Der elektrische Stromkreis

erwerben die Fähigkeit, Experimente zu planen, durchzuführen und Sachverhalte durch Symbole auszudrücken. Sie erkennen ursächliche Zusammenhänge und in sich daraus ergebenen Möglichkeiten, Problemen und Gefahren. Die Fähigkeit, mit anderen zusammenzuarbeiten, wird weiter entwickelt.

Lebensgrundlage Wasser

sollen grundlegende Kenntnisse über das Vorkommen, die Eigenschaften und die Nutzung von Wasser erwerben. Sie sollen mit Wasser verantwortungsvoll umgehen, weil es als lebensnotwendiger Stoff nicht unbegrenzt verfügbar ist. Sie sollen erfahren, daß Wasser als Lösungsmittel von besonderer Bedeutung ist. Die Schülerinnen und Schüler sollen einfache Verfahren zur Reinigung von Wasser anwenden können und technische Verfahren zur Trinkwassergewinnung und Abwasseraufbereitung kennen. Bei diesem Thema können die Schülerinnen und Schüler viele Inhalte selbsttätig und in Schülerexperimenten erschließen. Es ist, neben dem Thema 1, besonders geeignet, in die spezifischen naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen einzuführen.

Temperatur und Wärmetransport

erkennen die Notwendigkeit objektiver Meßverfahren zur Bewertung natürlicher Erscheinungen. Sie sollen Meßgeräte ablesen, die Informationen verarbeiten und anschaulich darstellen (z.B. tabellarisch, grafisch). Die Schülerinnen und Schüler sollen grundlegende Kenntnisse über den Wärmetransport und die Wärmedämmung erwerben und erkennen, wie physikalische Sachverhalte zur Lösung technischer Probleme genutzt werden.

Luft - ein lebensnotwendiger Stoff

sollen die Bedeutung der Luft für die Lebewesen und die Zusammensetzung der Luft kennen. Dabei erwerben sie Handlungsmöglichkeiten, um die beim Verbrennungsprozeß auftretenden Umweltschäden zu verringern. Die Sicherheit beim Experimentieren soll gesteigert werden.

Einfache Geräte erleichtern die Arbeit

Bei der Erarbeitung der physikalischen Begriffe Kraft und Arbeit erkennen die Schülerinnen und Schüler, daß Funktionszusammenhänge durchaus in der Alltagssprache beschrieben werden können, aber bei der Kennzeichnung physikalischer Größen eindeutige Definitionen (Maßeinheiten und Meßverfahren) zur Vermeidung von Fehlern und Mißverständnissen notwendig sind. Sie sollen in Geräten des täglichen Umgangs die Prinzipien der Mechanik entdecken.

Sehen und gesehen werden

Die Rolle des Menschen als Verkehrsteilnehmer setzt ein hohes Maß an Verantwortungsfähigkeit voraus. Diese soll durch die Kenntnisse über den Sehvorgang erweitert werden. Außerdem erfahren die Schülerinnen und Schüler, wie physikalische Gesetzmäßigkeiten für technische Anwendungen genutzt werden.

Elektrizität kostet Geld

sollen die elektrischen Größen Spannung, Stromstärke, Leistung und Arbeit kennenlernen, mit den entsprechenden Meßgeräten sachgerecht umgehen, mit den ermittelten Werten Berechnungen ausführen und die Ergebnisse bewerten.

Metalle und ihre Bedeutung für Zivilisation und Umwelt

sollen grundlegende Kenntnisse über Gewinnung, Eigenschaften und Verwendung von Metallen erwerben. Sie sollen Oxidation und Reduktion als chemische Vorgänge kennen und durch ein modifiziertes Kugelmodell deuten. Sie sollen Einstellungen und Handlungsmöglichkeiten entwickeln, die zum menschengerechten und umweltverträglichen Umgang mit den verfügbaren Rohstoffen führen.

Nahrungsmittel

Zur Erhaltung der eigenen Gesundheit sollen die Schülerinnen und Schüler ein angemessenes Ernährungsbewußtsein und -verhalten entwickeln. Dazu gehört die Erkenntnis, daß die Nährstoffe begrenzt austauschbar sind, daß zu einer ausgewogenen Ernährung die Vielzahl der Nahrungsmittel gehört und daß ein Zuviel an Schadstoffen vermieden werden muß.

