Schatten mit Taschenlampe und Papierformen untersuchen

Was bei einem Schatten zu sehen ist

Eine eingeschaltete Lampe sendet Licht in Richtung Wand. Hält man eine blickdichte Karte in den beleuchteten Bereich, erreicht ein Teil dieses Lichts die Wand hinter der Karte nicht auf direktem Weg. Dort erscheint ein dunklerer Bereich: der Schatten. Die Karte selbst muss die Wand nicht berühren. Die relative Anordnung von Lampe, Karte und Wand ist für die Beobachtung entscheidend.

Für den ersten Versuch verwenden wir ein ausgeschnittenes Dreieck aus fester, blickdichter Pappe. Wenn die Karte ungefähr senkrecht zum Lichtweg gehalten wird und der Lichtkegel sie vollständig erfasst, kann der Schatten einen dreieckigen Umriss zeigen. Die Größe und Schärfe hängen unter anderem von den Abständen, der Ausrichtung und der Lichtquelle ab. Ein Schatten muss daher nicht in jeder Stellung eine exakte Kopie der Karte sein.

Das Kind kann zunächst beschreiben, was es sieht: „Da ist eine dunkle Form an der Wand“ oder „Der Schatten sieht wie ein Dreieck aus“. Diese Beobachtung unterscheidet sich von einer Vermutung darüber, warum der Schatten entsteht. Beide Aussagen sind willkommen. Sie müssen keine Begriffe wie Lichtstrahl oder Schattenrand voraussetzen, um einen Unterschied zu untersuchen.

Eine helle Raumbeleuchtung oder zusätzliches Licht kann den Schatten weniger deutlich machen. Sie brauchen den Raum nicht vollständig abzudunkeln. Ein sicher begehbarer Bereich und eine gut sichtbare Wand sind wichtiger als ein besonders starker Kontrast. Wenn das Kind die Lichtverhältnisse als unangenehm empfindet, wählen Sie eine andere Darstellung oder beenden Sie den Versuch.

Material und sicheren Platz vorbereiten

Sie benötigen eine Taschenlampe, feste Pappe für ein großes Dreieck und eine helle, möglichst freie Wand oder ein großes Blatt als Projektionsfläche. Eine erwachsene Person bereitet die Karte vor und wählt Materialien, die für das Kind geeignet sind. Kleine lose Teile und scharfe Kanten sind für den Einstieg nicht nötig. Die Karte muss groß genug sein, um gut gehalten und gesehen zu werden.

Räumen Sie den Weg zwischen Lampe und Wand frei. Alle Beteiligten sollten bequem stehen oder sitzen können, ohne im Dunkeln über Gegenstände zu stolpern. Der Erwachsene hält die Lampe und richtet sie auf die Wand, nicht in die Augen von Personen oder Tieren. Lassen Sie die Lampe nur so lange eingeschaltet, wie sie für die Beobachtung gebraucht wird, und beachten Sie die Hinweise des Herstellers.

Befestigen Sie das Dreieck bei Bedarf an einem breiten Pappstreifen, damit die Hand nicht den wichtigsten Teil des Umrisses verdeckt. Der Streifen selbst kann ebenfalls einen Schatten werfen; zeigen Sie dem Kind, welche Linie zur Dreieckskarte und welche zum Halter gehört. Statt eines dünnen Stäbchens können Sie ein breites, gut greifbares Stück Pappe verwenden.

Markieren Sie auf dem Tisch oder Boden eine Position für die Lampe und zwei mögliche Positionen für die Karte. Die Markierungen dienen als Orientierung; es ist kein präzises Messinstrument erforderlich. Sorgen Sie dafür, dass die Karte an beiden Positionen innerhalb des Lichtkegels liegt und der Schatten vollständig auf die Fläche passt. Falls der Schatten abgeschnitten wird, verändern Sie den Aufbau, bevor Sie Größen vergleichen.

Das Kind kann die Karte halten, eine Position auswählen oder einer erwachsenen Person sagen, wohin sie die Karte bewegen soll. Bei Bedarf sind Blickrichtung, Geste oder ein Kommunikationsgerät ebenso mögliche Antworten wie gesprochene Wörter. Die Teilnahme setzt weder das Halten der Lampe noch eine bestimmte Körperhaltung voraus.

