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Berufliche Schulen

Bildungsplanarbeit für die Beruflichen Gymnasien 2021

Physikalische Laborübungen

Eingangsklasse, Jahrgangsstufen 1 und 2

Vorbemerkungen

Fachbezogene Vorbemerkungen

1. Fachspezifischer Bildungsauftrag (Bildungswert des Faches)
Physik befähigt die Schülerinnen und Schüler, ein eigenes, begründetes Bild der Welt zu entwickeln, um sich in einer komplexen, hochtechnisierten modernen Gesellschaft zu orientieren. Sie zeichnet sich unter den Naturwissenschaften durch spezifische Inhalte, Arbeits- und Denkweisen aus.
Im Physikunterricht der gymnasialen Oberstufe des Beruflichen Gymnasiums erwerben die Schülerinnen und Schüler grundlegende physikalische Kenntnisse und Fähigkeiten. Auf dieser Grundlage können sie die gesellschaftliche Bedeutung der Technologien einordnen und bewerten. Medienbildung im Physikunterricht befähigt die Schülerinnen und Schüler zu einer zielgerichteten und reflektierten Nutzung von digitalen Medien und Informationen. Hiermit werden Voraussetzungen für ein verantwortungsbewusstes, zukunftsorientiertes Handeln geschaffen.
Physik ist allgemein als zukunftsweisende Grundlagenwissenschaft anerkannt, die sich fortwährend durch Wissenszuwachs und vertiefende Erkenntnis verändert und erweitert.
Das Fach Physikalische Laborübungen beinhaltet in der Eingangsklasse und den Jahrgangsstufen vollkommen neue Bildungsplaneinheiten. Die Auswahl und Zusammenstellung dieser Bildungsplaneinheiten haben folgende Zielsetzungen:
Die Schülerinnen und Schüler
  • besitzen eine Allgemeinbildung für eine verantwortungsvolle Teilhabe an gesellschaftlichen Entscheidungsprozessen,
  • erkennen die Bedeutung der Physik für bestimmte interdisziplinäre und moderne Anwendungs- und Forschungsbereiche in unserer hochtechnisierten Welt und
  • erkennen und bewerten Chancen und Risiken technischer Entwicklungen für Umwelt und Gesellschaft.

Im Fach Physikalische Laborübungen werden die vielfältigen Lebens- und Erfahrungswelten der Schülerinnen und Schüler miteinbezogen. Der Bildungsplan enthält mehrere unterschiedliche Themengebiete, da die Wechselwirkung zwischen naturwissenschaftlicher Erkenntnis und technischer Anwendung Fortschritte auf zahlreichen Gebieten bewirkt, u. a. in der Medizin, in der Informations- und Kommunikationstechnik, der Astrophysik und im Verkehrswesen. Aufgrund der erworbenen Fachkompetenz wird den Schülerinnen und Schülern ein fachlicher Zugang zu gesellschaftlichen Herausforderungen wie „nachhaltige Energieversorgung“ und „Folgen des Klimawandels“ ermöglicht.
Das Schülerexperiment im Fach Physikalische Laborübungen besitzt eine zentrale und wichtige Funktion. Grundlegende wissenschaftsmethodische Verfahren im Rahmen der problemorientierten Methode werden genutzt. Die Schülerinnen und Schüler beobachten und beschreiben Phänomene, formulieren Fragestellungen und stellen Hypothesen auf. Andererseits leiten sie aus theoretischen Grundlagen Schlussfolgerungen ab und überprüfen diese experimentell. Das reproduzierbare Experiment sichert die Überprüfbarkeit der Aussagen der Physik. Die Schülerinnen und Schüler planen ihr experimentelles Vorgehen, dazu gewinnen sie notwendige Informationen aus bereitgestellten und recherchierten Materialien und erschließen Informationen mithilfe entsprechender Recherchemethoden. Sie wenden dabei fachspezifische und allgemeine naturwissenschaftliche Arbeitstechniken an. Die Schülerinnen und Schüler werten gewonnene Daten bzw. Ergebnisse aus, verallgemeinern diese mithilfe der Mathematik, überprüfen Hypothesen und beantworten ihre Fragestellungen. Dabei reflektieren sie kritisch ihr Vorgehen und diskutieren Ursachen möglicher Messfehler. Modelle und Modellbildung kommen im physikalischen Erkenntnisprozess besonders dann zur Anwendung, wenn komplexe Phänomene bearbeitet oder veranschaulicht werden müssen.
Dem Schülerexperiment als Bindeglied zwischen Realität und Theorie kommt damit eine zentrale Bedeutung zu.

