Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Erläuterung: Die prozessbezogenen Kompetenzen (PK; Lehrplan S. 18-20) wurden entsprechend der genannten Reihenfolge nummeriert und abgekürzt: E(rkenntnisgewinnung), B(ewertung), K(ommunikation). Auszug aus dem Kernlehrplan Physik 1 : Der Beitrag des Faches Physik zur naturwissenschaftlichen Grundbildung Die Physik stellt eine wesentliche Grundlage für das Verstehen natürlicher Phänomene und für die Erklärung und Beurteilung technischer Systeme und Entwicklungen dar. Durch seine Inhalte und Methoden fördert der Physikunterricht für die Naturwissenschaften typische Herangehensweisen an Aufgaben und Probleme sowie die Entwicklung einer spezifischen Weltsicht. Physikunterricht ermöglicht Weltbegegnung durch die Modellierung natürlicher und technischer Phä nomene und die Vorhersage der Ergebnisse von Wirkungszusammenhängen. Dabei spielen sowohl die strukturierte und formalisierte Beschreibung von Phänomenen als auch die Erarbeitung ihrer wesentlichen physikalischen Eigenschaften und Pa ra meter eine Rolle. Im Physikunterricht können die Schülerinnen und Schüler vielfältige Anlässe finden, die physikalische Modellierung zur Erklärung natürlicher Phänomene zu nutzen. Darüber hinaus ist die historische Entwicklung der Physik sehr gut aufgearbeitet und vielfach beschrieben. Sie bietet eine wissensch aftliche Grundlage für Unterricht über die Entwicklung von Naturwissenschaft und Technik zum Verständnis wissenschaftlicher Forschung und Erkenntnisgewinnung. Das Experiment hat eine zentrale Bedeutung für die naturwissenschaftliche Erkenntnismethode und somit auch eine zentrale Stellung im Physikunterricht. Im Hinblick auf die anzustrebenden prozessbezogenen Kompetenzen kommt den Schülerexperimenten eine herausgehobene Bedeutung zu. Somit wird im Physikunterricht eine Grundlage für die Auseinandersetzung mit naturwissenschaftlichen Themen und ihren gesellschaftlichen Zusammenhängen gelegt. Zudem leistet er einen Beitrag zur Vorbereitung auf die gymnasiale Oberstufe sowie auf technische Berufe und ermöglicht damit anschlussfähiges Wissen. Für das Verständnis physikalischer Zusammenhänge ziehen Schülerinnen und Schüler Kompetenzen und Erkenntnisse aus dem Biologie- und Chemieunterricht heran. Auf diese Weise werden eigene Sichtweisen und Bezüge der Fächer aufeinander, aber auch deren Abgrenzungen erfahrbar. 1 http://www.schulentwicklung.nrw.de/lehrplaene/upload/lehrplaene_download/gymnasium_g8/gym8_physik.pdf, 3.9.2016 Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 1
Klasse 5-6 Klasse 5-6: Die Inhaltsfelder Temperatur und Energie, Elektrizität und Das Licht und der Schall müssen in der hier angegebenen Reihenfolge erarbeitet werden. Innerhalb der Inhaltsfelder ist die Reihenfolge der fachlichen Kontexte frei wählbar, allerdings muss der inhaltliche Bereich der Akustik vor dem Bereich der Optik behandelt werden. Inhaltsfelder Temperatur und Energie Thermometer, Temperaturmessung, Volumen- und Längenänderung bei Erwärmung und Abkühlung, Aggregatzustände (Teilchenmodell) Energieübergang zwischen Körpern verschiedener Temperatur Sonnenstand Fachliche Kontexte Sonne Temperatur Jahreszeiten Was sich mit der Temperatur alles ändert Leben bei verschiedenen Temperaturen Die Sonne unsere wichtigste Energiequelle Jahrgangsstufe 5 Konzeptbezogene Kompetenzen, spezielle Prozessbezogene Kompetenzen (PK) an Beispielen beschreiben, dass sich bei Stoffen die Aggregatzustände durch Aufnahme bzw. Abgabe von thermischer Energie (Wärme) verändern Aggregatzustände, Aggregatzustandsübergänge auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben (PK: B1, B8) an Vorgängen aus ihrem Erfahrungsbereich Speicherung, Transport und Umwandlung von Energie