Lehrplan PLUS

Direkt zur Hauptnavigation springen, zur Servicenavigation springen, zur Seitennavigation springen, zu den Serviceboxen springen, zum Inhalt springen

Physik

Das angegebene Fachprofil wird derzeit überarbeitet; die überarbeitete Fassung wird nach Abschluss der Anpassung des LehrplanPLUS an das neunjährige Gymnasium veröffentlicht.

1 Selbstverständnis des Faches Physik und sein Beitrag zur Bildung
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

In der Physik werden Naturphänomene sowie Aufbau und Eigenschaften der Materie modellhaft beschrieben; ihre Forschungsinhalte reichen von den elementaren Bausteinen der Materie bis hin zum Aufbau des Universums. Physikalische Forschung ist durch das Wechselspiel von Theorie und Experiment gekennzeichnet, ihre Ergebnisse und Arbeitsmethoden sind wegweisend für andere Naturwissenschaften. Physikalische Erkenntnisse sind Kulturgut, beeinflussen entscheidend unser Weltbild und berühren damit auch philosophische, ethische und religiöse Fragestellungen. Als Grundlage technischer Entwicklungen in der Kommunikationstechnologie, Energieversorgung, Ökologie, Medizin und in vielen weiteren Fachgebieten prägen physikalische Erkenntnisse das Leben jedes Einzelnen, die Berufs- und Arbeitswelt sowie gesellschaftliche Strukturen.

Viele Kinder und Jugendliche interessieren sich für Naturerscheinungen und deren Erklärungen. Das hochtechnisierte Lebensumfeld, in dem wir heute leben, führt sie zu weiteren Fragen, deren Beantwortung eine naturwissenschaftliche Grundbildung erfordert. Der Physikunterricht vermittelt den Schülerinnen und Schülern zum einen grundlegende Kenntnisse zu Naturgesetzen und technischen Anwendungen, zum anderen fördert er das Verständnis für charakteristische Denk- und Arbeitsweisen der Naturwissenschaft Physik. Die Jugendlichen entwickeln in der Auseinandersetzung mit Fachinhalten Kompetenzen, beispielsweise Erkenntnisse mit naturwissenschaftlichen Methoden zu gewinnen, Modelle (insbesondere auch mathematische Modelle) zu nutzen und kritisch zu reflektieren, fachliche Informationen zu recherchieren, aufzubereiten und zu präsentieren sowie Chancen und Risiken moderner Technologie zu bewerten.

Selbständiges Handeln im Bereich der Naturwissenschaften fördert Kreativität, Durchhaltevermögen sowie Abstraktions- und Kritikfähigkeit. Sowohl das Experimentieren in Gruppen als auch die Durchführung von Unterrichtsprojekten schulen die Team- und Kommunikationsfähigkeit, ein positives Sozialverhalten und die Bereitschaft zur Übernahme von Verantwortung. Das Fach Physik leistet somit nicht nur einen wesentlichen Beitrag zur vertieften Allgemeinbildung, sondern auch zur Persönlichkeitsentwicklung sowie zur Vorbereitung auf die Berufs- und Arbeitswelt.

2.1 Kompetenzstrukturmodell
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Kompetenzstrukturmodell "Physik"

Das Kompetenzstrukturmodell für das Fach Physik weist drei prozessbezogene Kompetenzen im äußeren Ring und vier Gegenstandsbereiche im Inneren aus. Der Kompetenzerwerb der Schülerinnen und Schüler im Unterricht basiert auf dem Zusammenwirken beider Dimensionen des Strukturmodells. Prozessbezogene Kompetenzen werden von Schülerinnen und Schülern im aktiven Umgang mit Fachinhalten erworben und angewandt. Fachinhalte aus unterschiedlichen Teilgebieten der Physik lassen sich mithilfe der Gegenstandsbereiche vernetzen. Das Modell orientiert sich an den Kompetenzbereichen der Bildungsstandards im Fach Physik für den Mittleren Schulabschluss, die im Jahr 2004 von der Kultusministerkonferenz beschlossen wurden.

