Unterrichtsmaterial

Noch vor nicht allzu langer Zeit war die Zeitbestimmung und -verbreitung eine sehr lokale Angelegenheit, bei der Sonnenuhren eine grundlegende Rolle spielten. Heute sind Sonnenuhren eher schmückendes Beiwerk, die uns so manches Mal herausfordern, wenn es um die Uhrablesung geht. Doch sie erinnern uns an eine Zeit, in der die Interpretation des Sonnenstands sicherlich zu den wichtigen Kompetenzen gehörte. In der Schule bieten einfache Sonnenuhren eine Gelegenheit, um das Thema ‚Zeit‘ vielleicht in einem fächerverknüpfenden Projekt zu behandeln, in dem sowohl das Alltagsleben unserer Vorfahren und die Geschichte der Zeitmessung als auch die mathematisch-naturwissenschaftlichen Aspekte behandelt werden. Der WIS-Beitrag zeigt dazu, wie man eine Zylindersonnenuhr - eine Sonnenuhr, deren Zeitanzeige durch die Schattenlänge erfolgt - konstruiert und schrittweise verbessert. Dabei können Grundkenntnisse aus der Geometrie und Trigonometrie genutzt und das Zeitverständnis gefördert werden. Passende Aufgaben und Projektideen für Schüler zum Thema Sonnenuhren und ein Bastelbogen für eine Zylindersonnenuhr ergänzen den Beitrag.

Lutz Clausnitzer, der Autor sowohl der WIS-Materialien 10/2021 als auch des zugehörigen SuW-Beitrags ist zu unserem sehr großen Bedauern völlig unerwartet verstorben. Wir verlieren mit ihm einen unermüdlichen Kämpfer für einen Astronomieunterricht, der jedem Jugendlichen zu Gute kommt. Passend zu seinem SuW-Beitrag 10/2021 hatte Lutz Clausnitzer schon ein Arbeitsblatt als zugehöriges WIS-Material (siehe folgende Seiten) entworfen, welches den Schülern die Interdisziplinarität der Astronomie verdeutlichen soll. Als Einstieg sollen zwei Aussagen aus dem SuW-Beitrag von Lutz Clausnitzer dienen (Anmerkung von O. Fischer). „Die Astronomie ist nichts Spezielles von etwas anderem, sondern die Wissenschaft vom Universum, das die Erde als wunderbaren Spezialfall hervorgebracht hat. Die Schülerinnen und Schüler müssen befähigt werden, diese großen Zusammenhänge unserer Existenz interdisziplinär zu interpretieren. Sie brauchen keinen einseitig physikalischen, sondern einen lebensverbundenen, fächerverbindenden Astronomieunterricht.“ „So zeigt ein modern gestaltetes Fach Astronomie heute das Zusammenspiel der Fächer Astronomie, Biologie, Chemie, Geografie, Informatik, Mathematik, Physik, gesellschaftswissenschaftlicher und technischer Bereiche sowie der Literatur und Kunst (Grafik 1). In Anbetracht des üblicherweise und mit Recht in separaten Fächern stattfindenden Lernens ist diese zusammenführende Funktion von unschätzbarem Wert. Davon profitieren auch die einbezogenen Fächer, indem ihre Inhalte angewendet und in den Kontext unserer kosmischen Umgebung und des gesamten beobachtbaren Universums gestellt werden. So ist das Fach Astronomie eine ideale Plattform für fächerverbindendes Lernen.“

Sobald die Sonne scheint, können wir Schattenwürfe durch die uns umgebenden Objekte beobachten. Bald bemerken wir dabei, dass der Schattenwurf (Richtung und Länge des Schattens) tageszeitabhängig ist und einige Tage später bemerken wir auch die jahreszeitliche Abhängigkeit. Im folgenden WIS-Beitrag soll der Schattenwurf eines Gnomons betrachtet werden. Dabei geht es um die Schattenlänge in Abhängigkeit von der Tageszeit, ganz zentral um die Wege und die Geschwindigkeiten der Schattenspitze zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten und abschließend um das Ende des Kernschattens. Es ergeben sich verschiedene interessante Feststellungen und Möglichkeiten für Schüleraktivitäten. Die sich schnell bewegende Schattenspitze der Feldnadeln „Spider Rocks“ bei tief stehender Sonne spielt im 1969 erschienenen amerikanischen Western „Mackenna's Gold“ eine wichtige Rolle und beeindruckt den Zuschauer. Im WIS-Beitrag wird auch gezeigt, wie man mit etwas Gnomon-Wissen den Schattenweg der „Spider Rocks“ selbst berechnen kann.

Sie besitzen eine ähnliche Größe, ansonsten unterscheiden sie sich in vielerlei Hinsicht. Der folgende WIS-Beitrag stellt einen Vergleich zwischen zwei recht ungleichen Geschwistern an - der Venus und der Erde. Dabei werfen wir einen Blick in das Innere der beiden Planeten, studieren ihren Aufbau, untersuchen ihre Oberflächen und betrachten die Atmosphären der beiden Himmelskörper. Dabei soll u.a. auch der Frage nachgegangen werden, wieso die beiden Planeten eine solch extrem unterschiedliche Entwicklung durchlebt haben. Die dargestellten Materialien sind einzelnen oder auch gemeinsam sowohl im Astronomie- als auch im Erdkundeunterricht anwendbar. Ergänzt werden die Materialien, die aus Infotexten sowie angehängten Arbeitsblättern bestehen, durch didaktische und methodische Hinweise.

Im WIS-Beitrag wird gezeigt, wie man ausgehend von der einfachen Äquatorialsonnenuhr Polstab-Sonnenuhren mit komplizierteren Zifferblattkonstruktionen entwickeln kann und so z. B. eine Vertikalsonnenuhr mit Wandabweichung für eine Außenwand des Schulhauses wie in Abb. 1 gezeigt, einfach berechnen und konstruieren kann. Dies soll modellhaft bildlich und in der Sprache der Mathematik geschehen. Die Matrizenrechnung könnte dabei für die dazu nötigen Koordinatentransformationen eine sehr anschauliche und eindrucksvolle Einführung und Anwendung finden. Sonnenuhren funktionieren als räumliche Gebilde im Zusammenspiel von Zifferblattebene und Schattenebene. Räumliches Vorstellungsvermögen ist gefragt.