HMTC - Didaktik zur Ausbreitung des Lichtes

Lehrbuch
D4: Vorgaben für das Fach Physik Sek. II
Vorgaben zu den unterrichtlichen Voraussetzungen für die schriftlichen Prüfungen im Abitur in
der gymnasialen Oberstufe im Jahr 20081
Vorgaben für das Fach Physik
1. Lehrpläne für die gymnasiale Oberstufe und Vorgaben für die schriftliche Abiturprüfung mit
zentral gestellten schriftlichen Aufgaben
Grundlage für die zentral gestellten schriftlichen Aufgaben der Abiturprüfung in allen Fächern der
gymnasialen Oberstufe sind die verbindlichen Vorgaben der Lehrpläne für die gymnasiale Oberstufe
(Richtlinien und Lehrpläne für die Sekundarstufe II – Gymnasium/Gesamtschule in Nordrhein-Westfalen,
Frechen 1999). Da die Lehrpläne vielfach keine hinreichenden Festlegungen bezogen auf die für eine
Abiturprüfung mit zentral gestellten Aufgaben relevanten Inhalte enthalten, sind im Hinblick auf die
schriftlichen Abiturprüfungen 2008 entsprechende inhaltliche Vorgaben (inhaltliche Schwerpunkte und
ggf. Medien/Materialien) für den Unterricht in der Qualifikationsphase erforderlich, deren Behandlung in
den zentral gestellten Aufgaben vorausgesetzt wird. Durch diese Schwerpunktsetzungen soll gesichert
werden, dass alle Schülerinnen und Schüler, die im Jahr 2008 das Abitur ablegen, gleichermaßen über
die notwendigen inhaltlichen Voraussetzungen für eine angemessene Bearbeitung der zentral gestellten
Aufgaben verfügen.
Die Verpflichtung zur Beachtung der gesamten Obligatorik des Faches laut Lehrplan einschließlich der
verbindlichen didaktischen Orientierungen des Faches bleibt von diesen inhaltlichen
Schwerpunktsetzungen unberührt. Die Realisierung der Obligatorik insgesamt liegt in der Verantwortung
der Lehrkräfte. Die zentral gestellten Aufgaben werden die übergreifenden verbindlichen Vorgaben der
Lehrpläne angemessen berücksichtigen.
Die folgenden fachspezifischen Schwerpunktsetzungen gelten zunächst für das Jahr 2008. Sie stellen
keine dauerhaften Festlegungen dar.
2. Verbindliche Unterrichtsinhalte im Fach Physik für das Abitur 2008
Unabhängig von den folgenden Festlegungen für das Abitur 2008 im Fach Physik gelten als allgemeiner
Rahmen die obligatorischen Vorgaben des Lehrplans Physik in den folgenden Kapiteln:
Kapitel 2: „Bereiche, Themen, Gegenstände“ mit den Abschnitten 2.1 „Bereiche: Herleitung und
didaktische Funktion“, 2.2 „Zuordnung der Themen und Gegenstände zu den Bereichen des Faches“
und 2.3 „Obligatorik und Freiraum“
Kapitel 5: „Die Abiturprüfung“ mit den Abschnitten 5.2 „Beschreibung der Anforderungsbereiche“ und
5.3.1 „Aufgabenarten der schriftlichen Abiturprüfung“
Auf der Grundlage der Obligatorik des Lehrplans Physik werden in den Aufgaben der schriftlichen
Abiturprüfung im Jahr 2008 die folgenden Unterrichtsinhalte vorausgesetzt:
2.1 Inhaltliche Schwerpunkte
• Ladungen und Felder
- elektrisches Feld, elektrische Feldstärke (Feldkraft auf Ladungsträger im homogenen Feld,
radialsymmetrisches Feld (nur Leistungskurs))
- potenzielle Energie im elektrischen Feld
- magnetisches Feld, magnetische Feldgröße B, Lorentzkraft (Stromwaage)
- Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und magnetischen Feldern (Braunsche
Röhre, Fadenstrahlrohr, Wien-Filter, Hall-Effekt (nur Leistungskurs))
• Elektromagnetismus
- Elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz (Drehung einer Leiterschleife im
homogenen Magnetfeld)
- Selbstinduktion, Induktivität (verzögerter Einschaltvorgang bei Parallelschaltung von L und
R, Ein- und Ausschaltvorgänge bei Spulen)
• Elektromagnetische Schwingungen und Wellen (Ergänzung Wechselstromkreis)