Erster Versuch: einen Dreiecksschatten finden

Richten Sie die eingeschaltete Lampe auf die Wand und betrachten Sie zuerst den beleuchteten Bereich ohne Karte. Fragen Sie: „Was siehst du auf der Wand?“ Vielleicht beschreibt das Kind einen hellen Fleck oder bemerkt ungleichmäßiges Licht. So haben beide eine Ausgangsbeobachtung, bevor ein Gegenstand in den Lichtweg kommt.

Halten Sie nun das Dreieck zwischen Lampe und Wand. Bewegen Sie es langsam, bis auf der Wand eine dunklere Form erkennbar ist. Fragen Sie: „Wo ist die Karte? Wo siehst du ihren Schatten?“ Das Kind kann auf beide Stellen zeigen. Wenn der Schatten nicht erscheint, prüfen Sie zuerst, ob die Karte tatsächlich im Lichtkegel und zwischen Lampe und Wand liegt.

Vergleichen Sie den Rand der Karte mit dem sichtbaren Umriss. Eine mögliche Beschreibung lautet: „Die Karte hat drei gerade Seiten; der dunkle Umriss sieht auch dreieckig aus.“ Prüfen Sie, ob das auf Ihren Aufbau zutrifft. Ist der Schatten stark verzerrt oder teilweise abgeschnitten, richten Sie die Karte anders aus oder beschreiben Sie genau diese Beobachtung, statt einen perfekten Dreiecksschatten zu behaupten.

Nehmen Sie die Karte aus dem Lichtweg und beobachten Sie die Wand erneut. Der zuvor von ihr erzeugte Schatten verschwindet oder verändert sich entsprechend. Führen Sie die Karte wieder hinein und prüfen Sie, ob er erneut sichtbar wird. Achten Sie darauf, dass nicht gleichzeitig ein Arm oder ein anderer Gegenstand denselben Bereich verdeckt; sonst können mehrere Schatten ineinander übergehen.

Das Kind kann vor dem zweiten Einsetzen vermuten, was es sehen wird. Schreiben oder zeichnen Sie auf Wunsch die Vermutung und sehen Sie danach gemeinsam nach. Eine andere Vorhersage als der tatsächliche Verlauf ist kein Fehlverhalten. Das Ziel ist, die Aussage vor dem Versuch von der Beobachtung danach unterscheiden zu können.

Nur den Abstand der Karte verändern

Lassen Sie Lampe und Wand an ihren Plätzen. Halten Sie das Dreieck zuerst an die wandnähere Markierung. Beschreiben Sie den Schatten oder zeichnen Sie seinen Umriss auf ein geeignet befestigtes Papier nach. Eine erwachsene Person kann zeichnen, während das Kind die Position auswählt. Schreiben Sie daneben „Karte näher an der Wand“, damit später klar ist, welcher Umriss gemeint ist.

Bewegen Sie die Karte danach in Richtung Lampe zur zweiten Markierung. Die Lampe zeigt weiterhin auf denselben Wandbereich; die Karte bleibt möglichst gleich ausgerichtet und wird noch vollständig vom Licht erfasst. Beobachten Sie den neuen Schatten. Unter diesen Bedingungen ist ein größerer Schatten an der Wand zu erwarten, wenn die Karte näher an die Lichtquelle kommt. Wie deutlich der Unterschied ist, hängt vom konkreten Aufbau ab.

Vergleichen Sie beide Umrisse oder die sichtbaren Schatten nacheinander. Fragen Sie: „Welcher Schatten ist in unserem Versuch größer? Was haben wir bewegt?“ Eine hilfreiche Antwort nennt die Karte und ihre Position. Wenn das Kind gleichzeitig die Lampe bewegt hat, können Sie den Versuch mit festgehaltener Lampe wiederholen, statt den Unterschied allein dem Kartenabstand zuzuschreiben.

