Physikalisches Curriculum: Klassenstufe 9 und 10

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1 Physikalisches Curriculum: Klassenstufe 9 und 10 Nach Stundentafel: 2 Stunden in Klasse 9 und 2 Stunden in Klasse 10 I. Vermittlung von überfachlichen Kompetenzen in den Klassen 9 und 10 II. III. Zusätzliche Vereinbarungen der Fachschaft Physik Methodische Kompetenzen IV. Kerncurriculum (mit Schulcurriculum) für Klasse 9 V. Kerncurriculum (mit Schulcurriculum) für Klasse 10 Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 1 Curriculum Physik 9/10

2 Oken- Gymnasium Curriculum für das Fach Physik Klassenstufe 9/10 I. Vermittlung von überfachlichen Kompetenzen in den Klassen 9 und 10: Durch vermehrt eigenständiges Arbeiten sollen die Schülerinnen und Schüler zunehmend Verantwortung für den eigenen Lernprozess übernehmen. Durch vermehrt aktives Mitgestalten des eigenen Lernprozesses bzw. des Unterrichts wird das Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten gestärkt (personale Kompetenz). Es werden vermehrt Unterrichtssituationen arrangiert, bei denen Schülerinnen und Schüler in kleinen Gruppen gemeinsam Aufgaben und einfache Probleme lösen sollen (soziale Kompetenz). Die Schülerinnen und Schüler werden hingeführt, einfache Fachtexte (Lehrbuch, Presseartikel, etc) eigenständig zu bearbeiten. Daran werden Lesetechniken und Texterarbeitungsstrategien geschult (Methodenkompetenz). Es werden vermehrt Unterrichtssituationen arrangiert, in denen die Schülerinnen und Schüler physikalische Sachverhalte sowohl mündlich als auch schriftlich verbalisieren, dabei die Fachsprache benutzen und physikalisch argumentieren müssen (Kugellager, Wortfelder, Schülerreferate, etc.) (Methodenkompetenz, Fachkompetenz). Beim Präsentieren von Lern- und Arbeitsergebnissen soll neben sachlicher Korrektheit auch zunehmend Verständlichkeit für Mitschülerinnen und Schüler (adressatengerecht) geschult werden (Methodenkompetenz). Im Wahlbereich (1/3) wird verstärkt auf handlungsorientiertes und entdeckendes Lernen Wert gelegt, weniger auf Stofffülle. Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 2 Curriculum Physik 9/10

3 II. Zusätzliche Vereinbarungen der Fachschaft Physik: Um nachhaltig zu lernen, sollte der Unterrichtsstoff so strukturiert dargeboten werden, dass die Schülerinnen und Schüler an möglichst vielen Stellen Analogien erkennen können. Mit deren Hilfe kann der "neue Stoff' mit dem "alten Stoff" in Verbindung gebracht werden. Zu gegebenen Anlässen sollten außerdem früher behandelte Grundlagen wiederholt werden. Der Unterricht wird dort wo es möglich ist so gestaltet, dass Schülervorstellungen bzw. physikalische Phänomene Ausgangspunkt für den weiteren Verlauf des Unterrichts sind. Wann immer es möglich ist, sollen im Unterricht Verbindungen zwischen den physikalischen Betrachtungen und ihren Anwendungen thematisiert werden. Im Unterricht muss darauf geachtet werden, dass durch Lehrinhalte und Lehrmethoden Schülerinnen und Schüler gleichermaßen angesprochen werden. Fehler werden in der Lernphase zwangsläufig gemacht und gehören zum Lernprozess; Durch offene Problemstellungen und entdeckendes Lernen werden die Schülerinnen und Schüler zur Suche nach eigenen Lösungswegen angeregt. Handlungsorientiertes und entdeckendes Lernen und Arbeiten in Teams sind tragende Säulen des Physikunterrichts. Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 3 Curriculum Physik 9/10

