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Mission ORION
Ein Einstieg in die Physik für die Gymnasiale Unterstufe
Von Thomas Camenzind
Fachdidaktische Mentorierte Arbeit
im Rahmen des Lehrdiploms Physik
an der ETH Zürich
Zürich, März 2012
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 1 / 40
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung und Motivation 3
2. Rahmenbedingungen 4
3. Leitideen 6
4. Operationalisierte Lernziele 8
5. Lektion 1 – Mission ORION 9
6. Lektion 2 – Was ist Physik? 24
7. Prüfungsfragen 32
8. Alternativen zur Durchführung 34
9. Erfahrungen 35
10. Anhang 36
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1. Einführung und Motivation Wie soll man Schülerinnen und Schüler der gymnasialen Unterstufe in das neue Fach Physik einführen? Da ich selber mit dieser Aufgabe konfrontiert war, entwickelte ich einen zwei Lektionen umfassenden Einstieg, der einen experimentellen und spielerischen Ansatz wählt. In der ersten Lektion nimmt die Lehrperson die Klasse auf eine Gedankenreise in die unendlichen Weiten des Universums mit. Das Raumschiff ORION entdeckt auf einem fernen Planeten zwei geheimnisvolle Objekte, die im Unterrichtszimmer durch zwei an der Decke hängende unterschiedliche Kugeln dargestellt werden. Die Schülerinnen und Schüler erhalten von der Kommandozentrale den Auftrag, die Eigenschaften dieser beiden Objekte zu erforschen – allerdings ohne die beiden unbekannten Körper zu berühren; es könnte sich ja um Antimaterie oder Schwarze Löcher handeln! Die Aufgabe der Klasse ist es, einen möglichst umfassenden Bericht über die beiden Objekte zu verfassen. Nach diesem spielerischen Einstieg verfolgt die zweite Lektion das Ziel, die Frage „Was ist Physik?“ zu beantworten. Sie ordnet das Fach in den naturwissenschaftlich-mathematischen Fächerkanon ein und gibt einen Überblick über die Teilbereiche der Physik. Dabei geben die verschiedenen Untersuchungsmethoden aus der ersten Lektion bereits einen Hinweis, welche Fragestellungen in den Teilgebieten behandelt werden. In dieser fachdidaktischen Arbeit finden interessierte Lehrpersonen eine detaillierte Beschreibung der beiden Einstiegslektionen, so dass sie diese mit Hilfe der Checklisten, des Ablaufplans und der vorbereiteten Unterrichtsmaterialien selber durchführen können. Eingerahmt wird dies durch einführende Überlegungen zu Vorwissen und Leitidee, zu den operationellen Lernzielen sowie zur Frage, wie der Stoff aus diesen Lektionen im Rahmen einer Prüfung getestet werden kann. Schliesslich enthält die Arbeit Hinweise darauf, wie die Einstiegslektion im Rahmen einer Doppelstunde ausgebaut werden könnte und inwiefern sich das Konzept bei den ersten Erprobungen im Unterricht bewährt hat. Ich bedanke mich bei allen, welche mich bei dieser Arbeit unterstützt haben, namentlich bei Herrn Markus Fürholz, welcher die Objekte bereit gestellt und gestaltet hat, bei meinen Physiklehrer-Kollegen Remo Nessler und David Tyndall, welche diesen Einstieg bei ihren zweiten Klassen durchgeführt haben und mir wertvolle Hinweise zur Verbesserung gaben und bei Herrn Christian Helm für die Betreuung im Rahmen der mentorierten Arbeit. Wenn Sie Ihre Einstiegslektion nach dieser Anleitung gestaltet haben, würde ich mich über eine Rückmeldung freuen. Schreiben Sie mir Ihre Erfahrungen und teilen Sie mir Ihre Verbesserungsvorschläge und Ideen für Erweiterungen an die Email-Adresse t.camenzind@ksoe.ch mit. Vielen Dank! Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 3 / 40
2. Rahmenbedingungen
2.1. Ausgangslage
Als ich eine Stelle als Physiklehrer an der Kantonsschule Oerlikon antrat, übernahm ich unter
anderem die Aufgabe, drei Unterstufen-Klassen ein Semester lang propädeutische Physik zu
unterrichten. Neben der Frage, welches Teilgebiet sich für diese Altersstufe und eine erste
Heranführung an das Fach Physik besonders eignet, beschäftigte mich auch die Suche nach
einem geeigneten Einstieg. Ein neues Fach, eine neue (und zu diesem Zeitpunkt noch
unerfahrene) Lehrperson – es wäre schade, diese Gelegenheit mit einem 45-minütigen
Lehrermonolog zu verspielen.
Mir war schnell klar, dass ich einen Einstieg konzipieren wollte, der die ganze Klasse
möglichst direkt involvieren und sie mitten in die faszinierende Welt der Physik hinein führen
sollte – das ganze aber stufengerecht für das 8. Schuljahr (2. Jahr Untergymnasium, Alter der
Schülerinnen und Schüler zwischen 13 und 15 Jahren). Das Resultat ist ein zwei Lektionen
umfassender Ablauf, der sich in die vorgegebenen Rahmenbedingungen einfügt.
2.2 Einbettung in den Lehrplan
An der Kantonsschule Oerlikon haben die SuS in den zwei Jahren der Unterstufe Gelegenheit,
die naturwissenschaftlichen Fächer Biologie, Chemie und Physik während eines oder zweier
Semester kennen zu lernen. Der Lehrplan der Kantonsschule Oerlikon nennt folgende
Grobziele für die Physik:
• Freude an Physik wecken.
• Erfahrungen der SuS sammeln, in physikalische Sprache fassen und im Experiment
überprüfen.
Die Lerninhalte des Kurses sind nicht fest gelegt. Es steht der Lehrperson frei, ausgewählte
Themen aus der Physik stufengerecht zu behandeln.
Nach etwas mehr als drei Semestern der Unterstufe müssen sich die Schülerinnen und Schüler
bereits entscheiden, welches Profil sie in der Mittelstufe belegen wollen. Dabei helfen ihnen
die ersten Erfahrungen mit diesen Fächern bei ihrer Wahl. Sie sollten dadurch abschätzen
können, ob das Mathematisch-Naturwissenschaftliche Profil (MN-Profil) ihren Interessen und
Neigungen entspricht.
