Wie viel Uhr ist es in Paris, in Peking oder in Sydney? – Die Zeitzonen

Autor/inn/en:	MJENR/DESCO und französische Académie des sciences/La main à la pâte
Publikation:	30.9.2002
Lernstufe:	3
Ziele:	An einem einfachen Modell des Systems Erde-Sonne verschiedene Annahmen zur Erklärung des Wechsels von Tag und Nacht prüfen können. Zu dem Schluss kommen, dass aufgrund alltäglicher Erfahrung keine eindeutige Aussage zu machen ist. Wissen, dass die Erde sich in 24 Stunden einmal um sich selbst dreht. Aus der Beobachtung der scheinbaren Bewegung der Sonne auf die Richtung der Erdumdrehung schließen können. An einem Modell oder in einer schematischen Zeichnung die ungefähre Ortszeit angeben können: das Prinzip der Zeitzonen verstanden haben.
Angestrebte Kenntnisse:	Himmel und Erde. Die Erdrotation und ihre Konsequenzen.
Dauer:	Ungefähr 10 Unterrichtsstunden à 45 bis 60 Minuten erscheinen notwendig.
Material:	Materialien für eine Schülergruppe: Eine Zeitzonenkarte eine Taschenlampe für die Darstellung der Sonne, eine kleine Kugel (zum Beispiel aus Styropor) mit Achse (Stricknadel, Holzspieß...) für die Darstellung der Erde. Die Größe der Kugel sollte zur Breite des Lichtkegels der Lampe passen, d.h. innerhalb des Kegels gut Platz finden. Um jedes Risiko zu vermeiden, setzt die/der Lehrende die Polachse ein, stößt die Stricknadel oder den Holzspieß mittig durch die Kugel. Materialien für die gemeinsame Erörterung: Eine weiße Kugel zur Darstellung der Erde, größer als die der Schüler/innen, einen Strahler oder eine relativ starke Birne (100 W) [4]. Bei letzterer ist Vorsicht geboten und die Schüler/innen dürfen damit nicht hantieren.
Herkunft:	La main à la pâte, Paris

In dieser Unterrichtseinheit wird die Drehung der Erde durchgenommen und in einfacher Form ihre unmittelbaren Folgen: der Wechsel von Tag und Nacht, die Zeitzonen. Die Städte Sydney und Peking wurden nicht nur gewählt, weil sie als Austragungsorte der Olympischen Spiele (2000 und 2008) berühmt sind, sondern auch, weil ihre Lage auf dem Globus, wie sich später zeigen wird, pädagogisch interessant ist:
- Sydney liegt auf der südlichen Halbkugel, ungefähr auf dem entgegengesetzten Meridian, so dass man sagen kann, "wenn es Tag ist in Paris, ist es Nacht in Sydney";
- der Meridian von Peking und der unsrige liegen grob gerechnet um einen rechten Winkel auseinander, sodass sich sagen lässt: "Wenn es in Paris Mittag ist, beginnt in Peking die Nacht". Genauere Kenntnisse werden die Schüler/innen in dieser Unterrichtseinheit nicht erwerben.

Ergänzend gibt es zu dieser Unterrichtseinheit eine Bechreibung der Stellung dieses Themenbereichs im [französischen] Lehrplan. Da es für den deutschsprachigen Raum so viele verschiedene Lehrpläne gibt, die Lehrpläne sich aber doch in vielen Punkten ähneln, verweisen wir an dieser Stelle auf den französischen Lehrplan.

Möglicher Ablauf der Unterrichtseinheit

Die Vorgehensweise ergibt sich aus folgender Frage: "Wie kommt es, dass in zwei weit voneinander entfernten Städten auf der Erde die Uhrzeit nicht die gleiche ist?" Die Frage ist nicht ganz einfach. Zur Beantwortung muss man ein paar Kenntnisse haben und sie vernünftig einsetzen:

Die Erde dreht sich um sich selbst; dadurch entsteht der Wechsel von Tag und Nacht.
Die Uhrzeit an einem Ort hängt vom Meridian, vom Längengrad des Ortes ab.
Man findet sich auf der Erdkugel mit Hilfe von wohl definierten Bezeichnungen zurecht (Längen- und Breitengrad, Äquator, Pole, Halbkugeln/Hemisphären).

Hier wird ganz bewusst nicht davon ausgegangen, dass diese Punkte im Voraus abzuhandeln sind, bevor die Zeitzonen durchgenommen werden. Im Gegenteil, die Ausgangsfrage soll den roten Faden abgeben, der zu den notwendigen Kenntnissen führt. Ganz ohne Vorkenntnisse geht es allerdings nicht:

Selbst bei größtmöglicher Vereinfachung der Zeitzonenfrage muss als verstanden gelten, dass die Erde eine Kugel ist^[1].
Die Schüler/innen müssen bereits wissen, dass die Uhrzeit nicht überall auf der Erde die gleiche ist. Im Allgemeinen ist das auch der Fall, zumal eine ganz einfache Kenntnis bereits genügt ("wenn es bei uns Tag ist, ist es Nacht auf der anderen Seite der Erde").

