Titel des Moduls: Mathematische Methoden der Physik. Dauer. Kennnummer. Credits. Workload. Häufigkeit des Angebots. Studiensemester. 1. Sem.

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1 Modulhandbuch für das Fach Physik im Studiengang Bachelor of Arts mit bildungswissenschaftlichem Anteil für das Studienprofile Lehramt an Haupt-, Real und Gesamtschulen Titel des Moduls: Mathematische Methoden der Physik Studiensemester HR-Phy-B1 120 h 4 1. Sem. Wintersemester 1 Semester VL Mathematische Methoden der Physik 2 SWS / 30 h 90 h geplante Gruppengröße 2 Lernergebnisse (learning outcomes) / Kompetenzen Die Studierenden kennen die grundlegenden mathematischen Begriffe und Methoden, die zum Verständnis der Physik-Vorlesungen notwendig sind. Sie können in praktischen, physiknahen Anwendungen einfache Aufgaben selbstständig lösen. 3 Inhalte Folgen und Reihen, Konvergenz, Stetigkeit, Funktionen, Differential- und Integralrechnung für Funktionen einer Variablen, spezielle Funktionen (Potenz-, Exponentialfunktion, trigonometrische Funktionen), lineare Gleichungssysteme, Matrizen, Vektoren und Vektorräume, Skalar- und Vektorprodukt, komplexe Zahlen 4 Lehrformen Vorlesung und Übungen 5 Teilnahmevoraussetzungen Keine Klausur oder mündliche Prüfung 7 Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten bestandene Vorlesungsprüfung 0% Prof. Dr. Andreas Schadschneider 11 Sonstige Informationen 1

2 Titel des Moduls: Fächerübergreifendes Basismodul (Leitfach Physik) HR-Phy-B2 180 h 1) Veranstaltung in Biologie 2) Veranstaltung in Chemie 3) Veranstaltung in Geographie 2 Lernergebnisse / Kompetenzen (LP) 6 Studiensemeste r 3. Sem. 1) 2 SWS / 30 h 2) 2 SWS / 30 h 3) 2 SWS / 30 h 2 SS oder WS a) 30 h b) 30 h c) 30 h 1 Semester Gepl. Gruppengr. abhängig vom Fach abhängig vom Fach abhängig vom Fach Die Studierenden erwerben in den drei affinen naturwissenschaftlichen Unterrichtsfächern Kenntnisse zu grundlegenden fachwissenschaftlichen Konzepten und Prinzipien sowie Denk- und Arbeitsweisen und erweitern damit ihr erkenntnistheoretisches Grundlagenwissen. Sie können naturwissenschaftliche Phänomene Teildisziplinen und Basiskonzepten zuordnen. Die Studierenden kennen zentrale historische und moderne Experimente und erklären den jeweiligen Erkenntnisgewinn für die Teildisziplin. Sie erläutern den naturwissenschaftlichen Weg der Erkenntnisgewinnung und ordnen Hypothesen, Modelle, Naturgesetze und Theorien zentralen Teildisziplinen korrekt zu. Die Studierenden erwerben anwendungsbezogene mathematische Grundlagen. 3 Inhalte Orientierungs- und Überblickswissen in Phänomene, Fragestellungen und Zielsetzungen der naturwissenschaftlichen Nachbardisziplinen Grundlegende Naturgesetze und Theorien der affinen Fächer und deren erkenntnistheoretische Bedeutung Anwendungsbezogene mathematische Grundlagen Verschiedene Präsentationsformen von Daten und Methoden der Auswertung 4 Lehrformen Nach Maßgabe des Veranstalters: Vorlesung (V) ggfs. mit Experimenten, Übung (Ü) im Tutoren-Mentoren- System oder Seminare (S); regelmäßige und aktive Teilnahme sind erforderlich. 5 Teilnahmevoraussetzungen Formal: keine Inhaltlich: keine Die erfolgreiche Teilnahme an den Lehrveranstaltungen wird mit bestanden bescheinigt. Die Festlegung der Kriterien für eine erfolgreiche Teilnahme erfolgt durch die Veranstaltungsleiterin oder den Veranstaltungsleiter vor Beginn der Veranstaltung. 7 Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten Die erfolgreiche Teilnahme an den drei Lehrveranstaltungen. Die Modulnote geht mit 0% in die Studienbereichsnote ein. Je ein Vertreter der beteiligten Fächer als Modulbeauftragter sowie als Lehrende alle Professoren und Mitarbeiter der beteiligten Fächer.