Ein größeres Schattenbild bedeutet nicht, dass die Pappkarte gewachsen ist. Legen Sie die Karte vor und nach der Bewegung auf denselben Platz oder vergleichen Sie sie mit einer unveränderten zweiten Karte. Das Objekt ist dasselbe; geändert wurde sein Abstand zur Lampe und zur Wand. Die Beobachtung betrifft die Projektion auf der Wand, nicht die tatsächliche Größe der Karte.

Bei einer ausgedehnten Lichtquelle können Schattenränder unscharf werden. Wenn die Karte näher an die Lampe rückt, kann sich neben der Größe auch die Randunschärfe ändern. Fragen Sie getrennt nach der Größe und danach, wie klar der Rand aussieht. Wenn sich der Umriss wegen eines breiten, unscharfen Randes schwer vergleichen lässt, beschreiben Sie diese Unsicherheit und verzichten Sie auf eine scheinbar exakte Messung.

Ist kein Unterschied erkennbar, prüfen Sie, ob die beiden Kartenpositionen genügend auseinanderliegen und der ganze Lichtfleck die Karte erfasst. Verändern Sie dann eine Bedingung und beginnen Sie den Vergleich erneut. Es ist auch möglich, ehrlich festzuhalten: „In diesem Aufbau konnten wir keinen klaren Größenunterschied erkennen.“ Ein erwartetes Ergebnis darf nicht an die Stelle einer Beobachtung treten.

Eine Vorhersage ist etwas anderes als ein Ergebnis

Vor dem Verschieben können Sie fragen: „Was glaubst du: Wird der Schatten größer, kleiner oder weißt du es noch nicht?“ Lassen Sie die Antwort stehen und bewegen Sie erst dann die Karte. Ein Kind kann seine Vermutung aussprechen, auf zwei gezeichnete Größen zeigen oder offenlassen. Es braucht keine Begründung zu liefern, bevor der Versuch beginnt.

Notieren Sie zum Beispiel: „Vermutung: Der Schatten wird kleiner. Beobachtung: Beim Verschieben zur Lampe sah der zweite Umriss größer aus.“ Beide Angaben dürfen unterschiedlich sein. Der erste Satz hält fest, was vorher erwartet wurde; der zweite beschreibt den konkreten Versuch. Ein unerwarteter Verlauf gibt Anlass, den Aufbau anzusehen, ohne dass jemand einen Punkt verliert.

Wenn das Kind nach der Beobachtung sagt, es habe immer schon „größer“ gedacht, können Sie die Notiz freundlich zeigen: „Vorher haben wir kleiner aufgeschrieben; jetzt sehen wir hier größer.“ Es geht nicht darum, das Kind zu überführen. Neue Beobachtungen können eine Vorstellung verändern, und ein zeitlich getrennter Eintrag hilft, diese Veränderung zu besprechen.

Formulieren Sie das Ergebnis mit seinen Bedingungen: „Bei unserer Lampe und dieser Karte wurde der Schatten größer, als wir die Karte zur Lampe bewegten.“ Daraus folgt nicht, dass jede Lichtquelle und jede Anordnung denselben klar sichtbaren Effekt erzeugen. Wenn der Lichtkegel die Karte nicht mehr vollständig beleuchtet oder die Projektionsfläche zu klein ist, muss der Versuch anders eingerichtet werden.

Form und Ausrichtung getrennt betrachten

Bereiten Sie neben dem Dreieck einen großen Kreis aus derselben blickdichten Pappe vor. Halten Sie zunächst das Dreieck und anschließend den Kreis möglichst an dieselbe Stelle zwischen Lampe und Wand. Fragen Sie, was am Umriss gleich oder anders aussieht. Wechseln Sie nur die Karte; bleiben Lampe, Wand und Position gleich, ist die Form des Gegenstands die beabsichtigte Änderung.

Ein rundes Kartenstück kann einen runden Schatten zeigen, wenn es passend zum Licht ausgerichtet ist. Wird es stark schräg gehalten, kann der Umriss anders erscheinen. Deshalb ist „runder Gegenstand, immer runder Schatten“ keine sichere Regel für alle Stellungen. Für den ersten Vergleich halten Sie beide Karten möglichst gerade und besprechen Sie dann, was auf der Wand tatsächlich sichtbar ist.