Die Ausrichtung des Physikunterrichts steht somit auch in einem gesellschaftlichen
Spannungsfeld. Einerseits besteht auf dem Arbeitsmarkt eine grosse Nachfrage nach
Fachpersonen aus den Gebieten des MN-Profils. Das führt dazu, dass sowohl Eltern als auch
Lehrpersonen daran interessiert sind, in all jenen Fällen, wo eine grundsätzliche Eignung für
dieses Profil vorliegt, den Entscheid positiv in diese Richtung zu lenken. Andererseits soll die
Grundlagenphysik anspruchsvoll genug sein, um ein realistisches Bild von den
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Anforderungen zu geben, welche im MN-Profil an die SuS gestellt werden. Damit soll vermieden werden, dass falsche Erwartungen geweckt werden und sich SuS für das MN- Profil entscheiden, welche nicht reüssieren werden. Damit ist die Aufgabe der Physiklehrperson insofern anspruchsvoll, als ihr Unterricht – neben der reinen Wissensvermittlung – auch einen richtungsgebenden Charakter haben soll. All diejenigen, die noch nicht wissen, wohin ihre Ausbildung gehen soll, sich für MINT-Berufe aber grundsätzlich eignen, sollen Freude an der Physik haben und ihr Interesse für dieses Berufsfeld soll geweckt werden. In diesem Spannungsfeld setzt das Grobziel aber den Schwerpunkt klar darauf, die Freude an der Physik zu wecken. Dementsprechend stand für mich bei der Planung der Einstiegslektion auch immer die Frage im Vordergrund, wie ich Interesse und Neugier bei den neuen Klassen wecken kann. 2.3 Vorwissen Die erste Lektion Physik in der Unterstufe baut explizit nicht auf Stoff auf. Implizit geht das Konzept der Einstiegslektionen jedoch davon aus, dass alle Schülerinnen und Schüler ein aus verschiedensten Quellen stammendes Grundwissen über physikalische Zusammenhänge mitbringen. Sie sind sich dessen nicht unbedingt bewusst, es gelingt den meisten aber ohne weiteres, ihre Beobachtungen in Verbindung zu bringen mit diesem Grundwissen aus Primarschule, Sachbüchern und anderen wissensvermittelnden Medien. Die Lektion baut auf diesem Alltagswissen auf, selbst wenn dieses nur auf einem sehr rudimentären Verständnis der Zusammenhänge basiert. Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 5 / 40
3. Leitideen Die beiden Einsteigslektionen für die propädeutische Physik in der Unterstufe – also Lektion 1 „ORION“ und Lektion 2 „Was ist Physik?“ – basieren auf den folgenden Leitideen: Dabei sein Der Einstieg in das neue Fach soll die Schülerinnen und Schüler zum Mitmachen motivieren und den Spass an der Physik ins Zentrum stellen. Sie sollen von Anfang an involviert werden, indem sie selber kleine Experimente („Untersuchungen“) durchführen können. Allfällige Berührungsängste sollen sich gar nicht erst bemerkbar machen. Alle sollen gleich in den ersten Stunden ihren Beitrag leisten. Damit soll eine allfällige innere Distanz zum Fach Physik rasch abgebaut werden, bevor sie sich verfestigen könnte. Faszination Der Einstieg soll die Phantasie der Schülerinnen und Schüler anregen und sie gleich mit einem der spektakulärsten Themen der Physik – der Weltraumforschung – in Kontakt bringen. Mit Hilfe des Gedankenspiels entführe ich die Klasse in die Welt der Raumfahrt und spiele damit gleich zu Beginn einen grossen Trumpf der Physik aus: in Medien, Kultur und Geschichte ist die Raumfahrt und damit verbunden die Erforschung des Weltalls eine ständige Quelle faszinierender Ereignisse. Die Aussicht, sich nun im Rahmen der Physik auf den Weg zu begeben zu einem tieferen Verständnis dieser geheimnisvollen Welt, dürfte für viele eine grosse Motivation sein. Zugang Die meisten Schülerinnen und Schüler haben den Begriff Physik wohl schon gehört, können sich aber noch nicht viel darunter vorstellen, was sie im Unterricht erwarten wird. Die Einstiegslektionen sollen auch deutlich machen, dass sich vieles in der Physik ohne weiteres mit alltäglichen Erfahrungen in Verbindung bringen lässt. Manche bringen aus Büchern oder von Fernsehsendungen bereits ein ziemlich umfangreiches (zugegeben nicht immer korrektes) Vorwissen mit. Nach den ersten 45 Minuten sollen sie den Eindruck haben, dass sich Physik durchaus auch mit Dingen beschäftigt, zu denen sie bereits aus dem Alltag oder aus den Medien einen Zugang haben und die ihnen damit viel näher liegen, als sie zunächst dachten. Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 6 / 40
Aktivieren und Einordnen In den ersten beiden Stunden sollen Begriffe aus dem Alltag aktiviert und in einen Kontext mit der Physik gebracht werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen erleben, dass ihnen vertraute Tätigkeiten wie beobachten, untersuchen, experimentieren und Schlüsse ziehen die Grundlage der naturwissenschaftlichen Forschung darstellen. Sie lernen ein breites Spektrum an physikalischen Bereichen kennen und können zu verschiedenen Fachgebieten bereits Beispiele nennen. Am Schluss der zwei Lektionen haben die SuS konkrete Vorstellungen davon, womit sich die Physik beschäftigt – z.B. mit Licht, Magnetismus, Bewegung etc. Leitidee der Einstiegslektionen: Die SuS sind vom ersten Moment mitten in der Physik drin. Alle sollen miteinander im Rahmen einer kleinen Geschichte eine Aufgabe lösen. Dabei wird das schon vorhandene physikalische Alltagswissen aktiviert. Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 7 / 40
4. Operationalisierte Lernziele Die beiden Einstiegslektionen verfolgen diese operationellen Lernziele: Lektion 1 – ORION Die Schülerinnen und Schüler kennen verschiedenen Fachgebieten der Physik (Optik, Akustik, Mechanik, Magnetismus, etc) und können deren grundlegenden Inhalt beschreiben. Sie können verschiedene kleine Experimente („Untersuchungen“) planen und durchführen und können aus dem beobachteten Verhalten auf die Eigenschaften eines unbekannten Körpers schliessen. Sie erkennen – ebenfalls ohne dass die Lehrperson dies explizit erläutert – die Möglichkeit, mit Hilfe von „Instrumenten“ einen Körper zu „befragen“ und aus dem beobachteten Verhalten Schlüsse über das Wesen des Körpers zu ziehen. Die Schülerinnen und Schüler wenden das in dieser Lektion gelernte Muster auch auf andere Situationen an: Sie sind in der Lage, sich zu einer einfachen Fragestellung eine Untersuchungsmethode zu überlegen. Die Resultate oder Beobachtungen aus der Durchführung der Untersuchung erlaubt es ihnen, eine Antwort auf die gestellte Frage zu finden. Lektion 2 – Was ist Physik? Die Schülerinnen und Schüler kennen verschiedene Fragestellungen, mit denen sich die Physik auseinandersetzt und können das Fach gegenüber anderen Fächern abgrenzen. Sie kennen verschiedene Fachgebiete der Physik (z.B. Optik, Wärmelehre) – vor allem diejenigen, welchen Sie im Verlaufe ihrer Mittelschulzeit noch begegnen werden. Sie sind in der Lage, für diese Fachgebiete konkrete Situationen als Beispiel für Fragestellungen zu nennen – entweder aus der Einstiegslektion oder aus ihrem Alltag. Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 8 / 40
5. Lektion 1 – „Mission ORION“
Im Folgenden ist der Ablauf der Einstiegslektion (aufgegliedert in die Teile A bis F)
detailliert und mit Tipps zur Durchführung geschildert. Die benötigten Unterlagen für die
Lektion finden sich im Anhang dieser Arbeit.
Erste Physik-Lektion im Herbst- oder Frühlingssemester einer zweiten Klasse des
Untergymnasiums, für eine Dauer von 45 Minuten, Ganzklassenunterricht.
Zeit Aktivität Material Teil
vorher Vorbereitung A
5’ Begrüssung, Einführung in die Mission ORION Power Point Präsentation B
10’ Tabelle mit möglichen Eigenschaften von Körpern OHP oder Tafel C
2’ Setup des Experimentes: zwei unbekannte Objekte Kugeln mit D
im Weltraum, im Klassenzimmer aufhängen Aufhängevorrichtung
3’ 1. Test: Schülerin oder Schüler bekommt ein „Instrument“ 1 E
„Instrument“, testet das Objekt, Rückschluss auf
Eigenschaften diskutieren und in Tabelle eintragen
ff. 2. Test und weitere mit gleichem Ablauf „Instrument“ 2 und ff. E
3’ Bericht an den Kommandanten: Vermutung über OHP oder Tafel F
die Objekte äussern und Verifizierung.
