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Das Bildungssystem in Deutschland wirdzurzeit viel diskutiert und kritisiert. Nachneuesten Studien schneiden die deutschenSchüler im Vergleich zu anderen europäi-schen Schülern schlecht ab. Abhilfe ist beidem chronischen Geld- und Pe r s o n a l m a n-gel der Schulen allerdings schwierig. Le i-der sind von Kürzungen oft die sog.„Nebenfächer“, wie die Naturw i s s e n s c h a f-ten Chemie, Biologie und Physik betroffen.Kinder, die sich besonders für diese Fä c h e rinteressieren, kommen oft zu kurz.

Dazu kommt, dass Eltern immer wenigerZeit für ihre Kinder haben. Sie gehen oftden Weg des geringsten Widerstands und„parken“ ihre Kinder vor dem Fe r n s e h e roder dem Computer. Dabei sind gerade imGrundschulalter viele Kinder noch erfülltvon einer starken Neugier, ihre Alltagsweltzu verstehen und lassen sich erfahrungs-gemäß leicht für chemische oder physikali-sche Fragestellungen begeistern. Hier sollte man ansetzen und mit einer frühenH e ranführung an naturw i s s e n s c h a f t l i c h eFragestellungen beginnen. Stattdessen istunser Schulsystem so angelegt, dass eineintensivere Beschäftigung mit Physik undChemie erst in der Mittelstufe beginnt, zumeist dann aber auf einem eher ab-schreckenden, theoretisierenden Niveau.„Physik ist schrecklich“... wer hat diesen Aus-spruch nicht schon von Jugendlichen gehört?

■ 1 Die Idee

Um den Kindern eine sinnvolle Fr e i z e i t-beschäftigung mit Naturphänomenen zuermöglichen, kann man z. B. Ex p e r i m e n t i e r-kästen einsetzen [1]. Wenn die Kinder hierbei Erfahrungen im Bereich der Optiksammeln wollen, dann hat man die Wahlzwischen rund einem halben Dutzend ver-schiedener Kästen. Einen ersten Überblickliefern hierzu die Untersuchungen, die imRahmen der Diplomarbeit von H. Kurzd u r c h g e f ü h rt wurden [2]. Hierüber wurdeauch in der Fachpresse berichtet [3-5]. Nunsind Ex p e r i m e n t i e r kästen aber relativ teuer

und bieten daher für viele Kinder keinen geeigneten Zugang zu einer Beschäftigungmit naturwissenschaftlichen Themen. Einenanderen Weg geht hier die Grund- undHauptschule Essingen im Ostalbkreis. Seit2003 gibt es an dieser Schule das Projekt

unterschiedliche Dinge zu basteln oder siebekommen Einblicke in Berufe der Eltern.Kein Pflichtangebot – die Kinder könnenfrei entscheiden, welches Thema sie inter-e s s i e rt. Gewissermaßen Vo l k s h o c h s c h u l efür Kinder.

„Eltern-AGs“, das vom Förderverein derSchule getragen wird [6]. Eltern und anderei n t e r e s s i e rte Erwachsene können dabei denKindern in AG´s nachmittags näher bringen,was sie selber gut können. Dies könnenDinge aus dem Beruf oder aus Hobbiess e i n. Im Rahmen dieser Eltern-AG’s wirdden Kindern ein abwechslungsreichesaußerschulisches Programm geboten. AmAnfang eines jeden Halbjahres wird in den Klassen ein Heft mit den angebotenenEltern-AG´s vert e i l t. Zu diesen Angebotengehören vielerlei unterschiedliche Aktivitä-ten: Die Kinder haben die Möglichkeit ver-schiedene Sport a rten kennen zu lernen,

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Optische Experimente in derGrundschule

Prof. Dr. Jürgen NoltingDipl.-Ing. (FH) Catrin Oppermann

Abb. 1: Das Programmheft der Eltern-AGs [7]

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In diesem Schulhalbjahr wurde gemein-sam mit dem Studiengang Augenoptik derFachhochschule Aalen der Kurs „OptischeExperimente“ angeboten, der im Rahmeneiner Diplomarbeit konzipiert wurde [8]. DieKinder konnten dabei viele verschiedeneThemengebiete der Optik erkunden, dabeiungezwungen Fragen stellen und so aufspielerische Weise lernen. Der Kurs wurdezweimal angeboten, die Teilnehmerzahl warauf 10 begrenzt. Ausgeschrieben war derKurs für Kinder der dritten und vierten Klasse. Beide Kurstermine waren innerhalbweniger Tage nach der Verteilung der Programmhefte ausgebucht.

■ 2 Der Ablauf des Nachmittags

Für den Nachmittag war ein Zeitrahmenvon 2 Stunden vorgesehen. Dabei wurdenam Anfang die Kinder in kleine Gruppen zu je2 bis maximal 3 eingeteilt. Im ersten Teil soll-ten sie die Möglichkeit bekommen, auf spie-lerische Weise etwas über das Licht und dieOptik zu erfahren, indem sie an verschiede-nen Stationen unter Anleitung einfache Ve r-suche selber durchführen konnten und diesedann auch erklärt beka m e n. Jedes Kind be-kam am Ende des Nachmittages eine vorbe-reitete Mappe, in der das benötigte Materialund die Versuchsdurchführung beschriebenw a r. Auch die Erklärungen zu den Ve r s u c h e nwaren enthalten. So können interessierte Kin-der die Versuche auch zu Hause noch einmalausprobieren und nachvollziehen. Im zw e i-ten Teil des Nachmittags wurden die Grup-pen wieder aufgelöst und alle Kinder bastel-ten zusammen Lochka m e r a s. Auch hierzugab es eine Beschreibung in der Mappe.