2. Ergänzende Hinweise zur Umsetzung des kompetenzorientierten Bildungsplans
Kompetenzorientierter Unterricht bietet die Möglichkeit, Wissen, Fähigkeiten und Fertigkeiten selbstständig und nachhaltig aufzubauen, zu reflektieren und in verschiedenen Situationen verantwortungsvoll einzusetzen.
Die Schülerinnen und Schüler entwickeln im aktiven Umgang mit physikalischen Inhalten die Kompetenzen, die für die Naturwissenschaften von zentraler Bedeutung sind. Erkenntnisse gewinnen, Kommunizieren und Bewerten stehen für Fähigkeiten und Fertigkeiten, die dafür charakteristisch sind. Naturwissenschaftlich fachkompetente Schülerinnen und Schüler verfügen über Sach‑, Erkenntnisgewinnungs‑, Kommunikations- und Bewertungskompetenz. Diese vier Kompetenzbereiche durchdringen einander und bilden gemeinsam die Fachkompetenz.
Die Sachkompetenz der Schülerinnen und Schüler zeigt sich in der Kenntnis naturwissenschaftlicher Konzepte, Theorien und Verfahren und der Fähigkeit, diese zu beschreiben und zu erklären sowie geeignet auszuwählen und zu nutzen, um Sachverhalte aus fach- und alltagsbezogenen Anwendungsbereichen zu verarbeiten.
Die Erkenntnisgewinnungskompetenz der Schülerinnen und Schüler zeigt sich in der Kenntnis von naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen und in der Fähigkeit, diese zu beschreiben, zu erklären und zu verknüpfen, um Erkenntnisprozesse nachvollziehen oder gestalten zu können und deren Möglichkeiten und Grenzen zu reflektieren.
Die Kommunikationskompetenz der Schülerinnen und Schüler zeigt sich in der Kenntnis von Fachsprache, fachtypischen Darstellungen und Argumentationsstrukturen und in der Fähigkeit, diese zu nutzen, um fachbezogene Informationen zu erschließen, adressaten- und situationsgerecht darzustellen und auszutauschen.
Die Bewertungskompetenz der Schülerinnen und Schüler zeigt sich in der Kenntnis von fachlichen und überfachlichen Perspektiven und Bewertungsverfahren und in der Fähigkeit, diese zu nutzen, um Aussagen bzw. Daten anhand verschiedener Kriterien zu beurteilen, sich dazu begründet Meinungen zu bilden, Entscheidungen auch auf ethischer Grundlage zu treffen und Entscheidungsprozesse und deren Folgen zu reflektieren.
Für nachhaltig gewinnbringendes Lernen ist es von großer Bedeutung, dass alle Kompetenzbereiche im Unterricht bewusst und ausgewogen gefördert werden. Die Kompetenzen entwickeln sich bei den Schülerinnen und Schülern über die Jahrgangsstufen hinweg und werden im Bildungsplan vielfältig inhaltsbezogen konkretisiert.
Der Beschreibung von physikalischen Sachverhalten liegen fachspezifische Gemeinsamkeiten zugrunde, die sich in Form von Basiskonzepten strukturieren lassen. Die Basiskonzepte für die Allgemeine Hochschulreife im Fach Physik
  • Erhaltung und Gleichgewichte,
  • Superposition und Komponenten,
  • Mathematisieren und Vorhersagen und
  • Zufall und Determiniertheit

ermöglichen die Vernetzung von Inhalten und deren Betrachtung aus verschiedenen Perspektiven. Damit erleichtern sie kumulatives Lernen, den Aufbau von strukturiertem Wissen und die Erschließung neuer Inhalte.
Da die Kompetenzen in allen vier Bereichen nur an Fachinhalten erworben werden können, stellen die Basiskonzepte eine Grundlage für die Entwicklung der Fachkompetenz dar (vgl. Bildungsstandards im Fach Physik für die Allgemeine Hochschulreife der KMK i. d. F. vom 18.06.2020).

3. Ergänzende fachliche Hinweise
Für den nachhaltigen Erwerb physikalischer Fachkompetenzen ist die sachlogische Fachsystematik der Wissensgebiete mit situativen, alltagsbezogenen, sinnstiftenden Kontexten zu verknüpfen.
Der thematische Zusammenhang zwischen dem Theorieunterricht und den Laborstunden im Fach Physikalische Laborübungen kann flexibel gehandhabt werden. Ein stringenter Wechsel zwischen den Theorie- und Laborstunden im Fach Physikalische Laborübungen ist nicht verpflichtend. Der Theorieunterricht muss nicht zwangsweise als Vorlauf für jedes Schülerexperiment erfolgen.
Bei der Behandlung verschiedener Inhalte sind die übergreifenden Basiskonzepte der Physik zu berücksichtigen. Hierdurch kann den Schülerinnen und Schülern die systematische Wissensaneignung erleichtert werden, die sich nicht vordergründig an physikalischen Phänomenen, sondern an den wesentlichen Konzepten der Physik orientiert.
Bei der Gestaltung von Lehr- und Lernprozessen werden digitale Lernumgebungen didaktisch sinnvoll eingebunden und systematisch eingesetzt. Dabei werden die Individualisierungsmöglichkeiten und die Übernahme von Eigenverantwortung bei den Lernprozessen gestärkt.
Das Experiment erfüllt auch im Physikunterricht der Sekundarstufe II die beiden Funktionen, Medium und Methode zu sein. Dabei verschiebt sich jedoch der Fokus von der Funktion als Medium auf die Funktion als Methode.
In der rechten Spalte des Bildungsplanes sind hierzu bei jeder Bildungsplaneinheit mögliche Schülerexperimente oder Demonstrationsexperimente aufgelistet. Für Bildungsplaneinheiten, bei denen Experimente nur in geringem Umfang durchgeführt werden können, sind in der rechten Hinweisspalte zusätzliche Theorieinhalte angegeben.
Bei den verbindlichen Schülerexperimenten können unterschiedliche Schwerpunktsetzungen vorgenommen werden:
  • Umgang mit Messgeräten und Experimentieranordnungen,
  • Erkennen gesetzmäßiger Zusammenhänge,
  • Auswerten und kritisches Reflektieren der Ergebnisse.