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 9 / 40A) Vorbereitung und Material für die Lektion
Checkliste Material:
• Powerpoint Präsentation „Mission ORION“ zur Einstimmung ( separates File)
• Kopien und OHP-Folie „ Bericht an den Kommandaten“ mit der Tabelle, um die
Eigenschaften einzutragen. ( Anhang)
• Tabelle mit den benötigten Nennungen und dem Ablauf
• Objekte 1 und 2 (Kugeln) mit Aufhängevorrichtung und Schnur
( Haken an Decke)
Beschreibung der beiden Objekte:
Objekt 1 – Eine massive Eisenkugel, etwa 15 cm Durchmesser, mit einem kleinen
Haken versehen, um sie an die Schnur zu hängen.
Objekt 2 – Eine Styroporkugel, blau bemalt, etwa 20 cm Durchmesser, ebenfalls mit
einem Haken versehen, um sie an die Schnur zu hängen.
• Bunsenbrenner
• Garten- oder Handwerkerhandschuhe
• Leiter
• Ein oder zwei Scheinwerfer mit farbiger Folie (für „Weltraumstimmung“)
• Instrumente (Siehe separate Liste der Untersuchungen)
(alle in einem Behälter „Forschungsausrüstung für unbekannte Objekte“)
Checkliste Vorbereitung:
• „Bericht“ kopieren und OHP-Folie
• Scheinwerfer aufstellen und auf die spätere Position der Objekte ausrichten
• Computer und Beamer in Betrieb nehmen, Präsentation laden, 1. Slide anzeigen.
• Material bereitstellen, Instrumente in der Schachtel bereithalten
• Schnüre zum Aufhängen der Kugeln an den Haken an der Decke anbringen
• Kurz vor der Lektion die Metallkugel mit Hilfe des Bunsenbrenners zu erhitzen
beginnen. (Die Kugel wird so lange erhitzt, bis sie in Teil D geholt wird.)
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 10 / 40B) Start der Lektion Wenn die Klasse zum ersten Mal das Physikzimmer betritt, sehen sie folgendes Slide zur Begrüssung – und auch schon zur Einstimmung auf das Thema der ersten Lektion. (SLIDE 1) Begrüssung der neuen Klasse. Der Einstieg könnte in etwa folgendermassen formuliert werden. (Die Schülerinnen und Schüler stehen nach dem zweiten Läuten auf. Die Lehrperson beginnt die Lektion.) Ich begrüsse euch zur ersten Physikstunde, ihr dürft euch setzen. Mein Name ist Thomas Camenzind. Wir werden in diesem Semester zusammen eine erste Reise in die Physik unternehmen. Was ist Physik? Und mit welchen Fragen beschäftigt sich diese Naturwissenschaft? Ich könnte euch jetzt eine ganze Lektion Antworten auf diese Fragen geben. Aber ich weiss etwas Besseres: ihr sollt selber Antworten auf diese Fragen finden. Denn auch wenn das eure erste Physikstunde ist – jede und jeder von euch weiss schon einiges über Physik. Sei es aus dem Alltag, oder aus Büchern, Fernsehsendungen oder vielleicht von euren älteren Geschwistern oder Freunden. (Zimmer ganz verdunkeln) Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 11 / 40
(Wechsel zu SLIDE 2) In dieser ersten Stunde möchte ich euch nämlich auf ein kleines Abenteuer mitnehmen. Ihr werdet selber einige einfache Experimente ausführen und dabei sehen, mit welchen Fragen sich die Physik beschäftigt. Dieses Abenteuer soll uns – wenigstens in Gedanken – auf eine Mission in die unendlichen Weiten des Weltalls führen. (Wechsel zu SLIDE 3) Stellt euch vor, wir leben in der Zukunft, in einer Zeit, da die Menschen durch den Weltraum reisen können und unbekannte Sonnensysteme und Planeten erforschen. Wir alle zusammen befinden uns auf einem Raumschiff und reisen zu einem unbekannten Planeten in einem fernen Sonnensystem. Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 12 / 40
(Wechsel zu SLIDE 4) Da meldet sich plötzlich das Raumkommando der Sternenflotte. „Sternenflotte an Raumschiff ORION: Auf diesem Planeten sind zwei unbekannte Objekte gesichtet worden. Niemand weiss bis jetzt genaues über diese geheimnisvollen Körper. Bestehen sie aus Antimaterie? Sind es kleine schwarze Löcher, die alles in ihrer Umgebung verschlingen?“ (Wechsel zu SLIDE 5) „Sie haben den Auftrag, auf dem Planeten zu landen und diese Objekte zu untersuchen. Vielleicht sind sie für unsere Forschungen von Interesse. Wir erwarten einen möglichst vollständigen Bericht über die unbekannten Objekte.“ Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 13 / 40
(Wechsel zu SLIDE 6) „Benutzen Sie unsere Forschungsausrüstung für unbekannte Objekte aber denken Sie daran: fassen Sie die Objekte auf keinen Fall an. Solange wir nichts Genaueres wissen, müssen wir mit grösster Vorsicht vorgehen. Viel Glück!“ Wir müssen also eine Expedition auf den Planeten machen und einen Bericht ans Sternenkommando schicken, in dem wir möglichst viel über die Eigenschaften dieser beiden unbekannten Objekte zusammenfassen. Aber wie sollen wir etwas über die Objekte erfahren, wenn wir sie nicht in die Hand nehmen dürfen? Zum Glück haben wir unsere Forschungsausrüstung dabei. Die kann uns vielleicht helfen. (Wechsel zu SLIDE 7 „Euer Auftrag“) Hier also nochmals unser Auftrag für diese Stunde! Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 14 / 40
(Wechsel zu SLIDE 8) Wir alle sind also ein Forschungsteam, welches sich in diesem Moment in den weiten des Weltalls in einer Landefähre befindet, welche uns vom Raumschiff auf die Oberfläche des Planeten bringt, wo die Objekte gesichtet worden sind. Doch bevor wir mit der Landefähre auf dem unbekannten Planeten ankommen (dieser Planet liegt natürlich praktischerweise in diesem Physik-Schulzimmer), haben wir noch etwas Zeit, um uns Gedanken zu machen, welche unterschiedlichen Eigenschaften man denn bei einem Objekt, einem unbekannten Gegenstand überhaupt untersuchen und beschreiben kann. (Licht machen, Beamer ausschalten) Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 15 / 40
C) Tabelle mit Eigenschaften erstellen Blatt mit dem noch leeren „Bericht an den Kommandanten“ an die Schülerinnen und Schüler verteilen, OHP in Betrieb nehmen und Folie auflegen. Ich habe euch eine Vorlage für den Bericht verteilt, den wir an den Kommandanten der Sternenflotte schicken sollen. In diesem Bericht können wir die Eigenschaften der beiden unbekannten Objekte auflisten. Aber welche Eigenschaften sollen wir überhaupt untersuchen? Oder anders gefragt: Welche Eigenschaften können denn Gegenstände und Körper haben, die man untersuchen kann? Nennt mir bitte solche Eigenschaften. Wir werden diese in der linken Spalte aufschreiben. Meldungen der Klasse entgegennehmen, eventuell nachfragen, wenn Unklarheiten zum Begriff bestehen. Die geklärten Begriffe untereinander in die erste Spalte eintragen. Bemerkung: Eventuell braucht es hier ein erstes Beispiel, um den SuS klar zu machen, welche Art von Begriffen gesucht ist und um die Nennung von Eigenschaften ins Rollen zu bringen. Eigenschaft (Spalte für Objekt 1) (Spalte für Objekt 2) Farbe (als Beispiel nennen) Oder die erste Nennung lautet z.B. „klein“. Dann muss erklärt werden, was mit Eigenschaft gemeint ist. Die zum Begriff „klein“ gehörende Eigenschaft lautet „Grösse“. Auf diese Weise sammeln sich in rund 10 Minuten etwa zwei Dutzend Begriffe an. Die Lehrperson listet zunächst die verschiedenen Nennungen der SuS auf. Daneben hat sie eine Liste mit den Eigenschaften, die im zweiten Teil mit Hilfe der „Instrumente“ untersucht werden sollen. Gegen Ende des Teils C weist sie mit Hinweisen auf die noch ausstehenden Begriffe für den Teil E hin. Beispiel: Die Eigenschaft „Magnetisch“ fehlt noch auf der Liste. Die Lehrperson weist darauf hin, dass schon seit vielen Jahrhunderten ein Instrument auf Segelschiffen verwendet wird, das eine Eigenschaft anzeigt, die noch nicht genannt wurde. In der Regel kommen die SuS darauf, dass der Kompass gemeint ist, der anzeigt, in welcher Richtung der Nordpol liegt. Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 16 / 40
Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die Eigenschaften, die untersucht werden
können und die Instrumente, mit denen diese im Teil E geprüft werden.
