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Didaktische FWU-DVD

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Die bunte Welt der Farben Biologie Physik Chemie Klasse 7 – 10

Tr a i l e r a n s e h e n

Klasse 7 – 10

Klasse 7 – 13

Schlagwörter additive Farbmischung; Auge; Carotin; CYMK; elektromagnetisches Spektrum; elektromagnetische Welle; Farben; Farbmittel; Farbstoffe; Frequenz; Fresnel, Augustin Jean; Huygens, Christiaan; Licht; Lichtabsorption; Lichtbrechung; Lichtgeschwindigkeit; Lichtsinnesorgan; Lichtstrahl; Mikrowellen; Newton, Isaac; Opsin; Optik; Photonen; pi-Elektronensystem; Pigmente; Prisma; Reflexion; Retinal; Retinol; RGB; Rhodopsin; Röntgenwellen; Rundfunkwellen; Sehen; Sinnesorgan; Subtraktive Farbmischung; Teilchenmodell (Licht); UV-Strahlung; Wahrnehmung (Sinnesorgan); Wellenlänge; Wellenmodell (Licht); Welle-Teilchen-Dualismus; Young, Thomas; Zapfen (Auge)

Systematik

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Bildende Kunst

› Grundlagen künstlerischen Schaffens › Farblehre, Licht

Biologie

› Menschenkunde › Sinnesorgane, Nervensystem

Chemie

›O  rganische Chemie › Kohlenwasserstoffe › B iochemie › Stoffwechselvorgänge

Physik

› K lassische Mechanik › Schwingungen, Wellen, Akustik ›O  ptik › Geometrische Optik ›O  ptik › Wellenoptik ›O  ptik › Farbenlehre

Zum Inhalt „Farben – Die Welt ist bunt“ (Film 32 min) Schon vor Jahrtausenden begannen die Menschen, sich mit Farben und der Farbfindung auseinanderzusetzen. Damit man die entstandene Vielfalt der Farbmittel aber überhaupt wahrnehmen kann, braucht man Licht. Anschauliche Animationen bringen den Schülerinnen und Schülern die Darstellung des Lichts als elektromagnetische Welle sowie das elektromagnetische Spektrum näher. Hier zeigt sich auch, dass uns Licht zwar weiß erscheint, doch durch ein Prisma lässt es sich in seine Spektralfarben zerlegen. Daraufhin verdeutlicht die Darstellung über Farbkreise das Prinzip der additiven und daran anschließend auch das der subtraktiven Farbmischung. Denn Licht kann auch durch farbige Objekte verändert werden, indem Anteile des Lichts von den Pigmenten oder organischen Molekülen absorbiert und andere reflektiert werden. Das reflektierte Licht wird dann als Farbe wahrgenommen. Letztendlich können wir den Mechanismus der Farbwahrnehmung aber erst verstehen, wenn wir auch den Sehvorgang im Auge verstehen. Aus diesem Grund wiederholt der Film

als abschließende Sequenz die chemischen Grundlagen des Sehens. Menü „Farbmittel“ Farben und Farbmittel (Filmsequenz 4:50 min) Wo wir auch hinschauen – die Welt ist bunt. Manche Dinge werden aber auch extra eingefärbt. Die Suche nach nutzbaren Farbmitteln begann schon vor langer Zeit. Die Schülerinnen und Schüler verfolgen in dieser Filmsequenz die Entdeckung und Weiterentwicklung der Farbmittel – von den Pigmenten der Steinzeit bis zu den organischen Farbstoffen. Einteilung der Farbmittel (Grafik) Farbmittel ist die Sammelbezeichnung für alle farbgebenden Stoffe. Farbmittel werden in anorganische und organische Farbmittel eingeteilt. Diese beiden Gruppen teilen sich je in natürliche und synthetische Farbmittel auf. Menü „Licht als Welle“ Was ist Licht? (Filmsequenz 3:20 min) Damit man Farben überhaupt erst sehen kann, braucht man Licht. Aber was ist Licht? Ein geschichtlicher Rückblick beginnt mit dem Teilchenmodell Isaac Newtons, verfolgt die Erkenntnisse Christiaan 3

