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2 Kompetenzbereiche, Inhaltsfelder und Kompetenzerwartungen

Die in den allgemeinen Aufgaben und Zielen des Faches beschriebene übergreifende fachliche Kompetenz wird ausdifferenziert, indem fachspezifische Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder identifiziert und ausgewiesen werden. Dieses analytische Vorgehen erfolgt, um die Strukturierung der fachrelevanten Prozesse einerseits sowie der Gegenstände andererseits transparent zu machen. In den Kompetenzerwartungen werden beide Seiten miteinander verknüpft. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der gleichzeitige Einsatz von Können und Wissen bei der Bewältigung von Anforderungssituationen eine zentrale Rolle spielt.

Kompetenzbereiche repräsentieren die Grunddimensionen des fachlichen Handelns. Sie dienen dazu, die einzelnen Teiloperationen entlang der fachlichen Kerne zu strukturieren und den Zugriff für die am Lehr-Lernprozess Beteiligten zu verdeutlichen.

Inhaltsfelder systematisieren mit ihren jeweiligen inhaltlichen Schwerpunkten die im Unterricht der Realschule verbindlichen und unverzichtbaren Gegenstände und liefern Hinweise für die inhaltliche Ausrichtung des Lehrens und Lernens.

Kompetenzerwartungen führen Prozesse und Gegenstände zusammen und beschreiben die fachlichen Anforderungen und intendierten Lernergebnisse, die bis zum Ende der Jahrgangsstufen 10 verbindlich erreicht werden sollen.

Kompetenzerwartungen

• beziehen sich auf beobachtbare Handlungen und sind auf die Bewältigung von Anforderungssituationen ausgerichtet,
• stellen im Sinne von Regelstandards die erwarteten Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten auf einem mittleren Abstraktionsgrad dar,
• zielen auf kumulatives, systematisch vernetztes Lernen,
• können in Aufgabenstellungen umgesetzt und überprüft werden.

Insgesamt ist der Unterricht in der Sekundarstufe I nicht allein auf das Erreichen der aufgeführten Kompetenzerwartungen beschränkt, sondern soll es Schülerinnen und Schülern ermöglichen, diese weiter auszubauen und darüber hinausgehende Kompetenzen zu erwerben.

2.1 Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder des Faches

Der naturwissenschaftliche Unterricht im Wahlpflichtfach Physik der Realschule ermöglicht den Erwerb von Kompetenzen, die insgesamt zu einer erweiterten naturwissenschaftlichen Grundbildung beitragen.

Kompetenzbereiche

In naturwissenschaftlichen Arbeitsprozessen werden meist Kompetenzen aus mehreren, nicht immer scharf voneinander abzugrenzenden Bereichen benötigt. Teilkompetenzen lassen sich den folgenden vier Kompetenzbereichen zuordnen:

• Umgang mit Fachwissen,
• Erkenntnisgewinnung,
• Kommunikation,
• Bewertung.

Der Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen bezieht sich auf die Fähigkeit von Schülerinnen und Schülern, zur Lösung von Aufgaben und Problemen fachbezogene Konzepte auszuwählen und zu nutzen. Ein Verständnis ihrer Bedeutung einschließlich der Abgrenzung zu ähnlichen Konzepten ist notwendig, um Wissen in variablen Situationen zuverlässig einsetzen zu können. Schülerinnen und Schüler können bei fachlichen Problemen besser auf ihr Wissen zugreifen, wenn sie dieses angemessen organisieren und strukturieren. Gut strukturierte Wissensbestände erleichtern ebenfalls die Integration und Vernetzung von neuem und vorhandenem Wissen.

Der Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung beinhaltet die Fähigkeiten und methodischen Fertigkeiten von Schülerinnen und Schülern, naturwissenschaftliche Fragestellungen zu erkennen, diese mit Experimenten und anderen Methoden hypothesengeleitet zu untersuchen und Ergebnisse zu verallgemeinern. Naturwissenschaftliche Erkenntnis basiert im Wesentlichen auf einer Modellierung der Wirklichkeit. Modelle, von einfachen Analogien bis hin zu mathematisch-formalen Modellen, dienen dabei zur Veranschaulichung, Erklärung und Vorhersage. Eine Reflexion der Erkenntnismethoden verdeutlicht den besonderen Charakter der Naturwissenschaften mit seinen spezifischen Denk- und Arbeitsweisen und grenzt sie von anderen Möglichkeiten der Weltbegegnung ab.

Der Kompetenzbereich Kommunikation beschreibt erforderliche Fähigkeiten für einen produktiven fachlichen Austausch. Kennzeichnend dafür ist, mit Daten und Informationsquellen sachgerecht und kritisch umzugehen sowie fachsprachliche Ausführungen in schriftlicher und mündlicher Form verstehen und selbst präsentieren zu können. Dazu gehört auch, gebräuchliche Darstellungsformen wie Tabellen, Graphiken, Diagramme zu beherrschen sowie bewährte Regeln der fachlichen Argumentation einzuhalten. Charakteristisch für die Naturwissenschaften sind außerdem das Offenlegen eigener Überlegungen bzw. die Akzeptanz fremder Ideen und das Arbeiten in Gemeinschaften und Teams.

Der Kompetenzbereich Bewertung bezieht sich auf die Fähigkeit, überlegt zu urteilen. Dazu gehört, Kriterien und Handlungsmöglichkeiten sorgfältig zusammenzutragen und gegeneinander abzuwägen. Auf dieser Grundlage ist es möglich, Entscheidungen zu finden und dafür zielführend zu argumentieren und Position zu beziehen. Für gesellschaftliche und persönliche Entscheidungen sind diesbezüglich die Kenntnis und Berücksichtigung von normativen und ethischen Maßstäben bedeutsam, nach denen Interessen und Folgen naturwissenschaftlicher Forschung beurteilt werden können.

Inhaltsfelder

Kompetenzen sind nicht nur an Kompetenzbereiche, sondern immer auch an fachliche Inhalte gebunden. Eine vertiefte naturwissenschaftliche Grundbildung soll deshalb mit Blick auf die nachfolgenden Inhaltsfelder entwickelt werden.

Inhaltsfeld 1: Große und kleine Bilder

In diesem Inhaltsfeld geht es um Abbildungen durch eine Verwendung von Linsen und Spiegeln. Von Bedeutung sind dabei Phänomene der Lichtausbreitung beim Übergang zwischen unterschiedlichen durchsichtigen Medien und an reflektierenden Flächen sowie Modelle zu deren Erklärung. Kenntnisse zu Abbildungseigenschaften von Linsen und Spiegeln sind erforderlich, um die grundlegende Funktionsweise optischer Geräte des Alltags wie Sehhilfen, Kameras oder Projektoren, aber auch komplexerer Instrumente der Forschung wie Teleskope oder Mikroskope zu verstehen.

