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Themen und Inhalte

In diesem Kapitel werden die Themenfelder und Inhalte für das Fach Astronomie dargestellt. Die Themenfelder 3.1 bis 3.7 sind didaktisch verbunden und ergeben eine sinnvolle und begründete Reihenfolge. Die Reihenfolge der Themenfelder und die Akzentuierung ihrer Inhalte können jedoch an die jeweilige Lerngruppe, an schulartspezifische Bedingungen und an konkrete Besonderheiten der Schule angepasst werden. Das Themenfeld 3.8 kann getrennt oder in die anderen Themenfelder integriert behandelt werden.

Die Themenfelder und Inhalte bieten zahlreiche Möglichkeiten, Bezüge zu anderen Fächern und zu übergreifenden Themen herzustellen. Auf unterschiedlichen Niveaus können einzelne Aspekte erneut aufgegriffen und vertieft werden.

Um die gleichberechtigte Teilhabe am gesellschaftlichen Leben, unabhängig von ethnischer und kultureller Herkunft, sozialem und wirtschaftlichem Status, Geschlecht und sexueller Orientierung, Alter und Behinderung sowie Religion und Weltanschauung zu ermöglichen, ist es erforderlich, diese individuelle Vielfalt der Lernenden bei der Planung des Unterrichts zu berücksichtigen. Damit fördert der Unterricht die Stärken unterschiedlicher Persönlichkeiten und ermöglicht inklusives Lernen.

Die ausgewiesenen Themenfelder werden für Schülerinnen und Schüler, die wegen einer erheblichen und langandauernden Beeinträchtigung ihres Lern- und Leistungsverhaltens sonderpädagogische Förderung erhalten oder für die sonderpädagogischer Förderbedarf im Förderschwerpunkt „Lernen“[1] festgestellt wurde, schülerbezogen berücksichtigt. Sie werden entsprechend der Lebensbedeutsamkeit für die Schülerinnen und Schüler ausgewählt.

Zu jedem Themenfeld sind wichtige Bezüge zu den Basiskonzepten des Fachs Physik dargestellt. Die Themenfelder und Inhalte bilden die Grundlage für differenzierte Aufgabenstellungen und eine Materialauswahl, die eine Herausforderung für das gesamte Leistungsspektrum einer Lerngruppe darstellt. Die Lernenden erhalten Gelegenheit, ihre Fähigkeiten und Fertigkeiten im Umgang mit den Themenfeldern und Inhalten allein und in der Zusammenarbeit mit anderen unter Beweis zu stellen. Sie erfahren dabei, in welchem Maße sie die gesetzten Standards erreichen bzw. was sie tun können, um ihre Kompetenzen zu vertiefen und zu erweitern.

Die Kontexte enthalten Anregungen, die die Fachkonferenzen oder Fachlehrkräfte je nach Schulart bzw. -profil nach eigenem Ermessen bei der Planung von Unterricht berücksichtigen können. Dazu ist es erforderlich, dass die Lehrkräfte auf der Grundlage eines schulinternen Curriculums ein eigenes Unterrichtskonzept entwickeln. Dabei sind neben den vorgegebenen Kompetenzen und Inhalten die Interessen der Schülerinnen und Schüler, das Schulprogramm, besondere Gegebenheiten der Schule sowie aktuelle Anlässe zu berücksichtigen. Hierfür ist die Kooperation der Lehrkräfte in Fachkonfe-renzen oder überschulischen Arbeitskreisen notwendig.

Da Beobachtungen, Untersuchungen und Experimente für Erkenntnisprozesse in der Astronomie eine wichtige Rolle spielen, werden hierzu Vorschläge für jedes Themenfeld unterbreitet.

Die in den Tabellen angegebenen Fachbegriffe beschränken sich auf wichtige, unverzichtbare Begriffe des Faches.

Die Rahmenlehrpläne der Fächer enthalten in allen Themenfeldern Beispiele für Differenzierungs-möglichkeiten, die den Lehrkräften helfen, das für ihre Lerngruppe und für einzelne Schülerinnen und Schüler passende Leistungsniveau anzubieten. Differenzierungsmöglichkeiten beziehen sich auf:

  • die Komplexität von Sachverhalten und Kontexten
  • die Tiefe, mit der die Inhalte behandelt werden
  • das Abstraktionsniveau
  • die experimentellen Zugänge, z. B. mit Bezug auf den Grad der Selbstständigkeit
  • die unterschiedlichen Bearbeitungsweisen, z. B. bei der Textrezeption, Neustrukturierung von Sachverhalten, beim Erkunden oder Recherchieren
  • unterschiedliche Verarbeitungsweisen, z. B. Aufgaben lösen, Textproduktion, Anwenden und Memorieren von Wissen
  • exemplarisches oder fachsystematisches Lernen

[1]  In Brandenburg sind diese Schülerinnen und Schüler dem Bildungsgang Förderschule Lernen gemäß § 30 BbgSchulG zugeordnet.

