Schattensammeln

Ein Schwerpunkt unserer Forschung liegt in der Entwicklung und Erprobung von Curricula im Bereich der Optik. Dabei entstanden und entstehen Unterrichtskonzepte, die mit der  Anfangsoptik beginnend, die gesamte in der Schule zu lehrende Optik abdecken.

Viel Wert wird auf die sinnliche Wahrnehmung und das direkte Erfahren des  Lichts gelegt. In der Anfangsoptik werden verblüffende optische Erscheinungen mit Hilfe des  Prinzips Ameise erklärt, indem sich die Schüler direkt an den Ort der Bildentstehung begeben und von dort aus die Phänomene beobachten. Die Bedeutung von Licht und Schatten für das Sehen wird aktiv mit der gesamten Klasse erarbeitet.

Von den Blickwegen wird auf  Lichtwege verallgemeinert und mit Hilfe des Konzepts der  Spiegelwelt die Reflektionsgesetze eingeführt, ohne die Schüler mit unnötigen und vor allem unbekanntem mathematischen Ballast das Leben zu erschweren.

Lichtwege

In dem Physikunterricht der Mittelstufe, etwa in der Klasse 9, wird die Brücke geschlagen zum Fermat-Prinzip. Diese formalere Beschreibungsweise erlaubt es uns, Phänomene der Lichtausbreitung wie die Geradlinigkeit, die Reflektion und die Brechung (optische Hebung) auf ein einheitliches Fundament zu stellen.

Darüber hinaus ermöglicht das Fermat-Prinzip eine Beschreibung der Bildentstehung, die sich nicht auf die Konstruktion von Bildern beschränkt; stattdessen steht die Frage im Mittelpunkt, welche Bedingung zur Entstehung eines Bildes erfüllt sein muss.

Zeigerformalismus

Der Oberstufenteil des Lichtwegkonzeptes nutzt den Zeigerformalismus nach einer Idee R. Feynmans zur Beschreibung von Beugungs- und Interferenzerscheinungen. Es werden mögliche Lichtwege zwischen der Lichtquelle und einem Beobachtungspunkt durch rotierende Zeiger in ihrer Länge vermessen, um Lichtintensitäten bzw. Wahrscheinlichkeiten für das Antreffen von Photonen bestimmen zu können. Damit lassen sich die schulrelevanten Inhalte des Optikunterrichtes der Oberstufe weitgehend abdecken und außerdem eine Vielzahl neuer und äußerst interessanter Experimente beschreiben.

Die Möglichkeiten der Bezugnahme des in der Optik angewandten Zeigerformalismus auf den Stoff  Elektronium (Karlsruher Physikkurs) wurden ausgelotet und mit der Entwicklung einer Atomvorstellung verbunden. Dabei wird ohne großen mathematischen Aufwand ein quantenmechanisches Atommodell plausibel gemacht, mit dem Wechselwirkungsprozesse von Licht und Materie verstanden werden können. Die moderne Auffassung der Physik des Lichtes (und der Materie) wird so zum Gegenstand des Physikunterrichts der Schule.

Wir beabsichtigen, mit den verschiedenen Teilen unseres Curriculums den Schülern jeweils einen altersgerechten Zugang zur Optik zu vermitteln. Die durchgehende Verwendung des Lichtwegkonzepts soll ihnen helfen, die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Phänomenen und Teilgebieten der Optik zu sehen. Von dieser vertikalen Vernetzung aufeinanderfolgender Inhalte des Unterrichts versprechen wir uns ein besseres Verstehen und einen größeren Lernzuwachs beim Schüler.

Praktische Anwendungen in der Lehre finden unsere Arbeiten bereits seit einigen Jahren. Wir stehen in regem Kontakt mit Schulen aus Berlin, mit denen wir intensiv im Rahmen des  SINUS-Modellversuchs an neuen Konzepten zum kumulativen Lernen arbeiten. Um unsere Ideen zur Optik intensiver evaluieren zu können. haben wir großes Interesse daran, die Zahl der beteiligten Lerngruppen zu vergrößern. Interessierte Lehrkräfte sind herzlichst dazu eingeladen, die von uns entwickelten Unterrichtsmaterialien zu nutzen. Die Unterstützung und die wissenschaftliche Begleitung des Unterrichts von unserer Seite aus ist selbstverständlich.

Kontakt:  Prof. Dr. Lutz-Helmut Schön
 Pascal Guderian

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