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Lehrplan Berufliches Gymnasium

Physik

2007/2020/2022

 

Impressum

Der überarbeitete Lehrplan im Fach Physik am Beruflichen Gymnasium tritt entsprechend folgender Regelung in Kraft:

für die Klassenstufe 11                                             am 1. August 2022
für die Jahrgangsstufe 12                                         am 1. August 2023
für die Jahrgangsstufe 13                                         am 1. August 2024

Die Lehrpläne wurden erstellt durch Lehrerinnen und Lehrer der Beruflichen Gymnasien in Zusammenarbeit mit dem Sächsischen Staatsinstitut für Bildung und Schulentwicklung - Comenius-Institut -.

Eine teilweise Überarbeitung der Lehrpläne erfolgte durch Lehrerinnen und Lehrer der Beruflichen Gymnasien im Jahr 2020 und 2022 in Zusammenarbeit mit dem

Landesamt für Schule und Bildung
Standort Radebeul
Dresdner Straße 78 c
01445 Radebeul
www.lasub.smk.sachsen.de

Herausgeber:
Sächsisches Staatsministerium für Kultus
Carolaplatz 1
01097 Dresden
www.smk.sachsen.de

Teil Grundlagen

Aufbau und Verbindlichkeit der Lehrpläne

Grundstruktur

Im Teil Grundlagen enthält der Lehrplan Ziele und Aufgaben des Beruflichen Gymnasiums, Aussagen zum fächerverbindenden Unterricht sowie zur Entwicklung von Lernkompetenz.

Im fachspezifischen Teil werden für das Fach die allgemeinen fachlichen Ziele ausgewiesen, die für eine Klassen- bzw. Jahrgangsstufe oder für mehrere Jahrgangsstufen als spezielle fachliche Ziele differenziert beschrieben sind und dabei die Prozess- und Ergebnisorientierung sowie die Progression des schulischen Lernens ausweisen.

Lernbereiche, Zeitrichtwerte

In der Klassenstufe 11 und der Jahrgangsstufe 12 sind Lernbereiche mit Pflichtcharakter im Umfang von 26 Wochen verbindlich festgeschrieben, in der Jahrgangsstufe 13 sind 22 Wochen verbindlich festgelegt. Zusätzlich können in jeder Klassen- bzw. Jahrgangsstufe Lernbereiche mit Wahlcharakter im Umfang von zwei Wochen bearbeitet werden. Eine Ausnahme bildet das Fach Mathematik mit verbindlich zu unterrichtenden Wahlpflichtbereichen.

Entscheidungen über eine zweckmäßige zeitliche Reihenfolge der Lernbereiche innerhalb einer Klassen- oder Jahrgangsstufe bzw. zu Schwerpunkten innerhalb eines Lernbereiches liegen in der Verantwortung des Lehrers. Zeitrichtwerte können, soweit das Erreichen der Ziele gewährleistet ist, variiert werden.

tabellarische Darstellung der Lernbereiche

Die Gestaltung der Lernbereiche erfolgt in tabellarischer Darstellungsweise.

Bezeichnung des Lernbereiches Zeitrichtwert

Lernziele und Lerninhalte

Bemerkungen

Verbindlichkeiten der Lernziele und Lerninhalte

Lernziele und Lerninhalte sind verbindlich. Sie kennzeichnen grundlegende Anforderungen in den Bereichen Wissenserwerb, Kompetenzentwicklung und Werteorientierung.

Im Sinne der Vergleichbarkeit von Lernprozessen erfolgt die Beschreibung der Lernziele in der Regel unter Verwendung einheitlicher Begriffe. Diese verdeutlichen bei zunehmendem Umfang und steigender Komplexität der Lernanforderungen didaktische Schwerpunktsetzungen für die unterrichtliche Erarbeitung der Lerninhalte.

Bemerkungen

Bemerkungen haben Empfehlungscharakter. Gegenstand der Bemerkungen sind inhaltliche Erläuterungen, Hinweise auf geeignete Lehr- und Lernmethoden und Beispiele für Möglichkeiten einer differenzierten Förderung der Schüler. Sie umfassen Bezüge zu Lernzielen und Lerninhalten des gleichen Faches, zu anderen Fächern und zu den überfachlichen Bildungs- und Erziehungszielen des Beruflichen Gymnasiums.

Verweisdarstellungen

Verweise auf Lernbereiche des gleichen Faches und anderer Fächer sowie auf überfachliche Ziele werden mit Hilfe folgender grafischer Elemente veranschaulicht:

➔ LB 2

Verweis auf Lernbereich des gleichen Faches der gleichen Klassen- bzw. Jahrgangsstufe

 

➔ Kl. 11, LB 2

Verweis auf Lernbereich des gleichen Faches einer anderen Klassen- bzw. Jahrgangsstufe

 

➔ DE, Gk 12, LB 2

Verweis auf Klassen- bzw. Jahrgangsstufe, Lernbereich eines anderen Faches

 

⇒ Lernkompetenz

Verweise auf ein überfachliches Bildungs- und Erziehungsziel des Beruflichen Gymnasiums (s. Ziele und Aufgaben des Beruflichen Gymnasiums)

 

Beschreibung der Lernziele

Einblick gewinnen

Begegnung mit einem Gegenstandsbereich/Wirklichkeitsbereich oder mit Lern- und Arbeitstechniken oder Fachmethoden als grundlegende Orientierung, ohne tiefere Reflexion

Kennen

über Kenntnisse und Erfahrungen zu Sachverhalten und Zusammenhängen, zu Lern- und Arbeitstechniken oder Fachmethoden sowie zu typischen Anwendungsmustern aus einem begrenzten Gebiet im gelernten Kontext verfügen

Übertragen

Kenntnisse und Erfahrungen zu Sachverhalten und Zusammenhängen, im Umgang mit Lern- und Arbeitstechniken oder Fachmethoden in vergleichbaren Kontexten verwenden

Beherrschen

Handlungs- und Verfahrensweisen routinemäßig gebrauchen

Anwenden

Kenntnisse und Erfahrungen zu Sachverhalten und Zusammenhängen, im Umgang mit Lern- und Arbeitstechniken oder Fachmethoden durch Abstraktion und Transfer in unbekannten Kontexten verwenden

Beurteilen/Sich positionieren

begründete Sach- und/oder Werturteile entwickeln und darstellen, Sach- und/oder Wertvorstellungen in Toleranz gegenüber anderen annehmen oder ablehnen, vertreten, kritisch reflektieren und ggf. revidieren

Gestalten/Problemlösen

Handlungen/Aufgaben auf der Grundlage von Wissen zu komplexen Sachverhalten und Zusammenhängen, Lern- und Arbeitstechniken, geeigneten Fachmethoden sowie begründeten Sach- und/oder Werturteilen selbstständig planen, durchführen, kontrollieren sowie zu neuen Deutungen und Folgerungen gelangen

Abkürzungen

In den Lehrplänen des Beruflichen  Gymnasiums werden folgende Abkürzungen verwendet:

AT/BIO Agrartechnik mit Biologie
BIO Biologie
BIT Biotechnik
BT Technik mit dem Schwerpunkt Bautechnik
CH Chemie
DE Deutsch
EF Erschließungsfeld
EBBD European Business Behaviour and Democracy
EL/CH Ernährungslehre mit Chemie
EN Englisch
ETH Ethik
ET Technik mit dem Schwerpunkt Elektrotechnik
FR Französisch
GE/GK Geschichte/Gemeinschaftskunde
GESO Gesundheit und Soziales
Gk Grundkurs
GK Gemeinschaftskunde/Rechtserziehung (Oberschule)
GMT Technik mit dem Schwerpunkt Gestaltungs- und Medientechnik
INF Informatik
IS Informatiksysteme
Jgst. Jahrgangsstufe
Kl. Klassenstufe
KU Kunst
LB Lernbereich
LBW Lernbereich mit Wahlcharakter
LBWP Lernbereich mit Wahlpflichtcharakter (Mathematik)
LDE Lehrerdemonstrationsexperiment
LIT Literatur
Lk Leistungskurs
LMT Lebensmitteltechnologie
MA Mathematik
MBT Technik mit dem Schwerpunkt Maschinenbautechnik
MU Musik
OS Oberschule
PH Physik
RE/e Evangelische Religion
RE/k Katholische Religion
RS Realschulbildungsgang
RU Russisch
SE Schülerexperiment
SPO Sport
TE Technik (mit den Schwerpunkten Bautechnik, Elektrotechnik, Gestaltungs- und Medientechnik sowie Maschinenbautechnik)
UA Umweltanalytik
Ustd. Unterrichtsstunden
VBWL/RW Volks- und Betriebswirtschaftslehre mit Rechnungswesen
WGEO Wirtschaftsgeographie
WGk Wahlgrundkurs
WPRA Wissenschaftliches Praktikum
W/R Wirtschaftslehre/Recht
WT Webtechnologie
2. FS Zweite Fremdsprache (Oberschule)

Die Bezeichnungen Schüler und Lehrer werden im Lehrplan allgemein für Schülerinnen und Schüler bzw. Lehrerinnen und Lehrer gebraucht.

