Die kompetenzorientierte Reifeprüfung

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1 Die kompetenzorientierte Reifeprüfung UP Physik BG/BRG Berndorf Mag. Ronald Binder

2 Programm 2 Kompetenzmodell Operatoren Mündliche Reifeprüfung Experimente im Rahmen der Reifeprüfung Themenpool Maturaaufgaben

3 Kompetenzmodell 3 Anforderungsniveau N3 N2 N1 Inhalte des Oberstufenlehrplans Wissen organisieren Erkenntnisse gewinnen Schlüsse ziehen Handlungsdimension

4 W: Wissen organisieren: Aneignen, Darstellen und Kommunizieren Innerphysikalisches Fachwissen E: Erkenntnisse gewinnen: Fragen, Untersuchen, Interpretieren Der Prozess, in dem physikalisches Fachwissen generiert wird, also z.b. durch Experimentieren S: Schlüsse ziehen: Bewerten, Entscheiden, Handeln Über innerphysikalische Zusammenhänge hinausgehende Aspekte. 4

5 Wissen organisieren: Aneignen, Darstellen und Kommunizieren Ich kann einzeln oder im Team W 1 W 2 W 3 W 4... Vorgänge und Phänomene in Natur, Umwelt und Technik beschreiben und benennen.... aus unterschiedlichen Medien und Quellen fachspezifische Informationen entnehmen.... Vorgänge und Phänomene in Natur, Umwelt und Technik in verschiedenen Formen (Bild, Grafik, Tabelle, Diagramm, formale Zusammenhänge, Modelle ) darstellen, erläutern und adressatengerecht kommunizieren.... die Auswirkungen von Vorgängen in Natur, Umwelt und Technik auf die Umwelt und Lebenswelt erfassen und beschreiben. 5

6 Erkenntnisse gewinnen: Fragen, Untersuchen, Interpretieren Ich kann einzeln oder im Team E 1 E 2 E 3 E 4... zu Vorgängen und Phänomenen in Natur, Umwelt und Technik Beobachtungen machen und/oder Messungen durchführen und diese beschreiben.... zu Vorgängen und Phänomenen in Natur, Umwelt und Technik Fragen stellen und Vermutungen aufstellen.... zu Fragestellungen eine passende Untersuchung oder ein Experiment planen, durchführen und protokollieren.... Daten und Ergebnisse von Untersuchungen analysieren (ordnen, vergleichen, Abhängigkeiten feststellen), interpretieren und durch Modelle abbilden. 6

7 Schlüsse ziehen: Bewerten, Entscheiden, Handeln Ich kann einzeln oder im Team S 1 S 2 S 3... Daten, Fakten, Modelle und Ergebnisse aus verschiedenen Quellen aus naturwissenschaftlicher Sicht bewerten und Schlüsse daraus ziehen. Bedeutung, Chancen und Risiken der Anwendungen von naturwissenschaftlichen Erkenntnissen für mich persönlich, für die Gesellschaft und global erkennen, um verantwortungsbewusst handeln zu können. die Bedeutung von Naturwissenschaft und Technik für verschiedene Berufsfelder erfassen, um diese Kenntnis bei der Wahl meines weiteren Bildungsweges verwenden zu können. S 4... fachlich korrekt und folgerichtig argumentieren und naturwissenschaftliche von nicht-naturwissenschaftlichen Argumentationen und Fragestellungen unterscheiden. 7

8 Naturwissenschaftliche von nicht-naturwissenschaftlichen Argumentationen unterscheiden S4: Quelle: Alexandra Breit, BG/BRG Gmünd 8

9 Daten, Fakten, Modelle und Ergebnisse aus verschiedenen Quellen aus naturwissenschaftlicher Sicht bewerten und Schlüsse daraus ziehen. S1: Quelle: Red Bulletin 9

10 Daten, Fakten, Modelle und Ergebnisse aus verschiedenen Quellen aus naturwissenschaftlicher Sicht bewerten und Schlüsse daraus ziehen. S1: Quelle: Red Bulletin 10

11 Simulation von Bewegungen E3: Quelle: 11

12 Daten und Ergebnisse von Untersuchungen analysieren E4: Hubschrauberflug 12

13 Naturwissenschaftliche von nicht-naturwissenschaftlichen Argumentationen unterscheiden S4: Quelle: Unterricht Physik, Argumentationsanlässe für den Mechanikunterricht 13

