Wie die Physik begreifbar machen?

Ihrem Entdeckergeist folgend, vermitteln wir den Kindern kognitives Verständnis, aber auch haptisches Erleben und trainieren ganz nebenbei handwerkliches Geschick. In kleinen Freihandexperimenten wird gefühlt, beobachtet, gelauscht, in der 5. Jahrgangsstufe während dem experimentellen Arbeiten für die Ernährungslehre auch geschnippelt, gerührt und probiert. Unterricht mit allen Sinnen eben.

Auch in den höheren Jahrgangsstufen ist der Entdeckergeist unsere Jugendlichen noch voll ausgeprägt. Hier geht es jetzt schon um problemlösendes Planen und eigenes Gestalten von Experimenten, zum Beispiel: „Baue einen Kompass mit Nähnadel, Magnet und Wasserschale – alles haushaltsübliche Materialien“ (-> eigenständiges Planen!). Wow, es funktioniert sogar!

Für komplexere Experimente setzen wir auf die Schülerexperimentierkästen von einem Hersteller aus der Region. Auch hier kann problemlösend vorgegangen werden, aber auch vorgegeben Anleitungen wird gefolgt. Alles nach dem Motto: Was ich erlebt habe, muss ich nicht lernen. Deshalb ist es auch so wichtig möglichst in Zweiergruppen zu arbeiten. Experimentierkästen in ausreichender Stückzahl sind im Dauereinsatz. Paradox ist, dass wir Lehrkräfte trotz dem zeitlich hohen Aufwand für die Schülerexperimente insgesamt schneller mit dem Stoff vorankommen. Das Wort „begreifen“ kommt nicht umsonst von dem Wort „greifen“.

Aber auch bei den Hausaufgaben steht die Eigenaktivität im Vordergrund. Anstatt nur im Buch nachzulesen, stellen die Schülerinnen und Schüler selbst Fragen und beantworteten diese auch. Einige gestalten diese Fragen liebevoll mit Comics, Skizzen oder Schiebemechanismen für die Lösungsdemonstration. Wie auch im Unterricht suchen die Jugendlichen den Alltagsbezug.

Selbst einfache Rechenaufgaben stellen sich die Schülerinnen und Schüler hin und wieder gegenseitig selbst. Wie intensiv auf diesem Wege in nur 30 min geübt wird – man muss die Lösung des Aufgabenstellers schließlich überprüfen – ist über Frontalunterricht nicht zu erzielen. Bleibt noch Zeit einen Elektromagneten zu wickeln. Wie gute Pädagogen berichten: Motivation bedingt 60% bis 80% des Lernerfolgs

Die bayerische Lehrplan in Physik ist recyclierend aufgebaut, d.h. mehrheitlich wird an bereits angeschnittene Lerninhalte in variierter Form jedes Jahr oder jedes zweite Jahr wieder angeknüpft. Der eigentliche Aufbau der Physik: Mechanik, Elektromagnetismus, Optik, Atomphysik, Thermodynamik und statische Physik sowie die klassischen Spezialisierungen: Kern-und Teilchenphysik, Festkörperphysik, Quantenmechanik und Relativitätslehre sind dadurch nur schwer zu erkennen. In der Oberstufe besteht bei ausreichende Lehrkräfteabdeckung und entsprechend großem Schülerinteresse im G8 die Möglichkeit auch Biophysik (ab Jahrgangsstufe 11) oder Astrophysik (ab Jahrgangsstufe 12) anzubieten.

Lücken im Grundwissen wirken sich, ebenso wie im Fach Mathematik, stark negativ für das Verständnis späterer Lerninhalte aus. Wie beim Erwerb des Wortschatzes einer Sprache, sollte jede Schülerin und jeder Schüler im Fach Physik auf kontinuierliches Lernen und Wiederholen aller, vor allem auch zurückliegender Lerninhalte achten. Details können den genehmigten Lehrplänen des Landes Bayern s.u. entnommen werden.