Die Schülerinnen und Schüler nutzen in den unterschiedlichen Kontexten der Bildungsplaneinheiten grundlegende wissenschaftspropädeutische Verfahren für die Durchführung der Schülerexperimente. Im Rahmen der problemorientierten Methode beobachten und beschreiben sie Phänomene, formulieren Fragestellungen und stellen Hypothesen auf. Diese werden mithilfe entsprechender Untersuchungsmethoden durch direkte und indirekte Messung von Größen experimentell überprüft. Die Schülerinnen und Schüler wenden dabei allgemeine fachspezifische Auswerteverfahren an: Betrachtung von Messabweichungen und ‑fehlern, Beschreibung und Interpretation von Messdiagrammen, grafisches Integrieren und Differenzieren, Ermittlung von exponentiellen bzw. periodischen Zusammenhängen, Regression, Nachweis der Gültigkeit und Grenzen eines mathematischen Modells.
Eine wichtige Rolle kommt dem Schülerexperiment mit digitalen Medien zu:
  • Messwerte mit Sensoren erfassen und mit digitalen Werkzeugen auswerten,
  • Computeranimationen und ‑simulationen zur Untersuchung physikalischer Phänomene gezielt durch Variation von Parametern nutzen,
  • digitale Medien und Werkzeuge zur Dokumentation und Präsentation, zur Strukturierung von Fachwissen sowie zur Kommunikation und Kollaboration nutzen.

Hinweise zum Auswahlmodus der Bildungsplaneinheiten: Bei der Auswahl der Themen in den Jahrgangsstufen ist die Ausstattung der Schule zu berücksichtigen. Manche Inhalte und Experimente können in mehreren Bildungsplaneinheiten vorkommen. Dies ist bei der Fülle der angegebenen Experimente unproblematisch und soll die Auswahl der Bildunsplaneinheiten nicht beeinflussen. Themengebiete, die zwei Bildungsplaneinheiten umfassen, ermöglichen eine größere exemplarische Tiefe der Methoden und Inhalte.

Hinweise zum Umgang mit dem Bildungsplan
Der Bildungsplan zeichnet sich durch eine Inhalts- und eine Kompetenzorientierung aus. In jeder Bildungsplaneinheit (BPE) werden in kursiver Schrift die übergeordneten Ziele beschrieben, die durch Zielformulierungen sowie Inhalts- und Hinweisspalte konkretisiert werden. In den Zielformulierungen werden die jeweiligen fachspezifischen Operatoren als Verben verwendet. Operatoren sind handlungsinitiierende Verben, die signalisieren, welche Tätigkeiten beim Bearbeiten von Aufgaben erwartet werden. Die für das jeweilige Fach relevanten Operatoren sowie deren fachspezifische Bedeutung sind jedem Bildungsplan im Anhang beigefügt. Durch die kompetenzorientierte Zielformulierung mittels dieser Operatoren wird das Anforderungsniveau bezüglich der Inhalte und der zu erwerbenden Kompetenzen definiert. Die formulierten Ziele und Inhalte sind verbindlich und damit prüfungsrelevant. Sie stellen die Regelanforderungen im jeweiligen Fach dar. Die Inhalte der Hinweisspalte sind unverbindliche Ergänzungen zur Inhaltsspalte und umfassen Beispiele, didaktische Hinweise und Querverweise auf andere Fächer bzw. BPE.
Der VIP-Bereich des Bildungsplans umfasst die Vertiefung, individualisiertes Lernen sowie Projektunterricht. Im Rahmen der hier zur Verfügung stehenden Stunden sollen die Schülerinnen und Schüler bestmöglich unterstützt und bei der Weiterentwicklung ihrer personalen und fachlichen Kompetenzen gefördert werden. Die Fachlehrerinnen und Fachlehrer nutzen diese Unterrichtszeit nach eigenen Schwerpunktsetzungen auf Basis der fächerspezifischen Besonderheiten und nach den Lernvoraussetzungen der einzelnen Schülerinnen und Schüler.
Der Teil „Zeit für Leistungsfeststellung“ des Bildungsplans berücksichtigt die Zeit, die zur Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung von Leistungsfeststellungen zur Verfügung steht. Dies kann auch die notwendige Zeit für die gleichwertige Feststellung von Schülerleistungen (GFS), Nachbesprechung zu Leistungsfeststellungen sowie Feedback-Gespräche umfassen.
Die Zeitrichtwerte in Klammern geben den Anteil der Stunden in Gruppenteilung an.
* In den Jahrgangsstufen 1 und 2 sind sechs der BPE 4 – 16 zu unterrichten.
** Über die in den BPE 4 – 16 zugeordneten 48 Teilungsstunden hinaus können weitere 24 Teilungsstunden im Rahmen von Projekten im Labor eingesetzt werden.