14 Naturwissenschaftliche von nicht-naturwissenschaftlichen Argumentationen unterscheiden S4: 14 Quelle: Unterricht Physik: Klimawandel

15 Concept Cartoons 15 Quelle: Schneider, Reto U.: Das neue Buch der verrückten Experimente: Goldmann

16 Operatoren in der Physik 16

17 Mündliche Reifeprüfung 17 Kompetenzorientierte Aufgabenstellungen der mündlichen Teilprüfungen 29. (1) Im Rahmen der mündlichen Teilprüfung ist jeder Prüfungskandidatin und jedem Prüfungskandidaten im gewählten Themenbereich eine kompetenzorientierte Aufgabenstellung, welche in voneinander unabhängige Aufgaben mit Anforderungen in den Bereichen der Reproduktions- und Transferleistungen sowie der Reflexion und Problemlösung gegliedert sein kann, schriftlich vorzulegen. Gleichzeitig mit der Aufgabenstellung sind die allenfalls zur Bearbeitung der Aufgaben erforderlichen Hilfsmittel vorzulegen.

18 Operatoren und Anforderungsbereiche 18

19 Operatoren und die Impulsrakete 19

20 Variation einer Fragestellung zur mündlichen Reifeprüfung auf Basis des Kompetenzmodells Die Entwicklung von der CD zur Blu- Ray- Disc Die Datenspeichertechnologie schreitet immer weiter voran. Neben den häufig vorkommenden magnetischen Datenspeichern (HDD) gibt es aber vermehrt optische Speichermedien, die wesentlich unempfindlicher sind. Das mittlerweile verbreitetste Medium stellt hier die DVD (Digital Versatile Disc) dar, die die CD (Compact Disc) abgelöst hat. Natürlich möchte man die Speicherkapazität noch höher treiben. In diese Richtung führt die sogenannte Blu Ray Disc. Der grundlegende Unterschied zwischen diesen Medien liegt in der Verwendung von Schreib- Lese- Laserlichtquellen, deren Wellenlänge sich im Laufe der Entwicklung vom roten in den blauen Bereich des Spektrums verlegt wurde. 20

21 Beobachten W1, E1: Wenn man die beigelegte CD oder DVD anschaut, so sieht man eine charakteristische Farberscheinung. Beschreibe die Unterschiede zwischen der Farberscheinung einer CD und einer DVD. Planen E3: Plane einen Versuchsaufbau, mit dem man die Wellenlänge des Lichtes eines Laserpointers messen könnte. 21

22 Durchführen E3: Bestimme mit Hilfe einer einfachen optischen Messung die Spurweite von CD und DVD. 22

23 Dokumentieren W3: Fasse die Spurweite in Abhängigkeit von der Wellenlänge zusammen. (Wenn zwei Laserpointer mit unterschiedlicher Wellenlänge zur Verfügung stehen.) Stelle die Spurweite in Abhängigkeit vom jeweiligen Speichermedium anschaulich dar. Ordnen E4: Nach welchen Eigenschaften kannst du CD, DVD und Blu Ray ordnen? 23

24 Interpretieren E4: Interpretiere die Messerergebnisse. Modellieren E4: Veranschauliche den Effekt der Interferenz. Welche möglichen Modelle der Lichtausbreitung können zur Anwendung kommen? Entscheide dich für ein Modell zur Erklärung. 24

25 Präsentieren, Entscheiden W3, S1: Präsentiere deine Ergebnisse möglichst anschaulich und allgemeinverständlich. Warum sollte eine Blu Ray mehr Daten speichern können? Was steckt hinter dem Begriff Blu? Erkläre dein Ergebnis auf Basis deiner Untersuchungen. 25

26 Experimente 26 Demonstrationsexperimente, mit denen der/die Kandidat/in die Lösung einer (Teil)aufgabe illustriert Freihandexperimente als Teil der Lösung einer (Teil)aufgabe, die während der Vorbereitungszeit von dem/der Kandidat/in vorbereitet werden Interaktive Bildschirmexperimente (Animationen und Simulationen): Sie sind in den meisten Fällen mit weniger Zeitaufwand verbunden als ein reales Experiment und ermöglichen Analysen und Interpretationen auch von solchen experimentell gewonnenen Ergebnissen (z.b. im Bereich Radioaktivität), die in der Realsituation nicht von Schüler/innen ermittelt hätten werden können Eine Variante, das Experimentieren in die Prüfungssituation zu integrieren, ist auch folgende: Dem/der Kandidat/in wird ein Vorrat an Experimentiermaterial zur Verfügung gestellt. Ein Teil der Aufgabenstellung ist es, die geeigneten Objekte aus dieser Sammlung auszuwählen und diese bei der Lösung der jeweiligen Aufgabenstellung fachgerecht zu verwenden