Ziele und Aufgaben des Beruflichen Gymnasiums

Bildungs- und Erziehungsauftrag

Das Berufliche Gymnasium ist eine eigenständige Schulart. Es baut auf einem mittleren Schulabschluss auf und führt nach zentralen Prüfungen zur allgemeinen Hochschulreife. Der Abiturient verfügt über die für ein Hochschulstudium notwendige Studierfähigkeit. Die Entwicklung und Stärkung der Persönlichkeit sowie die Möglichkeit zur Gestaltung des eigenen Lebens in sozialer Verantwortung und die Befähigung zur Mitwirkung in der demokratischen Gesellschaft gehören zum Auftrag des Beruflichen Gymnasiums.

Den individuellen Fähigkeiten und Neigungen der Schüler wird unter anderem durch die Möglichkeit zur eigenen Schwerpunktsetzung entsprochen. Die Schüler entscheiden sich für eine Fachrichtung und damit für das zweite Leistungskursfach. Sie treffen die Wahl des ersten Leistungskursfaches und können unterschiedliche allgemeinbildende und fachrichtungsbezogene Wahlpflicht- und Wahlkurse belegen.

Bildungs- und Erziehungsziele

Vertiefte Allgemeinbildung, Wissenschaftspropädeutik, allgemeine Studierfähigkeit und fachrichtungsspezifische Berufsorientierung sind Ziele des Beruflichen Gymnasiums.

Das Berufliche Gymnasium bereitet junge Menschen darauf vor, selbstbestimmt zu leben, sich selbst zu verwirklichen und in sozialer Verantwortung zu handeln. Im Bildungs- und Erziehungsprozess des Beruflichen Gymnasiums sind

  • der Erwerb intelligenten und anwendungsfähigen Wissens,
  • die Entwicklung von Lern-, Methoden- und Sozialkompetenz und
  • die Werteorientierung

in allen fachlichen und überfachlichen Zielen miteinander zu verknüpfen.

Die überfachlichen Ziele beschreiben darüber hinaus Intentionen, die auf die Persönlichkeitsentwicklung der Schüler gerichtet sind und in jedem Fach konkretisiert und umgesetzt werden müssen.

Eine besondere Bedeutung kommt der politischen Bildung als aktivem Beitrag zur Entwicklung der Mündigkeit junger Menschen und zur Stärkung der Zivilgesellschaft zu.

Als ein übergeordnetes Bildungs- und Erziehungsziel des Beruflichen Gymnasiums ist politische Bildung im Sächsischen Schulgesetz verankert und muss in allen Fächern angemessen Beachtung finden. Zudem ist sie integrativ, insbesondere in den überfachlichen Zielen Werteorientierung, Bildung für nachhaltige Entwicklung, Reflexions- und Diskursfähigkeit sowie Verantwortungsbereitschaft enthalten.

Ausgehend vom mittleren Schulabschluss werden überfachliche Ziele formuliert, die in allen Fächern zu realisieren sind.

Die Schüler eignen sich systematisch intelligentes Wissen an, das von ihnen in unterschiedlichen Zusammenhängen genutzt und zunehmend selbstständig angewendet werden kann. [Wissen]

Sie erwerben berufsbezogenes Wissen und vertiefen wissenschaftspropädeutische Denkweisen und Arbeitsmethoden an Beispielen der arbeitsweltnahen Bezugswissenschaft. [Berufsorientierung]

Sie erweitern ihr Wissen über die Gültigkeitsbedingungen spezifischer Erkenntnismethoden und lernen, dass Erkenntnisse von den eingesetzten Methoden abhängig sind. Dabei entwickeln sie ein differenziertes Weltverständnis. [Methodenbewusstsein]

Die Schüler entwickeln die Fähigkeit weiter, Informationen zu gewinnen, einzuordnen und zu nutzen, um ihr Wissen zu erweitern, neu zu strukturieren und anzuwenden. Sie vertiefen ihre Fähigkeiten, moderne Informations- und Kommunikationstechnologien sicher, sachgerecht, situativ-zweckmäßig, verantwortungs- und gesundheitsbewusst zu nutzen. Sie erweitern ihre Kenntnisse zu deren Funktionsweisen und nutzen diese zur kreativen Lösung von Problemen. [informatische Bildung]

Sie erweitern und vertiefen ihre Kenntnisse über Medien sowie deren Funktions-, Gestaltungs- und Wirkungsweisen. Sie nutzen Medien selbstständig für das eigene Lernen, erfassen und analysieren mediengeprägte Problemstellungen und stärken ihre medienkritische Reflexion. [Medienbildung]

Die Schüler wenden selbstständig und zielorientiert Lernstrategien an, die selbstorganisiertes und selbstverantwortetes Lernen unterstützen und auf lebenslanges Lernen vorbereiten. [Lernkompetenz]

Sie vertiefen erworbene Problemlösestrategien und entwickeln das Vermögen weiter, planvoll zu beobachten, zu beschreiben, zu analysieren, zu ordnen und zu synthetisieren. Sie sind zunehmend in der Lage, problembezogen deduktiv oder induktiv vorzugehen, Hypothesen zu bilden sowie zu überprüfen und gewonnene Erkenntnisse auf einen anderen Sachverhalt zu transferieren. Sie lernen in Alternativen zu denken, Phantasie und Kreativität weiter zu entwickeln und Lösungen auf ihre Machbarkeit zu überprüfen. [Problemlösestrategien]

Sie entwickeln vertiefte Reflexions- und Diskursfähigkeit, um ihr Leben selbstbestimmt und verantwortlich zu führen. Sie lernen, Positionen, Lösungen und Lösungswege kritisch zu hinterfragen. Sie erwerben die Fähigkeit, differenziert Stellung zu beziehen und die eigene Meinung sachgerecht zu begründen. Sie eignen sich die Fähigkeit an, komplexe Sachverhalte unter Verwendung der entsprechenden Fachsprache sowohl mündlich als auch schriftlich logisch strukturiert und schlüssig darzulegen. [Reflexions- und Diskursfähigkeit]

Sie entwickeln die Fähigkeit weiter, effizient mit Zeit und Ressourcen umzugehen, indem sie Arbeitsabläufe zweckmäßig planen und gestalten sowie geistige und manuelle Operationen beherrschen. [Arbeitsorganisation]

Sie vertiefen die Fähigkeit zu interdisziplinärem Arbeiten, bereiten sich auf den Umgang mit vielschichtigen und vielgestaltigen Problemen und Themen vor und lernen, diese mehrperspektivisch zu betrachten. [Interdisziplinarität, Mehrperspektivität]

Sie entwickeln Kommunikations- und Teamfähigkeit weiter. Sie lernen, sich adressaten-, situations- und wirkungsbezogen zu verständigen und erfahren, dass Kooperation für die Problemlösung zweckdienlich ist. [Kommunikationsfähigkeit]

Die Schüler entwickeln die Fähigkeit zu Empathie und Perspektivwechsel weiter und sind bereit, sich für die Rechte und Bedürfnisse anderer einzusetzen. Sie setzen sich mit unterschiedlichen Positionen und Wertvorstellungen auseinander, um sowohl eigene Positionen einzunehmen als auch anderen gegenüber Toleranz zu entwickeln. [Empathie und Perspektivwechsel]

Sie stärken ihre interkulturelle Kompetenz, um offen zu sein, sich mit anderen zu verständigen und angemessen zu handeln. [Interkulturalität]

Die Schüler setzen sich, ausgehend von den eigenen Lebensweltbezügen, einschließlich ihrer Erfahrungen mit der Vielfalt und Einzigartigkeit der Natur, mit lokalen, regionalen und globalen Entwicklungen auseinander. Sie entwickeln die Fähigkeit weiter, Auswirkungen von Entscheidungen auf das Leben der Menschen, die Umwelt und die Wirtschaft zu bewerten. Sie setzen sich bewusst für eine ökologisch, sozial und ökonomisch nachhaltige Entwicklung ein und wirken gestaltend daran mit. Dabei nutzen sie vielfältige Partizipationsmöglichkeiten. [Bildung für nachhaltige Entwicklung]

Die Schüler entwickeln ihre eigenen Wertvorstellungen auf der Grundlage der freiheitlich-demokratischen Grundordnung, indem sie Werte im schulischen Alltag erleben, kritisch reflektieren und diskutieren. Dazu gehören insbesondere Erfahrungen der Toleranz, der Akzeptanz, der Anerkennung und der Wertschätzung im Umgang mit Vielfalt sowie Respekt vor dem Leben, dem Menschen und vor zukünftigen Generationen. Sie stärken ihre Fähigkeit und Bereitschaft, sich vor dem Hintergrund demokratischer Handlungsoptionen aktiv in die freiheitliche Demokratie einzubringen. [Werteorientierung]

Sie entwickeln eine persönliche Motivation für die Übernahme von Verantwortung in Schule und Gesellschaft. [Verantwortungsbereitschaft]

Gestaltung des Bildungs- und Erziehungsprozesses

Der Bildungs- und Erziehungsprozess ist individuell und gesellschaftsbezogen zugleich. Das Berufliche Gymnasium als eine Schulart im Beruflichen Schulzentrum muss als sozialer Erfahrungsraum den Schülern Gelegenheit geben, den Anspruch auf Selbstständigkeit, Selbstverantwortung und Selbstbestimmung einzulösen und Mitverantwortung bei der gemeinsamen Gestaltung schulischer Prozesse zu tragen.

