Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS
Grundschule, Heimat- und Sachunterricht, Jahrgangsstufen 3/4
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Wie funktioniert Sehen?
Stand: 26.10.2015
Jahrgangsstufe 4
Fach Heimat- und Sachunterricht
Zeitrahmen 2 Unterrichtseinheiten
Benötigtes Material siehe Versuchsanleitungen, Lampen laut Angabe
Kompetenzerwartungen
HSU 3/4 2 Körper und Gesundheit
HSU 3/4 2.1 Körper und Entwicklung
Die Schülerinnen und Schüler …
beschreiben Aufbau, Funktionsweise und Schutz des Auges.
Aufgabe
Die Schülerinnen und Schüler führen in Zweier- oder Dreiergruppen verschiedene Versuche
zur Funktionsweise des Auges durch. Da dieser Sachverhalt biologisch und physikalisch
sehr komplex ist, beschränkt sich die vorliegende Aufgabe auf den physikalischen Sehvor-
gang und die Abbildung eines Gegenstandes auf der Netzhaut.
Die Stationen beinhalten Versuche zu folgenden Themen:
Wie breitet sich Licht aus?
Welchen Weg nimmt das Licht durch unser Auge?
Was passiert mit Lichtstrahlen, wenn man sie durch eine Linse schickt?
Wie wird das Bild eines Gegenstandes auf der Netzhaut abgebildet?
Bei der Durchführung der einzelnen Aufgaben wenden die Kinder naturwissenschaftliche
Arbeitsweisen an. Im reflektiven Gespräch untereinander und im Plenum diskutieren sie da-
bei ihre Ergebnisse. So finden sie eigenaktiv wesentliche Aspekte der Funktionsweise des
Auges heraus.
Die Versuche sollten am besten in einem möglichst dunklen Raum durchgeführt wer-
den. Damit für die Schülerinnen und Schüler ausreichend Licht zum Lesen vorhanden ist,
können Taschenlampen, Stirnlampen oder kleine Schreibtischlampen verwendet werden.
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Wie breitet sich Licht aus?
Du brauchst:
Taschenlampe
trockenes Geschirrtuch
Mehl
Sieb mit gelochter Alufolie
Kehrschaufel und Besen
So gehst du vor:
Verteile den Mehlstaub auf dem Geschirrtuch.
Leuchte mit der Taschenlampe gegen
die Wand und halte das Sieb davor.
Schüttle nun den Tafellappen zwischen
Wand und Sieb aus.
Beobachte von der Seite.
Zeichne deine Beobachtung.
o Wie breitet sich Licht aus? Ergänze den Satz:
Licht breitet sich__________________ in alle _________________________ aus.
o Überlegt gemeinsam, was das für euer Auge bedeutet.
Aufkehren nicht vergessen!
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Mehrere geeignete Filme zur Veranschaulichung finden sich bei mebis. Die Lehrkraft kann
hier selbst auswählen (Beispiele siehe Seite 7,Seite 8)
Welchen Weg nimmt das Licht durch unser Auge?
Du brauchst:
Modell vom Auge
Holzstäbchen, evtl. Taschenlampe
o Auf welche Teile des Auges trifft das Licht? Schau dir das Augenmodell genau an.
Das Stäbchen hilft dir. Es stellt einen Lichtstrahl dar. Du kannst auch die Taschen-
lampe verwenden.
o Zeichne und beschrifte die Teile des Auges, auf die der Lichtstrahl trifft, wenn er in
dein Auge fällt.
o Finde mithilfe des Films heraus, welche Funktion die einzelnen Teile für das Sehen
haben.
o Nicht nur das Auge ist am Sehen beteiligt. Überlege, welcher Teil unseres Körpers/
unseres Kopfes noch wichtig für das Sehen ist.
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Was passiert mit Lichtstrahlen, wenn man sie durch eine Linse schickt?
Du brauchst:
Lichtbox
Taschenlampe
weißes Papier
verschiedene Linsen
Glas mit Wasser und Öl
Spiegel
So gehst du vor:
Lege die Taschenlampe in die Box, so dass das Licht durch die Schlitze nach außen
leuchtet.
Stelle die verschiedenen Gegenstände in die Strahlen.
o Notiere oder zeichne jeweils deine Beobachtungen.
o Ergänze gemeinsam mit deinen Partnern den Satz:
Licht wird durch verschiedene Materialien und Gegenstände aus seiner ursprünglichen
Richtung _______________________________. Es wird _______________________
oder ________________________________.
o Welcher der Gegenstände ist mit der Linse in deinem Auge am ehesten vergleichbar?
o Was passiert mit den Lichtstrahlen, wenn sie auf die Linse in deinem Auge treffen?