Unterrichtsstunden	Ausgangsfrage	Schülerarbeiten	Naturwissenschaftliche Herangehensweise	Folgerungen, erreichte Ziele
Vorbereitende Stunde	Beobachtung der Sonne in ihrem Tageslauf	Beobachtung	Beobachtung	Die Sonne steht am höchsten, wenn unsere Uhren Mittag zeigen.
Stunde 1	Wie kann man die Uhrzeit in einem fernen Land wissen?	Benutzung einer Zeitzonenkarte	Versachlichung und Formulierung der Fragestellung	Die Schüler/innen können eine Karte lesen.
Stunde 2	Warum ist es Nacht in Sydney, wenn in Paris Mittag ist?	Sammeln und Vergleich der Meinungen	Erste Hypothesen	Die Schüler/innen korrigieren und erweitern ihren Wortschatz.
Stunde 3	Welche Begriffe werden gebraucht? (Pol, Äquator, Halbkugel, Meridian, usw.)	Literaturrecherche	Literaturrecherche	Begriffsliste erstellen. Äquator und einen Meridian auf eine Styroporkugel zeichnen. Paris und Sydney einzeichnen.
Stunde 4	Wie viel Uhr ist es in Sydney, wenn in Paris Mittag ist?	Erklärung anhand eines Modells: Lichtkegel + weiße Kugel	Nachahmung im am Modell	Wenn es in einer der beiden Städte hell ist, liegt die andere im Dunkeln.
Stunde 5 und 6	Wie kann man den Wechsel von Tag und Nacht erklären?	Überlegter Umgang mit dem Modell. Prüfung von Hypothesen anhand des Modells.	Hypothesen und Modellversuche	Am Modell lassen sich widersprüchliche Hypothesen nicht immer klären.
Stunde 7	Wie viel Uhr ist es in Peking, wenn in Paris Mittag ist?	Antwortsuche anhand des Modells	Eine neue Fragestellung ergibt sich.	Der Drehsinn der Erde bleibt zu bestimmen.
Stunde 8	In welcher Richtung dreht sich die Erde um sich selbst?	Versuche mit Lichtkegel und weißer Kugel	Überlegung	Die Sonne bewegt sich vor uns von links nach rechts, also bewegt sich die Erde vom Nordpol aus gesehen in umgekehrter Richtung.
Stunde 9	Erneut wird dir Frage aus Stunde 7 gestellt: Wie viel Uhr ist es in Peking, wenn es in Paris Mittag ist?	Versuche mit dem Modell	Lösung	Wenn sie den Drehsinn der Erde kennen, können die Schüler/innen die Frage beantworten und gleichzeitig weitere Fragen erfinden.
Stunde 10	Wie lässt sich behalten, was man verstanden hat?	Zweidimensionale Darstellung	Schematische Darstellung	Anfertigung eines zweidimensionalen Modells, Fotos und beschriftete schematische Zeichnungen

Obige Aufteilung ist natürlich nur ein Beispiel und jede/r Lehrende wird, in Abhängigkeit von den Fortschritten der Klasse und vom Unterrichtsplan, Änderungen vornehmen. Stunde 3 hat nur Sinn, wenn den Schüler/inne/n bewusst ist, dass sie ihre Gedanken nicht klar ausdrücken können, weil ihnen die genauen Begriffe fehlen. Es fragt sich, wann der geeignete Zeitpunkt gekommen ist. Die/der Lehrende muss entscheiden, wann der Sachverhalt verstanden ist und Begriffsklärungen nötig werden, vorher sind sie nicht sinnvoll. Die Literaturrecherche muss nicht unbedingt eine ganze Stunde in Anspruch nehmen. Die Schüler/innen können aufgefordert werden, ihre Wörter, falls sie sich des Sinnes nicht sicher sind, oder Uneinigkeit besteht, von sich aus zu überprüfen. Stunde 4 ist einfach und kurz. Manche Lehrende nehmen sie lieber schon zusammen mit Stunde 2 durch und lassen die Schüler/innen angeben, wo Paris und Sydney auf ihrer Kugel liegen.
Die Unterrichtseinheit kann in zwei Teile geteilt und der zweite erst im folgenden Schuljahr durchgenommen werden. Wir schlagen folgende Aufteilung vor:

Im ersten Schuljahr der Lernstufe 3 (4. Klasse) die Frage der verschiedenen Uhrzeiten in verschiedenen Städten stellen. Beantwortung anhand einer Weltkarte und eines Modells (Lichtkegel, Kugel). Den Schüler/innen wird der Drehsinn der Erde vorgegeben. Damit wird die Hauptschwierigkeit der Unterrichtseinheit vorläufig umgangen.
Im darauf folgenden Schuljahr wird in einer ersten Stunde die Erinnerung aufgefrischt. Anschließend werden mehrere Stunden den möglichen Erklärungen des Wechsels von Tag und Nacht, dem Drehsinn der Erde und dem schwierigen Problem der Relativbewegung, gewidmet.

Vorbereitende Unterrichtsstunde. Beobachtung der Sonne im Tageslauf

Die pädagogische Vorbereitung der Schülerarbeit wird hier nicht im Einzelnen besprochen. Wir erinnern jedoch an die Lernziele dieser vorbereitenden Unterrichtsstunde:

klare begriffliche Unterscheidung von Uhrzeit und Zeitdauer;
vereinfachte Beschreibung der scheinbaren Bewegung der Sonne im Tagesverlauf.

Unterrichtsstunde 1. Wie kriegt man raus, wie viel Uhr es in einem fernen Land ist?

In dieser Unterrichtsstunde kann Wissen, das jedermann über die Zeitverschiebung hat, miteinander geteilt (die Uhrzeit ist nicht überall auf der Erde die gleiche), und der Gebrauch einer vereinfachten Karte der Zeitzonen erlernt werden.

Gemeinsam: auf die Fragestellung hinarbeiten

Man sollte sich auf genaue, wertfreie Tatsachen berufen können. Die/der Lehrende kann die Frage an einem Medienbeispiel (Videovorführung...) zur Sprache bringen. Sie/er mimt Verblüffung: "Wie ist das möglich? In Paris ist Abend und in dem Land ist Mittag!... Stimmt das wirklich? Seid ihr nicht erstaunt?" Die Schüler/innen sagen, was sie denken und wissen, eventuell auch, was sie erfahren haben. Die/der Lehrende wertet keine der Aussagen. Sie/er begnügt sich damit, die Schüler/innen zu ermuntern.