Eigenschaft Instrument Option
1 Farbe Taschenlampe (weisses Licht!) Muss
2 Struktur, Grösse und Form Feldstecher Kann
3 Gewicht * Jonglierbälle Muss
4 Temperatur Wasserspritzpistole Muss
5 Löslichkeit Wasserspritzpistole Kann
6 Festigkeit / Oberfläche Stab mit Stecknadel Muss
7 Material Holz- bzw. Glaskugeln Muss
8 Innere Struktur Holz- bzw. Glaskugeln Kann
9 Elektrisch leitend Batterie und Glühbirne mit Kabeln M/K
10 Magnetfeld Kompass M/K
11 Magnetisierbar Permanentmagnet M/K
* Ich schreibe hier ohne mit der Wimper zu zucken Gewicht hin und verschiebe die Diskussion darüber, dass
eigentlich Masse gemeint ist, auf die Mechanik!
Weitere Eigenschaften, die von den bisherigen Klassen genannt wurden, die aber nicht (oder
nur indirekt) überprüft werden können:
Volumen, Dichte, Festigkeit, Lebendig, Atmosphäre, Rotation, Klang, Oberfläche, Geruch,
Leuchtend, Materie verschlingend, Leitfähig, Porös, etc.
Die Spalte „Option“ soll der Lehrperson einen Hinweis geben, welche Untersuchungen für
eine Identifizierung der Objekte notwendig sind und welche bei knapper Zeit weggelassen
werden können. Von den drei letzten Untersuchungen sollte mindestens eine durchgeführt
werden, damit daraus die Schlussfolgerung gezogen werden kann, dass es sich beim Material
der einen Kugel um ein Metall bzw. um Eisen handelt.
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 17 / 40D) Landung auf dem Planeten Die Landung auf dem Planeten und die Begegnung mit den beiden unbekannten Objekten erfolgt nun ganz praktisch im Klassenzimmer. Da ich selber Theater spiele, inszeniere ich diesen Moment gerne etwas. Ich verdunkle das Klassenzimmer, schalte die beiden Scheinwerfer ein, die vor der Stunde so ausgerichtet wurden, dass sie auf die Stellen leuchten, an der die Objekte hängen werden. Dann ziehe ich mir grosse Schutzhandschuhe an und hole im Vorbereitungszimmer nacheinander die beiden kugelförmigen Objekte. Ich verberge die Objekte mit meinem Rücken, bis ich sie an die Schnüre gehängt habe, damit die Klasse zunächst noch möglichst wenig von ihnen erkennt. Die Schutzhandschuhe brauche ich aber tatsächlich, da die metallene Kugel mit dem Bunsenbrenner erhitzt wurde und entsprechend sehr heiss ist. Bemerkung zu den beiden Kugeln: Ich hatte das Glück, das in der Physik-Sammlung der Kantonsschule Oerlikon zwei passende Kugeln vorhanden waren, die ich für mein Konzept verwenden konnte. Die massive Metallkugel stammt aus einem alten Gyroskop und die Styropor-Kugel von einem Planetenmodell. Grundsätzlich gibt es natürlich noch viele andere Möglichkeiten, wie die zwei voneinander verschiedenen Kugeln beschaffen sein können. Jede Lehrperson wird hier selber nach Möglichkeiten suchen müssen. Allenfalls können die beiden Kugeln auch mit Hilfe eines technischen Assistenten selber gebaut werden. Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 18 / 40
E) Untersuchung der Objekte
Die weiteren rund 20 Minuten stellen den Hauptteil der Einstiegslektion dar. Der „Koffer“ mit
der Forschungsausrüstung wird geöffnet. Im Folgenden werden nun die verschiedenen
Eigenschaften der Objekte von den Schülerinnen und Schülern überprüft. Dabei wiederholt
sich der Ablauf einer einzelnen Untersuchung nach folgendem Schema:
Genereller Ablauf: Beispiel: Farbe
• Lehrperson wählt ein „Instrument“ aus • Taschenlampe aus dem Koffer nehmen
• Frage an die Klasse: Wie kann man • Nennung aus der Klasse: Die Objekte mit
damit welche Eigenschaft untersuchen der Taschenlampe beleuchten, um die Farbe
zu bestimmen.
• Eine Schülerin oder einen Schüler • Schülerin, welche die Antwort gegeben hat,
bestimmen oder eine freiwillige will auch gleich die Untersuchung
Meldung auswählen durchführen. Sie kommt nach vorne.
• Durchführung der Untersuchung (in • Schülerin beleuchtet zuerst die eine Kugel,
der Regel mehrmals und von dann die andere Kugel. Mit Hilfe des
verschiedenen Seiten, damit die ganze weissen Lichts erkennt man die „richtige“
Klasse genau beobachten kann) Farbe der Kugeln, die man wegen der
farbigen Scheinwerfer nicht erkennen
konnte.
• Instrument wieder versorgen, Schüler • Die Schülerin gibt die Taschenlampe zurück
oder Schülerin geht zurück an Platz und geht an ihren Platz.
• Frage an die Klasse: Was sollen wir • Auf der OHP-Folie bei der Kugel links unter
also in die beiden Spalten schreiben Eigenschaft „Farbe“ z.B. den Wert „blau“
oder anders: welche Erkenntnis über eintragen und bei der Kugel rechts
die beiden Objekte konnten wir „metallen“ oder „spiegelnd“.
gewinnen?
• Nächstes Instrument auswählen • ...
Zum Ablauf:
Da zu Beginn des Teils E nur die beiden Scheinwerfer die Objekte beleuchten, führe ich die
Untersuchung zur Farbe und zur Struktur als erstes durch. Nach dieser schalte ich den
Hellraumprojektor wieder ein und auch das Licht über den Reihen der Klasse, damit Sie die
Einträge ins Blatt bei genügender Helligkeit vornehmen können.