Drehen Sie das Dreieck anschließend in seiner Ebene, während es an ungefähr derselben Position bleibt. Die Spitze kann auf der Wand nun in eine andere Richtung zeigen. Die Pappkarte bleibt ein Dreieck, auch wenn sich ihre Ausrichtung ändert. Wenn der Haltestreifen dabei einen zusätzlichen Schatten erzeugt, zeigen Sie getrennt auf den Streifen und auf den Kartenumriss.

Eine andere Veränderung ist das Kippen der Karte gegenüber dem Lichtweg. Der Schatten kann schmaler oder verzerrt aussehen. Markieren Sie, dass nun nicht nur die Lage in der Fläche, sondern die Ausrichtung zur Lampe verändert wurde. Wenn das Kind gerade erst Abstände untersucht, können Sie diese Variante auf eine andere Gelegenheit verschieben, um die Fragen übersichtlich zu halten.

Lassen Sie das Kind eine Karte auswählen und einen Schatten anfordern: „Möchtest du den Kreis oder das Dreieck sehen?“ Es kann die Wahl zeigen oder aussprechen; ein Erwachsener hält Karte und Lampe nach Absprache. Anschließend können Sie gemeinsam prüfen, ob die gewählte Form am Schatten erkennbar ist und welche Teile des Umrisses möglicherweise vom Halter verdeckt werden.

Was unterschiedliche Antworten bedeuten können

Sagt das Kind „Die Karte ist an der Wand“, zeigen Sie erst auf die Pappe zwischen Lampe und Wand und dann auf die dunkle Form. Vielleicht meint es die Form der Karte und nicht ihren Ort. Sie können sagen: „Hier halten wir die Karte. Dort sehen wir ihren Schatten.“ Eine Berührung der Wand ist dafür nicht nötig.

Wenn es den Schatten für einen Gegenstand hält, den man abnehmen kann, probieren Sie gemeinsam aus, was beim Entfernen der Karte geschieht. Die Pappe bleibt in der Hand; der zugehörige Schatten verschwindet aus dem beleuchteten Bereich. Diese Handlung beantwortet eine konkrete Frage besser als eine bloße Korrektur. Vermeiden Sie allerdings den Schluss, dass Licht und Schatten in jedem Raum nur von einer einzigen Lampe abhängen.

Zeigt das Kind auf den Schatten des eigenen Arms statt auf das Dreieck, prüfen Sie, welche Form tatsächlich zu welchem Gegenstand gehört. Bewegen Sie nur den Arm und lassen Sie die Karte ruhig. Verändert sich ein Teil des Schattens mit dem Arm, können beide ihn zuordnen. Danach bewegen Sie nur die Karte. So wird eine zunächst überlagerte Beobachtung in zwei prüfbare Fragen geteilt.

Wenn ein Kind keinen Schatten erkennt, verändern Sie die Bedingungen: Ist der Lichtfleck auf der Wand sichtbar? Ist die Karte blickdicht und im Lichtweg? Verdeckt die Hand den Umriss? Ist der Kontrast für dieses Kind zugänglich? Ein schwer wahrnehmbarer Schatten ist nicht automatisch ein Verständnisproblem. Sie können einen größeren, klareren Umriss wählen oder das Thema über eine andere zugängliche Darstellung besprechen.

Falls das Kind sich vor einer vergrößerten Form erschrickt, nehmen Sie die Karte aus dem Licht und erhöhen Sie bei Bedarf das Raumlicht. Es darf entscheiden, ob es weitermachen möchte. Sie können die Pappe zeigen und erklären, welche sichtbare Veränderung die Bewegung bewirkt hat, ohne eine erneute Vorführung zu erzwingen. Sicherheit und Wohlbefinden gehen vor dem Versuchsziel.

Weniger oder mehr Unterstützung anbieten

Für einen einfachen Einstieg zeigen Sie nur einen Schatten und nennen gemeinsam Karte, Lampe und Wand. Der Erwachsene hält die Lampe; das Kind entscheidet, ob es auf die dunkle Form zeigen möchte. Ein Vergleich von zwei Abständen ist zunächst nicht erforderlich. Wenn das Kind später die Karte selbst positionieren möchte, können Sie einen neuen Versuch beginnen.

