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7 Natur und Technik (3)

In den vorangegangenen Jahrgangsstufen haben die Schüler in einfacher Weise Erfahrungen mit Inhalten und Handlungsweisen aus dem Bereich Naturwissenschaft und Technik gesammelt. Dabei haben sie bereits fachsystematische Ansätze kennengelernt und einen Überblick gewonnen, wie man Ordnungsstrukturen findet und darstellt. Mit der zunehmend höheren Fähigkeit zum abstrahierenden Denken können die Schüler nun komplexere Zusammenhänge besser erfassen und darstellen.
Im Schwerpunkt Physik greifen die Schüler Erfahrungen aus den Vorjahren auf. Sie erkennen, wie man Sachverhalte durch einfache Modellvorstellungen erklären kann, und lernen, wie sie Gesetzmäßigkeiten finden und beschreiben können. Dabei bieten die Themenbereiche Elektrik, Mechanik und Optik viele Verbindungen zu Biologie, Chemie und Technik.
Im Schwerpunkt Informatik erwerben die Schüler Hintergrundwissen zu vernetzten Informationsstrukturen und zum Austausch von Information, das ihnen das Verständnis und die Nutzung des Internets erleichtert. Mit dem Beschreiben von Abläufen durch Algorithmen lernen sie u. a., das ihnen bereits bekannte schrittweise Vorgehen beim Experimentieren in den Naturwissenschaften besser zu verstehen und klarer darzustellen.
Eine intensive Zusammenarbeit in Form eines gemeinsamen Unterrichtsprojekts zwischen den Schwerpunkten Physik und Informatik bietet sich vor allem beim Nutzen und eigenständigen Erstellen von Hypertexten an. Die Schüler festigen und erweitern dabei die für ein effektives Arbeiten im Team nötigen so­zialen Kompetenzen.

 

In der Jahrgangsstufe 7 erwerben die Schüler folgendes Grundwissen:
  • Sie kennen grundlegende Vorgehensweisen beim Planen, Durchführen und Auswerten von Experimenten.
  • Sie sind in der Lage, beim Rechnen mit physikalischen Größen sinnvolle Genauigkeitsangaben zu machen und Einheiten richtig zu verwenden.
  • Sie kennen ein einfaches Atommodell, eine Modellvorstellung des elektrischen Stroms und die Größen Stromstärke, Spannung und Widerstand.
  • Sie kennen kinematische Grundgrößen und können sie auf einfache Beispiele aus dem Alltag anwenden.
  • Sie sind mit den Zusammenhängen zwischen Kraft und Bewegungsänderung sowie Kraft und Verformung vertraut und können den Träg­heitssatz anwenden.
  • Sie haben einen Einblick in die Eigenschaften von Gravitationskraft und elektrischer Kraft.
  • Sie können die Bildentstehung bei Spiegeln und Sammellinsen für einfache Fälle erklären.
  • Sie können vernetzte Strukturen zur Darstellung inhaltlicher Zusammenhänge verwenden.
  • Sie können sich durch Einsatz geeigneter Werkzeuge und Suchstrategien Informationen im Internet beschaffen.
  • Sie können die Vorgänge beim Austausch von E-Mail unter Verwendung der Grundbegriffe der objektorientierten Beschreibung von Informatiksystemen erklären.
  • Sie können einfache, automatisierbare Vorgänge algorithmisch beschreiben.

NT 7.1 Schwerpunkt Physik (ca. 56 Std.)

