Beschreibung der Lehrveranstaltungen im Fach Physik (PO 2015)
1. Fachwissenschaftliche Lehrveranstaltungen
PHY 1-5 Mathematische Grundlagen zur Physik und Modellierung physikalischer Sachverhalte
In der Lehrveranstaltung werden anwendungsorientiert typische Methoden der Mathematik zur Lösung physikalischer Fragestellungen dargestellt und geübt. Dabei wird einerseits an die Voraussetzungen der Schulmathematik angeknüpft und andererseits ein enger Bezug auf die Inhalte und mathematischen Anforderungen des Lehramtsstudiums Physik (Bachelor und Master) genommen. Inhalte der Lehrveranstaltung sind: Wiederholung elementarer Arithmetik, Funktionen, Elemente der Vektorrechnung, elementare Differential- und Integralrechnung, sowie das Rechnen mit komplexen Zahlen.
PHY 2-2 Themen und Arbeitstechniken für den nw Unterricht: Schwerpunkt Physik
Diese Lehrveranstaltung bietet einen Einblick in physikalische Grundlagen für Studierende eines anderen Faches oder für Interessierte, die bisher nur über geringe Vorkenntnisse in Physik verfügen. Es wird eine schulpraxisorientierte Einführung in Themenbereiche des fachübergreifenden naturwissenschaftlichen Anfangsunterrichts der Sekundarstufe I angestrebt. Wegen des geringen zeitlichen Umfangs für die einzelnen Themenbereiche ist ggf. ein höherer Anteil an Selbststudium erforderlich. Die erbrachten Aufgaben werden in Form eines Portfolios nachgewiesen.
PHY 1-2 Mechanik
Die Mechanik als eines der grundlegenden Teilgebiete wird im Überblick vorgestellt. Inhalte sind im Wesentlichen die Kinematik und Dynamik der ein- und mehrdimensionalen geradlinigen Bewegungen und der Kreisbewegung sowie eine Einführung in Drehbewegungen und Gravitation. Dabei spielen Betrachtungen zu Erhaltungsgrößen (Energie, Impuls, Drehimpuls) eine wichtige Rolle. Die Vorlesungsinhalte werden in Aufgabenübungen gefestigt und ergänzt. Die beiden Veranstaltungen haben das Ziel, künftige Lehrerinnen und Lehrer fachwissenschaftlich fundiert auf die Anforderungen ihres Lehramtes vorzubereiten.
PHY 1-3 Elektrodynamik
Diese Grundlagenvorlesung behandelt Inhalte der Elektrodynamik, so z.B. Gleichstromkreise und ihre physikalische Größen, elektrische und magnetische Felder, elektromagnetische Induktion und elektromagnetische Schwingungen, Wechselstromkreise sowie Leitungsvorgänge in Fluiden und Halbleitern. Die Leitideen (z.B. zu Energie und System) werden herausgearbeitet. Die Vorlesungsinhalte werden in Aufgabenübungen gefestigt und ergänzt. Die beiden Veranstaltungen haben das Ziel, künftige Lehrerinnen und Lehrer fachwissenschaftlich fundiert auf die Anforderungen ihres Lehramtes vorzubereiten.
PHY 2-4a Optik
Die dritte Grundlagenveranstaltung beinhaltet eine Einführung in die (geometrische) Optik. Nach einer Einführung zu den Modellen des Lichtes stehen die Gesetzmäßigkeiten der Lichtausbreitung sowie des Strahlengangs an Linsen und einfachen optischen Geräten im Fokus. Der Themenbereich wird oft auch als sogenannte Geometrische Optik beschrieben.
PHY 2-4b Wärmelehre
Die vierte fachwissenschaftliche Grundlagenveranstaltung geht auf grundlegende Bereiche der Wärmelehre. Es werden physikalische Begriffe wie Temperatur und Wärme geklärt sowie das thermische Verhalten von Körpern und Gesetzmäßigkeiten des Wärmetransports besprochen. Ein Ausblick auf die Hauptsätze der Thermodynamik schließt die Betrachtungen ab. Die erarbeiteten Inhalte werden durch Aufgabenübungen gefestigt und ergänzt.