- Elektromagnetischer Schwingkreis, Analogie zum mechanischen Oszillator (RCLSchwingkreis 1Hz, Federpendel)
- Interferenz (Mikrowelleninterferenz, Wellenwanne, Lichtbeugung am Spalt, Doppelspalt und
Gitter, Wellenlängenmessung)
• Relativitätstheorie (nur Leistungskurs)
- Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und deren Konsequenzen (Michelson Experiment)
- relativistischer Impuls, Äquivalenz von Masse und Energie
• Thermodynamik (nur Leistungskurs)
- Thermodynamische Maschinen (Stirling-Motor, Stirling-Kreisprozess, Wärmepumpe)
• Atom-- und Kernphysik
- Linienspektren und Energiequantelung des Atoms, Atommodelle (Beobachtung von
Spektrallinien am Gitter, Franck-Hertz-Versuch)
- Ionisierende Strahlung (Röntgenspektroskopie)
Radioaktiver Zerfall (Halbwertszeitmessung, Reichweite von Gammastrahlung, Absorption
von Gammastrahlung)
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• Quanteneffekte
- Lichtelektrischer Effekt und Lichtquantenhypothese (h-Bestimmung mit Photozelle und
Gegenfeldmethode)
- de Broglie-Theorie des Elektrons, Welleneigenschaften von Teilchen, (Elektronenbeugung
an polykristalliner Materie)
- Grenzen der Anwendbarkeit klassischer Begriffe in der Quantenphysik (Doppelspaltversuch
mit Elektronen und Licht reduzierter Intensität)
2.2 Medien / Materialien
3. Bearbeitungszeit für die schriftliche Abiturprüfung
Es gelten die Vorgaben der APO-GOSt § 32 Abs. 2.
4. Hilfsmittel
• Physikalische Formelsammlung
• Wissenschaftlicher Taschenrechner (ohne oder mit Grafikfähigkeit)
• Deutsches Wörterbuch
5. Hinweise zur Aufgabenauswahl (Lehrkräfte, Schülerinnen/Schüler)
Die Schule erhält für den Grundkurs und für den Leistungskurs je zwei Prüfungsaufgaben, von denen
die Fachlehrerin/der Fachlehrer eine zur Bearbeitung für die Schülerinnen und Schüler auswählt.
Die Prüfungsaufgaben können die Bearbeitung eines Demonstrationsexperimentes beinhalten. Es
handelt sich dabei um Versuche mit gängigen Experimentalaufbauten. Für den Fall, dass mit einem
Experiment quantitative Arbeitsunterlagen während der Prüfung gewonnen werden sollen, werden
ersatzweise Versuchsergebnisse mitgeliefert, damit beim Misslingen eines Experimentes bzw. bei
fehlendem Experimentiergerät die erforderlichen Daten zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung stehen.
Für experimentelle Aufgaben ist eine vorzeitige Bekanntgabe der Aufgabe vorgesehen.
Eine Aufgabenauswahl durch die Schülerinnen und Schüler ist nicht vorgesehen.
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Fachliche Hinweise zum Fach Physik
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Für das Zentralabitur im Fach Physik gelten unverändert die veröffentlichten Vorgaben (Stand Februar
2005). Die unter www.learnline.nrw.de in Netz gestellten Beispielaufgaben verdeutlichen den
Zusammenhang der Obligatorik des Fachs mit diesen Vorgaben.
Die folgenden Hinweise sollen der weiteren Klärung und Präzisierung dienen:
1. Zum Grad der erwarteten mathematischen Kompetenzen:
Neben Kompetenzen aus dem Grundkurs Mathematik werden folgende weitere mathematische
Kompetenzen vorausgesetzt:
für Grund- und Leistungskurs:
Kenntnis der Punktnotation für Ableitungen von physikalischen Größen nach der Zeit
Umgang mit trigonometrischen Funktionen
für den Leistungskurs:
Lösungen von Differenzialgleichungen mit vorgegebenem Ansatz, wie sie bei ungedämpften
harmonischen Schwingungen, bei Ein- und Ausschaltvorgängen und beim radioaktiven Zerfall zur
mathematischen Beschreibung der Vorgänge herangezogen werden.
