Bildungsplan 2016 Allgemein bildende Schulen Gymnasium (G8) Arbeitsfassung

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1 Bildungsplan 2016 Allgemein bildende Schulen Gymnasium (G8) Physik Stand: 16. Oktober 2014 Stuttgart 2014

2 Impressum Herausgeber: Urheberrecht: Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg, Postfach , Stuttgart Die fotomechanische oder anderweitig technisch mögliche Reproduktion des Satzes beziehungsweise der Satzordnung für kommerzielle Zwecke bedarf der Genehmigung des Herausgebers.

3 Inhaltsverzeichnis 1. Leitgedanken zum Kompetenzerwerb Zentrale Aufgaben im Fach Physik Kompetenzen Didaktische Hinweise Prozessbezogene Kompetenzen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung Standards für inhaltsbezogene Kompetenzen Standardstufe Physikalische Denk- und Arbeitsweisen Optik und Akustik Energie Magnetismus und Elektromagnetismus Grundgrößen der Elektrizitätslehre Mechanik: Kinematik Mechanik: Dynamik Alltag, Technik und Umwelt Operatoren Anhang Verweise Abkürzungen... 12

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5 Bildungsplan 2016 Physik 1. Leitgedanken zum Kompetenzerwerb 1.1 Zentrale Aufgaben im Fach Physik 1.2 Kompetenzen 1.3 Didaktische Hinweise Leitgedanken zum Kompetenzerwerb 1

6 Physik Bildungsplan Prozessbezogene Kompetenzen 2.1 Erkenntnisgewinnung Die Schülerinnen und Schüler beobachten und beschreiben Phänomene und leiten daraus Fragen ab, die sie physikalisch untersuchen können. Sie wenden naturwissenschaftliche Arbeitsweisen an, das heißt sie planen an geeigneten Stellen Experimente zur Überprüfung von Hypothesen, führen Experimente durch, werten diese aus und dokumentieren ihre Ergebnisse. In ihren Beschreibungen unterscheiden sie zwischen realen Erfahrungen und konstruierten Modellen, erkennen Analogien und verwenden Modelle zur Erklärung physikalischer Phänomene. zielgerichtet experimentieren 1. Phänomene zielgerichtet beobachten und ihre Beobachtungen beschreiben; 2. Hypothesen zu physikalischen Fragestellungen aufstellen; 3. Experimente zur Überprüfung von Hypothesen planen (unter anderem vermutete Einflussgrößen getrennt variieren); 4. Experimente durchführen und auswerten; 5. Messwerte erfassen und auch mithilfe des Computers auswerten; 6. digitale Messwerterfassungssysteme einsetzen; modellieren und mathematisieren 7. einfache mathematische Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen herstellen und überprüfen (insbesondere die Proportionalität zweier Größen); 8. aus proportionalen Zusammenhängen Gleichungen entwickeln; 9. mathematische Umformungen zur Berechnung physikalischer Größen durchführen; 10. zwischen realen Erfahrungen und konstruierten, idealisierten Modellvorstellungen unterscheiden (unter anderem Unterschied zwischen Beobachtung und Erklärung); 11. Analogien beschreiben und zur Lösung von Problemstellungen nutzen; 12. mithilfe von Modellen Phänomene erklären und Hypothesen formulieren; Wissen erwerben und anwenden 13. ihr physikalisches Wissen anwenden, um Problem- und Aufgabenstellungen zielgerichtet zu lösen; 14. an außerschulischen Lernorten Erkenntnisse gewinnen beziehungsweise ihr Wissen anwenden. 2 Prozessbezogene Kompetenzen