PHY 3-3 Thermodynamische Prozesse
Diese fünfte fachwissenschaftliche Lehrveranstaltung knüpft an die Grundlagen der Wärmelehre an. Im Fokus stehen u.a. die Fachbegriffe Energie und Entropie, die Hauptsätze der Thermodynamik sowie Phasenübergänge.
PHY 4-2 Schwingungen und Wellen
Das Thema berücksichtigt Inhalte aus verschiedenen Gebieten der Physik, die hier unter strukturellen Gesichtspunkten nebeneinander betrachtet werden. Ausgehend von mechanischen Schwingungen, insbesondere der harmonischen Form, werden die Phänomene der Dämpfung und der Resonanz besprochen und diese Kenntnisse auf elektromagnetische Schwingungen übertragen. Weiterhin wird die Ausbreitung von Schwingungen thematisiert sowie Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz beleuchtet, insbesondere unter dem vereinheitlichenden Gesichtspunkt des Huygens’schen Prinzips. Abschließend rückt die Wellenoptik in den Mittelpunkt, beispielsweise Phänomene wie Interferenz und Beugung von Licht.
PHY 6-1 Moderne Physik
Ausgangspunkt bildet die Betrachtung der Probleme der klassischen Physik am Ende des 19. Jahrhunderts und deren Lösung durch Planck und Einstein. Licht wird als Quantenobjekt mit Wellen- und Teilcheneigenschaften vorgestellt. Dieser Dualismus wird auf weitere Betrachtungen übertragen. Die Heisenbergsche Unschärferelation und die Schrödingergleichung bilden Grundlagen für die folgende Vertiefung der Quantenphysik. Ein weiterer Abschnitt dieser Lehrveranstaltung ist der speziellen Relativitätstheorie gewidmet. Anhand der Probleme der Ätherphysik des beginnenden 20. Jahrhunderts wird verdeutlicht, wie Einsteins Theorie überzeugende Lösungen bringen konnte, die die Vorstellungen von Raum und Zeit völlig umgeworfen haben. Ein Blick auf die Allgemeine Relativitätstheorie und die Kosmologie stehen am Ende des Lehrganges.
PHY 7-1 Naturphänomene
Albert Einstein: „Freude am Schauen und Begreifen ist die schönste Gabe der Natur.“
Ausgewählte Naturphänomene und Alltagserfahrungen werden vorgestellt, untersucht sowie fachwissenschaftliche Grundlagen angewandt und vertieft. Ziel ist es, die Studierenden zu befähigen, Schülerinnen und Schülern „Einblicke in die naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweise“ zu vermitteln und das Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungen zu wecken bzw. zu erhalten. Unterrichtsbezogene Überlegungen zur didaktischen Rekonstruktion ausgewählter Phänomene fließen ein.
2. Lehrveranstaltungen mit Experimenten
PHY 1-1 Einführung in das (fach-)wissenschaftliche Arbeiten.
Es wird praxisorientiert in fachwissenschaftliche Arbeitsmethoden der Physik sowie in das Experimentieren im Unterricht eingeführt. Als Grundlage werden das Arbeiten mit Modellen und die experimentelle Methode behandelt sowie auf die Fehlerdiskussion und Fehlerberechnung eingegangen. Diese Grundlagen werden exemplarisch mit Hilfe von Schulexperimenten vertieft.
PHY 2-10 Naturwissenschaftliche Experimente in der Grundschule. (GS; fakultativ für FB)
Es werden Experimenten, die für die Primarstufe geeignet sind, selbständig durchgeführt sowie wesentliche Grundlagen im Plenum besprochen. Verschiedene Themenbereiche wie Luft, Wetter, Temperatur und Wärme, Schall oder Licht werden angesprochen. Dabei spielen neben fachwissenschaftlichen Fragen auch die Wege der Elementarisierung sowie relevante Präkonzepte der Schülerinnen und Schüler eine Rolle. Nicht zuletzt wird der Bezug zum Bildungsplan hergestellt.