■ 3 Die VersucheDie Auswahl der Versuch erfolgte vor-

nehmlich nach dem Gesichtspunkt, dass dieKinder spielerisch etwas über Optik erfahrensollen. Dabei sollten die einzelnen Versuchenicht zu kompliziert in der Vorbereitung undDurchführung sein. Auch sollten die ver-mittelten optischen Grundlagen sich in kurzer Form anhand von Schaubildern undBeispielen erläutern lassen. Das Gebiet derOptik ist weit gefächert. Mit Optik kann vie-les in Verbindung gebracht werden. Ziel desNachmittages war es, möglichst viele The-mengebiete anzureißen und das Interessedaran zu wecken. Hierzu wurden acht Ve r s u-che konzipiert. Folgende Themengebietewurden in den einzelnen Versuchen berührt :

• Geradlinige Lichtausbreitung• Brechung beim Übergang ins dichtere

Medium• Brechung beim Übergang ins dünnere

Medium mit Totalreflexion• Reflexion und Vielfachreflexion an planen

Spiegeln• Abbildende Eigenschaften einer Pluslinse• Spektrale Zerlegung des Lichtes• Physiologische Optik: Nachbildwirkung

Vo r a u s g e s e tzt werden musste, dass die Kin-der flüssig lesen können, damit sie nichtschon beim Durchlesen der Ve r s u c h s b e-schreibungen überf o r d e rt sind. Deshalbwurde ein Mindestalter von 8 Jahren ange-s e tz t. Als Maximalalter wurde circa 10 Jahref e s t g e s e tzt, denn ältere Kinder verlierenschneller die Lust an den Versuchen und ver-langen nach einer ausführlicheren Erklärung.

■ 3.1 Entdeckung einer verschwundenen Münze

Die Brechung von Licht ist eine der grund-legendsten Dinge in der Optik und im Alltag.Sie wird schon fast selbstverständlich hinge-nommen – kaum einer denkt darüber nach,wie die Brillengläser, die man auf der Naseträgt, funktionieren oder warum die Freun-de beim Planschen im Schwimmbad alle-samt so kurze Beine zu haben scheinen...Das soll sich mit diesem Versuch ändern!

In dem Versuch wurde mit Hilfe von Was-ser eine Münze, nachdem sie erst aus dem

Gesichtsfeld verschwunden ist, wieder sicht-bar gemacht [9]. Die Münze lag mit etwasKlebeband fixiert auf dem Boden eines Sup-pentellers, damit sie sich beim Eingießen desWassers nicht verschieben konnte. Zunächstwar noch kein Wasser im Te l l e r. Das beob-achtende Kind musste nun etwas in die Kniegehen und den Teller so weit von sich schie-ben, dass der Tellerrand sich vor die Münzeschob. Füllte man nun Wasser in den Sup-penteller, wurde die Münze wieder sichtbar.Der von der Münze kommende Lichtstrahlwurde am Übergang von Wasser nach Luftvom Lot weggebrochen. Es entstand ein vir-tuelles Bild der Münze in Verlängerung desgebrochenen Strahles. Zusä tzlich erschien dieMünze angehoben und etwas größer zu sein.

Zur Erklärung wurde ein Lineal von derMünze über den Tellerrand gelegt: Lichtbreitet sich geradlinig aus, es konnte also dieAugen, die sich unterhalb des Lineals befan-den nicht mehr erreichen. Das der Licht-strahl bei Anwesenheit von Wasser gebro-chen wird, konnte anhand eines Schaubil-des erläutert werden. Die Kinder sollten so-dann in der gebückten Haltung versuchen,mit Hilfe einer Stricknadel die Münze genauin der Mitte zu treffen. So wurde ihnen bewusst, dass sie nur ein Bild der Münze sahen, die Münze jedoch selbst an einer et-was anderen Stelle lag. Beim ersten Versuchtrafen die meisten statt der Münze auf denTellergrund. Erst nachdem sie gelernt hat-ten, dass sie etwas vor die Münze zielenmussten, schafften sie es auch, die Münze in

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Abb. 2: Die verschwundene Münze [9, 17]

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der Mitte zu treffen. Als Beispiel wurde ih-nen noch der Indianer genannt, der beimFischfang mit dem Speer nie genau auf dieFische zielen darf. Erwähnt wurde auchnoch, dass die Münze durch die Brechungnäher an der Wasseroberfläche erscheint,was anhand der Abbildung 2 gut zu erklären war. Aus diesem Grunde erscheinen imSchwimmbad auch die Beine der anderenkürzer, als sie sind.

■ 3.2 Wie funktioniert dasAuge?