Jeder für sich

Jede/r Schüler/in verfügt über eine Karte der Zeitzonen, die auch ein paar große Städte aufweist. Folgende oder ähnliche Fragen sind zu beantworten:

"Es ist Mittag in Paris, wie viel Uhr ist es in Peking?"
"Es ist 8 Uhr in Paris, wie viel Uhr ist es in New York?"
"Es ist 14 Uhr in Moskau, wie viel Uhr ist es in Dakar?"
"Es ist 15 Uhr in Mexiko, wie viel Uhr ist es in Neu Delhi?" usw.

In kleinen Gruppen

Die Schüler/innen vergleichen ihre Antworten. Im Fall der Übereinstimmung stellen sie sich gegenseitig neue Fragen. Sind sie uneins, fragen sie den/die Lehrer/in, der/die wenn nötig vorschlägt, den Stundenschieber und die Weltkarte mit den Zeitzonen zu benutzen.

Gemeinsam

Der/die Lehrer/in wiederholt, wie die Karte zu gebrauchen ist und fordert zum Schluss die Schüler/innen auf, bei den Erwachsenen in ihrer Umgebung nach Erfahrungen mit der Zeitverschiebung zu fragen. Zusätzlich, und wenn die Stunde damit nicht überfrachtet wird, sind Anmerkungen möglich:

Man teilt in 24 Zeitzonen ein, weil der Tag 24 Stunden hat.
Wir haben uns auf die Uhrzeit in Frankreich bezogen. Das ist bequem, weil wir hier leben und weil es einer historischen Rolle der europäischen Länder entspricht, der Bezug ist jedoch beliebig. Die Karte könnte auch auf einen Nullpunkt (der Zeitverschiebung) anderswo in der Welt bezogen sein.

Unterrichtsstunde 2. Warum ist es in Sydney Nacht, wenn es in Paris Mittag ist?

Die Schüler/innen versuchen zu erklären, warum die Uhrzeit nicht überall auf der Erde die gleiche ist. Ihr Wortgebrauch ist dabei nicht immer der richtige. Es ist das Ziel dieser Unterrichtsstunde, dass sie sich dessen bewusst werden, und erkennen, wie wichtig es ist, sich genau auszudrücken.

Gemeinsam

Die/der Lehrende fasst zusammen, was die Schüler/innen zusätzlich (von befragten Erwachsenen) erfahren haben. Dann schlägt sie/er folgende Arbeit vor: "Versucht zu erklären, warum es in Sydney Nacht ist, wenn es in Paris Mittag ist." Die Frage beschränkt sich vorläufig auf die beiden Städte, die in etwa auf entgegengesetzten Meridianen liegen, und auf eine bestimmte Tageszeit (vorläufig interessiert nur der Tag-Nacht-Unterschied).

In kleinen Gruppen

Die Schüler/innen arbeiten an einem Plakat, das in Text und Zeichnung ihre Vorstellung zum Ausdruck bringt. Viele Gruppen liefern Erklärungen, die "in die richtige Richtung" gehen. Daneben sind andere Ergebnisse zumindest vorläufig gültig: "Die Sonne scheint nicht überall gleichzeitig"; "Die Sonne kann nicht gleichzeitig in Paris und in Sydney scheinen"; "Paris liegt auf der einen Seite der Erde, Sydney auf der anderen..." Man beobachtet aber auch, dass die Schüler/innen sich irren und sich oft ungenau ausdrücken: "Paris und Sydney liegen nicht auf derselben Halbkugel"; "Paris liegt oben, Sydney unten"; "Sydney liegt auf dem Äquator, Paris nicht", usw.

Abb. 1 und 2

Gemeinsam

Die Schüler/innen stellen ihre Erklärungen vor.
Die/der Lehrende notiert im Hinblick auf die folgende Unterrichtsstunde Worte und Ausdrücke, die die Schüler/innen gebrauchen. Sie/er erläutert, dass, bevor es weitergeht, die Worte und Begriffe anhand von Unterlagen auf ihre Richtigkeit geprüft werden müssen. Die Schüler/innen werden aufgefordert mit in die Klasse zu bringen, was sie zu diesem Zweck finden können.

Unterrichtsstunde 3. Eine Wortliste erarbeiten (Nord- und Südpol, Äquator, Hemisphäre, usw.)

Die Schüler/innen sind sich bewusst, wie notwendig genaue Begriffe sind und ziehen entsprechende Unterlagen zu Rat.

In kleinen Gruppen

Die Schüler/innen stellen mit folgenden Worten eine kleine Wortliste auf: Pole, Äquator, Halbkugeln (Hemisphären), Meridiane (Längenkreise). Sie bedienen sich, falls notwendig, einer vereinfachenden Skizze. Sie benutzen verschiedene traditionelle Quellen (Wörterbücher, Bücher und Zeitschriften aus Bücherei und Dokumentationszentrum, Enzyklopädien, Atlanten, historische Weltkarten (mappae mundi), Weltkarten aus der Schulsammlung oder von zu Hause) und digitalisierte Materialien, sowohl offline als auch aus dem Internet.
Internetseite zu den Zeitzonen: http://www.zeitzonen.de/

Gemeinsam

Der/die Lehrer/in begutachtet die gefundenen Begriffsbestimmungen, hilft, wo nötig, sie zu verstehen und bespricht die Schwierigkeiten, die ihm/ihr aufgefallen sind (siehe Abb. 3).

Jeder für sich

Die Schüler/innen werden an die in der vorangegangenen Unterrichtsstunde aufgefallenen falschen Begriffe erinnert und ersetzen sie durch die richtigen.