3 11 Sonstige Informationen Fachwissen und Basiskonzepte I HR-Phy-B3 300 h 10 a) LV Einführung in die Experimentalphysik 1 (Mechanik/ Wärme) b) Fachliche und didaktische Vertiefung zur Experimentalphysik 1 c) Physikalisches Praktikum für Anfänger Teil 1 (Mechanik/Wärme) Studiensemester 1. Sem. a) 2 SWS / 30 h b) 4 SWS / 60 h c) 2 SWS / 30 h 2 Lernergebnisse (learning outcomes) / Kompetenzen Beginn im Wintersemester a) 60 h b) 60 h c) 60 h 2 Semester geplante Gruppengröße 60 Studierende Die Studierenden können die Fachsystematik der Physik in den Gegenstandsbereichen Mechanik und Wärmelehre wiedergeben und neue Inhalte in die Fachsystematik einordnen. Sie können exemplarische Aufgaben aus den Gegenstandsbereichen qualitativ und quantitativ lösen und dazu alternative Modelle und Lösungswege beschreiben und anwenden. Die Studierenden zeigen Sicherheit in der Anwendung verschiedener Darstellungsformen physikalischer Sachverhalte, insbesondere im korrekten Zeichnen von Diagrammen, Nutzung von Gleichungen, und dem Schreiben von Sachtexten. Sie wählen zur Beschreibung eines Sachverhaltes aus der Mechanik und Wärmelehre selbstständig die geeignete Darstellungsform aus und bewerten sie hinsichtlich ihrer Eignung. Sie beherrschen den Aufbau grundlegender physikalischer Experimente zur Mechanik und Wärmelehre und zeigen dabei Sicherheit im Umgang mit Messgeräten und Auswertungsverfahren. 3 Inhalte Das Internationale Einheitensystem (SI) und zugehörige Mess- und Auswertungsverfahren. Bewegungen in Zeit und Raum. Wirkungen von Kräften und Momenten auf starre und verformbare Körper. Basiskonzepte: Energieerhaltung, Impulserhaltung, Schwerpunktsystem. Die Bedeutung der Mechanik im lebensweltbezogenen Kontext Sicherheit im Straßenverkehr. Wärmelehre: Definition und Bestimmung von Temperatur und Wärmeströmen, kinetische Gastheorie, Herleitung der allgemeinen Gasgleichung hieraus. Wärmekraftmaschinen. Basiskonzepte: Arbeit, innere und äußere Energie, Wirkungsgrad. Hauptsätze der Thermodynamik. Vernetzung im Lebensweltbezogenen Kontext: Auftrieb bei Luft- und Wasserfahrzeugen. 4 Lehrformen Vorlesung, Übungen und Praktika 5 Teilnahmevoraussetzungen Formal und Inhaltlich: zur Teilnahme am Physikalischen Praktikum Teil 1 (Mechanik/Wärme) muss aus inhaltlichen Gründen und unter Sicherheitsaspekten ein Teilnahmeschein der Vorlesung Einführung in die Experimentalphysik 1 vorliegen. Klausur (Regelfall) oder mündliche Prüfung. 3

4 7 Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten Bestandene Modulklausur, aktive Teilnahme an den Übungen zur Vertiefung in die Experimentalphysik 1, Testierung der Versuche im physikalischen Praktikum für Anfänger (Teil 1) und Fertigstellung der zu den Versuchen gehörigen Protokolle. Bachelorstudiengang mit bildungswissenschaftlichem Anteil mit dem Studienprofil Lehramt Sonderpägogik. 5% Univ.-Prof. Dr. André Bresges 11 Sonstige Informationen Die LV Einführung in die Experimentalphysik 1 (Mechanik/Wärme) ist eine aufwendige Experimentalvorlesung, die aus Effizienzgründen für möglichst viele Studiengänge angeboten wird. Die schulform- und studiengangsspezifischen Kompetenzen werden auf dieser LV aufbauend in den Praktika und den Vertiefungsveranstaltungen erarbeitet. Fachwissen und Basiskonzepte 2 HR-Phy-B4 300 h a) LV Einführung in die Experimentalphysik 2 (E-Lehre, Optik) 10 b) Fachliche und didaktische Vertiefung zur Experimentalphysik 2 c) Physikalisches Praktikum für Anfänger Teil 2 (E-Lehre, Optik) Studiensemester 2. Sem. a) 2 SWS / 30 h b) 4 SWS / 60 h c) 2 SWS / 30 h 2 Lernergebnisse (learning outcomes) / Kompetenzen Beginn im Sommersemester a) 60 h b) 60 h c) 60 h 2 Semester geplante Gruppengröße 60 Studierende Die Studierenden können die Fachsystematik der Physik in den Gegenstandsbereichen Elektrostatik, Elektrodynamik und Optik wiedergeben und neue Inhalte in die Fachsystematik einordnen. Sie können exemplarische Aufgaben aus den Gegenstandsbereichen qualitativ und quantitativ lösen und dazu alternative Modelle und Lösungswege beschreiben und anwenden. Die Studierenden zeigen Sicherheit in der Anwendung verschiedener Darstellungsformen physikalischer Sachverhalte, insbesondere im korrekten Zeichnen von Diagrammen, Nutzung von Gleichungen, und dem Schreiben von Sachtexten. Sie wählen zur Beschreibung eines Sachverhaltes aus Elektrostatik, Elektrodynamik und Optik selbstständig die geeignete Darstellungsform aus und bewerten sie hinsichtlich ihrer Eignung. Sie beherrschen den Aufbau grundlegender physikalischer Experimente zur Elektrostatik, Elektrodynamik und Optik und zeigen dabei Sicherheit im Umgang mit Messgeräten und Auswertungsverfahren. 4

5 3 Inhalte Verfahren zur Ladungstrennung. Elektrische Leitfähigkeit von Materialien und ihre Ursache. Wirkung des elektrischen Stromes, sicherer Umgang mit elektrischer Spannung. Verfahren zur Spannungsmessung und Strommessung, Kirchhoffsche Regeln, elektrische Netzwerke, grundlegende elektrische Bauteile. Mechanische und elektrische Schwingungen im Vergleich und deren komplexe Beschreibung. Ausbreitung und Beschreibung elektromagnetischer Wellen. Aufbau von Sende- und Empfangsanlagen. Die Frequenzbereiche elektromagnetischer Strahlung. Einführung in die Strahlen- und Wellenoptik, Linsen, optische Geräte. 4 Lehrformen Vorlesung, Übungen und Praktika 5 Teilnahmevoraussetzungen Formal und Inhaltlich: zur Teilnahme am Physikalischen Praktikum Teil 2 (E-Lehre, Optik) muss aus inhaltlichen Gründen und unter Sicherheitsaspekten ein Teilnahmeschein der Vorlesung Einführung in die Experimentalphysik 2 vorliegen. Klausur (Regelfall) oder mündliche Prüfung. 7 Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten Bestandene Modulklausur, aktive Teilnahme an den Übungen zur Vertiefung in die Experimentalphysik 2, Testierung der Versuche im physikalischen Praktikum für Anfänger (Teil 2) und Fertigstellung der zu den Versuchen gehörigen Protokollen Bachelorstudiengang mit bildungswissenschaftlichem Anteil mit dem Studienprofil Lehramt Sonderpägogik. 5% Univ.-Prof. Dr. André Bresges 11 Sonstige Informationen Die LV Einführung in die Experimentalphysik 2 (E-Lehre, Optik) ist eine aufwendige Experimentalvorlesung, die aus Effizienzgründen für möglichst viele Studiengänge angeboten wird. Die schulform- und studiengangsspezifischen Kompetenzen werden auf dieser LV aufbauend in den Praktika und den Vertiefungsveranstaltungen erarbeitet. 5