4 III. Methodische Kompetenzen: Die Schülerinnen und Schüler sollen die folgenden methodischen Kompetenzen an geeigneten, von der jeweiligen Lehrkraft gewählten Inhalten erwerben: 1. PHYSIK ALS NATURBETRACHTUNG UNTER BESTIMMTEN ASPEKTEN Die Schülerinnen und Schüler können zwischen Beobachtung und physikalischer Erklärung unterscheiden; zwischen ihrer Erfahrungswelt und deren physikalischer Beschreibung unterscheiden; an Beispielen die physikalische Beschreibungsweise anwenden. Außerdem wissen die Schülerinnen und Schüler, dass naturwissenschaftliche Gesetze und Modellvorstellungen Grenzen haben. 2. PHYSIK ALS THEORIEGELEITETE ERFAHRUNGSWISSENSCHAFT Die Schülerinnen und Schüler können die naturwissenschaftliche Arbeitsweise Hypothese, Vorhersage, Überprüfung im Experiment, Bewertung,... anwenden; bei einfachen Zusammenhängen ein Modell erstellen, mit einer geeigneten Software bearbeiten und die berechneten Ergebnisse reflektieren. 3. FORMALISIERUNG UND MATHEMATISIERUNG IN DER PHYSIK Die Schülerinnen und Schüler können den funktionalen Zusammenhang zwischen physikalischen Größen erkennen, grafisch darstellen und Diagramme interpretieren; funktionale Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen, die zum Beispiel durch eine Formel vorgegeben werden, verbal beschreiben und interpretieren; vorgegebene (auch bisher nicht im Unterricht behandelte) Formeln zur Lösung von physikalischen Problemen anwenden. 4. SPEZIFISCHES METHODENREPERTOIRE DER PHYSIK Die Schülerinnen und Schüler können Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen untersuchen; Experimente unter Anleitung planen, durchführen, auswerten, grafisch veranschaulichen und einfache Fehlerbetrachtungen vornehmen; Strukturen erkennen und Analogien hilfreich einsetzen; computerunterstützte Messwerterfassungs- und Auswertungssysteme im Praktikum unter Anleitung einsetzen; die Methoden der Deduktion und Induktion an einfachen im Unterricht behandelten Beispielen erläutern; geeignete Größen bilanzieren. Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 4 Curriculum Physik 9/10

5 5. ANWENDUNGSBEZUG UND GESELLSCHAFTLICHE RELEVANZ DER PHYSIK Die Schülerinnen und Schüler können Fragen erkennen, die sie mit Methoden der Physik bearbeiten und lösen; physikalische Grundkenntnisse und Methoden für Fragen des Alltags sinnvoll einsetzen; Zusammenhänge zwischen lokalem Handeln und globalen Auswirkungen erkennen und dieses Wissen für ihr eigenes verantwortungsbewusstes Handeln einsetzen. Die Schülerinnen und Schüler kennen charakteristische Werte der behandelten physikalischen Größen und können sie für sinnvolle physikalische Abschätzungen anwenden. 6. PHYSIK ALS EIN HISTORISCH-DYNAMISCHER PROZESS Die Schülerinnen und Schüler können an Beispielen darstellen, dass physikalische Begriffe und Vorstellungen nicht statisch sind, sondern sich in einer fortwährenden Entwicklung befinden; welche Faktoren zu Entdeckungen und Erkenntnissen führen (Intuition, Beharrlichkeit, Zufall, ). 7. WAHRNEHMUNG UND MESSUNG Die Schülerinnen und Schüler können den Zusammenhang und den Unterschied zwischen der Wahrnehmung beziehungsweise Sinnesempfindung und ihrer physikalischen Beschreibung bei folgenden Themenstellungen darstellen: Wahrnehmung: Lautstärke, Tonhöhe, Hören Messung: Amplitude, Frequenz Wahrnehmung: Schwere Messung: Schwerkraft Wahrnehmung: Helligkeit und Schatten, Farben, Sehen physikalische Beschreibung: Streuung, Reflexion, Brechung Wahrnehmung: warm, kalt, Wärmeempfindung Messung: Temperatur 8. GRUNDLEGENDE PHYSIKALISCHE GRÖSSEN Neben dynamischen Betrachtungsweisen kennen die Schülerinnen und Schüler die Erhaltungssätze und können sie vorteilhaft zur Lösung physikalischer Fragestellungen einsetzen. Die Schülerinnen und Schüler kennen technische Möglichkeiten zum Energiesparen und zur Reduzierung von Entropieerzeugung. Die Schülerinnen und Schüler können mit weiteren grundlegenden physikalischen Größen umgehen: Zeit, Masse, Massendichte, Temperatur, Druck Energie (Energieerhaltung) elektrische Stromstärke, elektrisches Potenzial, elektrische Spannung, elektrische Ladung (Ladungserhaltung) Kraft, Geschwindigkeit, Impuls (Impulserhaltung), Beschleunigung Entropie (Entropieerzeugung) qualitativ: Zentripetalkraft, Drehimpuls (Drehimpulserhaltung) Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 5 Curriculum Physik 9/10