Jahrgangsstufe 9/10


3.1 Die Wissenschaft Astronomie
3.2 Orientierung am Sternenhimmel
3.3 Das Sonnensystem – unsere kosmische Heimat
3.4 Die Sonne – unser Stern
3.5 Sterne
3.6 Die Milchstraße – unsere Galaxis
3.7 Kosmologie
3.8 Themen und Methoden moderner astronomischer Forschung

Das Vorwissen und die Erfahrungen der Schülerinnen und Schüler über astronomische Themen werden aufgegriffen, gemeinsam geordnet und erweitert. Dabei werden Gegenstand, Teilgebiete und wesentliche Etappen der historischen Entwicklung der Astronomie thematisiert. Erste zielgerichtete astronomische Beobachtungen mit dem bloßen Auge und einfachen Teleskopen werden initiiert. Mit dem Besuch einer Sternwarte können viele Inhalte des Themenfeldes motivierend und authentisch behandelt werden.

Inhalte Beobachtungen, Untersuchungen, Experimente
  • Einführung in das Fach Astronomie
  • Entstehung und Entwicklung der Astronomie
  • Überblick über Themen und Methoden astronomischer Forschung
  • Astronomische Beobachtungsgeräte
  • Mondbeobachtung, z. B. scheinbare Bewegung des Mondes, Mondphasen
  • Erfassen der scheinbaren täglichen Bewegung der Sonne, z. B. mithilfe eines Schattenstabes

Beitrag zur Entwicklung der Basiskonzepte der Physik

System: Strukturierung der Astronomie in Teilgebiete

Wechselwirkung: Zusammenhang zwischen der Entwicklung der Weltbilder und gesellschaftlichen und wissenschaftlich-technischen Bedingungen

Mögliche Kontexte

  • Kalender, Weltbilder
  • Astronomie und Astrologie
  • Entwicklung der astronomischen Beobachtungstechnik an ausgewählten Beispielen

Fachbegriffe

  • Astronomie
  • heliozentrisches und geozentrisches Weltbild
  • Schattenstab
  • Refraktor, Reflektor

Beispiele für Differenzierungsmöglichkeiten

  • detaillierte Beschreibung der Wirkungsweise von Refraktor und Reflektor mithilfe von Strahlengängen und Kenngrößen
  • Einfluss bedeutender Astronomen auf die Entwicklung der Astronomie
  • langfristige Beobachtung und Dokumentation astronomischer Ereignisse und Phänomene

Ausgehend von den Vorerfahrungen der Schülerinnen und Schüler, die teilweise im Sachunterricht erarbeitet wurden, stehen die Möglichkeiten der Orientierung am Sternhimmel im
Mittelpunkt des Themenfeldes. Dabei geht es vor allem um die Unterscheidung von scheinbaren und realen Bewegungen in Abhängigkeit vom Bezugssystem. Der Besuch eines Planetariums bzw. die Nutzung von Planetariumssoftware sollten neben praktischen Himmelsbeobachtungen zu einer anschaulichen Auseinandersetzung mit den Inhalten beitragen.

InhalteBeobachtungen, Untersuchungen, Experimente
  • Sternbilder
  • Rotation und Revolution
  • Entstehung der Jahreszeiten
  • Modell scheinbare Himmelskugel
  • Horizontsystem
  • rotierendes Äquatorsystem
  • Identifizieren und Finden von kosmischen Objekten mithilfe einer Sternkarte und Planetariumssoftware
  • Winkelmessungen zur Ermittlung astronomischer Koordinaten
  • Auffinden von Sternbildern
  • Bestimmung der Himmelsrichtungen
  • Planung und Durchführung astronomischer Beobachtungen mithilfe von astronomischen Koordinatensystemen
  • Astrofotografie: Strichspuraufnahmen, Aufzeichnung eines Sonnen- oder Mondtagbogens

