Guten Noten in Physik

Max-Planck-Gymnasium
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D-27749 Delmenhorst
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Gute Noten in Physik
Fächerübergreifender und mediengestützter
Unterricht zur musikalischen und
naturwissenschaftlichen Grundbildung
Medienkonzept
des
Max-Planck-Gymnasiums
Delmenhorst
(www.maxe-online.de)
Aktionsprogramm n-21
Max-Planck-Gymnasium Delmenhorst
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1. Schulprofil
Das Max-Planck-Gymnasium wird aktuell von mehr als 700 Schülerinnen und
Schülern besucht. Das Bildungsangebot verpflichtet sich der Ausgewogenheit,
sodass die drei großen Fachdisziplinen Sprachbildung, Naturwissenschaften und
Gesellschaftswissenschaften prinzipiell gleichrangig unterrichtet werden. Das
sprachliche Angebot weist die Besonderheit des bilingualen Unterrichts ab Klasse 7
auf. Ein wesentliches Charakteristikum des Angebotes besteht im Musikzweig der
Schule, der seit zehn Jahren besteht und das Schulleben nachhaltig gestaltet. So
gehört das Konzertieren in Ensembles, Orchestern, Chören und Bands zum
Schulalltag. Die teilnehmenden Schülerinnen und Schüler können in den Klassen 710 innerhalb eines vier Wochenstunden umfassenden Musikangebots einen
besonderen Bildungsakzent setzen. Die Musik-Theater-AG findet mit ihren jährlichen
Produktionen überregionale Anerkennung. Der mathematisch-naturwissenschaftliche
Unterricht zeichnet sich seit dem Schuljahr 2002/03 durch die Teilnahme an dem
Projekt Formel X aus. Innerhalb einer Kooperation mit der Universität in Oldenburg,
dem lokalen Energieversorgungsunternehmen EWE und anderen Partnern aus
Forschung und Industrie wird der Physikunterricht der Klassen 10-13 praxis- und
handlungsorientiert
umgestaltet.
Allgemein
fördern
neue
Wege
im
Mathematikunterricht und in den Naturwissenschaften analytische Fähigkeiten, von
denen auch andere Fächer profitieren.
2. Zielsetzung
Der Musikunterricht der Jahrgangsstufe 11 thematisiert eine Vielzahl von Bereichen,
die zugleich im Physikunterricht dieser Jahrgangsstufe angesiedelt sein können. Die
Rahmenrichtlinien der Physik sehen vor, optional Akustik zu unterrichten.
Klanganalyse und –synthese, Resonanz, menschliches Gehör oder digitale
Schallaufzeichnung sind im Physikunterricht ebenso zentral wie die Untersuchung
von Musikinstrumenten oder der menschlichen Singstimme im Hinblick auf
physikalisch erfassbare Parameter. Zugleich erwerben die gleichen Schülerinnen
und Schüler im Musikunterricht Kenntnisse und Fertigkeiten hinsichtlich der
Beurteilung und Erzeugung von Klängen, Klangfarben und instrumentenspezifischen
Obertonspektren. Dieser enge inhaltliche Zusammenhang der beiden
Unterrichtsfächer legt nahe, auch eine engere organisatorische, methodische und
didaktische Verzahnung des Fachunterrichts anzustreben. Daher sollen der Musikund Physikunterricht der Klasse 11 am Max-Planck-Gymnasium Delmenhorst in
zeitlich begrenzten Phasen fächerübergreifend und fächerverbindend durchgeführt
werden. Dieses Projekt mit dem Titel Gute Noten in Physik soll im Folgenden im
Hinblick auf Inhalt, Umsetzungsmöglichkeiten und notwendige Ressourcen umrissen
werden.
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3. Projektplanung
3.1.
Inhaltliche und mediale Ausgestaltung
Was in der Physik trocken, aber objektiv ein Schallereignis genannt wird, gilt in der
Musik unter Umständen als sinnliches Vergnügen. Der Unterricht beider
Professionen stellt sich entsprechend den Aufgaben, Schallereignisse einerseits im
Hinblick auf ästhetische Qualitäten und andererseits im Hinblick auf objektivierbare
Eigenschaften zu untersuchen. Dabei ergeben sich sowohl inhaltliche als auch
methodische Überschneidungen. Beide Fächer thematisieren den Hörvorgang, die
Qualifizierung und Quantifizierung akustischer Ereignisse, die Klangsynthese und
-analyse und die akustische Resonanz. Eine enge Verzahnung der Unterrichtsgänge
ist daher geeignet, um ästhetisches Empfinden und objektives Beurteilen nicht nur
gegenüberzustellen, sondern darüber hinaus auch in ein sich gegenseitig
befruchtendes und wechselseitig ergänzendes Verhältnis zu setzen.