7 Bildungsplan 2016 Physik 2.2 Kommunikation Die Schülerinnen und Schüler tauschen sich über physikalische Erkenntnisse und deren Anwendungen unter angemessener Verwendung der Fachsprache und fachtypischer Darstellungen aus. Sie unterscheiden zwischen alltagssprachlicher und fachsprachlicher Beschreibung. Dabei beschreiben sie physikalische Sachverhalte zunehmend auch mithilfe mathematischer Darstellungsformen. Sie wählen Informationen aus verschiedenen Quellen zur Bearbeitung von Problemen aus. Sie diskutieren Sachverhalte unter physikalischen Gesichtspunkten, dokumentieren ihre Ergebnisse und präsentieren diese adressatengerecht. Erkenntnisse verbalisieren 1. zwischen alltagssprachlicher und fachsprachlicher Beschreibung unterscheiden; 2. funktionale Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen verbal beschreiben (zum Beispiel je-desto -Aussagen) und physikalische Formeln erläutern (zum Beispiel Ursache-Wirkungs- Aussagen, unbekannte Formeln); 3. sich über physikalische Erkenntnisse und deren Anwendungen unter Verwendung der Fachsprache und fachtypischer Darstellungen austauschen (unter anderem Unterscheidung zwischen Größe und Einheit, Nutzung von Präfixen); 4. physikalische Vorgänge und technische Geräte beschreiben (zum Beispiel zeitliche Abläufe, kausale Zusammenhänge); Erkenntnisse dokumentieren und präsentieren 5. physikalische Experimente, Ergebnisse und Erkenntnisse auch mithilfe digitaler Medien dokumentieren (zum Beispiel Skizzen, Beschreibungen, Tabellen, Diagramme und Formeln); 6. Sachinformationen und Messdaten aus einer Darstellungsform entnehmen und in eine andere Darstellungsform überführen (zum Beispiel Tabelle, Diagramm, Text, Formel); 7. in unterschiedlichen Quellen recherchieren, Erkenntnisse sinnvoll strukturieren, sachbezogen und adressatengerecht aufbereiten sowie unter Nutzung geeigneter Medien präsentieren. 2.3 Bewertung Die Schülerinnen und Schüler zeigen an Beispielen die Chancen und Grenzen physikalischer Sichtweisen bei inner- und außerfachlichen Kontexten auf. Sie vergleichen und bewerten alternative technische Lösungen. Sie nutzen physikalisches Wissen zum Bewerten von Risiken und Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten, im Alltag und bei modernen Technologien. Sie benennen Auswirkungen physikalischer Erkenntnisse in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen. Die Schülerinnen und Schüler bewerten Informationen und prüfen sie auf ihre Relevanz. Prozessbezogene Kompetenzen 3

8 Physik Bildungsplan 2016 physikalische Arbeitsweisen reflektieren 1. bei Experimenten relevante von nicht relevanten Einflussgrößen unterscheiden; 2. Ergebnisse von Experimenten bewerten (Messfehler, Genauigkeit); 3. Hypothesen anhand der Ergebnisse von Experimenten beurteilen; 4. Grenzen physikalischer Modelle an Beispielen erläutern; 5. Szenarien zur Klimaentwicklung bewerten; Informationen bewerten 6. Informationen aus verschiedenen Quellen auf Relevanz prüfen; 7. Darstellungen in den Medien anhand ihrer physikalischen Erkenntnisse kritisch betrachten (zum Beispiel Filme, Zeitungsartikel, pseudowissenschaftliche Aussagen); Chancen und Risiken diskutieren 8. Risiken und Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten und im Alltag mithilfe ihres physikalischen Wissens bewerten; 9. Chancen und Risiken von Technologien mithilfe ihres physikalischen Wissens bewerten; 10. Technologien auch unter sozialen, ökologischen und ökonomischen Aspekten diskutieren; 11. im Bereich der nachhaltigen Entwicklung persönliche, lokale und globale Maßnahmen unterscheiden und mithilfe ihres physikalischen Wissens bewerten; 12. historische Auswirkungen physikalischer Erkenntnisse beschreiben; 13. Geschlechterstereotype bezüglich Interessen und Berufswahl im naturwissenschaftlichtechnischen Bereich diskutieren. 4 Prozessbezogene Kompetenzen