Überlegt gemeinsam und schreibt oder zeichnet auf.
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Wie wird das Bild eines Gegenstandes auf der Netzhaut abgebildet?
Du brauchst:
Blumentopf-Lochkamera
Schachtel-Lochkamera
Rollen-Lochkamera
Weiße Stumpen- oder Stabkerzen
Feuerzeug/Streichhölzer
Holzstäbchen/Zahnstocher
Zünde die Kerze an und betrachte sie mit den verschiedenen Lochkameras. Dazu musst du
das Loch Richtung Kerze richten und selber das Pergamentpapier anschauen. Du darfst
nicht durch das Loch schauen. Das kleine Loch in den Kameras wirkt wie eine Linse.
o Zeichne, wie die Kerze auf dem Schirm der verschiedenen Lochkameras erscheint.
Vergleiche.
Blumentopf Schachtel Rolle
o Teile der Kamera kannst du mit Teilen des Auges vergleichen. Schreibe auf!
o Das Bild der Kerze verändert sich, wenn du mit der Kamera weiter weg gehst. Finde
mit der Gruppe eine Erklärung.
o Das Bild der Kerze verändert sich, wenn du mit der Kamera näher heran gehst.
Vermute zuerst den Grund dafür und überprüfe dann!
Eine Herausforderung:
Versuche mit Hilfe der Holzstäbchen das Bild der Kerze zu erklären. Ergänze die Zeich-
nung.
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Quellen- und Literaturangaben
Gau, Barbara, Dr. habil., u.a.: Berlin. Duden paetec GmbH. 2010.
Göhring, Prof. Dr. Anja, Schönhofer, Schödl, Anja: Optische Phänomene und Gesetzmäßig-
keiten in der Grund- und Mittelschule. Fortbildungsunterlagen DPG-Lehrertag. Universität
Regensburg. 15.03.2013
Gondolino: Das große Buch der Experimente. Berlin, Saarbrücken: gondolino in der
Gondrom Verlag GmbH. 2004.
Wie ist das jetzt bei unserem Auge?
Du brauchst:
Rollenaugenmodell mit Linse
Stumpen- oder Stabkerze
Feuerzeug
Zünde die Kerze an und betrachte sie durch das Augenmodell! Stelle mit Hilfe der schwarzen
Rolle das Modell so ein, dass das Bild scharf ist.
o Wie wird die Kerze in dem Rollen - Augenmodell abgebildet? Zeichne.
Was bedeutet dies für die Abbildung in deinem Auge?
o Teile des Auges kannst du mit bestimmten Teilen der Kamera vergleichen.
Tipp: Du kannst dir das Augenmodell zur Hilfe holen.
o Schiebe die Papprolle in der Dose hin und her. Wie verändert sich das Bild?
o Verändere die Einstellung der Papprolle nicht mehr, nachdem du sie scharf gestellt hast.
Gehe dann näher zur Kerze. Was siehst du nun?
o Was muss dein Auge in dieser Situation können? Besprich dich in der Gruppe.
Wenn du noch Zeit hast:
Du kannst auch andere Gegenstände im Raum betrachten.
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Quellen- und Literaturangaben
Hann, Judith: Spannendes aus Wissenschaft und Technik. München: Christian Verlag. 1992.
Hopf, M., Haagen-Schützenhöfer, C. Heran-Dörr, E.: Low-Cost im Optikunterricht. Praxis der
Naturwissenschaften: Physik in der Schule. Heft 5/Jahrgang 60/2011.
ISB: Physikalische Grundlagen im Natur- und Technik-Unterricht der Jahrgangsstufe 5. Onli-
ne-Veröffentlichung. April 2006.
https://www.isb.bayern.de/schulartspezifisches/materialien/p/physikalische-grundlagen-im-
natur-und-technik-unte/ (aufgerufen am 23.01.2015 um 20:39 Uhr)
Liebers, Prof. Dr. Claus: Naturwissenschaften im Unterricht Biologie Chemie Physik. Vom
Sehen. Berlin: Cornelsen Verlag. 2006.
Schlichting, Hans-Joachim, Suhr, Winfried: Ein tiefer Blick ins Glas. Alltagsphänomene als
Zugang zur geometrischen Optik. Unterricht Physik. 19/2008. Nr. 105/106.
