Schwerpunktfach PS/AM

PHYSIK UND ANWENDUNGEN DER MATHEMATIK KSR

UNTERRICHTSORGANISATION

	Anzahl Stunden pro Jahr
	1. Klasse	2. Klasse	3. Klasse	4. Klasse	5. Klasse	6. Klasse
Grundlagenfach
Schwerpunktfach				4 + 1H	4	4 + 1H
Ergänzungsfach

BILDUNGSZIELE

Das SF Physik und Anwendungen der Mathematik baut auf die in den Grundlagenfächern Physik und Mathematik erworbenen Kenntnisse auf und erweitert diese beträchtlich.
Es entwickelt die Fähigkeit, zu erkennen, dass vielfältige Probleme aus Alltag, Technik und Wissenschaften einer mathematischen und physikalischen Bearbeitung zugänglich sind. Dazu werden Modelle entworfen, experimentell geprüft, weiterentwickelt und bezüglich der abgebildeten Wirklichkeit beurteilt.
Im fächerübergreifenden Unterricht soll die enge Verwandtschaft von Physik und Mathematik sichtbar gemacht werden.
Genaues analytisches Denken, gepaart mit pragmatischem, zielgerichteten Vorgehen, sowie ausdauerndes exaktes Arbeiten werden angestrebt und gefördert; das Ergebnis der Arbeit wird kritisch beurteilt.
Der Unterricht schult allgemeine Grundlagen, Fähigkeiten und Haltungen, welche für anschließende Ausbildungslehrgänge in Naturwissenschaft und Technik, insbesondere auch der Ingenieurdisziplinen, wichtig sind.
Das SF Physik und Anwendungen der Mathematik leistet Grundlegendes für das Verständnis von Wissenschaft und Technik. Es hilft wesentlich mit, sich in unserer komplexen und hoch technisierten Welt zurechtzufinden.

RICHTZIELE

Grundkenntnisse

Maturandinnen und Maturanden

kennen die physikalischen Grunderscheinungen und wichtige physikalische Anwendungen und verstehen die Zusammenhänge mit der Mathematik;
kennen Ergebnisse der physikalischen und mathematischen Forschung und ihren Einfluss auf die Veränderung und Erweiterung des Weltbildes;
haben in ausgewählten Bereichen Einblicke in das Zusammenwirken moderner mathematischer und physikalischer Theorien;
erfahren divergentes Denken der beiden Fachrichtungen anhand spezifischer Problemstellungen.

Grundfertigkeiten

Maturandinnen und Maturanden können

beurteilen, welche Phänomene einer mathematisch–physikalischen Betrachtungsweise zugänglich sind;
unterscheiden zwischen Fakten und Hypothesen, zwischen Beobachtung und Interpretation und zwischen Voraussetzung und Folgerung;
sich Objekte des geometrischen Raumes vorstellen;
mit Experimentiermaterial, technischen Geräten und Instrumenten umgehen;
geeignete Sachverhalte durch selbstentwickelte Modelle beschreiben und diese mit der Wirklichkeit konfrontieren;
die Messgenauigkeit experimenteller Methoden abschätzen;
mit diversen Hilfsmitteln wie Mathematiksoftware und algorithmischen Methoden umgehen;
größere Experimente planen, durchführen, auswerten und interpretieren;
Aufgabenstellungen, Lösungsansätze, gewählte Methoden wie auch Ergebnisse klar formulieren, kommentieren und übersichtlich darstellen.

Grundhaltungen

Maturandinnen und Maturanden

sind bereit, ihr mathematisches, naturwissenschaftliches und technisches Interesse an ausgewählten Themen einzubringen;
sind fähig, an mathematisch–physikalischen Problemstellungen genau, ausdauernd und systematisch zu arbeiten;
sind bereit, sich in interdisziplinäre Teams einzufügen und darin effizient zu arbeiten;
sind interessiert, durch mathematische Anwendungen andere Fachbereiche zu unterstützen und umgekehrt auch deren fachliche Beiträge und Anregungen aufzugreifen.

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GROBZIELE

*SCHWERPUNKTFACH 4. Klasse: 5 Lektionen*
GROBZIELE	LERNINHALTE	QUERVERWEISE
Die Programmierkenntnisse vertiefen Eine Optimierungsmethode der Wirtschaft kennenlernen und anwenden	Algorithmische Methoden Algorithmen und ihre Umsetzung am Computer und Taschenrechner Lineare Optimierung	Natur- und Wirtschaftswissenschaften
Das räumliche Vorstellungsvermögen vertiefen Geometrische Situationen algebraisch beschreiben und mathematisch bearbeiten können	Vertiefungen in Trigonometrie, Raumgeometrie Additionstheoreme, goniometrische Gleichungen Vektorprodukt, Spatprodukt und Anwendungen Kreis und Kugel Schrägbilder, Parallel- und Zentralprojektion Veranschaulichung und Anwendung mit geeigneter Computersoftware	Physik (Lorentz-Kraft, Drehmoment Drehimpuls,) Chemie (Isomerie, Atommodelle)
Den Blick in die Algebra mit einem wichtigen Resultat abschließen und mit komplexen Zahlen rechnen können	Komplexe Zahlen Elementare Operationen mit komplexen Zahlen Darstellung in der Gaußschen Ebene Iterationen, Fraktale, Computergrafiken	später: Physik (Wechselstrom)

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SCHWERPUNKTFACH 5. Klasse: 4 Lektionen

GROBZIELE

LERNINHALTE

QUERVERWEISE

Numerische Methoden kennen, damit arbeiten und sie anwenden können

Differenzialgleichungen verstehen und lösen können

Vertiefungen in Analysis

Einführung in ein CAS (Computer-Algebra-System)
Numerische Integration
Analytische und numerische Behandlung von Differenzialgleichungen
Spezielle Probleme aus Natur- und Wirtschaftswissenschaften

