Physikalische Bildung, als Teil der naturwissenschaftlichen Bildung, ermöglicht den Schülerinnen und Schülern eine aktive Teilhabe an gesellschaftlicher Kommunikation und Meinungsbildung über technische Entwicklungen und physikalische Forschung. Ziel physikalischer Grundbildung ist es, Phänomene erfahrbar zu machen, die Sprache und Historie der Physik zu verstehen, ihre Ergebnisse zu kommunizieren sowie sich mit ihren spezifischen Methoden der Erkenntnisgewinnung und deren Grenzen auseinander zu setzen.

Der Physikunterricht leistet wesentliche Beiträge zum Orientierungswissen der Schülerinnen und Schüler.

In der natürlichen Umwelt finden sich vielfältige, zum Teil sehr auffällige Phänomene, welche durch naturgesetzliche Zusammenhänge erklärbar sind. Ebenso gibt es Dinge, die der „verborgenen" Seite der Natur (z. B. elektrische Ladung, Atome) angehören und erst durch die Physik zugänglich werden. Ziel des Physikunterrichts ist es, dass die Schülerinnen und Schüler den Blick für diese Phänomene schärfen, damit ihre Neugier wächst und sie ihre Umwelt bewusst wahrnehmen, Fragen stellen, insbesondere ihr Vorwissen prüfen und durch eine physikalische Deutung ausgewählter Naturerscheinungen ein vertieftes Verständnis der Natur und dadurch auch eine erweiterte emotionale Einstellung zu dieser entwickeln.

Alltagsbewältigung und globales Lernen

Physikalisches Wissen ermöglicht die Erklärung der Funktionsweise technischer Geräte. Damit wird es möglich, die Vielfalt technischer Anwendungen entsprechend der zugrunde liegenden physikalischen Gesetze zu ordnen. Zugleich erfahren die Schülerinnen und Schüler, dass physikalische Erkenntnisse und technische Entwicklungen sich gegenseitig beeinflussen und das menschliche Leben verändern.

Bei der Bewältigung von verschiedenen Problemen des Alltags, ob beim gesundheits- und sicherheitsgerechten Verhalten oder beim nachhaltigen Umgang mit Ressourcen, ist die Beachtung physikalischer Erkenntnisse hilfreich.

Die physikalische Grundbildung ermöglicht den Schülerinnen und Schülern einen fachlichen Zugang zu den Menschheitsproblemen „Nachhaltige Energieversorgung" und „Klimaveränderungen". Die Schülerinnen und Schüler erfahren, dass mit der physikalischen Sichtweise immer nur bestimmte Aspekte erfasst und beschrieben werden können. An ausgewählten Beispielen erwerben sie die Fähigkeit, komplexe Prozesse und Erscheinungen auch unter Berücksichtigung von biologischen, chemischen, ökologischen, ökonomischen, sozialen oder ethischen Aspekten zu betrachten und einzuschätzen.

Bildung in der digitalen Welt

Zur Allgemeinbildung im Fach Physik gehört auch ein verständiges und zielgerichtetes Nutzen von digitalen Medien und Werkzeugen. Die Schülerinnen und Schüler erfahren an ausgewählten Beispielen, wie Messwerte elektronisch erfasst und digital ausgewertet werden können. Sie nutzen Computeranimationen und -simulationen zur Veranschaulichung physikalischer Phänomene, Experimentieranordnungen oder Modellen. Sie nutzen digitale Werkzeuge und Medien zur Recherche, zur Dokumentation und auch zur Präsentation von Ergebnissen

Berufsvorbereitung und Ausbildungsreife

Die Schülerinnen und Schüler lernen bei der Untersuchung physikalischer Phänomene in Natur und in Technik Methoden kennen, mit denen zuverlässiges Wissen gewonnen werden kann, das unter anderem quantitative Voraussagen ermöglicht. Sie erleben, dass dazu Ideenreichtum, Ausdauer, Genauigkeit, Sorgfalt und Zuverlässigkeit notwendig sind.

Durch eine derartige Auseinandersetzung mit physikalischen Phänomenen und deren technischen Anwendungen bilden sich bei den Schülerinnen und Schülern nicht nur Interessen heraus, die berufliche Selbstkonzepte unterstützen und Freizeitaktivitäten prägen können, sondern es werden auch Einstellungen und Verhaltensweisen ausgebildet, die unabdingbare Voraussetzungen für die berufliche Bildung sind.

