Lehrpläne MAR-Klassen Kantonsschule Sursee
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2019
Gültig ab Schuljahr 2021/22
–
Lehrpläne MAR-Klassen
Kantonsschule Sursee
–
Die Lehrpläne basieren auf dem Rahmenlehrplan für die Maturitätsschulen
der EDK sowie dem Anhang zum Rahmenlehrplan für die Maturitätsschulen:
Basale fachliche Kompetenzen für allgemeine Studierfähigkeit in Erstsprache
und Mathematik vom 17. März 2016. Link zum Anhang
Kantonsschule Sursee
Moosgasse 11
kantonsschulen.lu.ch
6210 Sursee
www.kssursee.lu.ch Dienststelle GymnasialbildungKANTONSSCHULE LEHRPLAN LANG- UND KURZZEIT-GYMNASIUM SCHWERPUNKTFACHFACH
CH-6210 SURSEE MATHEMATIK UND NATURWISSENSCHAFTEN PHYSIK UND ANWENDUNGEN MATHEMATIK 1/9
SCHWERPUNKTFACH
PHYSIK UND ANWENDUNGEN DER MATHEMATIK
1. STUNDENDOTATION
MAR 1 MAR 2 MAR 3 MAR 4
1. Semester 2*/2 2*/2 3*/3
2. Semester 2*/2 2*/2 3*/3
* Physik / Anwendungen der Mathematik
2. BILDUNGSZIELE
− Das Schwerpunktfach Physik und Anwendungen der Mathematik stützt sich auf die in den
Grundlagenfächern Physik und Mathematik erworbenen Kenntnisse. Die im GF gewonnenen
physikalischen und mathematischen Fertigkeiten werden beträchtlich erweitert und vertieft.
− Der Unterricht entwickelt die Fähigkeiten, vielfältige Probleme aus Alltag, Technik und anderen
Naturwissenschaften zu erkennen und sie einer mathematischen und physikalischen Bearbeitung zu
unterziehen. Dazu werden Modelle entworfen, experimentell geprüft, weiterentwickelt und bezüglich
der abgebildeten Wirklichkeit beurteilt.
− Im fächerübergreifenden Unterricht soll die enge Verwandtschaft von Physik und Mathematik sichtbar
gemacht werden. Das Wechselspiel zwischen empirischem und analytischem Vorgehen wird im
Unterricht besonders stark ausgeprägt.
− Genaues analytisches Denken, gepaart mit pragmatischem, zielgerichtetem Vorgehen, sowie
ausdauernde präzise Arbeit werden angestrebt und gefördert. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden
kritisch beurteilt.
− Der Unterricht baut allgemeine Grundlagen und Haltungen auf, welche für anschliessende
Ausbildungslehrgänge in Naturwissenschaften und Technik, insbesondere auch der
Ingenieurdisziplinen, wichtig sind.
− Die vorhandenen Begabungen der Schülerinnen und Schüler werden gefördert und weiterentwickelt.
