Zeit naturwissenschaftlich

Transkript

1 Zeit naturwissenschaftlich Das Thema zum Gegenstand im Unterricht machen Dr. Maja Brückmann Dozentin

2 Ein Experiment Schliessen Sie bitte Ihre Augen und öffnen Sie Ihre Augen wieder nach 60 Sekunden? 2

3 Wie erklären sich Naturwissenschaftler Zeit? «Der einzige Grund für Zeit ist, dass nicht alles auf einmal passiert.» Albert Einstein «Zeit ist, und sie tickt gleichmäßig von Moment zu Moment.» Isaac Newton «Ich denke, dass das Wort Zeit erfunden wurde, um auszudrücken, dass sowohl wir Menschen als auch die Welt um uns herum sich immer verändert.» C. Wesley Dingman 3

4 Was sagen Kinder über die Zeit? «Wenn man auf die Uhr schaut, sieht man die Zeit.» Dzenis «Zeit ist eine Hilfe im Alltag.» Jonas «Zeit braucht man, um genau zu wissen, wie spät es ist. Sie ist sehr wichtig, vor allem, wenn man nicht zu spät sein will.» Ginetta «Das Jahr 2001 ist z.b. eine Zeit.» Mirlinda Quelle: Arbeitsheft für den Unterricht, Nummer 2 (2012). Geschichte der Zeitmessung. Lehrmittelverlag St. Gallen 4

5 Schülervorstellungen über Zeit Die Vorstellungen von Kindern hängen mit ihrem Entwicklungsstand, ihren Erwartungen, ihren Vorerfahrungen, ihrer Motivation, der sozialen Einbindung zusammen: - Wer größer ist muss älter sein! - Autorexperiment: Zwei Autos werden vor den Augen der Kinder bewegt. Ein Auto fährt schneller und legt im gleichen Zeitraum eine längere Strecke zurück. Anschließend behaupten die Kinder, das Auto, das eine längere Strecke zurückgelegt hat, sei auch länger gefahren. - Epochen und Zeitalter sind im hier und jetzt und entwickeln sich. - Einführung der Uhr strukturiert, aber fördert keine Vorstellung von Zeit - Metrische Einführung der Zeit hilft Dauer von Handlungen genauer zu schätzen und vorherzusagen, wie viel Zeit eine Handlung beanspruchen wird. Hurlock, E. B.: Die Entwicklung des Kindes, Weinheim Basel Berlin 1971 Piaget, J.: Die Bildung des Zeitbegriffs beim Kinde, Zürich

6 Und was steht bei Wikipedia? «Die Zeit beschreibt die Abfolge von Ereignissen, hat also im Gegensatz zu anderen physikalischen Größen eine eindeutige, unumkehrbare Richtung.» Microsoft Microsoft 6

7 Die «Zeit» im naturwissenschaftlichen Unterricht Ausgewählte Unterrichtskontexte: Die Sonne & der Schatten Zeitmessung in der Tierwelt Die Weltzeit Sand und Wasser als Zeitgeber Atome schaukeln und geben die Zeit an Erfindungen rund um die Uhr 7

8 Beispiel: Stonehenge «Was machen die vielen Steine da im Kreis?» Betrachtung der Anordnung der Steine Anschauungsmodell Sonne und Sonnenstand Diskussion: Uhr oder Kalender Bildquellen: Wikipedia 8

9 Stonehenge und die Sonne Eine mögliche Erklärung: Am Morgen des Mitsommertags (21.06): Sonnenaufgang über einem bestimmten Stein. Sonnenstrahlen trafen genau die Mitte des Bauwerks. Voraussage: Sommer- und Wintersonnenwende (21.12); Frühlings- und Herbsttagundnachtgleiche (um den und 23.12) 9

10 Die Sonnenuhr «Was machen der Stock denn da in der Mitte?» Betrachtung des wandernden Sonnenschattens Erdrotation Betrachtung verschiedener Sonnenuhren Bau eines eigenen Sonnenuhrmodells Bildquelle: Wikipedia 10

11 Sonne und Schatten Dr. Maja Brückmann Didacta - Forum Weiterbildung - «Zeit» naturwissenschaftlich Mögliche Erklärungen: Dem Stand der Sonne entspricht der Schatten, den sie auf das Zifferblatt der Sonnenuhr wirft. Mithilfe des Sonnenstandes die Tageszeit messen Funktionsweise der Sonnenuhr auf der Eigenrotation der Erde Ausrichtung Sonnenuhr, damit sie auch die richtige Uhrzeit anzeigt

12 Zeitmessung in der Tierwelt «Was haben diese drei Tiere gemeinsam?» Bildquellen: Wikipedia Haben Sie eine Vermutung? 12

13 Mond als Zeitgeber: Der Palolo-Wurm Der Palolo-Wurm lebt in der Südsee in Korallenriffen. Jedes Jahr in der siebten Nacht nach dem ersten Vollmond nach Herbstbeginn stoßen tausende Würmer ihre mit Eiern oder Spermien gefüllten Hinterenden - die»palolos«- ab, deren Hüllen an der Meeresoberfläche platzen, Eizellen und Spermien vermengen sich. Quelle: scinexx.de 13

14 Mond als Zeitgeber: Gabelschwanzmöwen Gabelschwanzmöwen leben auf den Galapagos-Inseln. Sie halten sich tagsüber an ihrem Nest an Land auf. Nachts fliegen sie zum Fischen aufs Meer. Aktivität der Vögel bei Neumond am stärksten Bildquelle: Wikipedia 14