Beitrag zur Entwicklung der Basiskonzepte der Physik

System: Strukturierung der Astronomie in Teilgebiete

Wechselwirkung: Zusammenhang zwischen der Entwicklung der Weltbilder und gesellschaftlichen und wissenschaftlich-technischen Bedingungen

Mögliche Kontexte

  • Kalender, Weltbilder
  • Astronomie und Astrologie
  • Entwicklung der astronomischen Beobachtungstechnik an ausgewählten Beispielen

Fachbegriffe

  • Astronomie
  • heliozentrisches und geozentrisches Weltbild
  • Schattenstab
  • Refraktor, Reflektor

Beispiele für Differenzierungsmöglichkeiten

  • detaillierte Beschreibung der Wirkungsweise von Refraktor und Reflektor mithilfe von Strahlengängen und Kenngrößen
  • Einfluss bedeutender Astronomen auf die Entwicklung der Astronomie
  • langfristige Beobachtung und Dokumentation astronomischer Ereignisse und Phänomene

Ausgehend von einem Vergleich mit den anderen Planeten soll die Erde als einer von acht Planeten im Sonnensystem erkannt und in ihrer Einzigartigkeit verstanden werden. Dabei werden die verschiedenen Objektklassen charakterisiert und in das Sonnensystem eingeordnet. Weiterhin werden die Bewegungen und Größenverhältnisse im Sonnensystem herausgearbeitet.

InhalteBeobachtungen, Untersuchungen, Experimente
  • Sternbilder
  • Rotation und Revolution
  • Entstehung der Jahreszeiten
  • Modell scheinbare Himmelskugel
  • Horizontsystem
  • rotierendes Äquatorsystem
  • Identifizieren und Finden von kosmischen Objekten mithilfe einer Sternkarte und Planetariumssoftware
  • Winkelmessungen zur Ermittlung astronomischer Koordinaten
  • Auffinden von Sternbildern
  • Bestimmung der Himmelsrichtungen
  • Planung und Durchführung astronomischer Beobachtungen mithilfe von astronomischen Koordinatensystemen
  • Astrofotografie: Strichspuraufnahmen, Aufzeichnung eines Sonnen- oder Mondtagbogens

Beitrag zur Entwicklung der Basiskonzepte der Physik

System: Strukturierung der Astronomie in Teilgebiete

Wechselwirkung: Zusammenhang zwischen der Entwicklung der Weltbilder und gesellschaftlichen und wissenschaftlich-technischen Bedingungen

Mögliche Kontexte

  • Kalender, Weltbilder
  • Astronomie und Astrologie
  • Entwicklung der astronomischen Beobachtungstechnik an ausgewählten Beispielen

Fachbegriffe

  • Astronomie
  • heliozentrisches und geozentrisches Weltbild
  • Schattenstab
  • Refraktor, Reflektor

Beispiele für Differenzierungsmöglichkeiten

  • detaillierte Beschreibung der Wirkungsweise von Refraktor und Reflektor mithilfe von Strahlengängen und Kenngrößen
  • Einfluss bedeutender Astronomen auf die Entwicklung der Astronomie
  • langfristige Beobachtung und Dokumentation astronomischer Ereignisse und Phänomene

Die zentrale und dominierende Rolle der Sonne für das Planetensystem als Energiequelle und als Grundlage des Lebens auf der Erde steht im Mittelpunkt der Betrachtung. Bei den für eine anschauliche Umsetzung wichtigen praktischen Sonnenbeobachtungen ist unbedingt eine Belehrung zu den Gefahren der Sonnenbeobachtung durchzuführen.

InhalteBeobachtungen, Untersuchungen, Experimente
  • Sternbilder
  • Rotation und Revolution
  • Entstehung der Jahreszeiten
  • Modell scheinbare Himmelskugel
  • Horizontsystem
  • rotierendes Äquatorsystem
  • Identifizieren und Finden von kosmischen Objekten mithilfe einer Sternkarte und Planetariumssoftware
  • Winkelmessungen zur Ermittlung astronomischer Koordinaten
  • Auffinden von Sternbildern
  • Bestimmung der Himmelsrichtungen
  • Planung und Durchführung astronomischer Beobachtungen mithilfe von astronomischen Koordinatensystemen
  • Astrofotografie: Strichspuraufnahmen, Aufzeichnung eines Sonnen- oder Mondtagbogens