Natur-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften (Wachstumsmodelle, Reaktionsgleichungen, Schwingungsvorgänge)

Ein beschränktes Teilgebiet der Physik oder angrenzender Gebiete selbständig (allein oder im Team) erarbeiten und die Ergebnisse angemessen präsentieren

Mit Hilfsmitteln wie Physik- oder Mathematiksoftware und algorithmischen Methoden vertraut sein

Vertiefungen in Mechanik

Schiefer Wurf
Impuls (Erweiterung)
Drehbewegung des starren Körpers
Himmelsmechanik, Keplersche Gesetze

Sport (optimaler Abwurf, Absprungwinkel bei Kugelstoßen oder Speerwurf und bei Weitsprung; c_w-Wert: Bau von Autos; Fallschirmspringen, Flugsport)
Geschichte (militärische Bedeutung der ballistischen Kurve)
Technik (Autounfall, Raketenformel)

Ein beschränktes Teilgebiet der Physik oder angrenzender Gebiete selbständig (allein oder im Team) erarbeiten und die Ergebnisse angemessen präsentieren

Forschungsergebnisse und ihren Einfluss auf die Veränderung und Erweiterung des Weltbildes kennen

Auswirkungen physikalischer Entdeckungen auf Gesellschaft und Umwelt abschätzen lernen

Vertiefungen in Elektrizitäts- und Wärmelehre

Strömungslehre
Felder und Potentiale
Induktion mit Anwendungen
Wechselstrom
Elektronik
Mechanische Wärmetheorie
Wärmekraftmaschinen
Solarenergie

Mathematik (Differenzial- und Integralrechnung)
Technik (Energieversorgung)
Informatik (Logische Schaltungen)
Technik, Ökologie (Recycling oder Wiederverwertung)
Staatskunde (Energiepolitik)
Ethik (Verantwortung für Um- und Nachwelt)

Physikalische Versuche selbständig planen, durchführen und auswerten

Mit Experimentiermaterial, technischen Geräten und Instrumenten umgehen

Die Messgenauigkeit experimenteller Methoden abschätzen

Laborversuche
(in Kleingruppen)

Auswertung von Messungen auch mit dem Computer

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*SCHWERPUNKTFACH 6. Klasse: 5 Lektionen*
GROBZIELE	LERNINHALTE	QUERVERWEISE
Methoden der deskriptiven und induktiven Statistik kennen lernen und sie anwenden	Stochastik Normalverteilung Statistische Testverfahren Regressions- und Korrelationsrechnung	Natur-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften, Linguistik (Auswerten von Datenmaterial, Testen von Hypothesen)
Die vielfältigen Eigenschaften der affinen und komplexen Abbildungen erfahren	eventuell : affine Abbildungen komplexe Funktionen
Physikalische Versuche selbständig planen, durchführen und auswerten Mit Experimentiermaterial, technischen Geräten und Instrumenten umgehen Messgenauigkeit experimenteller Methoden abschätzen	Laborversuche (in Kleingruppen) Auswertung von Messungen auch mit dem Computer
Mathematische Methoden der Physik anwenden	Projekte Themen aus verschiedenen Gebieten der Physik
Anspruchsvollere physikalische Probleme formulieren, analysieren und mit mathematischen Hilfsmitteln bearbeiten	Schwingungen und Wellen Energietransport durch Wellen Wellenoptik Beugung und Interferenz	Deutsch (Die verschiedenen Sehtheorien in der deutschen Sprache; Die Beschreibung des Nordlichtes durch Fridtjof Nansen) Biologie (Physiologische Optik) Astronomie, Biologie (Auflösungsvermögen optischer Geräte)
Forschungsergebnisse und ihren Einfluss auf die Veränderung und Erweiterung des Weltbildes kennen Auswirkungen physikalischer Entdeckungen auf Gesellschaft und Umwelt abschätzen lernen Numerische Arbeitsmethoden im fächerübergreifenden Unterricht kennenlernen Mit Hilfsmitteln wie Physik- oder Mathematiksoftware und algorithmischen Methoden vertraut sein	Moderne Physik, z.B. Relativitätstheorie Quantenphysik Kernphysik Elementarteilchenphysik Astrophysik Chaostheorie (Nichtlineare Systeme)	Englisch (Fachliteratur) Chemie (Chemische Bindung, Ionentheorie) Geschichte (Kernspaltung und Atombombe; Kalter Krieg) Ökologie (Problematik der Kernenergie) Biologie (Tierpopulationen, Räuber-Beute-Modelle) Geografie (Wetterkunde) Sozialwissenschaften (Wachstums- und Wirtschaftstheorien)

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FACHRICHTLINIEN (ab Schuljahr 01/02)

Die durch die Lehrpersonen der Fächer Physik und Anwendungen der Mathematik erteilten Lektionen werden folgendermassen den Semestern zugeordnet :

Klasse	4. Klasse		5. Klasse		6. Klasse
Semester	1. Semester	2. Semester	1. Semester	2. Semester	1. Semester	2. Semester
Physik	–	-	2	2	1 H	2 + 1H
Anwendungen der Mathematik	4 + 1 H	4 + 1 H	2	2	2	2
Team-Teaching	–	–	–	–	2	–

1 H bedeutet : Unterricht in Halbklassen, resp. Kleingruppen. Die Schülerinnen und Schüler haben alle 14 Tage eine Doppellektion. (nur bei Klassengrösse >12 im SF).
In der 4. Klasse für Programmier- und andere Projekte. In der 6. Klasse für Physikpraktikum.

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