Seilnacht, Thomas: Lernlabor Naturwissenschaften (CD-ROM). Bern: Seilnacht Verlag &
Atelier. www.seilnacht.de
Spitz, Dr. Christian, u.a.: Duden Physik. SI. Kopiervorlagen Lichtausbreitung, Optische Gerä-
te, Reflexion und Brechung, Welleneigenschaften und Farben. Berlin. Duden paetec GmbH.
2010.
Bezugsquelle Acrylglaslinse mit Durchmesser ca. 35mm und Brennweite ca. 100mm:
www.astromedia.de (OM Nr. 7, Dioptrien: +9,4, Brennweite: +106mm sphärisch, Durchmes-
ser: 34,5mm) oder www.opitec.de (Brennweite: 106mm, Durchmesser: 34,5mm)
Unsere Sinne: Das Auge
Direktlink für dieses Medium:
https://mediathek.mebis.bayern.de/index.php?doc=search/query&identifier=BWS-04982834
Hinweise zum Unterricht
Grundlage für die vorliegende Unterrichtseinheit sind die in der Sequenz vorangehenden
Einheiten. Ausgehend vom Aufbau des Auges und der Notwendigkeit von Licht, um sehen zu
können, wird nun der Focus auf die Bildentstehung im Auge gelegt.
Gemäß des naturwissenschaftlichen Arbeitsprozesses äußern die Schülerinnen und Schüler
zunächst ihre Vermutungen, was denn im Auge passieren muss, damit man etwas sehen
kann. Vorwissen und Vorstellungen der Kinder werden dabei schriftlich an der Tafel fixiert,
um nach der Arbeitsphase darauf zurückgreifen zu können.
Anschließend arbeiten die Kinder in vier verschiedenen Versuchsstationen an der Lösung
dieser Fragestellung. Sie bilden dafür Stamm-Experten-Gruppen mit je 4-5 Kindern. Bei hö-
herer Schülerzahl können mehrere arbeitsgleiche Gruppen gebildet werden. Zuerst führt jede
Gruppe ihren Versuch in der Stammgruppe durch. Dabei diskutieren sie nicht nur die eige-
nen Beobachtungen und Ergebnisse, sondern überlegen auch, wie sie die Ergebnisse in der
darauf folgenden Expertengruppe präsentieren.
In der nächsten Phase setzt sich jeweils ein Experte jeder Station in einer Gruppe zusam-
men, wobei jedes Kind den Versuch seiner Stammgruppe einbringt. Aufgabe der Experten-
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gruppe ist es nun, gemeinsam den Versuch „Wie ist das nun mit unserem Auge?“ durchzu-
führen und alle Ergebnisse zu bündeln. Eine Besprechung im Plenum mit Rückgriff auf die
anfangs notierten Vermutungen steht am Ende der Unterrichtseinheiten.
Während der Arbeit in den Stammgruppen agiert die Lehrkraft im Hintergrund, berät einzelne
Gruppen und gibt Hilfestellungen.
Steht genügend Zeit zur Verfügung, können die Schülerinnen und Schüler in freier Arbeit
auch die Versuche der anderen Stammgruppen durchführen.
Ein gemeinsamer Hefteintrag kann fakultativ erstellt werden.
Fachbegriffe der vorliegenden Unterrichtseinheit:
Sammellinse, Hornhaut, Pupille, Linse, Augapfel, Netzhaut, Abbildung, Lochkamera
Die vorliegenden Unterrichtseinheiten sind in folgende Sequenz eingebettet:
Welche Aufgaben haben die Teile unseres Auges?
Die Schülerinnen und Schüler benennen die einzelnen Teile des Auges an einem
Modell und versuchen, deren Aufgaben herauszufinden. Wenn möglich, kann auch
ein echtes Schweineauge betrachtet und von der Lehrkraft präpariert werden.
Film auf mebis: „Anatomie des Auges“
Direktlink für dieses Medium:
https://mediathek.mebis.bayern.de/index.php?doc=search/query&identifier=DE.SIEM
ENSSTIFTUNG.103925
Wie ist unser Auge vor äußeren Einflüssen geschützt?
Hier werden die äußeren Schutzvorrichtungen des Auges mit den bekannten Versu-
chen (Lidschlussreflex,…) besprochen.
Woher kann Licht kommen? / Welche Lichtquellen gibt es?
Es bietet sich an, schon in einer vorhergehenden Unterrichtseinheit den Unterschied
zwischen lebendigen (Glühwürmchen, Anglerfisch, fluoreszierende Pilze, …), natürli-
chen (Sonne, Blitz, Feuer, Sterne, …) und künstlichen (Lampen, Kerze, Fernseher,
Ampel, …) Lichtquellen sowie beleuchteten Körpern (Mond, Reflektoren, Spiegel, …)
zu klären. Eine Wiederholung dieser Unterschiede kann als Einstieg für die vorlie-
genden Einheiten dienen.
