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Physik als Grundlage moderner TechnikIn den vorangehenden Jahrgangsstufen haben die Schüler einen Überblick über die verschiedenen Bereiche der Physik erhalten, typische physikalische Arbeitsweisen eingeübt und mit der Energieerhaltung ein weitreichendes Prinzip kennengelernt. In Jahrgangsstufe 9 beschäftigen sie sich eingehend mit der Elektrik und begreifen in diesem Zusammenhang, welche bedeutende Rolle die Physik in der modernen Technik spielt. Dabei zeigt sich, wie wichtig solide physikalische Kenntnisse für viele moderne Berufe sind [→ WRWSG-W 9.1, WR 9.1.3] und wie man mit ihrer Hilfe Funktionsprinzipien von Geräten versteht, die im Alltag benutzt werden. In der Atomphysik erhalten die Jugendlichen einen ersten Einblick in den Aufbau der Materie, die Radioaktivität und die Möglichkeiten der Energiegewinnung durch Kernspaltung bzw. -fusion. Die Schüler erkennen dabei die Notwendigkeit, sich fundiertes und aktuelles Wissen anzueignen, um bei gesellschaftlich relevanten Themen einen eigenen Standpunkt zu finden und in Diskussionen fair vertreten zu können. Geeignet ausgewählte Vertiefungen aus der Natur und der Technik helfen den Schülern, eine Beziehung zwischen physikalischen Erkenntnissen und ihrer eigenen Lebenswelt herzustellen und so die Relevanz des Erlernten zu erkennen. Durch die Mitwirkung bei Planung und Durchführung von Versuchen erweitern sie ihre experimentellen Fähigkeiten sowie ihre Kompetenzen in der Zusammenarbeit im Team, im Umgang mit Information und bei der Präsentation eigener Ergebnisse. Dies erreichen sie insbesondere auch im Rahmen eines etwa fünfstündigen Unterrichtsprojekts, in dem sie sich neben anderen Kompetenzen auch das Wissen aus einem der angegebenen Themenbereiche selbst aneignen. Die Schüler des Naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasiums haben im Profilbereich die Möglichkeit, sich mit weitergehenden Inhalten aus der Vorschlagsliste in Ph 9.4 vertraut zu machen und vertiefen damit ihre Kenntnisse und Fertigkeiten.
In der Jahrgangsstufe 9 erwerben die Schüler folgendes Grundwissen:
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Ph 9.1 Elektrik (ca. 18 Std.)Der Feldbegriff eröffnet den Schülern eine Möglichkeit, Kraftwirkungen im Raum zu beschreiben. Bei der Einführung der Feldlinien lernen sie eine weitere Art der Modellbildung kennen. Die Jugendlichen verstehen die FunkÂtionsprinzipien technischer Geräte, die auf der Kraftwirkung auf geladene Teilchen in elektrischen und maÂgnetischen Feldern beruhen. Mit der Induktion erschließt sich ihnen ein physikaliÂsches PhäÂnomen, das beim Generator zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt wird.
Ph 9.2 Atome (ca. 22 Std.)Die Schüler gewinnen einen Einblick in den Aufbau der Atomhülle und des Atomkerns. Sie lernen, dass Atome Licht und Röntgenstrahlung nur in ganz bestimmten Portionen emittieren und absorbieren können. Dabei vollziehen sie auf einem elementaren Niveau nach, dass das Emissions- und AbÂsorptionsverhalten von Stoffen zu deren Identifikation genutzt werden kann. Die Jugendlichen bekommen einen Überblick über die Strahlungsarten radioaktiver Kerne, über eine Nachweismethode der radioaktiven Strahlung und über Grundaussagen des Strahlenschutzes. Hierbei lernen sie auch die Auswirkung von Strahlung auf Lebewesen kennen. Schließlich lernen sie, dass die universelle Äquivalenz von Masse und Energie die Grundlage für die EnergiegeÂwinnung durch Spaltung bzw. Fusion von Atomkernen ist. Sie erfahren, dass der Traum der Alchimie, Elemente inÂeinander umzuwandeln, durch KernumwandÂlungen zumindest für einzelne Atome verwirklicht werden kann.
Ph 9.3 Kinematik und Dynamik geradliniger Bewegungen (ca. 16 Std.)Anknüpfend an Grundbegriffe aus der Jahrgangsstufe 7 lernen die Schüler, durch Deutung von BeÂwegungsÂdiagramÂmen den zeitlichen Verlauf von Bewegungen zu analyÂsieren. Bei der Behandlung von Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit bzw. mit konstanter Beschleunigung wird deutlich, dass sich idealisierte Vorgänge durch mathemaÂtische FunktioÂnen [→ M 9.2] beschreiben lassen und dass so genauere Vorhersagen möglich werÂden. An weiterführenden BeiÂspielen zum ZuÂsammenÂhang zwischen Kraft, Masse und BeÂschleuÂnigung gewinnen die Jugendlichen ein tieferes VerständÂnis des Kraftbegriffs.
Ph 9.4 Profilbereich am NTGIm Profilbereich vertiefen die Schüler des Naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasiums anhand von Themen aus der unten aufgeführten Vorschlagsliste die in Ph 9.1 bis Ph 9.3 beschriebenen Inhalte. Die Auswahl der Themen orientiert sich an den Interessen der Schüler und bietet damit viele Anknüpfungspunkte an persönliche Erfahrungen. Ihre Kreativität wird bei vielfältigen experimentellen Untersuchungen gefordert; dabei wird ihnen die große Bedeutung des Experiments als Methode der Erkenntnisgewinnung bewusst. An unterschiedlichen Beispielen erfahren die Schüler die für die Technik charakteristische problemorientierte Vorgehensweise und können diese in einfacher Weise nachvollziehen. Schülerzentrierte Unterrichtsformen, wie z. B. arbeitsteiliger Gruppenunterricht, Schülerexperimente oder ProjektunÂterricht, ermöglichen den Jugendlichen in hohem Maß, selbständig und selbstverantwortlich zu arbeiten. Das fördert nicht nur die Weiterentwicklung ihrer naturwissenschaftlichen Kompetenzen, sondern auch allgeÂmeine Arbeitstechniken wie den Umgang mit Information, die Zusammenarbeit im Team und das Präsentieren der gewonnenen Ergebnisse. Die angegebenen Inhalte sind als Anregungen zu verstehen. Elektrotechnik
Halbleiter und Mikroelektronik
Neurobiologie [→ B 9.1], Medizintechnik und weitere Anwendungen der Atom- und Kernphysik
Transport und Verkehr
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