Die Schüler üben und vertiefen die bereits bekannten Arbeitsmetho­den wie Planung, Durchfüh­rung und Aus­wertung von Experimenten und lernen physikalische Grundbegriffe und Denkweisen genauer kennen. Sie beschreiben die dabei entdeckten physikalischen Zusammenhänge sowie Gesetz­mäßigkeiten unter Verwendung der erfor­derlichen Fachbegriffe zunächst überwiegend verbal [ D 7.1, NT 7.2.3]. Mit der Fä­higkeit, technische Anwendungen und alltägliche Naturerscheinun­gen erklären zu können, wachsen bei Mädchen und Jungen das Interesse und der Mut, sich mit komplexeren naturwissenschaftlichen Zusammenhängen aus­einan­derzusetzen. Sie erkennen, dass die Physik auch Fragestellungen aus Biologie, Chemie und Geographie klärend aufgreift und vergegenwärtigen sich so die wichtige Rolle der Physik innerhalb der Naturwis­sen­schaf­ten. Durch eine behutsame Verwendung mathematischer Methoden wird den Schülern deren Nut­zen deutlich und sie gewinnen allmählich Sicherheit im rechnerischen Umgang mit physikalischen Größen und Einheiten [ M 7.6]. Beim Rechnen mit dem Taschenrechner wird ihnen be­wusst, dass bei Größen auf sinnvolle Genauigkeitsangaben zu achten ist.
Als Projekt in Verbindung mit dem Schwerpunkt Informatik können die Schüler zu Inhalten und Anwendungen aus allen Bereichen Informationen aus dem Internet zusammenstellen und eigene Hypertexte erstellen. Regelmäßige Schülerexperi­mente, experimentelle Hausaufgaben und Referate regen die Schüler zu kreativem und eigenverantwortlichem Arbeiten an und wecken so die Freude an der Physik und am Forschen.

NT 7.1.1 Elektrischer Strom (ca. 18 Std.)

Die Schüler entwickeln eine Modellvorstellung vom elektrischen Stromkreis und lernen ein einfaches Atommodell kennen. Sie können mit den Wirkungen des elek­trischen Stroms einfache technische Anwendungen erklären sowie die Ge­fahren beim Umgang mit Elektrizität besser einschätzen. Zudem erfahren sie, dass in der Technik physikalische Größen und entsprechende Messverfah­ren benötigt werden.

NT 7.1.2 Kräfte in der Natur und in der Technik (ca. 22 Std.)

Bei der Betrachtung einfacher Bewegungen lernen die Schüler die grundlegenden kinematischen Größen kennen. Durch die Einführung der Kraft als Ursache für Bewegungsänderungen wird den Schülern ein Einblick in die Vielfalt der Natur­kräfte und deren Eigen­schaften ermöglicht. In Zusammenhang mit dem Trägheitssatz lernen sie, Gefahren im Straßenverkehr einzuschätzen.
Beim Überblick über die Kraftarten lernen sie die elektrische Ladung und die Masse als Ursachen von elektrischer Kraft und Gravitationskraft kennen. Dabei wird ihnen deutlich, dass Kräfte stets wechselseitig zwischen Körpern auftreten und dass die Masse eines Körpers auch seine Trägheit bestimmt. Mithilfe von Kraftpfeilen können die Schüler Kräfte in einfachen Fällen addieren und alltägliche Phänomene sowie einfache technische Anwendungen erklären.  

NT 7.1.3 Optik (ca. 16 Std.)

Die direkte Wahrnehmbarkeit optischer Phänomene [ NT 5.1]. bietet den Schülern die Möglichkeit, unterschiedliche Erscheinungen aus ihrer Erfahrungswelt zu beobachten und unter Verwendung der Fachsprache zu beschreiben. Sie erfahren, wie die Entstehung von Bildern bei Spiegeln und Sammellinsen mithilfe einfacher Modellvorstellungen, wie z. B. Lichtstrahlen oder Lichtbündel, erklärt werden kann und wenden diese Modellvorstellungen auf das Auge oder ein optisches Instrument an.

NT 7.2 Schwerpunkt Informatik (ca. 28 Std.)

