Ergänzendes Material

Unbekannte Formeln im Unterricht

Bildungsplan

3. Formalisierung und Mathematisierung in der Physik

Die Schülerinnen und Schüler können vorgegebene Formeln zur Lösung von physikalischen Problemen anwenden

Wie kann man dabei vorgehen?

• Ausgehend von einer Problemstellung wird nach einer Gleichung zur Lösung des Problems gesucht.
• Die Schülern finden die Gleichung durch
  • Auftrag zur Recherche im Schulbuch, Formelsammlung, Internet
  • LehrerInfo
• Teamarbeit: Arbeitsauftrag
  • Welche Aussage macht die Gleichung? Antworten Sie mit: Die Gleichung gibt an, ...
  • Welche Größen kommen in der Gleichung vor?
  • Welche Einzelabhängigkeiten sehen Sie? Finden Sie proportionale Zusammenhänge und nennen Sie die Größen, die dabei konstant bleiben müssen.
  • Unterscheiden Sie Größen oder Zahlenwerte in der Gleichung, die unwichtig sind von denen, die Ihnen wichtig erscheinen.
  • Was sagt IHNEN die Gleichung? Fällt Ihnen etwas Besonderes auf? Gibt es etwas, das Sie überrascht, das Sie für erwähnenswert halten?
• Plenum: Die Teams stellen ihre Ergebnisse vor, gemeinsames Herausarbeiten und Fixieren relevanter Merkmale und Zusammenhänge im LS-Gespräch.
• Lösung des Ausgangsproblems
• Je nach Relevanz: Anwendung der Gleichung in geeigneten Aufgaben

Welche Gleichungen sind dafür geeignet und wie kann man sie anwenden?

1. Für den Unterricht relevante Gleichungen : Nicht alle Gleichungen müssen deduktiv oder induktiv eingeführt werden! Geeignete Kandidaten könnten solche Gleichungen sein, eines der folgenden Merkmale erfüllen:
   1. Gleichungen, bei denen ein LS-Gespräch nicht unbedingt erforderlich ist, weil sie den Schülern wenige Schwierigkeiten bereiten.
   2. Gleichungen, bei denen ein LS-Gespräch nicht unbedingt erforderlich ist, weil man bereits eine analoge Gleichung eingeführt und besprochen hat.
   3. Gleichungen, bei denen ein LS-Gespräch nicht unbedingt erforderlich ist, weil die Herleitung für die Schülerinnen und Schüler so schwer ist, dass sie sie aus Erfahrung nicht wiedergeben können
   4. Gleichungen, deren experimentelle Verifikation unbefriedigend bleibt.

   Gefahr dabei: Schwache oder experimentell unerfahrene Lehrer könnten dies als Argument für Mitteilungsphysik verwenden!

   Beispiele:

   1. Feldstärke und Potenzial im Radialfeld
   2. Nach gründlicher Erarbeitung der Gleichungen für das elektrische Feld geeignete Gleichungen für das magnetische Feld, z.B. Magnetische Flussdichte einer langgestreckten Spule
   3. Energie des magnetischen Feldes
   4. Geschwindigkeitsabhängigkeit der Masse
   5. I=nevA
2. Vom Bildungsplan nicht ausdrücklich geforderte aber für die Schüler wertvolle Gleichungen:

   Sinnvolle Selbstbeschränkung ist hier wichtig. Gefahr der Überfrachtung

   Beispiele:

   1. Coulomb-Gesetz
   2. Schaltung von Kondensatoren
   3. Effektivwerte
   4. Kapazitiver und induktiver Blindwiderstand

Im Unterricht erprobte Beispiele werden im Folgenden dargestellt.

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