Die Unterrichtsgestaltung wird von einer veränderten Schul- und Lernkultur geprägt. Der Lernende wird in seiner Individualität angenommen, indem seine Leistungsvoraussetzungen, seine Erfahrungen und seine speziellen Interessen und Neigungen berücksichtigt werden. Dazu ist ein Unterrichtsstil notwendig, der beim Schüler Neugier weckt, ihn zu Kreativität anregt und Selbsttätigkeit und Selbstverantwortung verlangt. Durch unterschiedliche Formen der Binnendifferenzierung wird fachliches und soziales Lernen optimal gefördert. Ein vielfältiger Einsatz von traditionellen und digitalen Medien befähigt die Schüler, diese kritisch zu hinterfragen und für das selbstständige Lernen zu nutzen.

Der altersgemäße Unterricht im Beruflichen Gymnasium geht von der Selbsttätigkeit, den erweiterten Erfahrungen und dem wachsenden Abstraktionsvermögen der Schüler aus. Durch eine gezielte Auswahl geeigneter Methoden und Verfahren der Unterrichtsführung ist diesem Anspruch Rechnung zu tragen. Die Schüler des Beruflichen Gymnasiums werden zunehmend an der Unterrichtsgestaltung beteiligt und übernehmen für die zielgerichtete Planung und Realisierung von Lernprozessen Mitverantwortung. Das verlangt von allen Beteiligten Engagement, Gemeinschaftsgeist und Verständnis für andere Positionen.

In der Klassenstufe 11 (Einführungsphase) unterstützt die Schule durch entsprechende Angebote die Schüler bei der Suche nach ihren speziellen Stärken, die ebenso gefördert werden wie der Abbau von Schwächen. Bei der Unterrichtsgestaltung sind Methoden, Strategien und Techniken der Wissensaneignung zu vermitteln und den Schülern in Anwendungssituationen bewusst zu machen. Dadurch sollen die Schüler lernen, ihren Lernweg selbstbestimmt zu gestalten, Lernerfolge zu erzielen und Lernprozesse und -ergebnisse selbstständig und kritisch einzuschätzen.

Die Jahrgangsstufen 12 und 13 (Qualifikationsphase) sind durch das Kurssystem nicht nur mit einer veränderten Organisationsform verbunden, sondern auch mit weiteren, die Selbstständigkeit der Schüler fördernden Arbeitsformen. Der systematische Einsatz von traditionellen und digitalen Medien fördert das selbstgesteuerte, problemorientierte und kooperative Lernen. Unterricht bleibt zwar lehrergesteuert, doch im Mittelpunkt steht die Förderung von Eigenaktivität der jungen Erwachsenen bei der Gestaltung des Lernprozesses. Die Schüler lernen Problemlöseprozesse eigenständig zu organisieren sowie die Ergebnisse eines Arbeitsprozesses strukturiert und in angemessener Form zu präsentieren. Ausdruck dieser hohen Stufe der Selbstständigkeit kann u. a. die Anfertigung einer besonderen Lernleistung (BELL) sein.

Eine von Kooperation und gegenseitigem Verständnis geprägte Lernatmosphäre an der Schule, in der die Lehrer Vertrauen in die Leistungsfähigkeit ihrer Schüler haben, trägt nicht nur zur besseren Problemlösung im Unterricht bei, sondern fördert zugleich soziale Lernfähigkeit.

Unterricht am Beruflichen Gymnasium muss sich noch stärker um eine Sicht bemühen, die über das Einzelfach hinausgeht. Die Lebenswelt ist in ihrer Komplexität nur begrenzt aus der Perspektive des Einzelfaches zu erfassen. Fachübergreifendes und fächerverbindendes Lernen trägt dazu bei, andere Perspektiven einzunehmen, Bekanntes und Neuartiges in Beziehung zu setzen und nach möglichen gemeinsamen Lösungen zu suchen.

Im Beruflichen Gymnasium lernen und leben die Schüler gleichberechtigt miteinander. Der Schüler wird mit seinen individuellen Fähigkeiten, Eigenschaften, Wertvorstellungen und seinem Lebens- und Erfahrungshintergrund respektiert. In gleicher Weise respektiert er seine Mitschüler. Unterschiedliche Positionen bzw. Werturteile werden geäußert und auf der Basis der demokratischen Grundordnung zur Diskussion gestellt.

Wesentliche Kriterien eines guten Schulklimas am Beruflichen Gymnasium sind Transparenz der Entscheidungen, Gerechtigkeit und Toleranz sowie Achtung und Verlässlichkeit im Umgang aller an Schule Beteiligten. Wichtige Partner sind die Eltern, die kontinuierlich den schulischen Erziehungsprozess begleiten und aktiv am Schulleben partizipieren sollen sowie nach Möglichkeit Ressourcen und Kompetenzen zur Verfügung stellen.

Die Schüler sollen dazu angeregt werden, sich über den Unterricht hinaus zu engagieren. Das in ein Berufliches Schulzentrum eingegliederte Berufliche Gymnasium bietet dazu genügend Betätigungsfelder, die von der Arbeit in den Mitwirkungsgremien bis hin zu kulturellen und gemeinschaftlichen Aufgaben reichen.

Die gezielte Nutzung der Kooperationsbeziehungen des Beruflichen Schulzentrums mit Ausbildungsbetrieben, überbetrieblichen Einrichtungen, Kammern und Verbänden sowie Universitäten und Hochschulen bietet die Möglichkeit, den Schülern des Beruflichen Gymnasiums einen Einblick in die berufliche Tätigkeit zu geben. Des Weiteren können auch besondere Lernorte entstehen, wenn Schüler nachbarschaftliche bzw. soziale Dienste leisten. Dadurch werden individuelles und soziales Engagement bzw. Verantwortung für sich selbst und für die Gemeinschaft verbunden.

Schulinterne Evaluation muss zu einem selbstverständlichen Bestandteil der Arbeitskultur der Schule werden. Für den untersuchten Bereich werden Planungen bestätigt, modifiziert oder verworfen. Die Evaluation unterstützt die Kommunikation und die Partizipation der Betroffenen bei der Gestaltung von Schule und Unterricht.

Jedes Berufliche Gymnasium ist aufgefordert, unter Einbeziehung aller am Schulleben Beteiligten ein gemeinsames Verständnis von guter Schule als konsensfähiger Vision aller Beteiligten zu erarbeiten. Dazu werden pädagogische Leitbilder der künftigen Schule entworfen und im Schulprogramm konkretisiert.

Fächerverbindender Unterricht

 

Während fachübergreifendes Arbeiten durchgängiges Unterrichtsprinzip ist, setzt fächerverbindender Unterricht ein Thema voraus, das von einzelnen Fächern nicht oder nur teilweise erfasst werden kann.

Das Thema wird unter Anwendung von Fragestellungen und Verfahrensweisen verschiedener Fächer bearbeitet. Bezugspunkte für die Themenfindung sind Perspektiven und thematische Bereiche. Perspektiven beinhalten Grundfragen und Grundkonstanten des menschlichen Lebens:

Perspektiven

Raum und Zeit

Sprache und Denken

Individualität und Sozialität

Natur und Kultur

thematische Bereiche

Die thematischen Bereiche umfassen:

Verkehr

Medien

Kommunikation

Kunst

Verhältnis der Generationen

Gerechtigkeit

Eine Welt

Arbeit

Beruf

Gesundheit

Umwelt

Wirtschaft

Technik

Politische Bildung, Medienbildung und Digitalisierung sowie Bildung für nachhaltige Entwicklung sind besonders geeignet für den fächerverbindenden Unterricht.

Konzeption

Jede Schule kann zur Realisierung des fächerverbindenden Unterrichts eine Konzeption entwickeln. Ausgangspunkt dafür können folgende Überlegungen sein:

  1. Man geht von Vorstellungen zu einem Thema aus. Über die Einordnung in einen thematischen Bereich und eine Perspektive wird das konkrete Thema festgelegt.
  2. Man geht von einem thematischen Bereich aus, ordnet ihn in eine Perspektive ein und leitet daraus das Thema ab.
  3. Man entscheidet sich für eine Perspektive, wählt dann einen thematischen Bereich und kommt schließlich zum Thema.

Nach diesen Festlegungen werden Ziele, Inhalte und geeignete Organisationsformen bestimmt.

Bei einer Zusammenarbeit von berufsbezogenen und allgemeinbildenden Fächern ist eine Zuordnung zu einer Perspektive oder einem Themenbereich nicht zwingend erforderlich.

Lernen lernen

Lernkompetenz

Die Entwicklung von Lernkompetenz zielt darauf, das Lernen zu lernen. Unter Lernkompetenz wird die Fähigkeit verstanden, selbstständig Lernvorgänge zu planen, zu strukturieren, durchzuführen, zu überwachen, ggf. zu korrigieren und abschließend auszuwerten. Zur Lernkompetenz gehören als motivationale Komponente das eigene Interesse am Lernen und die Fähigkeit, das eigene Lernen zu steuern.