Das Kompetenzstrukturmodell bildet die fachliche Grundlage für die Ausgestaltung des Lehrplans für das Fach Physik. Sowohl die Grundlegenden Kompetenzen als auch die Kompetenzerwartungen des Fachlehrplans sind mit den Elementen des Kompetenzstrukturmodells verbunden.

Für die Fächer Bio- und Astrophysik werden im Rahmen dieses Lehrplans keine spezifischen Kompetenzstrukturmodelle und demzufolge auch keine eigenen Fachprofile ausgewiesen. Insbesondere die prozessbezogenen Kompetenzen des Faches Physik haben für Bio- und Astrophysik uneingeschränkte Bedeutung.

2.2 Prozessbezogene Kompetenzen
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln im aktiven Umgang mit physikalischen Inhalten die prozessbezogenen Kompetenzen, die für das Fach Physik von zentraler Bedeutung sind. Erkenntnisse gewinnen, Kommunizieren und Bewerten stehen für Fähigkeiten und Fertigkeiten, die einerseits zum Lösen physikalischer Problemstellungen unerlässlich und andererseits charakteristisch für die Naturwissenschaft Physik sind. Für nachhaltig gewinnbringendes Lernen ist es von großer Bedeutung, dass die prozessbezogenen Kompetenzen im Unterricht bewusst und ausgewogen gefördert werden. Dies wird im Fachlehrplan durch die Ausweisung von Kompetenzerwartungen sichergestellt. Die prozessbezogenen Kompetenzen entwickeln sich bei den Schülerinnen und Schülern über die Jahrgangsstufen hinweg und werden im Fachlehrplan vielfältig inhaltsbezogen konkretisiert.

Erkenntnisse gewinnen
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Physikalische Erkenntnisgewinnung basiert auf dem Zusammenwirken experimenteller und theoretischer Arbeitsweisen. Ausgehend von Fragestellungen und Hypothesen planen die Schülerinnen und Schüler Experimente und führen diese anschließend durch. Im Rahmen  experimenteller Auswertungen verwenden die Schülerinnen und Schüler Formen der Mathematisierung und entwickeln theoretische Modelle. Umgekehrt stoßen Modelle auch experimentelle Untersuchungen an und werden von den Schülerinnen und Schüler für Veranschaulichungen, Erklärungen und theoretische Schlussfolgerungen genutzt. Indem die Schülerinnen und Schüler experimentelle Ergebnisse diskutieren sowie Nutzen und Grenzen von Modellen reflektieren, werden ihnen die fachspezifischen Arbeits- und Denkweisen der Physik deutlich.

Kommunizieren
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage, sich physikalische Kenntnisse aus Fach­texten zu erschließen, Informationen zu recherchieren und Arbeitsergebnisse in Dokumentationen und Präsentationen sach- und adressatengerecht aufzubereiten. In fachlichen Diskussionen zeigen sie Offenheit und Bereitschaft, eigene Ideen und Vorstellungen einzubringen und sich mit Gegenargumenten kritisch auseinanderzusetzen. Die Kommunikation in schriftlicher und mündlicher Form setzt vor allem Verständnis und sichere Verwendung der Fachsprache voraus. Dazu gehört auch, fachspezifische Darstellungsformen, wie etwa Tabellen, Diagramme, Vektorpfeile zur Darstellung gerichteter Größen sowie physikalische und mathematische Symbole, gezielt und korrekt zu verwenden.