− Das Schwerpunktfach Physik und Anwendungen der Mathematik liefert die Grundlagen für das
Verständnis von Wissenschaft und Technik. Es hilft wesentlich mit, sich in unserer komplexen und
hochtechnisierten Welt zurechtzufinden.KANTONSSCHULE LEHRPLAN LANG- UND KURZZEIT-GYMNASIUM SCHWERPUNKTFACHFACH CH-6210 SURSEE MATHEMATIK UND NATURWISSENSCHAFTEN PHYSIK UND ANWENDUNGEN MATHEMATIK 2/9 3. RICHTZIELE GRUNDKENNTNISSE Maturandinnen und Maturanden − kennen die physikalischen Grunderscheinungen und die dahinterstehenden Naturgesetze − verstehen die Zusammenhänge zwischen Physik und Mathematik und sind fähig, erworbenes mathematisches Wissen in Beschreibung von dynamischen Prozesse einzusetzen − kennen Ergebnisse der physikalischen und mathematischen Forschung und ihren Einfluss auf die Veränderung und Erweiterung des Weltbildes − haben in ausgewählten Bereichen Einblicke in das Zusammenwirken moderner mathematischer und physikalischer Theorien − verstehen fundamentale Begriffe der Physik und deren Bedeutung für die Umwelt und Technik − sind sich der Wichtigkeit der Physik und Mathematik in der Entwicklung der Technik und Technologie bewusst − sind fähig, die Techniken der beiden Fachrichtungen in offenen Problemstellungen einzusetzen GRUNDFERTIGKEITEN Maturandinnen und Maturanden sind fähig − zu beurteilen, welche Phänomene einer mathematisch-physikalischen Betrachtungsweise zugänglich sind − zu unterscheiden zwischen Fakten und Hypothesen, zwischen Beobachtung und Interpretation und zwischen Voraussetzung und Folgerung − ihr Vorstellungsvermögen für Objekte des geometrischen Raumes weiter zu entwickeln − mit Experimentiermaterial, technischen Geräten und Instrumenten umzugehen − geeignete Sachverhalte durch selbstentwickelte Modelle zu beschreiben und die Resultate mit der Wirklichkeit zu konfrontieren − Messgenauigkeit experimenteller Methoden abzuschätzen − mit diversen Hilfsmitteln wie Mathematiksoftware und algorithmischen Methoden zu arbeiten − grössere Experimente durchzuführen, auszuwerten und interpretieren − Problemstellungen klar zu formulieren, zu kommentieren und übersichtlich darzustellen − Aufgabenstellungen, Lösungsansätze, gewählte Methoden wie auch deren Ergebnisse korrekt und ansprechend zu präsentieren GRUNDHALTUNGEN Maturandinnen und Maturanden − sind bereit, ihre mathematischen, naturwissenschaftlichen und technischen Kenntnisse an ausgewählten Themen einzusetzen − sind fähig, an mathematisch-physikalischen Problemstellungen genau, ausdauernd und systematisch zu arbeiten − sind bereit, sich in interdisziplinäre Teams einzufügen und darin effizient zu arbeiten − sind interessiert, durch mathematische Anwendungen andere Fachbereiche zu unterstützen und umgekehrt auch deren fachliche Beiträge und Anregungen aufzugreifen
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4. GROBZIELE
GROBZIELE 4. KLASSE LERNINHALTE QUERVERWEISE
PHYSIK
Elemente der Experimentalphysik ● Durchführung und Auswertung MA: Elemente der Statistik aus
in der Praxis lernen und der Experimente mit mehreren pragmatischer Sichtweise
anwenden physikalischen Grössen
(z.B. Projekt: Messung der
Schallgeschwindigkeit,
Fallbeschleunigung auf
Erdoberfläche mit Pendel, ...)
Kenntnisse der Mechanik ● Zusammengesetzte SP: Würfe, Turmspringen,
vertiefen Bewegungen, verschiedene Schanzensprünge
Bezugssysteme,
Superpositionsprinzip
Präzisionsexperimente zum ● Projekte: Studium und IN: Diagramme der
freien Fall, zum Impuls und zur Beseitigung störender Effekte Experimentalgrössen,
Energieerhaltung durchführen (z.B. Reibung), systematische Tabellenkalkulationen,
Arbeit an der Entwicklung des Programmiersprachen
Experimentes
(Präzisionsniveau 10-3)
Newtonsche Gesetze anwenden ● Stossprobleme CH: Streuung: Atome, Kerne
○ Gleichgewichtsbedingungen AS: Entstehung der Galaxie
○ Grundlagen der Hydro- und
Aerodynamik
Strahlenoptik und Grundlagen ○ Schattenprobleme, AS: Finsternisse,
der Astronomie ausarbeiten Lichtbrechung und bedeckungsveränderliche
Fermatsches Prinzip, Linsen, Sternsysteme
Teleskope MA: Minimumprobleme z.B. mit
○ Lichtintensitätsmessungen GeoGebra
Aktuelle wissenschaftliche ○ Beiträge aus Zeitungen, Bl, CH: Physikalische Methoden
Berichte aus physikalischer Sicht Internetseiten in den Naturwissenschaften
studieren beurteilen ○ Fachzeitschriften
● verbindlich
○ fakultativKANTONSSCHULE LEHRPLAN LANG- UND KURZZEIT-GYMNASIUM SCHWERPUNKTFACHFACH
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ANWENDUNGEN DER MATHEMATIK
Raumvorstellungen erwerben ● konstruktive Raumgeometrie: IN: Geometrie-Programm
Schrägbilder, Parallel- und ev.