Strategien

Im Mittelpunkt der Entwicklung von Lernkompetenz stehen Lernstrategien. Diese umfassen:

  • Basisstrategien, welche vorrangig dem Erwerb, dem Verstehen, der Festigung, der Überprüfung und dem Abruf von Wissen dienen
  • Regulationsstrategien, die zur Selbstreflexion und Selbststeuerung hinsichtlich des eigenen Lernprozesses befähigen
  • Stützstrategien, die ein gutes Lernklima sowie die Entwicklung von Motivation und Konzentration fördern
Techniken

Um diese genannten Strategien einsetzen zu können, müssen die Schüler konkrete Lern- und Arbeitstechniken erwerben. Diese sind:

  • Techniken der Beschaffung, Überprüfung, Verarbeitung und Aufbereitung von Informationen (z. B. Lese-, Schreib-, Mnemo-, Recherche-, Strukturierungs-, Visualisierungs- und Präsentationstechniken)
  • Techniken der Arbeits-, Zeit- und Lernregulation (z. B. Arbeitsplatzgestaltung, Hausaufgabenmanagement, Arbeits- und Prüfungsvorbereitung, Selbstkontrolle)
  • Motivations- und Konzentrationstechniken (z. B. Selbstmotivation, Entspannung, Prüfung und Stärkung des Konzentrationsvermögens)
  • Kooperations- und Kommunikationstechniken (z. B. Gesprächstechniken, Arbeit in verschiedenen Sozialformen)
Ziel

Ziel der Entwicklung von Lernkompetenz ist es, dass Schüler ihre eigenen Lernvoraussetzungen realistisch einschätzen können und in der Lage sind, individuell geeignete Techniken und Medien situationsgerecht zu nutzen und für das selbstbestimmte Lernen einzusetzen.

Verbindlichkeit

Schulen realisieren eigenverantwortlich die Lernkompetenzförderung. Die Lehrpläne bieten dazu Ansatzpunkte und Anregungen.

Für eine nachhaltige Wirksamkeit muss der Lernprozess selbst zum Unterrichtsgegenstand werden. Gebunden an Fachinhalte sollte ein Teil der Unterrichtszeit dem Lernen des Lernens gewidmet sein.

Teil Fachlehrplan Physik

Ziele und Aufgaben des Faches Physik

Beitrag zur allgemeinen Bildung

Der Beitrag des Faches Physik zur allgemeinen Bildung ergibt sich sowohl aus der gesellschaftlichen Bedeutung physikalischer Erkenntnisse als auch aus den spezifischen Methoden, mit denen diese gewonnen werden. Der Physikunterricht vermittelt Wissen über Struktur und Gültigkeitsbedingungen spezifischer Erkenntnismethoden sowie deren Einfluss auf die damit gewonnenen Erkenntnisse. Das Fach Physik trägt zur Auseinandersetzung mit Objekten, Prozessen und Phänomenen der natürlichen und technischen Lebenswelt bei. Es fördert die Ausprägung von Vorstellungen über den Aufbau der Materie vom Atom bis zum Kosmos und die Entwicklung eines persönlichen Weltbildes.

Damit leistet das Fach Physik einen wesentlichen Beitrag bei der Entwicklung naturwissenschaftlicher Kompetenzen, entsprechend den vier in den Bildungsstandards für die Allgemeine Hochschulreife beschriebenen Kompetenzbereichen: 

  • Sachkompetenz 
  • Erkenntnisgewinnungskompetenz 
  • Kommunikationskompetenz
  • Bewertungskompetenz. 

Die erworbenen Kompetenzen und Kenntnisse auf Grundlage der Bildungsstandards für den Mittleren Schulabschluss werden weiterentwickelt.

Der Physikunterricht trägt zur Herausbildung wichtiger Persönlichkeitseigenschaften bei. Gemeinsames Experimentieren fördert die Kommunikations- und Teamfähigkeit. Die Schüler erfahren, dass Gedankenaustausch und Meinungsstreit für die Lösung von Problemen zweckmäßig sind. Sie lernen, sich adressatenbezogen und situationsgerecht zu verständigen. Neben logischem Denken werden Beharrlichkeit, Selbstdisziplin, Gewissenhaftigkeit und Zielstrebigkeit entwickelt. Die Schüler besitzen damit eine wesentliche Voraussetzung zur Aufnahme eines Studiums oder einer qualifizierten Berufsausbildung.

Das Fach Physik leistet einen Beitrag zur persönlichen Motivation, Verantwortung in der Gesellschaft zu übernehmen. Es stärkt das Interesse der Schüler an Natur und Technik, fördert eine differenziertere Wahrnehmung des Lebensumfeldes und das Verständnis für den verantwortungsvollen Umgang mit der Natur. Die Schüler setzen sich mit unterschiedlichen Positionen und Wertvorstellungen auseinander, um eigene Positionen einzunehmen und dabei gegenüber anderen Toleranz zu üben.

In der Auseinandersetzung mit gesellschaftlichen, politischen und ökonomischen Sachverhalten fördert das Fach Physik das Interesse der Schüler an lokalen, regionalen und globalen Herausforderungen unserer Zeit. Lösungsansätze ermöglichen eine nachhaltige Entwicklung und regen damit zu zukunftsfähigem Denken und Handeln an. Hierbei kommt der Bildung für nachhaltige Entwicklung eine wichtige Rolle zu.

allgemeine fachliche Ziele

Abgeleitet aus den Zielen und Aufgaben des Beruflichen Gymnasiums und dem Beitrag des Faches zur allgemeinen Bildung und zur Kompetenzentwicklung werden folgende allgemeine fachliche Ziele formuliert:

  • Auseinandersetzen mit physikalischen Sachverhalten in verschiedenen Lebensbereichen
  • Vertiefen physikalischer Denk- und Arbeitsweisen 
  • Entwickeln von Strategien zur Bearbeitung physikalischer Aufgaben- und Problemstellungen
  • Entwickeln der Fähigkeit zum physikalisch kompetenten Kommunizieren unter angemessener Nutzung von Fachsprache und fachtypischen Darstellungs- und Argumentationsstrukturen
  • Entwickeln der Fähigkeit, Sachverhalte kriteriengeleitet zu beurteilen sowie Entscheidungen und deren Folgen zu bewerten als Grundlage für die Herausbildung eines eigenen Weltbildes
Strukturierung

Die Klassenstufe 11 hat die Aufgabe, auf die Anforderungen in der gymnasialen Oberstufe vorzubereiten. Sie soll gewährleisten, dass die Schüler bei Eintritt in das Kurssystem vergleichbare fachliche Voraussetzungen aufweisen. Sie gibt den Schülern für die Kurswahl entsprechend ihren persönlichen Neigungen und Interessen Orientierung. In den Grundkursen der Jahrgangsstufen 12 und 13 wird erworbenes Wissen in ausgewählten Teilgebieten der klassischen und modernen Physik zur Entwicklung der Studierfähigkeit erweitert und vertieft. Das Praktikum dient als eigenständiger Lernbereich der Förderung des selbstständigen komplexen experimentellen Arbeitens der Schüler.

didaktische Grundsätze

Die Basiskonzepte 

  • Erhaltung und Gleichgewicht
  • Superposition und Komponenten
  • Mathematisieren und Vorhersagen
  • Zufall und Determiniertheit

dienen in Klassenstufe 11 und den Jahrgangsstufen 12 und 13 zur Strukturierung und Vernetzung der fachlichen Inhalte und gewährleisten die Vertiefung einer strukturierten Wissensbasis. An unterschiedlichen Stellen des Lehrplans wird auf diese Konzepte zurückgegriffen und somit kumulatives Lernen ermöglicht. 

Die Verbindung von Begriffen und Gesetzen der Physik mit ihrem konkreten Hintergrund bestimmt maßgeblich, wie flexibel anwendbar das Wissen der Schüler ist. Es müssen solche Kontexte gewählt werden, die den Erfahrungsbereich beider Geschlechter berücksichtigen und ihren Interessenlagen entsprechen.

Das Experiment wird so eingesetzt, dass seine zentrale Bedeutung als Mittel zur Gewinnung physikalischer Erkenntnisse verstanden, Zusammenhänge veranschaulicht und gleichzeitig Interesse und Freude an der Auseinandersetzung mit physikalischen Fragen entwickelt werden. Die Bedeutung des Experiments als Frage an die Natur, als Kriterium der Wahrheit und Mittel der Erkenntnisgewinnung bestimmt seinen Einsatz in allen Phasen des Unterrichts. Freihand- und Hausexperimente ergänzen traditionelle Demonstrations- und Schülerexperimente sowie Praktika.

Es ist eine Aufgabenkultur zu entwickeln, die die Auseinandersetzung der Schüler mit der Physik bei der Lösung praktischer Fragen herausfordert und Freiräume für eigenes Probieren schafft.

Von besonderer Bedeutung ist das physikalische Praktikum, in dem die Schüler weitgehend selbstständig und eigenverantwortlich Probleme experimentell lösen. Die Praktikumsaufgaben werden so formuliert, dass sie kreatives Tätigsein und die Entwicklung von Sozialkompetenz ermöglichen.

Anwendungen der Physik in Natur, Alltag, Wirtschaft und Technik nehmen einen breiten Raum ein. Durch häufiges Konkretisieren und Interpretieren der Gleichungen und Diagramme wird der Gefahr des unverstandenen und inhaltsleeren Operierens mit mathematischen Formalismen entgegengewirkt.

Im Unterricht werden traditionelle und digitale Medien eingesetzt. Dazu gehören Simulationen und interaktive Anwendungen sowie digitale Werkzeuge zur Erfassung und Auswertung von Messwerten.

Dem allgemeinen didaktischen Prinzip der Kontroversität folgend, sind bei Inhalten mit politischem Gehalt auch die damit in Verbindung stehenden fachspezifischen Arbeitsmethoden der politischen Bildung einzusetzen. Dafür eignen sich u. a. Rollen- und Planspiele, Streitgespräche, Pro- und Kontra-Debatten, Podiumsdiskussionen oder kriterienorientierte Fall-, Konflikt- und Problemanalysen.