Eingangsklasse

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

20

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Teilnahme an Wettbewerben
Organisation von Ausstellungen
Exkursionen in Betriebe
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Physik und Sport

15 (12)

Die Schülerinnen und Schüler verbinden alltägliche Sachverhalte aus der Welt des Sports mit grundlegenden Lerninhalten der Physik. Sie erfassen komplexe sportliche Abläufe und entwickeln geeignete physikalische Modelle.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und analysieren Bewegungen beim Sport und führen zu den Themenbereichen Kinematik und Dynamik physikalische Experimente durch. Sie beschreiben und deuten den Drehimpuls und dessen Erhaltung.

Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft
Drehimpulserhaltung, Drehmoment
Experimente, z. B. Fahrbahn, Videoanalyse, Hebelgesetz, Saltos, Pirouetten

BPE 2

Verkehrsphysik

15 (12)

Die Schülerinnen und Schüler erkennen physikalische Gesetzmäßigkeiten im Verkehrsgeschehen und können dadurch sicherheitsrelevante Aspekte selbst beurteilen. Beim Analysieren verschiedener Vorgänge üben die Schülerinnen und Schüler den Umgang mit digitalen Messwerkzeugen. Dabei wenden sie physikalische Grundkonzepte aus der Mechanik an.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler führen Simulationsexperimente zu Auffahrunfällen durch. Sie analysieren Aufnahmen zum Bremsweg von Fahrzeugen.
Die Schülerinnen und Schüler überprüfen den Luftwiderstand von verschiedenen geomtrischen Objekten.

Auffahrunfall, Mindestabstand, Bremsvorgänge im Straßenverkehr, Luftwiderstand
Experimente, z. B. Stoßversuche, Videoanalyse zu Bewegungsformen, Reibungsversuch, cw-Wert-Messung, Scheibenbremsen, ABS

BPE 3

Klimaphysik

20 (16)

Der Klimawandel ist eine globale Herausforderung. Die Schülerinnen und Schüler lernen die physikalischen Grundlagen der Klimaphysik kennen. Mithilfe einfacher physikalischer Gesetze soll verdeutlicht werden, welche prinzipielle Bedeutung der natürliche Treibhauseffekt für das Leben auf der Erde hat. Darüber hinaus soll den Schülerinnen und Schülern durch ein einfaches Klimamodell (Energie-Bilanz-Modell) verdeutlicht werden, wie sich eine Erhöhung der Treibhausgase in der Atmosphäre durch Verbrennung fossiler Brennstoffe auf das Klima der Erde auswirken kann.

BPE 3.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben das Verhalten von Flüssigkeiten, Gasen und Festkörpern bei Temperaturänderungen und erklären damit die Funktionsweise von Thermometern. Mithilfe des allgemeinen Gasgesetzes beschreiben die Schülerinnen und Schüler die Auswirkungen einer Temperaturänderung auf den Druck und das Volumen eines Gases.

Temperatur
Skalen nach Celsius, Fahrenheit und Kelvin
Volumenänderung bei Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen
nur qualitativ, Meeresspiegelanstieg bei Erwärmung
Allgemeines Gasgesetz
adiabatische Prozesse in der Natur – warme Seeluft und kalte Bergluft; das Wetterphänomen Föhn

BPE 3.2

Sie stellen den ersten Hauptsatz der Thermodynamik als Erweiterung des Energieerhaltungssatzes dar. Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Wärme als Möglichkeit, die Energie offener Systeme zu verändern. Sie beschreiben die Auswirkungen thermischer Energiezufuhr oder -abnahme auch hinsichtlich der aktuellen Klimaproblematik.

Wärme
Erster Hauptsatz der Wärmelehre
Experimente, z. B. Wärmeäquivalent-Grundgerät
Aggregatszustandsänderungen
Energieübertragung

  • Wärmeleitung
  • Konvektion
  • Wärmestrahlung
Experimente, z. B. Messung der Solarkonstanten, Kontinentalklima und Seeklima
Wärmedämmung
Treibhauseffekt (auch anthropogen), Strahlungsgleichgewicht, Klimazonen, jahreszeitliche Temperaturschwankungen

Zeit für Leistungsfeststellung

10

70 (40)

80 (40)

Jahrgangsstufen 1 und 2

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

36

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Exkursionen zu Forschungseinrichtungen
Energiesparprojekt
Exkursion Sternwarte
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 4*

Energieversorgung

15 (8)

Energie und Energieversorgung haben in der heutigen Gesellschaft eine zentrale Bedeutung, sowohl für den Lebensstandard des Einzelnen als auch für die moderne Industriegesellschaft. Die Schülerinnen und Schüler erwerben ein technisches und physikalisches Grundverständnis zur Energieversorgung.

BPE 4.1

Die Schülerinnen und Schüler benennen Grundbegriffe der Energieversorgung. Sie erklären den Aufbau und die Funktion veschiedener Kraftwerkstypen und erläutern Möglichkeiten der Energieübertragung und Energiespeicherung. Die Schülerinnen und Schüler erörtern lokale und globale Auswirkungen des gesellschaftlichen Energieverbrauchs.

