Experimentieren, entdecken und begreifen

Der Mensch ist von Natur aus neugierig. Vom ersten Moment seines Lebens an erkundet er die Welt um sich herum, er probiert aus und bekommt die Konsequenzen seines Handelns unmittelbar zu spüren. Bei diesem Vorgehen erschließt er sich so nach und nach seine Umwelt, es entsteht ein erster Plan von der Welt, in der er lebt. Dieses ganz ursprüngliche Interesse für die Natur und die Umwelt zu erhalten und zu fördern ist das primäre Ziel des Physikunterrichts am SteinGy.

Vorzugsweise werden Fragestellungen und Phänomene aus dem Alltag und der Umwelt der Schülerinnen und Schüler aufgegriffen. Der Unterricht soll den Schülerinnen und Schülern verdeutlichen, dass die Physik ein bedeutsamer Teil auch ihrer Lebenswelt ist und naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinn sie darin unterstützt, Situationen und Entwicklungen, insbesondere gesellschaftlich-technischer Art, einschätzen und beurteilen zu können. Dem Experiment kommt dabei in allen Jahrgangsstufen eine besondere Bedeutung zu, ist es doch, wie eingangs erwähnt, der Ausgangspunkt zur Gewinnung neuer Erkenntnisse und Einsichten. Wo immer möglich, wird dabei dem Schülerexperiment gegenüber dem Demonstrationsexperiment der Vorzug gegeben. Die Auseinandersetzung mit physikalischen Phänomenen und Fragestellungen wird in altersgemäßer, der jeweiligen Jahrgangsstufe angemessener Weise in alltagsrelevanten Kontexten entwickelt. Ebenso werden die dabei gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich ihrer Bedeutung für den Lebensalltag diskutiert und beurteilt. Besondere Errungenschaften historischer wie moderner naturwissenschaftlicher Forschung werden in einen gesellschaftlichen Kontext eingeordnet, wobei immer auch eine kritische Auseinandersetzung mit den technischen Entwicklungen und deren Folgen berücksichtigt wird. Der Physikunterricht soll so auch einen Beitrag zur individuellen Meinungsbildung bei aktuellen Diskussionen in den Medien leisten und die Schülerinnen und Schüler zu einem verantwortungsbewussten Umgang mit technischen Entwicklungen und den dafür benötigten Ressourcen anleiten.


Der Unterricht in den einzelnen Jahrgangsstufen

Die Unterstufe

Der Physikunterricht in der Unterstufe wird in der Jahrgangsstufe 6 unterrichtet. In der Mittelstufe sind es die Jahrgangsstufen 8 und 9, in denen Physikunterricht erteilt wird. Der Physikunterricht in der Unter- und Mittelstufe wird ebenso wie der naturwissenschaftliche Unterricht in den Fächern Chemie und Biologie gemäß des Lehrplans durch Inhaltsfelder strukturiert, die in einem thematischen Zusammenhang stehen und denen geeignete zusammenhängende fachliche Kontexte zugeordnet werden. Die Kontexte selbst können durch die jeweilige Fachschaft selbst festgelegt werden. Im Folgenden sollen exemplarisch einige Kontexte und ihre Einbindung in den Unterricht vorgestellt werden. In der Unterstufe bildet „Frieren, Schwitzen, Überwintern" den Rahmen, um den wichtigen Energiebegriff unter physikalischen Aspekten kennen zu lernen. Die Schülerinnen und Schüler erfahren, was man unter der Temperatur versteht, wie man sie richtig misst und lernen Wärme als Energieform kennen. Am Wärmehaushalt des eigenen Körpers genauso wie durch die Untersuchung der Anpassung von Tieren an die unterschiedlichen Jahreszeiten. Der Transport von Wärme und Möglichkeiten, diesen möglichst gut zu unterbinden, werden ebenfalls thematisiert und der Nutzen um dieses Wissen bei der Realisierung einer optimalen Dämmung bei Häusern herausgestellt. Man hat im Alltag ständig mit elektrischen Schaltungen zu tun. „Richtig schalten" greift Schaltungen wie sie im Haushalt, an Haushalts- und Gartengeräten zu finden sind auf und die Schülerinnen und Schüler werden hier angeleitet, eben solche Schaltungen im Unterricht aufzubauen und ihre Funktionsweise nachzuvollziehen. Ein Blick zum Himmel fasziniert auf ganz natürliche Weise. Im Inhaltsfeld „Sonne, Mond und Erde" wird gerade diese Faszination aufgegriffen, um Phänomene der Optik wie Licht, dessen Ausbreitung und die Entstehung von Schatten zu vertiefen. Auch hier werden Energieaspekte z. B. bei der Behandlung der Entstehung der Jahreszeiten erneut aufgegriffen und gefestigt. Innerhalb einzelner Unterrichtssequenzen werden auch immer wieder Kurzprojekte wie z. B. Astronomie integriert, in denen die Schülerinnen und Schüler eine Sternkarte basteln können und das gemeinsame Betrachten des Sternenhimmels bei einem abendlichen Treffen den Abschluss bildet.

