Physik

Bildungsbeitrag des Faches Physik

„Im Physikunterricht erfahren die Schülerinnen und Schüler beispielhaft, in welcher Weise und in welchem Maße ihr persönliches und das gesellschaftliche Leben durch Erkenntnisse der Physik mitbestimmt werden. Der Aufbau eines physikalischen Grundverständnisses in ausgewählten Bereichen ermöglicht ihnen, Entscheidungen und Entwicklungen in der Gesellschaft im Bereich von Naturwissenschaft und Technik begründet zu beurteilen, Verantwortung beim Nutzen des naturwissenschaftlichen Fortschritts zu übernehmen, seine Folgen abzuschätzen sowie als mündige Bürger auch mit Experten zu kommunizieren.

An authentischen Beispielen kann der Physikunterricht Erfahrungen mit wesentlichen Elementen naturwissenschaftlichen Arbeitens vermitteln, indem von den Schülerinnen und Schülern formulierte Vermutungen und Hypothesen in eigenen, auch quantitativ auswertbaren Experimenten überprüft werden. Bei selbständigem Experimentieren erfahren die Lernenden, wie wesentlich genaues Arbeiten und gewissenhafter Umgang mit Daten sind. Hierdurch werden erste fachliche Kriterien zur Bewertung wissenschaftlicher Ergebnisse bereitgestellt und das Verantwortungsbewusstsein der Schülerinnen und Schüler gestärkt.“

Quelle: Kerncurriculum für das Gymnasium Schuljahrgänge 5-10 Naturwissenschaften, Niedersächsisches Kultusministerium 2007 (Seite 14)

Kompetenzen im Physikunterricht

Kompetenzen umfassen Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten, aber auch Bereitschaften, Haltungen und Einstellungen, über die Schülerinnen und Schüler verfügen müssen, um Anforderungssituationen gewachsen zu sein. Kompetenzerwerb zeigt sich darin, dass zunehmend komplexere Aufgabenstellungen gelöst werden können. Deren Bewältigung setzt gesichertes Wissen und die Kenntnis und Anwendung fachbezogener Verfahren voraus. Schülerinnen und Schüler sind kompetent, wenn sie zur Bewältigung von Anforderungssituationen

  • auf vorhandenes Wissen zurückgreifen,
  • die Fähigkeit besitzen, sich erforderliches Wissen zu beschaffen,

  • zentrale Zusammenhänge des jeweiligen Sach- bzw. Handlungsbereichs erkennen,

  • angemessene Handlungsschritte durchdenken und planen,
  • Lösungsmöglichkeiten kreativ erproben,

  • angemessene Handlungsentscheidungen treffen,

  • beim Handeln verfügbare Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten einsetzen,

  • das Ergebnis des eigenen Handelns an angemessenen Kriterien überprüfen.

Quelle: Kerncurriculum für die gymnasiale Oberstufe, Niedersächsisches Kultusministerium 2009 (Seite 5)

Eingeführte Lehrwerke

Jahrgänge 5/6: Klett „Impulse Physik/Chemie“
Jahrgänge 7 bis 10: Klett „Impulse Physik Gesamtband Sek I“
Jahrgänge 11/12: In Absprache mit dem Fachlehrer:
Metzler Physik
ISBN 3-507-10700-7
ab Klasse 9: Formelsammlung (gültig für alle Naturwissenschaften)
„Formelsammlung bis zum Abitur mit CD-ROM“
Duden-Paetec-Verlag
ISBN: 978-3-89818-700-8

Stundentafel

Klassen 5 bis 7: Epochal 2 Wochenstunden

Klassen 8 bis 10: 2 Wochenstunden

Für naturwissenschaftlich interessierte Schülerinnen und Schüler besteht die Möglichkeit, den entsprechenden Wahlpflichtbereich zu wählen. Im Schuljahrgang 8 haben die Schüler dadurch zusätzlichen Physikunterricht, in dem unabhängig vom restlichen Curriculum weitere Themen behandelt werden.