Bewerten
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Die Schülerinnen und Schüler lernen physikalische Sichtweisen bei inner- und außerfachlichen Kontexten zu nutzen, um sachgerechte Entscheidungen für Problemstellungen zu treffen und, beispielsweise im Zusammenhang mit gesellschaftlich relevanten Fragestellungen, einen eigenen Standpunkt zu beziehen. Insbesondere bewerten sie alternative technische Lösungen sowie Risiken und Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten, im Alltag und bei der Nutzung moderner Technologie. Hierbei berücksichtigen sie neben physikalischen Aspekten auch außerfachliche (z. B. ökonomische, ökologische oder ethische) Aspekte. Die Schülerinnen und Schüler reflektieren Auswirkungen physikalischer Erkenntnisse in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen und sind sich der Chancen und Grenzen physikalischer Problemlösungen bewusst.

2.3 Gegenstandsbereiche
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Der Bereich Fachwissen im Kompetenzstrukturmodell wird in die vier Gegenstandsbereiche Energie, Materie, Wechselwirkung, Systeme im Gleich- und Ungleichgewicht untergliedert. Diese grundlegenden fachlichen Konzepte werden über die Jahrgangsstufen hinweg in unterschiedlichen fachlichen Zusammenhängen wiederholt aufgegriffen, thematisiert und ausdifferenziert. Sie unterstützen somit den kontinuierlichen Aufbau fachlicher Kompetenzen im Sinne kumulativen Lernens sowie den Erwerb eines strukturierten und mit anderen Naturwissenschaften vernetzten Wissens.

Physikalische Inhalte können häufig mehreren Gegenstandsbereichen zugeordnet werden. Dies wird den Schülerinnen und Schülern in der Regel erst nach einem längeren Lernprozess bewusst. Deshalb sind im Lehrplaninformationssystem sowohl die Grundlegenden Kompetenzen als auch die Kompetenzerwartungen des Fachlehrplans nur mit denjenigen Gegenstandsbereichen verknüpft, die in der jeweiligen Jahrgangsstufe aus Sicht der Schülerinnen und Schüler bei einem Inhalt im Vordergrund stehen.

Die Gegenstandsbereiche entsprechen den sogenannten Basiskonzepten der Bildungsstandards im Fach Physik für den Mittleren Schulabschluss, die im Jahr 2004 von der Kultusministerkonferenz beschlossen wurden. Sie lassen sich durch Zuordnung von fachlichen Inhalten konkretisieren:

Energie
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Beispiele: Energieformen, Energieumwandlung, Energieerhaltung, Arbeit und Wärme, Energieentwertung, Äquivalenz von Masse und Energie

Materie
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Beispiele: Masse und Dichte, Aggregatzustände, Teilchenmodell, Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Atom- und Kernmodelle

Wechselwirkung
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Beispiele: Newton’sche Gesetze, Impulserhaltung, magnetische und elektrische Felder, Gravitation, Wechselwirkung von Strahlung mit Materie

Systeme im Gleich- und Ungleichgewicht
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Beispiele: Kräftegleichgewicht, Temperaturgleichgewicht nach dem Mischen von Flüssigkeiten, Druckunterschiede als Ursache für Teilchenströme, elektrische Spannung als Potentialdifferenz

3 Aufbau des Fachlehrplans im Fach Physik
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Der Fachlehrplan einer jeden Jahrgangsstufe gliedert sich in mehrere Lernbereiche, die sich im Wesentlichen an den Teilgebieten der Physik (Mechanik, Wärmelehre, Elektrizitätslehre, Optik, Atomphysik, Kernphysik etc.) orientieren. Die Lernbereiche wiederum unterteilen sich in die beiden Abschnitte „Kompetenzerwartungen“ und „Inhalte zu den Kompetenzen“.

Die Grundlage für den Unterricht im Profilbereich am Naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasium (NTG) bildet der jeweils letzte Lernbereich des Fachlehrplans der Jahrgangsstufen 8 bis 10. Anhand zusätzlicher Inhalte vertiefen die Schülerinnen und Schüler am NTG die prozessbezogenen Kompetenzen Erkenntnisse gewinnen, Kommunizieren und Bewerten. Die Reihenfolge der Lernbereiche kann, soweit der logische Aufbau des Fachlehrplans nicht dagegen spricht, nach dem Ermessen der Lehrkraft innerhalb einer Jahrgangsstufe abgeändert werden. Die als Zeitrichtwerte genannten Stundenzahlen geben einen Hinweis für die Unterrichtsplanung.