Genehmigter Lehrplan des G8, Physik und Natur und Technik 7 (SG, MuG, WSG)

gültig für die Geburtsjahrgänge 2005/2006 und älter

Jahrgangsstufe 7 (Natur- und Technik):

http://www.gym8-lehrplan.bayern.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/id_26436.html

Jahrgangsstufe 8:

http://www.gym8-lehrplan.bayern.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/id_26437.html

Jahrgangsstufe 9:

http://www.gym8-lehrplan.bayern.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/id_26438.html

Jahrgangsstufe 10:

http://www.gym8-lehrplan.bayern.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/id_26439.html

Jahrgangsstufe 11 und 12:

http://www.gym8-lehrplan.bayern.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/id_27147.html

Genehmigter LehrplanPlus des G9, für Physik und Natur und Technik 7 (SG, MuG, WSG)

gültig für die Geburtsjahrgänge 2006/2007 und jünger

Jahrgangsstufe 7 (Natur- und Technik):

https://www.lehrplanplus.bayern.de/fachprofil/gymnasium/nt_gym/7

Jahrgangsstufe 8:

https://www.lehrplanplus.bayern.de/fachlehrplan/gymnasium/8/physik

Jahrgangsstufe 9:

https://www.lehrplanplus.bayern.de/fachlehrplan/gymnasium/9/physik

Jahrgangsstufe 10:

https://www.lehrplanplus.bayern.de/fachlehrplan/gymnasium/10/physik

 

Sicherheitsregeln:

Im Prinzip gelten dieselben Sicherheitsregeln wie schon in der 5. Jahrgangsstufe im Fach NuT-EA (Experimentelles Arbeiten).

Sicherheitsregeln werden am Anfang des Schuljahres besprochen, ausgeteilt, von den Schülerinnen und Schülern nach genauem Lesen zunächst selbst unterschrieben und von den Eltern mit Unterschrift zur Kenntnis genommen.

Aber auch bei jedem Experiment werden Aspekte für die Schülersicherheit gemeinsam mit Lehrkraft erarbeitet und können selbst von den Schülerinnen und Schülern in ihrem eigenen Protokoll unter dem Punkt Regeln festgehalten werden.

Vor allem in der Erarbeitungsphase müssen alle mit ganzer Aufmerksamkeit dabei sein. Sollte das nicht der Fall, sein, können aus Sicherheitsgründen einzelne oder alle vom Experimentieren ausgeschlossen werden, ebenso bei gefährdenden Verhalten. Solche Schüler bearbeiten dann hinten im Zimmer die Lerninhalte selbstständig und rein theoretisch mit einem Buch.

Bei der Experimentieren mit den Schülerkästen werden grundsätzlich nur die Materialien aus den Kästen genommen, die die Lehrkraft bzw. die Anleitung vorgibt. Jeder sollte sich vor heißem, kalten und herabfallenden und vor allem die Augen vor direktem starkem Lichteinfall und Stößen zu schützen. Dazu müssen Böden und Tischflächen frei von Schultaschen, Jacken, Mützen, Schals sein – die werden deshalb hinten im Physikraum (nicht auf der Fensterbank) gelagert. Unkontrollierte und ausladende Bewegungen sind zu unterlassen und Materialien müssen immer gegen Herunterfallen gesichert werden – deshalb wird nur über einer Tischfläche mit Materialien hantiert und es wird auch in der Mitte des Tisches aufgebaut, wenn es keine anders lautende Vereinbarung gibt.

An Stromkreisen wird nur gearbeitet, wenn das Netzkabel des Spannungsgebers am Gerät selbst gezogen ist. Kurzschlüsse sind zu vermeiden, schon alleine deshalb ständig den gesunden Menschenverstand einsetzen.

Alle Materialien sind auf Stabilität, Eigengewicht, etc. zu beurteilen und Schwung/Kraft bei der Bedienung ist entsprechend zu dosieren, daher vorsichtig beginnen. Im Zweifel immer bei der Lehrkraft nachfragen.