Bemerkung: Da es sich um eine Klasse handelt, welche die Lehrperson zum ersten Mal
unterrichtet, ergibt sich jetzt eine gute Gelegenheit, die Namen der SuS (mindestens von den
meisten) kennen zu lernen. Wenn man also einer Schülerin oder einem Schüler ein Instrument
gibt, erfragt man den Namen und erhält vielleicht so eine Erleichterung beim Lernen der
Namen, da nun dieser mit einer handelnden Person verbunden ist. Ich notiere mir die Namen
der SuS auf der Liste, neben der Eigenschaft, die sie untersucht oder genannt haben.
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 19 / 40Hier folgt nun eine detaillierte Beschreibung, wie die verschiedenen Eigenschaften mit Hilfe der gewählten Instrumente untersucht werden können, welche Handlung die Schülerin oder der Schüler ausführen, was sie aufgrund des Beobachteten schliessen können und inwiefern sich die Eigenschaften bei den beiden Kugeln unterscheiden. Grundsätzlich sind die Instrumente nicht auf eine einzelne Eigenschaft festgelegt. Die Untersuchung mit der Wasserpistole sagt nicht nur etwas über die Temperatur, sondern auch über die Saugfähigkeit, über die Löslichkeit etc. aus. Ausserdem bietet jedes Experiment Anlass, um über interessante Fragen mit den SuS zu sprechen. Einzelne Diskussionen sind unten erwähnt. Bei allem sollte die Lehrperson aber die Zeit im Auge behalten. Weiter führende Vertiefungen der aufgeworfenen Fragen können in der zweiten Lektion folgen. Die hier vorgegebene Reihenfolge der Versuche ist nur ein Vorschlag, sie hat sich aber in den bisherigen Durchführungen als sinnvoll erwiesen, da sie schrittweise zur Identifizierung führt. Farbe bestimmen mit Hilfe einer Taschenlampe Wie im Beispiel beschrieben. Struktur, Grösse und Form mit Hilfe eines Feldstechers bestimmen Der Blick durch den Feldstecher erlaubt es, die Oberfläche des Objektes genauer zu beschreiben. Dies ist ohne Feldstecher beim inszenierten Weltraumlicht fast nicht möglich. Dann soll der Schüler oder die Schülerin noch eine Aussage zur Grösse und zur Form des Objektes machen. Dies ist auf den ersten Blick irritierend. Sie sehen die Kugeln ja, warum sollen sie dazu noch einen Feldstecher benutzen. Ich bitte sie dann jeweils, sich vorzustellen, dass die zu untersuchenden Objekte sehr weit weg sein könnten, so dass man ihre Grösse nur schlecht abschätzen und auch nicht direkt bestimmen kann. Woher will man wissen, wie nahe bzw. wie gross sie sind? Hier im Schulzimmer ist uns das nur möglich, weil wir eine Grössen- und Distanzreferenz haben. Ausserdem kennen wir nur die eine Seite der Objekte. Wie sehen sie auf der Rückseite aus? Erst wenn die untersuchende Person um die Objekte herum geht, kann er oder sie sich davon überzeugen, dass sie auch von hinten kugelförmig sind. Das Gewicht der Kugeln mit Hilfe eines Jonglierballes bestimmen. Hier ist es für die Klasse eventuell nicht auf den ersten Blick ersichtlich, welche der gelisteten Eigenschaften man mit einem Jonglierball testen kann. Wenn niemand auf die passende Idee kommt, stelle ich die Frage, was man mit dem Ball denn machen könnte. Wenn dann der Schüler den Ball an die beiden Kugeln wirft und die eine stark ausgelenkt wird, während sich die andere kaum bewegt, wird schnell klar, welche Eigenschaft gemeint war. Der Schüler wirft in der Regel bei den ersten beiden Würfen nicht gleich stark. Wenn niemand aus der Klasse reklamiert, weise ich darauf hin und lasse die beiden Würfe wiederholen mit dem Auftrag, beide Male möglichst mit der gleichen Bewegung zu werfen. Beim Eintragen kommt dann die Frage auf, wie man nun das beobachtete Verhalten der Kugeln beschreiben kann. Dabei ist der Klasse intuitiv ersichtlich, dass man keine absolute Gewichtsangabe eintragen kann, sondern nur einen Vergleich zwischen den beiden Kugeln: die eine ist schwerer, die andere leichter. Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 20 / 40
(Bei der letzten Durchführung habe ich anstelle eines Jonglierballes eine NERF-Pistole verwendet. Dieses Spielzeug lässt sich mit Hilfe eines Bügels mit Druckluft laden und verschiesst Kunststoffprojektile.) Temperatur bestimmen mit Hilfe einer Wasserpistole Der Schüler spritzt mit der Pistole die Kugeln mehrmals an. Hier (wie auch bei vielen weiteren Untersuchungen) sollt man darauf achten, dass die Schülerin oder der Schüler seitlich stehen, damit die Klasse ungestört beobachten kann, was mit den Objekten passiert. Wenn die Metallkugel mit dem Bunsenbrenner genügend lange erhitzt wurde, dann bleibt sie heiss genug, um das Wasser schnell und mit deutlich sichtbaren Schwaden zu verdampfen. Noch nicht versucht habe ich, die andere Kugel im Tiefgefrierfach zu lagern, so dass das Wasser darauf gefriert. Im Gegensatz zum Gewicht kann man zur Temperatur nun nicht nur relative Angaben wie „wärmer“ und „kälter“ machen, sondern auch den Wert der Temperatur eingrenzen. Das Wasser gefriert an der Styroporkugel nicht, deshalb muss sie > 0° sein. An der Metallkugel sieht man, wie das Wasser gleich zu kochen beginnt und verdampft. Ihre Temperatur muss also > 100 °C sein. Wenn die Eigenschaften Löslichkeit (oder ähnliche) genannt wurden, dann kann man beide Eigenschaften mit der gleichen Untersuchung bestimmen. Festigkeit bzw. Oberflächenbeschaffenheit bestimmen mit einer Nadel Ich verwende eine lange Metallstange, die vorne zu einer Nadel zuläuft. Die Schüler trauen sich erst nicht, doch sie sollen durchaus beherzt zustossen. Diese Untersuchung ist – wie natürlich in geringerem Masse auch alle anderen – bezüglich der Eigenschaft, die untersucht werden soll, nicht eindeutig. Je nachdem, welche Eigenschaften die SuS genannt haben, kann man dies anpassen. In einer Klasse wurde z.B. „mit Wasser gefüllt“ als mögliche Eigenschaft genannt, was sich mit der Nadel auch überprüfen lässt. Aber es wird auch schnell klar, dass man zwar Aussagen über die Festigkeit der Kugeloberfläche, nicht jedoch über die innere Struktur der beiden Kugeln machen kann. Material und innere Struktur untersuchen mit Hilfe von kleinen Kügelchen Ich verwende kleine Glas-, Holz- und Metallkügelchen. Die Schüler kommen – nach dem Jonglierball – schnell darauf, dass sie diese ebenfalls an die Objekte werfen sollen. Ich lasse sie probieren und meist braucht es ein paar Würfe, bis sie merken, dass sie genau zuhören sollten, wie der Aufprall der Kügelchen auf den Objekten klingt. Meist ist nach dieser Untersuchung klar, dass es sich – mindestens aussen – bei der einen Kugel um Styropor und bei der anderen um Metall handelt. Die Metallkugel scheint dem Klang nach massiv zu sein, bei der Styropor-Kugel kann man dies nicht leicht entscheiden. (Ich plane, für einen nächsten Durchgang in die Styroporkugel einen Kern aus z.B. Holz einzubauen. Damit wird sie schwerer und der Klang könnte dann auf einen Kern aus einem anderen Material schliessen lassen.) Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 21 / 40