6 9. STRUKTUREN UND ANALOGIEN Die Schülerinnen und Schüler erkennen weitere Strukturen und Analogien und können mit den bisher schon bekannten komplexere Fragestellungen bearbeiten: Schall und Licht Energiespeicher, Beschreibung von mechanischen, elektrischen und thermischen Energietransporten Strom, Antrieb (Ursache) und Widerstand qualitative Beschreibung von Feldern (Gravitationsfeld, magnetisches Feld, elektrisches Feld) 10. NATURERSCHEINUNGEN UND TECHNISCHE ANWENDUNGEN Die Schülerinnen und Schüler können weitere Erscheinungen in der Natur und wichtige Geräte funktional beschreiben. Sie sind immer mehr in der Lage, physikalische Modelle auch in ihrem Alltag gewinnbringend einzusetzen. Erde: atmosphärische Erscheinungen, Treibhauseffekt, Erdmagnetfeld Mensch: physikalische Abläufe im menschlichen Körper, medizinische Geräte, Sicherheitsaspekte Alltagsgeräte (zum Beispiel Elektromotor) Energieversorgung: Kraftwerke und ihre Komponenten (zum Beispiel Generator) auch regenerative Energieversorgung (zum Beispiel Solarzelle, Brennstoffzelle) Informationstechnologie und Elektronik auch einfache Schaltungen mit elektronischen Bauteilen 11. STRUKTUR DER MATERIE Die Schülerinnen und Schüler können Teilchenmodelle an geeigneten Stellen anwenden und kennen eine zeitgemäße Atomvorstellung. Atomhülle, Atomkern 12. TECHNISCHE ENTWICKLUNGEN UND IHRE FOLGEN Die Schülerinnen und Schüler können bei technischen Entwicklungen Chancen und Risiken abwägen und lernen Methoden kennen, durch die negative Folgen für Mensch und Umwelt minimiert werden. Natürlicher und anthropogener Treibhauseffekt Kernspaltung, Radioaktivität Chancen und Risiken weiterer technischer Anwendungen 13. MODELLVORSTELLUNGEN UND WELTBILDER Die Schülerinnen und Schüler können anhand der behandelten Beispiele die Grenzen der klassischen Physik erläutern. Inhalte Geschichtliche Entwicklung von Modellen und Weltbildern (zum Beispiel Sonnensystem, Universum, Folgerungen aus der speziellen Relativitätstheorie, Kausalität, deterministisches Chaos) Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 6 Curriculum Physik 9/10

7 IV. Kerncurriculum / Schulcurriculum für die Klasse 9 Inhaltliche Kompetenzen lt. Bildungsplan Unterrichtsinhalte Bemerkungen 8. GRUNDLEGENDE PHYSIKALISCHE GRÖSSEN Kraft, Geschwindigkeit, Impuls (Impulserhaltung), Beschleunigung Qualitativ: Zentripetalkraft, Drehimpuls (Drehimpulserhaltung) 9. STRUKTUREN UND ANALOGIEN Strom, Antrieb (Ursache) und Widerstand Energiespeicher, Beschreibung von mechanischen, elektrischen und thermischen Energietransporten Qualitative Beschreibung von Feldern (Gravitationsfeld) Mechanik 3 15 Stunden Wiederholung: Darstellung von Bewegungen, Geschwindigkeit, Kraft [8] Beschleunigung [8], gleichmäßig beschleunigte Bewegung Fallbewegungen Mechanische Energieformen Energieerhaltung Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 7 Curriculum Physik 9/10

8 Inhaltliche Kompetenzen lt. Bildungsplan Unterrichtsinhalte Bemerkungen 8. GRUNDLEGENDE PHYSIKALISCHE GRÖSSEN Elektrische Stromstärke, elektrisches Potenzial, elektrische Spannung, elektrische Ladung, Ladungserhaltung 9. STRUKTUREN UND ANALOGIEN Strom, Antrieb (Ursache) und Widerstand Qualitative Beschreibung von Feldern (magnetisches. Feld, elektrisches Feld) 10. NATURERSCHEINUNGEN UND TECHNISCHE ANWENDUNGEN Energieversorgung: Kraftwerke und ihre Komponenten Alltagsgeräte (z.b. Elektromotor) Elektrizitätslehre 2 Elektrische Ladung, Stromstärke, Spannung [8] Energiestromstärke [3] Magnetfeld um stromdurchflossene Leiter Elektromotor [10] Induktion, Generator, Transformator [10] Elektrizitätsversorgung [10] Wiederholung und Sicherung der Kenntnisse Kräfte zwischen Ladungen, Ladungserhaltung P = U I (Leistung) Kraftwerke, Übertragung elektrischer Energie (Kernkraftwerke im Detail erst in 10) 16 Stunden 10. NATURERSCHEINUNGEN UND TECHNISCHE ANWENDUNGEN Informationstechnologie und Elektronik auch einfache Schaltungen mit elektronischen Bauteilen Solarzelle Halbleiter Halbleiter, Dotierung Diode, Solarzelle [10], Transistor Elektronische Schaltungen [10] Digitale Informationsverarbeitung [10] Als Transistor z.b. FET; Transistor eventuell nur als Schalter Eventuell nur digitale Schaltungen ( Gatter ) 12 Stunden Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 8 Curriculum Physik 9/10