In diesem Versuch sollte mit einer Lupedie Bildentstehung auf der Netzhaut simu-liert werden. Die Lupe stellte das SystemHornhaut-Augenlinse dar. Abgebildet wer-den sollte der Bildschirm eines Notebooks,auf dem ein Zeichentrickfilm gezeigt wurde.Die Entfernung zum Notebook sollte unge-fähr 1 m betragen, in der einen Hand wurdedie Lupe, in der andern das weiße Blatt ge-halten. Mit ein wenig Probieren erschien einBild des Objektes auf dem weißen Blatt.Schnell erkannten die Kinder, dass das Bildauf dem Kopf stand. Den Kindern wurdendie abbildenden Eigenschaften der Sammel-linse erklärt. Sie fingen recht schnell an, dieAbstände Notebook-Lupe und Lupe-Papierzu variieren und stellten dabei fest, dass nur an einer Stelle das Bild gut und scharf zuerkennen war.

Um die Parallelen zur Abbildung des Auges aufzuzeigen, wurde zunächst der Aufbau des Auges in Grundzügen erläutert.Anhand der Abbildung 3 wurden zunächstdie von außen sichtbaren Teile des Augesbenannt, wie die Iris und die Pupille, dabeiwurde erwähnt, dass hinter ihr die Linseliegt und davor die Hornhaut. Die Kinderkonnten sich auch gegenseitig in die Augenschauen und so die benannten Dinge sofortdeuten. Dann wurde die Netzhaut beschrie-ben, die allerdings sehr anschaulich darge-stellt werden musste, z.B. als Filmleinwand.Das Bild auf der Netzhaut muss scharf sein,d.h. die Bildebene der Linse muss genau aufder Netzhaut liegen. Ist dies nicht der Fall, soist eine Brille notwendig. An dieser Stellewurde der Versuch noch einmal durchge-führt – diesmal mit einer zusätzlichen weni-ger stark brechende Pluslinse im Strahlen-gang. Das Bild auf dem Blatt Papier sollte

zuvor scharf zu sehen sein. Mit Zusatzlinsewurde das Bild nun wieder unscharf. Erneutwurde die Bildebene gesucht, danach wurde die Linse wieder entfernt: Das Bildauf dem Papier wurde wieder unscharf. Anhand der Abbildung 4 konnte den Kindern deutlich gemacht werden, wasKurz- und Weitsichtigkeit ist.

■ 3.3 Licht verschüttenLicht kann auch ohne Abbildung in einer

geraden oder gebogenen Röhre fortgeleitetwerden, wenn es nach Eintritt durch die Ein-trittsöffnung bei jedem Auftreffen auf dieWand verlustfrei total reflektiert wird. Diestritt auf, wenn der Grenzwinkel der Total-reflexion überschritten ist. In der Technik finden Lichtleiter vielseitige Verwendung,wie z.B. in der Medizin oder der Datenüber-tragung. Als Anschauungsobjekt wurde den

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Abb. 3: Aufbau des Auges [10]

Abb. 4: Kurz- (L) und weitsichtiges (R) Auge [11]

Abb. 5: Lichtleitung in Wasserstrahl und Glasfaser

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Kindern eine Glasfaser-Lampe vorgeführt.In unserem Versuch war das optisch dichtereMedium Wasser mit der Brechzahl 1,33. Gegen Luft ergibt sich ein Grenzwinkel derTotalreflektion von 48,6°. In diesem Ve r s u c hlernten die Kinder, dass sich Licht durch To t a l r e f l exion in einem gekrümmten Was-serstrahl „einsperren“ lässt [9]. In den Deckel eines Marmeladenglases wurden miteinem Hammer an gegenüberliegendenStellen zwei kleine Löcher geschlagen. So-dann musste Wasser in das Glas gefüllt undder Deckel verschlossen werden. Das Glaswurde in Zeitungspapier eingerollt, von hin-ten musste man dann mit der Ta s c h e n l a m p ein die so entstandene Röhre hineinleuchten.Goss man nun das Wasser durch das untereLoch aus, so konnte man feststellen, dass derWasserstrahl an vielen Stellen glitz e rt e .Wenn er einigermaßen glatt verlief, dann sa hman sogar im Ausguss an der Auftreffstelledes Wasserstrahls einen Lichtpunkt. Das Lichtwurde mit dem Wasser ausgegossen ...?

Zur besseren Erklärung kam Abbildung 5als Schaubild zum Einsa tz. Als zweites An-schauungsobjekt eignete sich eine Glasfaser-lampe, bei der das durch eine rotierendeFarbfilterscheibe tretende Licht in ein rotie-rendes Bündel Glasfasern eingekoppelt wird.Die Kinder konnten das Faserbündel zu-sammennehmen und die einzelnen Fa r b e nbeobachten, die genau der farbigen Dreh-scheibe im Inneren der Lampe entsprachen.Dies konnte nachgeprüft werden, indem dasGlasfaserbündel aus der Lampe genommenwurde. So lag die rotierende Filterscheibe frei.Auch konnte man die Fasern einzeln mit derfreien Seite in die Lampe halten und beob-achten, dass an dem geklebten Ende nun diein die Lampe gehaltene Faser aufleuchtete.