9 Bildungsplan 2016 Physik 3. Standards für inhaltsbezogene Kompetenzen 3.1 Standardstufe Physikalische Denk- und Arbeitsweisen Die Kompetenzen im Bereich Physikalische Denk- und Arbeitsweisen sollen an geeigneten Stellen des Unterrichts in Verbindung mit den inhaltsbezogenen Kompetenzen der anderen Bereiche erworben werden. Die Schülerinnen und Schüler reflektieren dabei physikalische Denk- und Arbeitsweisen und deren Bedeutung für die Erkenntnisgewinnung in der Physik. Insbesondere unterscheiden sie zwischen eigener Wahrnehmung und physikalischer Beschreibung. (1) Kriterien für die Unterscheidung zwischen Beobachtung und Erklärung beschreiben (Beobachtung durch Sinneseindrücke und Messungen, Erklärung durch Gesetze und Modelle) 2.1 Erkenntnisgewinnung 10 (2) an Beispielen beschreiben, dass Aussagen in der Physik grundsätzlich überprüfbar sind (Fragestellung, Hypothese, Experiment, Bestätigung beziehungsweise Widerlegung) (3) die Funktion von Modellen in der Physik erläutern (unter anderem anhand des Lichtstrahlmodells und des Teilchenmodells) 2.1 Erkenntnisgewinnung Bewertung 4 (4) die Bedeutung des SI-Einheitensystems an Beispielen beschreiben Optik und Akustik optische und akustische Phänomene experimentell untersuchen. Sie trennen zunehmend zwischen ihrer Wahrnehmung und deren physikalischer Beschreibung. Sie untersuchen Lichtumlenkung und Bilderzeugung unter anderem an Spiegeln, Linsen. Zur Beschreibung der Ausbreitung von Licht beziehungsweise Schall verwenden sie geeignete Modelle. (1) akustische Phänomene beschreiben (Amplitude, Frequenz) 2.2 Kommunikation 1 (2) den Sehvorgang und den Hörvorgang beschreiben (Sender, Empfänger) Alltag, Technik und Umwelt (3) grundlegende Phänomene der Lichtausbreitung experimentell untersuchen und mithilfe des Lichtstrahlmodells beschreiben (4) Schattenphänomene experimentell untersuchen und beschreiben (Schattenraum und Schattenbild, Kernschatten und Halbschatten) Standards für inhaltsbezogene Kompetenzen - Standardstufe 8 5

10 Physik Bildungsplan Erkenntnisgewinnung 3, 4 (5) optische Phänomene im Weltall erklären (Mondphasen, Sonnenfinsternis, Mondfinsternis) 2.1 Erkenntnisgewinnung 12 (6) Streuung und Absorption phänomenologisch beschreiben (7) die Reflexion an ebenen Flächen beschreiben (Reflexionsgesetz, Spiegelbild) (8) Brechung und Totalreflexion beschreiben (9) die Bildentstehung durch eine Blende beschreiben (Lochkamera) (10) die Wirkung optischer Linsen beschreiben (Sammellinse, Brennpunkt) (11) einfache Experimente zur Zerlegung von weißem Licht und zur Addition von Farben beschreiben (Prisma) (12) Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Licht und Schall beschreiben (Sender und Empfänger, Wahrnehmungsbereich, Medium, Ausbreitungsgeschwindigkeit) Energie Die Schülerinnen und Schüler beschreiben physikalische Vorgänge in Alltag und Technik mit den Größen Energie, Leistung und Wirkungsgrad. Dabei unterscheiden sie zwischen dem physikalischen Energiebegriff und dem Alltagsgebrauch des Begriffs Energie und können Alltagsformulierungen wie Energieerzeugung und Energieverbrauch physikalisch deuten. Die Schülerinnen und Schüler wenden ihre Kenntnisse insbesondere auf die Thematik der Energieversorgung an. (1) grundlegende Eigenschaften der Energie beschreiben (unter anderem Energieerhaltung) (2) Beispiele für Energieketten in Alltag und Technik nennen und qualitativ beschreiben (unter anderem anhand von Lageenergie, Bewegungsenergie, thermischer Energie, elektrischer Energie) (3) Möglichkeiten der Energieversorgung mit Hilfe von Energieketten beschreiben (zum Beispiel Wasserkraftwerk, Kohlekraftwerk) (4) ihre Umgebung hinsichtlich des sorgsamen Umgangs mit Energie untersuchen, bewerten und konkrete technische Maßnahmen (zum Beispiel Energiesparlampen) sowie Verhaltensregeln ableiten (zum Beispiel Stand-By-Funktion) 2.2 Kommunikation Bewertung 11 BNE (5) die Lageenergie berechnen (E = m g h, Nullniveau) (6) den Zusammenhang von Energie und Leistung erklären sowie die Leistung berechnen (P = E t ) 2.2 Kommunikation 2 6 Standards für inhaltsbezogene Kompetenzen - Standardstufe 8

