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Physik

Selbstverständnis des Faches

In Was ist Physik? der Physik werden Naturphänomene sowie Aufbau und Eigenschaften der Materie und des Universums modellhaft beschrieben. Das Wechselspiel von Modellbildung und experimentellen Untersuchungen ist kennzeichnend für die physikalische Forschung. Ihre Methoden der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung sind beispielhaft für die anderen Naturwissenschaften. Als Grundlage technischer Entwicklungen in Medizin, Arbeitswelt, Ökologie, Kommunikation usw. beeinflussen physikalische Erkenntnisse und Vorgehensweisen maßgeblich das Leben jedes Einzelnen sowie die regionalen und globalen gesellschaftlichen Strukturen; sie berühren damit auch ethische Frage­stellungen.

Grundlegende Ergebnisse der physikalischen Forschung bilden die Basis für den Physikunterricht. Die Darstellung der Inhalte im Unterricht erfolgt auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen, von der Beschreibung der Phänomene bis hin zur abstrakten mathematischen Formulierung der Modelle.

Die Schüler wachsen in einer hochtechnisierten Welt auf, Orientierungshilfe deren Errungenschaften zu einem großen Teil auf den Erkenntnissen der Naturwissenschaften beruhen. Dem Physikunterricht kommt die Aufgabe zu, den Heranwachsenden durch Vermittlung natur­wissen­schaftlicher Grundkenntnisse geeignete Orientierungshilfen mit auf den Weg zu geben.

Viele Kinder und Jugendliche interessieren sich für Natur­Freude aufgreifen, Interesse fördern erscheinungen und deren Erklärungen. Eine der wichtigsten Aufgaben des Physikunterrichts ist es daher, die Freude an Naturphänomenen und die Neugier auf deren Erklärungen aufzugreifen und in ein dauerhaftes Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungen weiterzuentwickeln. Dabei sollen die Interessensbereiche von Jungen und Mädchen gleichermaßen berücksichtigt werden.

Der Unterricht in der Schule vermittelt elementare Einsichten sowie Denk- und Vorbereitung auf den BerufArbeitsweisen, die die jungen Menschen auch dazu befähigen, sich in bestimmten Lebens­situationen das jeweils benötigte Wissen selbst anzueignen und dann einzusetzen. Interessierte und begabte Schüler sollen durch gezielte Förderung dazu ermutigt werden, eine naturwissenschaftliche oder technisch orientierte Berufsausbildung anzustreben.

Beitrag des Faches zur gymnasialen Bildung und  Persönlichkeitsentwicklung

Die Erkenntnisse der Naturwissenschaften sind ein bedeutender Teil der Allgemeinbildungkulturellen Errungenschaften. Damit ist auch die physikalische Bildung ein wesentlicher Bestandteil der Allgemeinbildung. Kenntnisse der physikalischen Grundkonzeptionen sowie typischer Arbeitsmethoden Arbeitsmethoden und Denkstrukturen der Physik sind daher für einen gebildeten Menschen des 21. Jahrhunderts unverzichtbar.

Um mit physikalischem Sachverstand handeln und entscheiden zu können, Individuelle Kompetenzen sollen die Schüler Arbeitshaltungen und Einstellungen wie Durchhaltevermögen, Flexibilität, Offenheit für Neues, kritische Urteilsfähigkeit und die Bereitschaft zur Übernahme von Verantwortung anstreben. Weitere Fertigkeiten und Fähigkeiten, die sie im Physik­unterricht einüben können, sind sorgfältiges Beobachten, selbständiges Forschen und Experimentieren sowie der sichere Umgang mit Informationen. Eigenes Handeln im Bereich der Naturwissenschaften fördert Kreativität, festigt Selbstvertrauen und lässt Leistung in positivem Licht erscheinen.

Die in der Physik selbstverständliche internationale Zusammenarbeit von TeamfähigkeitWissen­schaftlern dient den Jugendlichen als Vorbild für effektive und fruchtbare Teamarbeit. Selbständiges und zielgerichtetes, auf Kreativität setzendes Experimentieren in Gruppen steigert nicht nur ihren Lernerfolg in Bezug auf den nachhaltigen Zuwachs an Wissen, Erkenntnis und Erfahrung, sondern schult auch positives Sozialverhalten sowie Team- und Kommunikationsfähigkeit.

