der Naturwissenschaften.

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1 Haus der Naturwissenschaften n Erkenntnisgewinnung: Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten. Nutzung fachlicher Konzepte: Unterscheidung zwischen Beobachtung und Deutung Physikalische Größen und ihre Messung Kommunikation: Dokumentation von Versuchsplanungen und Durchführungen. Körper und deren Eigenschaften Bewertung: Bewertung des Nutzens naturwissenschaftlicher Vorgehensweisen Physikalische Größen und ihre Messung Naturwissenschaftliches Arbeiten Seifenblasen Brennglas Schall Durchblick: Fragend und messend forschen Werkzeug: Dokumentieren Körper das Anfassbare der Physik Körper physikalisch betrachtet Körper und Zustandsformen V&A: Körper Körper haben ein Volumen Werkzeug: Volumenbestimmung fester Körper V&A: Volumenbestimmung Streifzug: Das metrische System Körper haben Masse Streifzug: Das Urkilogramm V&A: Masse Pinnwand: Wägen gestern und heute Streifzug: Zahlenangaben in der Physik Durchblick: Physik als Teil der Naturwissenschaften Werkzeug: Erstellen einer Mindmap Grundwissen: Haus der Naturwissenschaften S/W 9 S S 15 M S S 21 S Abdeckung der ) Einordnung der Physik in die Naturwissenschaften. Erkenntnisgewinnung: Anwendung naturwissenschaftlicher Arbeitsmethoden Elementare Phänomene dienen als Brücke zwischen kindlicher Alltagserfahrung und systematischer Vorgehensweise der Naturwissenschaften. Unterscheidung zwischen Fragestellung und Hypothese, zwischen Beobachtung und Deuten ist die Basis dieses Vorgehens. Kommunikation: Dokumentation von Prozessen der Erkenntnisgewinnung Ausgehend von Alltagskontexten werden Probleme bzw. Fragestellungen formuliert, Hypothesen entwickelt und mit Hilfe geeigneter Experimente überprüft. Das Messen auf Grundlage eines gemeinsamen Einheitssystems stellt eine Erweiterung der Beobachtung dar. Nutzung fachlicher Konzepte: Anwendung physikalischer Kenntnisse zur Ermittlung und Interpretation von Daten. Einordnung der Physik in die Naturwissenschaften. Kommunikation: Dokumentation von Prozessen der Erkenntnisgewinnung Technik im Dienste des Menschen Magnete n Magnetismus Erkenntnisgewinnung: Experimentelle Untersuchung der Eigenschaften von Magneten Nutzung eines Modells elementarisierten Magnetismus für die Erklärung magnetischer Phänomene Eigenschaften von Magneten Magnetkräfte Magnetpole V&A: Magnetkräfte und Magnetpole Es gibt nur zwei Arten von Polen Magnetisches Kraftgesetz Magnetisieren und Entmagnetisieren V&A: Magnetische Kräfte W 30 W W 31 W 32 M 33 Abdeckung der ) Erkenntnisgewinnung: Experimentelle Untersuchung der Grundlagen technischer Hilfsmittel Nutzung fachlicher Konzepte: Erklärung physikalischer Phänomene des technischen Alltags. Kommunikation: Graphische Darstellung von Magnetfeldern Magnetfeld und Feldlinien Fernwirkung Streifzug: Das Magnetfeld der Erde Pinnwand: Einsatzmöglichkeiten von Magneten Grundwissen: Magnete S Die technische Anwendung des natürlichen Magnetismus eröffnet neue Möglichkeiten für die Navigation Kommunikation: Veranschaulichung der Wirkung von Kräften

