Relativitätstheorie relativ anschaulich

Tempolimit Lichtgeschwindigkeit

Didaktisches Konzept

Das Projekt stellt die relativistische Visualisierung als modernes Teilgebiet der Relativitätstheorie vor. Die Darstellung ist umfassend; es werden alle wichtigen Phänomene durch Simulationen illustriert und eingehend erläutert. Zentrales Element der Module sind die Computersimulationen. Es handelt sich um Bildserien, Filme, interaktive Programme sowie ein Modellexperiment zu Schwarzen Löchern.

Die Computersimulationen erlauben einen anschaulichen, "beobachtenden" und "experimentierenden" Zugang zur Relativitätstheorie, die traditionell abstrakt und deduktiv gelehrt wird. Zum Beispiel: Zwar können wir nicht selbst mit annähernd Lichtgeschwindigkeit reisen und dabei umherschauen, aber die Simulation erlaubt diese Beobachtung und damit die virtuelle Erfahrung extrem hoher Geschwindigkeiten. Oder: Zwar können wir nicht mit einem Schwarzen Loch experimentieren und Messungen daran ausführen, aber wir können solche Messungen an einem maßstabsgetreuen Modell ausführen und daran Geometrie und Physik in einem gekrümmten Raum "erforschen".

Um alle wichtigen Phänomene zu illustrieren haben wir Computersimulationen von zahlreichen verschiedenen Szenen erstellt. Einfache geometrische Objekte (Würfel, Kugel, Gitter) ergeben klare Bilder, die gut zu interpretieren sind. Wir haben jedoch die Erfahrung gemacht, dass ein Alltagsbezug sinnvoll ist. Je vertrauter die Szene, desto größer das Interesse an der Simulation und ihrer Erklärung. Wir zeigen deshalb auch beispielsweise Szenen mit dem Würfel als Spielwürfel, mit der Kugel als Ball, mit bekannten Gebäuden und mit Straßenszenen. Bewährt hat sich auch ein aktueller Bezug wie z.B. "relativistischer Fußball" im Juni 2006.

Großen Wert legen wir auf die genaue Erklärung der "beobachteten" Phänomene. Darin unterscheidet sich unser Webangebot von anderen Sites, die Computersimulationen zu diesem Thema anbieten, meist mehr oder weniger unkommentiert. Für die Erklärungen haben wir zahlreiche Illustrationen und Animationen erstellt. Die Erläuterungen sind verbal, grafisch und rechnerisch formuliert und werden so den verschiedenen Lerntypen gerecht.

Wir richten uns an eine breite Zielgruppe: Lehrende an Schule und Hochschule, Studierende, SchülerInnen und die interessierte Öffentlichkeit. Insbesondere richten wir uns an Lehramtsstudierende und LehrerInnen. Mit Visualisierungen kann relativistische Physik mitreißend, begeisternd und zu einem deutlich früheren Zeitpunkt unterrichtet werden.

Unsere Darstellung der relativistischen Visualisierung ist nicht linear, sondern vernetzt aufgebaut. Einzelne Beiträge, die jeweils in sich geschlossene Module sind, werden durch Verweise verknüpft. Je nach Interesse kann jedes Modul als Startpunkt dienen.

Die Module ergänzen einander nicht nur, sondern thematische Überschneidungen sind zahlreich und gewollt. Sie erlauben es, eine Fragestellung unter verschiedenen Gesichtspunkten zu betrachten, etwa einmal am Beispiel einer virtuellen Welt, in welcher der Betrachter relativistische Phänomene selbst erlebt und ein anderes Mal am Beispiel von astronomischen Beobachtungen, die eben diese Phänomene in der Wirklichkeit aufzeigen. Die Überschneidungen ermöglichen auch, die Erläuterungen zu den Filmen auf verschiedenen Ebenen anzubieten. So wird zum Beispiel ein Phänomen in einem Modul rein verbal erklärt, u.U. unterstützt durch Grafiken, in einem anderen dagegen rechnerisch behandelt. Damit möchten wir einer breiten Zielgruppe Rechnung tragen, die mit unterschiedlichen eigenen Vorkenntnissen arbeitet bzw. auf ganz verschiedenen Niveaus mit diesen Materialien unterrichten möchte.

Ein Teil der Module ist explizit didaktischer Natur und enthält Unterrichtsvorschläge inklusive Aufgaben. Selbstlerner können diese Aufgaben zur Selbstkontrolle nutzen. Zu allen Aufgaben sind ausgearbeitete Lösungen vorhanden. Andere Module dienen der Übersicht über einen Themenkomplex oder können durch ihren eher unterhaltenden Charakter als motivierende Einführung ins Thema dienen.

Das Webangebot deckt dagegen nicht die Grundlagen der Theorie ab; es ist dazu bestimmt, zusammen mit einer Vorlesung oder mit Lehrbüchern benutzt zu werden. Für die Vermittlung der Grundlagen sind Bücher das geeignetere Medium, da die Theorie vergleichsweise abstrakt ist und im Fall der Allgemeinen Relativitätstheorie auch einen umfangreichen mathematischen Apparat benötigt. Für den Bereich Visualisierung sind dagegen digitale Medien angezeigt, da sie eine Integration von Text mit Filmen sowie interaktiven Elementen ermöglichen.


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AutorInnen: Ute Kraus, Datum: 13.04.2007
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