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Farbenlehre und Optik

Themenführungen und Experimentalpraktika in der Ausstellung Experiment FARBE:

Aufgrund des wechselnden Schwerpunkts sind nicht alle Ausstellungsexponate jederzeit verfügbar. Entsprechend können bestimmte Themenführungen nur in bestimmten Zeiten vollumfänglich angeboten werden. Allgemeine Führungen sind jederzeit möglich.

Mögliche Themen, die über eine allgemeine Führung hinausgehen und spezifische Probleme der Optik behandeln, finden Sie unten stehend. Selbstverständlich versuchen wir gerne, die jeweiligen Kursinhalte auf Altersstufe und Vorwissen der Schülerinnen und Schüler mit Ihnen im Vorfeld abzustimmen oder nach ihren Wünschen zu variieren:

Vom Bild zur Abbildung: Bilder, Nachbilder, farbige Schatten

(Klassenstufe 5-10)

Naturwissenschaft beginnt mit der Wahrnehmung eines Phänomens und einer Frage. In der Farbenlehre und Optik sind Bilder und Farben Ausgangspunkte. Auf die blosse Wahrnehmung lassen wir im Kurs eine genaue Beobachtung folgen, die Fragen weckt, dann ein Experiment, in dem wir die Bedingungen genau kennen und variieren können und kommen so von optischen Bildern zur optischen Abbildung an einfachen Farbphänomenen und zum Farbenkreis als Farbordnung. Dabei entstehen im Vorübergehen einige Fragen für Schülerinnen und Schüler, die dann besprochen werden können: Kann ich meinen Sinnen trauen? Sind Sinneswahrnehmungen wissenschaftlich brauchbar oder nicht? Was ist ein Experiment? Ab wann ist es wissenschaftlich?

Von der Abbildung zum Bild: dunkle und helle Schatten

(Klassenstufe 9-12)

Wir sind gewohnt Schatten als Bilder des schattenwerfenden Gegenstandes zu denken. Aber stimmt das? Wie sieht der von einer Kerzenflamme hervorgerufene Schatten einer Perle aus? Das hängt ganz entscheidend von den Versuchsbedingungen ab. Manchmal ist er ein Bild der Perle, manchmal ein kopfstehendes dunkles Bild der länglichen Kerzenflamme. In Gruppen studieren die Schülerinnen und Schüler dieses und ähnliche Phänomene. Den Abschluss bildet ein heller Schatten, ein Schatten der hinter dem verdeckenden Objekt heller ist, als neben diesem und von einer künstlichen schwarzen Sonne in heller Umgebung geworfen wird. Die Erklärung dieses sensationellen Phänomens kann durch Anwendung der Kursinhalte von den Schülerinnen und Schülern selber als intellektuelle Herausforderung angegangen werden und führt zu einem vertieften Verständnis der optischen Abbildung.

Von der Physiologie zur Optik der Farbe

(ab Klassenstufe 6)

Diese Themenführung umfasst in mehreren Stationen die Farbenlehre von einfachen physiologischen Beobachtungen, wie Nachbilder und farbige Schatten bis zu komplexeren Schattenphänomenen und der optischen Abbildung. Es folgen prismatische und spektralen Farbexperimente, Interferenz- und Polarisationsexperimente. Dabei werden folgende Fragen thematisiert: Gibt es einen Bruch zwischen den physiologischen und physikalischen Phänomenen, oder sind Übergangsphänomene zu finden? Gelten in der Physiologie der Farbe andere Gesetze als in der Physik der Farbe? Was haben alle diese Phänomene gemein und worin unterscheiden sie sich?

Atmosphärische Farbphänomene im Überblick

(ab Klassenstufe 6)

Wir alle kennen Farbphänomene am Himmel, wie Morgen- und Abendrot, die Bläue des Himmels, Regenbögen, Höfe um Sonne oder Mond. Weniger bekannt sind die verschiedenen Formen von Halos einschliesslich Nebensonnen, Lichtsäulen über Strassenlaternen und nicht kreisförmige Koronen. Viele dieser Phänomene werden in der Ausstellung durch Experimente künstlich hervorgerufen und können nach einer allgemeinen Einführung von den Schülerinnen und Schülern in kleinen wechselnden Gruppen selbständig studiert werden.