9 Inhaltliche Kompetenzen lt. Bildungsplan Unterrichtsinhalte Bemerkungen 10. NATURERSCHEINUNGEN UND TECHNISCHE ANWENDUNGEN Energieversorgung: Kraftwerke Mensch: medizinische Geräte, Sicherheitsaspekte 11. STRUKTUR DER MATERIE Atomhülle, Atomkern 12. TECHNISCHE ENTWICKLUNGEN UND IHRE FOLGEN Kernspaltung, Radioaktivität Struktur der Materie 10 Stunden Aufbau der Atome: Hülle und Kern [11] Radioaktivität [12] Strahlenwirkungen und Strahlenschutz Medizinische Anwendungen [10] Kernkraft, Kernspaltung, Kernkraftwerk [12] Rutherford scher Streuversuch α -, β -, χ -Strahlen, Zählrohr Zerfallskurve, Halbwertszeit 9. STRUKTUREN UND ANALOGIEN Qualitative Beschreibung von Feldern (Gravitationsfeld, magnetisches Feld, elektrisches Feld) Felder Gravitationsfeld und Elektrisches Feld, Analogien Magnetfeld, Erdmagnetfeld 7 Stunden Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 9 Curriculum Physik 9/10

10 IV. Kerncurriculum / Schulcurriculum für die Klasse 10 Inhaltliche Kompetenzen lt. Bildungsplan Unterrichtsinhalte Bemerkungen 8. GRUNDLEGENDE PHYSIKALISCHE GRÖSSEN Entropie, Entropieerzeugung 9. STRUKTUREN UND ANALOGIEN Strom, Antrieb (Ursache) und Widerstand Energiespeicher, Beschreibung von mechanischen, elektrischen und thermischen Energietransporten Wärmelehre 36 Stunden Innere Energie und Temperatur Wärmetransport [9] Wärme-Kraft-Maschinen, Wirkungsgrad Entropie, Entropieerzeugung [8, 9] Wärmepumpe Irreversible Prozesse [8] Energie und Umwelt [10,12] W = c m Δ T Wärmestrahlung, Wärmeleitung, Konvektion z.b. Heißluftmotor Einheit der Entropie: 1 Ct z.b. Peltierelement Energiequellen, Energienutzung, Treibhauseffekt 10. NATURERSCHEINUNGEN UND TECHNISCHE ANWENDUNGEN Energieversorgung: Kraftwerke und ihre Komponenten Erde: atmosphärische Erscheinungen, Treibhauseffekt 12. TECHNISCHE ENTWICKLUNGEN UND IHRE FOLGEN Natürlicher und anthropogener Treibhauseffekt Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 10 Curriculum Physik 9/10

11 Inhaltliche Kompetenzen lt. Bildungsplan Unterrichtsinhalte Bemerkungen Mechanik 4 20 Stunden 8. GRUNDLEGENDE PHYSIKALISCHE GRÖSSEN Kraft, Geschwindigkeit, Impuls (Impulserhaltung), Beschleunigung Qualitativ: Zentripetalkraft, Drehimpuls (Drehimpulserhaltung) 9. STRUKTUREN UND ANALOGIEN Strom, Antrieb (Ursache) und Widerstand Energiespeicher, Beschreibung von mechanischen, elektrischen und thermischen Energietransporten Qualitative Beschreibung von Feldern (Gravitationsfeld) Leistung als Energiestromstärke Impuls und Impulserhaltung (quantitativ) [8] Grundgleichung der Mechanik Kreisbewegungen Zentripetalkraft Drehimpuls, Drehimpulserhaltung [8] auch quantitativ nur qualitativ Weltbilder 4 Stunden 13. MODELLVORSTELLUNGEN UND WELTBILDER Geschichtliche Entwicklung von Modellen und Weltbildern (z.b. Sonnensystem, Universum, Folgerungen aus der speziellen Relativitätstheorie, Kausalität) Sonnensystem, Universum Weltbilder [13] auch historischer Überblick Oken-Gymnasium, Offenburg, März 2010 Seite 11 Curriculum Physik 9/10