Beitrag zur Entwicklung der Basiskonzepte der Physik

Wechselwirkung: Einfluss der Sonne auf ihre Umgebung, insbesondere auf die Erde

Materie: Aufbau und Zusammensetzung der Sonne

Energie: Energiefreisetzung in der Sonne, Sonne als Energiequelle

Mögliche Kontexte

  • Sonnenbeobachtung und -fotografie
  • Entstehung von Polarlichtern
  • Geschichte der Erforschung der Sonne
  • Sonnenteleskope und Satelliten, z. B. Einsteinturm in Potsdam, GREGOR (Sonnenteleskop auf der Insel Teneriffa), SOHO (Solar and Heliospheric Obser-vatory), SDO (Solar Dynamics Observatory)

Fachbegriffe

  • Stern
  • Kern, Strahlungszone, Konvektionszone, Photosphäre, Chromosphäre, Korona
  • Kernfusion
  • Sonnenaktivität
  • Elektromagnetisches Spektrum
  • Teilchenstrahlung, Sonnenwind
  • Sonnenspektrum, fraunhofersche Linien
  • Solarkonstante

Beispiele für Differenzierungsmöglichkeiten

  • detaillierte Beschreibung verschiedener Methoden zur Sonnenbeobachtung
  • langfristige Beobachtung und Dokumentation der Sonnenaktivität
  • Sonnenbeobachtung in verschiedenen Spektralbereichen
  • Kernfusionsprozesse in der Sonne
  • Magnetfeld der Sonne
  • Sonne als alternative Energiequelle

Die Untersuchungsmethoden, die im Themenfeld Sonne erarbeitet wurden, werden auf andere Sterne angewendet. Ein Vergleich der verschiedenen Eigenschaften führt zu verschiedenen Möglichkeiten, Sterne einzuteilen bzw. zu klassifizieren. Schließlich werden die grundlegenden Prozesse bei der Entstehung und Entwicklung von Sternen betrachtet.

InhalteBeobachtungen, Untersuchungen, Experimente
  • scheinbare und absolute Helligkeit von Sternen
  • Entfernungsbestimmung mithilfe der Parallaxenmethode
  • Masse, Radius, Temperatur, Leuchtkraft als Zustandsgrößen von Sternen
  • Interpretation verschiedener Sternspektren und Einteilung in Spektralklassen
  • Hertzsprung-Russell-Diagramm (HRD)
  • Entstehung und Entwicklung von Sternen  
  • fotografische Dokumentation von Sternfarben
  • Zusammenhang zwischen Intensität des Lichts und Abstand zur Lichtquelle
  • Parallaxenbestimmungen in der alltäglichen Umgebung
  • Aufnahme und Auswertung von Sternspektren

Beitrag zur Entwicklung der Basiskonzepte der Physik

Wechselwirkung: Prozess der Sternentstehung

Materie: Phasen der Sternentstehung, Aufbau von Sternen

Mögliche Kontexte

  • Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA)
  • Spektralanalyse, Spektroskop
  • Geschichte der Spektralanalyse (Kirchhoff, Bunsen)
  • Erforschung der Sternentstehung mit dem Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (SOFIA)

Fachbegriffe

  • Stern
  • scheinbare Helligkeit, absolute Helligkeit
  • Parallaxe
  • Leuchtkraft
  • Spektralklasse
  • HRD

Beispiele für Differenzierungsmöglichkeiten

  • Charakterisierung spezieller Sterntypen
  • veränderliche Sterne
  • alternative Methoden zur Entfernungsbestimmung
  • Infrarotastronomie (IR-Astronomie)
  • visuelle und fotografische Beobachtung von Sternen, Doppelsternen und deren Spektren
  • Beobachtung der Entwicklungsstadien von Sternen an beispielhaften Objekten

Die Sonne wird als einer von 200 Milliarden Sternen in unsere Galaxis, die Milchstraße, eingeordnet. Einen Schwerpunkt in diesem Themenfeld bildet der Aufbau und die Dynamik der Milchstraße. Die Existenz Dunkler Materie wird mit einfachen Hypothesen qualitativ erarbeitet.

Der Vergleich mit anderen Galaxien führt zu einer Einteilung in verschiedene Galaxienarten ausgehend von deren Morphologie.

