Die Inhalte dieses Lernpfads können in folgende
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Lernpfad Dunkle Materie Autorin: Mag. Ingrid Krumphals Empfohlen für die 11.oder 12.Schulstufe 1. Übersicht Dieses Dokument besteht im Wesentlichen aus vier Teilen: Grundsätzliche Informationen zu diesem Lernpfad Unterrichtsmaterial für: Stark geleitetes selbstständiges Arbeiten von Schülerinnen und Schülern – Aneignung von Kenntnissen bzgl. dem Themengebiet „moderne Physik“ durch die Verwendung von Applikationen Weitere Unterrichtsmaterialien zum Thema „moderne Physik“ Unterrichtsmaterialien zu den Themen „Schwerionentherapie“ und „Med Austron“ Unter anderem wurden Unterrichtsmaterialien wie Arbeitsblätter (inkl. Lösungen) erstellt. Die dazugehörigen Hinweise geben der Lehrkraft kurze Informationen zum Inhalt und Einsatz im Unterricht. 2. Einleitung „Dunkle Materie“ ist ein Begriff der eine gewisse Neugier bei Schülerinnen und Schüler weckt. Sie hören diesen Begriff auch immer wieder im Alltag, sei es im Fernsehen, in Zeitschriften oder im übertragenen Sinn bei Computerspielen. Jedoch das naturwissenschaftliche Wissen darüber ist selten vorhanden. Im folgenden Lernpfad dient dieser Begriff als Ausgangspunkt von dem aus, die verschiedensten Themengebiete behandelt werden können. Standardmodell, Teilchenbeschleuniger und deren Anwendungen sind nur Beispiel der Themen, die nach der Einführung des Begriffs „Dunkle Materie“ folgen können. Der hier vorgestellte Lernpfad kann ganz individuell von der Lehrkraft eingesetzt werden. Da eine zahlreiche Sammlung an mobilen Applikationen von diversen EU Projekten vorhanden ist, stellen diese im Teil der Internetrecherche einen Hauptbestandteil dar. Somit besteht der hier konzipierte Lernpfad hauptsächlich aus einer Materialiensammlung, welche die das eigeneständige Arbeiten von Schülerinnen und Schülern unterstützt. Es wurden u.a. auch Arbeitsblätter mit dazugehörigen Lösungen erstellt. 3. Ziel Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse im Bereich der modernen Physik erwerben. Unter anderem sollen sie Grenzen des Messbaren kennen lernen und Einblicke in aktuelle Forschungseinrichtungen und deren Forschungsprojekte erhalten. Ferner sollen die Schülerinnen und Schüler Kenntnisse über die Relevanz und die Anwendung von Teilchenbeschleunigern aufbauen. Mag. Ingrid Krumphals 1 4. Lehrplanbezug - Physiklehrplan Lehrstoff (7. und 8. Klasse) Die Inhalte dieses Lernpfads können in folgende Punkte des Lehrplans eingeordnet werden: „Verständnis für die schrittweise Verfeinerung des Teilchenkonzepts, ausgehend von antiken Vorstellungen bis zur Physik der Quarks und Leptonen, gewinnen und damit die Vorläufigkeit wissenschaftlicher Erkenntnisse verstehen“ „Bezüge zum aktuellen Stand der Wissenschaft / Forschung herstellen können“ „Aufbau und Entwicklung des Universums“ „den Einfluss der aktuellen Physik auf Gesellschaft und Arbeitswelt verstehen“ „verstärkt Querverbindungen mit anderen Bereichen knüpfen können“ „die bisher entwickelten methodischen und fachlichen Kompetenzen vertiefen und darüber hinaus Einblicke in die Theorieentwicklung und das Weltbild der modernen Physik gewinnen“ Weiteres Unter anderem passen die Inhalte, abgesehen vom oben genannten Lehrstoff, auch zu diesen geforderten Beiträgen des Lehrplans in Physik: „Physik als Grundlagenwissenschaft (Welterkenntnis) und als angewandte Wissenschaft (Weltgestaltung) verstehen“ „eigenständig arbeiten können“ 5. Voraussetzungen Grundkenntnisse im Umgang mit dem Computer bzw. Smartphones. 