Aue-Geest-Gymnasium Harsefeld
Brakenweg 2, 21698 Harsefeld
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Das Unter­richts­fach Phy­sik

Ein Jahr­hun­dert­som­mer kommt … Droht die Kli­ma-Kata­stro­phe? … Unfall im Kern­kraft­werk! … Ist die Ener­gie­wen­de mög­lich? … Ist Han­dy­strah­lung gefähr­lich? Um sol­che und ähn­li­che The­men geht es im Fach Phy­sik.

Jeden Tag gibt es Schlag­zei­len zu The­men aus Natur und Tech­nik, die Begeis­te­rung oder Angst her­vor­ru­fen. Bestimm­te über­aus popu­lä­re Fern­seh­sen­dun­gen über­bie­ten sich mit der Dar­stel­lung natur­wis­sen­schaft­li­cher Phä­no­me­ne.

Die Schul­phy­sik soll vor die­sem Hin­ter­grund die wis­sen­schaft­li­che Basis  ver­mit­teln, die es unse­ren Schü­lern ermög­licht, Ver­ständ­nis für natur­wis­sen­schaft­li­che Fra­gen und Zusam­men­hän­ge zu ent­wi­ckeln und sich eine eige­ne Mei­nung zu den ver­meint­lich kla­ren Ant­wor­ten zu bil­den.

Natür­lich ste­hen im Unter­richt zunächst etwas schlich­te­re, aber gleich­wohl inter­es­san­te Fra­gen auf dem Pro­gramm: Wie funk­tio­niert eine Klin­gel oder eine Alarm­an­la­ge? Woher kommt der Regen­bo­gen? Wie kommt eine Nach­richt aus dem Inter­net in mein Han­dy?

Die Schü­ler am Aue-Geest-Gym­na­si­um Har­s­e­feld pro­fi­tie­ren im Fach Phy­sik von einer opti­ma­len Aus­stat­tung. Neu­es­te Mate­ria­li­en für span­nen­de Demons­tra­ti­ons­ver­su­che ermög­li­chen einen anschau­li­chen Unter­richt. Mit den Schü­ler­ex­pe­ri­men­tier­käs­ten, die für alle Jahr­gangs­stu­fen vor­han­den sind, kön­nen die Schü­ler selb­stän­dig in Zwei­er­grup­pen expe­ri­men­tie­ren, so dass eine inten­si­ve Aus­ein­an­der­set­zung mit den Inhal­ten und Metho­den des Faches ermög­licht wird.

Das Glei­che gilt für die Durch­füh­rung expe­ri­men­tell ori­en­tier­ter Lang­zeit­auf­ga­ben und Semi­nar­ar­bei­ten. So gibt es an unse­rer Schu­le im Bereich des Semi­nar­fa­ches einen so genann­ten MINT-Kurs, in dem an spe­zi­el­len natur­wis­sen­schaft­li­chen The­men gear­bei­tet wird.

Eben­so selbst­ver­ständ­lich ist eine moder­ne Medi­en­aus­stat­tung. Alle Fach­räu­me ver­fü­gen über einen Bea­mer und Inter­net­zu­gän­ge. Abge­run­det wird das im Jahr 2012 durch eine Nach­rüs­tung mit inter­ak­ti­ven Boards und ent­spre­chen­dem Zube­hör für dann neu zu ent­wi­ckeln­de Mög­lich­kei­ten der Unter­richts­ge­stal­tung.

Im Trep­pen­haus des natur­wis­sen­schaft­li­chen Trak­tes ist ein Fou­cault-Pen­del fest instal­liert und steht ins­be­son­de­re Arbeits­ge­mein­schaf­ten zur Ver­fü­gung. Ein High­light an jedem Tag der offe­nen Tür. Auch Besu­cher von ande­ren Schu­len haben sich dies bereits vor­füh­ren las­sen.

