Sekundarstufen: Willkommen
im Schulstufenportal

Für den Einstieg in das Thema Quantenphysik werden in dieser Einheit die Schlagwörter Fotoeffekt und Lichtquantenhypothese in ihrem historischen Kontext eingeordnet. Mit in der Regel gut funktionierenden Versuchen wird dann der Fotoeffekt besprochen sowie die von Albert Einstein im Jahr 1905 aufgestellte Lichtquantenhypothese. Das zu Ende gehende 19. Jahrhundert und das beginnende 20. Jahrhundert waren für das Entstehen eines komplett neuen Teils der Physik ausschlaggebend – der Quantenphysik. Die Physik des Mikrokosmos, in dem es sowohl Wellen als auch Teilchen – mit fließenden Übergängen – geben sollte, wurde mit bis dahin völlig unvorstellbaren Thesen zum Leben erweckt. Innerhalb einer für die Physik kurzen Zeitspanne von wenigen Jahrzehnten konnten Physiker und Physikerinnen Gesetzmäßigkeiten herleiten, die unsere Welt mit den daraus entwickelten Technologien für immer verändern sollten. Fotoeffekt und Lichtquantenhypothese als Einstieg in die Quantenphysik Der Einstieg in die Quantenphysik über den Fotoeffekt ist eine bewährte Methode, um bei Schülerinnen und Schülern das Interesse für eine völlig neue Vorstellung von Physik zu wecken. Am besten ist es natürlich, den Fotoeffekt in mehreren Versuchen einzuführen und dann auch an einem genauen Beispiel auszuwerten anhand der abzuleitenden Gesetzmäßigkeiten. Für den Unterricht sollten Lehrkräfte gut präpariert sein, da es sich um ein schwieriges Thema handelt, das bei kritischen Fragen nur bei guter Sachkompetenz schülergerecht dargestellt werden kann. Vorkenntnisse Physikalische Vorkenntnisse von Lernenden können kaum vorausgesetzt werden, weil vermutlich die wenigsten Schülerinnen und Schüler die vielen technischen Geräte aus ihrem Alltag (Smartphones, PC, Scanner, Laser) mit der Quantenphysik in Verbindung bringen werden. Didaktische Analyse Die Besprechung des schwierigen Themas Quantenphysik im Unterricht der gymnasialen Oberstufe kann aber auch durchaus dazu führen, dass sich Schülerinnen und Schüler verstärkt dem Thema zuwenden, weil sie besser verstehen wollen, wie Dinge aus ihrem täglichen Leben eigentlich funktionieren. Das Thema Quantenphysik könnte bei Lernenden also durchaus auf ein gewisses Interesse stoßen; allerdings wird die vertiefte Besprechung der zum Teil sehr schwierigen und komplex wirkenden Gleichungen in der Regel den Schülerinnen und Schülern vorbehalten sein, die auch über gute bis sehr gute mathematische Kenntnisse und Fähigkeiten verfügen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen um die Bedeutung der Quantenphysik für die Technologie des 21. Jahrhunderts. wissen um die Vorstellungen der Quantenphysik zu einem Mikrokosmos, bei dem die Grenzen zwischen Wellen und Teilchen – im Gegensatz zur klassischen Physik – verschwimmen. können die Gleichungen zum Fotoeffekt anwenden und auswerten. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten und Hintergründe im Internet. können die Sachinhalte von Videos, Clips und Applets auf ihre Richtigkeit überprüfen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. müssen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben eine gewissen Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden diskutieren zu können.