6. Stichwörter - Physik Materie, Standardmodell, Elementarteilchen, Teilchenbeschleuniger, CERN, ATLAS, Urknall, HiggsTeilchen, Teilchenphysik, Einstein, Hawking, schwarze Löcher, dunkle Materie, Antimaterie, Schwerionentherapie, Med Austron, Quarks; 7. Materialien Im ersten Teil wird der Arbeitsauftrag zur sehr streng geleiteten Internetrecherche genauer beschrieben. Danach werden weitere erstellte Materialien angeführt. Den dritten Teil formen Arbeitsblätter und Informationen zu aktuellen Forschungsprojekten. Zu jedem Dokument gibt es Hinweise bzgl. des Inhalts bzw. eines möglichen Einsatzes im Unterricht oder auch wichtig zu beachtenden Aspekten. Mag. Ingrid Krumphals 2 Moderne Physik mit Hilfe von Applikationen näher Kennenlernen Stark geleitetes selbstständiges Arbeiten der Schülerinnen und Schüler Benötigte Materiealien: *) Durchführbar mit Smartphone oder PC Zeit: ~ 2 Unterrichtsstunden Innerhalb von EU Projekten wurden mobile Applikation erstellt welche von am Smartphone wie auch am PC genutzt werden können. Diese Applikationen enthalten kompakte Informationen zu den jeweiligen Inhalten. Meist gibt es am Ende jedes Themas ein kurzes Quiz. Die Schülerinnen und Schüler können somit in Eigenregie Kenntnisse bzgl. folgender Themen erwerben: Stichwörter – Inhalt: CERN, ATLAS, Teilchenphysik, Hochenergiephysik, Quantenphysik, Higgs-Teilchen, Standardmodell, Teilchenbeschleuniger, Teilchenzusammenstoß, Materie, Elementarteilchen, Masse, Energieform, Welle-Teilchen Dualismus, kosmische Strahlung, Urknall, Schwarze Löcher, Albert Einstein, Stephen Hawking; Arbeitsauftrag Arbeitsblatt: AB_modernePhysik.docx http://www.virtuelleschule.at/materialien/DunkleMaterie/AB_modernePhysik.docx Hinweis: Wie im Arbeitsauftrag steht sollen die Schülerinnen und Schüler aus den einzelnen Quizfragen selbst einen Test zusammenstellen. Es gibt viele Möglichkeiten wie diese anschließend eingesetzt werden. Die Schülerinnen können beispielsweise die Tests untereinander austauschen und jeweils einen oder auch mehrere Tests bearbeiten und gegenseitig korrigieren. Die einzelnen Applikationen können auch ganz unabhängig voneinander im Unterricht eingesetzt werden. Deshalb werden sie hier getrennt voneinander aufgelistet und mit Stichworten, den Inhalt betreffend, angeführt: Informationen zu den im Arbeitsauftrag vorkommenden Links CERN http://www.virtuelleschule.at/mobil/cern/cern.swf Inhalt: CERN, Mitglieder, Experimente, LHC, Fakten, Quiz ATLAS http://www.virtuelleschule.at/mobil/atlas/atlas.swf Mag. Ingrid Krumphals 3 Inhalt: Aufbau, Datenverarbeitung, Ziele, Andere Experimente, Quiz Teilchenbeschleuniger http://www.virtuelleschule.at/mobil/teilchenbeschleuniger/teilchenbeschleunige r.swf Inhalt: Allgemeines, Funktionsweise, Beschleunigerarten, Detektoren, Detekorarten, Quiz Teilchenzusammenstoß http://www.virtuelleschule.at/mobil/teilchenzusammenstoss/teilchenzusammens toss.swf Inhalt: Teilchenbeschleuniger, Air-Shower und Polarlichter, Teilchenzerfälle, Energiekaskade, Feynman-Diagramme, Quiz Hochenergiephysik