PHY 3-2, PHY 4-1, PHY 5-1 Seminar mit Experimenten I , II oder III (Sek I).
Nach der Einführung in fachwissenschaftliche Arbeitsweisen werden im Verlauf des Studiums auf ein Lehramt der Sekundarstufe drei weitere Lehrveranstaltungen im Fach Physik angeboten, deren Schwerpunkt im praxisnahen Experimentieren liegt. Diese Veranstaltungen knüpfen an fachwissenschaftliche Inhalte der Vorlesungen und Seminare des entsprechenden Moduls (bzw. vorausgegangener Module) an. Neben der Erprobung von Schulexperimenten steht die Vertiefung fachwissenschaftlicher Inhalte im Mittelpunkt. Ergänzend zum theoretischen Hintergrund sowie der Durchführung und Auswertung von Experimenten ist der Bezug zum Bildungsplan ein wichtiger Aspekt. Mindestens ein Experiment wird von jeder bzw. jedem Studierenden im Plenum präsentiert und diskutiert. Während in den Seminaren mit Experimenten I und II angeleitet experimentiert wird, wird das Seminar „Experimente III“ als Kurs für Fortgeschrittene angeboten und umfasst physikalische Versuche mit einem höheren experimentellen Aufwand. Selbständiges experimentelles Arbeiten und individuelle Betreuung ergänzen sich hierbei. Ein Anliegen von Experimente III wird auch in der Erweiterung und selbständigen Vertiefung des fachwissenschaftlichen Hintergrundes gesehen
3. Fachdidaktische Lehrveranstaltungen
M 3 Die Vorlesung „Einführung in die Didaktik der Naturwissenschaften“ bildet die Basis der Veranstaltungen zur Fachdidaktik. Es werden fachübergreifend Grundlagen zur Wissenschaftstheorie, zu Bildungsstandards und Kompetenzen, zum Experimentieren und Modellieren sowie weiteren grundlegenden Methoden und Arbeitsformen vermittelt.
PHY 2-3 Das Seminar „Didaktik des Physikunterrichts I“ bildet die Grundlage zur Unterrichtsplanung für den Physikunterricht und gibt einen Überblick über die nationalen Bildungsstandards sowie die Bildungspläne Baden-Württembergs unter dem Blickwinkel des Faches Physik. Es werden physikspezifische Grundlagen zur Didaktik und Methodik des Physikunterrichts vermittelt. Inhalte sind z.B. Basiskonzepte und Kompetenzbereiche im Kontext der Bildungsstandards Physik, didaktische Rekonstruktion als Kernstück der Fachdidaktik, unterschiedliche Unterrichtskonzepte, verschiedenen Artikulationsschemata und Sozialformen im Physikunterricht. Außerdem werden der Einsatz klassischer und digitaler Medien diskutiert sowie die Diagnose und Bewertung von Schülerleistungen.
PHY 5-2 Das Seminar „Didaktik des Physikunterrichts II“ bildet den zweiten Teil der Fachdidaktik im Kontext des Physikunterrichts. Es werden insbesondere aktuelle Forschungsbeiträge zur Physikdidaktik vorgestellt und diskutiert sowie didaktische Fragen fachbezogen erörtert (u. a. Beiträge zur Frage „Nature of science“ und „scientific literacy“, zur Frage der Präkonzepte und des „Conceptual Change“, zur Weiterentwicklung der Aufgabenkultur, zu Alltagsvorstellungen, zur Rolle von Modellen und Experimenten im Physikunterricht sowie zur Nutzung außerschulischer Lernorte).