Definition von Pol, Äquator, Hemisphäre und Längenkreis

[D]

Abb. 3

Unterrichtsstunde 4. Wie viel Uhr ist es in Sydney, wenn es in Paris zwölf Uhr mittags ist?

Die Schüler/innen kennzeichnen auf einer weißen Kugel die beiden Pole, ziehen die Äquatorlinie und einen Längenkreis. Sie markieren Paris und Sydney und führen ihren ersten Modellversuch durch.

Ziele

Die letztens gefundenen Begriffsbestimmungen auf einer die Erde darstellenden, weißen Kugel (siehe Abbildung links weiter unten) veranschaulichen und damit im Gebrauch festigen. Wie stehen im Modell "Erde" und "Sonne", wenn in Paris Mittag ist und wie, wenn in Sydney Mittag ist? Begreifen, dass jeweils in der anderen Stadt Nacht ist.

Abb. 4 und 5

In den hier abgebildeten Fotos (oben und im Folgenden), bilden die Richtung der Sonne und die Erdachse einen rechten Winkel, was nur zu Zeiten der Tagundnachtgleichen der Fall ist. Dieses in den [französischen] Lehrplänen nicht vorkommende Problem muss mit den Schüler/innen nur dann besprochen werden, wenn sie selbst einwenden, dass Tage und Nächte nicht immer gleich lang sind. (siehe den Abschnitt "Mögliche Erweiterungen").

In kleinen Gruppen

Auf ihren Kugeln zeichnen die Schüler/innen mit Bleistift den Äquator und einen Meridian ein. Sie legen Paris auf diesen Längengrad. Dann suchen sie mit Hilfe vorhandener Globen, wo Sydney hingehört.
Mit einer Taschenlampe und der Kugel stellen die Schüler/innen im Modell die Anordnung der Anfangsfrage nach^[2]. Die Anweisung ist folgende: "Stellt die Kugel so in den Lichtstrahl, dass er auf sie fällt wie die Sonnenstrahlen auf die Erde, wenn in Paris Mittag ist. Gebt an, wie viel Uhr es dann ungefähr in Sydney ist. Macht eine Versuchsskizze." Die gleiche Anweisung wird dann noch einmal mit vertauschten Rollen für Sydney und Paris gegeben.

Gemeinsam

Für die gemeinsame Erörterung ist ein größeres Modell vorbereitet. Der/die Lehrer/in begutachtet die Erklärungsversuche der Schüler/innen und bespricht, wo nötig, die aufgetretenen Schwierigkeiten. Er/sie hilft bei der Formulierung der Schlussfolgerung: "Die Uhrzeit ist nicht die gleiche in Paris und in Sydney, denn in der einen Stadt ist es hell, während die andere im Dunkeln liegt."
Man merkt jetzt auch, dass die Versuche der Schüler/innen nicht sehr genau sind. Auch wenn es ihnen gelingt, Paris mit der Lampe zu beleuchten und zu erklären, dass Sydney sich dann im Dunkeln befindet: Lichtfleck und Kugel lassen sich schlecht stabil halten. Aber das spielt vorläufig keine Rolle.

Unterrichtsstunde 5. Wie erklärt sich der Wechsel von Tag und Nacht?

Die Schüler/innen versuchen mit Lichtquelle und Kugel den Wechsel von Tag und Nacht darzustellen und kommen zu verschiedenen Hypothesen.

Gemeinsam

Der/die Lehrer/in stellt die Frage und vergewissert sich, dass sie verstanden wurde.

In kleinen Gruppen

Die Schüler/innen suchen die Antwort anhand ihres Modells.

Gemeinsam

Die Hypothesen werden wiederholt und erörtert. Man erwartet, je nach anfänglichem Wissen der Schüler/innen etwa folgendes Muster:

Die Erde dreht sich um sich selbst und um die Sonne.
Die Erde dreht sich um die Sonne.
Die Erde dreht sich um sich selbst (ohne Erwähnung einer etwaigen Bewegung um die Sonne).
Die Sonne dreht sich um die Erde.

Ausnahmsweise werden auch Antworten gegeben, die einem kindlichen Weltverständnis entstammen: "Der Tag ist zum Spielen und Arbeiten da; die Nacht zum Schlafen". In der Regel werden solche Antworten von den Schüler/inne/n untereinander schon abgelehnt. Dagegen kommen sie meistens schlecht mit der exakten Bewegung ihrer Modelle zurecht. Das führt dazu, dass kein Einverständnis über gültige und ungültige Hypothesen zu erreichen ist. Es bedarf eines zweiten Versuchs.
Die Unterrichtsstunde endet also meistens mit der Feststellung, die der/die Lehrer/in auf den Punkt bringt: Die Klasse ist sich nicht einig, welche Hypothesen gültig und welche zu verwerfen sind. Einigkeit besteht dagegen bezüglich der Einsicht, dass man mit dem Modell anders umgehen muss.

Unterrichtsstunde 6. Der Wechsel von Tag und Nacht – Gebrauch eines Modells

Die Schüler/innen lernen ein Modell so zu gebrauchen, wie es gedacht ist: als Werkzeug zum überlegen und argumentieren. Sie werden sich bewusst, dass mit dem Modell zu bestimmten Hypothesen keine Entscheidung zu treffen ist. Am Ende der Stunde gibt die/der Lehrende die richtige Erklärung und unterstreicht, dass man sie in der Schule nicht beweisen kann.