http://www.virtuelleschule.at/mobil/hochenergiephysik/hochenergiephysik.swf Inhalt: Teilchenbeschleuniger, Teilchendetektoren, Hohe Energien, Higgs-Boson, Urknall, Quiz Teilchenphysik http://www.virtuelleschule.at/mobil/teilchenphysik/teilchenphysik.swf Inhalt: Standardmodell, Elementarteilchen, Wellen oder Teilchen, Kräfte, Supersymmetrie, Quiz Standardmodell http://www.virtuelleschule.at/mobil/standardmodell/standardmodell.swf Inhalt: Standardmodell, Atomaufbau, Higgs, Kosmos, Isotope, Quiz Elementarteilchen http://www.virtuelleschule.at/mobil/elementarteilchen/elementarteilchen.swf Inhalt: Standardmodell, Elementarteilchen, Wellen oder Teilchen, Kräfte, Supersymmetrie, Quiz Higgs-Teilchen http://www.virtuelleschule.at/mobil/higgs_teilchen/higgs_teilchen.swf Inhalt: Peter Higgs, Higgs Teilchen, Higgs Mechanismus, Higgs und CERN, Higgs in der ‚Weltformel‘, Quiz Masse http://www.virtuelleschule.at/mobil/masse/masse.swf Inhalt: Definition, Maßeinheit, Gewicht, Trägheit, Gravitationsfeld, Quiz Materie http://www.virtuelleschule.at/mobil/materie/materie.swf Inhalt: Definition, Aufbau der Materie, Erscheinungsformen, Zustände der Materie, Dunkle Materie, Quiz Energieform http://www.virtuelleschule.at/mobil/energieformen/energieformen.swf Mag. Ingrid Krumphals 4 Inhalt: Allgemeines, Nuklearenergie, Windenergie, Wasserkraft, Solarenergie, Quiz Welle-Teilchen Dualismus http://www.virtuelleschule.at/mobil/welle_teilchen_dualismus Inhalt: Was ist Licht?, Wellentheorie, Photonentheorie, Beispiele, Geschichte, Quiz Kosmische Strahlung http://www.virtuelleschule.at/mobil/kosmische_strahlung/kosmische_strahlung.s wf Inhalt: Zusammensetzung, Entstehung, Nachweis, Auswirkungen, Quiz Urknall http://www.virtuelleschule.at/mobil/urknall/urknall.swf Inhalt: Definition, Allgemein, Stadien, Ausdehnung, Beweise, Quiz Schwarze Löcher http://www.virtuelleschule.at/mobil/schwarze_loecher/schwarze_loecher.swf Inhalt: Entstehung, Allgemeines Ereignishorizont, Singularität, Auswirkungen, Quiz Albert Einstein http://www.virtuelleschule.at/mobil/albert_einstein/albert_einstein.swf Inhalt: Leben, SRT, ART, Photoeffekt, E = mc2, Quiz Stephen Hawking http://www.virtuelleschule.at/mobil/stephen_hawking/stephen_hawking.swf Inhalt: Biographie, Sprachcomputer, Hawking-Strahlung, Schwarze Löcher, Quantengravitation, Quiz Alle mobilen Applikationen die in den EU-Projekten Cosmos, Atlas@Cern und moX – Mobile Experimente entstanden sind, sind unter folgender Adresse zu finden: http://virtuelleschule.bmukk.gv.at/gegenstaende/mobiles-lernen/themenuebersicht/ Mag. Ingrid Krumphals 5 Weitere Arbeitsblätter/Materialien Folgende Materialien eignen sich besonders nach dem oben beschriebenen Arbeitsauftrag, sie können aber auch unabhängig davon eingesetzt werden. Fragen - ‘Test‘ Arbeitsblatt: AB_Fragen.docx http://www.virtuelleschule.at/materialien/DunkleMaterie/AB_Fragen.docx Hinweis: Kurzfragen zu den Inhalten der oben angeführten Applikationen. Beinhaltet sind Fragen welche Faktenwissen abprüfen. Jedoch sind auch zwei Fragen enthalten zu denen die Schülerinnen einen Kurzaufsatz verfassen sollen, um sprachliche Kompetenzen zu fördern und das filtern wichtiger Informationen zu lernen. Lösung: Lsg_AB_Elementarteilchen.docx http://www.virtuelleschule.at/materialien/DunkleMaterie/Lsg_AB_Fragen.docx