Zusammenarbeit mit anderen Fächern

In der Physik liegen fächerübergreifende Fragestellungen nahe. NaturwissenschaftenInsbesondere bieten sich Verbindungen zu den anderen naturwissenschaftlichen Fächern an. In der Unterstufe wird dies besonders im Fach Natur und Technik deutlich, das vor allem im Schwerpunkt Naturwissenschaftliches Arbeiten in Jahrgangsstufe 5 und  im Schwerpunkt Physik in Jahrgangsstufe 7 viele physikalische Inhalte und Methoden enthält.

Die MathematikVerbindung zur Mathematik ist schon dadurch gegeben, dass der Prozess der Mathematisierung ein typischer Bestandteil physikalischer Naturbeschreibung ist. Im Physikunterricht wird dieser Prozess exemplarisch immer wieder aufgezeigt; in der Mittelstufe darf jedoch die mathematische Behandlung physikalischer Sachverhalte nicht im Vordergrund stehen. Bei der Durchführung und Auswertung von Experimenten und bei der ModellbildungInformatik sind Computer sinnvolle Hilfsmittel. Wo immer möglich ist deshalb eine enge Zusammen­arbeit mit der Informatik angebracht.

Zentrale, gesellschaftlich relevante Themen, wie der Schutz der Umwelt und die Sicherung der Energieversorgung, betreffen naturgemäß mehrere Fächer und fordern zu interdisziplinärer Behandlung heraus. Historische und philosophische Aspekte zur physikalischen Erkenntnisgewinnung machen die Verbindung zu den geistes­wissenschaftlichen und sprachlichen Fächern deutlich.

Zur präzisen Beschreibung von Naturvorgängen sind der sichere Umgang mit Sprache und Kommunikationder deutschen Sprache und der Fachterminologie unabdingbar. Da sich Englisch weltweit als die Kommunikationssprache für Naturwissenschaftler und Ingenieure etabliert hat, sollen Schüler Erfahrungen mit englischsprachigen Fachtexten zur Physik sammeln.

Ziele und Inhalte

Die nachstehend angeführten Lernziele beschreiben wichtige Kenntnisse und Kompetenzen, die im Physikunterricht angestrebt werden. Die Schüler sollen

  • verstehen, was Physik ist (Rolle innerhalb der Naturwissenschaften und der Technik, Bedeutung über Fachgrenzen hinaus, kulturelle Verwurzelung, fachsystematische Einteilung)
  • typische Methoden der Physik und Vorgehensweisen zurErkenntnisgewinnung Erkenntnisgewinnung kennen (Modellbildung, Gültigkeitsbereich von Modellen, experimentelle Überprüfung, geschichtliche Entwicklung physikalischer Vorstellungen)
  • die Bedeutung physikalischer Grundprinzipien einsehen (z. B. Erhaltungssätze oder Wechselwirkungsprinzip)
  • Sicherheit im selbständigen physikalischen Experimentieren habenArbeitsweisen (Planen und Durchführen von Experimenten, Aus- und Bewerten der Ergebnisse, Formulieren physikalischer Gesetze)
  • typische Ansätze zur Lösung physikalischer Probleme auf Beispiele anwenden können (induktive und deduktive Zugänge)
  • eigene Vorstellungen zu Fragen aus der Natur und der Technik entwickeln können (kreative Ansätze, Diskursfähigkeit, Teilnahme an Wettbewerben)
  • den Umgang Umgang mit Information mit Wissen und Information beherrschen (Notwendigkeit und Methodik des lebenslangen Lernens, Beschaffung und Qualitätsabschätzung sowie Weiterverarbeitung von Information, Präsentation eigener Ergebnisse, Umgang mit Medien, Nutzung des Computers)
  • die BedeutungBedeutung für die Persönlichkeit der Physik für die persönliche Entwicklung erkennen (Zusammenhänge mit der eigenen Lebenswelt, Entwickeln von Handlungsprinzipien, Übernahme von Arbeitsmethoden, Grundlage für gesellschaftliche Entscheidungen)  

