen sein wird. Mögliche Antwort wäre hier, dass im Spiegelbild wieder das Wort HAWAII steht. Wird der Spiegel nun abgedeckt sehen die Schüler im Spiegelbild das Wort IIAWAH und erkennen, dass rechts und links vertauscht wurde. Umgekehrt kann man nun das Wort IIAWAH auf den Zettel schreiben und erhält dann das richtige Wort HAWAII. So begreifen die Schüler, dass der Spiegel nicht einfach nur das Bild projiziert, sondern dass auch noch rechts und links vertauscht wird.
5 3. Entwerfen Sie eine Unterrichtseinheit zum Thema "Reflexion am ebenen Spiegel"! Formulieren Sie Lernziele und skizzieren Sie ein angestrebtes Tafelbild! Welche Themen sollten vor und welche nach dieser Einheit behandelt werden? Lernvoraussetzungen: Die Schüler - kennen das Modell der geometrischen Optik - kennen den Unterschied zwischen diffuser und gerichteter Reflexion - wissen, dass sich das Licht geradlinig ausbreitet (Diese Themen sollten vor dieser Einheit behandelt worden sein) Grobziel: Die Schüler sollen die Reflexion am ebenen Spiegel und dessen Eigenschaften kennenlernen. Feinziele: Die Schüler - FZ1: kennen min. eine technische Realisierung eines annähernd parallelen Lichtbündels - FZ2: kennen min. eine Experiment zur Veranschaulichung der Reflexionsgesetze - FZ3: wissen, dass der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist - FZ4: wissen, dass einfallender Lichtstrahl, reflektierter Lichtstrahl und Einfallslot in einer Ebene liegen - FZ5. wissen, dass der Lichtweg umkehrbar ist (Diese Themen werden während dieser Einheit behandelt)
6 Unterrichtsskizze: Verlauf Motivation: L: - projiziert mit Hilfe eines Taschenspiegels durch das Fenster einfallende Sonnenstrahlen an die Wand - fragt nach Eigenschaften des Lichtes Problemfrage: - wie muss man den Spiegel genau halten um ein bestimmtes Ziel zu treffen? L: - fragt die Schüler, wie man ein Experiment aufbauen könnte um den Lichtweg sichtbar zu machen Versuchsplanung: - Schüler werden in Zweiergruppen unterteilt - jede Gruppe erhält einen Taschenspiegel, eine mit schwarzer Folie abgeklebte Taschenlampe (alternativ kann auch eine Leuchtbox mit Spaltverwendet werden), so dass nur ein dünnes paralleles Lichtbündel austritt, ein weißes Blatt Papier, ein Geodreieck und verschiedenfarbige Stifte L: - fragt die Schüler wie man mithilfe der Taschenlampe und schwarzer Folie ein paralleles Lichtbündel erzeugen kann? Versuchsdurchführung: L: - lässt Versuch aufbauen Siehe unten - teilt Arbeitsblatt 1 aus S: - diskutieren den Lichtweg - diskutieren Eigenschaften des Lichtes (Reflexion des Lichtes, Lichtweg, usw.) Meinungsbildung: S: - diskutieren Vorführexperiment mit Taschenspiegel Hypothese: S: - das Licht muss irgendwie auf einem Blatt Papier sichtbar gemacht werden, damit man den Lichtstrahl nachzeichnen bzw. die Winkel messen kann S: - diskutieren die technische Realisierung eines annähernd parallelen Lichtbündels, indem sie einen kleinen Spalt in die Folie schneiden und die Taschenlampe damit abkleben S: - folgen den Anweisungen des Lehrers zum Versuchsaufbau Lehrform/Sozialform, Feinziele Frontalunterricht darbietend fragend-entwickelnd UR-Gespräch Anreizend UR-Gespräch herausholend-erörternd Fragend-entwickelnd impulsgebend fragend-herausholend impulsgebend FZ1 darbietend AB1