aufzeigen an Beispielen energetische Veränderungen an Körpern und die mit ihnen verbundenen Energieübertragungsmechanismen einander zuordnen den Sonnenstand als eine Bestimmungsgröße für die Temperaturen auf der Erdoberfläche erkennen. Basiskonzepte, fachübergreifende Aspekte, übergeordnete Fragestellungen Materie, Energie, System, (Wechselwirkung) Überwinterung von Tieren Teilchenmodell, Energie bei Reaktionen Elektrizität Sicherer Umgang mit Elektrizität, Stromkreise, Leiter und Isolatoren, UND-, ODER- und Wechselschaltung, Dauermagnete und Elektromagnete, Magnetfelder, Elektrizität im Alltag Schülerinnen und Schüler experimentieren mit einfachen Stromkreisen Was der Strom alles kann (Geräte im Alltag) Schülerinnen und Schüler untersuchen ihre eigene Fahrradbeleuchtung geeignete Maßnahmen für den sicheren Umgang mit elektrischem Strom beschreiben. an Beispielen erklären, dass das Funktionieren von Elektrogeräten einen geschlossenen Stromkreis voraussetzt. einfache elektrische Schaltungen planen und aufbauen. beim Magnetismus erläutern, dass Körper ohne direkten Kontakt eine anziehende oder abstoßende Wirkung aufeinander ausüben können. System, Energie, Materie, Wechselwirkung Energie Ernährung chemische Wirkung des elektrischen Stroms übergeordnete Fragestellung: Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 2
Nennspannungen von elektrischen Quellen und Verbrauchern, Wärmewirkung des elektrischen Stroms, Sicherung Messgeräte erweitern die Wahrnehmung an Beispielen aus ihrem Alltag verschiedene Wirkungen des elektrischen Stromes aufzeigen und unterscheiden. an Vorgängen aus ihrem Erfahrungsbereich Speicherung, Transport und Umwandlung von Energie aufzeigen. Umweltschutz Energiesparen Einführung der Energie über Energiewandler und Energietransportketten in Transportketten Energie halbquantitativ bilanzieren und dabei die Idee der Energieerhaltung zugrunde legen. an Beispielen zeigen, dass Energie, die als Wärme in die Umgebung abgegeben wird, in der Regel nicht weiter genutzt werden kann (PK: B10) Schwerpunkte Prozessbezogene Kompetenzen Jahrgangsstufe 5: E1, E4, E5, E10, K2, K3, K4, K7 Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 3
Inhaltsfelder Elektrizität Schwerpunkt: Magnetismus Sicherer Umgang mit Elektrizität, Stromkreise, Leiter und Isolatoren, UND-, ODER- und Wechselschaltung, Dauermagnete und Elektromagnete, Magnetfelder, Nennspannungen von elektrischen Quellen und Verbrauchern, Wärmewirkung des elektrischen Stroms, Sicherung Einführung der Energie über Energiewandler und Energietransportketten Fachliche Kontexte Elektrizität im Alltag Schülerinnen und Schüler experimentieren mit einfachen Stromkreisen Was der Strom alles kann (Geräte im Alltag) Schülerinnen und Schüler untersuchen ihre eigene Fahrradbeleuchtung Messgeräte erweitern die Wahrnehmung Jahrgangsstufe 6 Konzeptbezogene Kompetenzen, spezielle Prozessbezogene Kompetenzen (PK) geeignete Maßnahmen für den sicheren Umgang mit elektrischem Strom beschreiben. an Beispielen erklären, dass das Funktionieren von Elektrogeräten einen geschlossenen Stromkreis voraussetzt. einfache elektrische Schaltungen planen und aufbauen. beim Magnetismus erläutern, dass Körper ohne direkten Kontakt eine anziehende oder abstoßende Wirkung aufeinander ausüben können. an Beispielen aus ihrem Alltag verschiedene Wirkungen des elektrischen Stromes aufzeigen und unterscheiden. an Vorgängen aus ihrem Erfahrungsbereich Speicherung, Transport und Umwandlung von Energie aufzeigen. in Transportketten Energie halbquantitativ bilanzieren und dabei die Idee der Energieerhaltung zugrunde legen. an Beispielen zeigen, dass Energie, die als Wärme in die Umgebung abgegeben wird, in der Regel nicht weiter genutzt werden kann (PK: B10) Basiskonzepte, fachübergreifende Aspekte, übergeordnete Fragestellungen System, Energie, Materie, Wechselwirkung Energie Ernährung chemische Wirkung des elektrischen Stroms übergeordnete Fragestellung: Umweltschutz Energiesparen Das Licht und der Schall Schallquellen und Schallempfänger, Schallausbreitung Tonhöhe und Lautstärke Licht und Sehen, Lichtquellen und Lichtempfänger Sehen und Hören Sicher im Straßenverkehr Augen und Ohren auf! Physik und Musik Sonnen- und Mondfinsternis Schwingungen als Ursache von Schall und Hören als Aufnahme von Schwingungen durch das Ohr identifizieren geeignete Schutzmaßnahmen gegen die Gefährdungen durch Schall und Strahlung nennen (PK: B3, B5) Grundgrößen der Akustik nennen Auswirkungen von Schall auf Menschen im Alltag erläutern System, Wechselwirkung Gesundheit Schutzmaßnahmen gegen Lärm, Sinnesorgan Ohr fachübergreifend mit Musik: Instrumentenkunde Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 4
geradlinige Ausbreitung des Lichts Schatten, Mondphasen Reflexion, Spiegel Bildentstehung und Schattenbildung sowie Reflexion mit der geradlinigen Ausbreitung des Lichts erklären fachübergreifend mit Mathematik: Geometrie Schwerpunkte Prozessbezogene Kompetenzen Jahrgangsstufe 6: E1, E4, E5, E10, K2, K3, K4, K7 Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 5
Klasse 7-9 Klasse 7-9: Die Inhaltsfelder sind in der hier angegebenen Reihenfolge zu erarbeiten. Innerhalb der Inhaltsfelder kann die Reihenfolge der fachlichen Kontexte frei gewählt werden. Inhaltsfelder Optische Instrumente, Farbzerlegung des Lichts Brechung, Reflexion, Totalreflexion und Lichtleiter Aufbau und Bildentstehung beim Auge Funktion der Augenlinse Lupe als Sehhilfe, Fernrohr Fachliche Kontexte Optik hilft dem Auge auf die Sprünge Mit optischen Instrumenten Unsichtbares sichtbar gemacht Lichtleiter in Medizin und Technik (PK: E6, E7, K5) Die ganz großen Sehhilfen: Teleskope und Spektrometer Zusammensetzung des weißen Lichts Die Welt der Farben Jahrgangsstufe 7 Konzeptbezogene Kompetenzen, spezielle Prozessbezogene Kompetenzen (PK) Absorption, und Brechung von Licht beschreiben die Funktion von Linsen für die Bilderzeugung und den Aufbau einfacher optischer Systeme beschreiben (PK: E9) technische Geräte hinsichtlich ihres Nutzens für Mensch und Gesellschaft und ihrer Auswirkungen auf die Umwelt beurteilen (PK: B3, B6, B10) Infrarot-, Licht- und Ultraviolettstrahlung unterscheiden und mit Beispielen ihre Wirkung beschreiben (PK: B5) Basiskonzepte, fachübergreifende Aspekte, übergeordnete Fragestellungen System, Wechselwirkung, (Materie) Gesundheit Schutzmaßnahmen gegen Strahlung, Sinnesorgan Auge; Mikroskop fachübergreifend mit Mathematik: Gleichungsumformungen, Geometrie fachübergreifend mit Kunst und Chemie: Farben Schwerpunkte Prozessbezogene Kompetenzen Jahrgangsstufe 7: E4, E9, K1, K2, K8, B5 Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 6
Inhaltsfelder Kraft, Druck, mechanische und innere Energie Geschwindigkeit Kraft als vektorielle Größe, Zusammenwirken von Kräften Gewichtskraft und Masse Fachliche Kontexte Werkzeuge und Maschinen erleichtern die Arbeit 100 m in 10 Sekunden (Physik und Sport) Werkzeuge und Maschinen erleichtern die Arbeit Einfache Maschinen: Kleine Kräfte, lange Wege Jahrgangsstufe 8 Konzeptbezogene Kompetenzen, spezielle Prozessbezogene Kompetenzen (PK) Bewegungsänderungen oder Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen Kraft und Geschwindigkeit als vektorielle Größen beschreiben Basiskonzepte, fachübergreifende Aspekte, übergeordnete Fragestellungen, Wechselwirkung, System, Energie, Materie fachübergreifend mit Sport: Kraft, Schwimmen Hebel und Flaschenzug mechanische Arbeit und Energie, Energieerhaltung Druck, Auftrieb in