Die akustischen Eigenschaften einer Orgel, eines Klaviers oder einer Gitarre lassen
sich mit in der Schule realisierbaren Medien erfassen und bewerten. Das wichtigste
Medium eines auf dieses fächerübergreifende Ziel angelegten Unterrichts ist wegen
seiner vielfältigen Möglichkeiten des Messens, Auswertens, Aufzeichnens und
Visualisierens der Computer. Die Analyse von Schallereignissen und von Musik im
Besonderen stützt sich auf bildgebende elektronische Verfahren wie die Erstellung
von Spektrogrammen oder Sonorgrammen. Eine starke Präferenz bildgebender
Verfahren dient aber zugleich überfachlichen Zielen, denn in nahezu allen modernen
Wissenschaften und vielen Berufen unterstützen heute rechnergestützte bildgebende
Verfahren die Analyse und Darstellung in den jeweiligen Sachkontexten. Sich in der
Anwendung und Interpretation solcher Verfahren zu üben ist daher auch von
überfachlich-allgemeinbildendem und zugleich wissenschaftspropädeutischem Wert
und integraler Bestandteil des Projekts Gute Noten in Physik.
Über eine ausreichende Ausstattung der Fachräume mit Software, Computern und
Peripherie zur Schallaufzeichnung und -erzeugung ist eine Vernetzung der
Schülerarbeitsplätze in den verschiedenen Gebäudeteilen unerlässlich. Der
fächerübergreifende Unterricht wird durch eine einfache und flexible Nutzung aller
elektronischen Ressourcen erheblich gefördert, denn in dem Maße wie
Unterrichtsfächer, -inhalte und –methoden verzahnt werden, ist auch eine enge
Kopplung aller verfügbaren elektronischen Ressourcen notwendig, um
anspruchsvollen Unterricht im o.g. Sinne organisieren und effizient durchführen zu
können.
3.2.
Musik und Physik im Verbund
Es ist geplant, den Unterricht über einen Zeitraum von mehreren Wochen hinweg
methodisch, didaktisch und organisatorisch eng aneinander zu koppeln. Dazu bieten
sich die folgenden Möglichkeiten an, die sich gegenseitig ergänzen sollen.
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3.2.1. Fächerübergreifender Unterricht
Aufgrund der Überschneidung der Unterrichtsinhalte, Fragestellungen und z.T. auch
der Verfahrensweisen und Medien der beiden Unterrichtsfächer soll die Trennung
des Musik- und Physikunterrichts der Klasse 11 phasenweise aufgehoben werden.
Durch die zeitlich begrenzte Auflösung der Fächergrenzen wird bewirkt, dass die
sonst in Schülerköpfen hartnäckig festgesetzte Vorstellung Physik und Musik haben
nichts miteinander zu tun, irritiert wird. Zugleich profitiert der Unterricht von der
Vermengung musikunterrichtspezifischer Inhalte mit der Möglichkeit, das begriffliche
und methodische Inventar des Physikunterrichts zu nutzen. Wird in der Musik z.B.
die Frage aufgeworfen, wie es zu den verschiedenen Klangfarben der Instrumente
kommt, lenkt die physikalische Perspektive den Blick auf die Deutung sinnlichsubjektiver Sinnesreize als Ergebnis von Obertonspektren, die rechnergestützt
visualisiert und vermessen werden können. Darüber hinaus ist es möglich, die
vorhandenen und noch anzuschaffenden Ressourcen (Räume, Rechner, Beamer,
Software, Instrumente, Know-how, Unterrichtskapazität) gemeinsam zu nutzen.
3.2.2. Fächerverbindender Unterricht
Es ist nicht für alle Unterrichtsinhalte gleichermaßen sinnvoll, den Unterricht
fächerübergreifend zu organisieren. Ist die inhaltliche und methodische Nähe der
beiden Fächer phasenweise nicht in dem Maße gegeben wie oben skizziert, ist
dennoch eine schwache Verzahnung in Form des fächerverbindenden Unterrichts
vorgesehen. Die Praxis dieses Unterrichts wird einerseits von der gemeinsamen
Nutzung der Ressourcen und andererseits von einer inhaltlichen und methodischmedialen Verbindung bestimmt. Auf der Basis kollegialer Absprachen sollen Lehrer,
Schülerinnen und Schüler Begriffe, Arbeitsweisen und Methoden des einen Faches
auf das jeweils andere übertragen.
Ein fächerverbindendes Moment ergibt sich auch zwischen der Physik und Musik auf
der einen Seite und der Biologie auf der anderen. Im Sinne eines spiralförmigen
fächerverbindenden Curriculums ergibt sich die Möglichkeit, das in der
Sekundarstufe I in der Biologie thematisierte menschliche Gehör im Hinblick auf