Energieversorgung

  • Kraftwerke
  • Energieübertragung
  • Energiespeicherung
Experimente zur Energie- und Leistungsmessung mit Wirkungsgraden, Brennstoffzelle
Hochspannungsnetze,
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
Fossile und regenerative Energieträger
Energiedichte
Bestimmung von Energiegehalten verschiedener Energieträger
Gesellschaftliche, wirtschaftliche und ökologische Aspekte der Energieversorgung
Smart Grid

BPE 5*

Verkehr und Mobilität

15 (8)

Verkehr und Mobilität sind große Herausforderungen einer modernen Gesellschaft. Zunehmende Mobilität zwingt die Gesellschaften in den Bereichen Umweltverschmutzung, Lärmbelästigung, begrenzte Verfügbarkeit fossiler Energie und erhöhtes Sicherheitsbedürfnis nach neuen Lösungen zu suchen. Die Schülerinnen und Schüler setzen sich mit diesen Technologien und den dahinter liegenden physikalischen Prinzipien auseinander und beurteilen unterschiedliche Lösungsansätze.

BPE 5.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die einzelnen zur Mobilität gehörenden Komponenten moderner Verkehrsmittel. Sie erklären und bewerten die Funktionsweise dieser Komponenten mithilfe physikalischer Prinzipien.

Sensoren
Abstandssensor, Regensensor, Beschleunigungssensor
Antriebe
Elektrische Antriebe, Wasserstofftechnologie
Energiespeicherung
Energierückgewinnung
Energietransport
Intelligente Netze zur Nutzung regenerativer Energien
Experimente: Fahrbahnversuche, Messprinzipien der Sensoren, Brennstoffzellen

BPE 6*

Biophysik – Nervensystem

15 (8)

Biophysik ist ein interdisziplinäres Wissenschaftsgebiet, welches die komplexen Vorgänge bei Lebensprozessen und Lebenserscheinungen betrachtet. Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Bedeutung physikalischer Untersuchungsmethoden und Verfahren, die Aussagen über physikalische Eigenschaften der Aufnahme und Weiterleitung von Informationen im Nervensystem ermöglichen. Dabei wenden die Schülerinnen und Schüler Grundkonzepte aus der Elektrizitätslehre an.

BPE 6.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den grundlegenden Aufbau von Nervenzellen. Sie führen physikalische Experimente zu den grundlegenden elektrischen Eigenschaften im Nervensystem durch. Im Zusammenhang mit der Erregungsleitung im Nervensystem interpretieren die Schülerinnnen und Schüler Möglichkeiten zur Maximierung der Signalleitungsgeschwindigkeit.

Zelluläre Grundlagen von Nervenzellen

  • Zellmembran
  • Membranpotenzial
  • Ruhepotenzial, Aktionspotenzial
Experimente, z. B. Elektrostatikexperimente, Ohm'sches Gesetz, spezifischer Widerstand, Potenzialwanne
Amplituden- und Frequenzmodulation
Signalleitungsgeschwindigkeit

BPE 7*

Medizin und Physik 1

15 (8)

In der medizinischen Diagnostik und Therapie wird moderne Technik auf Grundlage physikalischer Konzepte und Methoden eingesetzt. Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Bedeutung spezieller Untersuchungsmethoden und Verfahren, die Aussagen über strukturelle und bioelektrische Eigenschaften des Organismus ermöglichen. Bei bildgebenden und neuronalen Diagnoseverfahren wenden sie Grundkonzepte aus der Wellenlehre, Elektrizitätslehre und Atomphysik an.

BPE 7.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und erläutern die physikalischen Wechselwirkungen von elektrischen und magnetischen Feldern mit biologischem Gewebe. Die Schülerinnen und Schüler vergleichen und beurteilen den Nutzen und die Gefahren.

Elektrische Felder in Diagnose und Therapie

  • EKG
  • EEG
  • Defribrillator
Experimente zu Elektrostatik, Ohm‘sches Gesetz, Dauermagnetismus, Elektromagnetismus, Hysterese
Magnetresonanz-Tomografie

  • Prinzip
  • Anwendung

BPE 8*

Vermessung des Mikro- und Makrokosmos

15 (8)

Im Mikro- und Makrokosmos sind besondere Messmethoden erforderlich. Die Schülerinnen und Schüler erfahren im makroskopischen Bereich die Größenordnungen für Entfernungen und Massen. Im Mikrokosmos vergleichen die Schülerinnen und Schüler Abmessungen und Massen von Atomen und Elementarteilchen.

BPE 8.1

Die Schülerinnen und Schüler vergleichen unterschiedliche Messtechniken für Entfernungen und Massen im Mikro- und Makrokosmos. Sie werten Messdaten aus und bestimmen bzw. berechnen daraus Größenordnungen der untersuchten Strukturen.

Entfernungen und Massen

  • im Sonnensystem
  • außerhalb des Sonnensystems
Geschichte des Messens, Lichtjahr, Parsec
Kepler'sche Gesetze, Triangulation, Fixsternparallaxe, Cepheiden-Methode, Rotverschiebung
Experimente: Bestimmung der Gravitationskonstanten, Triangulationsmessungen, Dopplereffekt
Abmessungen und Massen

  • Atome
  • Elementarteilchen
Experimente: Ölfleck-Experiment, e/m-Bestimmung, Massenspektrometer, kosmische Strahlung, Nebelkammer

BPE 9*

Astrophysik – Kosmologie

15 (8)

Der Aufbau und die Entstehung des Weltalls, der Welt außerhalb unserer gewohnten Alltagswelt, hat die Menschen stets zu Fragen veranlasst, die sich heute mit den Modellen der Physik beantworten lassen. Astronomische Fragen und Raumfahrtthemen bewegen viele Schülerinnen und Schüler. Die Grundprinzipien der Mechanik und Wärmelehre, aber auch der Wellenlehre und Quantenphysik lassen sich von Schülerinnen und Schülern zur Erklärung der Eigenschaften des Weltalls und seiner Objekte und sogar der Entwicklung des Weltalls verwenden.