Darüber hinaus sollen Schüler durch den Physikunterricht der Oberstufe

  • in höherem Maße mathematische Formulierungen physikalischer Aussagen nutzen und verstärkt deduktive Elemente zur Erkenntnisgewinnung einsetzen können
  • befähigt werden, selbständig Standard- und Simulationssoftware zu verwenden, um physikalische Einsichten zu vertiefen und komplizierte Sachverhalte zu veranschaulichen
  • angeleitet Eigenverantwortliches Arbeiten werden, eigenverantwortlich und selbständig Themen zu bearbeiten und die Ergebnisse zu präsentieren (z. B. im Rahmen von Praktika oder Projekten sowie in Seminaren)

Die folgende Aufstellung der FachinhalteFachinhalte zeigt auch die Inhalte, die im Schwerpunkt Physik des Faches Natur und Technik der Jahrgangsstufe 7 behandelt werden. 

Jgst. 7  

Schwerpunkt Physik im Fach Natur und Technik
Elektrischer Strom; Kräfte in der Natur und der Technik; Optik 

Jgst. 8

Energieerhaltung – ein fundamentales Naturprinzip
Energie als Erhaltungsgröße; Aufbau der Materie, Wärmelehre; Elektrische Energie

Jgst. 9

Physik als Grundlage moderner Technik
Elektrik; Atome; Kinematik und Dynamik geradliniger Bewegungen

Jgst. 10

Physikalische Weltbilder
Astronomische Weltbilder; Die Mechanik Newtons; Wellenlehre, Einblick in die Quantenphysik

Jgst. 11

Felder
Elektrische und magnetische Felder; Elemente der Relativitätstheorie; Bewegung geladener Teilchen; Elektromagnetische Induktion, Schwingungen und Wellen

Lehrplanalternative Biophysik
Auge und Ohr; typische Untersuchungsmethoden; neuronale Signalleitung; optionale Fachinhalte: Photosynthese; Strahlenbiophysik und Medizinphysik; Biomechanik

Jgst. 12 

Struktur der Materie
Eigenschaften von Quantenobjekten; Atommodell der Quantenphysik; Strukturuntersuchungen zum Aufbau der Materie; Kernmodell der Quantenphysik; Radioaktivität und Kernreaktionen

Lehrplanalternative Astrophysik
Orientierung am Himmel; Überblick über das Sonnensystem; Die Sonne; Sterne; Großstrukturen im Weltall

Der zusätzliche Unterricht im Profilbereich am Profilbereich am NTGNaturwissenschaftlich-technologischen Gymnasium dient zur Erweiterung und Vertiefung der Inhalte und Methoden. Die Schüler arbeiten dabei vorwiegend im Team, beschäftigen sich verstärkt mit Bezügen zu ihrer Lebenswelt sowie zur Technik und trainieren eigenständiges problem­lösendes Handeln sowie physikalisches Experimentieren.

Besonderheiten des Faches

Im Unterricht können und dürfen aus zeitökonomischen und didaktischenAuswahl der Vertiefungen Gründen nicht alle Inhalte in gleicher Ausführlichkeit behandelt werden. Bei der Bildung von Schwerpunkten und der Auswahl der Vertiefungen ist darauf zu achten, dass die grundlegenden Ziele in ausreichendem Maße berücksichtigt werden. Dies betrifft vor allem das Einüben physikalischer Arbeitsmethoden sowie die Bezüge zur Lebenswelt der Jugendlichen, zur Natur, zur Technik und zur Gesellschaft. Grundsätzlich ist auf den richtigen Grad des Abstrahierens und der Mathematisierung zu achten. Besonderes Augenmerk wird auf die Festigung des ausgewiesenen Grundwissens gelegt, das Kenntnisse, Fertigkeiten und Haltungen umfassen kann.

Zur Förderung grundlegender Fertigkeiten und der Kreativität sollen die Schüler Selbständiges Experimentierenin allen Jahrgangsstufen regelmäßig selbst Experimente durchführen. Um einen effizienten und vor allem auch sicheren Ablauf zu gewährleisten, ist hierbei auf angemessene Gruppengröße zu achten; ggf. kann dies durch Teilung der Klasse, z. B. in Übungsstunden, erreicht werden. Die Angabe Unterrichtsprojekteder Wochenstunden in den Jahrgangsstufenplänen ist so bemessen, dass in jeder Jahrgangsstufe fünf Stunden für spezielle Aktivitäten wie ein Unterrichtsprojekt verfügbar sind.

 

 

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