Inhaltsfeld 2: Elektrizität und ihre Wirkungen

Zentrale Aspekte dieses Inhaltsfelds sind die Beschreibung der Eigenschaften von ruhenden und bewegten Ladungen und ihrer Wechselwirkungen sowie die Modellierung von Vorgängen in unterschiedlichen elektrischen Stromkreisen. Von Bedeutung sind dabei neben Mechanismen des Ladungstransports in metallischen Leitern die besonderen Energieumwandlungen, die auch technisch genutzt werden. Angesichts der Bedeutung, die Elektrizität in allen Bereichen unserer Gesellschaft besitzt, ist ein Verständnis elektrischer Vorgänge, insbesondere auch mit Blick auf persönliche Sicherheit und Nachhaltigkeit, unverzichtbar.

Inhaltsfeld 3: Kräfte und Maschinen

Dieses Inhaltsfeld beschäftigt sich mit der Beschreibung und quantitativen Darstellung mechanischer Wechselwirkungen über Kräfte als wesentliche Ursachen für Veränderungen. Es behandelt außerdem die Umwandlung von Kräften durch einfache mechanische Maschinen und die Anwendung der zugrundliegenden Prinzipien in alltäglichen Werkzeugen. Einen zentralen Stellenwert nehmen dabei auch mechanische Energieformen und ihre Umwandlungen sowie Bilanzierungen nach dem Prinzip der Energieerhaltung ein. Kenntnisse in diesem Bereich bilden die Grundlage für ein Verständnis zahlreicher physikalisch-technischer Vorgänge.

Inhaltsfeld 4: Elektrische Energieversorgung

In diesem Inhaltsfeld geht es um die Nutzung konventioneller und regenerativer Energieträger zur Bereitstellung elektrischer Energie, wobei elektromagnetische Energieumwandlungen und der Transport und die Verteilung von elektrischer Energie von besonderer Bedeutung sind. Die Sicherung der elektrischen Energieversorgung berührt zentrale Handlungsfelder, die heute nicht nur aus einer physikalisch-technischen Sicht intensiv diskutiert werden. Kenntnisse der zugrundliegenden physikalischen Vorgänge sind Voraussetzung zur Beteiligung am gesellschaftlichen Diskurs über Formen einer nachhaltigen Energieversorgung.

Inhaltsfeld 5: Bewegungen und ihre Ursachen

In diesem Inhaltsfeld stehen zum einen die formale Beschreibung und Analyse gleichförmiger und beschleunigter Bewegungsarten im Mittelpunkt. Zum anderen werden Wirkungen von Kräften unter Berücksichtigung des Bewegungsgesetzes, des Wechselwirkungsgesetzes und des Trägheitsgesetzes behandelt. Schließlich werden Anwendungen der zugrundeliegenden Prinzipien bei technischen Lösungen zur Fortbewegung angesprochen. Wissen in diesem Bereich wird nicht nur in naturwissenschaftlich-technischen Berufsfeldern benötigt, sondern kommt auch in vielfältigen Alltagssituationen, etwa beim Einschätzen von Verkehrssituationen oder von Transportmitteln, zur Anwendung.

Inhaltsfeld 6: Informationsübertragung

Im Zentrum dieses Inhaltsfelds steht die Übertragung unterschiedlicher Informationen unter Nutzung elektromagnetischer Strahlung. Im sichtbaren Bereich steht dabei die Farbigkeit des Lichts im Vordergrund. Bezüglich anderer Spektralbereiche wird behandelt, wie Informationen in elektrische Signale umgewandelt werden und wie elektromagnetische Strahlung als Träger genutzt wird, um analoge oder digitale Informationen über erhebliche Entfernungen zu transportieren. Bei der Verarbeitung und Kodierung von Signalen spielen elektronische Bauelemente wie Sensoren und Transistoren eine wesentliche Rolle. Wegen des hohen Stellenwerts, den Informationssysteme in unserer Gesellschaft besitzen, ist ein Verständnis physikalischer Grundlagen der Informationsübertragung ein wesentlicher Teil einer erweiterten naturwissenschaftlichen Grundbildung.

Inhaltsfeld 7: Wetter und Klima

In diesem Inhaltsfeld geht es darum, wie Wetterphänomene quantitativ erfasst und mit physikalischen Gesetzmäßigkeiten erklärt werden können. Im Zentrum steht dabei die Funktion von Wärmestrahlung und Wärmekonvektion für die Entwicklung von natürlichen Kreisläufen und Strömungen der Luft und des Wassers und deren Einfluss auf die Entwicklung von Wetter und Klima. Bedeutsame Aspekte des Inhaltsfelds sind auch Auswirkungen des atmosphärischen und des anthropogenen Treibhauseffekts auf ein Gleichgewicht innerhalb des Wärmehaushalts der Erde. Kenntnisse zur Entstehung von Wetter und Klima bilden nicht nur eine Grundlage zum Verständnis natürlicher Vorgänge. Sie schaffen auch Voraussetzungen für die Teilhabe an der Debatte von wesentlichen Zukunftsfragen.

Inhaltsfeld 8: Kernenergie und Radioaktivität

In diesem Inhaltsfeld geht es um den Aufbau der Materie aus Atomen und den Aufbau von Atomen aus Atomkernen und einer Elektronenhülle. Es werden Umwandlungen von Atomkernen durch Zerfall oder Kernspaltung, die dabei auftretenden unterschiedlichen Arten radioaktiver bzw. ionisierender Strahlung sowie begleitende Energieumwandlungen behandelt. Die Verwendung von radioaktiven Zerfällen und Kernenergie in der Medizin bzw. in der Energiewirtschaft und im militärischen Bereich hat nachhaltige Konsequenzen für den Einzelnen und die Gesellschaft.

Inhaltsfeld 9: Weltraum

Zentrale Inhalte sind die Beschreibung und Klassifizierung kosmischer Objekte und ihrer Wechselwirkungen sowie Modelle zu deren Entstehung, Bewegung und zeitlichen Entwicklung. Es geht außerdem um Methoden zur Gewinnung von Erkenntnissen über kosmische Objekte und um die Funktionsweise von Instrumenten, die für astronomische Beobachtungen und Messungen verwendet werden. Kenntnisse in diesem Bereich ermöglichen ein zeitgemäßes Weltbild und bieten Voraussetzungen, Ziele und Ergebnisse aktueller Forschungsprogramme im Weltraum verfolgen zu können.

2.2 Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte

Der Unterricht soll es den Schülerinnen und Schülern ermöglichen, dass sie – aufbauend auf der Kompetenzentwicklung in der Erprobungsstufe – am Ende der Jahrgangsstufe 10 über die im Folgenden genannten Kompetenzen verfügen. Dabei werden zunächst übergeordnete Kompetenzerwartungen zu allen Kompetenzbereichen aufgeführt. Diese werden im Anschluss inhaltsfeldbezogen konkretisiert.

Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen

Schülerinnen und Schüler können …

UF1 Fakten wiedergeben und erläutern	Konzepte der Physik unter Bezug auf übergeordnete Modelle, Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten erläutern, auch unter Verwendung von Beispielen,
UF2 Konzepte unterscheiden und auswählen	gegebene physikalisch-technische Probleme analysieren, Konzepte und Analogien für Lösungen begründet auswählen und dabei zwischen wesentlichen und unwesentlichen Aspekten unterscheiden,
UF3 Sachverhalte ordnen und strukturieren	physikalische Sachverhalte nach fachlichen Strukturen und Kategorien einordnen und dabei von konkreten Kontexten abstrahieren,
UF4 Wissen vernetzen	physikalisch-technische Vorgänge, Muster, Gesetzmäßigkeiten und Prinzipien in unterschiedlichen Situationen erkennen und bestehende Wissensstrukturen durch neue Erkenntnisse ausdifferenzieren bzw. erweitern.

Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung

Schülerinnen und Schüler können …

E1 Fragestellungen erkennen	komplexere physikalisch-technische Probleme in Teilprobleme zerlegen und dazu zielführende Fragestellungen formulieren,
E2 Bewusst wahrnehmen	kriteriengeleitet Beobachtungen, auch unter Verwendung besonderer Apparaturen und Messverfahren, vornehmen und die Beschreibung einer Beobachtung von ihrer Deutung abgrenzen,
E3 Hypothesen entwickeln	zu physikalischen Fragestellungen begründete Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben,
E4 Untersuchungen und Experimente planen	auf der Grundlage vorhandener Hypothesen zu untersuchende Variablen (unabhängige und abhängige Variablen, Kontrollvariablen) identifizieren und diese in Untersuchungen und Experimenten systematisch verändern bzw. konstant halten,
E5 Untersuchungen und Experimente durchführen	Untersuchungen und Experimente hypothesengeleitet, zielorientiert, sachgerecht und sicher durchführen und dabei den Einfluss möglicher Fehlerquellen abschätzen sowie vorgenommene Idealisierungen begründen,
E6 Untersuchungen und Experimente auswerten	Aufzeichnungen von Beobachtungen und Messdaten mit Bezug auf zugrundeliegende Fragestellungen und Hypothesen interpretieren und daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge sowie funktionale Beziehungen ableiten,
E7 Modelle auswählen und Modellgrenzen angeben	Elemente wesentlicher physikalischer Modellierungen situationsgerecht und begründet auswählen und dabei ihre Grenzen und Gültigkeitsbereiche beachten,
E8 Modelle anwenden	Modelle, auch in formalisierter oder mathematischer Form, zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage physikalisch-technischer Vorgänge verwenden,
E9 Arbeits- und Denkweisen reflektieren	anhand historischer Beispiele Einflüsse auf die Entstehung und Veränderung physikalischer Erkenntnisse, insbesondere von Regeln, Gesetzen und theoretischen Modellen, erläutern.

Kompetenzbereich Kommunikation

Schülerinnen und Schüler können …

K1 Texte erstellen	bei der Erstellung physikalischer Sachtexte (Beschreibung, Erklärung, Bericht, Stellungnahme) im notwendigen Umfang Elemente der Fachsprache und fachtypischer Sprachstrukturen sowie bekannte Arten von Übersichten, Zeichnungen und Diagrammen gebrauchen,
K2 Informationen identifizieren	Daten und andere Informationen aus fachlichen Texten, Abbildungen, Grafiken, Schemata, Tabellen und Diagrammen entnehmen und diese, ggf. im Zusammenhang mit erklärenden Textstellen, sachgerecht interpretieren,
K3 Untersuchungen dokumentieren	ein gegliedertes Protokoll anlegen, Versuchsabläufe und Beobachtungen nachvollziehbar beschreiben und die gewonnenen Daten vollständig und in angemessener Genauigkeit darstellen,
K4 Daten aufzeichnen und darstellen	für Daten und deren Auswertung zweckdienliche Tabellen und Diagramme anlegen, diese skalieren und unter Angabe von Messeinheiten eindeutig beschriften sowie Datenpunkte eintragen und mit geeigneten Kurven verbinden,
K5 Recherchieren	für eine Recherche klare und zielführende Fragestellungen und Suchbegriffe formulieren, Ergebnisse nach Relevanz filtern, ordnen und beurteilen sowie Informationsquellen dokumentieren und nach vorgegebenen Mustern korrekt zitieren,
K6 Informationen umsetzen	Geräte nach Bedienungsanleitungen und unter Beachtung von Sicherheitshinweisen sachgerecht verwenden sowie verbindliche Vorgaben bei Verfahrensschritten und Rezepturen beachten und präzise umsetzen,
K7 Beschreiben, präsentieren, begründen	eine Präsentation von Arbeitsergebnissen unter Verwendung von Medien sowie strukturierender und motivierender Gestaltungselemente adressaten- und situationsgerecht gestalten und dabei unter Beachtung von Urheberrechten eigene und fremde Anteile kenntlich machen,
K8 Zuhören, hinterfragen	Elemente einer Argumentation (Behauptung, Begründung, Stützung, Schlussfolgerung) benennen und in physikalischen Diskussionen Argumente mit Fakten, Beispielen, Analogien und logischen Schlussfolgerungen unterstützen oder widerlegen,
K9 Kooperieren und im Team arbeiten	beim Arbeiten im Team unterschiedliche Interessen abwägen, fair und rücksichtsvoll miteinander umgehen, Ziele und Teilaufgaben aushandeln und Teilergebnisse zusammenführen.

Kompetenzbereich Bewertung

Schülerinnen und Schüler können …

B1 Bewertungen an Kriterien orientieren	für Entscheidungen in physikalisch-technischen Zusammenhängen Bewertungskriterien und Handlungsoptionen ermitteln und diese einander zuordnen,
B2 Argumentieren und Position beziehen	in Situationen mit mehreren Entscheidungsmöglichkeiten Kriterien gewichten, Argumente abwägen, Entscheidungen treffen und diese gegenüber anderen Positionen begründet vertreten,
B3 Werte und Normen berücksichtigen	Entscheidungen im Hinblick auf zugrundeliegende Kriterien, Wertungen und Folgen analysieren.

Die Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Behandlung der nachfolgenden obligatorischen Inhaltsfelder entwickelt werden:

1. Große und kleine Bilder
2. Elektrizität und ihre Wirkungen
3. Kräfte und Maschinen
4. Elektrische Energieversorgung
5. Bewegungen und ihre Ursachen
6. Informationsübertragung
7. Wetter und Klima
8. Kernenergie und Radioaktivität
9. Weltraum

Bezieht man die übergeordneten Kompetenzerwartungen sowie die inhaltlichen Schwerpunkte aufeinander, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen:

Inhaltsfeld 1: Große und kleine Bilder

Inhaltliche Schwerpunkte	Mögliche Kontexte
Abbildungen mit Linsen und Spiegeln Optische Geräte	Untersuchungen beim Augenarzt Kino Fotografie
Basiskonzept System Linsen, Bildentstehung Basiskonzept Wechselwirkung Lichtbrechung, Totalreflexion

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• den Aufbau und die Funktion von Kameras, Fernrohren, Sehhilfen in ihren wesentlichen Aspekten erläutern (UF1),
• typische optische Geräte nach Gerätegruppen ordnen und Kriterien dafür angeben (UF3),
• Phänomene der Lichtausbreitung (Reflexion, Totalreflexion, Streuung, Brechung, Absorption, Spektralzerlegung) an Beispielen erläutern (UF3),
• Bilder unterschiedlicher Größe als Zusammensetzung von Bildpunkten beschreiben, die u. a. durch den Einfluss einer Linse erzeugt werden können (UF1, UF3),
• die Entstehung von scharfen und unscharfen Bildern erklären (UF3),
• qualitative Zusammenhänge zwischen Brennweite, Gegenstandsweite, Bildweite und Bildgröße anhand von Darstellungen von Strahlengängen bei verschiedenen Linsen erklären (UF1),
• Strahlengänge bei Abbildungen mit Linsen und Spiegeln und bei einfachen Linsenkombinationen (Auge, Brille, Fernrohr) beschreiben und zwischen reellen und virtuellen Bildern unterscheiden (UF2),
• den Weg der Wahrnehmung eines Gegenstands von der Entstehung eines Bildes auf der Netzhaut bis zur Interpretation durch das Gehirn erläutern (UF1).