2 Wahrnehmung der Umwelt mit Licht n Wahrnehmung der Umgebung mit den Sinnesorganen Sender-Empfänger-Modell Kommunikation: Situationsgerechte Veranschaulichung von Lichtwegen Bewertung: Bewertung der Bedeutung von individuellen Sehhilfen Bewertung von Gefahren von Lichtquellen Projekt: Zeitmessung mit Sonnenlicht Projekt: Spiegel Projekt: Verkehrssicherheit Licht und Sehen Lichtquellen Sehvorgang Durchblick: Sehen physikalisch und umgangssprachlich Licht ist unsichtbar Licht und Farben V&A: Farben Lichtausbreitung Wie breitet sich Licht aus? Streifzug: Blick in die Vergangenheit V&A: Lichtausbreitung W 43 S S 44 S 45 S S S Abdeckung der ) Bewerten: Bewertung eigener Vorstellungen vom Sehen Nutzung fachlicher Konzepte: Anwendung des Prinzips der Geradlinigkeit der Lichtausbreitung Nutzung fachlicher Konzepte: Erklärung optischer Abbildungen Schatten als Abwesenheit von Licht Astronomische Phänomene durch Konstellation von Sonne-Erde-Mond Erkenntnisgewinnung: Anwendung von Modellen zur Erklärung astronomischer Erscheinungen Verhalten von Licht an Grenzflächen Erkenntnisgewinnung: Experimentelle Untersuchung des Verhaltens von Licht an Grenzflächen Wie Bilder entstehen V&A: Lochkamera Licht und Schatten Entstehung von Schatten Werkzeug: Lichtstrahlen erklären Schatten V&A: Schatten Schatten von Erde und Mond V&A: Finsternisse Streifzug: Unser Sonnensystem Licht an Grenzflächen Licht trifft auf Körper V&A: Licht an Grenzflächen Reflexion V&A: Spiegelbild Streifzug: Unerwünschte Spiegelungen V&A: Reflexion Pinnwand: Spiegelungen Pinnwand: Sehen und gesehen werden 48 W 49 W W W W 59 W 60 W 61 W Voraussetzung für das Verständnis optischer Phänomene und Instrumente sind dabei Kenntnisse..über Zusammenhänge in optischen Abbildungen. Erkenntnisgewinnung: Durchführung von Experimenten zu optischen Phänomenen und Abbildungen Kommunikation: Situationsgerechte Veranschaulichung von optischen Phänomenen und Abbildungen. Die Erklärung astronomischer Erscheinungen ist ein Grundbedürfnis der Menschheit und setzt elementare Kenntnisse über die Ausbreitung von Licht. voraus. Voraussetzung für das Verständnis optischer Phänomene und Instrumente sind dabei Kenntnisse über das Verhalten von Licht an Grenzflächen.. Grundwissen: Licht 66

3 Energie in Umwelt und Technik n Erkenntnisgewinnung: Experimentelle Untersuchung des Energieumsatzes von Alltagsgeräten. Bewertung: Bewertung von Maßnahmen zu Reduzierung der Energieentwertung im Haushalt. Projekt: Energie im Haushalt Projekt: Energieformen und Energiewandlung Energie und Energieformen Wechsel. W Abdeckung der ) Energie ist eines der wichtigsten Konzepte der Physik und zieht sich als roter Faden durch alle. In diesem Inhaltsfeld stehen die phänomenologischen und weniger die mathematischen Aspekte des Energiebegriffs im Zentrum Anschaulicher Energiebegriff Nutzung fachlicher Konzepte: Einordnung alltäglicher Beobachtungen unter energetischen Aspekten Energie begegnet uns in vielen Formen Energieformen Durchblick: Energie ein umfassendes Konzept V&A: Energieformen Energietransport 71 E 72 E Nutzung fachlicher Konzepte: Zuordnung von Beispielen aus Umwelt, Technik und Natur zu verschiedenen Energieformen Energie begegnet dem Menschen in mechanischer, elektrischer, thermischer und chemischer Form sowie als Strahlungsenergie. Ein zunächst anschaulicher Umgang mit dem schwer zugänglichen Konzept der Energie wird durch geeignete Darstellungen von Energieumwandlungsketten unterstützt. Kommunikation: Geeignete Veranschaulichung von Umwandlung. von Energie Energietransport Kommunikation: Geeignete Veranschaulichung exemplarischer Transportwege von Energie Nutzung fachlicher Konzepte: Benennung verschiedner Energieträger Energiestrom in die Umgebung als Entwertung von Energie Energie auf Reisen Streifzug: Energie kommt auf vielen Wegen zu uns Wärme thermische Energie Energieentwertung Energie geht nicht verloren V&A: Energieentwertung 76 E E 78 E 79 E 79 Kommunikation: Geeignete Veranschaulichung von Umwandlung. und Transport von Energie Die Erkenntnis und die Anwendung des Prinzips der Energieerhaltung gehören zu den größten Errungenschaften der Physik und ermöglichen ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge. Kommunikation: Geeignete Veranschaulichung von..entwertung. von Energie. Pinnwand: Energie ist ein kostbares Gut Grundwissen: Energie und Energieformen 80 81