Die Schülerinnen und Schüler stärken ihre Kompetenzen im Hör-/Sehverstehen, Sprechen und ihre interkulturellen Kompetenzen, indem sie mit einer Folge "Explained" (Netflix) arbeiten, die "The Racial Wealth Gap", ein wichtiges Thema zum strukturellen Rassismus in den USA, erklärt. Diese Unterrichtseinheit lässt sich in der Oberstufe innerhalb des Themenfeldes "American Myths and Realities – freedom and equality" zum Thema des strukturellen Rassismus in den USA einordnen. Die Doppelstunde konzentriert sich auf eine Folge der Netflix-Seite "Explained" zum Thema "The Racial Wealth Gap", die nachweist, dass sich die Wohlstandskluft zwischen BIPoCs und der weiß positionierten Bevölkerung aufgrund der Historie und des unterschiedlichen Wohlstandsstarts über Generationen hinweg seit dem Ende der Sklaverei immer noch nicht geschlossen hat. In dieser Einheit werden zahlreiche Kompetenzen gleichzeitig gefördert: das Hör-/Sehverstehen, indem die Schülerinnen und Schüler Fragen zur Folge beantworten das Sprechen, indem sie sich immer wieder mit Sitznachbarinnen und -nachbarn austauschen interkulturelle Kompetenzen im Bereich des Orientierungswissens, da sie mehr über die Hintergründe des strukturellen Rassismus in den USA lernen kritisch zu reflektieren, wie Sprache verwendet wird und inwiefern die Begrifflichkeit von manchen Menschen kritisch gesehen wird methodische Kompetenzen im Bereich des Hör-/Sehverstehens durch verschiedene Aufgabenformate Außerdem wird das Material einer heterogenen Schülerschaft gerecht, indem es zu jeder Phase Unterstützungssysteme anbietet. Die Fragen zur Folge sind zusätzlich heterogen gestaltet und zeigen eine Bandbreite von geschlossenen zu offeneren Aufgaben, sodass sie verschiedene Lernniveaus ansprechen. Abiturthema USA – struktureller Rassismus Das vorliegende Thema lässt sich im Abiturthema "American Myths and Realities – freedom and equality" verorten. Der strukturelle Rassismus in den USA ist seit Beginn des transatlantischen Sklavenhandels ein wichtiges Thema in der Gesellschaft und wird den Schülerinnen und Schülern insbesondere durch die "Black Lives Matter"-Bewegung und die "Civil Rights"-Bewegung bereits bekannt sein. Die Auseinandersetzung mit der "Racial Wealth Gap" hilft den Schülerinnen und Schülern dabei, strukturellen Rassismus zu verstehen und zeigt faktenbasiert auf, wie dieser den Alltag zahlreicher Generationen und Familien beeinflusst hat und immer noch beeinflusst. Die Lernenden können hier erkennen, dass der amerikanische Traum für die Mehrheit der Gesellschaft nicht funktioniert . So zeigt sich hier, dass selbst der gleiche Schulabschluss, die gleichen Bemühungen etc. nicht zum gleichen Wohlstand führen, wenn die Herkunft der Familie eine andere ist, was der amerikanische Traum hingegen verspricht. Sprache im Fokus Gleichzeitig setzen sie sich kritisch mit Sprache und den Begrifflichkeiten "race – racism" auseinander. Wichtig für die unterrichtende Lehrkraft ist zu wissen, dass der Begriff "race" im Englischen eine andere Bedeutung hat als in der deutschen Sprache und nicht direkt übersetzt werden kann (siehe weiterführende Links 4 und 5). In der englischen Sprache wird er als ein soziales Konstrukt angesehen. Trotzdem wird der Begriff auch in der englischen Sprache kritisiert (siehe weiterführender Artikel "Abandon Race. Focus on Racism") und sollte besprochen und diskutiert werden. Dazu gibt es am Ende der PowerPoint-Präsentation eine hilfreiche Folie. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler schulen ihr Hör-/Sehverstehen in der englischen Sprache. lernen Ursachen für große Wohlstandsdifferenzen kennen, je nach Herkunft der Familie, die dann bereits vor Generationen bestimmt wurden. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben unterschiedliche Aufgabenformate des Hör-/Sehverstehens zu bedienen. recherchieren Definitionen im Internet und halten die Quellen für diese fest. üben die Methode des Brainstormings, um sich unbekannte Lerninhalte Schritt für Schritt zu erschließen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler werden in der Teamarbeit geschult, indem sie kontroverse Inhalte gemeinsam diskutieren und ihre eigene Meinung vertreten.

In dieser Unterrichtseinheit werden mithilfe des Augmented Reality (AR) Modus der Software GeoGebra die platonischen Körper entdeckt. Mit AR wird die Realität um mathematische Elemente – wie fiktive Körper und Flächen – erweitert, die dann sehr anschaulich im Raum untersucht werden können. Geometrische Körper am Bildschirm darzustellen und zu erforschen, ist für Lernende sehr anschaulich. Eine spannende und gewinnbringende Forschungsumgebung ist der AR-Modus bei GeoGebra. Für die Verwendung des AR-Modus ist die Nutzung eines mobilen Endgerätes nötig. Hier steht den Lernenden ihre reale Umgebung – mithilfe der Kamera des mobilen Endgerätes um virtuelle Dinge erweitert – zur Verfügung. Die Schülerinnen und Schüler können so im Zusammenspiel von der digitalen und analogen Darstellung Flächen, Körper und die platonischen Körper detaillierter und verständlicher erfassen . Die vielfältigen Wege bei dem Einsatz und der Verwendung des AR-Modus ermöglichen es den Lernenden, schnell und individuell Erkenntnisse selbst zu erarbeiten und zu überprüfen. Der nötige Einsatz von mobilen Endgeräten stellt dabei für die Lernenden in der Regel keine Herausforderung dar. Darüber hinaus besteht ein Teil dieser Unterrichtseinheit auch aus Rechercheaufträgen zu Begriffsdefinitionen und ihrer Bedeutung. In der anbei zum Download bereitstehenden ZIP-Datei mit allen Materialien stehen für die Lehrkraft zusätzlich zwei kurze Demonstrationsvideos des GeoGebra AR-Modus bereit. Lehrpläne sehen in verschiedenen Bereichen den "Kontakt" zu platonischen Körpern vor. Über die besonderen Eigenschaften regelmäßiger Vielecke erfassen die Lernenden diese als Begrenzungsflächen für die platonischen Körper. Bei der Art der verwendeten dynamischen GeoGebra-Dateien mit dem AR-Modus können die Schülerinnen und Schüler die Zusammenhänge und Besonderheiten der Flächen "mit der Hand erfassen" und umfangreiche Erfahrungen zu den platonischen Körpern sammeln. Platonische Körper sind wiederum ein Teil der konvexen Polyeder – auch bezüglich dieser Art Körper erfassen die Lernenden viel durch Experimentieren im AR-Modus von GeoGebra. Fachbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler lernen mathematische Darstellungen kennen und verwenden diese. lösen mathematisch Probleme und stellen diese am mobilen Endgerät und am PC dar. üben mathematisches Modellieren. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entdecken Augmented Reality. setzen mobile Endgeräte im Unterricht ein. präsentieren digital. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten im Team. steigern ihr Selbstwertgefühl und ihre Eigenverantwortung (Rückmeldungen zu Lösungsstrategien). zeigen durch offene Fragestellungen Engagement und Motivation und stoßen auf neue Ideen.