11 Bildungsplan 2016 Physik BNE (7) Größenordnungen typischer Leistungen im Alltag bestimmen und vergleichen BNE (8) an einfachen Energieketten den Zusammenhang von zugeführter Energie, nutzbarer Energie und Wirkungsgrad beschreiben BNE (9) das scheinbare Verschwinden von Energie mit der Umwandlung in thermischer Energie erklären BNE Magnetismus und Elektromagnetismus Die Schülerinnen und Schüler untersuchen und beschreiben magnetische und elektromagnetische Phänomene sowie deren Anwendungen in Natur und Technik. Sie gewinnen erste Einblicke in das physikalische Feldkonzept. (1) Phänomene des Magnetismus experimentell untersuchen und beschreiben (ferromagnetische Materialien, Magnetpole, Anziehung Abstoßung, Zusammenwirken mehrerer Magnete, Magnetfeld, Erdmagnetfeld, Kompass) 2.1 Erkenntnisgewinnung 1 (2) Magnetische Wirkung eines stromdurchflossenen geraden Leiters und einer stromdurchflossenen Spule untersuchen und beschreiben (3) einfache Anwendungen des Elektromagnetismus funktional beschreiben (Elektromagnet, Lautsprecher, Elektromotor) 2.2 Kommunikation Alltag, Technik und Umwelt (4) die Struktur einfacher Magnetfelder beschreiben (Stabmagnet, Hufeisenmagnet, Spule) Grundgrößen der Elektrizitätslehre grundlegende Größen der Elektrizitätslehre und deren Zusammenhänge mithilfe geeigneter Modelle beschreiben. Sie planen Experimente zu Fragestellungen der Elektrizitätslehre, führen diese durch und werten die Messergebnisse aus. Sie unterscheiden physikalische Begriffe wie zum Beispiel Stromstärke, Spannung und Energie von Alltagsbegriffen wie zum Beispiel Strom und Stromverbrauch. (1) grundlegende Bauteile eines elektrischen Stromkreises benennen und ihre Funktion beschreiben (unter anderem Schaltsymbole) Standards für inhaltsbezogene Kompetenzen - Standardstufe 8 7

12 Physik Bildungsplan 2016 (2) die Leitfähigkeit von Stoffen experimentell untersuchen (Leiter, Nichtleiter) (3) qualitativ beschreiben, dass elektrische Ströme einen Antrieb beziehungsweise eine Ursache benötigen und durch Widerstände in ihrer Stärke beeinflusst werden (Stromstärke, Spannung, Potenzial, Potenzialunterschied, Widerstand, Ladung) (4) den elektrischen Stromkreis und grundlegende Vorgänge darin mithilfe von Modellen erklären 2.1 Erkenntnisgewinnung 11, 12 (5) Stromkreise unter Vorgabe einer Schaltskizze aufbauen sowie Stromkreise mithilfe von Schaltsymbolen skizzieren (6) Stromstärke und Spannung messen 2.1 Erkenntnisgewinnung 4 (7) in einfachen Reihen- und Parallelschaltungen Gesetzmäßigkeiten für Stromstärke und Spannung beschreiben (Maschenregel, Knotenregel) (8) Aufbau und Funktion grundlegender elektrischer Bauteile im Haushalt beschreiben (zum Beispiel Stromkreis, Schalter, Schutzleiter, Parallelschaltung) VB (9) können den Energietransport im elektrischen Stromkreis und den Zusammenhang zwischen Stromstärke, Spannung, Leistung und Energie beschreiben (P = U I) (10) physikalische Angaben auf Alltagsgeräten beschreiben (Spannung, Stromstärke, Leistung) VB (11) Wirkungen des elektrischen Stroms und einfache Anwendungen erläutern PG Mechanik: Kinematik Die Schülerinnen und Schüler klassifizieren Bewegungen verbal und anhand von Diagrammen. Bewegungsabläufe und Änderungen von Bewegungszuständen können sie physikalisch beschreiben. (1) Bewegungen verbal und mithilfe von Diagrammen beschreiben und klassifizieren (Zeitpunkt, Ort, Richtung, Form der Bahn, Geschwindigkeit) 2.2 Kommunikation 3 (2) Geschwindigkeiten experimentell bestimmen, Bewegungen aufzeichnen (zum Beispiel mit Messwerterfassungs- oder Videoanalysesystem) und die zugehörigen Bewegungsdiagramme erstellen (s-t-diagramm, v-t-diagramm) 2.1 Erkenntnisgewinnung 4, Kommunikation 2 8 Standards für inhaltsbezogene Kompetenzen - Standardstufe 8