■ 3.4 So entsteht ein Regenbogen

Tritt Licht, das aus mehreren Farben be-steht, z.B. Sonnenlicht, aus einem optischdünneren Medium ins optisch dichtere Me-dium, so wird wegen des geringfügig unter-schiedlichen Brechungsindexes jede Farbeetwas verschieden gebrochen. Man be-zeichnet diesen Effekt als Dispersion. Ein gu-tes Beispiel für die Dispersion in der Natur,welches auch jedes Kind kennt, stellt der Re-genbogen dar [12]. Nicht bekannt ist denmeisten Kindern hingegen, wie und warumein Regenbogen entsteht. Mit diesem Ver-such soll die Zusammensetzung des Lichtesund auch der Regenbogen den Kindern nä-her gebracht werden [2]. Man benötigt dazueine Salatschüssel, gefüllt mit Wasser, einenSpiegel und eine Taschenlampe. Der Spiegelwird mit der spiegelnden Fläche in Richtungder Lichtquelle unter Wasser getaucht.Schaut man nun von oben auf den Spiegel,so erscheinen an allen Hell-Dunkel-Über-gängen des Spiegelbildes Farbsäume in derFarbenfolge des Regenbogens.

Der Versuch war für die Kinder problem-los durchführbar und führte schnell zu ei-nem Erfolgserlebnis. Besser als eine Ta-schenlampe eignete sich ein Sonnenrollo,durch dessen Ritzen das Tageslicht einfiel.Zur Erklärung wurde erläutert, dass weißesLicht aus vielen Farben besteht. Dieses Lichtwird bei der Brechung ins Wasser in seineBestandteile zerlegt. Das dabei entstehendeLichtspektrum besteht aus einer kontinuier-lichen Abfolge der Farben Rot, Orange,Gelb, Grün, Blau, Indigo (Blauviolett) undViolett, immer in dieser Reihenfolge.

Als weiteres Demonstrationsobjekt hat

sich ein Glasprisma bewährt, allerdingsmusste man es den Kindern schon so in dieHand geben, dass sie es nicht noch hin- undherdrehen mussten.

■ 3.5 Eigenschaften vonLinsen

Jedem Optiker ist klar, wie Linsen aufge-baut sind und wirken. Für Kinder ist dasallerdings Neuland. Sie wissen noch nichtsüber Sammel- und Zerstreuungslinsen, kon-vexe und konkave Flächen, Rand- und Mit-tendicken, Abbildungseigenschaften oderastigmatische Linsen. Alle diese grundlegen-den Dinge konnten die Kinder bei diesemVersuch spielerisch erfahren. Freundlicher-weise wurden uns hierfür von der FirmaRupp und Hubrach kostenlos Ausschussglä-ser zur Verfügung gestellt, die die Kinderdann auch mit nach Hause nehmen konn-ten. Es standen eine große Zahl Sammellin-sen, Zerstreuungslinsen und astigmatischeLinsen zur Verfügung.

Die Kinder sollten in diesem Versuch dieverschiedenen Linsen vergleichen. Siekonnten dabei den Rand und die Mittendik-ke der Linsen betrachten und durch die Lin-sen hindurchschauen und sie dabei um dieAchse drehen. Die Kinder konnten mit derLinse „spielen“, sie sich gegenseitig vor dieAugen halten oder auch mehrere Linsenhintereinander halten. Dabei konnten siez.B. ausprobieren, wie sich die Wirkungenvon Sammel- und Zerstreuungslinsengegenseitig aufheben können. Natürlichwurden die Unterschiede der Linsen denKindern erklärt. Auch die Einsatzgebiete ka-men dabei zur Sprache: als Linsensystemein optischen Geräten oder in der Augenoptikzur Korrektur von Fehlsichtigkeiten. Kinder,die selber eine Brille trugen, konnten sich ih-re Brillen anschauen und dann bestimmen,welche Art der Fehlsichtigkeit sie haben.

■ 3.6 Unendlich viele Kerzenlichter

Vielfachreflexionen zwischen zwei parallelstehenden Planspiegeln sind immer faszi-nierend, insbesondere, wenn einer der bei-den Spiegel teildurchlässig ist, so dass mandirekt entlang der Verbindungsachse beob-achten kann, ohne selbst im Weg zu sein.Ein solcher Aufbau konnte dem Experimen-tierkasten „Spiegelräume“ (Walter KraulGmbH) entnommen werden. Zwischen diebeiden Spiegel wurde ein Teelicht gestellt,so dass sich eine unendliche Reihe von Spie-

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Abb. 6: Chromatische Lichtaufspaltung mit der Salatschüssel

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gelbildern der Kerzenflamme mit abneh-mender Helligkeit ergab.

Die Beobachtung durch den teildurchläs-sigen Spiegel ist faszinierend, da man meint,in eine unendlich lange dunkle Röhre zuschauen. Den Kindern wurde die Entste-hung der unendlich vielen Bilder erläutert.Der teildurchlässige Spiegel war besondersinteressant. Er wurde aus der Halterung ge-nommen und direkt vor die Augen gehalten.Dann war festzustellen, dass man von bei-den Seiten in gleicher Weise hindurchsehenkann.

■ 3.7 Daumenkino Jedes Kind schaut sich gern Trickfilme im

Fernsehen an. Wie einfach es ist, einen klei-nen Film selbst herzustellen, sollten die Kinder in diesem Versuch lernen. Die Er-kenntnis, dass unsere Augen nicht mehr alsca. 8-10 Bilder pro Sekunde aufnehmenkönnen, ohne sie als kontinuierliche Szenezu empfinden, führte Ende des 19. Jahrhun-derts zur Entwicklung der Kinotechnik.Durch die Nachbildwirkung verschmelzendie Einzelbilder zu einer kontinuierlich empfundenen Szene.