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Untersuchungen zum Verhalten von Licht an Grenzflächen interpretieren und qualitative Zusammenhänge ableiten (E6),
• Experimente zum Strahlenverlauf an Linsen durchführen und auswerten sowie gewonnene Erkenntnisse in Form von Regeln verallgemeinern (E5, E6),
• Vermutungen zu Abbildungseigenschaften von Linsen oder Spiegeln in Form einer einfachen Je-desto-Beziehung formulieren und anhand von bekannten Strahlenverläufen begründen (E3),
• bei Versuchen mit Linsen oder Spiegeln die zu messenden Größen selbstständig benennen und systematisch den Einfluss dieser Größen untersuchen (E4).

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• schematische Darstellungen mit Strahlengängen an einzelnen Linsen zeichnen und komplexere Darstellungen (u. a. zum Aufbau und zur Funktion des Auges und optischer Instrumente) eigenständig interpretieren (K2, UF4),
• in einem strukturierten Protokoll (u. a. zu optischen Experimenten) Fragestellungen, Überlegungen, Vorgehensweisen und Ergebnisse nachvollziehbar dokumentieren (K3),
• die Bildentstehung bei optischen Geräten mithilfe von Computeranimationen veranschaulichen (K7),
• Ergebnisse optischer Experimente mit angemessenen Medien fachlich korrekt und anschaulich präsentieren (K7),
• in einem Sachtext nach vorgegebenen Kriterien die Funktion von Geräten (u. a. optischen Instrumenten) beschreiben (K1).

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• die Qualität von Abbildungen auf der Grundlage vorgegebener physikalischer Kriterien beurteilen (B1),
• grundlegende Kriterien für die Qualität optischer Geräte angeben (B1).

Inhaltsfeld 2: Elektrizität und ihre Wirkungen

Inhaltliche Schwerpunkte	Mögliche Kontexte
Elektrische Ladungen Gesetze des Stromkreises Elektrische Energie und Leistung	Gewitter Stromrechnung und Energiesparen Sicherungskasten im Haushalt
Basiskonzept System Stromstärke, Spannung, Widerstand, Parallel- und Reihenschaltung Basiskonzept Wechselwirkung Kräfte zwischen Ladungen, elektrisches Feld, magnetisches Feld Basiskonzept Energie Spannung, elektrische Energie, elektrische Leistung, Wirkungsgrad, Energieumwandlung Basiskonzept Struktur der Materie Kern-Hülle-Modell des Atoms, Eigenschaften von Ladungen, Gittermodell der Metalle

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• einfache elektrostatische Phänomene mithilfe von Ladungstrennung und von Kräften zwischen positiven und negativen Ladungen erklären (UF2),
• die Kraftwirkung in Feldern auf Probekörper am Beispiel des magnetischen und elektrischen Feldes erläutern (UF1),
• zwischen elektrischen und magnetischen Kräften bzw. Feldern unterscheiden (UF3),
• mithilfe des Feldlinienmodells magnetische Felder um stromdurchflossene Leiter und Spulen beschreiben (UF1, UF4),
• den Zusammenhang zwischen elektrischer Energie und elektrischer Leistung beschreiben und das physikalische Verständnis von Leistung vom Alltagsverständnis abgrenzen (UF2, UF4),
• einen Stromkreis als System beschreiben und darin die Beziehungen zwischen Bewegungen freier Ladungsträger, Spannung, Widerstand und Stromstärke darstellen (UF1),
• bei verzweigten elektrischen Stromkreisen begründet Reihenschaltungen und Parallelschaltungen identifizieren und die Aufteilung von Strömen und Spannungen an den Verzweigungen erläutern (UF3),
• Möglichkeiten der elektrostatischen Spannungserzeugung in Natur und Technik mithilfe von Ladungstrennung beschreiben (UF1).

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• physikalische Vorgänge, die zu Aufladungen und zu Entladungen führen, beschreiben und mit einfachen Modellen erklären (E1, E7),
• Spannungs- und Stromstärkemessungen planen (Schaltung entwickeln, Schaltzeichnungen erstellen, konstante, abhängige und unabhängige Größen bestimmen) und unter sachgerechter Verwendung der Messgeräte durchführen (E5, E4),
• Messdaten zu Stromstärke und Spannung in unterschiedlichen Stromkreisen auswerten, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese formal beschreiben (E6),
• die Leistung sowie den Widerstand in elektrischen Stromkreisen über Messungen von Spannung und Stromstärke bestimmen (E6),
• die Temperaturabhängigkeit von Widerständen mithilfe des Metallgittermodells qualitativ erklären und experimentell bestimmen (E8, E5),
• die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands eines Leiters von dessen Eigenschaften (Länge, Querschnitt, Material) mit einem einfachen Leitungsmodell erklären (E8, UF1),
• zu Gesetzmäßigkeiten in elektrischen Stromkreisen Hypothesen entwickeln, diese mithilfe von Analogiemodellen begründen und Möglichkeiten zur Überprüfung angeben (E3, E8),
• Vorzüge und Grenzen verschiedener Analogiemodelle zu elektrischen Stromkreisen erläutern (E7),
• für Messungen und Berechnungen (u. a. bei Stromkreisen) Größengleichungen verwenden und die korrekten Maßeinheiten verwenden (E5),
• mathematische Berechnungen nutzen, um den Energiebedarf und die Betriebskosten von Elektrogeräten vorherzusagen (E8).

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• bei der Auswertung technischer Daten von Elektrogeräten die für die Ermittlung des Energiebedarfs wesentlichen Angaben identifizieren (K2),
• für eine Messreihe mit mehreren Variablen (u. a. zu elektrischen Schaltungen) selbstständig eine geeignete Tabelle anlegen (K4),
• die Energieumwandlungen bei verschiedenen elektrischen Geräten mit Energieflussdiagrammen darstellen (K7),
• den Energiebedarf eines Haushalts mit verschiedenen Diagrammformen darstellen und Vor- und Nachteile verschiedener Diagrammformen benennen (K4),
• Informationen zu Schutzmaßnahmen gegen Stromschläge und bei Gewittern in sinnvolle Verhaltensregeln umsetzen (K6).