Essen und Trinken, sowie offene Brotboxen/Trinkflaschen, etc. sind in allen Fachräumen für Schülerinnen und Schüler aus Sicherheitsgründen untersagt. Nach dem Unterricht sind auf der Schülertoilette die Hände zu waschen. Selbstredend dürfen auf keinen Fall mit Gift oder radioaktiv verseuchte Substanzen/Gegenstände mit in die Schule genommen werden. Für Folgestunden aufbehaltene Materialien/Substanzen müssen detailliert beschriftet werden.

Den Anordnungen der Lehrkraft ist Folge zu leisten!

Versuchsprotokoll

In den höheren Jahrgangsstufen wird ein Protokoll zum Experiment komplett selbst verfasst. Dafür gibt es ein einheitliches Schema, das heißt FARBE. F wie Fragestellung und Hypothese, A wie Aufbau dazu gehören Materialliste, Skizze und Durchführungsbeschreibung, R wie Regeln zur Sicherheit, zum Umgang mit den Materialien und was sonst allgemein zu beachten ist. Die Beobachtungen, B, werden meist in einer Tabelle festgehalten und den Abschluss bildet E wie Erklärung/Erläuterung. Dafür werden schon mal Graphen erstellt und vor allem der physikalische Hintergrund erklärt.

Experimentierregeln

Alle experimentieren sehr gerne mit den Schülerexperimentierkästen. Im Moment werden die Kästen sehr oft verwendet, ein einzelner Kasten manchmal sogar dreimal an einem Tag. Damit das überhaupt so weiter gehen kann, müssen die Materialien in Takt bleiben, richtig zugeordnet und an Ort und Stelle aufgeräumt sein.

Deshalb gibt es unabhängig von den Sicherheitsregeln auch Experimentierregeln. Sie geben an, wie das Markierungssystem und die Vollständigkeitskontrollen ablaufen. Auf was der einzelne bei der Handhabung achten soll.

Wir haben sehr hochwertige Materialien, die so ausgelegt sind, dass sie auch in der Oberstufe benutzt werden können. Wir vertrauen daher in hohem Maße auf die Umsichtigkeit unserer Schülerinnen und Schüler, die sich vorsichtig herantasten und selbst genau die Materialien anschauen und Schwung/Kraft bei der Benutzung dosieren.

Mit den Materialien könne so gute Ergebnisse erzielt werden, dass selbst wir Lehrer sie oft lieber hernehmen, als unsere Demonstrationsexperimente. Das liegt daran, dass es sich um sehr hochwertige Materialien und ausgetüftelte Experimente handelt.

Die Materialien gehen definitiv kaputt, wenn sie aus Tischhöhe herabfallen und mit „viel hilft viel“ kommt man nicht weiter, sondern muss ganz aufhören. Wie im wirklichen Leben gilt: nach ganz fest kommt ganz ab. Es sind keine Grundschul-Experimentierkästen mehr – nicht umsonst werden sie in aller Regel erst ab der 7. Jahrgangsstufe eingesetzt.

Die Schülerinnen und Schüler werden dazu erzogen, sich zu melden, wenn etwas durch unsachgemäße Benutzung kaputt oder verloren gegangen ist und dabei unterstützt die Teile selbst nach zu bestellen/reparieren zu lassen. Die Eltern werden gebeten dabei zu helfen, in dem sie die eigentliche Bestellung ausführen und dafür anfallende Kosten über ein Haftpflicht-Versicherung abzudecken bzw. sollte die Haftpflicht ausfallen, selbst zu tragen. In der Regel handelt es sich um Beträge unter 150 € oft unter 40 €, aber einzelne der Geräte (z.B. MGA, Spannungsgeber, Vielfachmessgerät) können viele hundert Euro kosten bei einem Totalschaden.