PHY 6-2 In „Didaktik des Physikunterrichts III“ mit wechselnden Themen stehen einzelne Aspekte des Physikunterrichts, die ein Spektrum an Fragen aufwerfen, im Mittelpunkt. Es werden bereits bekannte Themenfelder vertieft und ergänzt oder aktuelle Themen fachdidaktischer Forschung aufgegriffen. So werden z.B. physikunterrichtsrelevante Präkonzepte und der Prozess des Konzeptwechsels an ausgewählten Themen umfassend erörtert oder Einsatzmöglichkeiten und fachdidaktische Forschung zu außerschulischen Lernorten vorgestellt. Dabei werden aktuelle fachdidaktische Beiträge aus internationaler Fachliteratur (insbesondere auch englischsprachige Quellen) einbezogen.
4. Lehrveranstaltungen mit Projektcharakter
In diesen Lehrveranstaltungen stehen vor allem fächerübergreifende Aspekte der naturwissenschaftlichen Fächer im Vordergrund. Gleichzeitig bieten sie auch einen Einblick in die Methoden und Verfahren der Projektarbeit. Die wechselnden Themen werden aus der Sicht unterschiedlicher naturwissenschaftlicher Disziplinen beleuchtet. Dabei werden sowohl fachwissenschaftliche als auch fachdidaktische Inhalte einbezogen.
5. Lehrveranstaltungen zum wissenschaftlichen Arbeiten
Zur Einführung bitte die Angebote des Didaktischen Zentrums nutzen!
Die wichtigsten Schritte beim Verfassen von wissenschaftlichen Arbeiten (Seminararbeiten, WHA) werden vorgestellt und geübt. Hierzu gehört z.B. die Ermittlung des aktuellen Forschungsstandes (Literaturrecherche), Verwaltung von Literatur, korrektes Zitieren sowie der Aufbau einer wissenschaftlichen Arbeit.
PHY 7-2 Wissenschaftliches Arbeiten und Forschungsmethoden
Es werden wesentliche Methoden der fachdidaktischen Forschung im Fach Physik vorgestellt. Im Fokus stehen das Formulieren wissenschaftlicher Fragestellungen und Hypothesen sowie geeigneter Vorgehensweisen, um diese zu überprüfen. Die Auswertung empirisch erhobener Daten wird exemplarisch vorgestellt. Im Rahmen eines (Gruppen-)Projektes soll das Vorgehen selbständig erprobt werden.
6. Literaturempfehlungen zum Lehramtstudium im Fach Physik:
a) Fachwissenschaftliche Literatur (Auswahl)
(1) Giancoli, D.C.: Physik (2006; 2010). Pearson Studium
(2) Halliday, D.; Resnick,R.; Walker, J.: Physik (Verschiedene Editionen und Auflagen). WILEY-VCH GmbH & Co.
(3) Tipler, P.A.: Physik/Physik für Wissenschaftler und Ingenieure (Verschiedene Auflagen). Heidelberg: Spektrum
(4) Meschede, C.: Gehrtsen Physik (2006). Berlin, Heidelberg: Springer (Weitere Autoren/ Auflagen)
b) Fachdidaktische Grundlagen (Auswahl)
(1) Hopf, Schecker, Wiesner (Hrsg.) (2011). Physikdidaktik kompakt. Aulis Verlag
(2) Kircher, E.; Girwidz, R.; Häußler, P. (2001; 2007). Physikdidaktik. Berlin [usw.]: Springer
(3) H.F.Mikelskis (Hrsg.) (2006). Physikdidaktik. Praxishandbuch für die Sekundarstufe I und II. Berlin: Cornelsen.
(4) Mikelskis-Seifert, S. & Rabe, T, (Hrsg.) (2007). Physik Methodik. Berlin: Cornelsen
(5) Wagenschein, M. Die Pädagogische Dimension der Physik. Braunschweig: Westermann, 1995.
(6) Fachdidaktische Zeitschriften ( z.B. Naturwissenschaften im Unterricht - Physik; Praxis der Naturwissenschaften / Physik in der Schule)
(7) Internetzeitschrift PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (abrufbar unter www.phydid.de)
Stand: 04/2019