Flüssigkeiten Anwendungen der Hydraulik (PK: B3) Tauchen in Natur und Technik die Beziehung und den Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft beschreiben die Wirkungsweisen und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern an Beispielen beschreiben Druck als physikalische Größe quantitativ beschreiben und in Beispielen anwenden Wechselwirkung, System, Energie, Materie fachübergreifend mit Sport: Kraft, Schwimmen Schweredruck und Auftrieb formal beschreiben und in Beispielen anwenden verschiedene Stoffe bzgl. ihrer thermischen, mechanischen oder elektrischen Stoffeigenschaften vergleichen Schwerpunkte Prozessbezogene Kompetenzen Jahrgangsstufe 8: E2, E8, E10, K8, B6, B7 Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 7
Inhaltsfelder Elektrizität Einführung von Stromstärke und Ladung, Eigenschaften von Ladung elektrische Quelle und elektrischer Verbraucher Unterscheidung und Messung von Spannungen und Stromstärken, Spannungen und Stromstärken bei Reihen- und Parallelschaltungen elektrischer Widerstand, Ohm sches Gesetz Fachliche Kontexte Elektrizität messen, verstehen, anwenden Elektroinstallationen und Sicherheit im Haus (PK: E10) Autoelektrik Hybridantrieb Elektrizität messen, verstehen, anwenden Elektroinstallationen und Sicherheit im Haus (PK: E10) Autoelektrik Hybridantrieb Jahrgangsstufe 9 Konzeptbezogene Kompetenzen, spezielle Prozessbezogenen Kompetenzen (PK) verschiedene Stoffe bzgl. ihrer thermischen, mechanischen oder elektrischen Stoffeigenschaften vergleichen die elektrischen Eigenschaften von Stoffen (Ladung und Leitfähigkeit) mit Hilfe eines einfachen Kern- Hülle-Modells erklären (PK: E11, B1) die Stärke des elektrischen Stroms zu seinen Wirkungen in Beziehung setzen und die Funktionsweise einfacher elektrischer Geräte darauf zurückführen (PK: E10) die elektrischen Eigenschaften von Stoffen (Ladung und Leitfähigkeit) mit Hilfe eines einfachen Kern- Hülle-Modells erklären (PK: E11, B1) die Spannung als Indikator für durch Ladungstrennung gespeicherte Energie beschreiben Basiskonzepte, fachübergreifende Aspekte, übergeordnete Fragestellungen System, Energie, Materie, Wechselwirkung fachübergreifend mit Mathematik: Anfertigen und Auswerten von Diagrammen Atommodell System, Energie, Materie, Wechselwirkung fachübergreifend mit Mathematik: Anfertigen und Auswerten von Diagrammen den quantitativen Zusammenhang von Spannung, Ladung und gespeicherter bzw. umgesetzter Energie zur Beschreibung energetischer Vorgänge in Stromkreisen nutzen die Beziehung von Spannung, Stromstärke und Widerstand in elektrischen Schaltungen beschreiben und anwenden (PK: E5, K6) umgesetzte Energie und Leistung in elektrischen Stromkreisen aus Spannung und Stromstärke bestimmen Atommodell Radioaktivität und Kernenergie Radioaktivität und Kernenergie Grundlagen, Anwendungen und Verantwortung experimentelle Nachweismöglichkeiten für radioaktive Strahlung beschreiben Materie, Energie, Wechselwirkung, (System) Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 8
Aufbau der Atome ionisierende Strahlung (Arten, Reichweiten, Zerfallsreihen, Halbwertzeit) Strahlennutzen, Strahlenschäden und Strahlenschutz Kernspaltung Nutzen und Risiken der Kernenergie Radioaktivität und Kernenergie Nutzen und Gefahren Strahlendiagnostik und Strahlentherapie Kernkraftwerke und Fusionsreaktoren die Wechselwirkung zwischen Strahlung, insbesondere ionisierender Strahlung, und Materie sowie die daraus resultierenden Veränderungen der Materie beschreiben und damit mögliche medizinische Anwendungen und Schutzmaßnahmen erklären (PK: B5) Eigenschaften von Materie mit einem angemessenen Atommodell beschreiben die Entstehung von ionisierender Teilchenstrahlung beschreiben übergeordnete