Im wirklichen Leben gibt es kein kostenloses neues Gerät, wenn eines kaputt geht, sondern jeder muss selbst dafür aufkommen. Falls es im eigenen Haushalt passiert, bezahlt nicht einmal eine Haftpflichtversicherung. Wir finden es wichtig, dies auf pädagogischem Weg auch den Jugendlichen zu vermitteln. Übrigens ausgenommen ist bei uns natürlich ein, in einigen Jahren auftretender, Verschleiß, für den die Schule aus ihrem limitierten laufenden Budget aufkommt. Sollten Schüler unseren Ansatz bestehend aus Umsicht, Ehrlichkeit und Haftung/Ersatzbeschaffung unterlaufen, wird dies mit Sozialdienst an der Gemeinschaft geahndet.

Die Teilnahme an Wettbewerben ist freiwillig!

Experimente antworten: http://www.experimente-antworten.bayern.de Jahrgangsstufen 5 bis 10; allein oder im Team (max. 3)

 

Jugend testet:

 

http://www.test.de/jugendtestet Jahrgangsstufen 6 bis 13; allein oder im Team

 

Internationale Junior Science Olympiade:

 

http://www.ipn.uni-kiel.de/projekte/ijso Jahrgangsstufen 5 bis 7

 

Internationale Physik-Olympiade:

 

http://www.ipho.de Jahrgangsstufen 10 bis 13
Jugend forscht / Schüler experimentieren

 

http://www.jugend-forscht.de Ab 9.Jahrgangsstufe

(15 Jahre)

Dechemax:

 

http://www.dechemax.de/wettbewerb Jahrgangsstufen 7 bis 11; allein oder im Team

 

Das ISGY plant im Bereich Schüler experimentieren und Jugend forscht zukünftig Forschergruppen einzurichten. Interessensbekundungen seitens  der Schülerinnen und Schülernwerden werden bereits bei den Physiklehrkräften entgegen genommen. Der Startzeitpunkt ist wegen der umständehalber aktuell knappen Lehrkräftebesetzung im Bereich Physik/Mathematik noch nicht klar.

Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften insbesondere Physik und Technik, also die Ingenieurwissenschaften, leiden in Deutschland unter erheblichem Fachkräftemangel. Insbesondere Frauen entscheiden sich selten für ein Studium dieser Fächer. Einer Förderung im MINT-Bereich gilt unser besonderer Augenmerk (vgl. Thema MINT unter Schulinhalte).
Die Physiklehrerinnen und -lehrer zeigen sich bisher sehr engagiert Physik interessant, experimentbasiert und lebensnah darzustellen. Dabei wird auf eine vorurteilsfreie Vermittlung des Unterrichtsstoffes geachtet. Seit Anbeginn des Gymnasiums sind übrigens mehrheitlich weibliche Physiklehrkräfte im Einsatz.
Von anderen Gymnasien heben wird uns ab, durch ein schlüssiges Mix von Medien und Methoden, immer eine Schüleraktivierung fest im Blick.
Beispielsweise am Tag der offenen Tür präsentiert sich auch die Physik mit einer Mitmachausstellung und zwar zu Experimenten rund um das Ei. Ein Drittel bis die Hälfte der neuen Gymnasiasten kenne diese Mitmachausstellung sehr gut, wenn sie im Herbst zu uns kommen und stellen, neben erfahrenen Schülern aus den höheren Jahrgangsstufen, die neuen Helferkinder, die am kommenden Tag der offenen Tür die Experimente anleiten.
Der Medieneinsatz fußt im Wesentlichen auf dem Einsatz einer Computergestützten Datenerfassung MGA beim Experimentieren, die im Halbklassensatz vorhanden ist, einem Tablet- Klassensatz für z.B. spielerische Abfragen zum Unterrichtsinhalt in der Art von Gewinnspielen und der Nutzung eines der drei Computerzimmer, um z.B. Simulationen und Physik-Lern-Webseiten kennenzulernen und zu nutzen. Mehr zum Medieneinsatz beim Unterpunkt Medien der Physikwebseite.
Ob es selbst formulierte und beantwortete Fragen zum Unterricht oder selbst ausgedachte Übungsaufgaben sind, das Programmieren einer Website mit physikalischem Inhalt oder planen und durchführen von einem Experiment: überall wird schülerorientiert vorgegangen, so dass wir erfreulich oft am Ende der Unterrichtsstunde oft zu hören bekommen, „was, schon um? – oh schade!“. Weitere Details zu den vielfältigen Methoden finden sich unter Physik-Methoden.

