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:
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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
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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:
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„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
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 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
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 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
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 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, [email protected] und moX – Mobile
Experimente entstanden sind, sind unter folgender Adresse zu finden:
http://virtuelleschule.bmukk.gv.at/gegenstaende/mobiles-lernen/themenuebersicht/
Mag. Ingrid Krumphals
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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
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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
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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
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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
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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
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Harald Fritzsch (2004): Elementarteilchen – Bausteine der Materie, Verlag C.H. Beck oHG,
München.
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Gordon Fraser, Egil Lillestol, Inge Sellevag (1999): Auf der Suche nach dem Unendlichen,
Springer Verlag Berlin,. Heidelberg.
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www.cern.ch
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www.medaustron.at
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www.gsi.de
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http://www.teilchenphysik.org

http://www.weltderphysik.de/de/915.php

http://www-med-physik.vu-wien.ac.at/physik/ws95/w9560dir/w9561000.htm
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http://www.physik.uni-mainz.de/lehramt/Lehrsystem/Teilchen/Standard.html
Mag. Ingrid Krumphals
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