Die Zusam­men­ar­beit unter den Kol­le­gen und Kol­le­gin­nen ist durch eine offe­ne Gesprächs­kul­tur gekenn­zeich­net, die z. B. die Anpas­sung des Arbeits­plans an die Vor­ga­ben des Kern­cur­ri­cul­ums in sach­ge­rech­ter Wei­se mög­lich mach­te. Aller­dings liegt die Ver­ant­wor­tung für die Umset­zung des Lehr­plans wei­ter­hin in der Hand jedes Unter­rich­ten­den, doch ist die Bereit­schaft zum Gespräch über Unter­richts­er­fah­run­gen und der Aus­tausch von Unter­richts­ma­te­ri­al oder Klau­sur­auf­ga­ben gän­gi­ge Pra­xis.

Es ist mit­tel­fris­tig vor­ge­se­hen, neben den übli­chen Lehr- und Lern­me­di­en eine elek­tro­ni­sche Samm­lung von selbst erprob­ten Arbeits­blät­tern und Lern­kon­trol­len, die jedem Unter­rich­ten­den zugäng­lich ist, anzu­le­gen. Die­ses Vor­ge­hen ist in Anbe­tracht der hohen Stun­den­kon­tin­gen­te und der stän­dig wach­sen­den Klas­sen­grö­ßen zur Ein­ar­bei­tung der jun­gen Kol­le­gin­nen und Kol­le­gen nöti­ger denn je.

Die Fach­grup­pe hat sich lau­fend durch ent­spre­chen­de Fort­bil­dungs­maß­nah­men über den neu­es­ten Stand der didak­ti­schen und metho­di­schen Stan­dards infor­miert und dies bei der Orga­ni­sa­ti­on der schul­ei­ge­nen Cur­ri­cu­la berück­sich­tigt. Ein­zel­ne Kol­le­gen haben  immer wie­der die Gele­gen­heit genutzt, an regio­na­len Fort­bil­dun­gen in Zusam­men­ar­beit mit den orts­an­säs­si­gen Nach­bar­gym­na­si­en teil­zu­neh­men und somit auch über den schu­li­schen Rah­men hin­weg für einen Erfah­rungs­aus­tausch zu sor­gen. Dazu gehört zum Bei­spiel auch die regel­mä­ßi­ge Teil­nah­me von Fach­kol­le­gen an der MNU — Tagung in Bre­mer­ha­ven, auf der von erfah­ren­den Didak­ti­kern und auch den Lehr­mit­tel­ver­la­gen vie­le inter­es­san­te neue Ideen und Impul­se für die unter­richt­li­che Arbeit gege­ben wer­den. Schließ­lich geht die zu ver­mit­teln­de natur­wis­sen­schaft­li­che Bil­dung in einem moder­nen Phy­sik­un­ter­richt über das rei­ne Fach­wis­sen hin­aus und bezieht viel­fäl­ti­ge Kom­pe­ten­zen mit ein.

Obers­tes Ziel und Qua­li­täts­merk­mal bleibt für uns, die Schü­ler so gut auf ein Stu­di­um im MINT-Bereich vor­zu­be­rei­ten, dass sie nicht schei­tern wer­den und damit die bekla­gens­wert hohe Stu­di­en­ab­bre­cher­quo­te erhö­hen.

Erfreu­li­cher­wei­se wird das Fach Phy­sik in der Ober­stu­fe gut ange­nom­men, was für uns Bestä­ti­gung und Ansporn zugleich ist. Nach zwei Par­al­lel­kur­sen auf erhöh­tem Niveau im Dop­pel­ab­itur­jahr­gang kön­nen wir jetzt in den danach fol­gen­den Jahr­gän­gen je einen Kurs auf erhöh­tem Niveau und einen Kurs auf grund­le­gen­dem Niveau anbie­ten. Die­se guten Zah­len für die nächs­ten Jah­re zu erhal­ten ist eine gro­ße Her­aus­for­de­rung, der sich die Fach­schaft ger­ne stellt.

