Bildgebende Verfahren in der Weltraum-Teleskopie

Imaging Techniques in Space Telescopy

  • Astronomie, Physik
  • Sekundarstufe I/Sekundarstufe II
  • 2 Unterrichtsstunden
  • Video, Arbeitsblatt, Didaktik/Methodik, Ablaufplan
  • 7 Arbeitsmaterialien

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema bildgebende Verfahren wird anhand eines Videos der Nutzen des elektromagnetischen Wellenspektrums für die Weltraum-Teleskopie deutlich gemacht. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich dabei anhand praktischer Beispiele und methodisch variierend einen Überblick über die verwendeten bildgebenden Verfahren.

BESCHREIBUNG DER UNTERRICHTSEINHEIT

Die Schülerinnen und Schüler werden in mehreren Lernrunden mit dem elektromagnetischen Wellenspektrum und dessen Nutzen für die Weltraum-Teleskopie vertraut gemacht. Speziell erarbeiten sie dazu den Unterschied zwischen sichtbarem und infrarotem Licht. Darüber hinaus werden die historischen Erkenntnisse mit aktuellen Forschungsaktivitäten in Verbindung gesetzt.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial-/Aktionsform

Einstieg

Die Lernenden aktivieren ihr Vorwissen zu den abgebildeten Wellenlängen. (Arbeitsblatt 1)

Einzelarbeit, Gruppenarbeit

10 Minuten

Erarbeitungsphase I

Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten anhand eines Erklärvideos und einer Internetrecherche zu verschiedenen Bildaufnahmen von Weltraumteleskopen die Unterschiede zwischen sichtbarem und infrarotem Licht. (Arbeitsblatt 2)

Einzelarbeit, Partnerarbeit, Internetrecherche

25 Minuten

Sicherungsphase I

Die Arbeitsergebnisse werden vorgestellt und diskutiert.

Plenum

10 Minuten

Erarbeitungsphase II

Die Lernenden erarbeiten den aktuellen wissenschaftlichen Bezug der Infrarotmessung für das Verständnis des Urknalls anhand eines Interviews mit dem Astrophysiker und Nobelpreisträger John Cromwell Mather und dessen 360° Nobel Lab (Arbeitsblatt 3)

Einzelarbeit, Partnerarbeit

20 Minuten

Sicherungsphase II

Die Arbeitsergebnisse werden vorgestellt und diskutiert.

Gruppenarbeit, Diskussion

15 Minuten

Vertiefung

Zur Vertiefung können Aufnahmen von Penzias und Wilson, Cobe und WMAP im Vergleich gezeigt werden, um die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung im Weltall zu verdeutlichen.

Plenum, Diskussion

10 Minuten

Ausblick

In den Folgestunden kann anhand des Erklärvideos ab Minute 3:30 zu bildgebenden Verfahren in der Mikroskopie, beim Röntgen und für die Tomographie übergeleitet werden.

Minuten

Didaktisch-methodischer Kommentar

Das Thema „bildgebende Verfahren“ im Unterricht

Das Thema bildgebende Verfahren auf der Basis des Wellenspektrums ist nicht leicht zu fassen und lässt sich daher durch das Beispiel der Weltraum-Teleskopie besser erläutern. Vor allem die Unterschiede zwischen dem sichtbaren und infraroten Wellenspektrum können somit verdeutlicht und deren Nutzen für die aktuelle Wissenschaft aufgezeigt werden, um zum Beispiel den Urknall besser zu verstehen.

Vorkenntnisse

Die Unterrichtseinheit setzt keine speziellen Kenntnisse der Lernenden voraus. Hilfreich können jedoch Grundkenntnisse zu Wellen sein.

Didaktische Analyse

Das Arbeitsmaterial zu bildgebenden Verfahren in der Weltraum-Teleskopie ist als erste fachliche Konfrontation der Schülerinnen und Schüler mit dem Thema konzipiert. Die Lernenden erhalten einen Überblick über den Nutzen bildgebender Verfahren in der Teleskopie sowie Grundkenntnisse in den physikalischen Grundlagen zu elektromagnetischen Wellen im sichtbaren und infraroten Bereich.