Gemeinsam

Der/die Lehrer/in erörtert mit den Schüler/inne/n die Rolle eines Modells und dessen Gebrauch. Es handelt sich um ein Werkzeug, das das Überlegen und Argumentieren erleichtert. Die Kugel stellt die Erde dar, die Lampe die Sonne. Alles was man am Modell beobachtet, lässt sich auch in der Realität wahrnehmen. Wenn zum Beispiel der Markierungspunkt für Paris im Licht liegt, bedeutet das in der Wirklichkeit: "In Paris ist Tag"; umgekehrt, wenn die Markierung für Peking im Dunkeln liegt, bedeutet das: "In Peking ist Nacht".
Der/die Lehrer/in fordert erneut zur Arbeit in Gruppen auf, mit der Anweisung, alle Hypothesen zu prüfen, und dazu das Modell wie gerade besprochen zu benutzen.

In kleinen Gruppen

Die Schüler/innen setzen ihre Versuche fort. Sie geben für jede Hypothese jeweils an, ob sie den Wechsel von Tag und Nacht erklärt oder nicht.

Gemeinsam

Die Schlussfolgerungen werden gezogen. Oft sind die Schüler/innen dann verunsichert und der/die Lehrer/in muss dafür sorgen, dass die Zweifel ausgeräumt werden. Die "richtige Erklärung" (die Erde dreht sich um sich selbst) wird als solche benannt, aber gleichzeitig erfahren die Schüler/innen, dass ihnen vorläufig nicht erklärt werden kann, wie die Naturwissenschaft den Nachweis führt. Sie werden allerdings aufgefordert, sich allgemein und aufgrund ihrer Alltagserfahrung Gedanken zur Relativbewegung zu machen: Während der eigene Zug im Bahnhof hält und man aus dem Fenster schaut, fährt ein Zug auf dem Nebengleis langsam an. Man könnte meinen, der eigene habe sich in Bewegung gesetzt. Oder man könnte im fahrenden Aufzug auf den Gedanken kommen, die Schachtwand bewege sich. Ohne dass man allzu sehr darauf bestehen sollte, lässt sich eine zweite Schlussfolgerung ziehen: Man kann sich in Bewegung befinden, ohne es zu merken^[3]. (Selbst wenn man einen Anhaltspunkt hat, weiß man nicht immer, ob der sich bewegt oder man selbst; man beobachtet nur die Relativbewegung [Anmerkung des Übersetzers])

Unterrichtsstunde 7. Wie viel Uhr ist es in Peking, wenn in Paris Mittag ist?

Diese Frage lässt sich vorläufig noch nicht beantworten. Alles was sich sagen lässt ist, dass Peking sich an der Grenze zwischen Tag und Nacht befindet. Ob am Morgen oder am Abend, lässt sich erst entscheiden, wenn der Drehsinn der Erde bekannt ist. In dieser Unterrichtsstunde soll das Problem verstanden werden.

Wenn Paris beleuchtet wird, liegt Peking im Dunkeln

Abb. 6: Wenn die Erde sich von links nach rechts dreht (siehe auch Abb. 7) ist in Peking die Dunkelheit gerade eingetreten, es ist Abend in der Stadt. Wenn die Erde sich jedoch anders herum dreht, wird es in Peking bald darauf hell, in der Stadt graut der Morgen.

Gemeinsam

Der/die Lehrer/in erinnert an die Schlussfolgerungen der vorangegangenen Unterrichtsstunde und stellt die Frage mit der man sich in dieser Stunde beschäftigen will. Er/sie betont, dass die Antworten anhand des Modells gegeben werden sollen wobei das Modell wie besprochen zu gebrauchen ist.

[D]

Abb. 7

In kleinen Gruppen

Die Schüler/innen bringen ihre Modelle in Bezug auf Paris und Peking in Stellung. Sie probieren aus, was ihnen einfällt und versuchen anschließend sich auf eine Antwort zu einigen.

Gemeinsam

Die Gruppen sagen, welche Antwort sie meinen geben zu können. Die/der Lehrende leitet die Diskussion. Sie/er stützt sich auf Gruppen, die das Problem richtig erkannt haben und hilft, den Schluss zu ziehen: Die Frage lässt sich nicht beantworten, solange man den Drehsinn der Erde nicht kennt.

Unterrichtsstunde 8. In welcher Richtung dreht sich die Erde um sich selbst?

Aus der scheinbaren Bewegung der Sonne leiten die Schüler/innen den Drehsinn der Erde ab.

Zeichnung zum Lauf der Sonne von Osten nach Westen

Abb. 8: In Europa sieht ein/e Beobachter/in die Bewegung der Sonne von Osten nach Westen.

Bewegung der Erde von der Sonne aus gesehen

Abb. 9: Aus Sonnennähe sähe ein/e Astronaut/in die Drehung der Erde von Westen nach Osten.

Gemeinsam

Die/der Lehrende erinnert an das Ergebnis der letzten Stunde und an die Frage, bei der man stehen geblieben war. Vorläufig lässt man die Frage besser noch offen und sagt den Schüler/inne/n nicht, dass der Schlüssel zur Antwort in der scheinbaren Bewegung der Sonne liegt. Man kann ihnen später immer noch auf die Sprünge helfen, wenn sie nicht von sich aus die Beziehung herstellen.

In kleinen Gruppen

Die Schüler/innen überlegen. Sie können ihre Modelle benutzen. Die/der Lehrende geht von Gruppe zu Gruppe und sieht zu, dass erfolgloses Herumprobieren nicht zu lange dauert. Sie/er gibt die oben angesprochene Hilfe, wenn sie/er es für nötig hält.

Gemeinsam

Der/die Lehrer/in leitet den Austausch zwischen den Gruppen und begutachtet die Antworten. Er/sie unterstützt das Verständnis, führt zu der Äußerung oder sagt selbst: "Wenn ich auf der Erde stehe, in Europa, und die Sonne betrachte, dann geht sie im Lauf des Tages von Osten nach Westen, von meiner Linken zur Rechten. Wenn ich mir jetzt vorstelle, ich stünde bei der Sonne und würde Frankreich betrachten, dann würde ich sehen, wie die Bretagne sich dahin bewegt, wo vorher Paris war, das heißt von Westen nach Osten."