2. Zu „Hilfsmittel“:
Es sind nur die im Handel erhältlichen und im Kurs genutzten Formelsammlungen zulässig, keine selbst
erstellten oder ergänzten.
Als Taschenrechner sind die im Kurs genutzten Rechner zulässig, auch grafikfähige Taschenrechner
oder CAS.
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Quelltext. http://www.learn-line.nrw.de/angebote/abitur-gost-07/download/ph-fachl-hinweise.pdf
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Übersicht über die Operatoren
Operator
Beschreibung der erwarteten Leistung3
abschätzen
durch begründete Überlegungen Größenordnungen physikalischer
Größen angeben
analysieren / untersuchen
unter einer gegebenen Fragestellung wichtige Bestandteile oder
Eigenschaften herausarbeiten untersuchen beinhaltet
anwenden / übertragen
einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas
Neues beziehen
aufbauen (Experimente)
Objekte und Geräte zielgerichtet anordnen und kombinieren
auswerten
Daten, Einzelergebnisse oder sonstige Elemente in einen
Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer Gesamtaussage
zusammenführen
begründen / zeigen
Sachverhalte auf Regeln, Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale
Zusammenhänge zurückführen
berechnen / bestimmen
aus Größengleichungen physikalische Größen gewinnen
beschreiben
Strukturen, Sachverhalte oder Zusammenhänge strukturiert und
fachsprachlich richtig mit eigenen Worten wiedergeben
bestätigen
die Gültigkeit einer Hypothese, Modellvorstellung, Naturgesetzes durch
ein Experiment verifizieren
bestimmen
einen Lösungsweg darstellen und das Ergebnis formulieren
beurteilen
zu einem Sachverhalt ein selbstständiges Urteil unter Verwendung von
Fachwissen und Fachmethoden formulieren
bewerten / Stellung nehmen Sachverhalte, Gegenstände, Methoden, Ergebnisse etc. an
Beurteilungskriterien oder Normen und Werten messen. Die eigne
Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten
darstellen
Sachverhalte, Zusammenhänge, Methoden und Bezüge in
angemessenen Kommunikationsformen strukturiert wiedergeben
deuten
Sachverhalte in einen Erklärungszusammenhang bringen
diskutieren / erörtern
in Zusammenhang mit Sachverhalten, Aussagen oder Thesen
unterschiedliche Positionen bzw. Pro- und Contra- Argumente einander
gegenüberstellen und abwägen
dokumentieren
alle notwendigen Erklärungen, Herleitungen und Skizzen darstellen
durchführen (Experimente)
an einer Experimentieranordnung zielgerichtete Messungen und
Änderungen vornehmen
entwerfen / planen
(Experimente)
zu einem vorgegebenen Problem eine Experimentieranordnung erfinden
und Experimentieranleitung erstellen
entwickeln / aufstellen
Sachverhalte und Methoden zielgerichtet miteinander verknüpfen. Eine
Hypothese, eine Skizze, ein Experiment, ein Modell oder eine Theorie
schrittweise weiterführen und ausbauen
erklären
einen Sachverhalt nachvollziehbar und verständlich machen
erläutern
einen Sachverhalt durch zusätzliche Informationen veranschaulichen und
verständlich machen
ermitteln
einen Zusammenhang oder eine Lösung finden und das Ergebnis
formulieren
herleiten
aus Größengleichungen durch mathematische Operationen eine
physikalische Größe freistellen
interpretieren / deuten
kausale Zusammenhänge in Hinblick auf Erklärungsmöglichkeiten
überprüfen / prüfen /untersuchen und abwägend herausstellen
nennen / angeben
Elemente, Sachverhalte, Begriffe, Daten ohne Erläuterungen aufzählen
skizzieren / ordnen
Sachverhalte, Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduziert
übersichtlich darstellen
strukturieren / ordnen
vorliegende Objekte kategorisieren und hierarchisieren
überprüfen / prüfen / testen
Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und
eventuelle Widersprüche aufdecken
verallgemeinern
Aus einem erkannten Sachverhalt eine erweiterte Aussage formulieren
vergleichen
Gemeinsamkeiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede ermitteln
zeichnen
eine möglichst exakte grafische Darstellung beobachtbarer
oder gegebener Strukturen anfertigen
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Quelltext: http://www.learn-line.nrw.de/angebote/abitur-gost-07/download/ph-o-uebersicht.pdf
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Vorgaben für die Konstruktion von Aufgaben für die schriftliche Abiturprüfung im Fach Physik
Es gelten die in den Lehrplänen und in den 'Vorgaben' festgelegten Prinzipien für die Konstruktion
von Aufgaben für die schriftliche Abiturprüfung.
