Fachbereich Mathematik/Naturwissenschaften/Mint 16 Mathematik Fachcurriculum Mathematik – Leitbildbezug

Inhalte Jahrgangsstufe 8

Thema Wasser

Von der Chemie des Wassers bis zur chemischen und biologischen Gewässergüte der Ruhr

1. 
   - Praktikum im Wasserlabor der FHS und an der Ruhr
   
2. 
   - Besichtigung der Trinkwasseraufbereitung der DEW
   
3. 
   - Abwasserreinigung
   
4. 
   - Historische Entwicklung von Ruhr und Emscher
   

Thema Boden

Chemische und biologische Zusammensetzung des Bodens

5. 
   - Bodenorganismen, Bodenuntersuchungen
   
6. 
   - Wachstumsversuche mit Pflanzen
   

Thema Robotik (Wahlmöglichkeit)

Simulation von Ameisen mit Roberta (Lego Mind NXT Roboter)

Inhalte Jahrgangsstufe 9

Thema Atmosphäre

Unsere Atmosphäre

7. 
   - Chemie der Gase der Luft
   
8. 
   - Entstehung der Atmosphäre
   
9. 
   - Treibhauseffekt und Klimawandel
   

Thema Energie

Energiequellen – heute und in Zukunft

10. 
    - Erzeugung erneuerbarer Energien einschließlich Praktikum
    
11. 
    - Energiesparen mit dem besonderen Aspekt der Gebäudeplanung
    

(Materialien der Ingenieurkammer-Bau NRW)

2.3.20 Physik
Oft bewegen wir uns im Alltag wie selbstverständlich zwischen Naturerscheinungen und technischen Abläufen. Wir nehmen sie kaum noch wahr oder machen uns Gedanken darüber.

Das Wechselspiel zwischen den Erkenntnissen von Physik, Chemie und Biologie und deren technischen Anwendungen bewirken Fortschritte auf vielen Gebieten und prägen unsere Gesellschaft in allen Bereichen.

Um in einer hochtechnisierten Welt Entscheidungen zu verstehen oder verantwortungsvoll vornehmen zu können, ist eine naturwissenschaftliche Grundbildung (scientific literacy) notwendig, die die Menschen in die Lage versetzt, naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden, naturwissenschaftliche Fragen in einem komplexen Zusammenhang zu erkennen sowie fundierte Schlussfolgerungen zu ziehen.

Dabei ist es nötig, wichtige Phänomene in Natur und Technik zu (er)kennen, Wechselwirkungen und Zusammenhänge zu durchschauen, die Fachsprache der naturwissenschaftlichen Fächer zu verstehen, Ergebnisse zur Sprache zu bringen, um sie in einem größeren Zusammenhang diskutieren zu können.

Physikunterricht modelliert natürliche und technische Phänomene und trifft Vorhersagen von Ergebnissen physikalisch-technischer Systeme.

Dem Experiment und auch dem Schülerexperiment kommt eine zentrale Bedeutung zu im Rahmen naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung und somit auch für den Physik­unterricht.

Die Einordnung der Physik in den Bildungskanon

Naturwissenschaft und Technik prägen unsere Gesellschaft in allen Bereichen und bilden heute einen bedeutenden Teil unserer kulturellen Identität. Das Wechselspiel zwischen naturwissenschaftlicher Erkenntnis und technischer Anwendung bewirkt Fortschritte auf vielen Gebieten. Andererseits birgt die naturwissenschaftlich-technische Entwicklung auch Risiken, die erkannt, bewertet und beherrscht werden müssen. Hierzu ist das Wissen aus den naturwissenschaftlichen Fächern nötig.