Bei Inhalten mit Anknüpfungspunkten zur Bildung für nachhaltige Entwicklung eignen sich insbesondere die didaktischen Prinzipien der Visionsorientierung, des Vernetzenden Lernens sowie der Partizipation. Vernetztes Denken bedeutet hier die Verbindung von Gegenwart und Zukunft einerseits und ökologischen, ökonomischen und sozialen Dimensionen des eigenen Handelns andererseits.

Je nach didaktischem Konzept entscheidet der Lehrer über die Reihenfolge der zu behandelnden Inhalte.

Übersicht über die Lernbereiche und Zeitrichtwerte

Zeitrichtwert

Klassenstufe 11

Lernbereich 1 Kinematik und Dynamik der Translation 18 Ustd.
Lernbereich 2 Arbeit, Energie, Leistung 10 Ustd.
Lernbereich 3 Physikalisches Praktikum 12 Ustd.
Lernbereich 4 Kraftstoß und Impuls 6 Ustd.
Lernbereich 5 Kinematik und Dynamik der Kreisbewegung 6 Ustd.

Lernbereiche mit Wahlcharakter

Wahlbereich 1 Himmelsmechanik und Entstehung des Universums
Wahlbereich 2 Thermodynamik
Wahlbereich 3 Wärmeausbreitung

Jahrgangsstufe 12 - Grundkurs

Lernbereich 1 Elektrische und magnetische Felder 30 Ustd.
Lernbereich 2 Elektromagnetische Felder 12 Ustd.
Lernbereich 3 Physikalisches Praktikum 10 Ustd.

Lernbereiche mit Wahlcharakter

Wahlbereich 1 Die spezielle Relativitätstheorie
Wahlbereich 2 Leitungsvorgänge
Wahlbereich 3 Anwendungen elektrischer und magnetischer Felder

Jahrgangsstufe 13 - Grundkurs

Lernbereich 1 Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen 24 Ustd.
Lernbereich 2 Quantenphysik und Materie 20 Ustd.

Lernbereiche mit Wahlcharakter

Wahlbereich 1 Akustik und Schallwellen
Wahlbereich 2 Anwendungen der Physik

Klassenstufe 11

Ziele

Auseinandersetzen mit physikalischen Sachverhalten in verschiedenen Lebensbereichen

Die Schüler setzen sich mit physikalischen Problemen aus ihrer unmittelbaren Umgebung auseinander. Sie erkennen das Wirken physikalischer Gesetze der Bewegungen und der Energieerhaltung in einer Vielzahl von Anwendungen im täglichen Leben und in der Technik wieder. Die Schüler können komplexe Vorgänge mit Hilfe von Gesetzen der Mechanik erklären und Schlussfolgerungen für eigenes Handeln ziehen. Sie wissen um physikalische Grenzen technischer Systeme.

Bei der Auseinandersetzung mit Problemen des Energiebedarfs schätzen die Schüler den Einfluss thermodynamischer Erkenntnisse auf das Leben der Menschen ein.

Vertiefen physikalischer Denk- und Arbeitsweisen

Die Schüler vertiefen ihr Wissen über physikalische Denk- und Arbeitsweisen. Sie wissen, dass sie mithilfe der experimentellen Methode begründete Vermutungen oder Voraussagen überprüfen können. Die Schüler entwickeln ihre Fähigkeiten weiter, Experimente selbstständig zu planen, zu dokumentieren, die Ergebnisse in Diagrammen auszuwerten und kritisch zu hinterfragen. Sie lernen, wie mit digitalen Werkzeugen Messwerte erfasst und ausgewertet werden können.

Die Schüler leiten aus Diagrammen physikalische Aussagen ab, die zum Erarbeiten von Gesetzen genutzt werden. Sie festigen ihr mathematisches Wissen über Funktionen sowie das Lösen von Gleichungen und Gleichungssystemen.

Die Schüler erkennen den Sinn und die Notwendigkeit von Idealisierungen. Sie setzen Modelle zum Beschreiben und Erklären physikalischer Sachverhalte ein.

Die Schüler führen Kausalitätsbetrachtungen durch, um ihre Fähigkeiten im Erklären von Zusammenhängen zu vertiefen. Sie nutzen dabei Analogiebetrachtungen.

Die Schüler erfassen den Unterschied zwischen Prozess- und Zustandsgrößen und erkennen die Bedeutung von Erhaltungsprinzipien und Erhaltungsgrößen in der Physik. Sie beschreiben und erklären Bewegungen mithilfe von Energiebilanzen.

Entwickeln von Strategien zur Bearbeitung physikalischer Aufgaben und Problemstellungen

Die Schüler vertiefen persönliche Lernstrategien. Sie setzen sich mit Erklärungen aus verschiedenen traditionellen und digitalen Medien auseinander. Sie vergleichen gefundene Lösungsvarianten im Hinblick auf Effizienz und Praktikabilität.

Die Schüler nutzen unterschiedliche Problemlösestrategien. Bei der Lösung komplexer physikalischer Aufgaben interpretieren sie Gleichungen und Diagramme selbstständig, abstrahieren auf den physikalischen Sachverhalt und arbeiten mit analytischen Lösungsverfahren. Dabei lernen die Schüler den zweckmäßigen Einsatz digitaler Werkzeuge kennen. Sie erkennen physikalische Größen, verwenden geeignete Grundeinheiten und beachten beim Anwenden von Gesetzen die Gültigkeitsbedingungen. Die Schüler arbeiten bewusst mit Näherungswerten, geben Ergebnisse mit sinnvoller Genauigkeit an und überprüfen sie auf ihre Sinnhaftigkeit.

Entwickeln der Fähigkeit zum physikalisch kompetenten Kommunizieren unter angemessener Nutzung von Fachsprache und fachtypischen Darstellungs- und Argumentationsstrukturen

Die Schüler sind sicher im Umgang mit Formelzeichen, Einheiten sowie der grafischen Darstellung vektorieller Größen.

Die Schüler eignen sich weitere Begriffe aus dem Begriffssystem der Physik an und vollziehen dabei den Übergang von alltagssprachlichen Formulierungen zu fachwissenschaftlichen Aussagen. Sie erweitern ihre Fähigkeiten zum Dialog, entwickeln Selbstständigkeit beim Argumentieren und beziehen zu komplexen Fragen der Naturwissenschaft und Technik Stellung sowie bewerten Zusammenhänge über die Fachwissenschaft hinaus.

Die Schüler lernen, sich unter Nutzung verschiedener traditioneller und digitaler Medien Unterrichtsinhalte zunehmend selbstständig anzueignen und diese nach gefundenen Merkmalen zu systematisieren. Sie sind in der Lage, ihr Wissen bei Vorträgen und im Rahmen von Facharbeiten zeitgemäß zu präsentieren.

Entwickeln der Fähigkeit, Sachverhalte kriteriengeleitet zu beurteilen sowie Entscheidungen und deren Folgen zu bewerten als Grundlage für die Herausbildung eines eigenen Weltbildes 

Die Schüler entwickeln beim Beschreiben und Erkennen der Natur schrittweise ihr Weltbild weiter. Sie wissen, dass mathematische Modelle nur innerhalb von Gültigkeitsbereichen anwendbar sind und einer möglich scheinenden Vorausberechenbarkeit der Natur Grenzen gesetzt sind.

Die Schüler vertiefen ihr historisches Wissen über den technischen Fortschritt und die Bedeutung physikalischer Erkenntnisse für die Gesellschaft. Bei Betrachtungen zur Energieversorgung werten sie den Umgang mit Ressourcen und ziehen Schlussfolgerungen für das eigene Handeln.

Lernbereich 1: Kinematik und Dynamik der Translation 18 Ustd.

Anwenden der Bewegungsgesetze auf Bewegungen in Verkehr und Sport

Modell Massepunkt

gleichförmige Bewegung, s=ν·t+s0

Interpretation von Diagrammen

ungleichförmige Bewegung

Momentan- und Durchschnittsgeschwindigkeit

gleichmäßig beschleunigte Bewe­gung

Überhol- und Einholvorgänge

s=a2t2+v0·t+s0, v=a·t+v0

Interpretation von Diagrammen

Digitale Messwerterfassung mit MMS

gleichmäßig verzögerte Bremsvorgänge

Argumentationsketten

Betrachtungen zu Abrieb von Reifen, Kupplungen und Bremsen als Ursachen von Umwelt­verschmutzung

freier Fall

Galileo Galilei

Einblick gewinnen in die Beschreibung überlagerter Bewegungen

Superpositionsprinzip

vektorieller Charakter der Geschwindigkeit; Addition von Geschwindigkeiten

Wurfbewegungen

Videoanalyse von Bewegungen

Anwenden der Newton’schen Gesetze auf verschiedene Beispiele

entsprechend der Fachrichtung

Isaac Newton

vektorieller Charakter der Kraft, Addition und Zerlegung von Kräften

FG=FN+FH

Geneigte Ebene

Trägheitsgesetz

Sicherheitseinrichtungen im KFZ: Sicherheitsgurt, Gurtstraffer, aktive Kopfstütze, Gurtkraftbegrenzung, definierte Verformungszonen

Grundgesetz, F=m·a

Beschleunigung verschiedener Fahrzeuge: KFZ, LKW, Zug, Schiff, U-Boot, Flugzeug

Wechselwirkungsgesetz

Gegenüberstellung chemischer Raketenantrieb und Ionenantrieb, auch unter dem Aspekt Treibstoffverbrauch

Hookesches Gesetz

Lernbereich 2: Arbeit, Energie, Leistung 10 Ustd.

