Un­ter­richts­hil­fen

Über­blick

Die As­tro­no­mie ist eine der äl­tes­ten Wis­sen­schaf­ten - seit jeher hat ein Blick an den Nacht­him­mel die Men­schen fas­zi­niert. Auch in den Schu­len hat die As­tro­no­mie einen fes­ten Platz ge­fun­den, im Land Baden-Würt­tem­berg neben Ele­men­ten in den Fä­chern NwT und vor allem IMP haupt­säch­lich im zwei­stün­di­gen Wahl­fach As­tro­no­mie und im drei­stün­di­gen Ba­sis­fach Phy­sik mit Schwer­punkt As­tro­phy­sik. Die vor­lie­gen­den In­for­ma­tio­nen und Ma­te­ria­li­en fas­sen die Ar­beit der Zen­tra­len Pro­jekt­grup­pe (ZPG) zum Ba­sis­fach mit Schwer­punkt As­tro­phy­sik zu­sam­men und rich­ten sich an alle Kol­le­gin­nen und Kol­le­gen, die gerne as­tro­no­mi­sche The­men un­ter­rich­ten wol­len: Durch die hier­in ent­hal­te­nen In­for­ma­tio­nen zur The­ma­tik und den dar­ge­stell­ten Un­ter­richts­gang ist die­ser Text als Mo­ti­va­ti­on und als Hilfe ge­dacht: Mo­ti­vier­ten „Neu­lin­gen“ auf dem span­nen­den Ge­biet der As­tro­no­mie soll damit der Ein­stieg er­mög­licht wer­den und auch „alte Hasen“ fin­den hier auf den Bil­dungs­plan 2016 zu­ge­schnit­te­nes Ma­te­ri­al. Im Hin­ter­grund­text be­fin­den sich neben mög­li­chen Ta­fel­an­schrie­ben auch Ver­wei­se auf Ar­beits­blät­ter samt Lö­sun­gen und Prä­sen­ta­tio­nen.
Das Wahl­fach As­tro­no­mie folgt einer an­de­ren Struk­tur und hält die In­hal­te mög­lichst dis­junkt: Von „klein“ zu groß, von der Erde und dem Son­nen­sys­tem über die Ster­ne hin zu den groß­räu­mi­gen Struk­tu­ren des Uni­ver­sums Die Ma­te­ria­li­en für das Wahl­fach As­tro­no­mie sind eben­falls von der ZPG As­tro­no­mie be­reit­ge­stellt.
Im Bil­dungs­plan 2016 un­ter­schei­det sich das drei­stün­di­ge Ba­sis­fach Phy­sik mit Schwer­punkt As­tro­phy­sik (3.5) deut­lich vom Ba­sis­fach mit Schwer­punkt Quan­ten­me­cha­nik (3.4). Diese Un­ter­schie­de wer­den nicht erst ab der Quan­ten­me­cha­nik deut­lich, son­dern von Be­ginn an (vgl. auch nach­ste­hen­de Ta­bel­le). Das Ziel der Bil­dungs­plan­kom­mis­si­on war es, für die zwei zu­sätz­li­chen The­men­fel­der Atom- und Kern­phy­sik und As­tro­phy­sik ge­nü­gend Raum zu schaf­fen, damit alle Bildungsplan­inhalte in einem rea­lis­ti­schen Zeit­plan un­ter­rich­tet wer­den kön­nen. Be­grif­fe wie Kon­den­sa­tor und Spule und ent­spre­chend auch die Grö­ßen Ka­pa­zi­tät und In­duk­ti­vi­tät kom­men in die­sem Kurs nicht vor. Fol­ge­rich­tig wurde das Ka­pi­tel zu elek­tro­ma­gne­ti­schen Schwing­ungen zu­guns­ten der neuen The­men kom­plett ge­stri­chen. Dafür wurde das Ka­pi­tel Wel­len um den für die As­tro­phy­sik wich­ti­gen Dopp­ler­ef­fekt und die Gra­vi­ta­ti­ons­wel­len er­wei­tert. Ins­be­son­de­re der The­men­kom­plex elek­tro­ma­gne­ti­sche Wel­len be­darf einer an­de­ren Be­hand­lung, wenn den Schü­lern der Schwing­kreis nicht ver­traut ist. Die Ma­te­ria­li­en der ZPG sind ge­eig­net, um diese Ver­än­de­run­gen des „klas­si­schen Ver­laufs“ im Un­ter­richt ab­zu­bil­den.