15 Mond als Zeitgeber: Der Dachs Der europäische Dachs markiert sein öfter bei Neumond als bei Vollmond. So schützt er sich vor Fressfeinden und Konkurrenten. Die Paarung findet häufig bei Vollmond statt. Bildquelle: Wikipedia 15

16 Tiere & Pflanzen haben eine innere Uhr Licht als Zeitgeber (Tiere) zur richtigen Tageszeit passende Hormon ausgeschüttet am späten Nachmittag Melatoninproduktion für einen gesunden Schlaf Fortpflanzung Nahrungsaufnahme Schutzfunktion Licht als Zeitgeber (Pflanzen) Bäume berechnen mit Hilfe ihres internen Weckers den Zeitpunkt des Sonnenaufgangs im Voraus. effiziente Photosynthese Viele Pflanzen wachsen nachts und in der Morgendämmerung am schnellsten Unklare, wie die Uhr funktioniert Hypothese: bestimmte Proteine 16

17 Die Weltzeit und Sterne «Wie verabredet sich ein Japaner und eine Schweizerin, wenn doch die Uhren andere Zeiten anzeigen? Gibt es eine gemeinsame Uhrzeit für alle?» Die koordinierte Weltzeit (englisch Coordinated Universal Time, französisch Temps universel coordonné), kurz UTC (englisch Universal Time, Coordinated), ist die heute gültige Weltzeit. Bildquelle: Wikipedia 17

18 Zeit & Sterne: Sternzeit Sie scheinbaren Bewegung der Sterne als Folge der Eigendrehung der Erde. Bei der Sternzeit richtet man sich nicht nach der Sonne, sondern nach einem fixen Punkt am Himmel Der Stern-Stundenzeiger dreht sich auf einem am Horizont fixen Zifferblatt. Nach einer 15 -Drehung ist eine Sternzeitstunde (Skala 23, 0, 1, ) vergangen. Der Stern-Stundenzeiger dreht sich auf einem von der Sonne mitgeschleppten, um den Polarstern drehbaren Zifferblatt: Nach etwa einem Monat (Skala 06, 07, 08, ) ist er der Sonne um 30 vorausgeeilt (hier: Juli). Basis für die Weltzeit (UTC). Bildquelle: Wikipedia Quelle: Wikipedia 18

19 Entwicklungen der Uhr: Die Wasseruhr «Kann man mit Wasser die Zeit messen?» Betrachtung einer Wasseruhr Beschaffen des Wassers Betrachtung verschiedener Wasseruhren Bau eines eigenen Wasseruhrmodells Bildquellen: Wikipedia 19

20 Entwicklungen der Uhr: Die Wasseruhr Mögliche Erklärungen: Grösse des Gefässes und Form entscheidend Phänomene von Druck, Unterdruck und Vakuum Antike Klepsydra Das obere Gefäß ist so geformt, dass der fallende Wasserstand der verstrichenen Zeit proportional ist. Durch ein Loch im Boden fließt das Wasser in das untere Gefäß ab. 20

21 Entwicklungen der Uhr: Die Sanduhr «Kann man mit Sand die Zeit messen?» Betrachtung einer Sanduhr Beschaffen des Stoffes Sand Betrachtung verschiedener Sanduhren Bau eines eigenen Sanduhrmodells Bildquellen: Wikipedia 21

22 Entwicklungen der Uhr: Die Sanduhr Mögliche Beobachtungen: Körnung des Sands Feuchtigkeit des Sands Grösse des Durchlauflochs Herstellen und Eichen einer Skala Fehlerquellen und Nutzungsdauer Anwendung auf Schiffen, etc. Siegmar Münk /Geolino.de 22

23 Entwicklungen der Uhr: Noch mehr Uhren Bildquellen: Wikipedia 23

24 Heute: Die Uhr und unsere «Zeit» Mögliche Erklärungen: Taktgeber Analogie: Schwingung eines Pendels Schwingfrequenz eines Caesiumatoms. Caesiumatom "schwingt" über neun Milliarden mal in der Sekunde. Hohe Frequenz bedeutet Genauigkeit. Bildquellen: Wikipedia 24

25 Heute: Die «Zeit» naturwissenschaftlich Die Zeit ist eine physikalische Grösse. Das Formelzeichen der Zeit ist t. SI-Einheit ist die Sekunde s. Die Zeit ist eine Basisgrösse, d.h. alle weiteren Zeitangaben bauen auf der Sekunde auf. 60 Sekunden = 1 Minute, Grundlage ist die Schwingungsdauer eines Caesiumatoms Relative Standardabweichung zur idealen SI-Sekunde von etwa

26 Berühmte Menschen & die «Zeit» Atomuhr Frank Libby Pendeluhr Christiaan Huygens Raumzeit/ Relativitätstheorie Albert Einstein Zeitkonstanz der Pendelschwingung Galileo Galilei Marine-Chronometer mit Unruhfeder John Harrison Bildquellen: Wikipedia 26

27 Merci vielmal! Kontakt: Dr. Maja Brückmann Pädagogische Hochschule Zürich Forschung und Entwicklung Zentrum für Didaktik der Naturwissenschaften Lagerstrasse Zürich Microsoft Tel maja.brueckmann@phzh.ch 27