In den Kompetenzbereichen Erkenntnisse gewinnen, Kommunizieren und Bewerten naturwissenschaftlicher Sachverhalte in anwendungsbezogenen, fachlichen und gesellschaftlichen Kontexten werden typische naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen vermittelt und geordnet.

Kompetenzen in diesen vier Bereichen ermöglichen es den Schülerinnen und Schülern, die natürliche und kulturelle Welt zu erfassen, zu verstehen und zu erklären. Dabei können Kompetenzen nur im Zusammenhang erworben werden. Als Resultat entwickelt sich naturwissenschaftliche Handlungskompetenz.

Kompetenzbereiche

Abb. 1: Kompetenzmodell der Fächer Astronomie, Biologie, Chemie und Physik

Die Konkretisierungen dieser vier Kompetenzbereiche für das Fach Physik werden im Folgenden dargestellt. Sowohl die beschriebenen Kompetenzen am Ende des Schuljahrgangs 10 als auch die in den einzelnen Kompetenzschwerpunkten beschriebenen Teilkompetenzen charakterisieren ein Mindestniveau, dass von allen Schülerinnen und Schülern zum erfolgreichen Weiterlernen und zur Lebensbewältigung erreicht werden sollte.

Kompetenzbereich Fachwissen anwenden

Die Schülerinnen und Schüler erwerben Kompetenzen in der Auseinandersetzung mit vielfältigen fachlichen Fragestellungen und Inhalten. Die Breite der Naturwissenschaft Physik, ihr Wissensstand und ihre Dynamik erfordern für den Physikunterricht eine Reduktion auf wesentliche Inhalte und ein exemplarisches Vorgehen.

Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die Inhalte mit der Orientierung auf miteinander vernetzte Basiskonzepte. Diese dienen der Strukturierung, der Systembildung und legen die Grundlagen für das Verständnis von Zusammenhängen.

Die Lernenden zeigen Handlungsfähigkeit, wenn sie bei der Bearbeitung physikalischer Fragestellungen flexibel Perspektivwechsel vornehmen können. Beim Aufbau von vernetztem Wissen entwickeln die Lernenden in besonderem Maße multiperspektivisches Denken. Basiskonzepte ermöglichen den Schülerinnen und Schülern deshalb auch eine interdisziplinäre Vernetzung von Wissen, weil die Lernenden in den Fächern Biologie, Chemie und Physik vergleichbare Strukturierungselemente benutzen.

Mithilfe ihres strukturierten physikalischen Grundwissens verfolgen und bewerten die Schülerinnen und Schüler naturwissenschaftliche Problemfelder unter physikalischem Aspekt in gesellschaftlichen Zusammenhängen und Diskussionen.

Sie nutzen die Basiskonzepte zur Analyse neuer Phänomene und wenden sie bei der Lösung von Problemen an. Mit ihrer Hilfe ordnen sie neue Erkenntnisse ein und verknüpfen sie mit den bereits bekannten Sachverhalten. Auf diese Weise entwickeln sie ein anschlussfähiges Wissen, das ihnen als eine tragfähige Grundlage die Orientierung in einer sich sehr schnell wandelnden Welt und eine Vertiefung der physikalischen Bildung in weiterführenden Bildungsgängen ermöglicht.

Basiskonzepte

Damit erleichtern die vier Basiskonzepte Materie, System, Wechselwirkungen und Energie kumulatives, kontextbezogenes Lernen.

Mit dem Basiskonzept Materie können die Schülerinnen und Schüler den zur Erklärung bestimmter physikalischer Phänomene notwendigen Perspektivwechsel – von der Makroebene in die Mikroebene – vollziehen.

Mit dem Basiskonzept Wechselwirkung können die Schülerinnen und Schülern sowohl die direkten Wirkungen von Körpern aufeinander als auch die über Felder vermittelten Wirkungen beschreiben und erklären. Bedeutsam dabei ist, dass durch die Wirkung nicht nur der Körper, auf den die Wirkung ausgeübt wird, eine Veränderung erfährt, sondern auch der wirkende Körper oder die wirkende Strahlung sich selbst verändert.

Mit dem Basiskonzept System können die Schülerinnen und Schüler begrenzte Ausschnitte der Realität betrachten. Das heißt, sie können die Grenzen dieses Ausschnittes, seine strukturierenden Elemente sowie deren Aufgaben und Wechselwirkungen, z. T. vereinfacht und idealisiert genauer untersuchen und beschreiben. Insbesondere können sie erkennen, unter welchen Bedingungen Systeme im Gleichgewicht sind und welche Wirkungen durch Störungen des Systemgleichgewichts hervorgerufen werden.