7 L: - teilt Laserpointer aus - fragt, wie man den Laserpointer halten muss, damit man möglichst viel vom Lichtstrahl sieht L: - fragt, wie man nun die Taschenlampe ausrichten muss, damit man den gesamten Strahlengang erkennen kann L: - fragt die Schüler, welche Eigenschaften erkennbar sind L: - gibt Anweisungen die Lichtquelle nun dort anzusetzen wo vorher der ausfallende Lichtstrahl verlief Rückkehr in die Erlebniswirklichkeit: - L: fragt nach Anwendungsbeispielen im Alltag S: - versuchen den Laserpointer so einzusetzen, dass man einen möglichst langen Lichtstrahl erkennt (also der Tischebene bzw. Blattebene entlang) - erkennen, dass sobald eine kleine Neigung in die Tischebene hinein oder von ihr nach oben hinaus vorhanden ist, man schon zu wenig vom Lichtstrahl sieht um den gesamten Weg nachzuzeichnen S: - Antwort: alles (einfallender Lichtstrahl, reflektierter Lichtstrahl und Einfallslot) muss in einer Ebene liegen S: -zeichnen Verlauf des Lichtbündels mit Farbstift nach - zeichnen die Winkel zwischen dem Einfallslot und dem einfallendem bzw. ausfallendem Strahl ein - messen Winkel mit Geodreieck aus S: - sollen beschreiben, wie der Lichtstrahl nun verläuft S: - diskutieren Anwendungsbeispiele im Alltag, wie z.b. Rückspiegel im Auto, Verkehrsspiegel an gefährlichen, nicht einsehbaren Kreuzungen, usw. fragend erarbeitend impulsgebend fragend-entwickelnd erarbeitend fragend-erarbeitend FZ3 UR-Gespräch FZ4, FZ5 Sicherung der Lernziele Hefteintrag H1 UR-Gespräch FZ2
8 Versuchsaufbau: AB1 Taschenlampe Versuchsdurchführung: Das Klassenzimmer sollte zuallererst etwas abgedunkelt werden, damit es dunkel genug ist um das Lichtbündel zu sehen, aber auch hell genug um Messergebnisse festhalten bzw. einzeichnen zu können. Die Schüler legen nun das AB1 auf den Tisch legen und den Spiegel daraufstellen. Sie müssen darauf achten, dass der Spiegel senkrecht auf der Blatteben steht, da sonst nicht der gesamte Strahlenverlauf gesehen werden kann. Die Schüler sollen nun die Mitte des Spiegels ausmessen (dies ist aus Platzgründen wichtig, da die Schüler evtl. sonst nicht genug von reflektierten Strahl auf dem Arbeitsblattsehen können) und das Lot auf diese Mitte sowie die Lage des Spiegels deutlich auf dem Papier markieren. Nachdem nun alle Vorbereitungen abgeschlossen sind, können die Schüler mit dem Experiment beginnen. Dazu schalten sie die Taschenlampe, welche vorher mit einem Spalt versehener Folie abgeklebt wurde, ein und richten diese so aus, dass das Lichtbündel exakt auf die Mitte des Spiegels fällt. Die Schüler sollen zusätzlich darauf achten, dass der gesamte Strahlengang auf dem Papier zu sehen ist. Ein Schüler fixiert die Lampe damit sie nicht verrutscht und der andere zeichnet den Verlauf des Lichtbündels mit einem Farbstift nach. Die Schüler zeichnen die Winkel zwischen dem Einfallslot und dem einfallendem bzw. ausfallendem Strahl ein. Die beiden Winkel werden nun mit dem Geodreieck gemessen und die Ergebnisse auf dem Arbeitsblatt festgehalten. Dieser Versuch kann so oft wie nötig mit anderen Einfallswinkeln am Spiegel wiederholt werden. Im zweiten Teil des Experiments wird die Taschenlampe nun an den Punkt verschoben, an dem ein reflektierter Strahl verlief. Die Taschenlampe muss wiederum auf den Mittelpunkt des Spiegels ausgerichtet werden. Die Schüler sollen nun den neuen Lichtweg mit einer anderen Farbe nachzeichnen und kommen zu der Erkenntnis, dass die Linien aufeinander zum Liegen kommen.
9 Arbeitsblatt1: Reflexion am ebenen Spiegel Lichtstrahl α α Mittelsenkrechte Spiegel Reflektierter Strahl Einfallender Lichtstrahl α Reflektierter Lichtstrahl α
10 Hefteintrag H1: Reflexion am ebenen Spiegel Einfallender Lichtstrahl α α Mittelsenkrechte Spiegel Reflektierter Strahl Eigenschaften aus dem Reflexionsgesetz: - Einfallender Lichtstrahl, reflektierter Lichtstrahl und Einfallslot liegen in einer Ebene - Der Einfallswinkel α ist gleich dem Ausfallswinkel α - Der Lichtweg ist umkehrbar
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