Kennen der Bestimmung mechanischer Arbeit

Prozessgröße mechanische Arbeit

Hubarbeit und Beschleunigungsarbeit

W=F·s·cosF,s

Federspannarbeit

Übertragen des Energieansatzes beim Lösen von Aufgaben aus Natur und Technik

entsprechend der Fachrichtung

potentielle Energie, E=m·g·h

Zustandsgröße Energie

kinetische Energie, E=m2·v2

Federspannenergie, E=D2·s2

Umwandlung mechanischer Energien

Entwertung von Energie, Reibung

Energieerhaltungssatz

Beurteilen von Leistung und Wirkungsgrad bei mechanischen Vorgängen

entsprechend der Fachrichtung

Lösen von Aufgaben aus Technik, Haushalt und Sport

P=Wt

η=WabWzu

Maxwell’sches Rad, JO-JO

Diskussion zum Wirkungsgrad

Lernbereich 3: Physikalisches Praktikum 12 Ustd.

Kennen der Grundlagen zur Analyse von Messunsicherheiten und Übertragen der Kenntnisse bei der Auswertung von Messwerten mittels digitaler Werkzeuge 

Kritische Auseinandersetzung mit Messmethoden und Messgenauigkeit

Messunsicherheit und Messabweichung Unterscheidung von systematischer und zufälliger Messunsicherheit

Abschätzung der Einflüsse während der Messung auf Messunsicherheiten

Einflüsse auf die Messunsicherheit

Vergleich mit Referenzwerten

Anwenden der Kenntnisse beim Lösen physikali­scher Aufgaben durch selbstständiges Experi­mentieren 

Nutzung traditioneller und digitaler Werkzeuge für Messverfahren im Experiment

SE: Bestimmung der Fallbeschleunigung

Aufbereitung von Messdaten unter Nutzung digitaler Werkzeuge

SE: Newtonsche Axiome

SE: Energie

Erhaltung und Entwertung von Energie

Lernbereich 4: Kraftstoß und Impuls 6 Ustd.

Anwenden des Zusammenhangs zwischen Kraftstoß und Impulsänderung auf das Erklären von Phänomenen in Natur und Technik

entsprechend der Fachrichtung

Kraftstoß, S=F·t

Prozessgröße Kraftstoß

Impuls, p=m·v

Zustandsgröße Impuls

Übertragen des Impulserhaltungssatzes auf das Lösen von Aufgaben mit 2 Körpern

m1·v1 +m2·v2=m1·u1+m2·u2

unelastischer und elastischer zentraler Stoß

Rangierwerk, Unfall mit verkeilten Fahrzeugen

Billard, Unfall mit elastischer Verformung

SE: Stoß und Impuls

Simulation mittels digitaler Werkzeuge

Lernbereich 5: Kinematik und Dynamik der Kreisbewegung 6 Ustd.

Übertragen der Kenntnisse der Translation auf die Kinematik der Kreisbewegung

Zusammenhang zwischen Größen der Translation und Kreisbewegung

Drehwinkel, φ=sr

Winkelgeschwindigkeit, ω=φt,ω=2·πT

Bahngeschwindigkeit, v=ω·r

Kennen der Kräfte der Kreisbewegung

Radialkraft, FR=m·v2r

als Ursache für die ständige Richtungsänderung

Zentrifugalkraft

als Trägheitskraft auf mitbewegte Beobachter

Wahlbereich 1: Himmelsmechanik und Entstehung des Universums

Anwenden der Kenntnisse von Kinematik und Dynamik auf die Himmelsmechanik

Kepler’sche Gesetze

Johannes Kepler, Nicolaus Kopernikus

Gravitationsgesetz, F=γ·m1·m2r2

Einblick gewinnen in Entstehung und Vergänglichkeit des Universums

Einbeziehung aktueller Projekte

Urknalltheorie und Expansion

Gefahren für unser Sonnensystem: Meteoriten, Asteoriten, Kometen, Schwarze Löcher

Wahlbereich 2: Thermodynamik

Kennen thermodynamischer Größen beim Erklären von Phänomenen in der Natur sowie der Funktionsweise technischer Anwendungen

thermische Zustandsgleichung des idealen Gases 

Zustandsänderungen

1. Hauptsatz der Thermodynamik 

Robert Mayer und James Prescott Joule

Unmöglichkeit der Konstruktion eines Perpetuum Mobile 1. Art

Aufstellen von Energiebilanzen

Sich positionieren zu Problemen der Umwelt­belastung durch Wärmekraftmaschinen und regenerative Energien

Projekt: Wärmekraftmaschinen, Wirkungsgrade und Umweltbelastung

Zukunft der Verbrennungsmotoren, Vergleich ökonomischer und ökologischer Bilanzen verschiedener Antriebsarten

Pro-Kontra-Diskussion

Wahlbereich 3: Wärmeausbreitung

Sich positionieren zu Möglichkeiten der Wärmedämmung in Technik und Haushalt

entsprechend der Fachrichtung

Wärmeleitung

Wärmestrom als Form der Leistung

Eigenschaften der Wärmeleitung

Wärmeleitfähigkeit λ

Vergleich verschiedener Baumaterialien

Wärmeübergang und Wärmedurchgang

Zusammensetzung des Wärmedurchgangs aus mindestens zwei Wärmeübergängen und mindestens einer Wärmeleitung, Wärmeisolation an Gebäuden

Wärmestrahlung

Reflexion

Beschichtung/Sonnenschutz in Gebäuden, Nutzung der Sonnenenergie

Absorption

Solarkollektoren

Projekt: Bau und Wirkungsgrad eines Solarkollektors

Wärmeströmung

Meeresströmungen, Luftströmungen, Klimaeffekte, Thermik und Fliegen

Jahrgangsstufen 12 und 13 - Grundkurs

Ziele

Auseinandersetzen mit physikalischen Sachverhalten in verschiedenen Lebensbereichen

Die Schüler nutzen ihr Wissen beim Bearbeiten physikalischer Fragestellungen aus verschiedenen Bereichen der Lebenswelt und erkennen die Komplexität physikalischer Probleme.

Die Schüler erwerben einen historischen Überblick zu Elektrizität und Magnetismus. Sie verstehen physikalische Felder als Realität und Modell und nutzen grundlegende physikalische Größen zu deren quantitativer Beschreibung. Ihnen erschließen sich Anwendungen der elektromagnetischen Induktion aus wirtschaftlicher bzw. technischer Sicht.

Die Schüler erweitern ihr Wissen über Bewegungen auf mechanische Schwingungen und Wellen. Sie vertiefen ihr Wissen über Erzeugung und Nutzung elektromagnetischer Schwingungen und Wellen.

Die Schüler vertiefen ihre Vorstellungen über elektrische Leitungsvorgänge. Am Beispiel ausgewählter Halbleiterbauelemente erwerben sie Wissen über physikalische Grundlagen der Mikroelektronik.

An Beispielen verschiedener Quantenobjekte erarbeiten sich die Schüler quantenphysikalische Betrachtungsweisen.

Im physikalischen Praktikum festigen, vertiefen und vernetzen die Schüler ihr Wissen.

Vertiefen physikalischer Denk- und Arbeitsweisen

Die Schüler besitzen sicheres Wissen über physikalische Erscheinungen, Begriffe und Gesetze im Kontext der klassischen Physik. Sie erfassen an ausgewählten Beispielen Grenzen klassischer Betrachtungsweisen und Grundaussagen der modernen Physik.

Anhand allgemeingültiger physikalischer Aussagen erfassen die Schüler die Bedeutung physikalischer Idealisierung in Modellen, Begriffen und Gesetzen. Der Wert physikalischer Modelle wird den Schülern besonders am Beispiel des Lichts deutlich.

Die Schüler bearbeiten experimentelle Aufgaben. Sie planen Teilschritte und erfassen und dokumentieren die Messwerte selbstständig. Sie beziehen dabei digitale Werkzeuge ein. Beim selbstständigen Planen, Durchführen und Auswerten der Experimente verbessern sie ihre Teamfähigkeit und Sozialkompetenz.

Die Schüler nutzen mathematische Mittel zur quantitativen Beschreibung bei mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen und Wellen. Sie arbeiten Gemeinsamkeiten und Unterschiede physikalischer Felder heraus. Dabei wird ihnen die Analogie zwischen verschiedenen Feldern bewusst.

Entwickeln von Strategien zur Bearbeitung physikalischer Aufgaben und Problemstellungen

Bei der Analyse komplexer Aufgabenstellungen ordnen sie die Problemfrage in ihr physikalisches Wissen ein und reduzieren dabei auf Wesentliches. Bei der Lösung ziehen sie verschiedene Strategien wie das Anwenden von Gleichungen, grafische Verfahren, Rekursionsverfahren, aber auch systematisches Probieren in Betracht und können Effizienz und Praktikabilität einschätzen. Dabei nutzen die Schüler die vielfältigen Möglichkeiten digitaler Werkzeuge. Sie vervollkommnen ihre Fertigkeiten beim Arbeiten mit Näherungswerten. Die Schüler verstehen es, die gefundene Lösung an der Problemstellung zu überprüfen und im Hinblick auf Genauigkeit zu bewerten.

Die Schüler sind in der Lage, sich Unterrichtsinhalte zunehmend selbstständig anzueignen und ihr Lernen eigenverantwortlich zu analysieren und zu kontrollieren. Dabei spielt die selbstständige Systematisierung des Wissens der Schüler zum Aufbau von Strukturen eine wesentliche Rolle.