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Kriterien zum Gebrauch von Elektrizität im Haushalt abwägen (Sicherheit, Kosten, Komfort, Umweltverträglichkeit) (B2),
• verschiedene Energiesparmöglichkeiten bezüglich ihrer Effizienz mit Bezug auf physikalische Konzepte (Wirkungsgrad, Nutzungsdauer, finanzieller Aufwand, Leistung) beurteilen (B1),
• Sicherheitsregeln und Schutzmaßnahmen bei der Nutzung elektrischer Anlagen und bei Gewittern verantwortungsvoll anwenden (B3).

Inhaltsfeld 3: Kräfte und Maschinen

Inhaltliche Schwerpunkte	Mögliche Kontexte
Kraft, Energie und Leistung Maschinen und Werkzeuge	In der Werkstatt Mechanische Erfindungen Das Leben Isaac Newtons
Basiskonzept System Kraftwandler, Hebel, Kräftegleichgewicht, Schwerpunkt Basiskonzept Wechselwirkung Kräfte, magnetische Kräfte und Felder, Gravitation, Gewichtskraft Basiskonzept Energie Energie und Leistung (mechanisch und elektrisch), Energieerhaltung, Energieformen, Energieumwandlung Basiskonzept Struktur der Materie Masse und Massenanziehung

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Bewegungsänderungen oder Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen (UF3),
• das physikalische Verständnis von Kräften und Energie von einem umgangssprachlichen Verständnis unterscheiden (UF4, UF2),
• Gravitation als Ursache für anziehende Kräfte zwischen Massen beschreiben und für eine Masse die auf der Erdoberfläche wirkende Gewichtskraft angeben (UF2, UF1),
• an Beispielen Beziehungen zwischen Kräften, Energie und Leistung darstellen (UF2),
• die Funktionsweise einfacher mechanischer Maschinen über die Wandlung, Umlenkung, Aufteilung und Gleichgewichte von Kräften erklären und mithilfe von Kraftvektoren darstellen (UF1, UF3, UF4),
• mechanische Energieumwandlungsprozesse an Beispielen erläutern und Ergebnisse dieser Prozesse mit dem Energieerhaltungssatz erklären (UF1),
• die Goldene Regel der Mechanik zur Funktion einfacher Maschinen als Spezialfall des Energieerhaltungssatzes deuten (UF1),
• mechanische Gleichgewichtsphänomene mithilfe des Schwerpunktes erklären (UF1).

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• bei der Beobachtung von Vorgängen (u. a. an einfachen Maschinen) zwischen der Beschreibung der Beobachtungen und der Deutung dieser Beobachtungen unterscheiden (E2),
• Kraftwandlungen bei einfachen Werkzeugen erläutern und damit deren Funktion und Wirkung erklären (E1, E8),
• bei Versuchen (u. a. mit Kraftwandlern und einfachen Maschinen wie Hebel und Flaschenzug) selbstständig die zu messenden Größen benennen und systematisch den Einfluss dieser Größen untersuchen (E4),
• die Resultierende wirkender Kräfte über Kräfteparallelogramme bestimmen (E7, E8),
• bei Versuchen (u. a. mit Kraftwandlern und einfachen Maschinen wie Hebel und Flaschenzug) qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten, formal beschreiben und für Vorhersagen nutzen (E6),
• mathematische Beschreibungen zur Berechnung von Energieumwandlungen (heben, hochsteigen, fallen) nutzen und die Energieumsätze vergleichen (E8).

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• in Abbildungen physikalischer Sachverhalte Kräfteverhältnisse darstellen bzw. interpretieren (K4, K2),
• in Zeichnungen die Richtung, die Stärke und das Zusammenwirken von Kräften durch Vektorpfeile darstellen (K2),
• Energieumwandlungen an Maschinen mithilfe von Energieflussdiagrammen darstellen (K1),
• Informationen zur historischen Bedeutung des Einsatzes von Maschinen selbstständig aus geeigneten Quellen beschaffen, einschätzen und zusammenfassen (K5).

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• in einfachen Zusammenhängen Überlegungen und Entscheidungen zur Arbeitsökonomie und zur Wahl von Werkzeugen und Maschinen treffen und ihre Entscheidungen mit physikalischen Argumenten stützen (B1),
• in Anwendungssituationen den Einsatz von Maschinen abwägen und begründen (B2).

Inhaltsfeld 4: Elektrische Energieversorgung

Inhaltliche Schwerpunkte	Mögliche Kontexte
Energieträger und elektrische Energie Elektromagnetismus und Induktion Energietransport in Stromnetzen	Energiewende Kraftwerke Stromrechnung
Basiskonzept System Kraftwerke, regenerative Energien, Transformator, Generator Basiskonzept Wechselwirkung Magnetfelder von Leitern und Spulen, magnetische Felder, Induktion Basiskonzept Energie Energietransport, Wirkungsgrad Basiskonzept Struktur der Materie nicht erneuerbare und regenerative Energieträger

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Beispiele für nicht erneuerbare und regenerative Energiequellen beschreiben und die wesentlichen Unterschiede erläutern (UF2, UF3),
• Kräfte auf stromdurchflossene Leiter und bewegte Ladungen in einem Magnetfeld beschreiben (UF1),
• qualitativ die Entstehung einer Induktionsspannung in einem Leiter durch magnetische Kräfte auf bewegte Ladungen erläutern (UF1, E8),
• den Aufbau von Generatoren und Transformatoren beschreiben und deren Funktion mithilfe der elektromagnetischen Induktion erklären (UF1),
• die Funktion wesentlicher Komponenten und Strukturen von Netzen zur Versorgung mit elektrischer Energie sowie deren Zusammenwirken erläutern (UF1),
• zwischen zugeführter und genutzter Energie unterscheiden, um den Wirkungsgrad zu bestimmen (UF1),
• Energieumwandlungsketten von einem Kraftwerk bis zu den Haushalten unter Berücksichtigung der Energieentwertung und des Wirkungsgrades darstellen und erläutern (UF1, K7),
• Gemeinsamkeiten und Unterschiede von elektrischen Feldern, magnetischen Feldern und Gravitationsfeldern beschreiben (UF4, UF3),
• Kraftwerkstypen nach physikalischen Kriterien ordnen (UF3).

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Versuche und Experimente im Bereich Elektrizität auf der Grundlage selbst entwickelter Beobachtungskriterien systematisch durchführen sowie Beobachtungs- und Messergebnisse strukturiert beschreiben und verallgemeinernd deuten (E2),
• zu vorgegebenen Fragestellungen und Hypothesen im Bereich regenerativer Energieversorgung Modellexperimente selbstständig planen und durchführen (E6),
• das Problem zukünftiger Energieversorgung in physikalisch relevante Teilprobleme zerlegen (E1).

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Informationen aus verschiedenen Quellen (u. a. zur effektiven Bereitstellung und Übertragung von Energie) zusammenfassend darstellen (K5),
• aus Darstellungen zur Energieversorgung die Anteile der Energieträger herauslesen und angemessen – auch computergestützt – visualisieren (K4, K2),
• in einem sachlich formulierten und strukturierten naturwissenschaftlichen Text physikalisch-technische Zusammenhänge im Bereich Energieversorgung darstellen (K1).

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Vor- und Nachteile nicht erneuerbarer und regenerativer Energiequellen an je einem Beispiel im Hinblick auf eine physikalisch-technische, wirtschaftliche und ökologische Nutzung auch mit Bezug zum Klimawandel begründet gegeneinander abwägen und bewerten (B1, B3).