Schon in der Sekun­dar­stu­fe 1 wird an aus­ge­wähl­ten Bei­spie­len aus den Berei­chen Optik, Mecha­nik, Elek­trik, Ener­gie und Kern­phy­sik ein bestimm­tes Grund­wis­sen ver­mit­telt, dass dem Ein­zel­nen einen Schlüs­sel zur Auf­klä­rung vie­ler Fra­gen in die Hand gibt. Dazu gehört wei­ter­hin das Erler­nen phy­si­ka­li­scher Vor­ge­hens­wei­sen und  das Sam­meln von Erfah­run­gen im Umgang mit Expe­ri­men­ten. Schließ­lich ist die Phy­sik eine „Erfah­rungs­wis­sen­schaft“: Aus Beob­ach­tun­gen erge­ben sich Fra­gen, die beant­wor­tet wer­den kön­nen, indem man ent­spre­chen­de Expe­ri­men­te durch­führt. Es zeigt sich, dass Natur­vor­gän­ge nach Geset­zen ablau­fen. Zum bes­se­ren Ver­ständ­nis ent­wi­ckelt man dann Bil­der und Model­le von der Natur.

Gali­lei for­mu­lier­te: „Das Gesetz der Natur ist in der Spra­che der Mathe­ma­tik geschrie­ben. Wenn wir es ver­ste­hen wol­len, müs­sen wir uns nur die­ser Spra­che bedie­nen.“ Dies gilt auch für uns; in der Sekundarstufe1 aller­dings wird der Gebrauch der Mathe­ma­tik auf ein gerin­ge­res Maß beschränkt, denn die Phä­no­me­ne und ihre Erfor­schung ste­hen im Vor­der­grund. Eine alters­ge­mä­ße Gestal­tung des Unter­rich­tes ist dabei selbst­ver­ständ­lich. Sie mün­det ein in eine ange­mes­se­ne Vor­be­rei­tung auf die Abitur­prü­fun­gen. Die Part­ner­schaft mit der TU Har­burg bie­tet den Schü­lern neben den umlie­gen­den Mög­lich­kei­ten in Bux­te­hu­de und Sta­de eine aus­ge­zeich­ne­te Mög­lich­keit, in einer aner­kannt hoch­klas­si­gen Bil­dungs­an­stalt „zu schnup­pern“ und die Welt der Wis­sen­schaft näher ken­nen­zu­ler­nen.

Die Phy­sik lie­fert als selb­stän­di­ge Wis­sen­schaft ent­schei­den­de Grund­la­gen für die ande­ren Natur­wis­sen­schaf­ten sowie für Tech­nik und Medi­zin. Die­se haben uns vie­le Erleich­te­run­gen gebracht, schaf­fen neue Lebens­be­din­gun­gen, kön­nen aber auch zu einer Gefähr­dung unse­res Daseins füh­ren. Dem Bereich Ener­gie und Umwelt wird des­halb im Unter­richt eine beson­de­re Rol­le zuge­wie­sen. Anhand von Daten der im Herbst 2011 gera­de neu auf­ge­bau­ten schul­ei­ge­nen Solar­an­la­ge auf dem Dach des natur­wis­sen­schaft­li­chen Gebäu­de­trak­tes bie­tet sich fort­an die Gele­gen­heit, selbst direk­te Erkennt­nis­se zu gewin­nen und umzu­set­zen.

Wir hof­fen, durch unse­ren Unter­richt das Ver­ant­wor­tungs­be­wusst­seins der Schü­ler für den Umgang mit Tech­nik und für die Gestal­tung unse­rer Zukunft zu för­dern und Bei­trä­ge zur Per­sön­lich­keits­bil­dung, ins­be­son­de­re auch der Kri­tik­fä­hig­keit, zu leis­ten.

Der Phy­sik­un­ter­richt beginnt am Gym­na­si­um Har­s­e­feld in Klas­se 6 und wird in der Regel ein Jahr durch­ge­hend unter­rich­tet. In die­sem Jahr­gang geht es zunächst dar­um, dass Expe­ri­men­tie­ren als Metho­de ken­nen­zu­ler­nen und einen ers­ten Ein­blick in das Fach Phy­sik zu erhal­ten. Anhand vie­ler klei­ner, inter­es­san­ter Expe­ri­men­te wer­den all­tags­na­he Phä­no­me­ne beob­ach­tet, beschrie­ben und schließ­lich erklärt. Die The­men­bau­stei­ne sind:

  •   Magne­tis­mus
  •   Ein­fa­che Strom­krei­se
  •   An Phä­no­me­nen ori­en­tier­te Optik

In den Jahr­gän­gen 7 und 8 wird grund­le­gen­des phy­si­ka­li­sches Wis­sen erlernt. Zen­tra­le Fra­gen sind: Was ist  elek­tri­sche Ladung? Was ver­steht man unter elek­tri­schem Strom und nach wel­chen Geset­zen funk­tio­niert eigent­lich ein Strom­kreis? Wel­che Ener­gie­for­men gibt es und wo spie­len sie eine Rol­le? Wie beschreibt man einen Bewe­gungs­ab­lauf? Was sind Mas­se, Träg­heit und Erd­an­zie­hungs­kraft?