Vorsicht ätzend! ( Säuren - Laugen - Salze)

sollen die Bedeutung dieser Stoffgruppen für die Menschen erfahren. Dabei erkennen sie, daß Kochsalz in riesigen Mengen in der Natur vorkommt und sowohl für den Menschen als auch für die Industrie ein unverzichtbarer und vielseitiger Ausgangsstoff ist. Weiterhin erkennen sie, daß es neben Kochsalz auch andere Salze gibt. Sie sollen die Zusammenhänge zwischen sinnvoller Verwendung und unsachgemäßer Anwendung dieser Stoffe erkennen. Diese Kenntnisse führen u.a. zum verantwortungsbewußten Umgang mit Haushaltsreinigern. Die Neutralisation wird als weitere chemische Reaktion kennengelernt.

Energienutzung - Möglichkeiten und Probleme

erfahren, daß es verschiedene Formen der Energie gibt, die sich ineinander umwandeln lassen. Sie erkennen, daß bei der Umwandlung der verschiedenen Energieformen Umweltprobleme z. B. durch Schadstoffe und Abwärme entstehen, die möglichst gering gehalten werden müssen. Gleichzeitig wird ihnen bewußt, daß es Zusammenhänge zwischen Lebensweise und Klima gibt. Sie sollen anhand der galvanischen Elemente erfahren, daß man durch Stoffumwandlungen elektrische Energie gewinnen kann.

Radioaktivität und Kernenergie

sollen über die fachlichen Grundkenntnisse über Radioaktivität verfügen, damit sie sich sachlich mit dem Problemkreis Kernenergie und Radioaktivtität auseinandersetzen können. Dadurch sollen sie zu einer verantwortungsbewußten und kritischen Einstellung bei der Bewertung technischer Anwendungen physikalischer Vorgänge kritisch gelangen.

Vom Fließen des elektrischen Stroms

sollen

Wärmeausbreitung und ihre Bedeutung RS für Mensch und Umwelt

sollen

Sehen und gesehen werden

sollen Die bei diesem Thema mit Kursivdruck gekennzeichneten Inhalte sind nicht verbindlich.

Der Elektromagnet - die Bedeutung einer bahnbrechenden RS Erfindung für den Menschen

sollen

Optische Geräte im Dienste der Menschheit

sollen Von den angegebenen Schwerpunkten ist mindestens einer, bevorzugt aber zwei zu unterrichten. Die Grundlagen sollen nach Möglichkeit in Verbindung mit einem der gewählten Schwerpunkte erarbeitet werden.

Kräfte und Bewegungen

sollen

Mechanik im Dienste der Verkehrssicherheit

sollen Von den angegebenen Schwerpunkten ist mindestens einer, bevorzugt aber zwei zu unterrichten. Die Grundlagen sollen nach Möglichkeit in Verbindung mit einem der gewählten Schwerpunkte erarbeitet werden.

Die öffentliche Elektrizitätsversorgung

sollen

Kernenergie und Verantwortung

sollen

Unsere Energieversorgung

sollen

Elektrische Beleuchtung

präzisieren durch eigenes Experimentieren ihre Vorstellungen vom elektrischen Transport von Energie. Die Vorstellung einer Batterie als Stromquelle und einer Lampe als Verbraucher wird im Sinne von Energie bzw. Energietransport gedeutet, während im geschlossenen Stromkreis ein Kreisstrom der Elektrizität bzw. der elektrischen Ladung vorliegt. Die unterschiedliche Helligkeit von Lampen in der Parallel- und Serienschaltung weckt das Interesse der Schülerinnen und Schüler nach strukturierenden Begriffen und Zusammenhängen. Das induktive Vorgehen weckt Ideen und Fragen. Die Schülerinnen und Schüler erkennen Phänomene und Zusammenhänge an einfachen, selbst geplanten und durchgeführten Experimenten. Die experimentelle Arbeit in Kleingruppen charakterisiert die Einführung in den Anfangsunterricht. Sie fördert die Selbständigkeit der Schülerinnen und Schüler und bei geeigneter Anleitung auch das Sozialverhalten in der Gruppe.

Hitze, Kälte und Wärmeisolierung

Neben dem physikalischen Begriff Temperatur wird anhand von Experimenten die Notwendigkeit verdeutlicht, auch den physikalischen Begriff Wärme einzuführen. Am Beispiel der Abgrenzung der Begriffe Wärme und Temperatur gegeneinander findet eine Einführung in exaktes naturwissenschaftliches analysierendes Denken als Basis für die Beurteilung von Vorgängen und Sachverhalten statt. Außerdem sollen die Schülerinnen und Schüler in die Lage versetzt werden, gewollte und ungewollte Wärmeströme z.B. im Wohnbereich mit den Begriffen Wärme und Temperatur halbquantitativ zu beschreiben und Temperaturen zu messen. Das selbständige, experimentelle Arbeiten, welches Sorgfalt und Geduld erfordert, stellt einen gemeinsamen Erfahrungsbereich sicher, der in der Diskussion der Ergebnisse zur Sicherheit in der Verwendung der Begriffe und in der Anwendung der Zusammenhänge führt.