13 Bildungsplan 2016 Physik MB (3) aus ihren Kenntnissen der Mechanik Regeln für sicheres Verhalten im Straßenverkehr ableiten (zum Beispiel Reaktionszeit) 2.3 Bewertung Mechanik: Dynamik PG, VB (4) die Quotientenbildung aus Strecke und Zeitspanne bei der Berechnung der Geschwindigkeit erläutern und anwenden (v = s t ) 2.1 Erkenntnisgewinnung 7, Kommunikation 2 Mathematik (5) Bewegungsdiagramme (s-t-diagramm, v-t-diagramm) interpretieren sowie ein v-t-diagramm aus einem s-t-diagramm ableiten 2.1 Erkenntnisgewinnung Kommunikation 6 Mathematik (6) die Beschleunigung als Maß für die Geschwindigkeitsänderung qualitativ beschreiben Mechanik: Dynamik Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Änderungen von Bewegungszuständen und Verformungen mithilfe von Kräften. Sie formulieren die Zusammenhänge zunehmend in Form von Ursache-Wirkungs- Aussagen. Dabei unterscheiden sie zwischen dem physikalischen Kraftbegriff und dem Alltagsgebrauch des Begriffs Kraft. (1) Änderungen von Bewegungszuständen als Wirkung von Kräften beschreiben 2.2 Kommunikation 2 (2) Verformungen als Wirkung von Kräften beschreiben (Federkraftmesser, Hooke sches Gesetz) (3) Zusammenhang und Unterschied von Masse und Gewichtskraft erläutern (Ortsfaktor, F G = m g) (4) das Zusammenwirken von Kräften an eindimensionalen Beispielen quantitativ beschreiben (resultierende Kraft und Kräftegleichgewicht) (5) Newtons Prinzipien der Mechanik zur verbalen Beschreibung und Erklärung einfacher Situationen aus Experimenten und aus dem Alltag anwenden 2.1 Erkenntnisgewinnung 13 (6) eine einfache Maschine untersuchen und ihre Anwendung im Alltag und in der Technik erläutern (zum Beispiel Hebel, Flaschenzug) 2.2 Kommunikation 7 Standards für inhaltsbezogene Kompetenzen - Standardstufe 8 9

14 Physik Bildungsplan 2016 (7) aus ihren Kenntnissen der Mechanik Regeln für sicheres Verhalten im Straßenverkehr ableiten (zum Beispiel Sicherheitsgurte) 2.3 Bewertung Mechanik: Kinematik PG, VB Alltag, Technik und Umwelt Die Kompetenzen im Bereich Alltag, Technik und Umwelt sollen an geeigneten Stellen des Unterrichts in Verbindung mit den inhaltsbezogenen Kompetenzen der anderen Bereiche erworben werden. Die Schülerinnen und Schüler beschreiben dabei exemplarisch Phänomene und Geräte aus Alltag, Technik und Umwelt mithilfe ihrer physikalischen Kenntnisse. Sie deuten Fragestellungen physikalisch und wenden ihre Fachkenntnisse zu deren Lösung an. Sie sind für das Problem der nachhaltigen Energieversorgung sensibilisiert. Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage, ihr physikalisches Wissen auf Anwendungen zu übertragen, Chancen zu erkennen und Risiken zu reduzieren. (1) physikalische Aspekte von Abläufen im menschlichen Körper beschreiben (zum Beispiel Iris als Lochblende, Hör- und Sehbereich, Arm als Hebel) Optik und Akustik Mechanik: Dynamik (2) Gefahren im Alltag erläutern und Maßnahmen nennen, diese Gefahren zu reduzieren (zum Beispiel Lärmschutz, Sonnenschutz, Isolation, Sicherung) 2.3 Bewertung 8 PG (3) Aufbau und Funktion eines einfachen technischen Geräts untersuchen und beschreiben (zum Beispiel Brille, Haartrockner, Klingel, Lautsprecher) 10 Standards für inhaltsbezogene Kompetenzen - Standardstufe 8