Das neue The­men­feld Atom- und Kern­phy­sik wurde ein­ge­baut, um ei­ner­seits etwas mehr mo­der­ne Phy­sik in den Bil­dungs­plan zu brin­gen, an­de­rer­seits aber die phy­si­ka­li­schen Grund­la­gen für die As­tro­phy­sik zu legen. Die As­tro­phy­sik ist im Bil­dungs­plan in ihrer Rei­hen­fol­ge un­ge­wohnt und stellt den tra­di­tio­nel­len Un­ter­richts­gang auf den Kopf. Diese The­men­rei­hen­fol­ge ist nicht ver­bind­lich, wurde aber mit der Ab­sicht ge­wählt, den Kos­mos als La­bo­ra­to­ri­um auf­zu­fas­sen, auf das man seine In­stru­men­te rich­ten kann. Aus­ge­hend von den Wel­len und der Wel­len­op­tik ist es na­he­lie­gend, das Welt­all nach Spu­ren elek­tro­ma­gne­ti­scher Wel­len, auch ab­seits des sicht­ba­ren Lichts, zu un­ter­su­chen. Arno Pen­zi­as und Ro­bert Woo­drow Wil­son hat­ten dies zwar nicht be­ab­sich­tigt, aber genau auf die­sem Wege die kos­mi­sche Hin­ter­grund­strah­lung ent­deckt. So be­ginnt die As­tro­phy­sik in die­sem Un­ter­richts­gang „im ganz Gro­ßen“, mit dem Uni­ver­sum, sei­ner Ent­wick­lung und den darin ent­hal­te­nen Ga­la­xi­en. Erst da­nach fol­gen die Ster­ne als Be­stand­tei­le der Ga­la­xi­en, deren Ent­wick­lung, ihre Pla­ne­ten und letzt­lich das Leben, das sich auf die­sen ent­wi­ckeln konn­te.

Auf das Ba­sis­fach Phy­sik mit Schwer­punkt As­tro­phy­sik wird hier so ein­ge­gan­gen, dass man pro­blem­frei den Schwer­punkt auf As­tro­phy­sik legen kann und alle In­hal­te, die die­sen Kurs vom quan­ten­phy­si­ka­li­schen Kurs un­ter­schei­den, ab­ge­deckt sind. Es sind Un­ter­richts­hil­fen, kein voll­stän­di­ger Un­ter­richts­gang für den ge­sam­ten Kurs! Ka­pi­tel 3.5.7 (ab S. 13) kann aber so wie hier dar­ge­stellt chro­no­lo­gisch be­han­delt wer­den.
Viele Ka­pi­tel der bei­den mög­li­chen Schwer­punk­te sind in­halt­lich gleich, auf die in die­sen Un­ter­richts­hil­fen auch nicht ein­ge­gan­gen wird und die noch ge­eig­net ein­ge­baut wer­den müs­sen. Die unten fol­gen­de Ta­bel­le zeigt einen Ver­gleich der Schwer­punkt­the­men.
Die in den fol­gen­den Un­ter­richts­hil­fen be­reit­ge­stell­ten In­hal­te sind rot her­vor­ge­ho­ben, wer­den nicht chro­no­lo­gisch, aber alle be­han­delt, die Num­mern ste­hen bei den In­hal­ten.

In­halts­ver­zeich­nis

Über­blick - Seite 3

3.5.4 Wel­len 6
Dopp­ler­ef­fekt 6
Gra­vi­ta­ti­ons­wel­len 6

3.5.5 Wel­len­op­tik und 3.5.6 Atom- und Kern­phy­sik 9
Struk­tur der Ma­te­rie 9
Bohr’sche Fre­quenz­be­din­gung 9
Li­ni­en­spek­tren von Ato­men und Mo­le­kü­len: Die Bal­mer­li­ni­en beim Was­ser­stoff­atom 11
Spek­tral­ana­ly­se 12
Kern­fu­si­on 13

3.5.7 As­tro­phy­sik 14
Die kos­mi­sche Hin­ter­grund­strah­lung 14
Hub­b­le-Lemaître-Re­la­ti­on und die Ex­pan­si­on des Uni­ver­sums 15
Kos­mo­lo­gie 17
Ga­la­xi­en als zu­sam­men­ge­setz­te Sys­te­me 20
Dunk­le Ma­te­rie 22
Stern­ent­wick­lung 25
Haupt­rei­hen­sta­di­um 29
End­sta­di­en der Ster­ne 32
Ex­tra­so­la­re Pla­ne­ten 37

 

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Un­ter­richts­hil­fen: Her­un­ter­la­den [pdf][2 MB]

 

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