Der/die Lehrer/in vergleicht diese Überlegung mit den Gedanken aus Unterrichtsstunde 6 (Züge, Aufzug) und lässt eine entsprechende Zeichnung anfertigen. Er/sie hilft je nachdem auch bei der Schlussfolgerung: "Wir können nicht endgültig entscheiden, was sich bewegt (Erde oder Sonne), aber, falls es die Erde ist, wissen wir wenigstens, dass sie sich von Westen nach Osten dreht."

Unterrichtsstunde 9. Wie viel Uhr ist es in Peking...?

Die Schüler/innen wissen jetzt alles, was sie zum Verständnis der Zeitzonen brauchen. Sie kommen auf die in Unterrichtsstunde 7 gestellte Frage zurück. Anschließend wenden sie sich anderen Beispielen zu.

Gemeinsam

Der/die Lehrer/in erinnert einerseits an die unbeantwortet gebliebene Frage – "Wenn in Paris Mittag ist, wie viel Uhr ist es dann in Peking?" – und andererseits an das Problem des Drehsinns der Erde. Anhand eines Globus erklärt er/sie die Ausdrucksweise "von Westen nach Osten" die üblicherweise verwendet wird, um den Drehsinn der Erde zu beschreiben. Er/sie stellt ein Modell auf den Tisch, das den Schüler/innen beim Überlegen und Argumentieren helfen soll.

Jeder für sich

Die Schüler/innen suchen die Antwort auf die Frage und schreiben sie nieder. Korrigiert wird gemeinsam.

Gemeinsam

Jetzt soll auf andere Städte angewandt werden, was in Bezug auf Paris und Peking verstanden wurde.
Einfachheitshalber schlagen wir Städte vor, die ungefähr auf dem gleichen Längengrad liegen (New York und Lima) oder sich in der Länge um ungefähr 90 Grad unterscheiden (Paris, Peking, Sydney, Lima, New York).
Auf diese Weise kommen in den Antworten einfach nur die vier Tageszeiten vor: Mittag, Mitternacht, Nachtbeginn und Nachtende.
Der/die Lehrer/in fordert die Schüler/innen auf, die drei neuen Städte zu finden und an den entsprechenden Stellen auf ihren Kugeln zu markieren. Er/sie weist darauf hin, dass das Modell anschließend gebraucht wird, um die Fragen an der Tafel zu beantworten:
"In Lima ist es Mittag, was ist der Tageszeitpunkt in Sydney?"
"In Peking bricht der Tag an, was ist die Tageszeit in Paris?"
"In New York wird es Nacht, was ist die Tageszeit in Lima?" usw.

In kleinen Gruppen

Die Schüler/innen markieren die Städte mit Hilfe von Atlanten und Globus auf ihren Kugeln. Sie versuchen die Fragen zu beantworten. Wenn sie sich einig geworden sind, denken sie sich neue Fragen aus.

[D]

Abb. 10

In der Anfangsphase benutzen die Schüler/innen sowohl ebene wie auch sphärische Darstellungen der Erde und sind auf die einen wie auf die andern angewiesen. Diese Übung ist besonders lehrreich, aber es ist darauf zu achten, dass genügend Zeit zur Verfügung steht.

Gemeinsam

Der/die Lehrer/in stellt Fragen richtig. Er/sie greift Beispiele heraus, von denen er/sie weiß, dass sie schwierig sind und schreibt zwei Sätze an die Tafel: "Die Uhrzeit in Paris und in Sydney ist nicht die gleiche, weil Paris und Sydney nicht auf der gleichen Halbkugel liegen". "Die Uhrzeit ist die Gleiche in New York auf der Nordhalbkugel und in Lima auf der Südhalbkugel".
Die Schüler/innen notieren jede/r für sich auf ihren Tafeln, ob die Behauptung jeweils stimmt oder nicht. Die erste Behauptung wird korrigiert und lautet jetzt: "Die Uhrzeit ist nicht die gleiche in Paris und in Sydney, weil Paris und Sydney nicht auf dem gleichen Längenkreis liegen."

Unterrichtsstunde 10. Wie lässt sich festhalten, was verstanden wurde?

Mehrere Arbeitsansätze werden vorgeschlagen. Es handelt sich darum, auf einer ebenen Fläche das System Erde-Sonne, vom Nordpol aus gesehen so darzustellen, dass die Tageszeiten (Mittag, Mitternacht, Morgen, Nachmittag, Beginn der Nacht, Ende der Nacht) zu sehen sind.

Ansatz 1

Der/die Lehrer/in zeigt folgende Fotos in Kopie. Die Schüler/innen geben jede/r für sich die Tageszeit in jeder Stadt an. Anschließend vergleichen sie in kleinen Gruppen die Ergebnisse. Sie benutzen das Modell, wenn sie es für nötig halten.

Ansatz 2

Diesmal soll das nebenstehend wiedergegebene Modell angefertigt werden (der Kreis, der die Erde darstellt, kann um eine Musterklammer gedreht werden, er kann groß sein, das erleichtert die Beobachtung für die Schüler/innen). Das Modell wird anschließend verwendet, um wiederum Fragen zu beantworten: "Es ist Nachmittag in Peking, welche Tageszeit hat Los Angeles?" usw. Zur Not kann das Modell auch noch verbessert werden: Der bewegliche Kreis wird in 24 Sektoren eingeteilt, die den 24 Zeitzonen entsprechen.