Inhaltsfeld 5: Bewegungen und ihre Ursachen

Inhaltliche Schwerpunkte	Mögliche Kontexte
Bewegungsarten Kraft und Druck Auftrieb Antriebe	Mobilität früher und heute Physik und Sport Schwimmbad Schiffe
Basiskonzept System Geschwindigkeit, Beschleunigung, Archimedisches Prinzip Basiskonzept Wechselwirkung Kraft und Gegenkraft, Trägheit, Reibungskräfte, Druck, Schweredruck, statischer Auftrieb Basiskonzept Energie Bewegungsenergie Basiskonzept Struktur der Materie Masse, Dichte

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Bewegungen über die Veränderung von Ort und Zeit beschreiben (UF1),
• gleichförmige und beschleunigte Bewegungen auf Grundlage von Geschwindigkeitsbetrachtungen unterscheiden (UF3),
• den Anhalteweg als gleichförmige (Reaktionsweg) und verzögerte Bewegung (Bremsweg) beschreiben (UF3),
• aus Bewegungsänderungen und Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften schließen sowie die Bedeutung des Trägheitsgesetzes und des Wechselwirkungsgesetzes erläutern (UF1, UF3),
• spezielle Kräfte wie Gewichtskräfte, Reibungskräfte, Auftriebskräfte in alltäglichen Situationen aufgrund ihrer Wirkungen identifizieren (UF4),
• Energieumwandlungsprozesse bei Bewegungen beschreiben (UF3),
• die Funktionsweise von Elektromotoren als System mit dem Wirken und der zeitlichen Steuerung magnetischer Kräfte erklären (UF1),
eden Vortrieb durch Rückstoß (Düsen-, Propeller-, Raketenantriebe) mit dem Wechselwirkungsgesetz erklären (UF1, UF4),
• physikalische Gesetzmäßigkeiten beschreiben und vergleichen, die verschiedenen Antrieben (Verbrennungsmotor, Elek¬tromotor, Düsentriebwerk) zugrunde liegen (UF3, UF1),
• die formale Definition des Drucks erläutern und das Druckkonzept an unterschiedlichen Beispielen und mit variierenden Parametern erläutern (UF1),
• die Höhenabhängigkeit des Schweredrucks in Flüssigkeiten und Gasen erklären (UF 2),
• den statischen Auftrieb von Körpern in Flüssigkeiten und Gasen mithilfe des Archimedischen Prinzips und des Schweredrucks erklären (UF2).

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Bewegungen über die Messung von Ort und Zeit bestimmen (E5),
• Strecken, Zeiten und Geschwindigkeiten bei gleichförmigen Bewegungen berechnen (E8),
• begründete Hypothesen zum Auftriebsverhalten von Körpern formulieren und Versuche zur Überprüfung planen (E3),
• Modellversuche zum Tauchen oder Schwimmen zielgerichtet durchführen und dabei Sicherheits- und Sorgfaltsvorschriften beachten (E5),
• die Dichte von Körpern experimentell und, bei bekannter Masse und Volumen, rechnerisch bestimmen (E5).

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Gruppenarbeiten (u. a. zu Bewegungsuntersuchungen) planen, durchführen, auswerten und reflektieren (K9),
• Messreihen zu Bewegungen protokollieren und Messergebnisse in Zeit-Weg-Diagrammen darstellen (K3, E6),
• Messwerte (u. a. bei der Analyse von Bewegungen) mithilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms verarbeiten und daraus Bewegungsdiagramme erstellen (K2),
• auf Grundlage eines Bewegungsdiagramms den Bewegungsablauf beschreiben (K2),
• Kraftpfeile verwenden, um die Phänomene Schwimmen, Schweben und Sinken darzustellen und zu erklären (K2),
• Erklärungen zu den Phänomenen Sinken, Schweben und Steigen adressatengerecht und nach vorgegebenen Kriterien (physikalische Konzepte anwenden, adressatengerechte Sprache und freie Rede verwenden, Nutzung von Bildern und Grafiken) präsentieren (K7).

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• die Angemessenheit des eigenen Verhaltens im Straßenverkehr (u. a. Sicherheitsabstände, Einhalten von Geschwindigkeitsvorschriften und Anschnallpflicht) reflektieren und beurteilen (B2, B3),
• verschiedene Verkehrsmittel anhand ihrer Wirkungsgrade sowie ökologischer und ökonomischer Kriterien vergleichen und bewerten (B1).

Inhaltsfeld 6: Informationsübertragung

Inhaltliche Schwerpunkte	Mögliche Kontexte
Signale und Informationen Elektromagnetische Strahlung Sichtbares Licht und Farben	Geschichte der Kommunikationstechnik Handy und Multimedia Farben in Natur und Technik
Basiskonzept System Sensorschaltungen, analoge und digitale Kodierung, Dioden und Transistoren, additive und subtraktive Farbmischung, elektromagnetisches Spektrum, Frequenz Basiskonzept Wechselwirkung Signalwandlung, Reflexion, Absorption, Streuung, Wirkungen von Strahlung Basiskonzept Energie Energieverteilung im elektromagnetischen Spektrum Basiskonzept Struktur der Materie elektrische Leitfähigkeit

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• den Aufbau und die Funktionsweise von ausgewählten Sensoren erklären (UF2),
• die Signalwandlung an Sensoren als Umwandlung einer Wirkung in ein elektrisches Signal beschreiben (UF1),
• die grundlegenden Prinzipien der digitalen Kodierung eines analogen Signals anhand einer Schemazeichnung erklären (UF1),
• die Funktionsweise von einfachen Transistorschaltungen durch das Zusammenwirken elektronischer Bauteile erklären (UF2),
• die Informationsübertragung mithilfe der Modulation (Amplitudenmodulation) von Wellen beschreiben (UF1),
• die verschiedenen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums vom Radiobereich bis zur Gammastrahlung natürlichen und technischen Phänomenen zuordnen (UF3),
• Wirkungen von elektromagnetischer Strahlung in verschiedenen Spektralbereichen auf deren Energie zurückführen (UF4, UF3),
• Anwendungen, Vorkommen und Wirkungen von Infrarotlicht und Ultraviolettlicht beschreiben (UF1),
• die Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung mit der Ausbreitung von Schall vergleichen (Geschwindigkeit, Medium) und an Beispielen verdeutlichen (UF4),
• an ausgewählten Beispielen beschreiben, wie elektromagnetische Strahlung an Materie reflektiert, gebrochen oder absorbiert wird (UF4),
• die Zerlegung von weißem Licht in Spektralfarben an Prismen auf die Farbabhängigkeit der Brechung zurückführen (UF1),
• Farbphänomene in der Natur (u. a. Körperfarben, Regenbogen) mithilfe physikalischer Konzepte (Absorption, Brechung, Reflexion, Streuung) erklären (UF4),
• Farbphänomene mithilfe der additiven und subtraktiven Farbmischung erklären (UF2),
• die Funktion des menschlichen Auges bei der Farbwahrnehmung beschreiben (UF1),
• die Zusammensetzung von Sonnenlicht aus farbigem Licht und die Anordnung der sichtbaren Farben zwischen dem Infraroten und dem Ultravioletten beschreiben (UF3, UF1).