Naturwissenschaftliche Bildung ermöglicht dem Individuum eine aktive Teilhabe an gesellschaftlicher Kommunikation und Meinungsbildung über technische Entwicklung und naturwissenschaftlicher Forschung und ist deshalb wesentlicher Bestandteil von Allgemein­bildung. Ziel naturwissenschaftlicher Grundbildung ist es, Probleme erfahrbar zu machen, die Sprache und Historie der Naturwissenschaften zu verstehen, ihre Ergebnisse zu kommunizieren sowie sich mit ihren spezifischen Methoden der Erkenntnisgewinnung und deren Grenzen auseinander zu setzen.
Darüber hinaus bietet naturwissenschaftliche Grundbildung eine Orientierung für naturwissenschaftlich-technische Berufsfelder und schafft Grundlagen für anschlussfähiges, berufsbezogenes Lernen.
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 das Fach typische Herangehensweisen an Aufgaben und Probleme sowie die Entwicklung einer spezifischen Weltsicht. Physik ermöglicht Weltbegegnung durch die Modellierung natürlicher, technischer Phänomene und die Vorhersage der Ergebnisse von Wirkungszusammenhängen. Im Physikunterricht können die Schüler/-innen vielfältige Anlässe finden, die physikalische Modellierung natürlicher Phänomene zur Erklärung zu nutzen.
Die Stundentafel Physik in der Sekundarstufe I

Mit der Verkürzung der Schulzeit in der Sekundarstufe I geht keine wesentliche Kürzung in den Inhalten parallel. Es wurde die Stundentafel für die FHS wie folgt geändert:

Klasse 5: 2 Stunden

Klasse 8: 2 Stunden

Klasse 9: 2 Stunden
Die Aufgaben des schulinternen Curriculums

Jede Fachschaft ist verpflichtet, die äußeren Vorgaben (s.o.) in ein schulinternes Curriculum umzusetzen, das in besonderen Gegebenheiten der Schule Rechnung trägt.

Die Inhalte sind wie bisher schon für jedes Schuljahr verbindlich vergeben. Am Ende der Klasse 9 sollen dann alle Schüler den gleichen Ausbildungsstand haben.
Neu ist die Festlegung auf eine Reihe von Schlüsselexperimenten, von denen möglichst viele in den Unterricht Eingang finden sollen. Mit der Nennung der prozessbezogenen Kompetenzen wird insgesamt für alle Beteiligten eine möglichst große Transparenz des Unterrichts „ Physik “ erreicht.
Gliederung des Curriculums – die Kompetenzbereiche

Die in vier prozessbezogenen Kompetenzbereiche festgelegten Standards beschreiben die notwendige physikalische Grundbildung:

Fachwissen Physikalische Phänomene, Begriffe, Prinzipien,

Fakten, Gesetzmäßigkeiten kennen und

Basiskonzepten zuordnen
Erkenntnisgewinnung Experimentelle und andere Untersuchungs-

methoden sowie Modelle nutzen. Dies ist ein

Prozess, der durch folgende Tätigkeiten

beschrieben werden kann:

Wahrnehmen, Ordnen, Erklären, Prüfen

und Modelle bilden.

Kommunikation Informationen sach- und fachbezogen

erschließen und austauschen

Bewertung Physikalische Sachverhalte in verschiedenen

Kontexten erkennen und bewerten

Physikalisches Fachwissen wird durch die vier konzeptbezogenen Kompetenzbereiche Materie, Wechselwirkung, System und Energie charakterisiert.
Es beinhaltet Wissen über Phänomene, Begriffe, Bilder, Modelle und deren Gültigkeits­bereiche sowie über funktionale Zusammenhänge und Strukturen.
Als strukturierter Wissensbestand bildet das Fachwissen die Basis zur Bearbeitung physikalischer Probleme und Aufgaben.
Jedem der Kompetenzbereiche werden in der oben genannten Vereinbarung und auch im Entwurf des Landes NRW Standards zugeordnet, die insbesondere für den Bereich Fachwissen weiter konkretisiert wurden, in drei Anforderungsbereichen:
Bis Ende Klasse 6 und in zwei Stufen bis Ende Klasse 9.

In diesem Curriculum wird ein Unterrichtsgang entworfen, der alle konzeptbezogenen Kompetenzen für das physikalische Fachwissen abdeckt und somit die formalen Voraussetzungen für einen erfolgreichen Unterricht in der Sekundarstufe II liefert.

Die prozessbezogenen Kompetenzen

Die prozessbezogenen Kompetenzen der drei Bereiche Erkenntnisgewinnung, Bewertung und Kommunikation können nicht eindeutig an bestimmten Inhalten festgemacht werden. Daher werden diese Kompetenzen hier so aufgelistet, wie es auch in der Vereinbarung der KMK geschieht. Dies ist die ausformulierte Basis, auf der jeder Fachlehrer auch bisher seinen Unterricht plante.