15 Bildungsplan 2016 Physik 4. Operatoren Anforderungsbereich I aufbauen berechnen beschreiben erstellen (Diagramme) nennen / benennen skizzieren Objekte und Geräte zielgerichtet anordnen und kombinieren rechnerische Generierung eines Ergebnisses Strukturen, Sachverhalte, Prozesse und Eigenschaften von Objekten in der Regel unter Verwendung der Fachsprache wiedergeben Zusammenhänge zwischen Größen in einem Koordinatensystem darstellen Elemente, Sachverhalte, Begriffe, Daten, Fakten ohne Erläuterung wiedergeben Sachverhalte, Objekte, Strukturen oder Zusammenhänge auf das Wesentliche reduziert darstellen Anforderungsbereich II ableiten auf der Grundlage von Erkenntnissen sachgerechte Schlüsse ziehen anwenden bestimmen erklären klassifizieren messen untersuchen vergleichen bewerten einen bekannten Zusammenhang oder eine bekannte Methode auf einen anderen Sachverhalt beziehen ein Ergebnis rechnerisch, graphisch oder experimentell generieren Strukturen, Prozesse, Zusammenhänge usw. des Sachverhalts erfassen und auf allgemeine Aussagen / Gesetze zurückführen Begriffe, Gegenstände etc. auf der Grundlage bestimmter Merkmale nach gegebenen Kriterien einteilen experimentelle Daten unter Berücksichtigung der Messvorschriften bestimmen Sachverhalte oder Objekte zielorientiert erkunden, Merkmale und Zusammenhänge herausarbeiten Gemeinsamkeiten und Unterschiede herausarbeiten Anforderungsbereich III einen Sachverhalt nach fachwissenschaftlichen oder fachmethodischen Kriterien oder einem persönlichen und gesellschaftlichen Wertebezug begründet einschätzen erläutern interpretieren Strukturen, Prozesse, Zusammenhänge usw. des Sachverhalts erfassen und auf allgemeine Aussagen / Gesetze zurückführen und durch zusätzliche Informationen oder Beispiele verständlich machen Sachverhalte, Zusammenhänge in Hinblick auf Erklärungsmöglichkeiten untersuchen und abwägend herausstellen Operatoren 11

16 Physik Bildungsplan Anhang 5.1 Verweise Verweis auf prozessbezogene Kompetenzen Beispiel: 2.1 Erkenntnisgewinnung 1 Verweis auf prozessbezogene Kompetenz: Kapitel 2.1 Bereich Erkenntnisgewinnung Teilkompetenz 1 Beispiel: Querverweis auf Standards für inhaltsbezogene Kompetenzen Energie 1, 3 Verweis auf Standards für inhaltsbezogene Kompetenzen: Kapitel Bereich Energie Teilkompetenzen 1 und 3 Verweis auf andere Fächer Beispiel: Mathematik, NpT Verweis auf andere Fächer: Mathematik und Naturphänomene und Technik Verweis auf Leitperspektiven Beispiel: BNE Verweis auf Leitperspektiven: Bildung für nachhaltige Entwicklung 5.2 Abkürzungen Leitperspektiven Allgemeine Leitperspektiven BNE PG BTV Bildung für nachhaltige Entwicklung Prävention und Gesundheitsförderung Bildung für Toleranz und Akzeptanz von Vielfalt Themenspezifische Leitperspektiven BO MB VB Berufliche Orientierung Medienbildung Verbraucherbildung 12 Anhang

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20 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Postfach , Stuttgart