Für den Versuch wurde eine Sequenz aus12 Einzelbildern mit der bekannten Fernseh-Maus verwendet [13], die zunächst ausge-schnitten werden mussten. Der Bilderstapelkonnte dann einfach mit einem Bürohefterzusammengeklammert werden. Nimmtman das Daumenkino dann in die Handund lässt die Einzelbilder schnell durch dieFinger laufen, so erscheint die Szene alskontinuierliche Bewegung. Dadurch werdendie Einzelbilder in rascher Abfolge nachein-ander sichtbar.

■ 3.8 Lupe zum selber bauen

Durch die Oberflächenspannung ent-spricht die Form eines liegenden Wasser-tropfens bei geradem Untergrund ungefährder einer plan-konvexen Sammellinse. Fürdiesen Versuch wird eine Pappschabloneausgeschnitten, die in der Mitte eine kreis-runde Aussparung aufweist. Dieses Lochwird mit Frischhaltefolie überklebt. Füllt maneinen Teelöffel Wasser auf die Folie, dannhängt die Frischhaltefolie etwas durch. Dieentstehende „Wasserpfütze“ hat dann dieForm einer unsymmetrisch bi-konvexen Lin-se. Die vergrößernde Wirkung dieser Was-serlinse ist bei Blick von oben leicht erkenn-bar [14].

Dieser Versuch wird am besten erst nachden Versuchen „Wie funktioniert das Auge“und „Eigenschaften von Linsen“ durchge-führt. So sind die Grundkenntnisse über Lin-sen vorhanden und die Erklärung fällt deut-lich leichter. Den Kindern wird zur Erklärungdie Form eines liegenden Wassertropfensauf einem Schaubild dargestellt.

■ 3.9 Die LochkameraBereits im 5. Jahrhundert vor Christi ent-

deckte der chinesische Schreiber und Philo-soph Mo Ti, dass Licht, welches in einen ab-gedunkelten Raum durch ein kleines Lochdes Vorhanges fällt, ein unscharfes, umge-kehrtes Bild der Außenwelt an der gegen-überliegenden Wand erzeugt. Dieses Phä-nomen wurde jedoch erst im 11. Jahrhun-dert auch praktisch genutzt. Die arabischenAstronomen bildeten auf diese Weise Son-nenfinsternisse ab, um sie genauer zu unter-suchen. Erst im 16. Jahrhundert wurde eineMöglichkeit der verbesserten Abbildung mitSammellinse gefunden. Dadurch wurde dasBild heller. Zudem wurde erkannt, dass dieSchärfe einer Abbildung vom Durchmesserder Öffnung abhängig ist. Bis ins 19. Jahr-hundert hinein konnten Bilder der Umweltnur von Malern und Zeichner festgehaltenwerden. Mit einer speziell umgebautenLochkamera war es möglich, eine Land-schaft oder ein Gebäude auf Papier abzu-malen und dabei alle Proportionen richtigwiederzugeben. Leonardo da Vinci (1452-1519) fertigte die ersten zeichnerischen Dar-stellungen zur Lochkamera und ihremStrahlengang an.

In diesem Versuch sollten die Kinder eineeinfache, linsenlose Lochkamera selber bau-en. Durch den engen Zeitrahmen schieden

Bauformen aus, die umfangreiche mechani-sche Vorarbeiten erfordern. Im Vorfeld wur-den zwei unterschiedliche Modelle getestet.Das erste bestand aus einem Schuhkarton,in dessen Boden ein ca. 15 x 15 cm großesLoch geschnitten wurde. Darüber wurdeButterbrotpapier geklebt. Dieses diente alsMattscheibe. In den Deckel des Schuhkar-tons wurde ein etwas kleineres Quadrat ge-schnitten, das mit Alufolie überklebt wurde,in die Alufolie wurde mit einer Nadel einkleines Loch gestochen wurde. Damit dieLochkamera funktionierte, musste derInnenraum völlig dunkel sein. Die meistenSchuhkartons bestehen im Innenraum je-doch aus heller Pappe. Deshalb musste derKarton mit schwarzer Dispersionsfarbe ausgemalt werden. Insgesamt also deutlichzu aufwändig, um es in etwa einer halbenStunde zu basteln.

In [15] wird die einfachste denkbare Loch-kamera beschrieben: Man benötigt hierfüreine Chips-Dose der Marke „Pringles“. Einesolche Dose hat einen Metallboden, derKunststoffdeckel ist matt durchscheinendund eignet sich als Mattscheibe. Eigentlichbraucht man nur noch mit einem Nagel einLoch in den Boden schlagen. Als sinnvoll erwies es sich, die Dose zuvor etwas zu verkürzen. Dazu musste sie in der Mittedurchgeschnitten werden und die eine Hälfte einige Zentimeter weit eingekerbtwerden. Danach konnten beide Hälften in-einander gesteckt werden. Das ging einfach,denn die Wandung ist aus Pappe. DieseBauart hat sich als ideal für den Einsatz amExperimentiernachmittag erwiesen.