Aufbauend auf den Kenntnissen über die Darstellung und Ordnung von Information aus Jahrgangsstufe 6 lernen die Schüler nun komplexere Strukturen kennen, wie sie bei der Vernetzung von Information im Internet ihren Niederschlag finden. Bei diesen vernetzten Strukturen wie auch beim Austausch von Information durch E-Mail erweist sich die objektorientierte Sichtweise wiederum als tragfähiges Mittel, die betrachteten Zusammenhänge auf altersgemäßem Niveau zu verstehen.
Darüber hinaus finden die Schüler anhand altersgemäßer Aufgabenstellungen einen einfachen, schrittweisen Zugang zu einer präzisen Beschreibung von Abläufen durch Algorithmen. Damit wird algorithmisches Denken gefördert, dessen Tragweite bei der Beschreibung naturwissenschaftlicher Experimente, technischer Vorgänge sowie alltäglicher Abläufe deutlich wird. Die Schüler arbeiten mit einem einfachen Programmiersystem und erhalten so einen Einblick in die Steuerung von Abläufen, wie sie auch im Bereich der Robotik eine wesentliche Rolle spielen.

NT 7.2.1 Vernetzte Informationsstrukturen - Internet (ca. 13 Std.)

Die Schüler erfahren, dass inhaltliche Zusammenhänge zwischen Dokumenten zu vernetzten Strukturen führen können, für die eine hierarchische Darstellung nicht ausreicht. An Beispielen aus dem Internet sammeln sie Erfahrungen mit dem Hypertext-Konzept, das sich besonders gut zur Darstellung solcher Strukturen eignet und die Zusammenhänge einfach verfolgen lässt. In einem gemeinsamen Projekt mit dem Schwerpunkt Physik vertiefen sie die neu gewonnenen Kenntnisse, indem sie selbst Hypertexte beispielsweise zum Thema „optische Geräte“ erstellen. Ihr Wissen über die Informationsstruktur des Internets macht ihnen die Notwendigkeit geeigneter Suchstrategien deutlich, um die erforderlichen Informationen zu beschaffen. In diesem Rahmen werden auch rechtliche Aspekte des Interneteinsatzes angesprochen.

  • ­das Vernetzungsprinzip von Hypertexten, insbesondere im Internet
  • ­die Klassen „Verweis“ und „Verweisziel“, Adressen als Attributwerte von Verweisen
  • ­die Beziehung „verweist auf“ zwischen Objekten
  • ­Analysieren und Erstellen von Hypertextstrukturen; Informationsbeschaffung im Internet

NT 7.2.2 Austausch von Information – E-Mail (ca. 2 Std.)

Bei der Verwendung elektronischer Postsysteme erkennen die Schüler die vielfältigen Möglichkeiten zur bequemen, schnellen, weltweiten Kommunikation. Mithilfe des entsprechenden Objektmodells verstehen sie die wichtigsten Abläufe.

  • ­die Klassen „Nachricht“ und „Anhang“, Adressen als Attributwerte von Nachrichten
  • ­Verfassen, Versenden und Empfangen elektronischer Nachrichten
  • Transportmechanismen: Zustellen und Abholen; Analogie zur Briefpost; Sicherheit

NT 7.2.3 Beschreibung von Abläufen durch Algorithmen (ca. 13 Std.)

Die Schüler lernen eines der wichtigsten Grundprinzipien der automatischen Informationsverarbeitung kennen und erhalten einen ersten Einblick in seine Anwendung. Sie lernen, dass sich ganz allgemein mit Algorithmen Abläufe präzise und verständlich beschreiben lassen, und üben an konkreten Sachverhalten, insbesondere naturwissenschaftlichen Experimenten, Vorgänge aus einfachen Bausteinen aufzubauen. Dabei arbeiten sie mit einem Programmiersystem, mit dem sie die Algorithmen intuitiv umsetzen können und bei dem die Einzelschritte des Ablaufs altersgemäß visualisiert werden.

  • Formulieren von Verarbeitungsvorschriften und Versuchsabläufen in Alltagssprache [ D 6.2, D 7.1 Vorgänge beschreiben; NT 7.1]
  • ­Bausteine von Algorithmen: Anweisung, Sequenz, Bedingte Anweisung, Wiederholung
  • ­Programmieren eines einfachen Informatiksystems unter Verwendung dieser Bausteine
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