4 Der elektrische Stromkreis n Erkenntnisgewinnung: Aufbauen elektrischer Stromkreise aus dem Alltagskontext Kommunikation: Sachgerechte Darstellung von Stromkreisen in Schaltskizzen Kommunikation: Wechsel zwischen verschiedenen Darstellungsebenen elektrischer Stromkreise Projekt: Theaterbühnenbeleuchtung Projekt: Elektrische Geräte Projekt: Fahrradbeleuchtung Elemente von Stromkreisen Wie ein Stromkreis aufgebaut ist Der Stromkreis innerhalb von Geräten V&A: Wir löten Stromkreise Das Prinzip aller elektrischen Anlagen Schalter Werkzeug: Zeichnerische Darstellung von Zeichnungen Energie Materie System Wechselw E M S W S 87 S S 89 S 89 Abdeckung der ) Das Verstehen der Wirkung der einzelnen Bausteine ist Voraussetzung beim Erfassen von Stromkreisen als ganzheitliches System. Erkenntnisgewinnung: Experimentelle Untersuchung von Stromkreisen Kommunikation: Fachgerechte Veranschaulichung von Stromkreisen Nutzung fachlicher Konzepte: Zuordnung der Leitfähigkeit unterschiedlicher Materialien zu Alltagsanwendungen Gefahren beim Umgang mit Elektrizität im Alltag Bewertung: Bewertung des eigenen Verhaltens im Zusammenhang mit Gefahren des elektrischen Stroms Elektrischer Strom als Transportform von Energie Erkenntnisgewinnung: Nutzung geeigneter Modelle zur Beschreibung von Stromkreisen und Wirkung ihrer Elemente Logische Schaltungen V&A: Wechselschaltung Streifzug: Schalter Lampen im Stromkreis V&A: Schaltungen von Lampen und Schaltern Streifzug: Lampen gestern und heute Pinnwand: Lampen Die Wege des elektrischen Stromes Elektrische Leiter und Nichtleiter Halbe Leitung ganzer Stromkreis Streifzug: Kabel Streifzug: Kabelverlegung am Fahrrad Unter der Lupe: Was strömt in Metallen? Pinnwand: Wie schnell strömen Elektronen? Stromwirkungen Wärmewirkung Lichtwirkung Magnetische Wirkung V&A: Elektromagnet Streifzug: Anwendung von Elektromagneten Gefahren durch elektrischen Strom Gefahrensituationen und Gefahrenursachen Alles muss zusammenpassen Durchblick: Analogie : Gleicher Gedanke verschiedener Inhalt Gefahren für den Menschen Pinnwand: Schutzmaßnahmen beim Umgang mit Elektrogeräten Stromkreise übertragen Energie Der Wasserstromkreis als Modell für den elektrischen Stromkreis Geräte Wandler elektrischer Energie Streifzug: Die Fahrradkette als Energietransporter Durchblick: Grundideen schaffen Ordnung Grundwissen: Der elektrische Stromkreis 90 S E 93 S M 97 M M W 101 W 102 W S/W 105 S/W S/W E 109 S/E Nutzung fachlicher Konzepte: Erklärung von Gesetzmäßigkeiten in Stromkreisen Das Verstehen der Wirkung der einzelnen Bausteine ist Voraussetzung beim Erfassen von Stromkreisen als ganzheitliches System. Nutzung fachlicher Konzepte: Erklärung von Gesetzmäßigkeiten in Stromkreisen Das Verstehen der Wirkung der einzelnen Bausteine ist Voraussetzung beim Erfassen von Stromkreisen als ganzheitliches System. Nutzung fachlicher Konzepte: Erklärung von Gesetzmäßigkeiten in Stromkreisen Das Wissen über Gefahren beim Umgang mit Elektrizität im Alltag ist die Grundlage für ein adäquates Sicherheitsverhalten. Die Erfassung der Bedeutung der Elektrizität setzt das Verständnis des elektrischen Stroms als Transportform von Energie voraus. Ein geeignetes Transportmodell veranschaulicht dies, unterstützt eine adäquate Vorstellung der entsprechenden Prozesse und ermöglicht einen Vergleich mit eigenen Vorstellungen.

