Physik

GRUNDLAGENFACH/SCHWERPUNKTFACH/ERGÄNZUNGSFACH

1. Bildungsziele

Physik erforscht mit experimentellen und theoretischen Methoden die messend erfassbaren und mathematisch beschreibbaren Erscheinungen und Vorgänge in der Natur. Der gymnasiale Physikunterricht macht diese Art der Auseinandersetzung des menschlichen Denkens mit der Natur sichtbar und fördert zusammen mit den anderen Naturwissenschaften die Freude an der Natur, das Verständnis für sie und den Respekt vor ihr.

Die Schülerinnen und Schüler lernen grundlegende physikalische Gebiete und Phänomene in angemessener Breite kennen und werden befähigt, Zustände und Prozesse in Natur und Technik zu erfassen und sprachlich klar und folgerichtig in eigenen Worten zu beschreiben. Sie erkennen physikalische Zusammenhänge auch im Alltag und sind sich der wechselseitigen Beziehungen von naturwissenschaftlich-technischer Entwicklung, Gesellschaft und Umwelt bewusst.

Der Physikunterricht vermittelt exemplarisch Einblick in frühere und moderne Denkmethoden und deren Anwendungsbereiche. Er weist damit physikalisches Denken als wesentlichen Bestandteil unserer Kultur aus.

Der Physikunterricht zeigt, dass sich physikalisches Verstehen dauernd erweitert und er hilft mit beim Aufbau eines vielseitigen Weltbildes. Durch Einsicht in die Möglichkeiten, aber auch in den Sinn des Machbaren, können Wissenschaftsgläubigkeit oder Wissenschaftsfeindlichkeit vermieden werden.

2. Richtziele

Grundkenntnisse

  • physikalische Grunderscheinungen und wichtige technische Anwendungen kennen, ihre Zusammenhänge verstehen sowie über die zur ihrer Beschreibung notwendigen Begriffe verfügen
  • physikalische Arbeitsweisen kennen (Beobachtung, Experiment, Theoriebildung) einfache technische Anwendungen verstehen
  • wissen, dass physikalische Kenntnisse ständig erweitert werden

Grundfertigkeiten

  • Naturabläufe und technische Vorgänge beobachten und mit eigenen Worten beschreiben, physikalische Zusammenhänge mathematisch, aber auch umgangssprachlich formulieren
  • Modelle (z.B. ideales Gas, Lichtstrahl) bilden und auf konkrete Situationen anwenden
  • Probleme erfassen, formulieren, analysieren und lösen
  • einfache Experimente aufbauen, durchführen, auswerten und interpretieren
  • mit Informationsmaterial umgehen
  • selbständig und im Team arbeiten

Grundhaltungen

  • Neugierde, Interesse und Verständnis für Natur und Technik aufbringen
  • Verbindungen zu anderen Fächern erkennen und entsprechende Kenntnisse einbringen
  • sich das nötige Wissen aneignen, um verantwortlich handeln zu können
  • die Folgen der Anwendungen naturwissenschaftlicher Erkenntnisse auf Natur, Wirtschaft und Gesellschaft in Betracht ziehen
  • an physikalischen Problemstellungen genau und systematisch arbeiten

3. Grobziele

GRUNDLAGENFACH

Die Grobziele lassen sich durch die Behandlung verschiedener Stoffe erreichen und später bei einem anderen Thema festigen. Deshalb sind sie nicht den einzelnen Inhalten zugeordnet, sondern stufenweise aufgelistet. Die Reihenfolge der Stoffgebiete ist innerhalb der verschiedenen Stufen nicht zwingend, aber zum Teil sachlogisch bedingt. Ziele und Inhalte können im Rahmen der zur Verfügung stehenden Zeit erweitert werden.

Ziele 2. Klasse

Viele Schülerinnen und Schüler kommen an der Mittelschule zum ersten Mal in Kontakt mit der Physik als exakter Naturwissenschaft. Sie müssen deshalb sorgfältig in die Arbeitsweisen und Begriffswelten dieser exakten Naturwissenschaft eingeführt werden. Sie sollen erkennen, dass die Theorien der Physik nicht "wahr" sind, sondern in der Praxis genauestens geprüfte Modellvorstellungen.

Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, mit physikalischen Grössen und Graphiken mathematisch und umgangssprachlich korrekt umzugehen. Sie sollen z.B. formale Lösungen erstellen, die Genauigkeit von Rechnungen einschätzen und auch in Graphiken die Einheiten beachten. Sie sollen die Bedeutung der Newtonschen Mechanik, Energetik und Wärmelehre für Technik und Gesellschaft erfahren. Sie sollen selbst Messungen auswerten, Gesetzmässigkeiten erkennen und formulieren sowie deren Gültigkeitsbereich diskutieren.