In der Sekundarstufe II wird Physik sowohl auf grundliegendem als auch auf erhöhtem Anforderungsniveau angeboten. Der Unterricht erfolgt jeweils mit 4 Wochenstunden (Nichtprüfungskurs mit 2 oder 3 Wochenstunden).

Unterrichtsinhalte Klasse 5 und 6

In Klasse 5 werden die Schülerinnen und Schüler phänomenologisch an die Elektrizitätslehre herangeführt. In Schülerexperimenten bringen sie u.a. ein Lämpchen zum Leuchten, entdecken feste und flüssige Leiter und Nichtleiter, sammeln Erfahrungen mit verschiedenen Schaltungen und übertragen die gewonnen Kenntnisse auf ihr häusliches Umfeld. Damit sich die Schülerinnen und Schüler auch der Gefahren im Umgang mit dem elektrischen Strom bewusst werden, werden selbstverständlich auch die damit verbundenen Risiken thematisiert.

Das zweite Themenfeld ist der Magnetismus. Hier lernen die Schülerinnen und Schüler Grundlagen wie Nord- und Südpol und Feldlinien kennen. Zudem werden sie an Denkmodelle wie z.B. Elementarmagnete herangeführt. Der Kompass bietet anschließend eine spannende Anwendung des Magnetismus für die Schülerinnen und Schüler.

Methodisch erlernen die Schülerinnen und Schüler die naturwissenschaftliche Protokollführung.

In der Klassenstufe 6 steht die Optik im Mittelpunkt. Die Schülerinnen und Schüler lernen “physikalisch” zu sehen, ergründen experimentell Licht und Schatten und abstrahieren ihre Beobachtungen beispielsweise in Konstruktionen von Schattenbildern. Von besonderem Interesse sind auch die Gesetzmäßigkeiten von Licht und Schatten im Weltraum. Faszinierend für die Schülerinnen und Schüler sind die Spiegelwelt und ihre Gesetze sowie die Lichtbrechung und die darauf beruhenden Phänomene. Auch diese erforschen die Schülerinnen und Schüler experimentell. Ebenso wird die Frage, wie Löcher Bilder produzieren zum spannenden Unterrichtsgegenstand für die Schülerinnen und Schüler.

Unterrichtsinhalte Klasse 7 und 8

Der Physik-Unterricht in Klasse 7 führt in den für alle Naturwissenschaften bedeutenden Themenbereich Energie ein. Ausgehend von Alltagserfahrungen lernen die Schülerinnen und Schüler die verschiedenen Energieformen und deren Umwandlung in einander vom Experiment ausgehend kennen. Ziel ist die Erkenntnis, dass Energie nicht verbraucht wird.

Bezüge zur Gesundheit und Ernährung werden experimentell hergestellt, erste quantitative Betrachtungen schließen sich an.

Außerdem wird in Klasse 7 der Themenbereich Elektrizitätslehre wieder aufgenommen und vertieft. Erste Kenntnisse zur Elektrostatik werden vermittelt.

Im Physik-Unterricht der Klasse 8 werden die Kenntnisse Elektrizitätslehre vertieft und die physikalischen Größen Energiestrom, Ladungsstrom, Spannung, Stromstärke und elektrischer Widerstand anhand von Experimenten qualitativ und quantitativ behandelt.

Ebenfalls in Klasse 8 wird das Thema Mechanik neu eingeführt. Ausgehend von der Betrachtung gleichförmiger und ungleichförmiger Bewegungen nähert man sich experimentell und rechnerisch dem Begriff Geschwindigkeit. Hier wird großer Wert auf den Bezug zur Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler gelegt.

Besonders motivierend sind Vernetzungen zum Sport. Das gilt auch für die Einführung des Kraftbegriffs. Die Schülerinnen und Schüler machen Erfahrungen mit Kraft und Gegenkraft. Sie lernen die physikalischen Größen Gewichtskraft und Trägheit kennen.

Experimente zu proportionalen Zusammenhängen haben sowohl in der Elektrizitätslehre als auch in der Mechanik eine große Bedeutung.

