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Energieerhaltung – ein fundamentales NaturprinzipIm Fach Natur und Technik haben die Schüler bereits Erfahrungen mit typiÂschen physikaliÂschen ArÂbeitsÂweisen gesammelt, die vorwiegend auf zielgerichtetem ExperimenÂtieren beruhen. Diese Fertigkeiten werden in der JahrÂgangsÂstufe 8 ausgebaut und durch Methoden naturwissenschaftlicher ErkenntÂnisgewinnung erÂgänzt, die zunehÂmend auf der Fähigkeit zu logischer Argumentation aufbauen. Mit der Energieerhaltung lernen die Jugendlichen eines der wichtigsten physikalischen Grundprinzipien kennen, das sich auf sämtliche Teilbereiche der Physik erstreckt und alle Naturwissenschaften miteinander verbindet. Durch intensive Beschäftigung mit dem Teilchenmodell der Materie können sie viele Phänomene aus der Wärmelehre erklären und qualitative Vorhersagen machen. Geeignet ausgewählte Vertiefungen aus der Natur oder der Technik helfen den Schülern, eine Beziehung zwischen physikalischen Erkenntnissen und ihrer eigenen Lebenswelt herzustellen und so die Relevanz des Erlernten zu erkennen. Dabei vernetzen die Jugendlichen ihre Kenntnisse und üben die typischen Fachmethoden ein. In regelmäßigen Schülerexperimenten erlernen sie selbständig physikalische Arbeitsmethoden und erweitern ihre persönlichen Kompetenzen in der Zusammenarbeit im Team, im Umgang mit Information [→ D 8.4] und bei der Präsentation geeigneter Ergebnisse [→ D 7.1, D 8.1]. Dies erreichen sie insbesondere auch im Rahmen eines etwa fünfstündigen Unterrichtsprojekts, in welchem 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 intensiv mit weitergehenden Inhalten aus der Vorschlagsliste in Ph 8.4 zu beschäftigen und ihre Kenntnisse und Fertigkeiten auszubauen.
In der Jahrgangsstufe 8 erwerben die Schüler folgendes Grundwissen:
Ph 8.1 Die Energie als Erhaltungsgröße (ca. 20 Std.)Anhand lebensnaher Beispiele erkennen die Schüler die Bedeutung der Energie als Größe, für die das Erhaltungsprinzip gilt. Ausgehend von qualitativen Beschreibungen mechanischer Energieumwandlungen wird ihnen über die Goldene Regel der Mechanik die Formel für die Höhenenergie plausibel und sie begreifen, wie sich mit dieser und dem Erhaltungsprinzip auch die kinetische Energie mathematisch fassen lässt. An einfachen Beispielen lernen die Jugendlichen dann, wie sie mithilfe der Energieerhaltung physikalische Problemstellungen auch quantitativ lösen können.
Ph 8.2 Aufbau der Materie und Wärmelehre (ca. 18 Std.)Bereits in Jahrgangsstufe 5 haben sich die Schüler im Fach Natur und Technik einfache Aussagen des TeilÂchenÂmodells erarbeitet. Dieses Modell wird jetzt für eine genauere Vorstellung vom AufÂbau der MateÂrie in verschiedeÂnen Aggregatzuständen und zur Deutung der inneren Energie genutzt. Bei Berechnungen im Zusammenhang mit Änderungen der inneren Energie beschränken sich die Schüler auf elementare Beispiele.
Ph 8.3 Elektrische Energie (ca. 18 Std.)Bei der Formulierung des Ohm’schen Gesetzes und dessen Anwendung in einfachen Schaltungen greifen die Schüler ihre in Jahrgangsstufe 7 erworbenen Kenntnisse auf und festigen diese. Dabei erkennen sie, wie hilfreich die aus der Mathematik bekannte Proportionalität [→ M 8.1.1] sein kann. Bei der Umwandlung elektrischer Energie in andere Energiearten lernen sie, auch elektrische Größen in das gesamte Energiekonzept einzubetten. Das Thema Energieversorgung erlaubt eine Zusammenschau der unterÂschiedlichen Facetten des Begriffs Energie. Hierbei wird den Jugendlichen auch bewusst, wie notwendig die Klärung von Energiefragen für ihre eigene Zukunft ist [→ K 8.1, Ev 8.1, Et 8.4].
Ph 8.4 Profilbereich am NTGIm Profilbereich vertiefen die Schüler des Naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasiums anhand von Themen aus der unten aufgeführten Vorschlagsliste die in Ph 8.1 bis Ph 8.3 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. Energietechnik
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Physik und Technik in der Gesellschaft
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