5 Wettererscheinungen und Klima n Projekt:: Wasserkreislauf Projekt: Was sich mit der Temperatur so alles ändert Projekt: Wettergeschehen und Wetterkarte Temperatur und deren Messung Temperatur und Thermometer Pinnwand: Temperatur und Thermometer Werkzeug :Darstellen von Messwerten Stoffe bei Temperaturänderung Erkenntnisgewinnung: Experimentelle Kalibrierung eines Thermometers Erkenntnisgewinnung: Durchführung von Experimenten zum Verhalten verschiedener Stoffe bei Temperaturänderung Thermische Ausdehnung Flüssigkeiten werden erhitzt Die Celsius-Skala Physikalische Größen Streifzug: Geschichte des Thermometers Thermische Ausdehnung von Gasen V&A: Thermische Ausdehnung von Wasser und Luft Thermische Ausdehnung von festen Körpern Streifzug: Das Bimetall V&A: Thermische Ausdehnung von festen Körpern Pinnwand: Thermische Ausdehnung in Umwelt und Technik M/S M 123 S M M (Auswahl aus KC, Zusammen mit Band 2 vollständige Abdeckung der ) Eine adäquate Vorstellung von Temperatur als Zustandsgröße ist der Schlüssel zum Verständnis der elementaren Prinzipien dieser Vorgänge (Wettererscheinungen). Erkenntnisgewinnung: Planung, durchführung und Auswertung von Experimenten zur Erforschung des Verhaltens verschiedener Stoffe bei Temperaturänderung Modelle des Aufbaues der Materie Nutzung fachlicher Konzepte: Nutzung geeigneter Modelle zur Erklärung thermischer Prozesse Druck als Gepresstheit der Materie Anomalie des Wassers und seine Bedeutung für das irdische Leben Bewerten: Einordnen der Bedeutung der Anomalie des Wassers für das irdische Leben Der Aufbau von Körpern Ein Blick ins Innere der Körper Brown sche Teilchenbewegung V&A: Teilchenbewegung Teilchenbewegung und Temperatur Absoluter Nullpunkt Die Kelvin-Skala Streifzug: Die Größe von Teilchen Druck, von den Teilchen verursacht Druckunterschiede bewirken Strömungen Wärmeausdehnung im Teilchenbild Ungewöhnliches Verhalten von Wasser M 131 M M 132 M 133 S S 135 S 136 M 137 M Eine adäquate Vorstellung von Temperatur als Zustandsgröße ist der Schlüssel zum Verständnis der elementaren Prinzipien dieser Vorgänge (Wettererscheinungen). Voraussetzung dafür ist die Entwicklung eines angemessenen Modells vom Aufbau der Materie, das auch Aggregatzustände und deren Änderungen sowie das Verhalten von Stoffen bei Temperaturänderung erklärt. Eine adäquate Vorstellung von Druck als Zustandsgröße ist der Schlüssel zum Verständnis der elementaren Prinzipien dieser Vorgänge (Wettererscheinungen). Der Anomalie des Wassers kommt dabei wegen ihrer fundamentalen Bedeutung für das irdische Leben besondere Bedeutung zu. Modelle des Aufbaus der Materie Durchblick: Sich ein Bild machen 138 Voraussetzung dafür ist die Entwicklung eines angemessenen Modells vom Aufbau der Materie, das auch Aggregatzustände und deren Änderungen sowie das Verhalten von Stoffen bei Temperaturänderung erklärt. Aggregatzustände und deren Übergänge Durchblick: Vom Fragen zum Wissen oder wie Naturwissenschaftler arbeiten Änderungen der Zustandsformen von Wasser Fest Flüssig gasförmig und zurück Zustandsformen von Wasser und ihre Änderungen im Teilchenbild Schmelzen und Verdampfen Kondensieren und Erstarren V&A: Zustandsformen Zustandsänderungen brauchen Energie Die Richtung des Wärmeenergie-Stroms Energiezufuhr und Teilchenbewegung M 141 M 142 M 143 M E 144 E 145 E Erkenntnisgewinnung: Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten zur Erforschung des Verhaltens verschiedener Stoffe bei Temperaturänderung Erkenntnisgewinnung: Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten zur Erforschung des Verhaltens verschiedener Stoffe bei Temperaturänderung Streifzug: Die Sonne als Motor des Wettergeschehens Streifzug: Wolken und Wetterkarte Grundwissen: Wettererscheinungen und Klima