Die ausgewiesenen Kompetenzerwartungen beschreiben fachliche Fähigkeiten und Fertigkeiten der Schülerinnen und Schülern, die am Ende des Lernprozesses nach aktiver Auseinandersetzung mit den Inhalten des jeweiligen Lernbereichs vorliegen sollen. Sie führen die prozessbezogenen Kompetenzen mit konkreten Inhalten zusammen. Kompetenzerwartungen beziehen sich in der Regel auf die Bewältigung von Anforderungssituationen und können dementsprechend mit Aufgaben entwickelt und überprüft werden. Eine ausgewogene Verteilung der prozessbezogenen Kompetenzen in jeder Jahrgangsstufe und eine Progression der Kompetenzen über alle Jahrgangsstufen hinweg sind maßgeblich für den Aufbau des gesamten Fachlehrplans. Das kumulative Lernen der Schülerinnen und Schüler wird, sowohl was die prozessbezogenen Kompetenzen als auch die Inhalte angeht, durch den Aufbau des Fachlehrplans gezielt unterstützt. Um dies zu verdeutlichen, sind die Kompetenzerwartungen des Fachlehrplans mit den Grundlegenden Kompetenzen und dem Kompetenzstrukturmodell verbunden.

Zur Förderung der experimentellen Kompetenz, die Teil der prozessbezogenen Kompetenz Erkenntnisse gewinnen ist, sollen die Schüler regelmäßig selbst Experimente durchführen. Der Fachlehrplan weist deshalb, vom Schwerpunkt Physik im Fach Natur und Technik in Jahrgangsstufe 7 bis zur Jahrgangsstufe 11, konkrete Schülerexperimente aus; bei diesen besteht eine gewisse Wahlfreiheit, die jeweils zu Beginn des Fachlehrplans der betreffenden Jahrgangsstufen erläutert wird.

In Jahrgangsstufe 9 sowie in Jahrgangsstufe 10 des NTG werden Unterrichtsprojekte durchgeführt, in denen die Jugendlichen selbständig fachtypische Arbeitsweisen verwenden und ihre Teamfähigkeit stärken.

In der Jahrgangsstufe 11 können die Schülerinnen und Schüler das Fach Biophysik, in der Jahrgangsstufe 12 das Fach Astrophysik als Lehrplanalternative oder als Fach des Zusatzangebots belegen. Was im Vorangegangenen über den grundlegenden Aufbau des Fachlehrplans Physik ausgeführt wurde, gilt für die Lehrpläne Bio- und Astrophysik analog.

4 Zusammenarbeit mit anderen Fächern
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

In modernen Forschungsprojekten findet häufig eine enge Kooperation zwischen den Teildisziplinen Biologie, Chemie und Physik statt. Auch in der Schule bietet sich die interdisziplinäre Behandlung von naturwissenschaftlichen Fragestellungen an. Das Fach Natur und Technik in der Unterstufe sowie das Fach Biophysik in der Oberstufe sind deutlicher Ausdruck dieser fächerübergreifenden Zusammenarbeit, die auch im Physikunterricht der Mittelstufe vielfältig realisiert werden kann.

Die physikalische Beschreibung von Naturphänomenen basiert zu einem wesentlichen Teil auf dem Prozess der Mathematisierung. Die mathematische Behandlung physikalischer Sachverhalte sollte dabei im Anfangsunterricht der Jahrgangsstufen 7 und 8 lediglich exemplarisch aufgezeigt werden und im Physikunterricht der Jahrgangsstufen 9 und 10 dann eine behutsame Entwicklung erfahren. In der Oberstufe erkennen die Schülerinnen und Schüler schließlich die unverzichtbaren Vorteile einer präzisen mathematischen Darstellung physikalischer Gesetze.

