Physik am GaW
Im Fach Physik geht es darum, natürliche Phänomene zu verstehen und technische Systeme zu erklären und zu beurteilen. Physik ist die Bezeichnung für diejenige Naturwissenschaft, die die Grundgesetze der Natur, die Struktur, Bewegungen und Eigenschaften der unbelebten Materie untersucht.
Physik wird im Gymnasium am Waldhof in den Jahrgängen 6, 7 (Epochenunterricht), 8 (Epochenunterricht), 9 und 10 unterrichtet und findet dann je nach Wahl der Schüler*innen in der Sekundarstufe II eine Fortsetzung.
Physik in der Unter- und Mittelstufe
Der Einstieg in der Jahrgangsstufe 6 geschieht auf einer phänomenologischen Ebene: Die Schülerinnen und Schüler erleben das Fach in einer beobachtenden und beschreibenden Weise, Rechnungen und mathematische Formulierungen von Gesetzmäßigkeiten treten allenfalls am Rande auf. Wo immer möglich stehen Schülerübungen im Mittelpunkt des Unterrichts. Der Einstieg in die Elektrizitätslehre ist ein besonders attraktiver Abschnitt des Unterrichts: Da ist es inzwischen zur Tradition geworden, dass die Kinder die Bauteile für den Unterricht im Rahmen eines Lötkurses selbst produzieren. Des Weiteren stehen die Themen Magnetismus und Wärmelehre auf dem Lehrplan.
In der Jahrgangsstufe 7 steht das Thema (Strahlen-) Optik auf dem Lehrplan. Auch hier können die Schülerinnen und Schüler viele Erkenntnisse durch eigenes Experimentieren durch die Arbeit mit den Optikkästen der Schülerübungssammlung gewinnen. Als mathematische Hilfsmittel treten jetzt Konstruktionen mit Zirkel und Geodreieck auf. Die Behandlung einfacher optischer Geräte und die Erzeugung von Spektren durch die Zerlegung des weißen Lichts lösen manchen Aha- Effekt aus.
Die Astrophysik wird in Klasse 8 grundlegend behandelt und führt die Schüler*innen thematisch von der Entstehungsgeschichte unseres Weltalls, unserer Galaxie und unseres Planetensystems bis hin zur modernen Raumfahrt.
In der Mechanik geht dann um die Behandlung einfacher Maschinen sowie das Kennenlernen der Begriffe Arbeit, Energie und Leistung. Auch in dieser Jahrgangsstufe können in weiten Bereichen Schülerübungen durchgeführt werden, um die Schülerinnen und Schüler selbstständig arbeiten zu lassen.
Die Jahrgangsstufe 9 startet mit dem Thema Hydrostatik. In der Hydrostatik werden der Druck und die Kräfte in ruhenden Flüssigkeiten untersucht, wobei viele Begriffe aus der Mechanik wieder aufgegriffen und vertieft werden. Zum Ende des Schuljahres lernen die Schüler*innen das Themengebiet der Elektrostatik kennen, die sich grundlegend mit elektrischen Feldern und Ladungen beschäftigt. Sie gehen dabei zum Beispiel der Frage nach, wie eigentlich Gewitter entstehen, und warum der Blitz einschlägt.
In Klasse 10 wird die Elektrizitätslehre aus Klasse 9 erweiternd fortgesetzt: Nun kommen definierte Begrifflichkeiten wie Stromstärke, Spannung und Ohm’scher Widerstand hinzu. Die reine Beschreibung von Phänomenen reicht nicht mehr aus, jetzt müssen Experimente geplant und durchgeführt werden. Die Auswertung von Zusammenhängen geschieht immer wieder auch mit Mitteln der Mathematik, die die Schüler als nützliches Werkzeug zur Beschreibung und für das Aufstellen von Vorhersagen erkennen.
Zudem beschäftigt sich die Schüler*innen in Klasse 10 mit der Erzeugung elektrischer Energie mithilfe von Generatoren in Kraftwerken verschiedener Bauarten. Physikalische Größen wie Arbeit, Energie und Leistung, die aus der Mechanik bereits bekannt sind, werden nun in der Elektrizitätslehre neu eingeführt. Die Behandlung der Themen Radioaktivität und ionisierende Strahlung sind ebenfalls in dieser Jahrgangsstufe vorgesehen.