27 Implementierungen des Experiments: Demonstrationsexperimente, die den Kandidat/innen zur Illustration der Beantwortung dienen. Warum benötigt man Hochspannungsleitungen? Baue zur Beantwortung der Fragestellung ein Experiment laut Schaltplan auf. Abb: Sexl, Physik 7 27

28 Implementierungen des Experiments: Freihandexperimente, die während der Vorbereitungszeit auf jeden Fall und von jeder/m Kandidaten/in erfolgreich vorbereitet werden können. 28

29 Implementierungen des Experiments: Eine interessante Variante, die das Experimentieren leichter integrieren lässt, ist folgende: Man stellt den Kandidat/innen einen Vorrat an Experimentiermaterial zur Verfügung, das aus vielen Bereichen stammt. Ein Teil der Aufgabenstellung ist nun, die geeigneten Objekte aus dieser Sammlung zu finden und diese zur Beantwortung der jeweiligen Aufgabenstellung fachgerecht zu verwenden. 29

30 Implementierungen des Experiments: Einsatz von interaktiven Bildschirmexperimenten oder Applets. 30

31 Computerunterstütztes Realexperiment Schwingung eines Federpendels - Coach 6 31

32 Interaktives Bildschirmexperiment Schwingung eines Federpendels - GeoGebra 32

33 Computerunterstütztes Realexperiment Schwingung einer Stimmgabel - Audacity 33

34 Interaktives Bildschirmexperiment Schwingung einer Stimmgabel - GeoGebra 34 Mathematische Grundkompetenz FA 6.3

35 Interaktives Bildschirmexperiment 35 MODELLE Longitudinale Welle Analysemöglichkeit

36 Interaktives Bildschirmexperiment MODELLE Transversale Welle 36

37 Demonstrationsexperiment als Video 37

38 Experimente 38

39 Zusammenfassung Experimente 39 Aufbau nicht zu aufwendig Handhabung für Schüler/innen gewohnt Materialien möglichst problemresistent Vorbereitungszeit überschaubar Mobilität einfach Offlineversion erforderlich Ev. Teilergebnisse in der Angabe vorhanden Erkenntnisgewinn klar darstellbar

40 Themenpool Abs. 1 bis 3 RPVO: (1) Die Schulleiterin oder der Schulleiter hat für jedes Prüfungsgebiet der mündlichen Prüfung die jeweiligen Fachlehrerinnen und -lehrer und erforderlichenfalls weitere fachkundige Lehrerinnen und Lehrer zu einer Konferenz einzuberufen. Diese Lehrerinnen- und Lehrerkonferenz hat für jede Abschlussklasse oder -gruppe für jedes Prüfungsgebiet gemäß 27 Abs. 1 pro Wochenstunde in der Oberstufe drei, jedoch insgesamt höchstens 24 Themenbereiche festzulegen und bis spätestens Ende November der letzten Schulstufe gemäß 79 des Schulunterrichtsgesetzes kund zu machen.

41 (3) Die Vorlage aller Themenbereiche zur Ziehung von zwei Themenbereichen durch die Prüfungskandidatin oder den Prüfungskandidaten hat durch die Vorsitzende oder den Vorsitzenden der Prüfungskommission so zu erfolgen, dass der Prüfungskandidatin oder dem Prüfungskandidaten bei der Ziehung nicht bekannt ist, welche beiden Themenbereiche sie oder er zieht. Einer der beiden gezogenen Themenbereiche ist von der Prüfungskandidatin oder vom Prüfungskandidaten für die mündliche Teilprüfung zu wählen. 41