Huygens, Augustin Jean Fresnel und Thomas Young (Wellenmodell) bis hin zu den Entdeckungen Max Plancks und Albert Einsteins (Lichtquanten, Photonen). Heute weiß man: Licht verhält sich entweder als Teilchen oder als Welle. Man spricht von Welle-Teilchen-Dualismus. Licht als elektromagnetische Welle (Filmsequenz 1:30 min) Animationen und Realbilder bringen den Schülerinnen und Schülern die mathematischen Grundlagen zur Ausbreitung von Licht, betrachtet als elektromagnetische Welle, anschaulich näher. Das elektromagnetische Spektrum (Filmsequenz 3:50 min) Es gibt verschiedene elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie Mikrowellen, Röntgenstrahlen oder Rundfunkwellen. Eine Übersicht über alle Wellen sowie deren Frequenzbereiche gibt das elektromagnetische Spektrum. Ein Teil des Spektrums ist für uns sichtbar. Das Licht erscheint uns weiß. Doch ist es das auch wirklich? Der Versuch mit einem Glasprisma zeigt: Durch das Prisma wird kurzwelliges Licht stärker gebrochen als Licht mit größeren Wellenlängen. Jede Wellenlänge erzeugt einen unterschiedlichen Farbeindruck. 4

Lichtabsorption und Reflexion (Filmsequenz 2:10 min) Licht kann durch farbige Objekte verändert werden, denn Anteile des Lichts werden absorbiert bzw. reflektiert. Das reflektierte Licht wird als Farbe wahrgenommen. Am Beispiel von Eisenocker und Bleichromat wird die Lichtabsorption durch anorganische Pigmente verdeutlicht. Frequenz und Wellenlänge (2 Grafiken) Die Frequenz ist ein Maß dafür, wie schnell bei einem periodischen Vorgang die Wiederholungen aufeinanderfolgen. Die Wellenlänge λ einer periodischen Welle ist der kleinste Abstand zweier Punkte gleicher Phase. Beides wird hier anschaulich dargestellt. Das elektromagnetische Spektrum (Grafik) Die Grafik zeigt die Bandbreite der elektromagnetischen Wellen mit der zugehörigen Wellenlänge.

Lichtbrechung durch ein Prisma (Grafik) Mit dieser Grafik können die Lichtbrechung und die Aufspaltung weißen Lichtes in seine Spektralfarben durch ein Prisma erarbeitet werden. Lichtbrechung im Regentropfen (Grafik) Die Lichtbrechung und die Aufspaltung weißen Lichtes in seine Spektralfarben durch einen Wassertropfen können mit dieser Grafik erarbeitet werden. Lichtabsorption – Komplementärfarbe (2 Grafiken) Die Grafiken zeigen das Farbspektrum von absorbierten Wellenlängen und deren Komplementärfarben.

Menü „Farbmischung“ Additive Farbmischung (Filmsequenz 2:40 min) Die Schülerinnen und Schüler lernen: Eine Lichtquelle hat nicht nur eine bestimmte Farbe, sondern auch eine bestimmte Stärke oder Intensität. Treffen zwei Lichtquellen aufeinander, geben beide Lichtquellen zusammen mehr Licht ab als jede einzelne für sich. Die Stärke der beiden Lichtquellen addiert sich. Daher spricht man auch von additiver Farb­mischung. Subtraktive Farbmischung (Filmsequenz 2:00 min) Die subtraktive Farbmischung findet immer dann statt, wenn Körper, die nicht