Licht und Schatten

lernen hier ein erstes einfaches optisches Modell kennen und anwenden, nämlich das des Lichtstrahles. Diese Modellbildung wird in Physik und Umwelt der Schülerinnen und Schüler eine wichtige Denk- und Vorstellungshilfe darstellen. Die Grenzen dieses Modells werden in dieser Klasse noch nicht thematisiert, da hier bei den gewählten Experimenten noch keine Widersprüche oder Unzulänglichkeiten des Strahlenmodells auftreten. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten vorwiegend in Schülerübungen und fertigen graphische Konstruktionen zum Verlauf des Strahlenbündels an.

Bewegungen und Kraft

Neben der im Schülerexperiment erfahrenen Erkenntnis „Geschwindigkeit hängt von der Zugkraft ab“ (bei geschwindigkeitsabhängiger Reibung) erkennen die Schülerinnen und Schüler an anderen Experimenten den Zusammenhang „Geschwindigkeitsänderung proportional Zugkraft (annähernd reibungsfrei)“. Sie erkennen durch sorgfältiges Beobachten Elemente der Bewegung, die sich durch konstante oder sich ändernde Geschwindigkeiten auszeichnen. Skizzen und Graphen der Bewegungen bereiten quantitative Betrachtungen vor. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, daß mit größeren Kräften, beeinflußt von der Reibung, schnellere Bewegungen möglich werden. Dieser Zusammenhang kann als Anreiz dienen, die persönliche körperliche Leistungsfähigkeit zu steigern.

Elektromotoren verändern unser Leben

lernen mit dem Magnetismus ein Naturphänomen kennen und stellen dem das Modell der Elementarmagnete gegenüber. Sie lernen, zielgerichtet zu experimentieren, physikalische Sachverhalte in technischen Geräten zu erkennen (Elektromagnetismus) und technische Probleme unter Anwendung physikalischer Kenntnisse zu lösen (Elektromotor). Mit dem Bau eines funktionsfähigen Elektromotors lernen die Schülerinnen und Schülern, eigene Experimente schrittweise zu planen, aufzubauen, zu testen und zu optimieren.

Dichte, Druckdifferenz als Antrieb

Das Interesse der Schülerinnen und Schüler, verschiedene Stoffe und Stoffzusammensetzungen zu unterscheiden, führt zu ersten quantitativen Messungen, zu Fehlerbetrachtungen von Meßdaten und zur ersten Berechnungen, also zu einer Einführung in naturwissenschaftliche Arbeitsweisen. Die Kombination von sorgfältig durchzuführenden Schülerexperimenten mit Methoden der Messung und Auswertung erweitert die instrumentalen und kognitiven Fähigkeiten der Schülerinnen und Schüler. Dieses wie das folgende Thema soll genutzt werden, den Unterricht projektorientiert zu gestalten und den Schülerinnen und Schülern größeren Freiraum bei der Gestaltung ihrer Arbeit einzuräumen.

Bildentstehung und Abbildungen

Das Phänomen der Brechung wird auf der Grundlage des Strahlenmodells mit angemessenen mathematischen Hilfsmitteln eingeübt. Es liefert Vorhersagen zur Bildentstehung, die von den Schülerinnen und Schülern experimentell vorbereitet und nachgeprüft werden. Die Arbeit in Kleingruppen im Rahmen eines projektorientierten Vorgehens charakterisiert die Behandlung optischer Geräte und ihrer Anwendungen.

Steuerung elektrischer Energietransporte

Die sichere Unterscheidung und sachgerechte Anwendung der Begriff elektrischer Strom und Spannung liefert die Basis für eine fachlich richtige Beschreibung elektrischer Energietransporte und deren Eigenschaften. Die Schülerinnen und Schüler sammeln ausreichende experimentelle Erfahrungen, um die grundlegenden Anschlußmöglichkeiten sicher zu beherrschen. Die Übertragung der Zusammenhänge auf praktische oder fächerübergreifende Beispiele eröffnet die Möglichkeit, Abhängigkeiten bei der Versorgung mit Energie und Information zu erkennen und zu bewerten.

