Unterrichtsgang

Vorbemerkungen

Stundenaufteilung

Von den 36 Schulstunden eines Schuljahres für eine Wochenstunde werden 9 Schulstunden für Vertiefung, Übung, KA und Unterrichtsausfall benötigt. Da Physik in Klasse 9 zweistündig unterrichtet wird stehen für die Physik 54 Stunden zur Verfügung. Für die Unterrichtseinheit Elektrodynamik und Informationsverarbeitung werden 28, für Erde und Weltall: Geophysik 12 und für die Computergestützte Physik 14 Schulstunden angesetzt.

Für eine andere Stundenaufteilung werden mögliche Erweiterungen und Vertiefungen vorgeschlagen.

Schülerkompetenz Physik

In der Physik ist der Begriff des Modell ein ganz zentraler Punkt, welcher großen Raum im Bildungsplan einnimmt. Die Funktion von Modellen werden an einigen Beispielen erläutert (3.2.1 (3) Lichtstrahl, Teilchen, Elementarmagnet; 3.2.5 (4) Modelle für den elektrischen Stromkreis)

Schülerkompetenz Mathematik

In dieser Einheit werden Messwerte mit einer Kurvenanpassung vorhergesagt. Bei den Funktionstypen handelt es sich auch um Wurzelfunktionen, Potenzfunkionen mit den Funktionstermen

und und Exponentialfunktionen mit dem Funktionsterm

Alle hier genannten Funktionstypen werden erst in Klasse 9 unterrichtet. Hier ist also eine zeitliche Absprache mit den Mathematik-Kollegen/innen nötig.

Weiterhin wird die allgemeine Potenzfunktion mit benötigt, welche nicht im Bildungsplan Klasse 9 steht. Hier wäre es wünschenswert, dass die Mathematik-Kollegen/innen noch die allgemeine Darstellung der Potenzfunktion mit ein paar Beispielen unterrichten.

Die Schüler sollten in der Verwendung einer Tabellenkalkulation einigermaßen vertraut sein als auch Grundzüge in einer dynamische Geometriesoftware beherrschen:

Tabellenkalkulation:

In Klasse 5/6: 3.1.5 (3) Daten in Diagrammen darstellen
In Klasse 7/8: 3.2.1 (4) Tabellenkalkulation verwenden, um Zinssatz, Tilung [….] Laufzeit näherungsweise zu bestimmen.

Dynamische Geometriesoftware:

In Klasse 5/6: 3.1.4 (6) .. dynamischer Zusammenhang
In Klasse 7/8: 3.2.3 (8) Ortslinien.

In dieser Unterrichtseinheit wird sowohl als Tabellenkalkulation als auch als dynamische Geometriesoftware das kostenfreie Programm Geogebra verwendet (www.geogebra.org). Geogebra beinhaltet eine vollständige Tabellenkalkulation kombiniert mit einer dynamischen Geometrie-Software und einem Funktionsplotter. Die Kombination dieser drei Funktionalitäten kombiniert mit der Kostenneutralität ist der ausschlaggebenden Grund für die Verwendung von Geogebra.

Methoden

Die Unterrichtseinheit kann mit den vorliegenden Arbeitsblättern erarbeitet werden. Andere Unterrichtsformen, Schwerpunktsetzungen sind natürlich auch möglich und sinnvoll. Die verwendeten Programme sind Vorschläge. Die Inhalte sind auch gleichermaßen mit anderen Tabellenkalkulationen oder Funktionsplottern umsetzbar.

Überblick über die Unterrichtseinheit

Der Unterricht wird sich aus drei Phasen zusammensetzen.

In der ersten Phase wird der Begriff des Naturwissenschaftlichen Modells und die Vorgehensweise zur Vorhersage von Messwerten erarbeitet. Hierzu nehmen die SuS Messwerte auf, werten die Messung noch ohne Computer grafisch aus.

In der zweiten Phase sollen die SuS die gleichen Messwerte mit dem Computer auswerten und induktiv einen Funktionsterm finden. Hierzu wird die Tabellenkalkulation von Geogebra verwendet, welche wie Excel, Calc oder Numbers zu bedienen ist, jedoch sehr einfach Schaubilder generiert. Alle mit Geogebra durchgeführten Inhalte sind insofern auch mit anderen Tabellenkalkulationen machbar. Jedoch ist die Erstellung der Schaubilder und die Anpassung von Kurven mit Schiebereglern schwerer. Weiterhin bietet Geogebra die Möglichkeit Kurven automatisch anpassen zu lassen.
Der Funktionsterm wird nicht begründet. Das Modell ist insofern ein rein mathematisches Modell.

In der dritten Phase werden physikalische Zusammenhänge zwischen Größen beschrieben und mit der Schrittmethode ein Messwert nach dem anderen generiert. Die Umsetzung erfolgt mit Hilfe der Tabellenkalkulation in Geogebra oder einer Modellbildungssoftware. Durch die Veränderung der Parameter innerhalb der Modellbildung wird die Simulation mit der Realität abgeglichen und dann Informationen über das reale System gewonnen.

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