Entwickeln der Fähigkeit zum physikalisch kompetenten Kommunizieren unter angemessener Nutzung von Fachsprache und fachtypischen Darstellungs- und Argumentationsstrukturen

Die Schüler erweitern ihr Begriffssystem und argumentieren auch bei komplexen Inhalten mit fachwissenschaftlich präzisen Aussagen. Sie verwenden Zustands-, Prozess- und Erhaltungsgrößen zur Beschreibung physikalischer Sachverhalte. Die Schüler vervollkommnen insbesondere während des physikalischen Praktikums ihre Kommunikations- und Dialogfähigkeiten.

Sie verbessern ihre Fähigkeiten, fachspezifische Darstellungen unterschiedlicher Art zu verstehen und beim Wissenserwerb einzubeziehen. Die Schüler sind in der Lage, beim Nutzen verschiedener traditioneller und digitaler Medien zwischen populärwissenschaftlichen und wissenschaftlich exakten Darstellungen zu unterscheiden. Sie können fachspezifische Erkenntnisse zeitgemäß präsentieren.

Anhand von Fragen des Umweltschutzes lernen die Schüler, komplexe Probleme aus unterschiedlichen politischen, ökologischen und wirtschaftlichen Interessenlagen zu werten. Sie vertiefen ihre Diskursfähigkeit und lernen, dass eine einfache Beantwortung komplexer Fragen nicht möglich ist.

Entwickeln der Fähigkeit, Sachverhalte kriteriengeleitet zu beurteilen sowie Entscheidungen und deren Folgen zu bewerten als Grundlage für die Herausbildung eines eigenen Weltbildes 

Die Schüler begreifen die Natur als ein komplexes und dem Menschen nicht in allen Einzelheiten zugängliches System. Ihnen wird deutlich, dass die Natur durch den Menschen weder beherrscht noch deren Entwicklung bis in alle Einzelheiten vorausbestimmt werden kann.

Die Schüler erkennen, dass sich die Physik als Wissenschaft ständig weiterentwickelt. An ausgewählten historischen Beispielen begreifen sie, dass neue wissenschaftliche Erkenntnisse durch eine Wechselbeziehung von theoretischer und experimenteller Physik gewonnen werden.

Den Schülern erschließt sich der enge Zusammenhang von physikalischen Erkenntnissen, technischem Fortschritt und Lebensstandard. Dabei wird ihnen bewusst, dass technischer Fortschritt oftmals mit einem Eingriff in die Natur verbunden ist, der das persönliche Lebensumfeld des Menschen auch negativ beeinflussen kann. Am Beispiel der rasanten Entwicklung und Verbreitung der Mikroelektronik werden den Schülern der stetig steigende Energiebedarf der Weltbevölkerung und die damit verbundenen ökologischen Probleme weltweit bewusst. Die Schüler entwickeln ihr Verständnis zum sinnvollen Umgang mit Energie weiter. Sie erkennen die Verantwortung, die der Wissenschaft und jedem einzelnen Menschen gegenüber der Natur und der Gesellschaft in einer globalisierten Welt zukommt.

Jahrgangsstufe 12 - Grundkurs

Lernbereich 1: Elektrische und magnetische Felder 30 Ustd.

Kennen der elektrischen Ladung als Eigenschaft der Materie 

Eigenschaften von Ladungen, Wechselwirkungen zwischen elektrisch geladenen Körpern

Nachweismethoden

Elektroskop, Galvanometer

Anwenden des Feldkonzeptes zur Beschreibung von Wechselwirkungen  

Begriff des Feldes am Beispiel des elektrischen Feldes 

historische Entwicklung des Feldbegriffes

Michael Faraday

grundlegende Eigenschaften elektrischer Felder

Feldlinienmodell, Struktur elektrischer Felder

elektrische Feldstärke E=Fq

Probeladung q

Anwenden der Kenntnisse auf die Untersuchung von Feldern

homogenes Feld, Radialfeld, Dipolfelder

Superposition von Feldern

zeichnerische Addition zweier feldbeschreibender Vektoren

homogenes elektrisches Feld im Plattenkon­densator, E=Ud

Einblick gewinnen in die Anwendung elektrischer Felder entsprechend der Fachrichtung

elektrostatischer Filter, Reizleitung in Nerven, EKG, Wirkung elektrischer Felder auf Lebewe­sen, Elektrosmog, Reizstromtherapie

Anwenden der Kenntnisse über Eigenschaften von Kondensatoren

Kondensatoren als Speicher von Ladung 

Kapazität, C=QU

Abhängigkeit der Kapazität eines Plattenkondensators von geometrischen Daten C=ε0·εr·Ad

Dielektrizitätszahl εr

Auf- und Entladen

Rechnergestütztes Experimentieren

Einfluss der Parameter R und C

qualitative Betrachtung

Zeitlicher Verlauf der Stromstärke

beim Aufladen

qualitative Betrachtung

beim Entladen I(t)=I0e-1RC·t

quantitative Betrachtung

Anwenden der Energieumwandlung im homogenen elektrischen Feld

potentielle Energie einer Probeladung im homogenen elektrischen Feld, ΔEel=W, W=q·E·s

Probeladung

kinetische Energie und Geschwindigkeit geladener Teilchen im elektrischen Längsfeld 

in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung U

q·U=m2·v2

Linear-Teilchenbeschleuniger, Nuklearmedizin

Einheit 1 eV

Kondensatoren als Speicher von Energie E=C2·U2

Beispiel für eine Einsatzmöglichkeit des Kondensators als Energiespeicher

Übertragen der Kenntnisse aus Kinematik und Dynamik auf das Wirken von Kräften auf geladene Teilchen und Körper in homogenen elektrischen Feldern

Kraft auf geladene Teilchen bei gegebener elektrischer Feldstärke

Bahnformen geladener Teilchen im homogenen elektrischen Längs- und Querfeld

qualitative Betrachtung 

Millikanexperiment

Robert Andrew Millikan

Elementarladung e

Übertragen des Feldkonzeptes auf die Beschreibung des magnetischen Fel­des von Dauermagneten und stromdurchflosse­nen Leitern

Hans Christian Oerstedt

Eigenschaften magnetischer Felder

Nachweis des magnetischen Feldes

Feldlinienbilder als Modelle

Superposition von Feldern

zeichnerische Addition zweier feldbeschreibender Vektoren

Anwenden der Definitionen und Gesetze zum Er­klären von Naturphänomenen und der Wirkungs­weise von technischen Geräten

Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Mag­netfeld, F=B·I·l (BI)

Richtung und Betrag der Kraft

Drei-Finger-Regel 

magnetische Flussdichte B, B=FI·l

Messung von Flussdichten bei Elektromagneten

Magnetfeld einer langen dünnen Spule, B=μ0·μr·N·Il

Permeabilitätszahl μr

Lorentzkraft FL=q·v·B  Bv

Richtung und Betrag der Kraft 

Drei-Finger-Regel 

Polarlichter, Hall-Effekt

Übertragen der Kenntnisse aus Kinematik und Dynamik auf das Wirken von Kräften auf Körper in homogenen magnetischen Feldern

Bahnformen geladener Teilchen im homoge­nen magnetischen Feld

Lorentzkraft als Radialkraft

Anwendung der Drei-Finger-Regel

Bewegung geladener Teilchen auf einer Kreisbahn, e·v·B=m·v2r

Elementarteilchenbeschleuniger, Massen­spektrometer

spezifische Ladung des Elektrons em

Lernbereich 2: Elektromagnetische Felder 12 Ustd.

Kennen der Induktion durch Änderung des magnetischen Flusses

Definition des magnetischen Flusses Φ, Φ=B·A

Induktionsgesetz unter Verwendung der mittleren Änderungsrate des magnetischen Flusses, Ui=-N·ΔB·AΔt=-N·ΔΦΔt

Michael Faraday 

chronologisch und kausal korrekt formulierte Argumentationsketten für Induktionsvorgänge

Anwendung des Induktionsgesetzes in den Spezialfällen konstanter Fläche und konstanter magnetischer Flussdichte

Generator- und Transformatorprinzip

Beurteilen der Bedeutung von Transformator oder Generator für die Energiewirtschaft 

Lenz’sche Regel

Energieerhaltungssatz

Zusammenhang der Richtung eines Induktionsstromes und seiner Wirkung

Lernbereich 3: Physikalisches Praktikum 10 Ustd.