Prozessbezogene Kompetenzen / Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung

Schülerinnen und Schüler …

(E1)

beobachten und beschreiben Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung.

(E2)

erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe physikalischer und anderer Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind.

(E3)

analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen und systematisieren diese Vergleiche.

(E4)

führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch, protokollieren diese, verallgemeinern und abstrahieren Ergebnisse ihrer Tätigkeit und idealisieren gefundene Messdaten.

(E5)

dokumentieren die Ergebnisse ihrer Tätigkeit in Form von Texten, Skizzen, Zeichnungen, Tabellen oder Diagrammen auch computergestützt.

(E6)

recherchieren in unterschiedlichen Quellen (Print- und elektronische Medien) und werten die Daten, Untersuchungsmethoden und Informationen kritisch aus.

(E7)

wählen Daten und Informationen aus verschiedenen Quellen, prüfen sie auf Relevanz und Plausibilität, ordnen sie ein und verarbeiten diese adressaten- und situationsgerecht.

(E8)

stellen Hypothesen auf, planen geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten durch und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus.

(E9)

interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, wenden einfache Formen der Mathematisierung auf sie an, erklären diese, ziehen geeignete Schlussfolgerungen und stellen einfache Theorien auf.

(E10)

stellen Zusammenhänge zwischen physikalischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her, grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab und transferieren dabei ihr erworbenes Wissen.

(E11)

beschreiben, veranschaulichen oder erklären physikalische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe von geeigneten Modellen, Analogien und Darstellungen.

Prozessbezogene Kompetenzen / Kompetenzbereich Kommunikation

Schülerinnen und Schüler …

(K1)

tauschen sich über physikalische Erkenntnisse und deren Anwendungen unter angemessener Verwendung der Fachsprache und fachtypischer Darstellungen aus.

(K2)

kommunizieren ihre Standpunkte physikalisch korrekt und vertreten sie begründet sowie adressatengerecht.

(K3)

planen, strukturieren, kommunizieren und reflektieren ihre Arbeit, auch als Team.

(K4)

beschreiben, veranschaulichen und erklären physikalische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und Medien , ggfs. mit Hilfe von Modellen und Darstellungen

(K5)

dokumentieren und präsentieren den Verlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeit sachgerecht, situationsgerecht und adressatenbezogen auch unter Nutzung elektronischer Medien.

(K6)

veranschaulichen Daten angemessen mit sprachlichen, mathematischen oder (und) bildlichen Gestaltungsmitteln wie Graphiken und Tabellen auch mit Hilfe elektronischer Werkzeuge.

(K7)

beschreiben und erklären in strukturierter sprachlicher Darstellung den Bedeutungsgehalt von fachsprachlichen bzw. alltagssprachlichen Texten und von anderen Medien.

(K8)

beschreiben den Aufbau einfacher technischer Geräte und deren Wirkungsweise.

Prozessbezogene Kompetenzen / Kompetenzbereich Bewerten

Schülerinnen und Schüler …

(B1)

beurteilen und bewerten an ausgewählten Beispielen empirische Ergebnisse und Modelle kritisch auch hinsichtlich ihrer Grenzen und Tragweiten.

(B2)

unterscheiden auf der Grundlage normativer und ethischer Maßstäbe zwischen beschreibenden Aussagen und Bewertungen.

(B3)

stellen Anwendungsbereiche und Berufsfelder dar, in denen physikalische Kenntnisse bedeutsam sind.

(B4)

nutzen physikalisches Wissen zum Bewerten von Chancen und Risiken bei ausgewählten Beispielen moderner Technologien und zum Bewerten und Anwenden von Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten im Alltag.

(B5)

beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit und zur sozialen Verantwortung.

(B6)

benennen und beurteilen Aspekte der Auswirkungen der Anwendung physikalischer Erkenntnisse und Methoden in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen an ausgewählten Beispielen.