Zentralprojektion
Räumliche Probleme analysieren ● Vektorgeometrie: PS: Arbeit, Potential
und rechnerisch bewältigen Vektorprodukt, Spatprodukt Drehmoment, Drehimpuls
und Anwendungen
Eine Optimierungsmethode der ○ Lineare Optimierung
Wirtschaft kennen lernen und
anwenden
Trigonometrische Kenntnisse ● Trigonometrie: Sinussatz und GG: Vermessungswesen
vertiefen und in verschiedenen Cosinussatz, PS: Astronomie
Gebieten anwenden Additionstheoreme
sich im Rahmen von Projekten ● Anwendungen der Mathematik
mit Anw. der Mathematik
auseinandersetzen
Physikalische Versuche planen, ● Schülerexperimente
durchführen und auswerten
● verbindlich
○ fakultativKANTONSSCHULE LEHRPLAN LANG- UND KURZZEIT-GYMNASIUM SCHWERPUNKTFACHFACH
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GROBZIELE 5. KLASSE LERNINHALTE QUERVERWEISE
PHYSIK
Prinzipien und Anwendungen der ● Trägheitsmomente, MA: Vektorprodukte
Drehbewegungen kennen lernen Drehimpulserhaltung, Kreisel, CH, BI: MRI-Geräte in der
Präzession, Drehachsen von Grundlagenforschung und
Planeten medizinischen Diagnostik
○ Spin der Atome und
Elementarteilchen
Mechanik als Vorbereitung für ○ Analytische Beschreibung der MA: Parameterdarstellungen von
Gravitation und Elektrizitätslehre Kreisbewegung, Ellipsen, Kurven, angewandte
vertiefen Hyperbeln, Zykloiden Trigonometrie
○ Schrauben, Spiralen
Elemente der Gravitation vertieft ● Bestimmung astronomischer MA: Analytische Geometrie,
betrachten Grössen, Himmelsmechanik, Kleinwinkelnäherung
Gravitationsfeld, Potential MEDIEN: Raumfahrt, Kosmologie
○ Zentralfeld
Klassische Mechanik ● Klassische Erhaltungssätze CH: Bewegungen im
zusammenfassen Analogien in der Physik: Mikrokosmos: Elektronen,
Gravitation und Elektrostatik, Protonen, Neutronen, Quarks
Vektorfelder GG: Metrologie (Passatwinde)
● Trägheitskräfte
Relativitätstheorie als Beispiel für ● Lichtgeschwindigkeit, MA: Lineartransformationen,
Erweiterung der physikalischen Lorentztransformation, Matrizenrechnung,
Theorien verstehen Energie-Masse-Äquivalenz, Nichtkommutativität,
Gedankenexperimente, Taylor-Entwicklungen
Paradoxe PH: Paradigmenwechsel
○ Erhaltungssätze: Impuls- TECHNIK: Telekommunikation,
Energie-Massenerhaltung, GPS, Kernspaltung, Kernfusion
Schlüsselexperimente
Praktische Astronomie: ○ Projektwoche Astronomische MEDIEN: Neue Entdeckungen,
Beobachtungen der Beobachtungen: kosmische astronomische Ereignisse
Naturprozesse geniessen Objekte, Bewegungen, MA: Keplersches Problem mit
Sternbilder, Planeten, Schwerpunktskorrekturen
Jupitersystem, Doppelsterne,
Kugelsternhaufen, Nebel und
Galaxien, spezielle
Ereignisse: Finsternisse,
Bedeckungen
Harmonische Bewegung und ● Pendelbewegung und andere GG: Erdbeben und Tsunamis
Wellenlehre verstehen schwingende Systeme, TECHNIK: Interferenzmethoden
Experimente durchführen Superpositionsprinzip,
○ Resonanz, nicht harmonische
Korrekturen
Wellenoptik und Akustik ● Prinzip von Huygens, MU: Musikskalen,
verstehen und erfahren stehende Wellen, Musikinstrumente, Klangfarben
Lichtbeugung, Interferenz, ASTRONOMIE: Messen von