Um die Funktion zu testen, konnte mandie Chips-Dose am gestreckten Arm mitdem Loch nach vorne am besten aus einemdunklen Raum heraus auf ein Fenster rich-

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Abb. 7: Die Wasserlupe

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ten. Dabei sollte mit den Händen ein Schutzum die Mattscheibe gebildet werden, sodass diese im Dunkeln liegt. Zur Erklärungder Funktion brauchte man lediglich eineSkizze – die Kinder wussten aus den ande-ren Versuchen schon, dass sich Licht geradli-nig ausbreitet.

■ 4 Erfahrungswerte• Die verschwundene Münze

Nur wenige Kinder waren darüber ver-blüfft, dass die zunächst verschwundeneMünze wieder sichtbar wurde. Den Grunddafür wusste aber keiner. Viel Spaß hat esgemacht, zu versuchen, die Münze mit einerNadel genau in der Mitte zu treffen. Das Ge-lächter war groß, wenn die Teammitgliederbeim ersten Versuch weit hinter die Münzestachen. Es wurde so lange probiert, bis dieNadel genau in der Mitte landete.

Als schwierig erwies sich die Vorstellungdes entstehenden Bildes. Dazu gab es vieleFragen. Zuerst konnten die Kinder es sichnicht wirklich vorstellen, dass ein Bild von et-was entsteht und man den „richtigen“Gegenstand dann nicht mehr sehen kann.Dadurch, dass die Nadel in das Wasser ge-halten wurde und diese auch geknickt er-schien, wurde die Vorstellung etwas erleich-tert. Auch das Beispiel mit dem Schwimm-bad war hilfreich – den meisten war schonaufgefallen, dass die Beine im Wasser kürzer

aussehen. Einige probierten es zur Bestäti-gung gleich mit dem Finger im wassergefüll-ten Teller aus.

Im Gespräch mit den Kindern am Endedes Nachmittages wurde dieser Versuch vonvielen als Lieblingsversuch genannt. EineMünze zu sehen, die eigentlich nicht andem Ort ist, wo sie vermutet wird und des-halb nur mit einiger Übung auch in der Mit-te zu treffen ist, hat viele verblüfft.

• Wie funktioniert das AugeDies war bei den Kindern ein sehr begehr-

ter Ve r s u c h. An beiden Nachmittagen stürm-ten gleich mehrere Gruppen zu der Station,so dass erst einmal mindestens eine Gruppezu einer anderen Station geschickt werdenmusste. Das Interesse galt dabei mehr demNotebook mit dem laufenden Trickfilm alsdem Versuch selber. Vielleicht hätte man hierein weniger ablenkendes Motiv wählen sol-l e n... Ein scharfes Bild war schnell gefunden.Viele versuchten das auf dem Kopf stehendeBild umzukehren, indem sie die Lupe dreh-ten und waren schon fast enttäuscht, als diesm i s s l a n g. Sollte aber noch eine weitere Linsein den Strahlengang eingefügt werden, umdie Wirkung einer Brille zu demonstrieren,musste zumeist der Betreuer helfen.

• Licht verschüttenDieser Versuch wurde von den Kindern

mit Spannung erwartet. Dies lag wohl auch

an der daneben stehenden Glasfaserlampe,die zur Erklärung diente. Gleich zu Beginndes Versuches bombardierten die Kinderden Betreuer mit Fragen, die jedoch fast nurdie Glasfaserlampe betrafen. Der Versucherforderte gegenüber den anderen Versu-chen am meisten Unterstützung durch den Betreuer. Gerade beim Einwickeln desGlases musste darauf geachtet werden, dassder Deckelrand fest über dem Rand der Zeitung lag, damit das Wasser korrekt in dieSchüssel ablaufen konnte und nicht die Zeitung aufweichte. Die Glasfaserlampe warder Renner: Manche der Kinder konntensich überhaupt nicht mehr losreißen, undprobierten mit wachsender Begeisterung alle Möglichkeiten aus. Die Fasern wurdenzu einem Zopf zusammengenommen, umdie Farben besser sehen zu können. Diesewurden dann mit der rotierenden Farb-wechselscheibe in der Lampe verglichen.Die Kinder unterzogen die Glasfasern einergenauen Untersuchung. Die häufigste Fragewar, warum denn das Licht an der Seite derFaser nicht zu sehen wäre – anders als beimWasserstrahl. Dies wurde damit erklärt, dassder Wasserstrahl eine ungleichmäßigereForm hat als die Glasfaser. An den Verdick-ungen des Wasserstrahls kann dann keineTotalreflexion mehr auftreten.

• Wie entsteht ein RegenbogenDer Versuch konnte von den Kindern

schwer alleine durchgeführt werden, denndie Spiegel mussten in der Salatschüssel relativ genau platziert werden, damit ein Erfolg zu sehen war. Die Kinder überrasch-ten mit ihrem Wissen immer wieder. DasWissen, dass Sonne und Regen zusammennotwendig sind, um einen Regenbogen zusehen, war bei allen Kindern vorhanden.Allerdings wussten die wenigsten auch warum. Das Prisma, welches zur Verdeutli-chung benutzt wurde, war ein begehrtes Anschauungsobjekt. Ein zehnjähriges Mäd-chen wusste sogar schon vor der Erklärung,dass Licht aus ganz vielen Farben besteht,die verschieden stark gebrochen werden.

