Lehrplan PLUS

In Jgst. 8 lernen die Schülerinnen und Schüler physikalische Modelle als ein wichtiges Werkzeug physikalischen Arbeitens kennen. Im Lernbereich „1 Elektrischer Strom“ wird ein anschauliches, tragfähiges Modell für den elektrischen Strom eingeführt, das die Untersuchungen von Stromstärke, Spannung und Widerstand in verschiedenen Situationen kontinuierlich begleitet. Auch die Erläuterung der „Beobachtungen zu Stromstärken und Spannungen in elektrischen Schaltungen mit maximal drei Widerständen“ soll anhand dieses Modells erfolgen. Dabei sind qualitative Betrachtungen und die Berechnung von Größen von gleicher Bedeutung. Qualitative Argumentationen fördern besonders das Verständnis für Zusammenhänge und sind auch in Alltagssituationen von Bedeutung. Sie werden durch quantitative Betrachtungen vertieft, die auf der begründbaren Aufteilung der Spannung und der Stromstärke im Verhältnis bzw. im umgekehrten Verhältnis der beteiligten Widerstände beruhen. Die Kenntnis und das Nutzen von Formeln zur Berechnung des Gesamtwiderstands (Ersatzwiderstands) einer Reihen- oder Parallelschaltung zweier elektrischer Widerstände sind ausdrücklich nicht in der Kompetenzerwartung gefordert. Eine lediglich formale, algebraische Betrachtung kann erfahrungsgemäß dazu führen, dass Verständnisaspekte gegenüber einem wenig reflektierten Operieren mit Gleichungen in den Hintergrund treten. Zudem ist die hier erwartete Betrachtungsweise für die angesprochene Altersstufe angemessener als ein formelgebundener Zugang.

Es gibt in der Physik grundsätzlich zwei unterschiedliche Möglichkeiten, dem elektrischen Strom eine Richtung zuzuschreiben. Historisch wurde die Richtung vom Pluspol zum Minuspol einer Elektrizitätsquelle festgelegt, unter anderem aufgrund der Flussrichtung positiver Ionen in einer stromführenden Lösung. Dies ist auch die Definition der Stromrichtung, die in der Fachwissenschaft verwendet wird. Dem gegenüber steht die Bewegungsrichtung der Elektronen in einem metallischen Leiter. Auch wenn dieser Fall der im Unterricht fast ausschließlich betrachtete ist, gibt es – beispielsweise im Hinblick auf Leitungsmechanismen in Halbleitern – keine kanonische, für alle Anwendungssituationen zu präferierende Stromrichtung. Daher hat sich in der Physik die Beibehaltung der historischen Konvention für die Stromrichtung durchgesetzt. Diese spiegelt sich im LehrplanPLUS in der Formulierung von Kompetenzerwartungen und in den Dokumenten im Lehrplaninformationssystem wider. Der Begriff „technische Stromrichtung“, bisweilen in Abgrenzung gegenüber der „physikalischen Stromrichtung“, ist einer begrifflichen Klarheit abträglich und wird deshalb im LehrplanPLUS nicht verwendet. Benutzt werden durchgehend die Begriffe Stromrichtung (anstelle der technischen Stromrichtung) und – sofern diese Unterscheidung von Bedeutung ist – Bewegungsrichtung der Elektronen.

In Jgst. 8 lernen die Schülerinnen und Schüler den elektrischen Widerstand als wichtige Kenngröße elektrischer Bauteile kennen. Dabei steht neben der Berechnung von Widerstandswerten mithilfe der Definitionsgleichung eine Differenzierung zwischen konstanten und nichtkonstanten Widerständen anhand deren Kennlinien in Form von Ursprungsgeraden bzw. gekrümmten Kurven im Vordergrund. Beziehungen zwischen der Krümmung einer Kennlinie und der Änderung des Widerstands des dazugehörigen Bauteils sind nicht notwendig. Insbesondere intendiert der LehrplanPLUS weder die quantitative Ermittlung des Widerstandswertes aus dem Steigungsverhalten der Kennlinie noch die Formulierung eines Ohm’schen Gesetzes. Im Fokus steht für die Schülerinnen und Schüler der Jgst. 8, abgesehen vom Erlernen des Experimentierens, das Zeichnen von Kennlinien (inkl. Thematisierung der Messgenauigkeit anhand ausgleichender Kurven) anhand selbst gemessener oder in Übungsaufgaben vorgegebener Messwerte, das Berechnen einzelner fehlender Werte mithilfe der Definitionsgleichung für den Widerstand sowie die Einteilung von Bauteilen in die beiden Kategorien Ohm`scher Widerstand und nicht-Ohm`scher Widerstand. Die beiden Kategorien sind dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandswert des Bauteils entweder konstant ist, oder sich in Abhängigkeit von anderen Größen (z. B. Stromstärke, Temperatur, Licht etc.) ändert.