Die nachfolgend beschriebenen Medien stehen den Physiklehrkräften optional zur Verfügung d.h. jede Lehrkraft kann ihrem eigenen pädagogischen Konzept folgend den Medieneinsatz im Unterricht wahrnehmen oder auch nicht.
Wie bereits erwähnt, setzt die Physik konsequent auf Computer-gestützte Datenerfassung. Die MGA Geräte sind im Halbklassensatz vorhanden, so dass entweder mit einer ganzen Klasse oder zwei halben Klassen in Zweier-Gruppen gearbeitet werden kann. Das MGA erkennt die in den Experimentierkästen vorhandenen Temperatur-, Kraft-, Ultraschallbewegungs-, Beschleunigungs- sowie Strom- und Spannungssensoren automatisch. Es erlaubt die Daten sofort als Messtabelle oder Graph darzustellen. Die Messkurven des Graphen können vom Gerät differenziert (Steigung bilden) und sogar integriert (Fläche unter der Kurve berechnen) werden. Das erlaubt z.B. einen sehr individuellen und spielerischen Zugang zur Bewegungslehre und spurt gleichzeitig die später in Mathematik eingeführten Konzepte vor.
Die gesamte Experimentierlinie unserer Schülerexperimente ist bereits auf das MGA abgestimmt, wobei alle Experimente auch von Hand für Übungszwecke durchgeführt werden können. In der Oberstufe des G9 sind Computer-gestützte Experimente dann für spezielle Themen verpflichtend. Selbstredend sind alle früheren vorgeschriebenen Experimente des G9 mit den Schülerexperimentierkästen und wenigen zusätzlichen Freihandexperimenten möglich.
Aber auch der Tablett-Klassensatz der Schule kann ausgeliehen werden und für spielerische Abfragen genutzt werden. Man kann damit z.B. erfassen, wie viel Prozent der Klasse eine Frage zum Unterricht richtig beantworten.
Für Simulationen beispielsweise zu elektrischen Stromkreisen und von physikalischen Lernprogrammen kann einer der drei Computerräume genutzt werden – alle drei Räume weisen eine Computeranzahl in Klassenstärke auf.
Es ist kaum ein umfangreicheres Medienangebot vorstellbar. Allerdings, wird dennoch hauptsächlich von Hand experimentiert und erst wenn wesentliche Konzepte bereits vertieft worden sind, greifen die Lehrkräfte auf elektronische Medien zurück. Medien werden also gezielt punktuell eingesetzt. Alle wissenschaftliche Untersuchungen zeigen übrigens, dass elektronische Medien alleine keinen besseren Unterricht ausmachen.
Die starke Schülerorientierung führt zu was wir das Zeitparadoxon nennen: gerade neue Lehrkräfte fühlen sich erschlagen, wenn sie von den vielen zeitaufwändigen Schülerexperimenten hören und fürchten nicht mit dem Stoff durchzukommen. Am Ende des Schuljahres bekennen sie freimütig, dass das Gegenteil der Fall war und sie so viel besser als an anderen Schulen mit dem Stoff durchkommen sind.
Was man (mit Händen) begriffen hat, muss man eben nicht lernen.