• Eigenschaften von LinsenDer Versuch mit den verschiedenen Lin-

senformen wurde von den Kindern ganzunterschiedlich aufgenommen. Teilweisefanden sie es relativ langweilig, sahen dieLinsen sich nur flüchtig an und schautenschnell hindurch. Interessanter war dannschon die Erklärung mit den Brennpunkten.Einen virtuellen Brennpunkt bei der Zer-streuungslinse konnten sich allerdings die

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Abb. 8: Die Pringles-Lochkamera

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meisten nicht vorstellen. Es gab auch Grup-pen, die sich gar nicht mehr von den Linsenlosreißen konnten. Sie bauten mit wachsen-der Begeisterung Linsensysteme und schau-ten sich gegenseitig durch diese an.Allerdings interessierte diese Gruppen dieErklärung nicht besonders, sie zogen es vor,mit den Linsen zu spielen. Für allgemeineErheiterung sorgte dann die astigmatischeLinse, bei der festgestellt wurde, dass dieUmwelt beim Drehen „eierte“.

Interessant fanden alle Kinder die Erklä-rung, wann welche Linsen benutzt werden.Kinder, die selber eine Brille trugen, wusstenschon erstaunlich viel, z.B. ob sie weit- oderkurzsichtig sind, oder „was mit der Horn-haut“ haben. Sie waren besonders daraninteressiert zu erfahren, was die Gläser vorihren Augen machen. Viele nahmen sichauch vor, einmal durch die Brillen der Elternzu schauen, und dann festzustellen, ob dieGläser verkleinern oder vergrößern. Begeis-terung löste die Tatsache aus, dass alle sicham Ende eine Linse aussuchen durften, diesie mit nach Hause nehmen konnten.

• Unendlich viele KerzenflammenDie Kinder standen dem Versuch anfangs

eher skeptisch gegenüber. Vom Aufbaurecht übersichtlich, sah der Versuch für vielelangweilig aus. Dies änderte sich jedochziemlich schnell. Nachdem der erste ausdem Team durch den teildurchlässigen Spie-gel schaute und bald die Flammenbildernicht mehr zählen konnte, wurde der Ehr-geiz der anderen Teammitglieder geweckt.Sie konnten es kaum erwarten, an der Reihezu sein und ihre Zählkünste unter Beweis zustellen. Nachdem jeder zu dem Schluss ge-kommen war, dass er die Spiegelbilder nichtalle zählen konnte, kamen Schätzungen vonden Kindern. „Das müssen 100 sein...“ oder„Das sind bestimmt mehr als unendlich!“war zu hören. Zur Erklärung sahen sich dieKinder den teildurchlässigen Spiegel genauan. Sie stellten schnell fest, dass sie durchden Spiegel hindurchsehen konnten, wennsie mit den Augen ganz nah daran gingen.Darauf konnten die Kinder den Versuch selber erklären. „Dann ist das doch ganz logisch...!“

• DaumenkinoDer Versuch wurde von den Kindern als

„einfach“, aber dennoch als nicht langweiligeingestuft. Die meisten Kinder kanntenDaumenkinos schon. Einige hatten auchschon eines selber gebastelt oder ein ge-kauftes zu Hause. Trotzdem schnitten sie mit

großem Eifer die verschiedenen Bildchenaus. Die Kinder hatten Freude an ihremKurztrickfilm, den sie dann auch mit nachHause nehmen konnten. Die Funktions-weise war allen klar: „Die Bilder sind viel zu schnell fürs Auge, genauso werden Trick-filme auch hergestellt!“

• Lupe zum SelberbauenDie Kinder waren erstaunt, dass es mög-

lich sein sollte, eine Lupe selber zu bastelnund das noch dazu ohne Verwendung einerKunststoff- oder Glaslinse. Mit akribischerGenauigkeit schnitten sie die vorbereitetenLupenformen aus. Nach dem Aufkleben derFolie und dem ungeduldigen Warten aufdas Trocknen des Klebers konnte endlichWasser aufgefüllt werden. Der Aha-Effektblieb nicht aus: „Das klappt ja wirklich!!“

• LochkameraDer Bau einer Lochkamera nahm mit

rund 30 Minuten wie erwartet am meisten

Zeit in Anspruch. Einige Kinder sahen dasBild sofort und deuteten dies mit dem Aus-ruf: „Da kann man ja den Baum draußen se-hen, aber der steht Kopf!“. Andere hingegenhatten Mühe, auf Anhieb etwas zu erken-nen. Die Kinder probierten alle möglichenVarianten aus, versuchten die Kamera um-zudrehen oder durch Schieben der beidenTeile ineinander die Bildgröße zu ändern. In-dem man mit beiden Händen einen Schirmum den Deckel formte, wurde das Bild deutlicher und alle Kinder konnten es nunerkennen. Lochkameras wurden getauschtund verglichen. Der Spaß und die Verblüf-fung über das entstehende Bild war den Kindern deutlich anzumerken.

Bei einer Wiederholung des Ex p e r i m e n-tiernachmittags sollte man zusä tzlich einenSchirm aus schwarzem To n ka rton anfert i-gen, der so um die Dose gewickelt wird, dasser auf der Seite der Mattscheibe übersteht.Dadurch wird diese abgedunkelt und dasBild wird wesentlich deutlicher erkennbar.

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Abb. 9: Optik-Experten bei der Arbeit

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■ 5 Nachmachen ist angesagt!