Was brauche ich, um einen Gegenstand sehen zu können? / Ohne Licht geht es
nicht!
Den Schülerinnen und Schülern sollte als Folge dessen bereits klar sein, dass Licht
notwendig ist, um einen Gegenstand sehen zu können. Unser Auge kann nur be-
leuchtete oder selbst leuchtende Dinge sehen. Der Weg des Lichtes von der Licht-
quelle über den beleuchteten Gegenstand bis zum Auge ist hier äußerst wichtig.
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Die vorliegenden Unterrichtseinheiten beschäftigen sich mit einer physikalisch komplexen
Thematik Deshalb ist es wichtig, dass die Lehrkraft mit den fachlichen Grundlagen vertraut
ist.
Biologische und physikalische Grundlagen für die Lehrkraft:
Dorn, Friedrich / Bader, Franz: Physik. Gymnasium, Sekundarstufe I. Hannover: Schroedel,
2001.
Purves, W. K. / Sadava, D. / Orians, G. H. / Heller, H. C. / Markl, Jürgen (Hrsg.): Biologie.
München: Elsevier, Spektrum Akad. Verlag, 2006. 7. Aufl. (1. Aufl. der dt. Übers.).
Zur Lochkamera:
http://www.planet-schule.de/sf/multimedia-interaktive-animationen-
detail.php?projekt=lochkamera
Lichtbox und Strahlenhaus im Detail zum Nachbauen:
Um die Strahlenbox von innen zu
beleuchten, eignet sich eine licht-
starke Taschenlampe.
Das Strahlenhaus ist etwas kom-
plizierter zu bauen. Allerdings
kann man hier auf den einzelnen
Seiten die unterschiedlichen
Lichtbündel besser vergleichen.
Zum Beleuchten eignet sich sehr
gut ein selbst gebauter Strom-
kreis.
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Augenmodell:
Ergebnis der gemeinsamen Reflexion
Die Schülerinnen und Schüler führten mit Begeisterung die aus ihrer Sicht sehr spannenden
Versuche durch. Auftauchende Probleme und Unklarheiten ließen sich mit Unterstützung der
Lehrkraft klären.
Zunächst musste der Raum möglichst gut abgedunkelt werden, da sonst einige Effekte
schlechter sichtbar und Beobachtungen schwierig werden.
Beim Versuch mit dem Sieb hatten die Kinder die Idee, das Sieb wegzulassen. Der Effekt
war hier genauso sichtbar, allerdings konnten die einzelnen Strahlen nicht gesehen werden.
Man einigte sich darauf, dass das von der Taschenlampe ausgehende Licht in diesem Fall
als großer Strahl betrachtet werden kann, der aus vielen kleinen Strahlen besteht, die das
löchrige Sieb sichtbar macht.
Vor allem beim Strahlenhaus und der Lichtbox konnten die Schülerinnen und Schüler das
Phänomen der Lichtstrahlen und Lichtbündel nochmals sehen. Die mit Flüssigkeiten gefüll-
ten Gläser wirkten hier ebenfalls wie Linsen. Sogar die Strahlengänge wurden von den Kin-
dern gezeichnet.
Schwieriger als erwartet stellte sich der Umgang mit den Lochkameras heraus. Hier ist eine
explizite Anleitung und Hilfestellung der Lehrkraft unabdingbar, da die Kinder sonst durch
das Loch schauen. Dies dürfen sie aber gerade nicht, da das Loch wie eine Linse wirkt. Sie
müssen von außen den Pergamentschirm betrachten. Hier wäre es sinnvoll, mit den Schüle-
rinnen und Schülern eigene Lochkameras zu bauen, mit denen sie üben können. Anleitun-
gen finden sich in vielfältiger Art und Weise in der Literatur. Auch die Lehrkraft sollte den
Umgang mit diesen Kameras im Vorfeld üben.
Am meisten Begeisterung zeigten die Kinder über die Arbeitsform der Stamm-Experten-
Gruppen (StEx). Sie äußerten sich äußerst positiv darüber, „weil ich es den anderen Kindern
erklären durfte und die anderen Kinder es mir erklärt haben“.
Die Anleitung zum Bau des Augen-
modells findet sich in der angegebe-
nen Literatur. Die Rolle muss aller-
dings einen Metall- oder stabilen
Kunststoffboden (Chips- oder Müsli-
rolle) haben. Ein Pappboden ist zu
instabil.