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selbst leuchten, einen Farbeindruck hervorrufen, zum Beispiel bei einem Farbdrucker. Die Filmsequenz zeigt mittels Farbkreisen, was passiert, wenn man Cyan, Magenta und Gelb miteinander mischt. Additive Farbmischung (Grafik) Das Mischen von unterschiedlichen Lichtfarben nennt man additive Farbmischung. Der Farbraum, der Farbwahrnehmungen durch das additive Mischen dreier Grundfarben (Rot, Grün und Blau) nachbildet, ist der RGB-Farbraum. Subtraktive Farbmischung (Grafik) Bei der subtraktiven Farbmischung wird Licht verschiedener Farbe durch Absorption oder Filterung vom ursprünglich vorhandenen Licht weggenommen. Das restliche Licht bildet bei Überlagerung eine Mischfarbe. Ein subtraktives Farbmodell ist das CMYK-Farbmodell (Cyan, Magenta, Yellow, Key). 6

Menü „Chemie des Sehens“ Lichtabsorption durch organische Moleküle (Filmsequenz 4:40 min) Wie Pigmente können auch organische Moleküle Teile der elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Das wird am Beispiel der Carotinmoleküle einer Karotte verdeutlicht. Animationen veranschaulichen diesen Mechanismus auf molekularer Ebene. Chemische Grundlagen des Sehens (Filmsequenz 5:20 min) Um die Mechanismen der Farbwahrnehmung zu verstehen, ist es wichtig, die chemischen Grundlagen des Sehens zu wiederholen. Denn Licht oder vom Licht angestrahlte Gegenstände werden von unserem Auge in einer bestimmten Farbe wahrgenommen. Die Sequenz beschreibt neben dem Aufbau des Auges mit den Sinneszellen Stäbchen und Zapfen auch deren Funktion für den Sehvorgang.

Vergleich β-Carotin – 11-cis-Retinal (Grafik) Mit dieser Grafik können die Strukturformeln von 11-cis-Retinal und β-Carotin verglichen werden. 11-cis-Retinal – all-trans-Retinal (2 Grafiken) Das 11-cis-Retinal hat in der Kohlenstoffkette einen energetisch ungünstigen Knick. Kommt eine Lichtwelle mit passender Wellenlänge an, wird sie absorbiert und überträgt ihre Energie auf das π-Elektronensystem des 11-cis-Retinalmoleküls. Das führt zu einer Streckung des Moleküls und es schnellt in die stabile trans-Anordnung um. Retinol – Retinal – β-Carotin (Grafik) Unser Körper kann β-Carotin in Retinolmoleküle umwandeln. Dieses wiederum wird in Retinalmoleküle oxidiert, die beim Sehvorgang beteiligt sind. β-Carotinmolekül (Grafik) Hier findet sich ein 3D-Molekül des β-Carotins. Die konjugierten Doppelbindungen sind gut erkennbar.

Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler • lernen die Strukturmerkmale von Farbstoffmolekülen kennen; • differenzieren zwischen chemischen Farbstoffen und anorganischen Pigmenten; • verstehen, dass das sichtbare Licht nur einen kleinen Teil der Solarstrahlung ausmacht; • erläutern die Zerlegung des Lichts in seine Spektralfarben mittels eines Prismas; • lernen die Lichtabsorption durch anorganische Pigmente kennen; • unterscheiden additive und subtraktive Farbmischung; • beschreiben die additive Farbmischung aus dem Grundfarbentripel Rot – Grün – Blau; • wissen um die Wellenlängen der unterschiedlichen Farben des sichtbaren Lichts; • kennen die chemischen Grundlagen des Sehvorgangs; • erkennen, dass Absorption und Reflexion essenzielle Kriterien für die Farbigkeit von Stoffen sind; • verstehen, dass Licht aus elektromag­ netischen Wellen besteht. 7