Bei der Durchführung und Auswertung von Experimenten, bei der Modellbildung sowie bei der Verwendung von Standardsoftware zu Recherche-, Dokumentations- und Präsentationszwecken stellen Computer sinnvolle Hilfsmittel dar; hierbei zeigen sich Anknüpfungspunkte zum Fach Informatik.

Die Schülerinnen und Schüler lernen bedeutsame Wendepunkte in der Geschichte der Physik kennen, deuten physikalische Erkenntnisse in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen und treffen, z. B. bei der Behandlung der Quantenphysik, auf philosophische Aspekte der physikalischen Erkenntnisgewinnung. Zudem erfordern zentrale, gesellschaftlich relevante Themen, wie z. B. der Umweltschutz und die Sicherung der Energieversorgung, vielfach interdisziplinäre Betrachtungen. Für fächerübergreifende Unterrichtsvorhaben existieren somit zahlreiche Verbindungen zu den geisteswissenschaftlichen Fächern.

Zur exakten Beschreibung von Naturvorgängen sind der sichere Umgang mit der deutschen Sprache und der Fachterminologie unabdingbar. Die gelegentliche Verwendung englischsprachiger Fachtexte kann die Schülerinnen und Schüler für die Bedeutung der englischen Sprache bei Veröffentlichungen und internationalen Forschungsvorhaben im Bereich der Naturwissenschaften sensibilisieren.

5 Beitrag des Faches Physik zu den übergreifenden Bildungs- und Erziehungszielen
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Das Fach Physik leistet zu zahlreichen übergreifenden Bildungs- und Erziehungszielen wertvolle Beiträge. Die wichtigsten Aspekte sind im Folgenden aufgeführt:

Technische Bildung
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Die Schülerinnen und Schüler sind aufgrund ihrer physikalischen Kenntnisse in der Lage,  grundlegende Funktionsweisen technischer Geräte zu erklären. Im Physikunterricht entwickeln sie zudem die Fähigkeit, sich selbständig Funktionsprinzipien moderner Technologie anhand von Fachtexten zu erschließen. Sie bewerten mit dem technischen Fortschritt verbundene Chancen und Risiken für den Einzelnen, die Gesellschaft und die Umwelt und nehmen vor dem Hintergrund unterschiedlicher Meinungen in der Gesellschaft, z. B. im Zusammenhang mit der Nutzung von Kernenergie, einen eigenen fundierten Standpunkt ein. Sie berücksichtigen in Kontexten, in denen das Fach Physik einen Beitrag zur technischen Bildung leistet, auch ökologische, ökonomische, soziale und politische Aspekte.

Verkehrserziehung
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Im Fach Physik erwerben die Schülerinnen und Schülern fachliche Kenntnisse, die entscheidend dabei helfen, kritische Situationen im Straßenverkehr sachgerecht zu bewerten. Naturgesetze führen ihnen zum einen das Gefahrenpotenzial vor Augen, das von Fahrten mit nicht angepasster Geschwindigkeit ausgeht, zum anderen wird ihnen die große Bedeutung von Straßenverkehrsregeln sowie von Sicherheitssystemen in Fahrzeugen deutlich. Das Fach Physik fördert somit das gefahrenbewusste und verantwortungsvolle Handeln im Straßenverkehr sowie die Bereitschaft zu Rücksichtnahme und defensivem Verhalten. Bei der Behandlung des Themas Energieversorgung wird das Problembewusstsein der Jugendlichen für ökologische und ökonomische Fragen auch im Zusammenhang mit Mobilität und Verkehr gestärkt.