(B7)

binden physikalische Sachverhalte in Problemzusammenhänge ein, entwickeln Lösungsstrategien und wenden diese nach Möglichkeit an.

(B8)

nutzen physikalische Modelle und Modellvorstellungen zur Beurteilung und Bewertung naturwissenschaftlicher Fragestellungen und Zusammenhänge.

(B9)

beurteilen die Anwendbarkeit eines Modells.

(B10)

beschreiben und beurteilen an ausgewählten Beispielen die Auswirkungen menschlicher Eingriffe in die Umwelt.

Konzeptbezogene Kompetenzen / Basiskonzept Energie

Schülerinnen und Schüler sollen …

(E6-1)

an Vorgängen aus ihrem Erfahrungsbereich Speicherung, Transport und Umwandlung von Energie aufzeigen.

(E6-2)

in Transportketten Energie halbquantitativ bilanzieren und dabei die Idee der Energieerhaltung zugrunde legen.

(E6-3)

an Beispielen zeigen, dass Energie, die als Wärme in die Umgebung abgegeben wird, in der Regel nicht weiter genutzt werden kann.

(E6-4)

an Beispielen energetische Veränderungen an Körpern und die mit ihnen verbundenen Energieübertragungsmechanismen einander zuordnen.

(EII-1)

in relevanten Anwendungszusammenhängen komplexere Vorgänge energetisch beschreiben und dabei Speicherungs-, Transport-, Umwandlungsprozesse erkennen und darstellen.

(EII-2)

die Energieerhaltung als ein Grundprinzip des Energiekonzepts erläutern und sie zur quantitativen energetischen Beschreibung von Prozessen nutzen.

(EII-3)

die Verknüpfung von Energieerhaltung und Energieentwertung in Prozessen aus Natur und Technik (z. B. in Fahrzeugen, Wärmekraftmaschinen, Kraftwerken usw.) erkennen und beschreiben.

(EII-4)

an Beispielen Energiefluss und Energieentwertung quantitativ darstellen.

(EII-5)

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.

(EII-6)

Temperaturdifferenzen, Höhenunterschiede, Druckdifferenzen und Spannungen als Voraussetzungen für und als Folge von Energieübertragung an Beispielen aufzeigen.

(EII-7)

Lage-, kinetische und durch den elektrischen Strom transportierte sowie thermisch übertragene Energie (Wärmemenge) unterscheiden, formal beschreiben und für Berechnungen nutzen.

(EII-8)

beschreiben, dass die Energie, die wir nutzen, aus erschöpfbaren oder regenerativen Quellen gewonnen werden kann.

(EII-9)

die Notwendigkeit zum „Energiesparen“ begründen sowie Möglichkeiten dazu in ihrem persönlichen Umfeld erläutern.

(EII-10)

verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung, -aufbereitung und -nutzung unter physikalisch-technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten vergleichen und bewerten sowie deren gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz diskutieren.

Konzeptbezogene Kompetenzen / Basiskonzept Struktur der Materie

Schülerinnen und Schüler sollen…

(M6-1)

an Beispielen beschreiben, dass sich bei Stoffen die Aggregatzustände durch Aufnahme bzw. Abgabe von thermischer Energie (Wärme) verändern.

(M6-2)

Aggregatzustände, Aggregatzustandsübergänge auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben.

(MI-1)

die elektrischen Eigenschaften von Stoffen (Ladung und Leitfähigkeit) mit Hilfe eines einfachen Kern-Hülle-Modells erklären.

(MII-1)

verschiedene Stoffe bzgl. ihrer thermischen, mechanischen oder elektrischen Stoffeigenschaften vergleichen.

(MII-2)

Eigenschaften von Materie mit einem angemessenen Atommodell beschreiben.

(MII-3)

die Entstehung von ionisierender Teilchenstrahlung beschreiben.

(MII-4)

Eigenschaften und Wirkungen verschiedener Arten radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung nennen.

(MII-5)

Prinzipien von Kernspaltung und Kernfusion auf atomarer Ebene beschreiben.

(MII-6)

Zerfallsreihen mithilfe der Nuklidkarte identifizieren.

(MII-7)

Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung bewerten.