Inhalte 2. Klasse

Mechanik

  • Geschwindigkeit und Beschleunigung, freier Fall, Kreisbewegung
  • Masse, Dichte, Newtonsche Axiome, spezielle Kraftgesetze
  • Hebelgesetz, Gleichgewicht, Gravitation
  • Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad, Energiesatz
  • Druck, Schweredruck, Auftrieb

Wärmelehre

  • Temperatur, Wärmeenergie, Gasgesetze, Aggregatzustandsänderungen

Ziele 3. Klasse

Schülerinnen und Schüler sollen die Bedeutung der Elektrizität für die Gesellschaft erkennen und einen Überblick über die restlichen Bereiche der Physik erhalten. Im Praktikum erlernen sie den Umgang mit Messgeräten, die Protokollierung von Experimenten, die Auswertung von Daten inklusive Fehlerbetrachtung sowie die Weitergabe von Resultaten in Form von Berichten.

Inhalte 3. Klasse

  • Elektrizitätslehre
  • Ladung, Coulombkraft, elektrisches Feld, Spannung
  • Strom, Leistung, Widerstand, einfache Schaltungen
  • Magnetfeld, Lorentz-Kraft, Motor, Induktion mit Ausblick auf die Stromversorgung
  • Schwingungen und Wellen
  • Grundbegriffe der Schwingungslehre
  • Geometrische Optik
  • Grundbegriffe der Wellenlehre mit Beispielen aus Akustik und Optik
  • "Moderne Physik"
  • exemplarische Beispiele aus Radioaktivität, Relativitätstheorie, Quanten- und Elementarteilchenphysik etc.

SCHWERPUNKTFACH

Ziele 3. und 4. Klasse

Schülerinnen und Schüler sollen die Bedeutung der Elektrizität für die Gesellschaft erkennen, die Phänomene der Schwingungen und Wellen an Beispielen erleben sowie über Erkenntnisse der modernen Physik informiert werden. Im Praktikum erlernen sie den Umgang mit Messgeräten, die Protokollierung von Experimenten, die Auswertung von Daten inklusive Fehlerbetrachtung sowie die Weitergabe von Resultaten in Form von Berichten. Sie werden auf die Arbeitsweisen der Hochschulen vorbereitet. Im Rahmen von Projektunterricht zusammen mit dem Parallelfach Anwendungen der Mathematik (Team-Teaching) wird die Fähigkeit gefördert, interdisziplinär Probleme zu erfassen und zu bearbeiten.

Inhalte 3. und 4. Klasse

Elektrizitätslehre

  • Ladung, Coulombkraft, elektrisches Feld, Spannung, Potential, Kapazität
  • Strom, Leistung, Widerstand, Schaltungen
  • Magnetfelder, Lorentz-Kraft, Induktion mit Ausblick auf die Stromversorgung

Schwingungen und Wellen

  • Harmonische Schwingung, Dämpfung, Resonanz
  • Strahlenoptik: Reflexion, Brechung, Linsen
  • Wellenausbreitung, Interferenz und Beugung, Spektren, Beispiele aus Akustik und Optik

"Moderne Physik"

  • exemplarische Beispiele aus Relativitätstheorie, Quantenphysik, Kernphysik (Radioaktivität), Elementarteilchenphysik, etc.

ERGÄNZUNGSFACH

Ziele 4. Klasse

Im Grundlagenfach können die meisten Themen der Physik und ihre Anwendungen nur exemplarisch oder streifend behandelt werden. Im Ergänzungsfach sollen diese Themen vertieft und vernetzt sowie zusammen mit gesellschaftlichen und philosophischen Implikationen in ein zusammenhängendes Weltbild integriert werden.

Für einige Studien- und Forschungsgebiete (z.B. Medizin, Chemie, Biologie, Elektrotechnik, Maschinenbau) sind erweiterte physikalisch-technische Kenntnisse und Fähigkeiten wichtig. Interessierte Schülerinnen und Schüler können im Ergänzungsfach ihr physikalisches Verstehen fördern und sich auf die naturwissenschaftliche Arbeitsweise an den Hochschulen vorbereiten. Dazu werden exemplarisch Themen aus den untenstehenden Bereichen behandelt.

Inhalte 4. Klasse

Vertiefungsthemen

z.B. Astronomie und Astrophysik, Elektronik und Elektrotechnik, Optik (Spektroskopie), Akustik (Musikinstrumente, Physiologie)

Transdisziplinäre Themen

z.B. medizinische Physik, Atmosphärenphysik, Bauphysik, physikalische Chemie

"Moderne Physik"

z.B. Quantenphysik, Relativitätstheorien, Standardmodell der Elementarteilchen, Kosmologie, Chaostheorie

Mathematische Methoden der Physik

z.B. Computersimulationen, Statistik, Differentialrechnung, Vektorrechnung

Erweiterungen des Weltbildes

z.B. Geschichte der Naturwissenschaft und Technik, Wissenschaftsphilosophie (Erkenntnisphilosophie, Ethik)

Themenzentrierte Projekte

z.B. Aktuelles aus der Forschung, Biographien, Symmetrien und Erhaltungssätze, Technikfurcht und -abhängigkeit