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Sensoren (für Wärme und Licht) über geeignete Messreihen und Diagramme kalibrieren (E6),
• elektronische Schaltungen für einfache Problemstellungen mit vorgegebenen Bauteilen selbstständig entwickeln, aufbauen und überprüfen (E4, E5),
• Fehler in einfachen Schaltungen durch systematisches Vorgehen eingrenzen und identifizieren (E5),
• einfache Versuche zu Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung planen und durchführen (E4, E5),
• die Newton’schen Experimente zur Farbigkeit des Lichts (Spektralzerlegung, Nicht-Zerlegbarkeit einzelner Spektralfarben, Addition zu weißem Licht) nach Vorgabe durchführen und aus den Ergebnissen Schlussfolgerungen zu Eigenschaften des Lichts ziehen (E5, E6).

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Informationen aus Schaltplänen und Kennlinien entnehmen und interpretieren (K2),
• beim Aufbau und der Überprüfung elektronischer Schaltungen im Team zusammenarbeiten (u. a. Aufgabenverteilung aushandeln, Verantwortung für Arbeitsprozess und -ziel übernehmen) (K9),
• an Beispielen Nutzen und Gefahren sowie gesellschaftliche und persönliche Auswirkungen der elektronischen Informationsverarbeitung adressatengerecht beschreiben (K7),
• Informationen zu Kommunikationsnetzen aus geeigneten Quellen entnehmen (K5),
• fachliche Informationen zu natürlichen Farbphänomenen und technischen Anwendungen selbstständig recherchieren und diese bezüglich der Angemessenheit des Niveaus und ihrer Relevanz beurteilen (K5),
• Farbphänomene unter Verwendung von einfachen Modellversuchen oder Animationen anschaulich und systematisch erläutern (K7).

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Gefahren und Möglichkeiten der Nutzung von digitalen Netzwerken benennen und abwägen (B3),
• physikalisch-technische Kriterien zur Beurteilung von Informations- und Kommunikationsgeräten formulieren und diese bei Kaufentscheidungen anführen (B1),
• faktenbasiert und kriteriengeleitet Entscheidungen zur Nutzung von Kommunikationstechnik treffen (B2).

Inhaltsfeld 7: Wetter und Klima

Inhaltliche Schwerpunkte	Mögliche Kontexte
Wetterphänomene Wärmetransport und thermisches Gleichgewicht Wärmehaushalt der Erde Atmosphärischer und anthropogener Treibhauseffekt	Wetterbeobachtungen früher und heute Entstehung von Wettervorhersagen Die Debatte um Ursachen des Klimawandels
Basiskonzept System Strahlungsgleichgewicht, Wärmestrahlung, Konvektion, Atmosphäre, Kreislauf des Wassers Basiskonzept Wechselwirkung Absorption, Reflexion, Streuung, Luftdruck Basiskonzept Energie Temperatur, Strahlung, Energietransport, Energieumwandlung, Energiebilanz, Wärmekapazität Basiskonzept Struktur der Materie Aggregatzustände, Luftfeuchtigkeit, Eigenschaften von Gasen

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• die Entstehung von statischen Luftdrucksystemen und die Entstehung von Wind mit physikalischen Konzepten (Wärmeausdehnung, Auftrieb, Druck) erklären (UF2),
• die Drehrichtung von Hoch- und Tiefdruckgebieten durch die Wirkung der Corioliskraft qualitativ erklären (UF1),
• die Änderung der Aggregatzustände bei der Entstehung von Luftfeuchtigkeit, Nebel, Wolken und Niederschlag mit physikalischen Konzepten erklären (UF1),
• das Zustandekommen extremer Wetterphänomene (Wirbelstürme, Gewitter, Starkregen) als Abfolge physikalischer Vorgänge erklären (UF4, UF1),
• mit physikalischen Konzepten den Kreislauf des Wassers erklären (UF4),
• die Mechanismen des Wärmetransports durch Wärmestrahlung und Konvektion unterscheiden (UF3),
• Temperaturen zu verschiedenen Tageszeiten mit dem Energietransport und der Strahlungsbilanz qualitativ erklären (UF4),
• kontinentales und ozeanisches Klima unter Verwendung der physikalischen Konzepte Wärmekapazität und Wärmestrahlung erklären (UF3),
• den Energietransport durch Meeresströmungen und die daraus resultierenden Einflüsse auf das Klima an Beispielen beschreiben (UF1),
• den Treibhauseffekt mit den Wechselwirkungen verschiedener Strahlungsarten mit der Erdoberfläche und der Atmosphäre qualitativ erklären (UF4),
• zwischen dem anthropogenen und dem atmosphärischen Treibhauseffekt unterscheiden und deren Ursachen und Folgen beschreiben (UF3).

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Wetterbeobachtungen (u. a. Bewölkung, Windstärke) qualitativ differenziert beschreiben (E2, E1),
• Messgeräte für Wetterbeobachtungen sachgerecht nutzen und die Messbedingungen reflektieren (E5),
• Hypothesen zur Wetterentwicklung auf Wetterbeobachtungen und Wetterdaten stützen (E3, E6),
• Wetterbeobachtungen im Zusammenhang mit einer vorhandenen Großwetterlage erklären (E1, E2, E6),
• an Beispielen (u.a. Modell des anthropogenen Treibhauseffekts) die Bedeutung und Funktion theoretischer Modelle erläutern (E9).

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Diagramme zu Wetterdaten beschreiben und den Verlauf sachgerecht interpretieren (K2, UF4),
• Wettererscheinungen mit einfachen Analogversuchen veranschaulichen (K5),
• Wetterdaten mit einem Tabellenkalkulationsprogramm grafisch darstellen (K4),
• bei Wetterbeschreibungen in angemessenem Umfang Fachsprache verwenden (K7),
• aus komplexen grafischen Darstellungen (Strahlungshaushalt der Erde, Aufbau der Atmosphäre, Wetterkarte, Satellitenbilder) relevante Informationen und Zusammenhänge identifizieren und auf dieser Basis zentrale Aussagen benennen (K2),
• in einem sachlich formulierten und strukturierten naturwissenschaftlichen Text Vorgänge in der Atmosphäre darstellen (K1).

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• die Interpretation von Wetterinformationen zur Planung des eigenen Verhaltens (Kleidung, Urlaub, Freizeitplanung) nutzen (B1),
• Kriterien für die unterschiedliche Beurteilung von Wetter nennen (B1),
• die Qualität von an die breite Öffentlichkeit gerichteten Quellen zur Bedeutung des Treibhauseffekts nach vorgegebenen Kriterien beurteilen (B3, K5),
• im persönlichen Bereich Entscheidungen zum Handeln angesichts der vorliegenden Modelle zur Treibhausproblematik treffen (B3).