Für die Klassen 5 (zweites Halbjahr) und 6 (erstes Halbjahr) der Science-Profilklassen wird eine Robotik- AG angeboten, in der teilnehmende Schülerinnen und Schüler mit dem LEGO- Mindstorms-System Roboter bauen und für bestimmte Arbeitsaufträge programmieren.
Des Weiteren ist der Besuch des „teutolab-Physiks“ u. a. zum Thema „Sehen und Gesehen werden im Straßenverkehr“ Bestandteil der Verkehrserziehung in den 6. Klassen.
Physik in der Oberstufe
Im Physikunterricht der gymnasialen Oberstufe werden die Begriffe und Phänomene, die in der Mittelstufe mehr beschreibend behandelt worden sind, erneut aufgegriffen, präzisiert und genauer analysiert. Die experimentelle Durchdringung sowie die mathematische Beschreibung der Gesetzmäßigkeiten sind zentrale Ziele.
Gemäß dem Lehrplan "Physik" für die Sekundarstufe II des Gymnasiums hat die Fachkonferenz Physik in Abstimmung mit dem benachbarten Ratsgymnasium die folgenden thematischen Schwerpunkte vorgesehen:
EF
Die Beschreibung geradliniger und einfacher zusammengesetzter Bewegungen (Kinematik) und ihre Erklärung durch die Betrachtung von Kräften (Dynamik). Energie und Arbeit. Kreisbewegung, astronomische Weltbilder, Gravitation. Impuls. Mechanische Schwingungen und Wellen.
Q1
Wellenoptik. Die Erforschung der Natur von Elektronen und Photonen. Welleneigenschaften der Elektronen. Quantenphysik und klassische Physik. Induktionsphänomene. Energie und Energietransport. Energietransport mit Wechselspannung.
Q2
Linienspektren. Physik der Atomhülle. Ionisierende Strahlung. Aufbau der Materie. Relativistische Kinematik. Relativistische Dynamik. Kernenergie.
Im Leistungskurs besteht die Möglichkeit zu intensiverer - auch experimenteller - Behandlung der einzelnen Themen, eine thematische Erweiterung ergibt sich durch die vertiefte Behandlung zum Beispiel von Elementen der Elektrodynamik (elektrische Schwingungen und elektromagnetische Schwingungen und Wellen) in der Q1 und der Quantenphysik (linearer Potentialtopf und Wellenfunktion eines Quantenobjekts) in der Q2.
Die Bedeutsamkeit der ausgewählten Themen erschließt sich den Schülerinnen und Schülern aus dem Kontext, in den diese Themen gestellt werden. Das kann ein persönlich-konkreter Kontext sein (Teilnahme am Straßenverkehr für die Kinematik und die Dynamik), ein zentrales Problem der Gesellschaft (Energieproblematik für die Induktion) oder auch ein mehr an der fachlichen Systematik orientierter Kontext ("Was ist Licht?").
Bei der Behandlung der einzelnen Themen werden die methodischen Fähigkeiten der Schülerinnen und Schüler geschult: Es wird beobachtet, beschrieben und eine physikalische Fragestellung herausgearbeitet, Experimente werden geplant und durchgeführt und physikalische Gesetze und Begriffe werden erarbeitet. Die Gesetze und Modelle werden angewendet und reflektiert und die physikalischen Erkenntnisse werden bei Problemen von Umwelt und Technik und auch des täglichen Lebens zum Einsatz gebracht. Die Bedeutung physikalischer Erkenntnisse für die Menschen wird z.B. bei den astronomischen Weltbildern und der Kernphysik reflektiert.
Dank der gut konzipierten Sammlung von Experimentiermaterialien können zahlreiche Sachverhalte durch Schülerexperimente bzw. Demonstrationsexperimente erschlossen werden.
Die Klausuren bestehen nicht nur aus "Rechenaufgaben", sondern auch die Versuchsbeschreibung, die Versuchsauswertung und die physikalische Bewertung und Einordnung sind Beurteilungskriterien.
Das Lehrbuch "Metzler Physik" enthält alle oben genannten Bereiche und geht auf zahlreiche weitere Aspekte ein.
Mit interessierten Schülergruppen der Oberstufe werden sowohl die Fachhochschule Bielefeld als auch die Universität Bielefeld im Rahmen der sogenannten „Herbstakademie“ oder des „Physiktages“ in den Unterricht als externer Lernort eingebunden, um dort an Vortragsreihen oder Experimentalveranstaltungen in den Laboren teilzunehmen.
K. Franck (Fachvorsitzende)