Die Mittelstufe

In der Mittelstufe kann durch den Kontext „Blitze" im Zusammenhang mit der Entstehung von Gewittern in die Elektrostatik eingeführt werden, genauso bietet das Feld „Elektromagisch" diese Möglichkeit, bei dem auf spielerische Art und Weise mithilfe von Elektrisierstäben scheinbare Zauberkunststücke vollbracht werden können. Unter der Überschrift „Die Klimafalle" lassen sich sowohl Elemente der Wärmelehre als auch der Radioaktivität thematisieren. Aspekte der Elektrizitätslehre lassen sich genauso wie die Begriffe Energie und Leistung im Projekt „Planet Waschmaschine" erarbeiten. Hierbei wird der Fokus auf die Funktionsweise der Waschmaschine gelegt. Die Schülerinnen und Schüler lernen bei diesem Projekt u. a. die technischen Raffinessen kennen, mit denen man es geschafft hat, besonders energieeffiziente und damit umweltfreundliche Waschmaschinen zu entwickeln. Bei diesem Projekt, das sowohl in der Jahrgangsstufe 8 als auch in der 9. Jahrgangsstufe durchgeführt wird, arbeiten und experimentieren die Schülerinnen und Schüler mit Originalteilen einer Waschmaschine und erarbeiten daran die physikalischen Zusammenhänge zwischen Strom, Spannung und Widerstand bis hin zur elektromagnetischen Induktion und deren Anwendung bei Elektromotoren und Generatoren. Im Zusammenhang mit diesem Projekt besuchen die Schülerinnen und Schüler auch das Miele-Werk in Gütersloh. Eine weitere Exkursion steht mit dem Besuch des Universums in Bremen auf dem Programm, bei dem die Schülerinnen und Schüler einen spannenden und unterhaltsamen Einblick in Phänomene der Naturwissenschaften erhalten.

Die Oberstufe

In der Einführungsphase der Oberstufe (Jahrgangsstufe 10) orientieren sich die Untersuchungen der verschiedensten Bewegungsabläufe im Themengebiet der Mechanik ebenfalls an Bewegungsabläufen aus dem Alltag. So werden hierbei die Schülerinnen und Schüler oft selbst Teil des Experiments, wenn etwa verschiedene Fahrten mit dem Fahrrad oder dem Motorrad gefilmt und anschließend mithilfe einer Videoauswertungssoftware ausgewertet werden. Ebenso lassen sich Flugbahnen untersuchen, etwa beim Wurf eines Basketballs oder beim Weitsprung. Die mit der Videoanalyse gewonnenen Realdaten können dann anschließend mit einem Tabellenkalkulationsprogramm weiter ausgewertet werden. Die Aussagen „Das war ein perfekter Wurf oder ein perfekter Sprung" erhalten so eine ganz neue Qualität. Im Physikunterricht kann sogar das eigene Mobiltelefon als hochmodernes Experimentiergerät genutzt werden, das selbst bei komplizierten Bewegungsabläufen Messwerte aufnehmen kann, die anschließend ausgewertet werden können. Dadurch eröffnen sich viele neue Möglichkeiten und man lernt eine ganz neue Seite seines "Telefons" kennen. Im Zusammenhang von Kreisbewegungen und den dabei wirkenden Kräften werden Aspekte von Kurvenfahrten bei Fahrrad und Auto im Straßenverkehr angesprochen. Insgesamt können somit im Bereich der Mechanik viele Abläufe von Bewegungen aus den Bereichen Straßenverkehr und Sport thematisiert werden. Anhand dieser Untersuchungen gelingt es dann auch, die Bewegungen zu mathematisieren und Gesetzmäßigkeiten aufzustellen.

