Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- beschreiben das Linsenauge mithilfe geeigneter physikalischer Modelle der geometrischen Optik und erklären damit dessen Anpassung an verschiedene Umweltbedingungen von Lebewesen. Im Zusammenhang mit dem Linse‑Schirm-Modell konstruieren sie den Strahlenverlauf und verwenden die Linsengleichung, um quantitative Überlegungen zum scharfen Sehen durchzuführen.
- experimentieren selbständig mit Linse und Schirm, um gegebene Problemstellungen mit biophysikalischem Kontext zu untersuchen. Im Versuchsprotokoll vergleichen sie experimentelle Ergebnisse mit theoretischen Vorhersagen unter Zuhilfenahme der Linsengleichung.
- erläutern, wie in der Netzhaut Bildinformationen zu den Photorezeptoren trotz vieler vorgelagerter Zellen übertragen werden. Zudem diskutieren sie weitere Besonderheiten des Netzhautaufbaus, wie z. B. die dem Licht abgewandte Orientierung der Photorezeptoren beim Menschenauge oder das Tapetum Lucidum beim Katzenauge, im Hinblick auf ihren Nutzen.
- übertragen ihre Kenntnisse zu Beugung und Interferenz am Doppel- und Einfachspalt auf das Lochblenden-Modell der Pupille. Sie schätzen das Auflösungsvermögen einerseits anhand dieses Modells, andererseits mithilfe der Größe der Sehzellen ab und reflektieren das Ökonomieprinzip in der Natur, indem sie die beiden Werte vergleichen.
- bestimmen experimentell selbständig das Auflösungsvermögen des eigenen Auges. Im Versuchsprotokoll stellen sie die theoretischen Überlegungen zur Auswertung dar, reflektieren die Genauigkeit des ermittelten Wertes und vergleichen diesen mit Werten, die sich aus der Größe von Beugungsscheibchen sowie der Größe von Sehzellen ableiten lassen.
- schätzen den Einfluss verschiedener Faktoren auf das Auflösungsvermögen des Linsenauges nach dem Prinzip des schwächsten Glieds in der Kette ein. Sie diskutieren unter Verwendung physikalischer Gesetzmäßigkeiten das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges im Vergleich zum Adlerauge und erkennen in diesem Zusammenhang die Optimierung eines biologischen Systems im Hinblick auf seine jeweiligen Anforderungen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Linsenauge: Aufbau des Linsenauges, Linse‑Schirm-Modell, Linsengleichung als Bedingung für scharfes Sehen, Abbildungsfehler, Akkommodationsmechanismen, Anpassung des Linsenauges an verschiedene Lebensräume
- Schülerexperiment Untersuchungen zum Linse‑Schirm-Modell des Auges
- Aufbau der Retina, Stäbchen und Zapfen, Lichtleitereffekte in der Retina, erhöhte Lichtausbeute bei nachtaktiven Tieren, spektrale Empfindlichkeit der Sehzellen im Zusammenhang mit dem Farbsehen
- Grenzen der Sehleistung: Beugung und Interferenz von Licht am Doppel- und Einfachspalt, Begrenzung des Auflösungsvermögens durch Beugung an der Pupille und durch die Sehzellendichte, Auflösungsvermögen des Adlerauges
- Schülerexperiment Bestimmung des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges