Kantnsschule Zug l Gymnasium Physik Ergänzungsfach Physik Lehrplan für das Ergänzungsfach A. Stundendtatin Klasse 1. 2. 3. 4. 5. 6. Wchenstunden 0 0 0 0 0 5 B. Didaktische Knzeptin Beitrag des Faches zur gymnasialen Bildung Das Ergänzungsfach Physik vertieft und erweitert das Wissen und die Fertigkeiten aus dem Grundlagenfach Physik. Dabei werden Methden erarbeitet und eingeübt, die über das Grundlagenfach hinausgehen und in der Physik universell verwendet werden. Der erste Stützpfeiler ist das Experiment und seine Auswertung. Daten werden mit mdernen Messerfassungssystemen erhben und Cmputer unterstützt ausgewertet. Die Schüler können auch aufwändige Experimente selbst durchführen und mit mdernen Mitteln auswerten. Durch diese vertiefte Auseinandersetzung erhalten sie ein deutlich verbessertes Verständnis der Möglichkeiten und Beschränkungen der experimentellen Physik. Das zweite Standbein bilden mathematische Methden, die in der Physik regelmässig angewendet werden. Betrachtet werden swhl grundlegende, analytische Verfahren als auch Simulatinen kmplexer Systeme auf dem Cmputer. Die Schüler lernen, ein Prblem vn verschiednenen Gesichtswinkeln aus zu betrachten und zu analysieren. Die ben genannten Methden werden exemplarisch an Themen der mdernen Physik geschult. Mögliche Fachbereiche sind z.b. Quantenphysik, Spektrskpie, Relativitätstherie, Medizinphysik und Nan- der Astrphysik. Es sind Gebiete, die im Grundlagenfach ft nur kurz gestreift der gar nicht unterrichtet werden. In der Flge werden auch Knzepte erarbeitet, die über die klassische Physik hinausgehen und zu einer Erweiterung des Verständnis der Naturwissenschaften führen. Das Ergänzungsfach bietet s Gelegenheit, einen Zugang zu mdernen Etnwicklungen der Physik zu schaffen und stösst in Gebiete vr, die nicht nur physikalische Grundsatzfragen stellen, sndern auch fundamentale Fragen nach unserem Verständnis vn Raum, Zeit und Materie aufwerfen. Das Typische am Fach Die hier beschriebene Knzeptin führt dazu, dass die Schülerinnen und Schüler selbst aktiv werden und sich in grösserer Tiefe mit physikalischen und mathematischen Fragestellungen auseinandersetzen müssen. Sie werden mit Prblemen knfrntiert, die in dieser der ähnlicher Frm auch in ihrer späteren Laufbahn auftreten werden. In Prjektarbeiten müssen Teilgebiete der Physik selbst erarbeitet und dargestellt werden. Die Schüler benutzen dabei die üblichen Quellen wie Physikbücher, Internetwissensbasen und ppulärwissenschaftliche Zeitschriften; sie kmmen aber auch zum ersten Mal in Kntakt mit Originalliteratur. Der Unterricht enthält einen erheblichen Trainingseffekt für alle, die ein Studium in naturwissenschaftlicher der technischer Richtung anstreben. Der Einstieg ins Studium wird dadurch wesentlich erleichtert. 1
Kantnsschule Zug l Gymnasium Physik Ergänzungsfach Vrbereitung der Lernenden auf die Maturaarbeit Die Fertigkeiten und Methden, die im EF Physik erwrben werden, sind für eigenständige Arbeiten in den Naturwissenschaften sehr hilfreich. Zu Beginn der 6. Klasse befinden sich die Maturaarbeiten allerdings bereits in der Schlussphase. Massnahmen zum geschlechtergerechten Unterricht Wir versuchen, den Bedürfnissen vn Schülerinnen und Schülern gleichermassen gerecht zu werden. Darunter verstehen wir z.b. Geschlechter getrennte Kleingruppen in der Prjektarbeit der bei der Durchführung vn Experimenten. In der Themenwahl wird darauf geachtet, nicht nur technischen Prblemen, sndern auch wertrientierten und gesellschaftlich relevanten Gegenständen ein angemessenes Gewicht zu geben. Die Bereiche Leistungsbewertung, Querverbindung zu anderen Fächern und fächerübergreifende Themen werden nicht in jedem Fachbereich gesndert reflektiert. Bei den entsprechenden Einträgen in den einzelnen Fachbereichen verweisen wir auf die Überlegungen in diesem Vrspann. Leistungsbewertung Im Ergänzungsfach Physik werden pr Semester 2-3 schriftliche Arbeiten durchgeführt und bewertet. Neben den klassischen Leistungsmessungen können auch andere Leistungsmerkmale erfasst und bewertet werden. Typische Beispiele sind: Durchführung und Auswertung vn Experimenten in Labrberichten Prjekt rientiertes Arbeiten und Zusammenarbeit im Team, Bewertung abgegebener schriftlicher Arbeiten Präsentatin und Vermittlung vn Lerninhalten Umgang und Einsatz vn elektrnischen Hilfsmitteln (Messdatenerfassung, Simulatinssftware) Querverbindung zu anderen Fächern Zu jedem Themenbereich, der im EF aufgegriffen werden kann, bestehen ausgeprägte Querverbindungen zur Mathematik. Darüber hinaus bestehen je nach Thema auch Verbinungen zu anderen gymnasialen Fächern swie zu Disziplinen, die ausserhalb des Gymnasiums stehen, wie z.b. Medizin, Materialwissenschaften der Umweltnaturwissenschaften. Die spezifische Ausprägung hängt swhl vm gewählten Fachbereich als auch vm Vrwissen der Schüler und der Lehrpersn ab. Fächerübergreifende Themen Bei der Prjektarbeit sind Fächerübergreifende Themen denkbar. Sie werden aber nicht gezielt gesucht. 2
Kantnsschule Zug l Gymnasium Physik Ergänzungsfach C. Klassen-Lehrplan 6. Klasse 1. Fachbereich: Experimentelle Physik Grbinhalte Kmpetenzen Experimente planen und durchführen Daten aufnehmen und darstellen Störeinflüsse bebachten, erfassen und weiterverflgen Analytische und statistische Auswertungsmethden Mderne Messgeräte verstehen und einsetzen sind sich der zentralen Stellung des Experiments im naturwissen-schaftlichen Erkenntnisprzess bewusst. erkennen die Ntwendigkeit einer srgfältigen Planung beim Experimentieren. verfügen über adäquate Hilfsmittel bei der Darstellung und Auswertung vn Daten und können diese anwenden. verfügen über Grundkenntnisse im Einsatz mderner Messgeräte und erkennen die weitreichenden Einsatzmöglichkeiten slcher Instrumente. 2. Fachbereich: Datenanalyse und Simulatin Grbinhalte Kmpetenzen Erfassung vn Zusammenhängen: Krrelatin, Regressin etc. Mdellierung vn physikalischen Przessen Cmputerunterstützte Analyse physikalischer Fragestellungen kennen Kriterien, mit denen die Qualität eines Zusammenhangs beurteilt werden kann. können physikalische Przesse auf ihre wesentlichen Merkmale reduzieren und diese in einem Mdell frmulieren. hinterfragen ein Mdell kritisch und wissen um dessen Grenzen. sind in der Lage, knkrete physikalische Fragestellungen mit Cmputer unterstützten Hilfsmitteln darzustellen und zu analysieren. 3
Kantnsschule Zug l Gymnasium Physik Ergänzungsfach 3. Fachbereich: Mathematische Hilfsmittel Grbinhalte Kmpetenzen Differentialgleichungen - Knstruktin vn Differentialgleichungen für physikalische Przesse - Analytische und numerische Verfahren zur Lösung vn Differentialgleichungen - Mathematische Grundlagen vn Cmputergestützten Verfahren Furiertransfrmatin Statistische Methden kennen das Knzept der Differentialgleichung und wissen um ihre Bedeutung bei der Beschreibung physikalischer Przesse. können die grundlegenden Lösungsmethden auf Anfangswertprbleme anwenden. kennen Verfahren, um Differentialgleichungen mit diskreten Zeitschritten zu integrieren. können diese Verfahren auf reale Situatinen anwenden. können Klänge vn Musikinstrumenten nach der Methde vn Furier analysieren. sind in der Lage, die statistischen Grössen vn experimentellen Datensätzen krrekt zu beschreiben. 4
Kantnsschule Zug l Gymnasium Physik Ergänzungsfach 4. Fachbereich: Wahlbereich Vertiefung in die Mderne Physik Grbinhalte Kmpetenzen können Quantenphysik Spektrskpie Strömungsmechanik Relativitätstherie Astrphysik Medizinphysik Materialwissenschaften, Nan-Physik erhalten einen Einblick in mindestens ein mdernes Gebiet der Physik des 20. Jahrhunderts. lernen Prinzipien kennen, die knzeptuelle Erweiterungen der klassischen Physik erfrdern. können Fragestellungen einrdnen, die an die Grenzen der mdernen physikalischen Frschung führen. Wissen um die Grenzen sinnlicher Wahrnehmung und gegenstandsrientierter Mdellbildung. Zug, im März 2010 Fachschaft Physik 5