Der Besuch der Herbstakademie Physik in der Universität Bielefeld ist fester Bestandteil in der Einführungsphase. An diesem Tag bietet die Fachschaft ein ausgesprochen attraktives Programm an. Es werden Laborführungen angeboten, bei denen die Schülerinnen und Schüler einen Einblick in aktuelle Forschungsarbeit bekommen und an Vorlesungen zu interessanten Themen teilnehmen. Außerdem bietet dieser Tag Möglichkeiten, sich über das Physikstudium zu informieren und die sich daran anschließenden Qualifikationen sowie Berufsperspektiven kennen zu lernen. Ein Höhepunkt ist sicherlich die Experimentiershow Event-Physik, die von Studierenden der Fakultät für Physik durchgeführt wird, bei der man sehr gute Anregungen für die eigene Physikshow beim Tag der offenen Tür bekommen kann. Diese Show wird schon seit Jahren in Eigenregie von Schülerinnen und Schülern geplant und durchgeführt und findet immer sehr großen Anklang bei den zukünftigen Fünftklässlern und auch deren Eltern.

In der Qualifikationsphase in der Oberstufe (Jahrgangsstufen 11 und 12) können die Schülerinnen und Schüler Physik als Grund- oder Leistungskurs wählen. Die zu behandelnden Themenbereiche sind durch den Lehrplan festgelegt, die für das schriftliche Abitur geltenden Schwerpunkte werden jeweils zentral für einen Abiturjahrgang festgelegt.

Die Themenbereiche in der Jahrgangsstufe 11 umfassen Ladungen und Felder, Elektromagnetismus sowie mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen. Die in der Einführungsphase vermittelten Kenntnisse und methodischen Fertigkeiten, insbesondere beim Auswerten und Beurteilen von Experimenten, werden hier weiter vertieft. In der Jahrgangsstufe 12 werden die Themen Atomphysik, Kernphysik und Quantenphysik; zusätzlich im Leistungskurs auch die Relativitätstheorie unterrichtet. In der Jahrgangsstufe 11 besuchen die Schülerinnen und Schüler des Leistungskurses das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg. Bei diesem Besuch erfahren sie viel über die aktuelle Forschung mit Teilchenbeschleunigern und die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten der bei Beschleunigern entstehenden Strahlung.

Auch in der Oberstufe stehen die Experimente im Vordergrund, wenngleich auch viele Experimente wegen der aufwendigen und daher teuren Versuchsapparaturen nicht immer als Schülerexperiment für alle Kursteilnehmer zur Verfügung stehen. Oft sind es aber einzelne Schülerinnen und Schüler, die ein Demonstrationsexperiment vorbereiten, im Kurs vorführen und die Auswertung begleiten. Die Lernenden gewinnen dadurch schnell Routine im Umgang mit anspruchsvollen Experimenten. Die Bearbeitung eines Demonstrationsexperimentes hinsichtlich der Aspekte Beschreibung, Auswertung, Beurteilung und Einordnung in einen Gesamtzusammenhang ist, als Teil jeder Klausur, eine gezielte Vorbereitung auf das schriftliche Abitur, das die Bearbeitung eines Demonstrationsexperimentes verlangt.

Weiterhin wird darauf Wert gelegt, dass die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass die behandelten physikalischen Aspekte zur Beschreibung vieler in der Natur zu beobachtenden Phänomene genutzt werden können oder die Grundlage für die Funktionsweise von technischen Geräten darstellen, die jeder von uns tagtäglich nutzt.

Facharbeiten im Fach Physik

Die Facharbeiten in der Oberstufe dienen dazu, dass sich Schülerinnen und Schüler über einen längeren Zeitraum vertieft mit einem selbst gewählten und eingegrenzten Thema auseinandersetzen und dies in schriftlicher Form als wissenschaftliche Arbeit ausarbeiten. Die Facharbeit in Physik soll vorzugsweise eine Darstellung und Auswertung eines umfangreicheren Experimentes beinhalten. Durch die Zusammenarbeit mit der Universität Bielefeld, der Sternwarte Ubbedissen oder auch Firmen vor Ort, konnten auch Experimente durchgeführt werden, die normalerweise in der Schule nur schwierig zu realisieren sind. So sind in der Vergangenheit bereits beeindruckende Ergebnisse erzielt worden. Ebenfalls im Rahmen ihrer Facharbeit haben Schüler eine Vorrichtung zur Untersuchung von Drehbewegungen oder auch einen Windkanal gebaut, die nun in der Physiksammlung auch zukünftigen Schülergenerationen zur Verfügung stehen.

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