Atmosphärische Farbphänomene I: Morgenrot, Abendrot und Himmelsbläue.

(Klassenstufe 9-12)

Eine Erklärung dieser Phänomene kann in wenigen Minuten gegeben werden, denn sie lassen sich gemeinsam auf die 1/λ4 -Abhängigkeit des Wirkungsquerschnitts der Rayleigh-Streuung zurückführen. Doch ist damit alles verstanden, was man beobachten kann? Warum ist der Himmel an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich blau? Eine genauere Beobachtung zeigt auch, dass er an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich stark polarisiert ist. Warum ist der Himmel abends blauer und nicht nur dunkler als Mittags? In diesem Kurs stellen wir in den Ausstellungsräumen zusätzlich Experimentiermaterialien zur Verfügung und gehen diesen Phänomenen zuerst experimentell und dann auch intellektuell auf den Grund, indem wir Goethes Erklärung der Phänomene, der die Polarisationsabhängigkeit des Himmels bemerkte und beschrieb, mit späteren Erklärungen vergleichen.

Atmosphärische Farbphänomene II: Regenbogen und Halo

(Klassenstufe 9-12)

Regenbögen und Halos bestechen aufgrund ihrer Geometrie und Farbigkeit fast jeden Beobachter. Doch kann man an ihnen mehr entdecken als dies. So zeigt ein eingehenderes Studium, dass Regenbögen auch polarisiert sind – eine Eigenschaft die ebenso wenig aus der Descartesschen Strahlenkonstruktion verständlich wird, wie die auf Interferenz beruhenden überzähligen Bögen. In diesem Experimentierpraktikum gehen wir solchen und ähnlichen Erscheinungen experimentell und gedanklich nach.

Atmosphärische Farbphänomene III: Höfe und Koronen

(Klassenstufe 9-12)

Höfe um den Mond hat schon jeder gesehen. Aber warum ist er rund, wenn der Mond selbst eine schmale Sichel ist? Warum lässt er sich mit dem Finger abdecken, aber nicht der (runde) Hof um eine Kerzenflamme? Und warum gibt es andererseits Höfe bzw. Koronen, die keineswegs rund sind, ganz gleich welche Form der Mond oder die hervorrufende Lichtquelle hat? Diese Beugungsphänomene werden experimentell erzeugt und können durch eine im Fortgang erarbeitete klare Unterscheidung von abgebildetem Bild und optischer Abbildung erklärt werden.

Einführung in Goethes Farbenlehre

(ab Klassenstufe 5)

Jedes Phänomen lässt sich auf unterschiedliche Weise verstehen und jede Erklärung hat Stärken und Nachteile. In dieser Führung durch die Ausstellung gehen wir besonders auf verschiedene Erklärungen ein und erläutern, was Goethe mit seiner Farbenlehre wollte. Themen können dabei sein: Worin unterscheidet sich eine Beschreibung von einer Erklärung? Was ist der Unterschied zwischen einer Erklärung und einer Theorie oder Hypothese? kann das Verhältnis zwischen Theorie und Experiment genau bestimmt werden?

Goethes Farbenlehre und Newtons Optik

(Klassenstufe 9-12)

Newton und Goethe werden häufig als Antagonisten mit unterschiedlichen Weltbildern bezeichnet. Dabei wird übersehen, dass Goethe und Newton Einiges gemeinsam haben, wie etwa ihre interdisziplinären Forschungsinteressen und einen grundsätzlich empirischen Forschungsansatz. In dieser Themenführung gehen wir auf Gemeinsames und Gegensätzliches speziell im Hinblick auf optische Fragen ein und zeigen neue Experimente, die Goethes Komplementaritätsthese experimentell mit Newtons Experimenten verbinden. Die gezeigten Experimente werden kontrovers mit den Schülerinnen und Schülern diskutiert und die Frage nach der Rolle der Symmetrie in der Optik wird besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Je nach Klassenstufe kann auch diskutiert werden, ob Goethes Thesen sich nicht schon aufgrund der Energieerhaltung mit heutiger Physik stützen und begründen lassen. Gute Vorkenntnisse in Optik, Physik und Newtons Theorie des Lichts sind zwar nicht unbedingt notwendig, beleben aber das gemeinsame Gespräch an den gezeigten Experimenten.

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