Elektrische Leitfähigkeit überprüfen. Diesen Test habe ich erst vor kurzem ins Konzept eingeführt. Er stellt – zusammen mit den beiden folgenden Test über die magnetischen Eigenschaften der Kugeln – eine Option dar. Je nach der verbleibenden Zeit kann auf diesen oder auf einen oder beide der magnetischen Tests verzichtet werden. Für den Test verwende ich eine Batterie, ein Lämpchen und die entsprechenden Kabel. Am besten klappt es, wenn zwei Schüler den Test durchführen. Zunächst soll einer der Schüler die Leitfähigkeit an einer Eisenstange (Stativstange) nachweisen. Dann berührt einer der beiden mit den beiden Kabelenden zunächst die eine und dann die andere Kugel, während der andere die Batterie und das Lämpchen hält. Magnetfeld überprüfen mit Hilfe einer Kompassnadel Ich benutze keinen Kompass, da die Klasse so nicht sehen kann, ob die Nadel ausschlägt. Stattdessen führt die Schülerin eine grosse Kompassnadel auf einer Spitze an die beiden Kugeln heran. Zuerst lass ich die Klasse noch überlegen, ob die Nadel die Nordrichtung korrekt anzeigt, was viele nach einem Blick auf ihr iPhone bestätigen. Oft ist die Schülerin unsicher, wie sie die Nadel bewegen soll, was Anlass bietet zu einer kleinen Diskussion mit der Klasse, unter welchen Umständen denn ein Ausschlag zu beobachten wäre. Die Kugeln mit einem Permanentmagneten überprüfen Die ersten Male habe ich einen Permanentmagneten an eine Stange gebunden, das hat sich aber als unnötig erwiesen. Die SuS haben das Konzept der Lektion verstanden, auch dass die Geschichte mit der Antimaterie eher mit einem Augenzwinkern zu verstehen ist. Deshalb reicht es, den Magneten direkt mit der Hand an die beiden Kugeln zu führen. Wenn der Magnet stark genug bzw. nicht zu schwer ist, bleibt er unten an der Eisenkugel hängen. Einige in der Klasse wissen dann in der Regel, dass es sich bei der Kugel um eine Eisenkugel handeln muss. Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 22 / 40
F) Abschluss der Untersuchung Je nach Klasse variiert die Anzahl Untersuchungen, welche in dieser einen Lektion durchgeführt werden können. Etwa 3 Minuten vor Ende der Lektion sollte die Lehrperson die Untersuchungen abschliessen. Nun stehen im Bericht an den Kommandanten (sprich auf der OHP-Folie und auf den Blättern der SuS) schon ziemlich viele Begriffe, welche die beiden Objekte charakterisieren. Die Lehrperson fragt nun die Klasse, ob sie eine Vermutung über die beiden Objekte abgeben möchte. In bisher allen Fällen, da ich diese Einstiegslektion durchgeführt habe, sind die meisten dahinter gekommen, dass es sich bei einem Objekt um eine massive Eisenkugel und beim anderen um eine Styropor-Kugel handeln muss. Die Lehrperson weist auch darauf hin (wenn das nicht schon im Teil E diskutiert wurde), dass es sich offenbar auch nicht um Antimaterie handelt und fragt die Klasse, was wohl passiert wäre, wenn doch. Bis jetzt hatten immer einige aus Science-Fiction Filmen oder Comics eine Vorstellung davon, dass die Kollision von Materie und Antimaterie zu ziemlich spektakulären Reaktionen führen würde. Man kann die Objekte also durchaus anfassen. Die Lehrperson hängt die beiden Objekte also ab, zuerst die Styropor-Kugel und reicht diese von der einen Seite durch die Reihen der Klasse, schliesslich mit den Handschuhen die Metallkugel und lässt diese in umgekehrter Richtung zusammen mit den Handschuhen zirkulieren. Die SuS sind meist überrascht darüber, wie schwer die gar nicht so gross erscheinende Metallkugel ist. Ausserdem ist sie – auch nach mehr als einer halben Stunde – noch so heiss, dass man sie nur mit Handschuhen anfassen kann! (Falls ich noch Zeit hatte, habe ich jeweils noch die Namen aller SuS auf dem Sitzraster des Zimmers eingetragen, während die beiden Objekte weitergegeben wurden.) = = = Ende der ersten Lektion = = = Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 23 / 40
6. Lektion 2 – „Was ist Physik?“
Im Folgenden ist der Ablauf der zweiten Lektion (aufgegliedert in die Teile G bis P)
detailliert und mit Tipps zur Durchführung geschildert. Die benötigten Unterlagen für die
Lektion finden sich im Anhang dieser Arbeit.
Zweite Physik-Lektion im Herbst- oder Frühlingssemester einer zweiten Klasse des
Untergymnasiums, für eine Dauer von 45 Minuten, Ganzklassenunterricht.
Zeit Aktivität Material Teil
vorher Vorbereitung G
3’ Begrüssung, Reminiszenz zu ORION und Ziel der H
heutigen Lektion
2’ Verteilen der ersten beiden Seiten des Skriptes. Kopien J
Kurze Besprechung von Teil 1).
5’ Teil 2) Wo spielt Physik in der Natur und im Alltag Vorlage / Folie K
eine Rolle?
5’ Teil 3) Definition Physik Vorlage / Folie L
10’ Teil 4) Physik als Teil der Naturwissenschaften Vorlage / Folie M
10’ Teil 5) Teilgebiete der Physik Vorlage / Folie N
8’ Informationen zum Physikunterricht allgemein Info-Blatt / Folie O
2’ Hausaufgaben Kopien P
G) Vorbereitung
Checkliste Material:
• Skript „Physik Unterstufe – I – Was ist Physik“ Kopien für alle SuS
• OHP-Folien der Skriptseiten (oder in elektronischer Form für Präsentation via
Beamer)
• Evt. Nochmals die beiden Kugeln mitnehmen (vor allem wenn in der ersten Stunde
zu wenig Zeit blieb, dass alle die Kugeln begutachten konnten).
• Hausaufgaben Blatt 1 Kopien für alle SuS
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 24 / 40H) Einstieg in die zweite Lektion
Begrüssung der Klasse. Die Lehrperson nimmt gleich zu Beginn Bezug auf die „Mission
ORION“.
„Ich hatte in der letzten Stunde gesagt, dass ich euch nicht einfach erklären möchte, was
Physik ist. Ihr solltet auf dem virtuellen Raumflug selber etwas darüber erfahren. Wir haben
also am Ende der Stunde herausgefunden, welcher Art die beiden unbekannten Objekte
waren. Was haben wir aber bei unserer Mission über das Fach Physik erfahren? Wenn ich
euch jetzt die Frage stelle: Was ist Physik?, wie würdet ihr diese Frage beantworten?
Insbesondere wenn ihr an die letzte Stunde denkt?“
Die Lehrperson nimmt einige Nennung entgegen. Je nach dem lenkt sie die Klasse auf die
folgenden Erkenntnisse, die sie zum Beispiel auf die beschriebene Weise vertiefen kann.
• Physik hat damit zu tun, dass wir mit Hilfe von Experimenten Informationen über die
Beschaffenheit von Körpern – oder generell: der Welt erhalten wollen.
Dass wir die Objekte nicht berühren durften, war hier ein spielerischer Ansatz. Aber
der Physiker kann die Gegenstände seiner Untersuchung in vielen Fällen nicht berühren –
seien es nun weit entfernte Sterne oder klitzekleine Atome. Er muss also tatsächlich
raffinierte Methoden finden, wie er in diesen Fällen Informationen erhalten kann!