Inhaltsfeld 8: Kernenergie und Radioaktivität

Inhaltliche Schwerpunkte	Mögliche Kontexte
Atombau und Atomkerne Ionisierende Strahlung Kernspaltung	Der GAU von Fukushima Strahlung in Medizin und Technik Verantwortung der Wissenschaften
Basiskonzept System Kernkraftwerke, Kettenreaktion, Halbwertszeiten Basiskonzept Wechselwirkung Kernkräfte, Alpha, Beta- und Gammastrahlung, Röntgenstrahlung Basiskonzept Energie Kernenergie, Energie ionisierender Strahlung Basiskonzept Struktur der Materie Atome, Atomkerne, Kernspaltung, radioaktiver Zerfall

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Eigenschaften, Wirkungen und Nachweismöglichkeiten verschiedener Arten radioaktiver Strahlung und von Röntgenstrahlung beschreiben (UF1),
• Halbwertszeiten auf statistische Zerfallsprozesse großer Anzahlen von Atomkernen zurückführen (UF1, UF4, E8),
• die grundlegenden Messgrößen für radioaktive Strahlung Zerfallsrate und Äquivalentdosis erläutern und deren Einheiten angeben (UF3, UF1),
• die Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie erläutern und damit Anwendungen sowie Gefährdungen und Schutzmaßnahmen erklären (UF1, UF2),
• die Kernspaltung in einer kontrollierten Kettenreaktion in einem Kernreaktor und die damit verbundenen Stoff- und Energieumwandlungen erläutern (UF1, E7),
• das Zustandekommen, die Bedeutung und die Aussagen von Grenzwerten für ionisierende Strahlen erläutern (UF4, B1, B2, B3).

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• den Aufbau des Atomkerns, die Bildung von Isotopen und die Kernspaltung sowie die Kernfusion mit einem angemessenen Atommodell beschreiben (E7),
• Zerfallskurven und Halbwertszeiten zur Vorhersage von Zerfallsprozessen nutzen (E8),
• Probleme der Nutzung der Kernenergie und der Behandlung von radioaktiven Abfällen erläutern und die daraus resultierenden physikalischen, technischen und gesellschaftlichen Fragestellungen differenziert darstellen (E1, K7),
die Veränderungen in Physik, Technik und Gesellschaft durch die Entdeckung radioaktiver Strahlung und Kernspaltung beschreiben (E9),
• die Funktion von Modellen zur Struktur der Materie reflektieren und deren Entwicklung historisch einordnen (E9).

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Informationen und Positionen zur Nutzung der Kernenergie und anderer Energiearten differenziert und sachlich darstellen sowie hinsichtlich ihrer Intentionen überprüfen und bewerten (K5, K8).

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Nutzen und Risiken der Verwendung von radioaktiver Strahlung und von Röntgenstrahlung auf der Grundlage physikalischer und biologischer Fakten begründet abwägen (B1),
• eine eigene Position zur Nutzung der Kernenergie einnehmen, dabei Kriterien angeben und ihre Position durch stringente und nachvollziehbare Argumente stützen (B2).

Inhaltsfeld 9: Weltraum

Inhaltliche Schwerpunkte	Mögliche Kontexte
Kosmische Objekte Aufbau des Universums Kosmologische Modelle	Galileo Galilei Reise zum Mond Sternwarten
Basiskonzept System Himmelsbilder, Weltbilder, Emissions- und Absorptionsspektren Basiskonzept Wechselwirkung Gravitation, Beschleunigung, freier Fall Basiskonzept Energie Sonnenenergie Basiskonzept Struktur der Materie Materie im Weltall, Atmosphäre

Umgang mit Fachwissen

Die Schülerinnen und Schüler können …

• kosmische Objekte (Planeten, Kometen, Monde, Sterne, Galaxien und Schwarze Löcher) in ihren wesentlichen Eigenschaften und Unterschieden beschreiben (UF3, UF2),
• den Aufbau und die Veränderung des Universums und die Anordnung der enthaltenen kosmischen Objekte in einem einfachen kosmologischen Modell beschreiben (UF1, UF3),
• das Wirken von Gravitationskräften bei astronomischen Phänomenen (u. a. Planetenbahnen, Atmosphären, Entstehung von Sternen und Planeten) erläutern (UF4),
• den prinzipiellen Aufbau, die Funktion und den Einsatzbereich wesentlicher Instrumente zur Erforschung des Universums erläutern (UF1, UF2, UF3),
• am Beispiel der Fraunhofer‘schen Linien qualitativ erläutern, wie mithilfe von Absorptionsspektren Erkenntnisse zur stofflichen Zusammensetzung von Himmelsobjekten gewonnen werden können (UF1, UF4).

Erkenntnisgewinnung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Himmelsbeobachtungen zu vorgegebenen und eigenen Fragestellungen mit bloßem Auge oder mithilfe optischer Geräte durchführen und beschreiben (E1, E2),
• ausgewählte, gut sichtbare Himmelsobjekte identifizieren und benennen, auch unter Verwendung von Hilfsmitteln (Abbildungen, Positionsangaben, drehbare Sternkarte) (E2),
• Grundaussagen der Urknalltheorie zur Entwicklung des Universums beschreiben und erläutern, durch welche Erkenntnisse diese gestützt werden (E8, E9, UF4),
• Methoden der Entfernungsmessungen im Weltall und deren Einsatzbereiche in ihren grundlegenden Prinzipien erklären (E6),
• die Unabhängigkeit der Fallgeschwindigkeit von der Masse beim freien Fall mit dem Zusammenspiel von Gewichtskraft und Trägheit erklären (E8),
• am Beispiel der historischen Entwicklung der Vorstellungen vom freien Fall (Aristoteles, Galilei, Newton) die Vorläufigkeit physikalischer Modelle beschreiben (E9),
• das Phänomen der Schwerelosigkeit beschreiben und als subjektiven Eindruck bei einer Fallbewegung erklären (E2, E8).

Kommunikation

Die Schülerinnen und Schüler können …

• in einem Sachtext nach vorgegebenen Kriterien die Funktion und den Gebrauch von Geräten (u. a. optischen Instrumenten) beschreiben (K1),
• altersgemäße, populärwissenschaftliche Texte zum Weltall Sinn entnehmend lesen und die wesentlichen Aussagen wiedergeben (K2),
• anhand bildlicher Darstellungen aktuelle Vorstellungen zur Entstehung des Universums erläutern (K2),
• mit vorgegebenen Strategien (u. a. Fragestellungen festlegen, Suchbegriffe nennen, geeignete Quellen finden) Informationen zu Himmelsobjekten recherchieren (K5),
• Informationen zu Himmelsobjekten adressatengerecht und nach vorgegebenen Kriterien (u. a. unbekannte Begriffe erklären, adressatengerechte Sprache und freie Rede verwenden, Nutzung von Bildern und Grafiken) präsentieren (K7).

Bewertung

Die Schülerinnen und Schüler können …

• Vor- und Nachteile astronomischer Beobachtungen von der Erde aus oder aus dem Weltall an Beispielen beschreiben und abwägen (B1),
• in Grundzügen am Beispiel der historischen Auseinandersetzung um ein heliozentrisches Weltbild darstellen, warum gesellschaftliche Umbrüche auch in den Naturwissenschaften zu Umwälzungen führen können (B2, B3, E7, E9).