Schwebungen, Dopplereffekt Wellenlänge, Masseabschätzung
klassisch und relativistisch von Exoplaneten
○ Fouriersynthese und Analyse
● verbindlich
○ fakultativKANTONSSCHULE LEHRPLAN LANG- UND KURZZEIT-GYMNASIUM SCHWERPUNKTFACHFACH
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ANWENDUNGEN DER MATHEMATIK
Kreis und Kugel ● Gleichungen, Anwendungen
Kegelschnitte geometrisch und ● Kegelschnitte: geometrische PS: Himmelsmechanik, Akustik,
algebraisch erfassen und ihre Eigenschaften, Gleichungen Optik, Technik
Bedeutung in Anwendungen
erkennen
Mathematische Transformationen ● affine Abbildungen, Matrizen
kennenlernen
Computergrafik, Fraktale ○ Iterationen, dynamische IN: Grafik
Prozesse (Chaos)
Mathematiksoftware einsetzen, ● Mathematikprogramme,
Algorithmen entwickeln und numerische Methoden,
implementieren Programmieren
sich im Rahmen von Projekten ● Anwendungen der Mathematik
mit Anw. der Mathematik
auseinandersetzen
● verbindlich
○ fakultativKANTONSSCHULE LEHRPLAN LANG- UND KURZZEIT-GYMNASIUM SCHWERPUNKTFACHFACH
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GROBZIELE 6. KLASSE LERNINHALTE QUERVERWEISE
PHYSIK
Verständnis der Wärmelehre ● Gasgesetze, Adiabate, MA: Funktionen mit mehreren
vertiefen mikroskopische Bedeutung Variablen, Volumenarbeit als
Fundamentale Begrenzungen für der Temperatur, Äquipartition Integral
technische Anwendungen der Energie, Maxwellsche UMWELT: Zusammensetzung
verstehen Geschwindigkeitsverteilung, der Erdatmosphäre,
molare Wärmekapazität und Verfügbarkeit der Energie
molekulare Freiheitsgrade
PH: Wärmetod des Universums
○ Carnot-Zyklus, Wärmekraft-
maschinen, statistische
Interpretation der Entropie
○ Zufallswanderung, Diffusion
Theoretische Kenntnisse der ● Gausssches Gesetz vs. MA: Differentialgleichungen
Elektrizität und des Magnetismus Coulomb/Newton, erster und zweiter Ordnung,
vertiefen Ladungsverteilungen, Felder
○ Maxwellsche Gleichungen
Vielfalt der technischen ● Induktion MA: Anfangsbedingungen,
Anwendungen erkennen und ○ Wechselströme, RLC- komplexe Zahlen, partielle
verstehen Schaltkreise, mechanische Differentialgleichungen
Analogien TECHNIK: Radio, Fernsehen,
Mikroelektronik
Atome und Quanten: ein neues ● Photoeffekt, Plancksche CH: Aufbau der Periodentafel,
Bild der Natur kennen lernen Konstante, Quantisierung des Ionisationsenergien
Der Bedeutung der Atomphysik Drehimpulses, Bohrsches TECHNIK: Aufbau der
für andere Wissenschaften Atommodell Festkörper, Dünne Schichten
bewusst werden ○ Schalen, Elekronenspin PH: Dualismus, statistischer
Schrödingergleichung, Determinismus
○ komplexe Atome ASTRONOMIE: Absorptionslinien
und Eigenschaften von Sternen
Den Umgang mit den ○ Radioaktivität Alpha, Beta, BI: Strahlenschutz
Naturkräften fördern Gamma Strahlung, Streuung WR: Umgang mit Kernenergie,
sich der Chancen und Gefahren von Alphateilchen, Neutronen alternative Energiequellen
der technischen Anwendung ○ Wirkungsquerschnitt, GG: Treibhauseffekt,
physikalischer Erkenntnisse Bindungsenergie, Klimaprobleme
bewusst werden Kernspaltung und Kernfusion,