Konzeptbezogene Kompetenzen / Basiskonzept System

Schülerinnen und Schüler sollen…

(S6-1)

den Sonnenstand als für die Temperaturen auf der Erdoberfläche als eine Bestimmungsgröße erkennen.

(S6-2)

Grundgrößen der Akustik nennen.

(S6-3)

Auswirkungen von Schall auf Menschen im Alltag erläutern.

(S6-4)

an Beispielen erklären, dass das Funktionieren von Elektrogeräten einen geschlossenen Stromkreis voraussetzt.

(S6-5)

einfache elektrische Schaltungen planen und aufbauen.

(SI-1)

technische Geräte hinsichtlich ihres Nutzens für Mensch und Gesellschaft und ihrer Auswirkungen auf die Umwelt beurteilen.

(SI-2)

die Funktion von Linsen für die Bilderzeugung und den Aufbau einfacher optischer Systeme beschreiben.

(SII-1)

den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären (z. B. Kraftwerke, medizinische Geräte, Energieversorgung).

(SII-2)

Energieflüsse in den oben genannten offenen Systemen beschreiben.

(SII-3)

technische Geräte und Anlagen unter Berücksichtigung von Nutzen, Gefahren und Belastung der Umwelt vergleichen und bewerten und Alternativen erläutern.

(SII-4)

die Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine erklären.

(SII-5)

die Spannung als Indikator für durch Ladungstrennung gespeicherte Energie beschreiben.

(SII-6)

den quantitativen Zusammenhang von Spannung, Ladung und gespeicherter bzw. umgesetzter Energie zur Beschreibung energetischer Vorgänge in Stromkreisen nutzen.

(SII-7)

die Beziehung von Spannung, Stromstärke und Widerstand in elektrischen Schaltungen beschreiben und anwenden.

(SII-8)

umgesetzte Energie und Leistung in elektrischen Stromkreisen aus Spannung und Stromstärke bestimmen.

Konzeptbezogene Kompetenzen / Basiskonzept Wechselwirkung
	Schülerinnen und Schüler sollen…
(W6-1)		Bildentstehung und Schattenbildung sowie Reflexion mit der geradlinigen Ausbreitung des Lichts erklären.
(W6-2)		Schwingungen als Ursache von Schall und Hören als Aufnahme von Schwingungen durch das Ohr identifizieren.
(W6-3)		geeignete Schutzmaßnahmen gegen die Gefährdungen durch Schall und Strahlung nennen.
(W6-4)		beim Magnetismus erläutern, dass Körper ohne direkten Kontakt eine anziehende oder abstoßende Wirkung aufeinander ausüben können
(W6-5)		an Beispielen aus ihrem Alltag verschiedene Wirkungen des elektrischen Stromes aufzeigen und unterscheiden.
(W6-6)		geeignete Maßnahmen für den sicheren Umgang mit elektrischem Strom beschreiben.
(WI-1)		Absorption und Brechung von Licht beschreiben.
(WI-2)		Infrarot-, Licht- und Ultraviolettstrahlung unterscheiden und mit Beispielen ihre Wirkung beschreiben.
(WI-3)		die Stärke des elektrischen Stroms zu seinen Wirkungen in Beziehung setzen und die Funktionsweise einfacher elektrischer Geräte darauf zurückführen.
(WII-1)		Bewegungsänderungen oder Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen.
(WII-2)		Kraft und Geschwindigkeit als vektorielle Größen beschreiben.
(WII-3)		die Wirkungsweisen und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern an Beispielen beschreiben.
(WII-4)		Druck als physikalische Größe quantitativ beschreiben und in Beispielen anwenden.
(WII-5)		Schweredruck und Auftrieb formal beschreiben und in Beispielen anwenden.
(WII-6)		die Beziehung und den Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft beschreiben.
(WII-7)		experimentelle Nachweismöglichkeiten für radioaktive Strahlung beschreiben.
(WII-8)		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.
(WII-9)		den Aufbau eines Elektromotors beschreiben und seine Funktion mit Hilfe der magnetischen Wirkung des elektrischen Stromes erklären.
(WII-10)		den Aufbau von Generator und Transformator beschreiben und ihre Funktionsweisen mit der elektromagnetischen Induktion erklären.