Eine vorbereitete Wahl kann lauten: „Soll die Karte an die Markierung nahe der Wand oder an die zweite Markierung?“ Der Erwachsene bewegt sie auf Wunsch. Beide beobachten jeweils das Ergebnis. Ein Foto oder eine Zeichnung des ersten Zustands kann beim Vergleich helfen, sofern das Kind diese Darstellung gut wahrnehmen kann. Es ist in Ordnung, die beiden Zustände mehrmals zu zeigen.

Als Erweiterung kann das Kind die Reihenfolge selbst planen: erst Vermutung, dann eine Karte verschieben, schließlich Ergebnis beschreiben. Ein Erwachsener kann die Aussage aufschreiben, wenn das Kind nicht schreiben möchte. Die drei Schritte müssen nicht als Prüfung durchgeführt werden; sie helfen, den Ablauf einer konkreten Untersuchung nachvollziehbar zu machen.

Für eine genauere Größenbeobachtung können Sie zwei Schattenumrisse auf demselben großen Papier markieren. Verwenden Sie unterschiedliche Linienarten oder Beschriftungen, damit die Bedingungen unterscheidbar bleiben. Legen Sie das Papier zwischen den Versuchen nicht neu an eine andere Wandstelle. Vergleichen Sie die Umrisse nur, wenn sie vollständig sichtbar und ihre Ränder ausreichend klar sind.

Möchten Sie messen, wählen Sie eine klare Strecke, etwa die sichtbare Höhe vom unteren Rand bis zur Spitze des Dreiecksschattens. Schreiben Sie Einheit und Messmethode dazu. Bei einem unscharfen Rand gibt es einen Spielraum, wo die Messung beginnt und endet; ein ungefährer Wert oder ein verbaler Vergleich kann dann angemessener sein als eine scheinbar genaue Zahl. Messwerte sind für die Grundidee nicht erforderlich.

Alltagsbezüge ohne falsche Gleichsetzungen

Draußen kann ein Kind den Schatten eines Baumes oder einer Person sehen. Fragen Sie, wo die beleuchtete Fläche und wo der Schatten liegen. Ein Baum ist keine Pappkarte und die Sonne keine kleine Taschenlampe im Zimmer; trotzdem kann man in beiden Situationen darüber sprechen, dass ein Gegenstand einen Teil des Lichts abschirmt. Schauen Sie nicht direkt in die Sonne.

Bei mehreren Lampen können mehrere überlagerte Schatten oder unterschiedlich helle Bereiche entstehen. Wenn Ihr Zimmer einen zweiten starken Lichtpunkt hat, kann er den Versuch mit der Taschenlampe beeinflussen. Sie müssen nicht sämtliche Lichtquellen ausschalten; beobachten Sie, welche hellen und dunklen Bereiche tatsächlich sichtbar sind. Für einen klaren ersten Vergleich kann ein anderer Platz mit weniger störendem Licht helfen.

Transparente und durchscheinende Materialien verhalten sich anders als die blickdichte Dreieckskarte. Eine klare Folie kann viel Licht durchlassen; farbiges Material kann das durchgelassene Licht verändern. Ob ein dunkler Umriss erkennbar ist, hängt vom Material und Aufbau ab. Testen Sie geeignete große Materialien nur unter Aufsicht und vergleichen Sie sie nicht pauschal mit allen Papieren oder Kunststoffen.

Ein Schatten kann sich bewegen, wenn die Karte, die Lampe oder die Projektionsfläche bewegt wird. Um herauszufinden, was in einem bestimmten Versuch den Unterschied verursacht hat, verändern Sie möglichst nur eine dieser Bedingungen und halten die anderen fest. Ein zufällig bewegter Arm kann ebenfalls ein neues Bild erzeugen. Die Frage „Was wurde diesmal bewegt?“ hilft bei der gemeinsamen Rekonstruktion.