Fragestellungen: Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung, Nutzung der Kernenergie, Verantwortung der Naturwissenschaften, Gesundheit Atomaufbau, radioaktive Isotope Eigenschaften und Wirkungen verschiedener Arten radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung nennen Prinzipien von Kernspaltung und Kernfusion auf atomarer Ebene beschreiben Zerfallsreihen mithilfe der Nuklidkarte identifizieren Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung bewerten (PK: B5) Energie, Leistung, Wirkungsgrad Energie und Leistung in Mechanik, Elektrik und Wärmelehre Elektromotor und Generator Aufbau und Funktionsweise eines Kraftwerkes regenerative Energieanlagen Energieumwandlungsprozesse, Effiziente Energienutzung: eine wichtige Zukunftsaufgabe der Physik Strom für zu Hause Das Blockheizkraftwerk Energiesparhaus Verkehrssysteme und Energieeinsatz in relevanten Anwendungszusammen-hängen komplexere Vorgänge energetisch beschreiben und dabei Speicherungs-, Transport-, Umwandlungsprozesse erkennen und darstellen die Energieerhaltung als ein Grundprinzip des Energiekonzepts erläutern und sie zur quantitativen energetischen Beschreibung von Prozessen nutzen die Verknüpfung von Energieerhaltung und Energieentwertung in Prozessen aus Natur und Technik (z. B. in Fahrzeugen, Wärmekraftmaschinen, Kraftwerken usw.) erkennen und beschreiben Energie, System, Wechselwirkung übergeordnete Fragestellungen: Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung, Umweltschutz Effiziente Energienutzung Energiefluss, Stoffkreisläufe, Treibhauseffekt Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 9
Wirkungsgrad Erhaltung und Umwandlung von Energie an Beispielen Energiefluss und Energie-entwertung quantitativ darstellen den quantitativen Zusammenhang von umgesetzter Energiemenge (bei Energieumsetzung durch Kraftwirkung: Arbeit), Leistung und Zeitdauer des Prozesses kennen und in Beispielen aus Natur und Technik nutzen Temperaturdifferenzen, Höhenunterschiede, Druckdifferenzen und Spannungen als Voraussetzungen für und als Folge von Energieübertragung an Beispielen aufzeigen Lage-, kinetische und durch den elektrischen Strom transportierte sowie thermisch übertragene Energie (Wärmemenge) unterscheiden, formal beschreiben und für Berechnungen nutzen beschreiben, dass die Energie, die wir nutzen, aus erschöpfbaren oder regenerativen Quellen gewonnen werden kann die Notwendigkeit zum Energiesparen begründen sowie Möglichkeiten dazu in ihrem persönlichen Umfeld erläutern den Aufbau eines Elektromotors beschreiben und seine Funktion mit Hilfe der magnetischen Wirkung des elektrischen Stromes erklären (PK: K8) den Aufbau von Generator und Transformator beschreiben und ihre Funktionsweisen mit der elektromagnetischen Induktion erklären (PK: K8) verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung, -aufbereitung und -nutzung unter physikalischtechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten vergleichen und bewerten sowie deren gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz diskutieren Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 10
den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären (z. B. Kraftwerke, medizinische Geräte, Energieversorgung) Energieflüsse in den oben genannten offenen Systemen beschreiben technische Geräte und Anlagen unter Berücksichtigung von Nutzen, Gefahren und Belastung der Umwelt vergleichen und bewerten und Alternativen erläutern die Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine erklären Schwerpunkte Prozessbezogene Kompetenzen Jahrgangsstufe 9: E3, E6, E7, E9, K2, K7, K8, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B10 Freiherr-vom-Stein-Gymnasium Schulinterner Lehrplan Physik Sekundarstufe I Stand: September 2016 Seite 11