BPE 9.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den hierarchischen Aufbau des Weltalls und strukturieren die Größenverhältnisse. Die Schülerinnen und Schüler begründen dabei astrophysikalische Sachverhalte anhand von Messergebnissen. Mithilfe empirischer Daten diskutieren sie die Entwicklung des Weltalls.

Überblick über astronomische Objekte

  • Größen
  • Entfernungen
  • Massen
Experimente, z. B. Strahlenoptik, optische Brechung, Beugung am Gitter, Triangulation, Spektralanalyse, Versuche mit Mikrowellen, Wärmestrahlung, akustischer Dopplereffekt, Gasgesetze
Ausdehnung des Kosmos

  • Kosmologische Rotverschiebung
  • Kosmische Hintergrundstrahlung

BPE 10*

Astrophysik – Sterne

15 (8)

Der Anblick des Sternenhimmels hat die Menschen stets zu Fragen veranlasst, die sich heute mit modernen Methoden der Physik beantworten lassen. Prinzipien und Gesetze aus der Mechanik und Wärmelehre, aber auch der Wellenlehre und Quantenphysik lassen sich von Schülerinnen und Schülern zur Erklärung der Eigenschaften und Entstehung von Sternen verwenden.

BPE 10.1

Die Schülerinnen und Schüler benennen die zentralen Eigenschaften von Sternen. Sie beschreiben die wesentlichen Entwicklungsphasen von Sternen. Die Schülerinnen und Schüler begründen dabei astrophysikalische Zusammenhänge anhand der Ergebnisse von Experimenten und anhand empirischer Daten.

Entfernungsbestimmung von Sternen
Experimente, z. B. Triangulation, akustischer Dopplereffekt, Strahlenoptik, Spektralanalyse, Beugung am Gitter, Dilatometer, Wärmekapazität, Wärmestrahlung
Zustandsgrößen von Sternen

  • Größe
  • Masse
  • Temperatur

Sternentwicklung, Hauptreihenstadium
Hertzsprung-Russell-Diagramm

BPE 11*

Physik der Musikinstrumente

15 (8)

Die Funktionsweise aller Musikinstrumente basiert auf physikalischen Prinzipien. Exemplarisch werden einige für die Schülerinnen und Schüler besonders interessante Musikinstrumente untersucht. Dabei verstehen sie die prinzipiellen Funktionsweisen und erkennen wesentliche Unterschiede und Gemeinsamkeiten von Blas‑, Saiten- und Schlaginstrumenten.

BPE 11.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und erläutern die Ton- und Klangentstehung unterschiedlicher Musikinstrumente. Sie bestimmen die jeweiligen Grund- und Oberschwingungen der Instrumente und überprüfen diese experimentell. Sie vergleichen Klangspektren verschiedener Musikinstrumente.

Tonentstehung
Klangentstehung
Stehende Welle, Grund- und Oberschwingungen
Singstimme
Klangspektren

  • Blasinstrumente
Orgelpfeifen, Blasinstrumente
Experiment: Kundt'sches Rohr
  • Saiteninstrumente
Streich- und Zupfinstrumente, Klavier
Experiment: Wellenmaschine, Monochord, Tonleiter des Pythagoras
  • Schlaginstrumente
Pauken, Trommel
Experiment: Chladnische Klangfiguren
Elektromagnetische Tonabnehmer
E-Gitarre, E-Geige
Experiment: Induktion, Schwingkreis

BPE 12*

Biophysik – Sehen

15 (8)

Biophysik ist ein interdisziplinäres Wissenschaftsgebiet der Biologie und der Physik, welches die komplexen Vorgänge bei Lebensprozessen und -erscheinungen betrachtet. Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Bedeutung physikalischer Untersuchungsmethoden und Verfahren, die Aussagen über strukturelle und physikalische Eigenschaften durch Aufnahme von optischen Informationen ermöglichen. Dabei wenden die Schülerinnen und Schüler Grundkonzepte aus der Strahlen- und Wellenoptik an.

BPE 12.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den grundlegenden Aufbau des menschlichen Auges. Zu den grundlegenden Bedingungen der Strahlenoptik führen sie physikalische Experimente durch, sie deuten die Linsengleichung als Bedingung für scharfes Sehen. Die Schülerinnen und Schüler erklären das Farbensehen mithilfe der spektralen Empfindlichkeit des Auges.

Aufbau des menschlichen Auges
Experimente, z. B. optische Bank, Brechungsgesetz
Linsenfehler
Konstruktion von Strahlenverläufen

  • Linsengleichung
  • Akkommodation

Farbensehen, spektrale Empfindlichkeit
Experimente, z. B. additive und subtraktive Farbmischung, Spektralanalyse

BPE 13*

Digitalisierung und Physik

15 (8)

Die Digitalisierung ist eine besondere Herausforderung für moderne Gesellschaften. Der Umgang mit immer größeren Datenmengen beeinflusst zunehmend den Alltag. Die Schülerinnen und Schüler setzen sich mit der Digitalisierung und den dahinter liegenden physikalischen Prinzipien auseinander und beurteilen die Risiken und Chancen der Digitalisierung.