Den Vergleich später noch einmal aufbauen

Wenn Sie den Versuch an einem anderen Tag wiederholen möchten, bewahren Sie die beiden Markierungen oder eine einfache Skizze des Aufbaus auf. Notieren Sie, wo die Lampe stand, welche Karte verwendet wurde und welche der beiden Kartenpositionen näher an der Wand lag. Eine genaue Entfernungsangabe ist nur dann sinnvoll, wenn sie tatsächlich gemessen wurde; andernfalls reichen die beschriebenen Positionen.

Stellen Sie Lampe und Projektionsfläche anhand der Skizze auf und prüfen Sie, ob das Dreieck wieder vollständig beleuchtet wird. Eine andere Taschenlampe kann einen breiteren Lichtkegel oder andere Schattenränder erzeugen. Wenn Sie die Lampe austauschen, halten Sie diesen Wechsel fest, statt eine Abweichung allein auf die Karte zurückzuführen. Eine Wiederholung ist eine neue Beobachtung unter möglichst vergleichbaren, aber nicht automatisch identischen Bedingungen.

Zeigen Sie dem Kind die frühere Zeichnung und fragen Sie, ob es den Aufbau wiedererkennt. Es kann die Position einer Karte wählen oder beschreiben, wo die Lampe auf die Wand leuchtet. Dann betrachten Sie das neue Schattenbild. Übereinstimmungen und Unterschiede lassen sich nebeneinander festhalten, ohne aus zwei Versuchen eine allgemeingültige Regel abzuleiten.

Wenn das Kind einen eigenen Versuchsplan vorschlägt, formulieren Sie gemeinsam die Frage. Soll die Karte näher an die Lampe oder weiter von der Wand? Bei feststehender Lampe und Wand beschreibt das im geordneten Aufbau dieselbe Bewegungsrichtung. Soll dagegen die Lampe selbst verschoben werden, ist es eine andere Veränderung. Schreiben Sie auf, welche Sache bewegt wurde, bevor Sie den Schatten vergleichen.

Auch ein nicht gelungener Aufbau liefert eine konkrete Information. Vielleicht war die Karte außerhalb des Lichtkegels oder der Schatten ragte über den Rand des Papiers. Passen Sie die Ausgangslage an und beginnen Sie die beiden Vergleichszustände danach neu. Eine abgeschnittene Form mit einem vollständigen Schatten zu vergleichen, würde die Frage nach der Größe nicht zuverlässig beantworten.

Beobachtung festhalten und auf BrainHunters fortsetzen

Eine konkrete Notiz könnte lauten: „Bei festgehaltener Lampe verglich das Kind den Dreiecksschatten an zwei Kartenpositionen. Es zeigte auf den größeren Umriss, nachdem ein Erwachsener die Karte näher zur Lampe bewegt hatte.“ Die Notiz nennt Handlung und Unterstützung. Sie beweist nicht, dass das Kind alle Ursachen von Schatten oder jede Lichtanordnung verstanden hat.

Wenn das Kind eine Zeichnung anfertigt, können Sie Karte, Lampe, Wand und den dunklen Bereich gemeinsam beschriften. Fragen Sie, welche Form wo hingehört. Die Zeichnung ist ein Modell des Aufbaus; sie muss nicht maßstabsgetreu sein. Ist der Versuch unklar geblieben, halten Sie das ebenso fest und planen Sie bei Interesse einen neuen Aufbau mit besser sichtbarem Schatten.

Falls das Kind digital weitermachen möchte, sehen Sie sich gemeinsam den Bereich Formen auf BrainHunters an und wählen Sie eine verfügbare Aufgabe. Das Erkennen eines Dreiecks auf dem Bildschirm kann an die Pappform anknüpfen, ist aber nicht dasselbe wie das Untersuchen von Licht und Schatten. Lesen Sie die jeweilige Anweisung und wählen Sie passende Unterstützung.

Zum Abschluss schalten Sie die Lampe aus und räumen die Materialien sicher weg. Das Kind kann eine Karte auswählen, die es aufbewahren möchte, oder die dunkle Form noch einmal beschreiben. Ein Vergleich, bei dem beide wissen, was bewegt und was beobachtet wurde, genügt für einen ersten Forschungsschritt.