Elementarteilchen Arbeitsblatt: AB_Elementarteilchen.docx http://www.virtuelleschule.at/materialien/DunkleMaterie/AB_Elementarteilchen.docx Hinweis: Lückentext zur gemeinsamen Wiederholung der Elementarteilchen bzw. für eine weitere Vertiefung dieses Themengebiets. Lösung: Lsg_AB_Elementarteilchen.docx http://www.virtuelleschule.at/materialien/DunkleMaterie/Lsg_AB_Elementarteilchen.docx Geschichte der Quarks Zusammenfassung: Geschichte_der_Quarks.docx http://www.virtuelleschule.at/materialien/DunkleMaterie/Geschichte_der_Quarks.docx Hinweis: Kurzinformationen zu historischen Fakten bzgl. der „Geschichte der Quarks“. Kann beispielsweise als Information für ein Kurzreferat dienen. Mag. Ingrid Krumphals 6 Schwerionentherapie – Med Austron Wichtig ist auch, dass die Schülerinnen und Schüler weitere Anwendungen von Teilchenbeschleunigern, beispielsweise zur Schwerionentherapie kennen lernen. Die Behandlung von aktuellen Forschungsprojekten, beispielsweise „Med Austron“, stellt einen weiteren bedeutenden Punkt dar. Schwerionentherapie Zusammenfassung: Schwerionentherapie.docx http://www.virtuelleschule.at/materialien/DunkleMaterie/Schwerionentherapie.docx Hinweis: Kurzinformationen über die Schwerionentherapie. Auf aktuelle Forschung eingehen und auf den Zweck von Grundlagenforschung hinweisen! Weiterführendes zur Schwerionentherapie: http://www.weltderphysik.de/de/1542.php Med-Austron Präsentation: MedAustron.ppt http://www.virtuelleschule.at/materialien/DunkleMaterie/MedAustron.ppt Hinweis: Präsentationsfolien zum Med Austron. Diese Präsentation kann von der Lehrkraft eingesetzt werden um etwas über das Med Austron zu berichten. Unter anderem sollte hier die Bedeutung dieses Projekts/dieser Forschungsanlage und die Verbindung der Notwendigkeit der Grundlagenforschung betont werden. Achtung: Da sich das Projekt zur Zeit der Erstellung dieses Lernpfades im Bau befindet, kann es von Vorteil sein, vorab aktuelle Informationen einzuholen (siehe www.medaustron.at). Zusammenfassung: MedAustron.doc http://www.virtuelleschule.at/materialien/DunkleMaterie/MedAustron.docx Hinweis: Dies ist eine Zusammenstellung der wichtigsten Informationen zum Med Austron. Das Dokument kann sowohl als Präsentationsunterlage für die Lehrkraft dienen wie auch als Informationsunterlage für ein Kurzreferat für Schülerinnen und Schüler dienen. (Aktualisierung der Informationen siehe: www.medaustron.at) Mag. Ingrid Krumphals 7 8. Weitere Lernpfade und Lernszenarien Lernszenario (erstellt von Dr. Christian Reimers) http://virtuelleschule.bmukk.gv.at/projekte-international/eu-projekteabgeschlossen/cosmos/szenarien/#c784 Internetlernpfad – „Das Teilchenabenteuer“: http://particleadventure.org/german/frameless/index.html 9. Quellenangaben und weiterführende Literatur Harald Fritzsch (2004): Elementarteilchen – Bausteine der Materie, Verlag C.H. Beck oHG, München. Gordon Fraser, Egil Lillestol, Inge Sellevag (1999): Auf der Suche nach dem Unendlichen, Springer Verlag Berlin,. Heidelberg. www.cern.ch www.medaustron.at www.gsi.de http://www.teilchenphysik.org http://www.weltderphysik.de/de/915.php http://www-med-physik.vu-wien.ac.at/physik/ws95/w9560dir/w9561000.htm http://www.physik.uni-mainz.de/lehramt/Lehrsystem/Teilchen/Standard.html Mag. Ingrid Krumphals 8