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Technik im Physikunterricht - Technische Universität Braunschweig

Technik im Physikunterricht - Technische Universität Braunschweig

Der Autor dieser

Der Autor dieser Handreichung ist Prof. Dr. Rainer Müller, TU Braunschweig, Institut für Fachdidaktik der Naturwissenschaften, Pockelsstraße 11, 38106 Braunschweig. Physik im Kontext wird gefördert durch das BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) und die Länder. Das Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften (IPN) in Kiel koordiniert das Programm Physik im Kontext und kooperiert mit der Humboldt-Universität Berlin, der Universität Paderborn, der Universität Kassel und der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg. Projektleiter: Prof. Dr. Manfred Euler Kontakt: Dr. Thorsten Bell, bell@ipn.uni-kiel.de Sekretariat: Marianne Müller, pikosek@ipn.uni-kiel.de, Tel. 0431 880 4539 Internet: www.physik-im-kontext.de Postadresse: Physik im Kontext Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften (IPN) an der Universität Kiel Olshausenstraße 62 24098 Kiel

1 INTERESSE AM PHYSIKUNTERRICHT .................................................................................................... 5 1.1 Befragungen zur Fächerbeliebtheit ......................................................................................................... 5 1.2 Interesse an Physik und am Physikunterricht.......................................................................................... 5 a) Sachinteresse und Fachinteresse............................................................................................................................. 6 b) Faktoren, die das Sachinteresse bestimmen............................................................................................................ 6 c) Faktoren, die das Fachinteresse bestimmen............................................................................................................ 7 1.3 Interessentypen........................................................................................................................................ 8 2 ALLTAGSBEZUG IM PHYSIKUNTERRICHT ......................................................................................... 11 2.1 Aspektcharakter der Physik und die „synthetische Wirklichkeit“ im Physikunterricht......................... 12 2.2 Alltagskontexte: Argumente aus der Lernpsychologie........................................................................... 15 2.3 Fachsystematik vs. Kontexte.................................................................................................................. 16 a) „Vorgebliche“ Kontexte ....................................................................................................................................... 16 b) Episodenhafte Lernsituationen............................................................................................................................. 17 c) „Fahrradphysik“ als Beispiel für episodenhafte Lernsituationen.......................................................................... 18 d) Schwierigkeiten des fachsystematisch orientierten Unterrichts............................................................................ 19 2.4 Verknüpfung von Fachsystematik und Kontexten.................................................................................. 19 2.5 Ein Beispiel: „Physik in Alltag und Technik“ ....................................................................................... 22 3 WIE FUNKTIONIERT DAS – TECHNIK IM PHYSIKUNTERRICHT .................................................. 23 3.1 Rauchmelder.......................................................................................................................................... 23 3.2 Laserdrucker und Fotokopierer............................................................................................................. 25 a) Physikalische Fragen............................................................................................................................................ 25 b) Grundlegende Funktionsweise ............................................................................................................................. 26 c) Aufladen der Trommel durch Koronaentladung................................................................................................... 27 d) Die geladene Druckerwalze: Influenz .................................................................................................................. 30 e) Der Laser kommt ins Spiel: Ladungsbild auf der Walze ...................................................................................... 31 f) Ladungsbild und Toner......................................................................................................................................... 32 g) Der letzte Schritt: Das Bild wir aufs Papier gebracht........................................................................................... 34 3.3 GPS-Geräte ........................................................................................................................................... 35 4 NATURPHÄNOMENE ................................................................................................................................... 39 4.1 Der Ausbruch eines Geysirs .................................................................................................................. 39 a) Physikalischer Hintergrund .................................................................................................................................. 40 b) Geologische Voraussetzungen für einen Geysir................................................................................................... 41 c) Ausbruch eines Geysirs ........................................................................................................................................ 41 d) Demonstrationsexperiment: Künstlicher Geysir................................................................................................... 43 4.2 Freihandexperimente zu Naturphänomenen.......................................................................................... 45 a) Lichtnetzwerke im Wasser ................................................................................................................................... 45 b) Sonnentaler im Klassenzimmer............................................................................................................................ 47 c) „Schwert der Sonne“ ............................................................................................................................................ 49 d) Experimente zur Oberflächenspannung von Wasser ............................................................................................ 50 5 PHYSIK UND SPORT .................................................................................................................................... 52 5.1 Themen aus Physik und Sport................................................................................................................ 52 5.2 Umgang mit Diagrammen: Analyse eines Bungee-Sprungs.................................................................. 53 a) t-s-Diagramm eines Bungee-Sprungs ................................................................................................................... 53 b) Geschwindigkeit und Beschleunigung ................................................................................................................. 54 5.3 Modellbildung am Beispiel des Weitsprungs......................................................................................... 57 a) Die Disziplin Weitsprung..................................................................................................................................... 58 b) Schräger Wurf ...................................................................................................................................................... 59 c) Geschwindigkeit als Vektorgröße......................................................................................................................... 60 d) Modellierung des Weitsprungs als schräger Wurf................................................................................................ 60 e) Physikalisches Modell des Weitsprungs............................................................................................................... 61 f) Der endgültige Weltrekord?.................................................................................................................................. 64 3

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