Die einstimmige Meinung der Kinder war,dass die Versuche Spaß gemacht hatten. Beiden Lieblingsversuchen gab es sehr unter-schiedliche Ansichten. Viele Kinder fanden„Entdeckung einer verschwundenen Mün-ze“ am besten, andere „Licht verschütten“oder „Wie funktioniert das Auge“, einigeauch „Eigenschaften von Linsen“.

Die teilnehmenden Kinder überraschtenuns: Selten haben wir so begeisterungsfähi-ge und wissbegierige Kinder erlebt. Schonals sie den Physiksaal betraten, war die Vor-freude zu spüren. Man konnte den Kindernanmerken, dass sie viel Spaß an der Durch-führung der Versuche hatten. Überraschtkonnten wir feststellen, wie viel Interesse ander Optik besteht. Die Kinder wussten oftschon erstaunlich viel und behielten Einzel-heiten aus den Erklärungen fast selbstver-ständlich. Zum Vorschein kam dies, als amersten Nachmittag spontan ein Regenbogenan die Tafel gemalt wurde und dabei die Far-ben ganz selbstverständlich in der korrektenReihenfolge erschienen.

Das Musterprojekt des Fördervereins derParkschule Essingen ist ein Beispiel dafür,dass es Möglichkeiten gibt, auch mit wenigMitteln Kinder außerschulisch in ihrer Ent-wicklung zu fördern. Die überaus positiveResonanz macht Mut zu einer Wiederho-

lung der Aktion. Für das Sommerhalbjahr isteine Exkursion geplant, bei der „Die Scheu-ne – Sammlung optischer Phänomene“ inLeinroden [16] besichtigt werden soll.

Literatur

[1] C. Böcker: Experimentierkästen – Forschen stattBallern, ARD Ratgeber Technik, Sendung vom21.11.2004. http://www.ndrtv.de/ratgebertech-nik/themen/20041121_experimentierkaesten.html

[2] H. Kurz.: Diplomarbeit: Optische Experimen-tierkästen im Vergleich. Fachhochschule Aalen,Fachbereich Augenoptik (2002)

[3] J. Nolting, H. Kurz: Optische Experimentierkä-sten im Test – Teil1: Kästen für Vorschul- undGrundschulkinder. DOZ 10/2001: 26-33, Hei-delberg.http://141.18.7.25/pdf/1001_Nolting.pdf (2001)

[4] J. Nolting, H. Kurz: Optische Experimentierkä-sten im Test – Teil 2: Kästen für ältere Kinderund Jugendliche. DOZ 11/2001: 34-39, Heidel-berg, http://141.18.7.25/pdf/1101_Nolting.pdf(2001)

[5] J. Nolting, H. Kurz: Optische Experimentierkä-sten im Test – Teil 3: Ein weiterer Kasten für älte-re Kinder und Jugendliche und etwas für denProfi. DOZ 1 2/2001: 32-38, Heidelberg,http://141.18.7.25/pdf/1201_Nolting.pdf (2001)

[6] H. Michelbach, J. Nolting, M. Walke: Von Gold-schmiede bis Kuhstall - Essinger Eltern-AGs be-geistern alle Jahrgangsstufen. Magazin Schule14 / 2 0 0 4 , 5 5 - 5 7 , S t u t t g a rt.http://141.18.7.25/pdf/0904_schule.pdf (2004)

[7] Förderverein Parkschule Essingen: Programm-heft Schulhalbjahr 2004

[8] C. Oppermann: Optische Experimente in derGrundschule. Diplomarbeit, FH Aalen (2004)

[9] V. und J. Cobb: Light action! Amazing experi-ments with optics. Harper Collins Publishers(1993)

[10] M. Tomalla: Augenklinik Duisburg, AbteilungRefraktive Chirugie: Der Aufbau des Auges.http://www.kfrc.aesthetec.de/das_auge/auf-bau.html (2004)

[11] Z. Artina: Tuvredz_ba. http://www.acis.lv/tuv-redziba.htm (2000)

[12] J. Nolting, C. Kress: Optics in Nature - OptischeNaturerscheinungen. Verlag der Deutschen Op-tikerzeitung, Heidelberg (2004)

[13] Westdeutscher Rundfunk: Die Sendung mit derMaus: Wie wird eigentlich ein Trickfilm herge-stellt? http://www.wdrmaus.de/lachgeschich-ten/mausspots/trickfilm.phtml (2002)

[14] H. Krekler, M. Rieper-Bastian: Spannende Expe-rimente - Naturwissenschaften spielerisch erle-ben. Ravensburer Buchverlag, Ravensburg(2000)

[15] K. Buske: Lochk amera auf die Schnelle.http://www.lehramtsreferendariat.de/kamera.htm (2001)

[16] B. Lingelbach: IfAA – Institut für Augenoptik Aa-len. http://www.leinroden.de (2004)

[17] P. Hewitt, C. Colwell: CP Workbook - Refraction.http://www.physicslab.org/cpworkbook/pa-ge_89/refractioncriticalangle.aspx (2004)

Anschrift der Autoren:Prof. Dr. Jürgen Nolting, Dipl.-Ing. (FH) Catrin Oppermann,FH Aalen – Studiengang Augenoptik, Gartenstraße 135, 73430 Aalen

O P TO M E T R I E

Abb. 10: Vereint unter dem Regenbogen – Die Teilnehmer des ersten Nachmittags