Mit dem Basiskonzept Energie können die Schülerinnen und Schüler einen wesentlichen Aspekt erkennen, der allen natürlichen und technischen Prozessen gemeinsam ist: Die Energie bleibt erhalten, sie wird nur gewandelt, in verschiedenen Formen gespeichert und dabei entwertet.

Kompetenzbereich Erkenntnisse gewinnen

Die Physik nutzt grundlegende wissenschaftsmethodische Verfahren. Dies geschieht vorwiegend im Rahmen der problemorientierten Methode, die sich an naturwissenschaftlicher Arbeit orientiert. Die Schülerinnen und Schüler beobachten und beschreiben Phänomene, formulieren Fragestellungen und stellen Hypothesen auf. Sie planen ihr Vorgehen und erschließen sachgerechte Informationen mit Hilfe entsprechender Untersuchungs- sowie Recherchemethoden.

Sie wenden dabei fachspezifische und allgemeine naturwissenschaftliche Arbeitstechniken an: Zurückführen auf und Einordnen in bereits Bekanntes, Ordnen, Vergleichen, Systematisieren, Aufstellen von Hypothesen, Experimentieren, Verallgemeinern. Die Lernenden werten gewonnene Daten bzw. Ergebnisse aus, modellieren diese auch mithilfe der Mathematik, überprüfen Hypothesen und beantworten ihre Fragestellungen.

Modelle und Modellbildung kommen im physikalischen Erkenntnisprozess besonders dann zur Anwendung, wenn komplexe Phänomene bearbeitet oder veranschaulicht werden müssen. Lernende verwenden ein Modell als eine idealisierte oder generalisierte Darstellung eines existierenden oder gedachten Objektes, Systems oder Prozesses. Die Auswahl eines geeigneten Modells unter Beachtung der Fragestellung und das kritische Reflektieren des Modells sind bedeutsamer Teil der physikalischen Erkenntnisgewinnung.

Kompetenzbereich Kommunizieren

Die Fähigkeit zu adressatengerechter und sachbezogener Kommunikation unter Einbeziehung geeigneter Medien ist ein wesentlicher Bestandteil naturwissenschaftlicher Grundbildung. In ihrer Lebenswelt begegnen den Schülerinnen und Schülern Phänomene, die sie unter Nutzung der Fachbegriffe erklären können. In der anzustrebenden Auseinandersetzung erkennen sie Zusammenhänge, suchen Informationen und werten diese aus. Dazu ist es notwendig, dass sie die entsprechende Fachsprache verstehen, korrekt anwenden und gegebenenfalls in die Alltagssprache umsetzen. Ergebnisse werden anderen auch mithilfe verschiedener fachspezifischer Arten der Darstellung mitgeteilt. Die Schülerinnen und Schüler stellen ihre Position unter Orientierung auf das Fach dar, reflektieren sie, finden Argumente oder revidieren gegebenenfalls ihre Auffassung aufgrund der vorgetragenen Einwände. Kommunizieren ist Methode und Ziel des Lernens gleichermaßen.

Kompetenzbereich Bewerten

Das Heranziehen physikalischer Methoden und Erkenntnisse zum Verständnis und zur Bewertung naturwissenschaftlicher, technischer und gesellschaftlicher Entscheidungen ist Teil einer zeitgemäßen Allgemeinbildung.

Durch die Auswahl geeigneter Sachverhalte können die Schülerinnen und Schüler Vernetzungen der einzelnen Naturwissenschaften in Alltag, Umwelt und Forschung erkennen. Die gezielte Auswahl von Kontexten ermöglicht es den Lernenden, physikalische Kenntnisse auf neue Fragestellungen zu übertragen, Probleme in realen Situationen
zu erfassen, Interessenkonflikte auszumachen, mögliche Lösungen zu erwägen und deren Konsequenzen zu diskutieren. Bei der Betrachtung gesellschaftsrelevanter Themen aus unterschiedlichen Perspektiven
erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass Problemlösungen von Werteentscheidungen abhängig sind. Sie prüfen Argumente auf ihren sachlichen und ideologischen Anteil und treffen Entscheidungen sachgerecht, selbstbestimmt und verantwortungsbewusst.

Sie differenzieren nach naturwissenschaftlich belegten, hypothetischen oder nicht naturwissenschaftlichen Aussagen in Texten und Darstellungen und kennen die Grenzen der physikalischen Sichtweise.