Zusammenfassung von Ergebnissen einer Diskussion zu Bildungsstandards und Lehrplänen vom 14.9.
Teilnehmer: Beutel, Bretzer, Haberkandt, Herzog, Loehken, Schmideberg, Eisele, Hunklinger, Meier, Oberthaler, Ostrowski, Schultz-Coulon.
Als Ziel wurde vereinbart zu versuchen die Bildungsstandards zu konkretisieren in zwei Punkten:
a) was erwartet die Universität von den Studienanfängern in den Naturwissenschaften.
( Anschlussfähigkeit an die Hochschule)
b) Was sind danach gewünschte Inhalte und das Niveau des verbindlichen Kerncurriculums.
Hier werden allgemeine Gesichtspunkte zusammengefasst. Die konkreten Inhalte des Kerncurriculums werden gesondert zusammengefasst.
Zeitaufteilung und Schwerpunkte:
Es sollten nach Bildungsplan etwa 1/3 der verfügbaren Zeit zur freien Planung der Lehrer und Schulen frei bleiben, d.h. Kerncurriculum inklusive Praktika sollen maximal 2/3 ausmachen. Das erfordert eine erhebliche Ausdünnung der jetzigen Lehrpläne.
Diskussionsergebnisse:
Ziele der Ausbildung:
die Fakultätsmitglieder legen großen Wert auf den Aspekt der Allgemeinbildung für alle Schüler und drauf dass die Physik als lebendiges, faszinierendes Fach erlebt wird, das zum Verständnis auch von Alltagsphänomenen beiträgt und in dem auch noch an vielen offenen Fragen gearbeitet wird. Die Vorbereitung auf ein Physikstudium steht nicht im Vordergrund.
Beispiele für Themen an denen die Faszination der Physik demonstriert werden könnte:
- Resonanzphänomene
- Kommunikationstechnik ( Signalübertragung) - Energiebilanz der Erde……..
Besonders interessierten Schülern sollten als Orientierungshilfe für die Studienwahl auch Themen aus faszinierenden aktuellen Forschungsgebieten nahe gebracht werden. Das kann auch an der Uni, bei der Physik am Samstagmorgen oder durch Vorträge an der Schule erfolgen.
Genannte Themen:
- Kosmologie/ Astrophysik - Teilchenphysik
- Quantenphysik, Quantencomputer - Biophysik..
Praktika: Großer Wert wird auf das selbstständige Experimentieren gelegt, das einen erheblichen Umfang haben sollte.
Gesichtspunkte:
a) welche Geräte sollten die Schüler kennen lernen (kein Anspruch auf Vollständigkeit)
- Netzgeräte, Oszilloskop, Standardmessgeräte für Strom, Spannung, Widerstand (auch elektronische)
- Lichtquellen und einfache optische Aufbauten - Sensorik: Photodiode, Zählrohr, Hallsonde,..
c) Niveau und Technik der Versuche:
Das Spektrum sollte groß sein, von Freihandversuchen bis zu komplizierteren Aufbauten, die mit Datenerfassungssystemen ausgerüstet sind, wenn die
Computerauslese den Versuch erst möglich bzw. attraktiv macht. Hier ist aber nicht daran gedacht, selber zu programmieren, sondern den Computer als Teil der Hardware zu betrachten.
Wichtig sind eigenständige Aufbauten, nicht so sehr ‚Leyboldphysik’ mit fixen Apparaten. ‚Selber was mit den Händen tun’.
d) Auswertung:
Messwerte sollten wann immer möglich als Diagramme oder Histogramme dargestellt werden, bevorzugt ‚linearisiert’. Für einzelne ausgewählte geeigneteExperimente sollte eine Fehlerbestimmung aus Messreihen und eine systematische Fehlerdiskussion erfolgen. Das Umgehen mit Daten und Messfehlern muss geübt werden allerdings nicht exzessiv bei jedem Versuch.
Nutzung von Computern und Mathematikprogrammen?