Bildung für nachhaltige Entwicklung
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Die Energieversorgung sicherzustellen und diese mit nachhaltiger Entwicklung zu verbinden, stellt die jetzigen und zukünftigen Generationen vor große Herausforderungen. Neuen technischen Entwicklungen, die u. a. auf physikalischer Grundlagenforschung beruhen, kommt hierbei eine zentrale Bedeutung zu. Das Fach Physik macht die Schülerinnen und Schüler mit den fachlichen Grundlagen vertraut, um verschiedene Formen der Energiegewinnung und des Energietransports vergleichen und bewerten zu können. Hierbei wägen sie Kriterien, wie z. B. Wirkungsgrad, Ressourcenknappheit oder Auswirkungen auf die Umwelt, gegeneinander ab.

Sprachliche Bildung
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Das Fach Physik trägt durch die gezielte Einführung und fortwährende Einübung der Fachsprache, verbunden mit einer konsequenten Unterscheidung von der Alltagssprache, zur sprachlichen Bildung bei. Die Schülerinnen und Schüler erschließen sich Fachtexte und stellen ihre eigenen Ideen, wie es für die naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung kennzeichnend ist, sach- und adressatengerecht in mündlicher und schriftlicher Form vor. In fachlichen Diskussionen wird ihre Kritikfähigkeit, ihre Offenheit für neue Argumente sowie die Fähigkeit entwickelt, sich treffend, angemessen und wertschätzend auszudrücken. Durch einen sprachsensiblen Unterricht werden die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass alle Schülerinnen und Schüler (insbesondere auch diejenigen mit Deutsch als Zweitsprache) dem Unterricht angemessen folgen, fachliche Kompetenzen erwerben und sich unter Benutzung der Fachsprache über fachliche Inhalte austauschen und verständigen können.

Medienbildung/Digitale Bildung
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Das Fach Physik unterstützt auf vielfältige Art und Weise die Medienbildung. Die Schülerinnen und Schüler reflektieren Darstellungen fachlicher Daten in Tabellen und Diagrammen, wie sie häufig in Medien zur Veranschaulichung eingesetzt werden. Sie lernen für Recherche-, Dokumentations- und Präsentationszwecke fachliche Informationen aus verschiedenen Medien bewusst auszuwählen, sach- und adressatengerecht zu verarbeiten und zu bewerten. Hierbei werden sie auch für urheber- und datenschutzrechtliche Fragen sensibilisiert. Der zielgerichtete Einsatz des Computers, u. a. zur Durchführung und Auswertung von Experimenten, zur Simulation physikalischer Prozesse und als Lernwerkzeug, liefert einen weiteren Beitrag zur Medienbildung.

Gesundheitsförderung
Abschnitt zur PDF-Sammlung hinzufügen

Kenntnisse über Sicherheitsaspekte beim Experimentieren, insbesondere über den sicheren Umgang mit elektrischer Energie und optischer Strahlung, bilden eine wichtige fachliche Grundlage für den verantwortungsvollen Umgang mit technischen Geräten und die Bewertung möglicher Gefahrensituationen im häuslichen Umfeld. Die Schülerinnen und Schüler lernen im Fach Physik auch die Wirkungen ionisierender Strahlung auf den menschlichen Organismus sachgerecht einzuschätzen. Dieser physikalische Hintergrund unterstützt sie dabei, im Zusammenhang mit diagnostischen und therapeutischen Verfahren der Medizin eine persönliche Haltung zu entwickeln, die von unreflektierter Verharmlosung ebenso distanziert ist wie von kategorischer Ablehnung medizintechnischer Anwendungen.

Das Fach Biophysik leistet einen weiteren wesentlichen Beitrag zur Gesundheitserziehung. Die Schülerinnen und Schüler beurteilen u. a. gesundheitliche Folgen, die von hohen Schalldruckpegeln verursacht werden und entwickeln dadurch Verantwortungsbewusstsein für ihre Gesundheit.