Zu den Ver­su­chen wer­den Pro­to­kol­le erstellt und all­mäh­lich auch ers­te rich­ti­ge Mess­rei­hen auf­ge­nom­men. Die­se wer­den durch Gra­phen ver­an­schau­licht und bei deren Aus­wer­tung ein­fa­che mathe­ma­ti­sche Zusam­men­hän­ge  („For­meln“) erar­bei­tet, mit deren Hil­fe dann Berech­nun­gen, z.B. von Strom­stär­ken, Geschwin­dig­kei­ten oder Kräf­ten, durch­ge­führt wer­den kön­nen.  Die The­men lau­ten:

  •   Ener­gie (qua­li­ta­tiv)
  •   Elek­tri­zi­tät
  •   Kraft, Mas­se und Bewe­gung

Im 9. Jahr­gang ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler gesell­schaft­lich rele­van­te The­men ken­nen, wobei sich an vie­len Stel­len Ver­knüp­fun­gen zum Fach Che­mie erge­ben. So wer­den z.B. die Stoff­ei­gen­schaf­ten von Halb­lei­tern und deren tech­ni­sche Anwen­dun­gen in Com­pu­tern, Han­dys, Hit­zemel­dern, LEDs usw. erar­bei­tet. Die Beschäf­ti­gung mit der Wär­me­leh­re stellt einen wei­te­ren wich­ti­gen Bau­stein natur­wis­sen­schaft­li­cher Grund­bil­dung dar.

Das The­ma Atom- und Kern­phy­sik ver­mit­telt einer­seits die Zusam­men­set­zung unse­rer Welt aus Ato­men und erar­bei­tet deren inne­ren Auf­bau und ande­rer­seits im The­men­be­reich Radio­ak­ti­vi­tät die – gera­de in der heu­ti­gen Zeit unab­ding­ba­ren – Kennt­nis­se zur Bewer­tung ener­gie­po­li­ti­scher The­men. Zudem wer­den hier­mit wich­ti­ge Grund­la­gen für die Arbeit in Phy­sik in der Ober­stu­fe gelegt.

Auf der metho­di­schen Sei­te wer­den die expe­ri­men­tel­len Fer­tig­kei­ten wei­ter aus­ge­baut und die Beschrei­bung der Zusam­men­hän­ge wird zuneh­mend quan­ti­fi­ziert. Kon­kret lau­ten die The­men:

  •   Halb­lei­ter
  •   Ener­gie (quan­ti­ta­tiv) / Wär­me­leh­re
  •   Atom- und Kern­phy­sik (Radio­ak­ti­vi­tät)

Auf­bau­end auf den in den Jahr­gän­gen 6 ‑9 erwor­be­nen inhalt­li­chen und metho­di­schen Kennt­nis­sen wer­den die­se gezielt im Jahr­gang 10 erwei­tert und ver­tieft. Dadurch  soll vor allem auf die Arbeits­wei­sen in der gym­na­sia­len Ober­stu­fe (Q‑Phase) vor­be­rei­tet wer­den.

Zen­tra­le Fra­gen hier­bei sind: Durch wel­che Metho­den kön­nen gerad­li­ni­ge und kreis­för­mi­ge Bewe­gungs­ab­läu­fe mög­lichst genau gemes­sen und sinn­voll dar­ge­stellt wer­den? Wie kann mit Hil­fe mathe­ma­ti­scher Metho­den aus Ver­such­s­er­geb­nis­sen auf eine in der Pra­xis anwend­ba­re For­mel geschlos­sen wer­den. Wel­ches sind die von New­ton for­mu­lier­ten, grund­le­gen­den Gesetz­mä­ßig­kei­ten, auf denen die gesam­te Mecha­nik beruht.