Didaktische Hinweise Der Film „Farben – Die Welt ist bunt“ soll den Schülerinnen und Schülern das grundlegende Fachwissen zu Farben und Farbigkeit näherbringen. Dazu werden zunächst Farben anhand von historischen Farbmitteln und deren Bedeutung eingeführt. Anschließend werden die Eigenschaften von Licht thematisiert. Dabei werden das Teilchenmodell und das Wellenmodell sowie Lichtquanten und Photonen näher eingeführt und anschließend auf Licht als elektromagnetische Welle näher eingegangen. In weiteren Abschnitten geht es um das elektromagnetische Spektrum, mit einer Vertiefung zum sichtbaren Licht, bevor auf die additive und die subtraktive Farbmischung eingegangen wird. Im vorletzten Teil wird auf die Lichtabsorption durch anorganische Pigmente und durch organische Moleküle eingegangen. Den Abschluss des Films bilden schließlich die chemischen Grundlagen des Sehens. Die Produktion ist schwerpunktmäßig für den Einsatz im Chemieunterricht der Mittelstufe (Jahrgangsstufen 7 – 10) sowie zur Wiederholung in der Oberstufe (11 – 13) konzipiert. Da auch Grundlagen der Optik sowie chemische Grundlagen des Sehvorgangs behandelt werden, lässt sie 8

sich auch im Biologieunterricht sowie im Physikunterricht einsetzen. Die Einsatzmöglichkeiten des Films sind flexibel. So kann der Film sowohl als Einstieg in die Thematik als auch als stückweise Begleitung zu den einzelnen Teilen einer entsprechenden Unterrichtseinheit verwendet werden, oder aber als Abschluss und grundlegende Zusammenfassung der Behandlung des Themas im Unterricht. Die Produktion kann im Rahmen der folgenden Themenschwerpunkte eingesetzt werden: • Historische Farbmittel • Wellenlänge, Frequenz und Energie • Licht als elektromagnetische Welle • elektromagnetisches Spektrum • Zerlegung des Lichts in seine Spektralfarben (Prisma) • Additive und subtraktive Farbmischung • Lichtabsorption durch anorganische Pigmente und organische Moleküle • Chemische Grundlagen des Sehvorgangs, Farbempfinden

Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROMTeil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen sowohl als PDFals auch als Word-Dateien vor:

• Die PDF-Dateien können am PC direkt ausgefüllt oder ausgedruckt werden. • Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden.

Ordner

Materialien

Didaktische Hinweise

Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen sowie zu den Grafiken und den ergänzenden Arbeitsmaterialien

Arbeitsblätter (mit Lösungen)

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Wellenlänge, Frequenz und Energie Goethes Farbenlehre Additive und subtraktive Farbmischung Natürliche anorganische Pigmente Farbstoffmoleküle

Grafiken

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Einteilung der Farbmittel Frequenz und Wellenlänge (2 Grafiken) Das elektromagnetische Spektrum Lichtbrechung durch ein Prisma Lichtbrechung im Regentropfen Lichtabsorption – Komplementärfarbe (2 Grafiken) Additive Farbmischung Subtraktive Farbmischung Vergleich β-Carotin – 11-cis-Retinal 11-cis-Retinal – all-trans-Retinal (2 Grafiken) Retinol – Retinal – β-Carotin β-Carotinmolekül

Filmtext

Filmtext zum Film als PDF-Dokument

Programmstruktur

Übersicht über den Aufbau der DVD

Weitere Medien

Informationen zu ergänzenden FWU-Medien

Produktionsangaben

Produktionsangaben zur DVD und zum Film

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46 11220 Die bunte Welt der Farben

Programmstruktur

Die bunte Welt der Farben Programmstruktur

Untermenü

Farbmittel Farben und Farbmittel Hauptmenü

4:50 min

Einteilung der Farbmittel

Grafik

Die bunte Welt der Farben Farben – Die Welt ist bunt Farbmittel

Film 32 min Sequenz / Grafik

Licht als Welle

Sequenzen / Grafiken

Farbmischung

Sequenzen / Grafiken

Chemie des Sehens Sequenzen / Grafiken Arbeitsmaterial

Licht als Welle Was ist Licht?