6 Fortbewegung und Mobilität n Weg, Zeit und Geschwindigkeit Erkenntnisgewinnung: Experimentelle Ermittlung der Geschwindigkeit Nutzung fachlicher Konzepte: Verwendung von Kenntnissen über den Zusammenhang zwischen Weg, Zeit und Geschwindigkeit zur Beschreibung verschiedner Bewegungen Kommunikation: Darstellung von Zusammenhängen zwischen den Größen Weg, Zeit und Geschwindigkeit Bewerten: Beurteilung von Nutzen und Problemen individueller Mobilität Projekt: Bremswege Projekt: Geschwindigkeitsüberwachung Projekt: Grafische Darstellung von Bewegungen Projekt: Bewegungen in Sport, Alltag und Natur Projekt: Windgeschwindigkeiten Bewegungen Beschreibung von Bewegungen V&A: Bewegungen Die Geschwindigkeit V&A: Die Geschwindigkeit Werkzeug: Erstellen und interpretieren von Diagrammen Werkzeug: Messen Darstellen Interpretieren Streifzug: Geschwindigkeit im Straßenverkehr W 157 W W 159 W Abdeckung der ) In einer von Mobilität geprägten Gesellschaft sind Grundbegriffe der Bewegung wie Weg, Zeit und Geschwindigkeit essentiell. Nutzung fachlicher Konzepte: Analyse und Strukturierung von Bewegungsabläufen Erkenntnisgewinnung: Durchführung geeigneter Experimente zu Bewegungen Kommunikation: Beschreibung von Bewegungsabläufen anhand verschiedener Darstellungsformen Bewertung: Beurteilung eigener Erfahrungen der Mobilität mit physikalischen Erkenntnissen Grundwissen: Bewegungen 164 Zukunftssichere Energieversorgung n Nutzung fachlicher Konzepte: Deutung von alltagsbezogenen Energiekosten Unterscheidung zwischen regenerativen und erschöpfbaren Energien Bewertung: Bewertung eigener Verhaltensweisen vor dem Hintergrund begrenzter Ressourcen Abdeckung der ) Projekt: Sonnen- und Windenergie 168 Kommunikation: Recherchen zur Energieversorgung Energie erschöpfbar oder unerschöpflich? Begrenzt vorhandene Energieformen Erneuerbare Energieformen V&A: Energieversorgung Energieversorgung heute und in Zukunft Pinnwand: Nutzung erneuerbarer Energien E 170 E E 174 Um am gesellschaftlichen Diskurs partizipieren zu können, sind grundlegende Kenntnisse über verschiedene Erscheinungsformen von Energie. unverzichtbar. Besondere Bedeutung kommt auch den Energiewandlern zu. Kommunikation: Recherchen zur Energieversorgung Bewertung: Beurteilung der Bedeutung der elektrischen Energie für die Gesellschaft Grundwissen: Zukunftssicher Energieversorgung 175

7 Physik in der Verantwortung n Verantwortung gegenüber der Umwelt Rolle der Physik bei Umwelt- und Naturereignissen (Auswahl aus KC, Zusammen mit Band 2 vollständige Abdeckung der ) Erkenntnisgewinnung: Berücksichtigung von Umweltund Gesundheitsaspekten beim Experimentieren Kommunikation: Entnahme physikalischer Informationen aus Meldungen zu aktuellen Natur- und Umweltereignissen Bewerten: Bewertung des Nutzens naturwissenschaftlicher Vorgehensweisen Nutzung fachlicher Konzepte: Nutzung physikalischer Kenntnisse zur Identifizierung von Problemen, Ursachen und Konsequenzen möglicher Lösungen Projekt: Sicherheitsbestimmungen kennen, verstehen, anwenden Projekt: Mülltrennung Projekt: Schulwege Projekt: Energienutzung Die Anwendung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse beinhalten sowohl Chancen als auch Risiken und erfordern ein hohes Verantwortungsbewusstsein Nutzung fachlicher Konzepte: Anwendung fachlicher Kenntnisse zum Umgang mit gesellschaftlichen Herausforderungen Anhang n (Auswahl aus KC, Zusammen mit Band 2 vollständige Abdeckung der ) Durchblick: Basiskonzepte ordnen das Wissen Werkzeug: Projektarbeit Die vier Basiskonzepte Materie, Wechselwirkung, System und Energie strukturieren das anhand der erworbene Fachwissen. Man kann sie als physikalische Brille verstehen (KC Seite 17)