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Gymnasium Bethel

Physik in der Oberstufe

Profil Naturwissenschaften

In der Oberstufe gehören Grund- und Leistungskurs Physik zum Angebot unserer Schule.

Der Leistungskurs Physik wird an unserer Schule als „Leitfachkurs“ unterrichtet. Die Lehrer und Lehrerinnen der Leitfachkurse begleiten, ähnlich wie die Klassenlehrer und Klassenlehrerinnen, die Schülerinnen und Schüler bis zum Abitur.

In der Einführungsphase gibt es neben dem 3-stündigen Unterricht in Physik einen Vertiefungskurs, in dem die Themen aus dem Unterricht vertieft und mit weiteren praktischen Beispielen ergänzt werden können. Es finden Exkursionen zu z.B. Windkraftanlagen statt, um gemeinsam mit der Klima-AG den Umweltgedanken in den Unterricht einzubringen. Beim BINGO-Tag lernen wir die Firma Krause Biagosch kennen. Wir besuchen die Universität, um einen Einblick in die Forschungsarbeit an der Universität zu erhalten oder bei der „Herbstakademie“ einen Einblick in das Studium der Physik. Ein Besuch im Heidepark Soltau erlaubt, Beschleunigungen mit einer Handy-App selbst zu messen und bei dem Besuch der PHAENO-Ausstellung in Wolfsburg kann mit spannenden Exponaten experimentiert werden.

In der Qualifikationsphase in Jahrgang 12 gibt es zusätzlich zum 5-stündigen Unterricht einen Projektkurs mit dem Rahmenthema „Das Haus der Zukunft“. Aspekte dazu sind z.B. Solarthermie, Photovoltaik, Wärmepumpen, kontrollierte Wohnungslüftung, Isolation, Gasbrennwertheizung, Pelletheizung, Windkraft, Energiespeichermöglichkeiten, Smart Home, usw. Die Schüler und Schülerinnen führen ein Projekt zu diesem Thema durch und machen ein 3-wöchiges Praktikum in einem geeigneten Betrieb.

Windkraftanlage selbst gebaut.

Physikunterricht in der gymnasialen Oberstufe:

Physikunterricht in der gymnasialen Oberstufe knüpft an den Unterricht in der Sekundarstufe I an und vermittelt, neben grundlegenden Kenntnissen und Qualifikationen, Einsichten auch in komplexere Naturvorgänge sowie für das Fach typische Herangehensweisen an Aufgaben und Probleme. Die Betrachtung und Erschließung von komplexen Ausschnitten der Lebenswelt unter physikalischen Aspekten erfordert von ihnen in hohem Maße Kommunikations- und Handlungsfähigkeit. Zur Erfüllung dieser Aufgaben und zum Erreichen der Ziele vermittelt der Physikunterricht in der gymnasialen Oberstufe fachliche und fachmethodische Inhalte unter Berücksichtigung von Methoden und Formen selbstständigen und kooperativen Arbeitens. Lernen in Kontexten bedeutet, dass Fragestellungen aus der Praxis der Forschung, technische und gesellschaftliche Fragestellungen und solche aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler den Rahmen für Unterricht und Lernprozesse bilden.

Aufgabe der Einführungsphase ist es, Schülerinnen und Schüler auf einen erfolgreichen Lernprozess in der Qualifikationsphase vorzubereiten. Wesentliche Ziele bestehen darin, neue fachliche Anforderungen der gymnasialen Oberstufe, u.a. bezüglich einer verstärkten Formalisierung, Systematisierung und reflexiven Durchdringung sowie einer größeren Selbstständigkeit beim Erarbeiten und Bearbeiten fachlicher Fragestellungen und Probleme zu verdeutlichen und einzuüben. Insbesondere in dieser Phase ist für uns eine individuelle Förderung von Schülerinnen und Schülern mit teilweise heterogenen Bildungsbiographien von besonderer Bedeutung.

In der Qualifikationsphase findet der Unterricht im Fach Physik in einem Kurs auf grundlegendem Anforderungsniveau (Grundkurs) oder in einem Kurs auf erhöhtem Anforderungsniveau (Leistungskurs) statt. Während in beiden Kursarten das Experiment im Zentrum stehen sollte, unterscheiden sich die beiden Kursarten deutlich hinsichtlich der zu erreichenden fachlichen Tiefe.
Insbesondere im Grundkurs basiert der Unterricht auf der experimentellen Methode, da diese den besonderen Charakter der Physik als empirischer Wissenschaft verdeutlicht. Während die Inhalte und Methoden im Grundkurs mit einem klaren Fokus auf ausgewählten Fragestellungen stark exemplarisch erarbeitet werden, werden die Inhalte und Methoden im Leistungskurs aus verschiedenen Perspektiven in den Blick genommen, im Rahmen vielfältiger Kontexte vermittelt und im Verlaufe des Unterrichts stärker vernetzt, als dies im Grundkurs möglich ist. Im Grund- wie auch im Leistungskurs sollen Schlüsselqualifikationen entwickelt werden, die zur vertieften Allgemeinbildung und zur Studierfähigkeit beitragen.
Vier wichtige Kompetenzen (Umgang mit Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation sowie Bewertung) sollen am Beispiel der nachfolgend aufgelisteten Inhaltsbereiche erworben werden.

Einführungsphase:

Wesentliche Aspekte des Inhaltsfelds Mechanik markieren den Beginn und die Grundlagen der Physik nach heutigem Verständnis. Der Bereich Mechanik beinhaltet die Analyse und Beschreibung von Bewegungen und von Kräften und deren Einfluss auf Bewegungsänderungen sowie von Energie- und Impulserhaltung. Bedeutsam sind hier auch grundlegende Gesetzmäßigkeiten der Gravitation und von Schwingungen und Wellen. Im Bereich Mechanik entwickeln sich zentrale Konzepte und Sichtweisen, die für das Verstehen der Physik in allen Bereichen einen fundamentalen Referenzrahmen bilden.