Verkehrssicherheit und Kraft

lernen bei der Erörterung sicherheitstechnischer Lösungen Gesetzmäßigkeiten der Mechanik anzuwenden, insbesondere das Trägheitsprinzip und den Zusammenhang zwischen Bewegungsänderungen und den wirksamen Kräften. Diese Lösungen erfordern die Möglichkeit der Quantifizierung, der Messung und Zusammensetzung von Kräften. Die Anwendung bereits bekannter mathematischer Beziehungen und Verfahren (Proportionalität, Pfeiladdition) zeigen den Schülerinnen und Schülern eine Möglichkeit, Zusammenhänge objektiv darzustellen und auf die Lösung von Problemen anzuwenden. Die Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse über Trägheit und Sicherheit bzw. Trägheit und Energieeinsatz (qualitativ) verdeutlichen die Konsequenzen des eigenen Handelns.

Temperatur, Wärme, Klimaänderung

Die Schülerinnen und Schüler lernen in vereinfachter Form die Wirkungszusammenhänge zwischen einer erhöhten Kohlenstoffdioxidkonzentration und dem Anstieg der mittleren Oberflächentemperatur der Erde kennen. Die fachliche Grundlage zur Beschreibung der Vorgänge liefert die sichere Verwendung der Begriffe Temperaturdifferenz und Wärme. Gleichzeitig werden Sie mit einem sehr einfachen Klimamodell vertraut gemacht, welches in einer nächsten Stufe verfeinert wird. Die Schülerinnen und Schüler erkennen dabei, daß verfeinerte Modelle genauere Prognosen erlauben.

Elektronische Schaltungen, Funktion, Anwendung

erwerben am Beispiel von ausgesuchten elektronischen Schaltungen in Form von Schülerübungen Kenntnisse der Schaltungselemente und Vertrautheit mit der Funktionsweise. In der Benutzung der Schaltungen erfahren sie typische Anwendungen der automatisierten Messung und der Aufzeichnung von Daten bis zur Steuerung und Regelung. Die Integration des Computers ermöglicht eine flexible Orientierung an den gewählten Zielvorgaben. Von der Optimierung der Schaltungseigenschaften führen die Themen in der Diskussion zu einer umfassenden Analyse der ausgewählter Einsatzbereiche, zu Zielvorgaben und zu Konsequenzen der Anwendung.

Versorgung mit elektrischer Energie

Die Induktion liefert einen zweiten Antrieb für den elektrischen Strom. Die Schülerinnen und Schüler werden durch eigene Experimente mit dem Phänomen vertraut und erfahren unmittelbar, daß mittels des Generators ein Energiestrom von ihnen selbst in den elektrischen Stromkreis zu einem elektrischen Gerät hin verläuft. Die quantitative Betrachtung der Zusammenhänge zeigen die Energieerhaltung beim Generator und die physikalischen Grenzen beim Transport von Energie. Der Gefährdung durch Hochspannung steht das Interesse an geringen Verlusten gegenüber.

Kernenergie - Verantwortung, Chancen, Risiken

Ein Modell des Atomkerns wird entwickelt, und die Kernkräfte werden als ein neues physikalisches Phänomen gedeutet. Die Schülerinnen und Schüler erkennen anhand von Experimenten den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Zählrate und Materialstärke sowie der Zählrate und der Zeit. Die Quantisierung der Zusammenhänge erlaubt Vorhersagen über den Meßzeitraum hinaus oder Rückschlüsse auf lange zurückliegende Vorgänge. Damit gelingt, auch im historischen Rückblick, eine Beurteilung von Konsequenzen der technischen Anwendung physikalischer Forschung. Die enge Verzahnung mit biologischen, chemischen und anderen, nicht naturwissenschaftlichen Themen ist an dieser Stelle wesentlich.

„Energieverbrauch“ und Energieerhaltung

erlangen durch quantitative Betrachtungen zum Energiestrom eine strukturierte Zusammenfassung der Themen der Mittelstufe unter dem Aspekt der Energiespeicherung und des Energietransports. An vielen ausgewählten Beispielen, die sich gut für arbeitsteiligen Unterricht oder projektorientierten Unterricht eignen, lernen die Schülerinnen und Schüler die Leistungsfähigkeit der erworbenen Begriffsbildungen und Zusammenhänge schätzen. Die Ergebnisse ermöglichen den quantitativen Vergleich der Leistungsfähigkeit von konventionellen und regenerativen Energieversorgern. Sie zeigen damit auch die Notwendigkeit quantitativer physikalischer Betrachtungsweisen in der Wirtschaft und Politik.