Methodische Analyse

Durch die methodische Aufbereitung der Unterrichtssequenz wird eine hohe Schüleraktivität erreicht. Der Einstieg wie auch das Erklärvideo als Medium sollen das Interesse und die Diskussionsbereitschaft der Lernenden schon zu Beginn der Sequenz wecken. Schwierige Arbeitsaufträge werden durch Partner- und Gruppenarbeiten methodisch aufgefangen. Eine Internetrecherche hat die Doppelfunktion, dass historische und aktuelle Bezüge verknüpft und ein hoher Grad an Schülerselbsttätigkeit erreicht werden kann.

Unterrichtsmaterial

Unterrichtsmaterial zum Download

Mithilfe dieses Arbeitsblattes wird der Einstieg in die Thematik der bildgebenden Verfahren anhand von elektromagnetischen Wellen erläutert.

In diesem Arbeitsblatt zu bildgebenden Verfahren werden visuelle und infrarote Aufnahmen von Weltraumteleskopen verglichen, um die Vorteile verschiedener Messverfahren in der Astronomie zu verdeutlichen.

Mithilfe dieses Arbeitsblattes zu bildgebenden Verfahren wird der aktuelle wissenschaftliche Bezug der Infrarotmessung für das Verständnis des Urknalls erarbeitet.

Teaching Guides for Download

Mithilfe dieses Worksheets wird der Einstieg in die Thematik der bildgebenden Verfahren anhand von elektromagnetischen Wellen erläutert. Hier können Sie das Arbeitsblatt auf Englisch herunterladen.

In diesem Worksheets zu bildgebenden Verfahren werden visuelle und infrarote Aufnahmen von Weltraumteleskopen verglichen, um die Vorteile verschiedener Messverfahren in der Astronomie zu verdeutlichen. Hier können Sie das Arbeitsblatt auf Englisch herunterladen.

Mithilfe dieses Worksheets zu bildgebenden Verfahren wird der aktuelle wissenschaftliche Bezug der Infrarotmessung für das Verständnis des Urknalls erarbeitet. Hier können Sie das Arbeitsblatt auf Englisch herunterladen.

Externe Links

Hier finden Sie Informationen zu visuellen und infraroten Aufnahmen in der Weltraum-Teleskopie.

Hier finden Sie ein Interview mit dem Astrophysiker und Nobelpreisträger John Cromwell Mather über das James Webb-Weltraumteleskop.

Unter diesem Link finden Sie Informationen über das James Webb-Weltraumteleskop.

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • können verschiedene elektromagnetische Wellen benennen und deren Eigenschaften aufzeigen.
  • können unterschiedliche Arten der Weltraum-Teleskopie benennen und deren Vor- und Nachteile erläutern.
  • können aktuellste Technik für die Weltraum-Teleskopie benennen und deren Funktion erläutern. ...können die historisch gewachsenen Erkenntnisse zu bildgebenden Verfahren in aktuellen wissenschaftliche Fragestellungen wiedererkennen.

 

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • können den Informationsgehalt eines Erklärvideos erfassen, strukturiert und aufgabengenbezogen wiedergeben und anwenden.
  • recherchieren Hintergrundinformationen im Internet. 
  • spielen Videoclips sequentiell ab.

 

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • arbeiten konstruktiv in Teams zusammen.
  • setzen sich mit den Arbeitsergebnissen anderer Gruppen konstruktiv auseinander. …entwickeln Fachwissen zu aktueller Technik, welche auf die physikalischen Grundkenntnisse abgebildet werden kann, und können dieses auch gegenüber anderen erläutern.

 

Bildgebende Verfahren in den Wissenschaften (2017): Bildgebende Verfahren bereiten den Weg für Entdeckungen und Erkenntnisse in Medizin, Biologie, Chemie, Astronomie und in vielen Disziplinen.