In der Physik werden eine ganze Reihe verschiedener Methoden eingesetzt. Das heißt aber nicht, dass jede Methode gleichermaßen und in gleicher Intensität von jeder Lehrkraft eingesetzt wird. Jede Lehrkraft entwickelt für jede Klasse ein individuell angepasstes pädagogisches Konzept unter Einsatz von Methoden und auch Medien (s. Medien in der Physik).
Die Schülerinnen und Schüler formulieren und beantworten selbst Fragen zum Unterricht, die teils liebevoll mit Aufklapplösungen oder als Comic gestaltet sind. Auch einfache Aufgabenstellungen werden von den Schülerinnen und Schüler selbst ausgedacht, gegenseitig kontrolliert und durch Austauschen eingeübt. Aber auch Webseiten mit Physikinhalten erstellen die Kinder selbst in Zusammenarbeit mit dem Fach Informatik.
Eine der Methoden lautet „Experimente selbstständig planen und durchführen“ (z.B. eine Nadel, Wasserschale und Magnet werden ausgeteilt und die Aufgabenstellung lautet: Baue einen Kompass). Hinzu kommt, physikalische Fragen zu bearbeiten und sich vorstellen, welche Antworten das Experiment liefern wird. Man nennt das auch Arbeitshypothesen aufstellen. Anschließend wird mit der tatsächlichen Durchführung des Experiments überprüft, ob die Vorstellung richtig ist und gegebenenfalls die Hypothese adaptiert. Kompliziertere Experimente werden aber auch immer wieder strikt nach Anleitung ausführt und die Ergebnisse, übrigens, egal welchem Ansatz gefolgt wird, in einem Protokoll dokumentiert.
Eine rollende Experimentiershow ergänzt das Programm: In einem rollenden Schubladenschränkchen sind Freihandmaterialien für lauter unterschiedliche Experimente und Anleitungen dazu vorhanden. Jeder bekommt zufällig ein Freihand-Experiment mit einer Beschreibung zugeordnet, das in wenigen Minuten erfasst und eingeübt und dann in einer Show präsentiert wird, in der Schlag auf Schlag ein Experiment auf das andere folgt (also auch hier rollend!).
Experimentelle Leistungen werden übrigens über die Korrektur von Protokollen, praktische Leistungsnachweise, Bewerten der Vorführung und Erklärung eines Experiments aus der rollenden Experimentier-Show oder einfach durch mündliche Noten beim Herumgehen bewertet. In jedem Fall muss bei einer Teamarbeit von Schülerseite dokumentiert werden, wer was beigesteuert hat – es gibt immer nur individuelle Noten.

Obwohl ein Taschenrechner im bayerischen Gymnasium generell nur nach Absprache mit der Lehrkraft und ab der 8. Jahrgangsstufe zugelassen ist, wird der Taschenrechner bereits in der 7. Jahrgangsstufe angeschafft und eingeschränkt im Physik-Unterricht im Rahmen von NuT eingesetzt.

Es gibt eine Reihe zugelassener Taschenrechner. Damit Ihr Kind diesen langfristig nutzen kann, müssen die Taschenrechnerfunktionen unbedingt eine Binomialverteilung (ansonsten muss im Abitur in einem Tabellenwerk nachgeschaut werden) und eine Anzeige für Tabellenkalkulation einschließen (numerische Differentialrechnung und Integration und sonstiges Lösen von Gleichungen sind allerdings nicht erlaubt).

Bitte haben Sie Verständnis dafür, dass wir ein bestimmtes Modell auswählen müssen, um alle gleichzeitig unterrichten zu können. Die komplexe Bedienung der oben erwähnten Funktionen kann nur am gleichen Modell im Unterricht besprochen werden.

Modell CASIO Schultaschenrechner FX-87DE-X

Lehrbücher

Jahrgangsstufe Buchtitel Verlag ISBN 978-3- Preis
7 Duden Physik 7 Cornelsen 8355-3275-5 Ê 15,99
8 Fokus Physik 8 Cornelsen 464-85316-0 24,50
9 Fokus Physik 9 Cornelsen 464-85317-7 24,50
10 Fokus Physik 10 Cornelsen 464-85318-4 24,50

Vorschau

Mittwoch, 29. April 2020 16:00

Tag der offenen Tür

Rückblick

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