6 Fachdidaktik: Vermittlung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse HR-Phy-B5 330 h a) VL Einführung in die Fachdidaktik der Physik* b) MS Medienseminar** 11 c) Praxisprojekt: Vermittlung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse** Studiensemester 3. Sem. a) 2 SWS / 30 h b) 4 SWS / 60 h 2 Lernergebnisse (learning outcomes) / Kompetenzen Beginn im Wintersemester a) 90 h b) 60 h c) 90 h 2 Semester geplante Gruppengröße 25 Studierende Die Studierenden kennen die grundsätzlichen Inhalte, Ziele und Vorgehensweisen der Physik und sind in der Lage, sie einer vorgegebenen Zielgruppe didaktisch reduziert zu vermitteln. Dabei bedienen Sie sich eines breiten Repertoires von Medien und Vermittlungskonzepten, um ein gegebenes Ziel begründet und angemessen zu erreichen. Sie beachten die Altersstufen- und Schulformspezifischen menschlichen Faktoren des Lernens und kennen verschiedene kooperative Lernformen, die sie in jeder Situation alternativ zu klassischen lehrerzentrierten Unterrichtsformen einsetzen können. Die Studierenden erlangen Fachwissen zur Bedienung von Softwaresystemen, mit denen Medien zu physikalischen und technischen Inhalten erstellt werden. Sie können naturwissenschaftlich-technische Prozesse und Phänomene mit Hilfe der Objektorientierten Analyse erfassen und die Zusammenhänge am Computer modellieren. Sie sind in der Lage über verschiedene alternative Darstellungsweisen zu kommunizieren und können die Lernprozesse in Form von Storyboards gliedern. Sie können am physikalischen Gegenstand ein zielgruppenspezifisches Unterrichtsmedium erstellen. Im Praxisprojekt werden die Studierenden in die Grundlage der Projektarbeit mit Schülern eingeführt. Sie sind Anschließend in der Lage, die im Medienseminar erstellten Medien im Einsatz mit Schülern oder anderen Studierenden zu erproben und ihre Wirksamkeit mittels elektronischer Pre- und Posttests zu analysieren. 3 Inhalte Die Natur der physikalischen Weltbetrachtung. Die Rolle der Physikdidaktik. Neurobiologische und Kognitionspsychologische Grundlagen des Lehrens und Lernens. Kooperative Lernformen für den Physikunterricht. Einsatz von Experimenten. Modellbildung. Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten. Entwurf, Gestaltung, Einsatz und Evaluation von Medien im Physikunterricht. Entwicklung von Lern-, Übungs-, und Testaufgaben. Bildungsstandards und Kompetenzen. Grundwissen in den Bereichen Videoschnitt, Kameraführung, Beleuchtung, Computeranimation, Programmierung von Computer-Algorithmen für Simulationen, Entwicklung von Tests in einer E-Learning Plattform. Durchführung von Projektarbeiten. Einführung in die Durchführung von Wirksamkeitsforschung und Lernerfolgskontrollen. 4 Lehrformen Vorlesung, Seminar und Praxisprojekt 5 Teilnahmevoraussetzungen Abgeschlossenes Modul HR-Phy-B3 oder HR-Phy-B4 Klausur, Referat und Hausarbeit oder Portfolio 6

7 7 Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten Aktive Teilnahme an der Vorlesung Einführung in die Fachdidaktik der Physik und am Medienseminar (2 Semester). Aktive Teilnahme am Praxisprojekt, Fertigung und/oder Evaluation und Präsentation einer Projektarbeit. 30% Univ.-Prof. Dr. André Bresges, Stefan Hoffmann 11 Sonstige Informationen Wechselwirkung von Energie und Materie HR-Phy-B6 240 h a) VL Atomphysik b) VL Festkörperphysik c) Abschlussklausur 8 2 SWS / 30 h 2 SWS / 30 h Studiensemester Sem. 2 Lernergebnisse (learning outcomes) / Kompetenzen Die Studierenden - Beginn im Sommersemester 60 h 60 h 60 h 2 Semester geplante Gruppengröße offen kennen die grundlegenden Phänomene, Begriffe und Konzepte der Quantenmechanik und Festkörperphysik haben Kenntnis der Schlüsselexperimente sowie der Messmethoden und Größenordnungen der zentralen Größen 3 Inhalte können exemplarische Aufgaben aus diesen Gegenstandsbereichen qualitativ und quantitativ lösen Atomphysik: Historische Atommodelle, kinetische Gastheorie, Plancksches Strahlungsgesetz, Spektren und Energieniveaus, Welle-Teilchen-Dualismus (Photoeffekt, Compton-Effekt, Materiewellen), Wasserstoffatom, Grundlagen der Quantenmechanik (Wellenfunktion, Unschärferelation, Messprozess), Aufbau der Atome (Quantenzahlen, Spin), Periodensystem Festkörperphysik: Struktur und Aufbau von Festkörpern, Gitterdynamik; mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften; Elektronen im Festkörper, Klassifikation (Leiter, Halbleiter, Isolator), Bändermodell, Halbleiterelektronik; Magnetismus, Supraleitung, experimentelle Verfahren zur Aufklärung der Struktur von Festkörpern 7