• Der Mensch beobachtet und schlussfolgert. Er nutzt logisches Denken um aus seinen
Wahrnehmungen allgemein gültige Regeln und Gesetzmässigkeiten herzuleiten.
Das gilt für die Physik wie für alle Naturwissenschaften. Die Erkenntnisse, welche wir
über die Objekte gewonnen haben, beruhen auf einer Kette von Schlussfolgerungen, die
zum Teil aber nur auf Alltagserfahrungen beruhen. Wie verhält es sich aber in
Wirklichkeit? Diese Frage hat im Verlaufe der Jahrhunderte zu massiven Erschütterungen
unseres als sicher geltenden Wissens geführt und hat dieses durch neues ersetzt, das eine
umfassender Gültigkeit besitzt. Und das wird auch euch im Verlaufe eurer Mittelschul-
und später vielleicht Hochschulzeit so ergehen.
• Die unterschiedlichen Experimente haben auch schon ein ziemlich breites Bild gegeben
über die Teilgebiete, mit denen sich die Physik befasst.
Wir werden später in der Stunde nochmals auf diese Teilgebiete zurückkommen.
Danach gibt die Lehrperson bekannt:
In der zweiten Lektion verfolgen wir diese drei Ziele:
• Wir wollen auf die Frage, „Was ist Physik?“ eine erste Antwort geben.
• Wir ordnen die Physik in die anderen wissenschaftlichen Fächer ein.
• Wir lernen die wichtigsten Teilgebiete der Physik kennen.
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 25 / 40J) Skript
In dieser zweiten Lektion gibt die Lehrperson auch verschiedene Informationen zum Ablauf
des Unterrichts und zur Form der Zusammenarbeit (dies ist natürlich individuell verschieden).
Ich informiere die Klasse an dieser Stelle darüber, dass ich den Stoff auf Theorieblättern
abgeben werde, dass sie eine Mappe oder einen Ordner benutzen sollen, um die Unterlagen zu
sammeln und dass ich die ordentliche und vollständige Führung der Unterlagen bewerten
werde.
Dann verteile ich die ersten beiden Seiten des Skriptes (siehe Anhang). Der Stoff des ganzen
Semesters ist in mehrere Kapitel aufgeteilt. Diese ersten beiden Seiten beinhalten das Kapitel
I – Was ist Physik? Zu diesem Kapitel gehört auch das Blatt „Bericht an den Kommandanten“
aus der ersten Lektion.
Dieses erste Kapitel ist in fünf Abschnitte unterteilt, die im Verlaufe der zweiten Lektion
behandelt werden (allenfalls auch noch zu Beginn der dritten Lektion). Der Abschnitt 1 fasst
nochmals drei wichtige Punkte zusammen, welche ich als Lehrperson den Schülerinnen und
Schülern zu Beginn des Unterrichts mit auf den Weg geben möchte und die ich – Bezug
nehmend auf die Mission ORION – kurz zusammenfasse.
Physik / Unterstufe Theorie
I – Was ist Physik?
1) Mission Raumpatrouille ORION
• Jede und jeder kann bereits forschen. Die Neugier treibt uns an, genauer zu verstehen,
warum die Welt so ist, wie sie ist. Sie ist eine ureigene Antriebskraft des Menschen.
• Ihr alle wisst schon ziemlich viel darüber, wie gewisse Dinge funktionieren. Sehr oft
geht es in der Physik darum, dieses Wissen in klare Begriffe und mathematische
Formeln zu fassen.
• Lasst euch von der Schönheit und dem Geheimnisvollen der Welt und des Universums
faszinieren! Und nutzt neben der Schule auch andere Möglichkeiten, mehr über die
Physik zu erfahren (z.B. aus Zeitungen, Sachbüchern, Fernsehdokumentationen, etc.)
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 26 / 40K) Wo spielt Physik im Alltag eine Rolle? Übergang zu Abschnitt 2 des Skriptes. Nachdem in der ersten Stunde thematisch der Weltraum und die Raumfahrt im Vordergrund standen, soll dieser kurze Teil die Schülerinnen und Schüler daran erinnern, dass Physik auch in ihrem Alltag eine entscheidende Rolle spielt und omnipräsent ist. Die Lehrperson führt in etwa folgendermassen ein: „Wir haben also gesehen, dass ihr schon viel über physikalische Dinge wisst. Woher kommt denn dieses Wissen? Nun, wohl daher, dass unser Alltag auf vielerlei Weise von physikalischen Vorgängen und Gesetzen beherrscht ist. Könnt ihr mir alltägliche Situationen nennen, wo die Physik eine Rolle spielt? Denkt zum Beispiel ganz konkret an den heutigen Tag. Seit ihr erwacht seid hat euch die Physik auf Schritt und Tritt begleitet. Wir schreiben ein paar Punkte auf. Wer kann mir Beispiel nennen?“ Die Lehrperson sammelt Nennungen der Klasse. Sehr schnell wird den Schülerinnen und Schülern klar, dass es fast nichts gibt, was letztlich nicht mit Physik zu tun hat. Diese Liste soll nicht lang werden, sondern fünf oder sechs Einträge haben, welche klar machen, wie umfassend das Fach Physik eigentlich ist. Um das zu verdeutlichen kann man als letzten Eintrag auf die Frage, wo spielt Physik im Alltag eine Rolle, schreiben: überall! L) Definition des Begriffes Physik Übergang zu Abschnitt 3 des Skriptes: „Wir könnten diese Liste noch lange weiterführen. Offenbar hat alles etwas mit Physik zu tun. Aber trotzdem ist das Fach Physik ja genau eingegrenzt. Ich habe euch unter Punkt 3 eine von vielen möglichen Definitionen der Physik aufgeführt. (Vorlesen und kommentieren.) Auf nächste Stunde sollt ihr als Hausaufgabe eine weitere Definition finden und sie unten in das freie Feld übertragen. Wo könntet ihr suchen? Vielleicht in den alten Schulbüchern eurer Eltern, oder in einem Lexikon. Auf dem Internet gibt es ebenfalls viele mögliche Quellen. Ich habe die Definition auf dem Theorieblatt zum Beispiel auf Wikipedia gefunden. Zu Beginn der nächsten Stunde werden wir uns einige Definition anhören. 3) Definition Die Physik (von altgriechisch φυσική physikē‚ wissenschaftliche Erforschung der Naturerscheinungen, Naturforschung‘, lateinisch physica ‚Naturlehre‘) untersucht die grundlegenden Phänomene in der Natur in der Absicht, deren Eigenschaften und Verhalten anhand von quantitativen Modellen und Gesetzmäßigkeiten zu erklären. Sie befasst sich insbesondere mit Materie und Energie und deren Wechselwirkungen in Raum und Zeit. Finde selber eine Definition Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 27 / 40
M) Einordnung in die Wissenschaften In diesem Teil sollen die Schülerinnen und Schüler erkennen, wie sich das Fach Physik in die anderen mathematisch-naturwissenschaftlichen Fächer eingliedert. Zuerst bitte ich sie, mir diese Fächer zu nennen. Ich liste die Nennungen auf und ergänze sie allenfalls durch noch fehlende. Die Liste umfasst dann mindestens die Fächer Mathematik, Informatik, Physik, Chemie, Biologie und optional auch noch weitere Fächer wie z.B. Geographie, Soziologie, Biochemie etc. Dann ordne ich diese Fächer in einer Darstellung folgendermassen an. In der Regel beginne ich mit dem Fach Physik und bitte dann die Klasse, mir zu sagen, wie ich die weiteren Fächer anordnen soll. Meist haben die Schülerinnen und Schüler bereits eine recht gute Vorstellung davon, wie sich die Fächer zueinander anordnen lassen. Ich weise kurz auf den Grund hin, warum die Physik zuunterst angeordnet ist, darüber die Chemie und auf dieser dann die Biologie. Diese Darstellung folgt einer zunehmenden Komplexität der Struktur, wie die Materie aufgebaut ist: vom Aufbau der Atome, über die Moleküle der chemischen Reaktionen bis hin zu den Lebewesen. Und ich weise darauf hin, dass sich alle Fächer überlappen. Meist erhalte ich dazu bereits Hinweise von Schülerinnen oder Schülern, die sich dieser Tatsache bereits bewusst sind. Die Mathematik und die Informatik nehmen eine Sonderstellung ein, die ich dadurch zum Ausdruck bringe, dass ich sie sozusagen als Fundament unter alle anderen Fächer zeichne. Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 28 / 40
N) Teilgebiete der Physik
Im fünften Abschnitt geht es nun darum, sich innerhalb des Faches Physik einen ersten
Überblick zu verschaffen. Dazu ist im Skript eine Tabelle vorbereitet. In der linken Spalte
sollen die Fachrichtungen eingetragen werden, während in der rechten Spalte ein konkretes
Beispiel für dieses Teilgebiet aufgeführt wird. Dieses Beispiel kann für einige Teilbereiche
aus der ersten Lektion „Mission ORION“ stammen. Auf diese Weise haben die Schülerinnen
und Schüler gleich eine konkrete Vorstellung davon, mit welchen Phänomenen und Fragen
sich das entsprechende Teilgebiet beschäftigt.
