Informationen zum Fach
Physik in der Mittelstufe
Physik ist überall!
Erste Erfahrungen in der Physik sammeln die Schülerinnen und Schüler bereits in der Orientierungsstufe im Fach NaWi. In der Mittelstufe erhalten unsere Schülerinnen und Schüler einen Überblick über die vielfältigen Gebiete der Physik und entdecken, dass Physik überall ist, auch da wo man es nicht unbedingt erwartet.
Die Physik beschäftigt sich mit den grundlegenden Phänomenen der Natur und daher soll der Physikunterricht dazu beitragen, dass die Schülerinnen und Schüler die Phänomene der Natur erfahren und erste Erklärungen für diese Phänomene erarbeiten. Zudem sollen sie die naturwissenschaftliche Arbeitsweise und die naturwissenschaftliche Sprache kennenlernen und verstehen.
In der Mittelstufe erhalten die Schülerinnen und Schüler einen Einblick in das breite Spektrum der Themen der Physik. Sie beschäftigen sich unteranderem mit der Akustik, der Optik, dem Atombau und der radioaktiven Strahlung, sowie den Gesetzmäßigkeiten im elektrischen Stromkreis.
Die Mittelstufe ist in zwölf Themenfelder eingeteilt, so dass die Schülerinnen und Schüler neben ersten Einblicken in die Gebiete der Physik auch vertiefende Einblick in einzelne Gebiete bekommen, und sich beispielsweise mit Sensoren im Alltag beschäftigen.
Mit einer Kombination aus theoretischem Arbeiten und Experimenten klären die Schülerinnen und Schüler viele Fragen, z.B.
- Warum hören wir ein Echo?
- Wie entsteht ein Regenbogen?
- Warum fließt der elektrische Strom?
- Was ist eigentlich radioaktive Strahlung?
Physik in der Oberstufe
Die Zahl der Schülerinnen und Schüler, die sich auf ein Tête-à-Tête mit „der Königin der Naturwissenschaften“ - der Physik - einlassen und in der Oberstufe einen Physik-Grundkurs oder gar einen Leistungskurs wählen, ist stets recht überschaubar.
Dabei ist die Physik die Grundlagenwissenschaft für alle naturwissenschaftlichen und technischen Disziplinen - von der Medizin und den Biowissenschaften über die Chemie bis hin zur modernen Elektrotechnik (um nur einiges zu nennen). Aber nicht nur unsere technische Lebenswelt wird von den Errungenschaften der Physik stark beeinflusst - man denke nur an Smartphones und das Internet -, die Gesetze der Physik bestimmen darüber hinaus unser gesamtes Leben von Grund auf; sie „regieren“ die Welt und ihre Entdeckung hat unser Weltbild fundamental verändert und geprägt. Es gibt also genug Gründe, sich in der Schule mit den Grundideen der Physik zu beschäftigen.
Was erwartet einen SchülerIn nun konkret in einem Physikkurs?
Es beginnt stets mit der klassischen Mechanik, dem Fundament im Gebäude der Physik. Die Bewegung von Körpern lässt sich noch unmittelbar beobachten und z.B. mithilfe von Videoanalysen aufzeichnen und „vermessen“. Es werden wichtige physikalische Messgrößen (Kraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung sowie die Erhaltungsgrößen Impuls und Energie) eingeführt und so von Anfang an das Wechselspiel zwischen Experiment und physikalischer Theorie (Newtonsche Bewegungsgesetze) eingeübt. Das geht nicht ohne Mathematik; aber keine Angst. man braucht im Wesentlichen elementare Algebra auf Grundkursniveau. Zudem hilft der Computer als nützlicher Rechenknecht, nicht nur bei der Messwerterfassung (z.B. besitzen Smartphons zahlreiche Mess-Sensoren: siehe http://phyphox.org/de/home-de), sondern auch bei etwas komplexeren Versuchsauswertungen (z.B. mit Tabellenkalkulationen oder Geogebra-Anwendungen). Man lernt also mit dem Anwenden von Mathematik und dem Umgang mit Computern nützliche Fähigkeiten, die nicht nur in der Physik von großer Wichtigkeit sind. Physiker kann man (fast) überall gebrauchen (sogar als Bundeskanzler(in)). Als „krönenden Abschluss“ lernt man schließlich noch die Grundprinzipien der speziellen Relativitätstheorie kennen und damit die möglicherweise berühmteste Formel der Welt: E=m∙c2.
Das Erdgeschoss im Gebäude der klassischen Physik bilden sogenannte Felder (Gravitations-, elektrische und magnetische Felder), mit deren Hilfe die berührungslose Wechselwirkung zwischen Körpern beschrieben wird. Außerdem spielen sie eine zentrale Rolle bei der Speicherung sowie der Übertragung von Energie (und Information). Die klassische Theorie des Elektromagnetismus mit ihren zahlreichen Anwendungen (z.B. elektromagnetische Wellen) steht dabei im Mittelpunkt.
Die „moderne“ Physik darf natürlich nicht fehlen; sie ist das Obergeschoss im Physik-Gebäude. In ihrem Zentrum steht die Quantenphysik, die das Verhalten von sogenannten „Quantenobjekten“ (Photonen, Elektronen, Protonen, Neutronen und allen anderen Elementarteilchen) beschreibt, und die damit die Grundlage für die Atom- Kern-, Festkörper- und Teilchenphysik bildet. Diese Bausteine der Nanowelt zeigen ein Verhalten, das für unseren Alltagsverstand völlig absurd erscheint und das sich anschaulich nicht erklären lässt. Mit der Quantentheorie haben die Physiker dennoch ein Instrument erschaffen, mit dessen Hilfe man auch das Verhalten von diesen subatomaren „Teilchen“ beschreiben und vorhersagen kann - und das mit unvorstellbarer Präzision. Auf ihrer Grundlage wurden in den letzten Jahrzehnten wichtige Erfindungen gemacht, die unser aller Leben bereichert haben: LASER, LEDs, Flashspeicher sowie die gesamte Mikroelektronik und Computertechnik seien stellvertretend genannt. Mehr als ein Drittel der gesamten Weltwirtschaft - so liest man - hängt von Produkten ab, die mit Hilfe der Quantentheorie entwickelt wurden.
Aber die Quantenphysik ist nicht abgeschlossen; ständig wird neues entdeckt und entwickelt. Niemand weiß, was da alles noch auf uns zukommen wird; vielleicht Quantencomputer … und und und… Und vielleicht habt ihr ja Lust, diese Zukunft als Forscher oder Ingenieure mitzugestalten.
Damit sind die Kernthemen des Physik-Oberstufenunterrichts kurz vorgestellt worden. Der konkrete Unterrichtsgang hängt natürlich vom jeweiligen Lehrer ab.