42 Themenpool Vorschläge 42 Fachsystematische Einteilung Themenbereiche der Physik Klassische Physik Moderne Physik Mechanik Elektromagneti smus Newton's che Mechanik Spezielle Mechanik Elektrizit ät und Magnetis mus Maxwell's cher Elektromagnetis mus Mechanik der Trägheit Mechanische Kräfte Mechanische Wellen Statistische Mechanik Elektrizität Magnetismus Elektro-magnetismus Elektroma-gnetische Wellen Relativitätstheorie Quantenmechanik Atom- und Kernphysik Atom- und Festkörperphysik Kern- und Elementarteilchenphysik Newton'sche Axiome Erhaltungssätze Gravitationsgesetz Statik und Dynamik Schwingungen und Wellen Akustik Gastheorie Thermodynamik Elektrisches Feld Ohm'sches Gesetz Erzeugung von Magnetfeldern Magnetisches Feld Induktion Maxwell'sche Gleichungen Wellennatur des Lichts Optik Spezielle Relativitätstheorie Allgemeine Relativitätstheorie Welle-Teilchen-Dualismus Verschränkung, Determinismus Atomphysik Halbleiter, Chemie Kernphysik Elementarteilchen

43 Nachteile einer Einteilung in rein fachsystematische Themen: Vernetzungen und Querverbindungen schwer möglich Physiklehrplan der AHS-Oberstufe: Verstärkt Querverbindungen mit anderen Bereichen knüpfen. Viele Schlüsselfragen oder Experimente sind nur verständlich, wenn sie unter verschiedenen Aspekten diskutiert werden Anspruchsniveau einzelner Fachinhalte unterschiedlich Unterschiedliche Kapitel werden unterschiedlich gewichtet 43

44 Übergreifende Themen Astronomie, Astrophysik und Physik und Biologie/Medizin Kosmos Berühmte Experimente Physik und Philosophie Energie und nachhaltige Physik und Sport Energieversorgung Erhaltungsgrößen Physik und Technik Felder Physik vom Ende des 19. Jahrhunderts bis heute Information und Strahlung Kommunikation Modelle und Konzepte Teilchen Modellierung und Simulation Vereinheitlichungen in der Physik Möglichkeiten und Grenzen der Physik Vermessung des Mikro- und Makrokosmos Naturkonstanten, ihre Bedeutung und ihre Anwendung Von der Naturphilosophie der Antike zur Naturwissenschaft der Neuzeit Naturphänomene Voraussagekraft von Theorien Paradigmenwechsel in der Schwingungen und Wellen Physik/ Entwicklung der Weltbilder Physik als forschende Wetter, Klima, Klimawandel Tätigkeit, Physik als Beruf Physik des 18. und 19. Zufall in der Physik Jahrhunderts Physik und Alltag 44

45 Paradigmenwechsel in der Physik/ Entwicklung der Weltbilder Naturwissenschaftliche Arbeitsmethode am Beispiel des freien Falls Kopernikanische Wende Newton sche Gesetze Lichtstrahl, Lichtwelle, Photonen Atommodelle im Wandel der Zeit Kraft, Feld, Standardmodell Quantenmechanik nichtlineare Physik und Chaosphysik Spezielle Relativitätstheorie Allgemeine Relativitätstheorie Kosmologie 45

46 Physik und Alltag Straßenverkehr (Bremsweg, Airbag, plastische Stöße, Beschleunigung, Reibung, ) Kommunikation und Unterhaltungsmedien (Mobiltelefonie, GPS, Videospiele, MP3- Player, Wii, Schallausbreitung, ) Wohnen, Haushalt und Freizeit (Kochen, Konservieren, Isolieren, ) Energieversorgung (Kraftwerke, Energiewandler, Wirkungsgrad, erneuerbare Energieträger, ) Gesundheit (Solarium, Lichtquellen, kosmische Strahlung, Grenzwerte, ) 46

47 Weiterer Vorschlag Physik und Verkehr Physik und Sport Physik und Biologie/Medizin Astronomie Astrophysik und Kosmos Berühmte Experimente Mechanische Schwingungen und Wellen Elektrizität im Haushalt Thermodynamik Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Energie und Energieversorgung Erhaltungsgrößen Felder Modelle und Konzepte Naturphänomene Paradigmenwechsel in der Physik Strahlung Teilchen Vermessung des Makrokosmos Vermessung des Mikrokosmos Voraussagekraft von Theorien Wetter, Klima, Klimawandel Kernphysik Raum und Zeit 47

48 Experimente in Maturaaufgaben 48

49 Maturaaufgabe aus Leitfaden Physik 49

50 Maturaaufgaben 50

51 Maturaaufgabensammlung 51

52 Materialien und Links 52