Abb. 11 (Deutsche Version des Posters am Ende dieser Unterrichtseinheit)

Ansatz 3

Wir kommen nun zur klassischen Darstellungsform. Die Schüler/innen sollen die unten wiedergegebene schematische Darstellung (in Vergrößerung) beschriften.

Abb. 12: So beschriften, dass die Zonen der jeweiligen Tageszeiten zu erkennen sind für:

Mittag
Mitternacht
Beginn der Nacht
Ende der Nacht
Morgen
Nachmittag

Voraussetzungen für die praktische Umsetzung der Unterrichtseinheit

Materialien für eine Schülergruppe

Eine Zeitzonenkarte
eine Taschenlampe für die Darstellung der Sonne,
eine kleine Kugel (zum Beispiel aus Styropor) mit Achse (Stricknadel, Holzspieß...) für die Darstellung der Erde. Die Größe der Kugel sollte zur Breite des Lichtkegels der Lampe passen, d.h. innerhalb des Kegels gut Platz finden. Um jedes Risiko zu vermeiden, setzt die/der Lehrende die Polachse ein, stößt die Stricknadel oder den Holzspieß mittig durch die Kugel.

Materialien für die gemeinsame Erörterung

Eine weiße Kugel zur Darstellung der Erde, größer als die der Schüler/innen,
einen Strahler oder eine relativ starke Birne (100 W)^[4]. Bei letzterer ist Vorsicht geboten und die Schüler/innen dürfen damit nicht hantieren.

Im Übrigen wären mehrere Globen gut zu gebrauchen.

Dauer

Nötig erscheinen uns zehn Stunden, jede ä 45 bis 60 Minuten. Das ist zwar eine ziemlich lange Dauer, aber die Unterrichtseinheit deckt einen Großteil des Astronomielehrplans mit ab und auch geographische Begriffe werden hier eingeführt und durchgenommen.

Empfohlene Arbeitsblätter

Siehe im Wesentlichen das Arbeitsblatt 20: "Die Drehung der Erde um sich selbst". Zusätzlich und für die Vorarbeiten kommt das Arbeitsblatt 19 in Frage: "Scheinbare Bewegung der Sonne" sowie 21: "Sonnensystem und Weltall".

Schluss

Die Hauptlernziele der Unterrichtsstunden dieser Einheit sind die in den Lehrplänen vorgesehenen, also die im Kasten "Stellung in den [französischen] Lehrplänen" angeführten. Es handelt sich vor allem um astronomisches aber nebenbei auch um geographisches Wissen.
Über den Wissenserwerb hinaus haben die Schüler/innen gelernt, sich mehrere Gesichtspunkte zurechtzulegen, unter denen ein Sachverhalt zu betrachten ist. Sie waren gezwungen, das, was sie in einem geographischen Bezugssystem (Osten, Westen), unter Umständen auch in einem egozentrischen (links, rechts), beobachten und beschreiben, in eine abstrakte Darstellung (Modell, schematische Zeichnung) zu bringen. Sie haben gelernt sich selbst aus dem Zentrum zu nehmen und haben ihr räumliches Orientierungsvermögen entwickelt.
Wenn bei anderer Gelegenheit über den Mond gearbeitet wird, werden Versuche mit neuen Modellen angestellt, und es wird sich zeigen, wie weit die erlernten Fähigkeiten und geistigen Vorstellungen noch vorhanden und wieder anwendbar sind.
Nicht zuletzt werden die Schüler/innen die ganze Zeit über angehalten, nachzudenken, sich auszutauschen, zu begründen. Sie müssen ihre Gedanken präzise zum Ausdruck bringen, oder auch ihre Erklärungen mit Text und Zeichnung belegen. Die Arbeitsweisen sind vielfältig (gemeinsame Plakate, Niederschriften jede/r für sich und in kleinen Gruppen, Wortlisten...). Alles das fördert ihr Sprachvermögen und ihre Sprachgewandtheit.

Mögliche Erweiterungen

Als Erweiterung kann das Thema Universalzeit bearbeitet werden. Es ist sinnvoll, überall auf der Welt eine gemeinsame Zeit zu haben, damit Ereignisse von weltweiter Bedeutung (An welchem Tag, zu welcher Zeit hat Neil Armstrong den Fuß auf den Mond gesetzt?) zeitlich eindeutig zu bestimmen sind. Man benutzt unsere Zeitzone (die auch die von Greenwich ist) und spricht von Universalzeit (Universal Time, UT). Am Schluss der Unterrichtsstunden zum Thema Uhrzeit verbinden die Schüler/innen die Uhrzeit mit der scheinbaren Bewegung der Sonne, andererseits haben sie gelernt, Kugeln und Lichtkegel zu gebrauchen, um eine Modellvorstellung des Sachverhalts zu erhalten und eine Menge stichhaltiger Fragen können ihnen dabei einfallen, die nicht leicht zu beantworten sind. "Warum ist der Schatten der Sonnenuhr nicht der kürzeste, wenn unsere Uhren Mittag zeigen?", "Warum ist die Dauer des Tages nicht immer gleich der Dauer der Nacht^[5]?", "Was ist die Datumsgrenze?" usw. Die/der Lehrende kann gegebenenfalls den Schüler/inne/n helfen, sich im Ansatz Antworten zurechtzulegen. Aber sie/er ist dazu nicht verpflichtet. Dass eine Unterrichtseinheit am Ende ungelöste Fragen und neue Probleme aufwirft, ist nicht nur möglich, sondern sogar wünschenswert. Bei der wirklichen naturwissenschaftlichen Arbeit ist das nicht anders.
Im Bemühen, den Schüler/innen zu helfen, sich selbst in ihren Auffassungen noch mehr aus dem Zentrum zu rücken, und auch bei der Arbeit zum Mond, kann der Tag-Nacht-Wechsel auf anderen Himmelskörpern zur Sprache gebracht werden: Von der Sonne aus gesehen dreht sich der Planet Jupiter in ungefähr 10 Stunden einmal um sich selbst. Welche Dauer hat die Jupiternacht? Von der Sonne aus gesehen dreht sich der Mond in ungefähr 30 Tagen einmal um sich selbst. Wie lange dauert ein Tag auf dem Mond? In "Der kleine Prinz" ist von einem Laternenanzünder die Rede, der auf einem erdachten Planeten lebt. Seine Laterne leuchtet auf und erlischt wieder, jede Minute einmal. In welcher Zeit dreht sich dieser Planet von seinem Stern aus gesehen einmal um sich selbst? Wie lange dauern dort ein Tag und eine Nacht?
Zu guter Letzt kann man den Schüler/innen auch eine Suche im Internet vorschlagen. Nach unseren Erfahrungen mit Schüler/innen scheint es uns am besten, sie zunächst mit Listen arbeiten zu lassen^[6]:

Mit einer Liste von (Forschungs-)Institutionen wie der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft, der Frauenhofer-Gesellschaft, der Helmholtz-Gemeinschaft, dem Freiburger Öko-Instituts, der NASA (der staatlichen amerikanischen Weltraumagentur) usw.
mit einer Liste von 10 Internetseiten, geordnet nach inhaltlicher Qualität; diese Liste enthält:
- eine Kategorie von institutionellen Seiten mit Bezug zum Thema, die Schüler/innen sollen die besten aussuchen;
- eine Kategorie von interessanten, nicht institutionellen Seiten (gut gemachte und mit Quellenangaben versehene persönliche Seiten);
- eine Kategorie Abfall (Seiten, die wenig oder überhaupt keinen Bezug zum Thema haben);
zum Schluss werden die Schüler/innen zu einer wirklichen Suche mit einer Suchmaschine und gut gewählten Suchwörtern aufgefordert.

Internetseiten zur Orientierung

http://www.fourmilab.ch/earthview/
Sehr gute Internetseite (in Englisch) mit interaktiven Abbildungen der Planeten in veränderlicher Tag/Nacht-Beleuchtung.
http://opengeodb.giswiki.org/wiki/OpenGeoDB bzw. http://fa-technik.adfc.de/code/opengeodb.pl
Freie Geokoordinatenbank
http://www.kowoma.de/gps/geo/laengenbreitengrad.htm
Längen und Breitengrade
http://www.ens-lyon.fr/RELIE/Cadrans/ (auf Französisch)
Naturwissenschaftliche und pädagogische Erläuterungen zum Thema Sonnenuhren.
http://worldwind.arc.nasa.gov/download.html
Ein virtueller Globus, den man drehen kann. Jeder beliebiger Ort der Erde kann herangezoomt werden. Informationen zu diesem Programm der NASA findet man unter: http://de.wikipedia.org/wiki/NASA_World_Wind

Unterrichtserfahrungen

In einer Klasse von 7 bis 8-Jährigen (4. Klasse) der Grundschule von Beaupré-Le Châble (74) und in einer Klasse von 6 bis 9-Jährigen der Chaumet-Schule in Évires (74) aus der auch die hier wiedergegebenen Schülerarbeiten stammen.

Weltkarte mit den Zeitzonen und Stundenschieber zu Unterrichtsstunde 1

Der Streifen mit den Zeitverschiebungen (Stundenschieber) ist zum Ausschneiden gedacht (auf beiden Seiten um ein paar Stunden verlängern). Er kann über die Karte gelegt werden, mit dem Nullpunkt in einer beliebigen Zeitzone. Die Zeitverschiebung zwischen einer beliebigen Stadt und einer beliebigen Zeitzone ist unmittelbar abzulesen. Der Stundenschieber kann Schüler/inne/n, die am Ende der ersten Unterrichtsstunde Schwierigkeiten haben, eine Hilfe sein und bei der Schlussdiskussion Verwendung finden.

Fotos zu Unterrichtsstunde 1

Fotos zum Fotokopieren und Ausschneiden. Zu jedem Foto bestimmen die Schüler/innen die Tageszeit in der betreffenden Stadt. Der/die Lehrer/in kann an den Drehsinn der Erde erinnern.

Ein Modell aus Karton

Deutsche Version des Posters zu den Zeitzonen

Beispiel zum Basteln für die Schüler/innen.

Fußnoten

1: Obwohl dies Wissen nicht einfach zu behandeln ist, kann es im Allgemeinen in der Lernstufe 3 als hinreichend gefestigt gelten.

2: Die Strahler und Taschenlampen zur Darstellung der Sonne sind gerichtete Lichtquellen, während die Sonne in alle Richtungen strahlt. Man überzeuge sich, dass dieser Unterschied dem Verständnis der Schüler/innen keinen Abbruch tut.

3: Selbst die gradlinige Bewegung ist nicht einfach zu verstehen. Ideengeschichtlich war Galilei der Erste, der die Relativität jeder Bewegung verstanden hat.

4: Die 100 W Lampe gibt zwar guten Kontrast, aber sie blendet die Schüler/innen. Ein Stück Pappe zwischen Lampe und Klasse schafft Abhilfe.

5: Diese Frage steht so nicht in den [französischen] Lehrplänen, kann aber Thema einer Unterrichtseinheit sein, wenn die/der Lehrende sich in der Lage sieht, sie erfolgreich durchzuführen.

6: Die Suche mit www.google.de und klassischen Suchbegriffen "Tag+Nacht+Wechsel" oder "Tag+Nacht+Planet Erde" ergibt sehr viele Treffer!