Diesen Teil der Lektion gestalte ich manchmal offener (mit Fragen und Rückmeldungen aus
der Klasse) und manchmal geschlossener (weniger Fragen, gezieltere Nennung der Gebiete
durch die Lehrperson). Das hängt zum grossen Teil davon ab, wie viel Zeit die vorherigen
Teile benötigt haben. Zum kleineren Teil auch davon, ob es in der Klasse Schülerinnen und
Schüler gibt, die schon ein entsprechendes Vorwissen mitbringen.
Fachgebiete der Physik Mission
Mechanik – Bewegung, Kräfte, Energie „Zusammenstoss“
Gravitation (Schwerkraft) Gewicht
Licht (Optik) Farbe, Reflexion
Schwingungen
Schall (Akustik) und Wellen Klang, (Material, hohl?)
Wärme (Thermodynamik) Verdampfendes Wasser
Elektrizität und Magnetismus Magnetisch
Atomphysik (Aufbau der Materie)
Quantenphysik (Teilchen ↔ Welle)
Kosmologie (Urknall)
Während oder nach der Auflistung der Teilgebiete unterteile ich die ganze Tabelle noch in die
Bereiche Klassische Physik und Moderne Physik und frage die Schülerinnen und Schüler
nach je zwei bedeutenden Physikern, die zu den beiden Epochen gehören.
Klassische Physik: Galileo Galilei, Isaac Newton
Moderne Physik: Albert Einstein, Erwin Schrödinger
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 29 / 40O) Informationen zum Unterricht / Info Blatt
Zum Schluss der zweiten Lektion gebe ich nun noch ein paar Informationen zum Unterricht
bekannt. Vielleicht ist es für angehende Lehrpersonen illustrativ, welche Fragen man in
diesem Zusammenhang für Klassen auf der Unterstufe ansprechen und beantworten sollte. Ich
füge hier deshalb das Informationsblatt wie ich es im Herbstsemester 2011 verwendet habe
ein.
Unterricht und Bewertung im Fach Physik
Im Physikunterricht ist für dich folgendes wichtig:
• Der Unterricht besteht aus den Elementen Experiment, Theorie und Aufgaben. Die
Experimente sollen dir helfen, die Theorie zu verstehen, und die Aufgaben sind
Anwendungen der Theorie. Alle drei Elemente sind wichtig! Zu allen werde ich
Prüfungsfragen stellen.
• Wir werden während den Stunden die Theorie in einem Skript festhalten. Wenn Du eine
Stunde fehlst, dann trag die verpassten Inhalte nach. Es ist ausdrücklich erwünscht,
zusätzliche Notizen (z.B. zu Experimenten aus dem Unterricht) auf den Blättern zu
notieren.
Tipp: Nummeriere die Seiten des Skriptes, um Ordnung in deinen Unterlagen zu haben!
• Ich werde regelmässig Hausaufgaben geben. Üben ist wichtig! Meist geht es darum, das
erworbene Wissen anzuwenden oder mit Hilfe dieses Wissens eine unbekannte Situation
zu beurteilen. Ich werde einzelne Hausaufgaben einziehen und bewerten.
• Lebhafte Beteiligung am Unterricht ist erwünscht. Stell Fragen, wenn dir etwas nicht klar
ist, überlege dir eine Antwort, wenn ich Fragen stelle und sei auch mal mutig, um eine
gewagte Behauptung aufzustellen. Zu verschiedenen Themen wird es auch kleine
Praktika, Gruppenarbeiten, etc. geben. Nutze diese Gelegenheit, um dich aktiv zu
beteiligen.
Hinweis: vom 25. Okt. bis 16. Nov. werde ich extern ein Praktikum absolvieren. Die
Lektionen in diesen vier Wochen werden von einer Stellvertretung übernommen.
Bewertung der Leistungen
Schriftliche Prüfungen:
• Ihr werdet zwei schriftliche Prüfungen schreiben. Diese werden am Di, 15. November und
am Mi, 18. Januar sein. Wer eine Prüfung verpasst, schreibt in der letzten Woche vor der
Notenabgabe eine Nachprüfung. Diese wird den gesamten Stoff des Semesters
umfassen.
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 30 / 40Unterrichtsnote:
• Im Verlaufe des Semesters werde ich einige Male eure Arbeit bewerten. Darunter kann
die Korrektur einzelner Hausaufgaben, eure Mitarbeit während einer Gruppenarbeit, die
Bewertung einer Kurzprüfung und ähnliches fallen. Ihr erhaltet jeweils 2 Punkte (gut), 1
Punkt (genügend) oder 0 Punkte (ungenügend). Die Unterrichtsnote setzt sich
zusammen aus allen Bewertungen und kann Werte von +0,2 bis -0,2 annehmen.
Zeugnisnote:
• Die Zeugnisnote berechnet sich aus dem Schnitt der beiden schriftlichen Prüfungen. (Die
Noten der Prüfungen sind auf 0.01 gerundet). Die Unterrichtsnote wird zu diesem Schnitt
addiert und das Resultat auf die nächste halbe Note gerundet. Bei einer guten Mitarbeit
erhöhst du somit deine Chance, dass ein Schnitt, der zwischen zwei Zeugnisnoten liegt,
aufgerundet wird.
Ich freue mich auf eure aktive Beteilung am Unterricht und wünsche
euch viel Spass mit der Physik!
P) Hausaufgaben
Am Ende der zweiten Stunde teilt die Lehrperson das Aufgabenblatt 1 aus. (Vorlage im
Anhang). Sie gibt bekannt, bis wann die Aufgaben gelöst werden müssen und weist nochmals
darauf hin, dass die Schülerinnen und Schüler zusätzlich auch eine Definition für das Fach
Physik finden sollen.
= = = Ende der zweiten Lektion = = =
Fachdidaktische Arbeit „ORION“ Seite 31 / 40Sie können auch lesen