seine akustischen und sinnlich-ästhetischen Qualitäten hin zu untersuchen. Dabei
kann an die Erfahrungen und Kenntnisse der Schülerinnen und Schüler aus dem
Biologieunterricht der Klasse 9 angeknüpft werden.
4. Steigerung der Effizienz und Motivation
Ein wesentlicher Bereich schulischer Effizienzsteigerung besteht in einer stärkeren
Verzahnung von Inhalten und Methoden über alle Bereiche des Unterrichts hinweg.
Traditioneller Unterricht birgt das Problem, im Bewusstsein der Schülerinnen und
Schüler strenge Fächergrenzen zu installieren. Die Übertragung des in einem Fach
Gelernten auf Kontexte eines anderen Faches gelingt nur schwer. Aus diesem Grund
fördert das Projekt Gute Noten in Physik die Vernetzung von Lerninhalten und
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erworbenen Fertigkeiten. Dabei ist mit Synergieeffekten des Lernens zu rechnen.
Den Fächern gemeinsame Begriffe, Methoden und Fertigkeiten werden
fächerübergreifend effizient nur ein einziges Mal erworben, ohne dass es zu der im
traditionellen Unterricht häufigen Dopplung kommt. Darüber hinaus wird die Gefahr
vermieden, Fachbegriffe und Methoden in den beiden Fächern unterschiedlich
einzuführen und zu verwenden. Durch diese gesteigerte Stringenz werden
Lernprozesse in sich kohärenter und effizienter.
Weiterhin kann die enge Fächerverzahnung, dazu beitragen, sonst häufig
anzutreffende Lernschwierigkeiten zu beseitigen. Ein Beispiel: Schülerinnen und
Schülern fällt es erfahrungsgemäß schwer, die Existenz von Obertonspektren zu
verstehen. Dass ein Körper zur gleichen Zeit verschiedene Schwingungszustände
einnehmen kann und entsprechend auch zugleich verschiedene Töne erzeugt, wird
im Musikunterricht häufig als unglaubwürdig erlebt. Der physikalische Zweig des
fächerübergreifenden Projekts greift an dieser Stelle an, indem er der Existenz von
Obertönen explizit nachgeht, sie experimentell, in der Computersimulation und mit
Hilfe von Spektrogrammen und Sonogrammen sichtbar macht. Umgekehrt profitiert
das Lernen der Physik von dem reichen Inventar der Musik an Instrumenten,
akustischen Beispielen und Problemfeldern.
Der mathematisch-naturwissenschaftliche und der musisch-kulturelle Fächerkanon
werden von Schülerinnen und Schülern sehr unterschiedlich wahrgenommen und
eingeschätzt. Die individuellen Präferenzen sind nur selten auf beide Bereiche
gleichmäßig gestreut. Daher dient das Projekt der Motivation des eher
mathematisch-naturwissenschaftlich interessierten Schülerklientels für die Musik
ebenso wie der Motivation des eher an ästhetischer Bildung interessierten Klientels
an der ansonsten fremd bleibenden Physik.
5. Einbindung des Projekts in Formel X
Das Max-Planck-Gymnasium Delmenhorst hat sich bereits im Jahr 2002 an einer
Projektausschreibung der Bezirksregierung Weser-Ems zur Förderung des
mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts erfolgreich beteiligt. Das daraus
entstandene Projekt Formel X führt an der Schule zu einer weitreichenden Innovation
v.a. des Physikunterrichts. Innerhalb einer dreijährigen Kursfolge, die im zweiten
Halbjahr der zehnten Klasse beginnt, werden 30%-50% der Unterrichtszeit darauf
verwendet, physikalische Lerninhalte anwendungs-, praxis- und handlungsorientiert
zu gestalten. Eine Vielzahl von Kooperationspartnern aus Industrie und Forschung
unterstützt dieses Projekt bereits mit Ressourcen und Know-how. Exkursionen an
außerschulische Lernorte, Experten im Unterricht und Experimentalpraktika
bestimmen Abschnitte des Physikunterrichts. Darüber hinaus ist das Fach Physik mit
zusätzlicher Unterrichtskapazität ausgestattet, um die Durchführung, Entwicklung
und Dokumentation dieses Innovationsprojekts zu gewährleisten.
Es ist geplant, das Projekt Gute Noten in Physik eng an das bereits bestehende
Projekt Formel X anzubinden, um eine nachhaltige Nutzung aller Ressourcen zu
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gewährleisten. Das Ziel, außerschulische Lernorte und Fachexperten für den
fächerübergreifenden Musik-Physik-Unterricht nutzbar zu machen, ist auf der Basis
der bisherigen Erfahrungen leicht zu realisieren. Als Kooperationspartner und
Exkursionsziele kommen hier in Frage:

Soundengineering –Büros,

Musik-Aufnahme-Studios,

Orgeln im Raum Bremen und Oldenburg,

Fachbereich Physik der Universität Oldenburg mit seinen vielfältigen
Forschungsaktivitäten im Bereich der Akustik (Psychoakustik, medizinische
Physik, Haus des Hörens etc.)1.
6. Weiterführende Medien-Projekte auf der Basis von
Arbeitsgemeinschaften und Projekten
Die Aktivitäten des Musikzweiges bringen eine Vielzahl von Aktivitäten hervor. Die
vor fünf Jahren gegründete AG Ton-Technik begleitet viele seiner Veranstaltungen
und sorgt dabei mit Hilfe der schuleigenen Ausstattung für den „guten Ton“ (PA, 24Kanal-Mischpult, Mikrophone - davon 11 drahtlose, weitere Peripherie-Geräte).
6.1.
Handlungsbedarf
1. Dem häufig geäußerten Wunsch von Eltern und Schülern, aussagekräftige
Dokumentationen von Konzert- und Theateraufführungen herzustellen, kann bisher
nur sehr unprofessionell Rechnung getragen werden, da keine computergestützten
Aufnahme- und Bearbeitungsverfahren für Video und Ton zur Verfügung stehen.
2. In aktuellen Musikproduktionen von populärer und klassischer Musik wird i. d.
Regel die Möglichkeiten eines virtuellen Tonstudios genutzt. Unsere musikalisch
aktiven Schüler fordern in zunehmenden Maße nach einer Einführung in diese
Arbeitstechnik. Darüber hinaus ist es für den allgemeinen Musikunterricht im Sinne
der Rahmenrichtlinien unerlässlich, aktuelle Tendenzen der Musikindustrie
transparent darzustellen. Bisher fehlen die geeigneten Medien dafür.
3. In den Leistungskursen Musik wird „die kompositorische Entwicklung der
Avantgarde“ als ein Schwerpunktthema behandelt. In zunehmenden Maße werden in
diesem
Bereich
Kompositionen
mit
Hilfe
von
speziell
entwickelten
Computerprogrammen realisiert. Als eine weitere Tendenz lassen sich KonzertProjekte mit synästhetischen Elementen beobachten (interaktive Verbindungen von
Musik und Lichtspielen, animierten Graphiken und fraktaler Geometrie etc.)
1
Der Fachbereich Physik der Universität Oldenburg hat seine aktive Unterstützung bereits in einem
Fachbereichsratsbeschluss bekannt.
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Die Konzeption und Durchführung einer derartigen multimedialen Präsentations- und
Konzertform - mit eigenständigen kreativ-schöpferischen Prozessen der Schüler würde im Sinne eines handlungsorientierten Unterrichts eine hohe motivationale
Wirkung sowie vertiefte Einsicht in äußerst komplexe Strukturen künstlerischer wie
naturwissenschaftlicher Art bieten.
6.2.
Konsequenzen
Durch den Einsatz von Computern in Verbindung mit der entsprechenden Software
und Peripherie ließen sich die Aufgaben und Inhalte der Tontechnik-AG erweitern.
Dazu wird eine Akustik-AG dienen, sodass in deren Zusammenarbeit ein breit
gestreutes Aufgabenfeld praktisch erarbeitet werden könnte. Voraussetzung für die
teilnehmenden Schüler wäre ein Basis-Wissen im Bereich Akustik (s. o.) sowie ein
grundsätzliches Verständnis für musikalische Prozesse.
Die erweiterten Aufgabenfelder im einzelnen:

Live-Mitschnitte von Konzerten, computergestützte Tonbearbeitung

Einrichtung und Bedienung eines virtuellen Tonstudios

Aufnahmen im Play-back Verfahren

Signalbearbeitung mit Effekten, Equalizer etc.