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Anregungen zum weiteren Lernen
Diese Themen könnten je nach Interessen der Kinder behandelt werden, z.B. auch als Ex-
pertenpräsentationen. Evtl. haben die Schülerinnen und Schüler selbst weitere Anregungen,
die sie aufgreifen möchten.
Eigenes Sichtfeld und Sichtfeld von Tieren
Räumliches Sehen
Besonderheiten: Gelber Fleck und Blinder Fleck
Adaption und Akkomodation
Fehlsichtigkeiten, z.B. Kurz- und Weitsichtigkeit
Brechung, Reflexion, Spiegelung
Alles über Schatten
Positive und negative Nachbilder
Entstehung von Farben
Wie entsteht ein Regenbogen?
Additive und subtraktive Farbmischung
Optische Täuschungen
Wie entsteht eine Fata Morgana?
Wie ist es, wenn man blind ist?
Wie entstehen Farben?
Augen/Sehen bei Tieren
Für viele dieser Inhalte finden sich ebenfalls auch für die Grundschule geeignete Filme auf
mebis.
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Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler
Bei der Arbeit mit den verschiedenen
Lochkameras und dem Augenmodell stell-
ten die Gruppen teilweise mehrere Kerzen
auf. Dies trug allerdings eher zur Verwir-
rung bei. Eine Kerze ist völlig ausreichend.
„Zerstreut“ ist der falsche Aus-
druck. Das Glas mit Öl wirkt wie
eine Sammellinse. Das Licht wird
hier gebündelt. Durch die Schlitze
im Strahlenhaus werden diese
Lichtbündel sichtbar. Damit keine
falschen Vorstellungen entstehen
ist es besonders wichtig, auf die
Wahl der richtigen Begrifflichkei-
ten zu achten, die die Lehrkraft
den Kindern vorgibt und, soweit
nötig, erläutert.
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Alle vorliegenden Schülerergebnisse wurden während des Arbeitsprozesses erstellt und sind
deshalb noch nicht rechtschriftlich und grammatikalisch verbessert.
Die Schülerinnen und Schüler dieser Gruppe bemerkten in der Diskussion von selbst, dass
sie die Abbildungen der Kerze falsch gezeichnet hatten. Auf dem Schirm der Lochkamera
erscheinen alle Abbildungen auf dem Kopf. Die weiteren Antworten wurden von den Kindern
entgegen des Auftrages nicht schriftlich fixiert. Allerdings konnten sie die Ergebnisse prob-
lemlos im Plenum präsentieren.
Die vorgegebene Zeichnung auf dem Arbeitsblatt erwies sich als zu abstrakt für die Kinder.
Zumindest Bezeichnungen für die einzelnen Teile müsste man ergänzen. Diese Experten-
gruppe stellte ihr Ergebnis dann mit Hilfe des Augenmodells und einer Lochkamera vor.
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Diese Expertengruppe hatte Schwierigkeiten bei der Versprachlichung ihrer Ergebnisse. Die
Formulierungen mussten im Plenum noch ausführlich thematisiert werden. Licht wird nicht
größer oder kleiner, es wird je nach Standort des Glases unterschiedlich stark abgelenkt. Die
Kinder ergänzten den Satz gemeinsam mit der Lehrkraft und leiteten die Begriffe aus den
Namen der Linsen ab. Hierbei muss der Begriff „zerstreut“ noch vertieft werden. Es heißt
zwar „Zerstreuungslinse“, Licht allerdings wird „gestreut“. Auch der Ausdruck „gebogene Lin-
se“ ist zu ungenau, da alle Linsen auf mindestens einer Seite gewölbt sind. Sinnvoller ist es
hier, die Form der Linse zeichnen zu lassen. Diese Sachverhalte wurden bei dieser Gruppe
in der Zusammenschau im Plenum gemeinsam auf das Auge übertragen.
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Die Zeichnung ist korrekt, allerdings ist es sinnvoll, hier nur eine Kerze zu betrachten. Hier
wurden drei Kerzen nebeneinander aufgestellt. Es darf durch die Zeichnung nicht der Ein-
druck entstehen, dass die Kerze durch das Modell vervielfacht wird.
Es wäre noch gut, neben den Teilen des Auges auch die dazu passenden Teile des Modells
zu benennen und die beiden Sachen evtl. tabellarisch zu notieren.
Verändert man weder Position der Kerze noch Position des Augenmodells wird das Bild nicht
schärfer, sondern nur unschärfer. Hier ist noch ein klärendes Gespräch mit der Gruppe not-
wendig.