InhalteBeobachtungen, Untersuchungen, Experimente
  • Aufbau, Größe und Struktur des Milchstraßensystems
  • Dunkle Materie
  • Galaxienarten
  • eigene Beobachtung der verschiedenen Objektklassen
  • Milchstraßenmodell

Beitrag zur Entwicklung der Basiskonzepte der Physik

System: Milchstraßensystem

Wechselwirkung: Aufbau und Struktur der Milchstraße

Materie: Existenz Dunkler Materie

Mögliche Kontexte

  • historische Entwicklung der Vorstellungen über unsere Milchstraße
  • Vermessung der Milchstraße mithilfe des Satelliten Gaia
  • kosmische Entfernungsleiter

Fachbegriffe

  • Galaxis
  • Bulge, Scheibe, Spiralarme, Halo, Korona
  • offene Sternhaufen, Kugelsternhaufen
  • interstellare Materie: Gasnebel, Staubnebel Reflexionsnebel, Emissionsnebel
  • Schwarzes Loch
  • Dunkle Materie
  • elliptische Galaxien, Spiralgalaxien, irreguläre Galaxien, Zwerggalaxien, Quasare

Beispiele für Differenzierungsmöglichkeiten

  • Cepheiden und Supernovae vom Typ Ia als kosmische Standardkerzen
  • Radioastronomie
  • Rotation der Milchstraße

Das Ziel des Themenfeldes ist die Vermittlung eines naturwissenschaftlichen Weltbildes über die Entstehung, den Aufbau und die Entwicklung des Universums. Dabei ist die räumliche und zeitliche Einordnung der Erde in das Universum ein entscheidender Aspekt, der die zuvor behandelten Themenfelder vernetzt.

InhalteBeobachtungen, Untersuchungen, Experimente
  • Objekte und Strukturen im Weltall
  • Stellung der Erde im Kosmos
  • Rotverschiebung und Ausdehnung des Weltalls
  • Urknalltheorie
  • visuelle und fotografische Beobachtung von Galaxien
  • akustischer und optischer Dopplereffekt

Beitrag zur Entwicklung der Basiskonzepte der Physik

System: Galaxienhaufen

Wechselwirkung: Urknall, die vier Grundkräfte der Physik

Materie: Elementarteilchen, Struktur der Materie

Mögliche Kontexte

  • Erforschung des Weltalls mit großen Teleskopen, HUBBLE-SPACE-Telescope (HST), Very Large Telescope (VLT)
  • Untersuchung der kosmischen Hintergrundstrahlung mit dem Satellit COBE (Cosmic Background Explorer) und der Raumsonde WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)
  • Entdeckung der Galaxienflucht durch Edwin Hubble

Fachbegriffe

  • Galaxienhaufen
  • Galaxienflucht, Radialgeschwindigkeit
  • optischer Dopplereffekt und Rotverschiebung
  • HUBBLE-Konstante
  • Expansion und Dunkle Energie
  • Urknalltheorie

Beispiele für Differenzierungsmöglichkeiten

  • HUBBLE-Beziehung
  • Elementarteilchen und Struktur der Materie
  • quantitative Betrachtungen zum akustischen und optischen Dopplereffekt

Dieses Themenfeld kann als eigenständiges Abschlussprojekt oder in die anderen Themenfelder integriert behandelt werden. Die Astronomie bietet wie kaum ein anderes Fach die Möglichkeit, modernste Forschungsprojekte motivierend und verständlich zu thematisieren. Exemplarische Vertiefungen liefern so einen Beitrag zur Entwicklung von Kompetenzen, insbesondere im Bereich der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung. Die Umsetzung kann in Projekten erfolgen, es sind eigene Forschungsaufträge möglich. Dabei kommt es zu einer komplexen Anwendung zuvor gelernten Wissens. Die Umsetzung derartiger Projekte kann insbesondere zu einer Vorbereitung möglicher Seminarkurse, zur Teilnahme an Schülerwettbewerben oder für die Realisierung einer Facharbeit genutzt werden.

Mögliche Inhalte  

  • Erkundung kosmischer Objekte mithilfe von Satellitenmissionen
  • IR-Astronomie
  • Radioastronomie
  • Exoplaneten
  • Erforschung der Milchstraße
  • Astrofotografie mit digitalen Kameras
  • Spektroskopie
  • Erforschung und Beobachtung von Kleinkörpern im Sonnensystem
  • Raumfahrt, Raketentechnik    

 Mögliche Kontexte

  • Gaia-, Kepler-, Rosetta-Mission
  • Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) auf Hawaii
  • Grundlagen der digitalen Fotografie
  • Nutzung eines Remoteteleskops
  • ISS – aktuelle Aktivitäten und Beobachtung
  • Geschichte der Raumfahrt
  • Bau von Modellen
  • Astrofotografie
  • Astrospektroskopie