Kettenreaktion EN: Fachzeitschriften
Zusammenhänge von ○ Elektron, Myon, BI: Medizin: Protonentheraphie,
Elementarteilchenphysik und Erhaltungssätze Positron-Elektron Tomographie
Kosmologie erkennen ○ Quarkmodell: Aufbau der TECHNIK: Supraleitung,
Verbindung zwischen Mikro- und Protonen und Neutronen, Teilchendetektoren
Makrokosmos verstehen fundamentale Fermionen, PH, GS, DE: Weltbilder und
Teilchen-Antiteilchen Weltansichten
○ Teilchenbeschleuniger,
Urknallmodell
Physikalische Versuche planen, ● Schülerexperimente
durchführen und auswerten ● Numerische Arbeitsmethoden,
Datenerfassung und -
Verarbeitung kennenlernen
● verbindlich
○ fakultativKANTONSSCHULE LEHRPLAN LANG- UND KURZZEIT-GYMNASIUM SCHWERPUNKTFACHFACH
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ANWENDUNGEN DER MATHEMATIK
Die Bedeutung der Analysis in ● Differentialgleichungen mit PS: Bewegungen
der Physik und anderen Anwendungen
Wissenschaften erfahren
Methoden der deskriptiven und ● Stochastik: Hypothesen testen
induktiven Statistik kennen lernen (hypergeometrische,
und anwenden geometrische VErteilung,
Poisson- und
Normalverteilung
Die vielfältigen Eigenschaften der ● komplexe Funktionen, PS: Wechselstrom
komplexen Abbildungen erfahren Fraktale
und erkennen, wie sie jene der
affinen übersteigen
sich im Rahmen von Projekten ● Anwendungen der Mathematik PH: Logik
mit Anw. der Mathematik
auseinandersetzen
● verbindlich
○ fakultativ
5. FACHRICHTLINIEN
ORGANISATORISCHES
− Physikalische Laborversuche in Kleingruppen (Halbklassen) im Umfang von 1 Jahreslektion
− Unterricht im Team soll bis zum Umfang von 2 Jahreslektionen ermöglicht werdenKANTONSSCHULE LEHRPLAN LANG- UND KURZZEIT-GYMNASIUM SCHWERPUNKTFACHFACH
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6. FÄCHERÜBERGREIFENDER UNTERRICHT
GROBZIELE 4. KLASSE LERNINHALTE UNTERRICHTSFORM/ZEITGEFÄSS
Bei Texterfassung exakt arbeiten MA: Vollständige Induktion, Fachübergreifendes Arbeiten im
und Problemanalysen aus indirekte Beweise Normalunterricht, ca. 12 Lekt.
verschiedenen Gebieten erstellen DE: Textanalyse in Bezug auf Schülervorträge, ca. 4 Lekt.
konsistente Semantik
PS: Artikel aus der Presse über
Astronomie und Astrophysik
GROBZIELE 5. KLASSE LERNINHALTE UNTERRICHTSFORM/ZEITGEFÄSS
Die Bedeutung des Phänomens MA: Chaostheorie, Fachübergreifendes Arbeiten im
Zufall erfassen und die Gesetze Zufallsgeneratoren Normalunterricht, ca. 8 Lekt.
der “Grossen Zahlen“ in PS: Atomare Zerfallsprozesse Schülervorträge, ca. 4 Lekt.
verschiedenen Anwendungen
kennen lernen PH: Wissenschaftstheorie
WR: Versicherungs- und
Börsengeschäfte
IN: Algorithmen zur Erzeugung
von Pseudozufallszahlen
GROBZIELE 6. KLASSE LERNINHALTE UNTERRICHTSFORM/ZEITGEFÄSS
Dynamische Systeme kennen MA: Differenzen- und Fachübergreifendes Arbeiten im
lernen und analysieren Differentialgleichungen Normalunterricht, ca. 8Lekt.
PS: Elemente der Feldtheorie, Schülervorträge, ca. 4 Lekt.
Einführung in die Quantenphysik
PH: Determinismus und
Kausalität, Weltbilder und
Weltansichten
BI/CH: Umwelt und Energie,
globale ErwärmungSie können auch lesen