Qualifikationsphase:

Grundkurs:
Im Inhaltsfeld Quantenobjekte dienen das Photon und das Elektron als zwei beispielhafte Quantenobjekte, die beide in unterschiedlichen Experimenten sowohl Teilchen- als auch Wellencharakter zeigen. In der Quantenmechanik gelingt die Aufhebung dieses Welle-Teilchen-Dualismus’. Die Sicht auf Quantenobjekte verbindet Wellen- und Teilchenaspekt der Materie mithilfe von Wahrscheinlichkeitsaussagen. Die Quantenphysik stellt neben der Relativitätstheorie eine der Säulen der modernen Physik dar.
Im Inhaltsfeld Elektrodynamik stehen physikalische Grundlagen der Versorgung mit elektrischer Energie im Vordergrund. Die elektromagnetische Induktion spielt hier eine wesentliche Rolle sowohl bei der Erzeugung elektrischer Spannung als auch bei der Verteilung der elektrischen Energie. Elektrodynamische Vorgänge haben in weiten Bereichen unseres täglichen Lebens vielfältige und umfangreiche Anwendung gefunden und beeinflussen unser tägliches Leben in deutlichem Maße.
Das Inhaltsfeld Strahlung und Materie beinhaltet den Aufbau des Atoms aus Elementarteilchen, die Entstehung des Lichts in der Hülle der Atome, die Emission und Ausbreitung ionisierender Strahlung aus den radioaktiven Isotopen der Materie sowie deren Einfluss auf den Menschen und auf Materie. Diese Kenntnisse bieten Entscheidungsgrundlagen zum Umgang mit ionisierender Strahlung. Einblicke in Verfahrensweisen der aktuellen theoretischen und experimentellen physikalischen Forschung ermöglichen ein grundlegendes Verständnis neuerer Modelle zum Aufbau der Materie.
Das Inhaltsfeld Relativität von Raum und Zeit liefert einen Einblick in die spezielle Relativitätstheorie. Aus der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit lassen sich Phänomene wie die Zeitdilatation auch quantitativ begründen. Die Ergebnisse der (speziellen) Relativitätstheorie scheinen unserer täglichen Erfahrung zu widersprechen, da Zeit und Raum „relativ“ sind. Der für diese Veränderungen von Raum und Zeit entscheidende Term ist der sog. relativistische Faktor. Weitere Resultate der speziellen Relativitätstheorie, sind Vorhersagen zur der Veränderlichkeit der Masse und der Energie-Masse Äquivalenz.

Leistungskurs:
Das Inhaltsfeld Relativitätstheorie umfasst inhaltliche Aspekte der speziellen Relativitätstheorie wie die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, Zeitdilatation und Längenkontraktion, relativistische Massenzunahme, Äquivalenz von Masse und Energie sowie einen Ausblick auf Grundaussagen der allgemeinen Relativitätstheorie. Die Relativitätstheorie hat Naturzusammenhänge aufgedeckt, die sich der unmittelbaren Erfahrung und der anschaulichen Vorstellung zu entziehen scheinen, die sich aber mathematisch exakt beschreiben lassen und inzwischen auch experimentell vielfältig bestätigt sind. Die Relativitätstheorie hat das Verständnis von Raum und Zeit zu Beginn des 20. Jahrhunderts und damit wesentliche Grundanschauungen der Physik revolutioniert.
Im Inhaltsfeld Elektrik werden Eigenschaften elektrischer Ladungsträger und ihr Verhalten in elektrischen und magnetischen Feldern untersucht. Weitere Schwerpunkte liegen auf den Beziehungen zwischen elektrischen und magnetischen Erscheinungen, insbesondere auf der Beschreibung von elektromagnetischer Induktion und von elektromagnetischen Schwingungen und Wellen. Die Elektrik stellt neben der Mechanik den zweiten Teil der klassischen Beschreibung der physikalischen Natur dar. Sie liefert fundamentale Aussagen über elektrische und magnetische Sachverhalte, die in weiten Bereichen unseres täglichen Lebens vielfältige Anwendung gefunden haben und unser tägliches Leben in deutlichem Maße beeinflussen.
Das Inhaltsfeld Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik beinhaltet den Aufbau des Atoms, seiner Hülle und seines Kerns sowie den Aufbau der Materie im Kleinsten nach dem so genannten Standardmodell. Inhalte sind außerdem ionisierende Strahlung und radioaktiver Zerfall von Atomkernen sowie Kernumwandlungen durch Kernspaltung und Kernfusion. Die Behandlung von Atom- und Kernphysik bietet einerseits einen Einblick in den Aufbau der Materie unter dem Aspekt des Wandels historischer Atommodelle und liefert andererseits Entscheidungsgrundlagen für die Einschätzung des Für und Wider im Umgang mit ionisierender Strahlung und der Nutzung von Kernenergie.
Im Inhaltsfeld Quantenphysik geht es um Eigenschaften von Photonen und Elektronen als Quantenobjekte, um den Welle-Teilchen-Dualismus und seine Aufhebung durch die Wahrscheinlichkeitsinterpretation, um Abgrenzungen und Unterschiede zwischen Ideen der klassischen Physik und der Quantenphysik und um Ansätze quantenphysikalischer Atommodelle. Die Sicht auf Quantenobjekte verbindet Wellen- und Teilchenaspekt der Materie mithilfe von Wahrscheinlichkeitsaussagen. Sie stellt neben der Relativitätstheorie eine der Säulen der modernen Physik dar.

Präsentation der Projektergebnisse.