BPE 13.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die einzelnen Komponenten der Digitalisierung. Sie beschreiben das Funktionsprinzip einzelner Komponenten und bewerten die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Technologien.

Datenerfassung
Sensoren, Messtechnik, digitale Messsysteme
Signalverarbeitung
Digitalisierung analoger Größen
Datentransport
Datentransport über Kabel, Glasfaser, Mobilfunk, Satellit
Datenübertragungsrate, Netzausbau, Signaldämpfung
Experimente mit elektromagnetischen Wellen
Datenspeicherung
unterschiedliche Speichermedien
Datenschutz

BPE 14*

Medizin und Physik 2

15 (8)

In der medizinischen Diagnostik und Therapie wird moderne Technik auf Grundlage physikalischer Konzepte und Methoden eingesetzt. Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Bedeutung spezieller Untersuchungsmethoden und Verfahren, die Aussagen über strukturelle Eigenschaften des Organismus ermöglichen. Bei bildgebenden Diagnoseverfahren wenden sie Grundkonzepte aus der Wellenlehre, Atom- und Kernphysik an.

BPE 14.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und erläutern die physikalischen Wechselwirkungen von ionisierender Strahlung und Schall mit biologischem Gewebe. Sie vergleichen und beurteilen den Nutzen und die Gefahren der Methoden beim Einsatz in Diagnostik und Therapie.

Sonografie
Experimente mit Ultraschall: Ausbreitung, Absorption, Reflexion
  • Prinzipien
  • Anwendungen

Ionisierende Strahlung in Diagnose und Therapie
Röntgenröhre, Computertomografie, Szintigrafie, Radionuklide
Experimente zur natürlichen Radioaktivität

BPE 15*

Materie und Teilchen

15 (8)

Die moderne Teilchenphysik analysiert den Aufbau der Materie und erweitert damit das Weltbild der Schülerinnen und Schüler. Die grundlegenden Kenntnisse der Quantenphysik werden überprüft und durch Streuexperimente erweitert. Die Schülerinnen und Schüler erhalten über das Standardmodell Einblicke in die Grundlagenforschung der Teilchenphysik. Der Besuch eines Kernforschungsinstituts dient den Veranschaulichungen.

BPE 15.1

Die Schülerinnen und Schüler wenden die Ergebnisse der Experimente zur Analyse von Stoffen an und interpretieren diese. Durch die Bestimmung der Anregungsenergien und der zugehörigen Hauptquantenzahlen benennen die Schülerinnen und Schüler Ordnungsprinzipien im Periodensystem der Elemente. Sie ermitteln die Netzebenenabstände von Kristallen.

Bestimmung von Anregungsenergien z. B. durch Spektralanalyse
Experimente, z. B. Franck-Hertz-Versuch
Gasentladungsröhren H, Ne, Hg, Xe, usw.
Kristalluntersuchungen, Bestimmung von Netzebenenabständen
Bragg-Reflexion,
Doppelbrechung
Standardmodell
Besuch eines Kernforschungsinstituts, Elementarteilchenphysik

BPE 16*

Physik in Alltag und Technik

15 (8)

Physikalische Prinzipien finden Anwendung in allen uns umgebenden technischen Gerätschaften. Exemplarisch werden einige für die Schülerinnen und Schüler besonders interessante, technische Geräte untersucht und sie verstehen deren prinzipiellen Funktionsweisen.

BPE 16.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben das Funktionsprinzip technischer Geräte aus ihrem Alltag. Sie erläutern die zugrundeliegenden physikalischen Sachverhalte. Durch Vergleich mit Geräten, welche auf anderen physikalischen Prinzipien beruhen, bewerten die Schülerinnen und Schüler die Alltagsgegenstände.

Physikalische Prinzipien in Geräten des Alltags

Mikrophon, Lautsprecher
Mikrowellenherd, Induktionsherd, Kochplatte
Achterbahn, Karussell
Navigationsgeräte, GPS
Bildschirme, Touchscreens

Zeit für Leistungsfeststellung

18

126 (48)

144 (72**)

Operatorenliste

In den Zielformulierungen der Bildungsplaneinheiten werden Operatoren (= handlungsleitende Verben) verwendet. Diese Zielformulierungen (Standards) legen fest, welche Anforderungen die Schülerinnen und Schüler in der Regel erfüllen. Zusammen mit der Zuordnung zu einem der drei Anforderungsbereiche (AFB) dienen Operatoren einer Präzisierung. Dies sichert das Erreichen des vorgesehenen Niveaus und die angemessene Interpretation der Standards.