Insbesondere ist auf folgende Punkte hinzuweisen:
Allgemein
Physik
Die zentral zu stellende Prüfungsaufgabe
entspricht den in den Richtlinien und Lehrplänen
beschriebenen Typen/Arten unter Berücksichtigung
der spezifischen Einschränkungen, die ggf. in den
„Vorgaben zu den unterrichtlichen
Voraussetzungen“ gemacht werden. Bei Vorlage
der Prüfungsaufgabe ist die Aufgabenart (bei
getrennt zu bearbeitenden Teilaufgaben die
Aufgabenarten) unter Verweis auf den jeweiligen
Lehrplan zu kennzeichnen.
Die Prüfungsaufgabe bezieht sich in der Regel auf
Experimente oder auf vorgelegte Materialien gemäß
Kapitel 5.3.1 des Lehrplans. Für die schriftliche
Prüfung sind Aufgabenstellungen geeignet, die
- vorgeführte oder selbst durchgeführte
Experimente beschreiben und auswerten lassen,
- fachspezifisches Material (z.B. Diagramme,
Tabellen, dokumentierte Experimente) auswerten,
kommentieren, interpretieren und bewerten lassen,
- fachspezifische Fragen beantworten lassen, Formeln kommentiert herleiten lassen und
kommentierte Berechnungen fordern,
- fachliche Sachverhalte in historische Bezüge oder
aktuelle Kontexte einordnen lassen,
- begründete Stellungnahmen zu Aussagen oder
vorgelegtem Material einfordern,
- strukturiertes Fachwissen in einem größeren
Zusammenhang darstellen lassen,
- mehrere Lösungswege ermöglichen.
Der Arbeitsauftrag / die Arbeitsaufträge der
Prüfungsaufgabe müssen erkennbar auf die drei
Anforderungsbereiche „Wiedergabe von
Kenntnissen“, „Anwenden von Kenntnissen“ und
„Problemlösen und Werten“ bezogen sein und ein
hinreichend breites Schwierigkeitsspektrum
repräsentieren.
Eine Prüfungsaufgabe muss sich auf alle drei in
Kapitel 5.2 des Lehrplans beschriebenen
Anforderungsbereiche erstrecken. Die
Prüfungsaufgabe erreicht dann ein angemessenes
Niveau, wenn das Schwergewicht der zu
erbringenden Prüfungsleistungen im
Anforderungsbereich II liegt und der
Anforderungsbereich I in höherem Maße als der
Anforderungsbereich III berücksichtigt wird.
Dementsprechend muss die Art der Bezugnahme
der Aufgabe auf Texte, Materialien, Experimente
usw., die in den „Vorgaben“ als verbindlich für die
Behandlung im Unterricht benannt sind,
ausschließen, dass Lösungen auf der Ebene der
reinen Reproduktion des im Unterricht Erarbeiteten
möglich sind. Das bedeutet auch, dass
Aufgabenstellungen nicht aus gängigen
Unterrichtswerken entnommen werden dürfen.
Auf der Grundlage der in den Vorgaben, im Lehrplan
und in den eingeführten Unterrichtsbüchern
vorhandenen Aufgaben und Experimente sollen die
zu erstellenden Prüfungsaufgaben neue,
gleichartige Problemstellungen darstellen. Sie
dürfen den in oben genannten Werken
veröffentlichten Aufgaben nicht so nahe stehen,
dass eine selbständige, anspruchvolle
Prüfungsleistung nicht möglich ist.
Im Interesse der Eindeutigkeit der mit der Aufgabe
verbundenen Leistungsanforderungen orientiert
sich die Formulierung der Arbeitsaufträge an den in
den Lehrplänen oder den EPA des jeweiligen
Fachs vorgesehenen Operatoren.