Endabmischung (Mastern)

CD-Produktion

Bild/Video-Schnitt

Live-Mitschnitte von Theateraufführungen,

Videoaufzeichnungen von Filmprojekten

Filmsequenzen schneiden

Tonspuren unterlegen/schneiden (Filmmusik)

Betreuung und Hilfestellung bei Ton/Bild-Projekten, die aus dem Unterricht
erwachsen
Der besondere Reiz dieses Medienprojekts ist die Tatsache, dass in allen
Arbeitsprozessen ausschließlich „eigenes Material“ bearbeitet wird. Die
musikalischen und schauspielerischen Leistungen von Schülern werden als
Ausgangspunkt für ein mediales Produkt genommen, welches von Schülern erstellt
und allen anderen Schülern zugänglich gemacht wird.
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7. Das technische Medienprofil der Schule
7.1. Beschreibung des technischen Profils – Ausbaustufe A
(Ist-Zustand)
Das Max-Planck-Gymnasium verfügt derzeit über einen Informatikraum, ausgestattet
mit 12 multimediafähigen, unter Linux vernetzten PCs, 3 Druckern, einem Scanner
und einem Beamer. Dieser Arbeitsraum ist mit einer Multimedia-Lerninsel in der
Bibliothek vernetzt, die mit 3 modernen PCs Schülerinnen und Schülern für ihre
Arbeit und für Internet-Recherche zur Verfügung steht. Die Rechner in der Bibliothek
sind allgemein zugänglich und deshalb mit PC-Wächter-Karten zur Sicherung des
Systembereichs ausgestattet.
Während Chemie- und Physikraum mit jeweils zwei älteren Rechnern (nicht
multimedia-fähig) zur Messwerterfassung ausgestattet sind, haben Verwaltung und
Lehrerzimmer separate lokale Netzwerke mit Internet-Zugang und arbeiten mit
insgesamt 11 PCs, die aus Gründen der Datensicherheit von dem Schülerinnen und
Schülern zugänglichen Netz abgekoppelt sind. Dieser Bereich steht für den
Unterrichtseinsatz nicht zur Verfügung und wird daher in der Beschreibung nicht
weiter berücksichtigt.
7.2. Beschreibung des technischen Profils – Ausbaustufe B
(Soll-Zustand für das geplante Projekt)
Der geplanten inhaltlichen Vernetzung der Fächer Physik, Chemie, Biologie und
Musik muss konsequenterweise die technische Vernetzung folgen.
Vier Fachräume (Physik, Chemie, Biologie, Musik) sollen mit stationären
Rechnersystemen ausgestattet werden, die mit Beamer ausgerüstet sind. Hinzu
kommen Scanner und für die Fächer Physik, Chemie und Biologie jeweils eine
Digital-Videokamera, um Versuche zum Thema projizieren und aufnehmen zu
können. Die multimedialen Ergebnisse sollen auf dem Portal veröffentlicht werden,
dienen aber auch Schülerinnen und Schülern zur häuslichen Nachbereitung von
Versuchen.
In das Netz wird der Informatikraum einbezogen, der wie auch gegenwärtig schon für
Internet-Recherchen im Fachunterricht und beim PC-Einsatz in verschiedenen
Fächern genutzt wird, ferner die Multimedia-Insel in der Bibliothek.
7.3. Beschreibung des technischen Profils – Ausbaustufe C
(Zielvorstellung)
Alle allgemeinen Unterrichtsräume werden sukzessive und je nach Verfügbarkeit
finanzieller Mittel mit einigen PC und Beamer ausgestattet und in die bestehende
Vernetzung integriert.
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Stufe C1: Priorität haben die Kursräume der Oberstufe, die teilweise als Fachräume
genutzt werden.
Stufe C2: Nachfolgend werden auch die Mittelstufenräume angebunden.
Einen Überblick über den Ist-Zustand und Teile der Planung in den verschiedenen
Ausbaustufen bietet die folgende Grafik:
7.4.
Qualifizierungsstand des Kollegiums
Der Einsatz des PCs für den Unterricht und im Unterricht hat sich im Kollegium in
den letzten Jahren grundlegend gewandelt. Es sind verschiedene Gründe für diese
Entwicklung erkennbar:

eine zunehmend verbesserte Ausstattung der Schule

(schulinterne) Fortbildungsveranstaltungen

bessere Schulsoftware

jüngere Kolleginnen und Kollegen, die schon aus der Ausbildung den Einsatz
neuer Technologien kennen
Mehrere Kolleginnen und Kollegen haben sich weiterqualifiziert, um z. B. die AG
„PC-Führerschein“ durchführen zu können.
Das folgende Diagramm zeigt das breitgefächerte Kompetenzprofil, das auf einer
Umfrage vom Dezember 2002 basiert:
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Insgesamt drei Kolleginnen und Kollegen sind in der schulinternen Lehrerfortbildung
tätig, zwei in der regionalen und ein weiterer Kollege in der außerschulischen
Fortbildung.