Anforderungsbereiche


Anforderungsbereiche
Anforderungsbereich I umfasst das Wiedergeben von Sachverhalten und Kenntnissen im gelernten Zusammenhang sowie das Anwenden und Beschreiben geübter Arbeitstechniken und Verfahren.
Anforderungsbereich II umfasst das selbstständige Auswählen, Anordnen, Verarbeiten, Erklären und Darstellen bekannter Sachverhalte unter vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Übung bekannten Zusammenhang und das selbstständige Übertragen und Anwenden des Gelernten auf vergleichbare neue Zusammenhänge und Sachverhalte.
Anforderungsbereich III umfasst das Verarbeiten komplexer Sachverhalte mit dem Ziel, zu selbstständigen Lösungen, Gestaltungen oder Deutungen, Folgerungen, Verallgemeinerungen, Begründungen und Wertungen zu gelangen. Dabei wählen die Schülerinnen und Schüler selbstständig geeignete Arbeitstechniken und Verfahren zur Bewältigung der Aufgabe, wenden sie auf eine neue Problemstellung an und reflektieren das eigene Vorgehen.
Operator Erläuterung Zuordnung
AFB
ableiten
auf der Grundlage von Erkenntnissen oder Daten sachgerechte Schlüsse ziehen
II
abschätzen
durch begründete Überlegungen Größenwerte angeben
II
analysieren
wichtige Bestandteile, Eigenschaften oder Zusammenhänge auf eine bestimmte Fragestellung hin herausarbeiten
II, III
aufstellen, formulieren
chemische Formeln, Gleichungen, Reaktionsgleichungen (Wort- oder Formelgleichungen) oder Reaktionsmechanismen entwickeln
I, II
Hypothesen aufstellen
eine Vermutung über einen unbekannten Sachverhalt formulieren, die fachlich fundiert begründet wird
II, III
angeben, nennen
Formeln, Regeln, Sachverhalte, Begriffe oder Daten ohne Erläuterung aufzählen bzw. wiedergeben
I
auswerten
Beobachtungen, Daten, Einzelergebnisse oder Informationen in einen Zusammenhang stellen und daraus Schlussfolgerungen ziehen
II, III
begründen
Gründe oder Argumente für eine Vorgehensweise oder einen Sachverhalt nachvollziehbar darstellen
II
berechnen
Die Berechnung ist ausgehend von einem Ansatz darzustellen.
I, II
beschreiben
Beobachtungen, Strukturen, Sachverhalte, Methoden, Verfahren oder Zusammenhänge strukturiert und unter Verwendung der Fachsprache formulieren
I, II
beurteilen
Das zu fällende Sachurteil ist mithilfe fachlicher Kriterien zu begründen.
II, III
bewerten
Das zu fällende Werturteil ist unter Berücksichtigung gesellschaftlicher Werte und Normen zu begründen.
II, III
darstellen
Strukturen, Sachverhalte oder Zusammenhänge strukturiert und unter Verwendung der Fachsprache formulieren, auch mithilfe von Zeichnungen und Tabellen
I, II
deuten, interpretieren
naturwissenschaftliche Ergebnisse, Beschreibungen und Annahmen vor dem Hintergrund einer Fragestellung oder Hypothese in einen nachvollziehbaren Zusammenhang bringen
II, III
diskutieren
Argumente zu einer Aussage oder These einander gegenüberstellen und abwägen
II, III
erklären
einen Sachverhalt nachvollziehbar und verständlich machen, indem man ihn auf Regeln und Gesetzmäßigkeiten zurückführt
II
erläutern
einen Sachverhalt veranschaulichend darstellen und durch zusätzliche Informationen verständlich machen
II, III
ermitteln
ein Ergebnis oder einen Zusammenhang rechnerisch, grafisch oder experimentell bestimmen
II
herleiten
mithilfe bekannter Gesetzmäßigkeiten einen Zusammenhang zwischen chemischen bzw. physikalischen Größen herstellen
II, III
ordnen
Begriffe oder Gegenstände auf der Grundlage bestimmter Merkmale systematisch einteilen
I, II
planen
zu einem vorgegebenen Problem (auch experimentelle) Lösungswege entwickeln und dokumentieren
II
skizzieren
Sachverhalte, Prozesse, Strukturen oder Ergebnisse übersichtlich grafisch darstellen
II
untersuchen
Sachverhalte oder Phänomene mithilfe fachspezifischer Arbeitsweisen erschließen
II
vergleichen
Gemeinsamkeiten und Unterschiede kriteriengeleitet herausarbeiten
II
zeichnen
Objekte grafisch exakt darstellen
I, II
vgl. Bildungsstandards in den Naturwissenschaften für die Allgemeine Hochschulreife der KMK i. d. F. vom 18.06.2020

Amtsblatt des Ministeriums für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg

Stuttgart, 23. Juli 2020
Lehrplanheft 1/2020
Bildungsplan für das Berufliche Gymnasium;
hier:
Berufliches Gymnasium der sechs- u. dreij. Aufbauform
Vom 23. Juli 2020
44 – 6512.- 240/211

I.

II.

Für das Berufliche Gymnasium gilt der als Anlage beigefügte Bildungsplan.
Der Bildungsplan tritt
für die Eingangsklasse am 1. August 2021
für die Jahrgangsstufe 1 am 1. August 2022
für die Jahrgangsstufe 2 am 1. August 2023
in Kraft.

Physikalische Laborübungen
Berufliches Gymnasium der sechs- u. dreij. Aufbauform
K.u.U., LPH Nr. 1/2020 Reihe I Nr. 39
Band 1 vom 23.07.2020

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