Aus der Aufgabenstellung gehen Art und Umfang
der geforderten Leistung hervor. Im Interesse der
Eindeutigkeit orientiert sich die Formulierung der
Arbeitsaufträge an den in Kapitel 3.3 der EPA
Physik vorgesehenen Operatoren.
Die Prüfungsaufgabe muss in ihrer Gesamtheit so
angelegt sein, dass sie
Eine Prüfungsaufgabe muss sich auf die in Kapitel
2.2 des Lehrplans beschriebenen
(Kompetenz)bereiche beziehen. Dabei soll der
Schwerpunkt auf den Sachbereichen
(Fachkenntnisse) und Fachmethoden liegen.
auf unterschiedliche Themenbereiche Bezug
nimmt,
die angemessene und selbstständige Anwendung
Die Berücksichtigung mehrerer Sachbereiche ist
fachspezifischer Methoden und Kenntnisse
erforderlich.
einfordert und
Es wird empfohlen, durch eine geeignete
den Nachweis übergreifender Kompetenzen
Vernetzung der Fragestellungen aus verschiedenen
erfordert, die von den Richtlinien/Lehrplänen
Bereichen des Faches Physik (Kap. 2.1 des
verbindlich vorgegeben sind.
Lehrplans) die Bedeutungs- und
Damit ist ausgeschlossen, dass sie sich inhaltlich Beziehungshaltigkeit der Physik zum Ausdruck zu
ausschließlich auf einen Schwerpunkt der
bringen.
„Vorgaben“ bezieht. Bei Vorlage der Aufgabe
müssen die Bezüge zu den einschlägigen
Schwerpunkten der „Vorgaben“ ausgewiesen
werden.
Die unterschiedlichen Anforderungsebenen von
Grund- und Leistungskursen müssen z. B. durch
den Umfang der zu bearbeitenden Materialien, die
Komplexität der Aufgabenstellung oder die zur
Bearbeitung der Aufgabe erforderlichen
Vorkenntnisse deutlich erkennbar sein.
Die Anforderungen im Grundkursfach bzw. im
Leistungsfach sollen sich nicht nur quantitativ,
sondern vor allem qualitativ unterscheiden. Die
Unterschiede bei den Klausuren bestehen
insbesondere in folgenden Aspekten:
Umfang und Spezialisierungsgrad bezüglich des
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Fachwissens, des Experimentierens und der
Theoriebildung,
Grad der Elementarisierung und Mathematisierung
physikalischer Sachverhalte und im Anspruch an die
verwendete Fachsprache,
Komplexität der Kontexte sowie der physikalischen
Sachverhalte, Theorien und Modelle.
Sofern den Prüflingen Aufgaben zur Wahl gestellt
werden, müssen sie sich hinsichtlich ihrer Bezüge
zu den inhaltlichen Schwerpunkten der „Vorgaben“
deutlich und für die Prüflinge ersichtlich
unterscheiden und auf unterschiedliche
Schwerpunkte der "Vorgaben" zurückgreifen.
Weiterhin ist für Physik Folgendes zu beachten: 
- Bei experimentellen Aufgabenstellungen
ist für den Fall des Misslingens vorab eine
Datensicherung vorzunehmen.
- Jede Aufgabe kann aus maximal zwei voneinander
unabhängigen Themen (Kapitel 2.2 des Lehrplans)
zusammengesetzt werden.
- Jede Aufgabe kann in Teilaufgaben gegliedert
sein. Die Aufgliederung einer Aufgabe darf nicht so
detailliert sein, dass dadurch ein Lösungsweg
zwingend vorgezeichnet wird. Ausdrücklich
erwünscht sind offene Aufgabenstellungen, die
mehrere Lösungswege ermöglichen.
- Die Teilaufgaben einer Aufgabe sollen so
unabhängig voneinander sein, dass eine
Fehlleistung in einem Aufgabenteil nicht die
Bearbeitung der anderen Teilaufgaben unmöglich
macht. Falls erforderlich, können
Zwischenergebnisse in der Aufgabenstellung
enthalten sein.
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GK Aufgabenbeispiel 1 - [229 kB] - 6.07.2005
LK Aufgabenbeispiel 1 - [127 kB] - 1.12.2005
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