Unterrichtsinhalte Klasse 9 und 10

Im Physik-Unterricht der Klasse 9 vertiefen die Schüler ihre Kenntnisse in der Elektrizitätslehre durch die Betrachtung von Leitungsvorgängen in Halbleitern. Aufbauend auf den Leitungsvorgängen in Metallen lernen die Schüler anhand von einfachen Modellen und mit Hilfe einfacher Experimente grundlegende Bauelemente der Halbleitertechnik kennen und schließen auf ihre Bedeutung im Alltag.

Im zweiten Abschnitt dieses Schuljahres wird das Thema Energie wieder aufgegriffen und an Hand von einfachen Experimenten und theoretischen Betrachtung wird die Energieübertragung qualitativ und quantitativ untersucht. Dabei spielen die Begriffe „innere Energie“ und „Energiestromstärke“ eine zentrale Rolle. Anhand der Betrachtung von Phasenübergängen bei Stoffen lernen die Schüler den Unterschied zwischen der inneren Energie eines Körpers und seiner Temperatur.

Im letzten und längsten Abschnitt des 9. Schuljahrgangs erweitern die Schüler ihr Wissen um die grundlegenden Vorgänge der Atom- und Kernphysik. Aufbauend auf dem Kern-Hülle-Modell des Atoms beschreiben die Schüler die ionisierende Wirkung von Kernstrahlung und deuten qualitativ die Stabilität von Atomen mit Hilfe der Kernkraft. Sie lernen an Hand von Experimenten die Eigenschaften der verschiedenen Arten von Kernstrahlung kennen, formulieren Zerfallsgleichungen einfacher Zerfälle und erläutern Maßnahmen, die dem Schutze vor Kernstrahlung dienen. Im Unterricht wird der radioaktive Zerfall mathematisch gedeutet und unter Einbeziehung des zentralen Begriffs der Halbwertszeit herausgearbeitet. Die Schüler lernen die Funktionsweise von Kernkraftwerken kennen und können so im politisch-gesellschaftswissenschaftlichen Zusammenhang Argumente für und gegen die Nutzung von Kernkraft formulieren.

In der Klasse 10 spielen die Bewegungsvorgänge die zentralen Rolle. Aufbauend auf ihren Kenntnissen aus dem 8. Schuljahrgang wiederholen und vertiefen die Schüler an Hand von experimentellen Untersuchungen ihre Kenntnisse zu gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten Bewegungen und ergänzen diese durch quantitative Untersuchungen gleichförmiger Kreisbewegungen. Dazu werden Kräfte als Ursachen von Bewegungsänderungen herausgearbeitet und quantitativ untersucht. Dabei nimmt der Grad der Mathematisierung deutlich zu.

Ebenfalls in Klasse 10 wird das Thema Thermodynamik neu eingeführt. Die Schüler erarbeiten sich eine anschauliche Vorstellung des Gasdrucks als Zustandsgröße und beschreiben die Zustandsänderungen idealer Gase durch Betrachtung dafür typischer Experimente. Die Untersuchung von Kreisprozessen und die Betrachtung der Funktionsweise des idealen Stirling-Motors bilden den Abschluss dieses Themenbereichs.

Unterrichtsinhalte Sekundarstufe II

Die vier Semester der gymnasialen Oberstufe gliedern sich in folgende Themenbereiche:

1. Semester: Elektrizitätslehre

2. Semester: Schwingungen und Wellen

3. Semester: Quantenphysik und Physik der Atomhülle

4. Semester: Kernphysik

Der Kompetenzerwerb wird im Sekundarbereich II aufbauend auf den im Sekundarbereich I bereits erworbenen Kompetenzen fachlich differenziert in zunehmender qualitativer Ausprägung fortgesetzt. Die Themen sind so angeordnet und aufgebaut, dass eine ständige Wiederholung des bereits Gelernten erfolgt. Der Unterricht erfolgt konsequent an den gültigen Kerncurricula orientiert, diese konkretisieren die Einheitlichen Prüfungsanforderungen (EPA) für die Abiturprüfung. Jeder Jahrgang der Qualifikationsphase wird zielgerichtet auf das Zentralabitur vorbereitet.