3:20 min

Licht als elektromagnetische Welle 1:30 min Frequenz und Wellenlänge

2 Grafiken

Das elektromagnetische Spektrum 3:50 min Das elektromagnetische Spektrum

Grafik

Lichtbrechung durch ein Prisma

Grafik

Lichtabsorption und Reflexion

2:10 min

Lichtabsorption – Komplementärfarbe Grafik

Additive Farbmischung

Farbmischung 2:40 min

Additive Farbmischung

Grafik

Arbeitsmaterial

Didaktische Hinweise 5 Arbeitsblätter 14 Grafiken Filmtext

Subtraktive Farbmischung

2:00 min

Subtraktive Farbmischung

Grafik

Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben

Chemie des Sehens Lichtabsorption durch organische Pigmente Chemische Grundlagen des Sehens

4:40 min 5:20 min

Vergleich β-Carotin – 11-cis-Retinal Grafik cis-Retinal – all-trans-Retinal 2 Grafiken

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Produktionsangaben Die bunte Welt der Farben (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2016 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann DVD-Authoring und Design Dicentia Germany GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2016 Grafiken FWU Institut für Film und Bild Christina Lehni Bildnachweis © Thinkstock, © AI – fotolia, © PROBilder – fotolia, © wikimedia commons – KES47, © wikimedia commons 3D Molekül Objekte BALLView: an object-oriented molecular visualization and modeling framework, Moll A, Hildebrandt A, Lenhof HP, Kohlbacher O, J Comput Aided Mol Des. 2005 Nov;19(11):791-800.© Arbeitsmaterial Dr. Nina Harsch, Dr. Maike Schuchmann Begleitheft Dr. Maike Schuchmann Pädagogische Referentin im FWU Dr. Maike Schuchmann Produktionsangaben zum Film „Farben – Die Welt ist bunt“ Produktion SchwabenFilm im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2016 mit Sven Falge, Tatiana Falge, Guy Ndigui

Drehbuch Markus Matschke, Dr. Nina Harsch Regie und ausführende Produktion Sven Falge, Markus Matschke Kamera Jean-Pierre Weingart Schnitt & Animation Dennis Dermann Animation David Adolf Musik bluevalley Sounddesign und Mischung Tobias von Brockdorff TONSCHIEBER | Tonstudio-Stuttgart Sprecher Timo Ben Schöfer Fachberatung Dr. Nina Harsch Vielen Dank an Forum 3 Stuttgart, Michael Falge, Silvia Chevalier Redaktion Dr. Maike Schuchmann Nur Bildstellen/Medienzentren: öV zulässig © 2016 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (089) 6497-1 Telefax (089) 6497-240 E-Mail [email protected] [email protected] Internet www.fwu.de

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Didaktische FWU-DVD

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Die bunte Welt der Farben Eine Blumenwiese in grau? Ein Spaziergang durch die Stadt in schwarz-weiß? Wie trist wäre unsere Welt ohne Farben! Doch wie nehmen wir Farben eigentlich wahr? Und was ist Farbe überhaupt? Die Produktion erklärt die Grundlagen zur Farbwahrnehmung und die Entstehung von Farbein­drücken im Auge. Auch auf die additive und subtraktive Farbmischung sowie die Einteilung von Farbmitteln wird eingegangen. Laufzeit

32 min

Klasse

7 – 13

Sprache

DE

Film

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Filmsequenzen

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Arbeitsblätter

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Grafiken 

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Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler › lernen die Strukturmerkmale von Farbstoffmolekülen kennen; › lernen, wie sich Licht in seine verschiedenen Wellenlängen aufspalten lässt; › e rläutern die Zerlegung des Lichts in seine Spektralfarben mittels eines Prismas; ›w  issen, dass Licht aus unterschiedlichen Wellenlängen zusammengesetzt ist; › lernen die Lichtabsorption durch anorganische Pigmente kennen; › unterscheiden additive und subtraktive Farbmischung.

Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial.

Themen

Klasse 7 – 10

Klasse 11 – 13

Historische Farbmittel Licht als elektromagnetische Welle Das elektromagnetische Spektrum Zerlegung des Lichts in seine Spektralfarben Additive und subtraktive Farbmischung Lichtabsorption durch anorganische Pigmente und organische Moleküle Chemische Grundlagen des Sehvorgangs

Lehrprogramm gemäß § 14 JuSchG

GEMAFREI

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