Die Nutzung von Computern zur Lösung physikalischer Probleme (z. B. numerische Lösung von Differentialgleichungssystemen oder für Simulationen gehört heute zwar zum Handwerkszeug eines Physikers, der Umgang damit wird aber von Studienanfängern nicht erwartet. Allerdings sollte mit einfachen Programmen gezeigt werden, dass das Problem z.B einer mechanischen Bewegung durch die Aufstellung der Bewegungsgleichung gelöst ist und eine Lösung dann immer gefunden werden kann. Zudem kann gezeigt werden, wie sich realistische Kräfte relativ zu den Modellkräften verhalten wie z.B. lineare Kraft beim Oszillator und nichtlineare KräfteÆ dies zeigt anschaulich den Sinn von Näherungen.
Solche Lösungen können mit einfachen Programmen wie EXEL oder frei verfügbaren interaktiven WEBseiten gewonnen werden. Die Einarbeitung in große Systeme wie MAPLE oder Mathematica erscheint dagegen zu aufwendig und nicht fürs Kerncurriculum
geeignet,wohl aber als Wahlthema.
Eigene Vorträge, Präsentationen und Diskussionen:.
Ein großer Schwachpunkt der meisten Studienanfänger wird darin gesehen, dass Sie Ergebnisse nicht diskutieren, präsentieren können und insgesamt sich sehr passiv auch in kleinen Gruppen verhalten. Es ist daher ein expliziter Wunsch der Fakultätsmitglieder, dass jeder Schüler darin geübt sein sollte, Referate zu halten und insbesondere solche kritisch zu hinterfragen und darüber zu diskutieren. Welche formalen Hilfen für die Präsentationen genutzt werden ist dabei zweitrangig – Powerpoint Präsentationen können genau so gut oder schlecht sein wie handgemalte Folien.
Förderung besonders begabter, interessierter Schüler
Dies muss noch diskutiert werden . Die Fakultät kann hierzu aber auf jeden Fall auch attraktive Angebote machen und Hilfestellung geben.
Inhalt des Kerncurriculums:
Vorläufige Ergebnisse der Diskussion:
Allgemeines:
Ziel muss sein, diesen Teil so zu begrenzen, dass Zeit für extensive Praktika und Freiräume für die Schulen da sind und Raum für moderne Physik.
Ziel ist nicht, alle Gebiete abzudecken, sondern sich auf besonders wichtige Eckpfeiler der Physik (Leitlinien) zu beschränken, die dann ausführlich und quantitativ behandelt werden sollen. Daneben sollen wichtige aber kompliziertere Phänomene mehr qualitativ über
Experimente oder besser noch durch eigenes Experimentieren behandelt werden. Daher wurde versucht einen Stoffplan zu machen der ev. verbindlich sein sollte. Bisher nur zur klassischen Physik.
Mathematische Behandlung, was wird gebraucht?
Es soll klargemacht werden, dass Physik nicht Mathematik ist, sondern Mathematik nur ein Hilfsmittel. Wichtig dafür erscheint auch die Fehlerbetrachtung bei Messungen und
Voraussagen und die Diskussion von Näherungen….
- Differenzieren, Integrieren einfacher Funktionen
- Transzendente Funktionen: Sinus, Cosinus , Exponentialfunktion und Logarithmus
- Einfache Differentialgleichungen, Veranschaulichung und Lösungen Vorgeschlagen: dF/dx = aF(x) (Exponentialfunktion ) an Beispielen wie z.B. Laden eines Kondensators, Zerfallsgesetz,….
Und Harmonischer Oszillator
- numerische Integration einer Bewegungsgleichung , z.B. nichtharmonisches Potenzial ( U= a x2 +b x oder U= cx4) für verschiedene Startwerte.
- Betrachtung von Grenzfällen und asymptotischen Lösungen.
Die Kenntnis der Taylorreihe und die Entwicklung einfacher Funktionen wäre hierfür wünschenswert.
- Erstellung von Diagrammen und Histogrammen
- Statistische Auswertung von Messreihen (Begriffe: Mittelwert, Varianz,..) - Vektorrechnung: nur Vektoraddition und Komponentendarstellung,
Projektion eines Vektors auf eine Achse.
Nicht: komplexe Zahlen, Vektorrechung mit Skalar- und Vektorprodukt,Programmieren, Maple/Mathematica