8 4 Lehrformen Vorlesung und Übungen 5 Teilnahmevoraussetzungen Inhaltlich: Stoff der Vorlesungen Experimentalphysik I und II Klausur 7 Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten Bestandene Vorlesungsprüfung oder abtestierte Hausarbeit über ein Thema aus dem Modul Bachelorstudium im Lernbereich Natur- und Gesellschaftswissenschaften Bachelorstudiengang mit bildungswissenschaftlichem Anteil mit dem Studienprofil Lehramt Sonderpädagogik 20% Prof. Dr. Andreas Schadschneider 11 Sonstige Informationen Titel des Moduls: Strukturen und Konzepte der Physik HR-Phy-B7 300 h a) PRA Physikalisches Praktikum für Fortgeschrittene I b) PRA Physikalisches Praktikum für Fortgeschrittene II c) Oberseminar d) Modulprüfung 10 2 SWS / 30 h 2 SWS / 30 h 2 SWS / 30 h Studiensemes ter 5./6. Sem. 2 Lernergebnisse (learning outcomes) / Kompetenzen 3 Inhalte Jed. Semester (Pr.), Wintersem. (Sem.) 60 h 60h 30 h 60 h Vertiefte praktische und theoret. Fähigkeiten in allen Teilgebieten der Physik Klassische und moderne Physik (Mechanik, Thermodyn., Elektr.lehre, Optik, Atom- u. Kernph.) 4 Lehrformen Praktisches Experimentieren, vertiefte selbstständige Beschäftigung mit Themen der Physik 2 Semester geplante Gruppengröße 15 Studierende 8

9 5 Teilnahmevoraussetzungen Formal: bestandene Modulprüf. in HR-Phy-B1 bis B5 Inhaltlich: fachl. Inhalte aus B1, B3, B4, fachdidakt. Inhalte aus B5 Mündl. Kolloquien zu den Versuchen, erfolgreiches Referat mit testierter Hausarbeit Modulprüfung: mündliche Prüfung oder Klausur 7 Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten Modulprüfung. Voraussetzung für den Zugang zur Modulprüfung ist der erfolgreiche Abschluss der Module HR-Phy-B1 B6 und des Oberseminars. Oberseminar im Studiengang Sonderpädagogik (Schwerp. Physik) in Modul SP-Phy-B5 40% Andreas Schulz 11 Sonstige Informationen 9

10 Se m. Musterstudienplan für den Studienbereich Physik im Bachelorstudiengang mit dem Studienprofil Lehramt an Haupt-, Real- und Gesamtschulen HR-Phy-B1 HR-Phy-B2 HR-Phy-B3 HR-Phy-B4 HR-Phy-B5 HR-Phy-B6 HR-Phy-B7 Σ LP 1 VL Mathematische Methoden der Physik (4 LP) VL Einführung in die Experimentalphysik 1 (3 LP) VL Vertiefung zur Experimentalphysik 1 (4 LP) 11 2 PRA Physikalisches Praktikum für Anfänger Teil 1 (3 LP) VL Einführung in die Experimentalphysik 2 (3 LP) VL Vertiefung zur Experimentalphysik 2 (4 LP) Vorlesungen aus Biologie, Chemie, Geographie (6 LP) PRA Physikalisches Praktikum für Anfänger Teil 2 (3 LP) VL Einführung in die Fachdidaktik der Physik (4 LP) MS Medienseminar 1 15 (2 LP) 4 MS Medienseminar 2 (2 LP) Praxisprojekt (3 LP) VL Festkörperphysik (4 LP) 9 5 VL Atomphysik (3 LP) Abschlussklausur (1 LP) PRA Physik. Praktikum für Fortgeschrittene 1 (3 LP) OS Strukturen und Konzepte der Physik (2 LP) Modulprüfung (2 LP) 11 10

11 6 PRA Physik. Praktikum für Fortgeschrittene 2 (3 LP) 3 11

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