Anwenden der Grundlagen zur Analyse von Messunsicherheiten und Übertragen der Kenntnisse bei der Auswertung von Messwerten mittels digitaler Werkzeuge

Statistikfunktionen digitaler Hilfsmittel

zufällige und systematische Messunsicherheit

prozentuale und absolute Messunsicherheit

Anwenden der Kenntnisse beim Lösen physikalischer Aufgaben durch selbstständiges Experimentieren

SE: Kondensatorentladung

Einfluss der Parameter R und C

SE: Messung von Flussdichten bei Elektromagneten

Entwicklung einfacher experimenteller Anord­nungen

Bestimmung der Horizontalkomponente der magnetischen Flussdichte des Erdmagnetfeldes

SE: Induktion

Selbstbau von Funktionsmodellen

Motor, Generator, Transformator

Wahlbereich 1: Die spezielle Relativitätstheorie

Einblick gewinnen in die Denkweisen und experimentellen Befunde der speziellen Relativitätstheorie

Begründung der klassischen Mechanik als Spezialfall der relativistischen Mechanik

Simulation mittels digitaler Werkzeuge

Interpretation der Gleichungen

Inertialsystem, Relativitätsprinzip

Konstanz der Lichtgeschwindigkeit

Zeitdilatation, Längenkontraktion

Albert Einstein

relativistische Massenzunahme, m=m01-v2c2

relativistische Geschwindigkeitsaddition

Doppelsternexperiment

Masse-Energie-Beziehung, E=m·c2

Wahlbereich 2: Leitungsvorgänge

Anwenden der Kenntnisse beim Erklären der Leitungsvorgänge in Metallen

Widerstand und Temperatur

Supraleitung

Übertragen der Kenntnisse über Leitungsvorgänge in Halbleitern beim Beschreiben des Aufbaus und Erklären der prinzipiellen Wirkungsweise der Diode

Eigenleitung

Widerstand und Temperatur, NTC-Thermometer

Störstellenleitung

Sich positionieren zum Einfluss der Elektronik auf das Leben der Menschen entsprechend der Fachrichtung

Podiumsdiskussion

Wahlbereich 3: Anwendungen elektrischer und magnetischer Felder

Anwenden der Kenntnisse über elektrische und magnetische Felder beim Erklären des Aufbaus und der Wirkungsweise eines Massenspektrographs

Einblick gewinnen in die Einsatzmöglichkeiten der Massenspektroskopie in Bereichen der Naturwissenschaften und Technik

Analysebestimmung von Materialien in der Astronomie und Klimatologie 

Jahrgangsstufe 13 - Grundkurs

Lernbereich 1: Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen 24 Ustd.

Kennen der Schwingung als zeitliche periodische Änderung physikalischer Größen

physikalische Größen einer Schwingung: Elongation, Amplitude, Frequenz, Periodendauer, Kreisfrequenz

Zusammenhang zwischen T und f

harmonische Schwingungen

Voraussetzungen, Schwingungsebene

Lineares Kraftgesetz, F=-D·y

mathematische Beschreibung:    

Berücksichtigung variierender Anfangsbedingung

y(t)=ymax·sinω·t, v(t)=dydt, a(t)=d2ydt2

Periodendauer beim Federpendel T=2·π·mD, Abhängigkeit von systembeschreibenden Größen

SE: Federpendel

Energieumwandlungen im Schwinger

Übertragen der Kenntnisse über harmonische mechanische Schwingungen und elektromagnetische Felder auf den elektromagnetischen Schwingkreis

Analogie zum Federpendel

Energieumwandlungen im Schwingkreis

Kennen harmonischer mechanischer Wellen als Ausbreitung einer harmonischen Schwingung im Raum

physikalische Größen einer Welle: Elongation, Amplitude, Wellenlänge, Frequenz 

Ausbreitungsgeschwindigkeit, c=λ·f

Ausbreitungsgeschwindigkeit in unterschiedlichen Medien

Voraussetzungen, Erzeugung, Ausbreitung

Naturphänomene als Wellenursache

Transversalwellen

Seilwellen, Wasserwellen

Longitudinalwellen

Schallwellen

Polarisation und Polarisierbarkeit von Transversalwellen

Unterscheidungsmerkmal gegenüber Longitudinalwellen 

Anwenden der Eigenschaften Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz bei der Ausbreitung von Wellen

Anwenden der Interferenz auf stehende transversale Wellen

Überlagerung von Wellen für eindimensionalen Fall

Bäuche und Knoten

Wellenlängenbestimmung

Anwenden der Kenntnisse über mechanische Wellen auf elektromagnetische Wellen 

Überblick über die verschiedenen Frequenzbereiche elektromagnetischer Wellen

Einordnen ins elektromagnetische Spektrum 

Übertragen der Kenntnisse über Welleneigen­schaften unter Einbeziehung des Lichtes auf die Erklärung von Phänomenen in der Natur sowie der Wirkungsweise von technischen Anwendun­gen

Oberflächenwellen bei Wasserwellen

Echolot, Brandung bei Flutwellen

Teleskopie

geradlinige Ausbreitung

Bugwellen von Schiffen

Dopplereffekt

Reflexion

Wasserwellen, Echolot, Totalreflexion im Lichtleitkabel

Berechnung: sin αsin β=c1c2=n2n1

Dispersion am Prisma

Beugung

Interferenz an Doppelspalt und Gitter auch mit polychromatischem Licht, Kohärenz

Interferenzmuster

für die Lage der Maxima gilt: tan αk=ske, sin αk=k·λb

Superposition von Wellen

SE: Interferenz

Wellenlängenbestimmung von monochromatischem Licht

Entstehung des Spektrums von weißem Licht beim Doppelspalt

Polarisation von Licht

Licht als transversale Wellenerscheinung

LCD-Bildschirm

SE: Polarisation

Nachweis der Polarisierbarkeit von Licht

Lernbereich 2: Quantenphysik und Materie 20 Ustd.

Kennen der Zusammenhänge der Größen Frequenz, Wellenlänge, Impuls und Energie zur Beschreibung von Quantenobjekten 

äußerer lichtelektrischer Effekt und Probleme bei der Deutung mit Wellen- und Teilchenmodell

Abhängigkeit der kinetischen Energie der Photoelektronen von der Frequenz des Lich­tes, Ekin=h·f-WA

Nachtsichtgerät

Bestimmung von h mit einer experimentellen Methode

Photon als Quantenobjekt

Impuls des Photons p=hλ

Kometenschweif

Äquivalenz von Energie und Masse
E=m·c2, m=h·fc2

Einblick gewinnen in das Verhal­ten von Quantenobjekten

Übertragen der Kenntnisse auf andere Quantenobjekte 

Interferenzerscheinungen bei Elektronen, Neutronen, Atomen und Molekülen

Elektron als Quantenobjekt

experimentelle Befunde

Doppelspaltexperiment

Beugung der Elektronen am Doppelspalt

de-Broglie-Wellenlänge, λ=hm·v

Kennen grundlegender Aspekte der Quantentheorie

stochastische Vorhersagbarkeit

Interferenz und Superposition, Determiniertheit der Zufallsverteilung

Doppelspaltexperiment bei geringer Intensi­tät

Interferenz einzelner Photonen

Interferenz einzelner Elektronen

Komplementarität

Richard Feynman: „Quantenobjekte sind weder Welle noch Teilchen, sondern etwas Drittes!“

quantenphysikalisches Weltbild

Nichtlokalität der Quantenobjekte, Kopenhagener Deutung, Quantenphysik und Philosophie

Besonderheiten des quantenphysikalischen Messprozesses, Realität, Lokalität, Kausalität, Determinismus

Heisenberg’sche Unschärferelation

Komplementarität von Weginformation und Interferenzfähigkeit

Problematik der Übertragung von Begriffen aus der Anschauungswelt in die Quantenphysik

quantenmechanisches Atommodell

Erwin Schrödinger

Orbitale des Wasserstoffatoms als Veranschaulichung der Nachweiswahrscheinlichkeiten für das Elektron

Kennen der Arten von Spektren und ihrer Ent­stehung sowie weiterer experimenteller Befunde

Spektralanalyse, Ozonloch

kontinuierliches Spektrum

infrarote und ultraviolette Strahlung

Linienspektrum

SE: Spektralzerlegung

Vergleich von Spektren

Anwenden der Kenntnisse zur Beschreibung des Energieaustausches mit Atomen

Zusammenhang zwischen diskretem Spektrum und Energieniveauschema

quantitative Betrachtung

Energiestufenmodell

diskrete Energiezustände in der Atomhülle

quantenhafte Emission

Veranschaulichung im Energieniveauschema

quantenhafte Absorption

Frauenhofersche Linien, Franck-Hertz-Experiment

LASER-Prinzip

Eigenschaften der LASER-Strahlung und deren Anwendung entsprechend der Fachrichtung

Wahlbereich 1: Akustik und Schallwellen

Übertragen der Kenntnisse mechanischer Schwingungen auf Schall, Ton und Klang

harmonische und nichtharmonische Schwingungen

Obertöne und Klang, Schwebung

Zusammenhang: Lautstärke – Amplitude

Zusammenhang: Tonhöhe – Frequenz

Pythagoras

Abhängigkeit der Frequenz von der Länge der schwingenden Saite und der Luftsäule

Geige, Gitarre, Flöte, Trompete, Orgel

DE: Messung der Schallgeschwindigkeit

Schwingungsbäuche und Schwingungsknoten

Akustik und Schallfeld

Schallpegel und Lautstärke

Dezibel, Weber-Fechner’sches Gesetz

Lärmschutz, Infraschall

Auswirkung von Lärm auf den Organismus

Sich positionieren zu gesundheitlichen Folgen hoher Lärmbelastung

Wahlbereich 2: Anwendungen der Physik

Übertragen physikalischer Kenntnisse über Wellen auf An­wendungen in Technik und Medizin

Phänomene als Grundlage für das Übertragen auf Anwendungen

Wellenlänge von Schallwellen, Doppler-Effekt für Schallwellen

Sichtbarmachen von Gewebe durch Ultraschall

Darstellung der Informationen durch rechnergestützte Auswertung

Laufzeitunterschiede

Impuls-Echo-Verfahren

Frequenzverschiebung

Doppler-Effekt-Verfahren

Erzeugung und Eigenschaften der Röntgenstrahlung

Anwendungen von Lasern

Untersuchung von Schweißnähten

Computertomographie

Nuklearmedizin

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