Die The­men sind:

  •   Kine­ma­tik / Bewe­gungs­ge­set­ze
  •   Dyna­mik  / New­ton­sche Geset­ze
  •   Kreis­be­we­gun­gen

Die Arbeit in der Ober­stu­fe ist durch ein Kern­cur­ri­cu­lum ver­bind­lich vor­ge­schrie­ben. In der Qua­li­fi­ka­ti­ons­pha­se wer­den die in der Mit­tel­stu­fe erar­bei­te­ten The­men auf höhe­rem Niveau auf­ge­grif­fen und phy­si­ka­li­sche Begrif­fe prä­zi­siert.

Kern­cur­ri­cu­lum Phy­sik (PDF)

Der Unter­richt fin­det in jeweils 4‑stündigen Kur­sen auf erhöh­tem Anfor­de­rungs­ni­veau (frü­her: Leis­tungs­kurs) als auch auf grund­le­gen­dem Niveau (frü­her: Grund­kurs) statt. Neu ist, dass die Wochen­stun­den­zahl gleich ist.

Eine genaue Über­sicht ist im Kern­cur­ri­cu­lum Phy­sik S.31–41 nach­zu­le­sen.

Im ers­ten Semes­ter steht der Begriff des „Fel­des“ im Vor­der­grund. Hier wer­den die Begrif­fe elek­tri­sches und magne­ti­sches Feld genau­er unter­sucht. Es wer­den Metho­den der Erkennt­nis­ge­win­nung erlernt und geübt. Ins­be­son­de­re ste­hen hier die Fra­gen nach der Defi­ni­ti­on der Stär­ke eines elek­tri­schen bzw. magne­ti­schen Fel­des im Vor­der­grund.

Wel­len ste­hen im zwei­ten Semes­ter im Mit­tel­punkt. Ins­be­son­de­re Licht oder Schall als Wel­le wer­den hier genau unter­sucht (Inter­fe­renz­phä­no­me­ne). Beim The­ma „Quan­ten“ unter­su­chen wir die Fra­ge, ob Licht tat­säch­lich Wel­len­cha­rak­ter hat oder doch auch anders inter­pre­tiert wer­den kann. Grund­la­ge sind Spek­tral­ana­ly­sen. Sind Elek­tro­nen in Wirk­lich­keit „klei­ne Kügel­chen“ oder zei­gen sie doch ande­re Eigen­schaf­ten („Mate­rie­wel­len“) ?

Im drit­ten Semes­ter geht es neben der moder­nen Quan­ten­me­cha­nik um die Atom­phy­sik und um Schlüs­sel­ex­pe­ri­men­te zur Struk­tur und den Auf­bau der Mate­rie.

Das vier­te Semes­ter berei­tet inten­siv auf das Abitur vor. Auch radio­ak­ti­ve Strah­lung (spä­tes­tens seit 2011 wie­der ein wich­ti­ges The­ma) wird hier noch ein­mal aus­führ­lich im Zusam­men­hang mit der Kern­phy­sik behan­delt. Alle The­men der Vor­se­mes­ter wer­den wie­der auf­ge­grif­fen und gefes­tigt.

Die Abitur­prü­fung selbst fin­det nach genau­en Ter­min­vor­ga­ben aus dem Kul­tus­mi­nis­te­ri­um als zen­tra­le Prü­fung statt. Das bedeu­tet, dass zunächst die schrift­li­chen Prü­fun­gen an lan­des­weit ein­heit­li­chen Ter­mi­nen statt­fin­den. Das ist in der Regel nach en Oster­fe­ri­en der Fall. Kurz danach fol­gen dann die münd­li­chen Prü­fun­gen. Die Schü­ler müs­sen ins­be­son­de­re die in Prü­fungs­fra­gen übli­chen Ope­ra­to­ren ken­nen.

Ope­ra­to­ren im Fach Phy­sik (PDF)

Als Maß­stab für die Prü­fungs­in­hal­te und Prü­fungs­ab­läu­fe sind für uns die für jedes Fach bun­des­ein­heit­lich fest­ge­leg­ten „Ein­heit­li­chen Prü­fungs­an­for­de­run­gen“ (EPAs) zu beach­ten.

EPAs Phy­sik (PDF)