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Unterrichtsmaterial Teilchenphysik – Status Quo – 16. November 2013 Kickoff-Meeting in Dresden 16.11.2013Julia Woithe.

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1 Unterrichtsmaterial Teilchenphysik – Status Quo – 16. November 2013 Kickoff-Meeting in Dresden Julia Woithe

2 Inhalt 1.BIG IDEAS DER TEILCHENPHYSIK 2.STATUS: TEILCHENPHYSIK IN DEN LEHRPLÄNEN 3.EVALUATION DER ALUMNI DES GERMAN TEACHERS PROGRAMME 4.STATUS: MATERIALIEN DES NETZWERKS TEILCHENWELT

3 BIG IDEAS DER TEILCHENPHYSIK

4 Die Frage nach Lernzielen Dissertation Stephanie Münstermann: Entwicklung, Durchführung und Evaluation einer Lehrerfortbildung zum Thema Elementarteilchenphysik für NRW. (inkl. Befragung von Teilchenphysikern zu den Big Ideas der Teilchenphysik)

5 Beispiel: Big Ideas nach Michael Kobel 1.Prinzip der Vereinfachung 2.Konzept der Wechselwirkungen 3.Austauschteilchen 4.Ladung als Eigenschaft eines Teilchens 5.Kopplungsstärke 6.Elementarteilchen 7.Übergang klass. - relativistische Physik 8.Symmetrien & Erhaltungssätze 9.Forschungsmethoden 10.Technologietransfer

6 Beispiel: Big Ideas nach Michael Kobel 1.Prinzip der Vereinfachung 2.Konzept der Wechselwirkungen 3.Austauschteilchen 4.Ladung als Eigenschaft eines Teilchens 5.Kopplungsstärke 6.Elementarteilchen 7.Übergang klass. - relativistische Physik 8.Symmetrien & Erhaltungssätze 9.Forschungsmethoden 10.Technologietransfer unterstrichen: auch von Lehrern der Lehrerfortbildung am CERN genannt

7 Befragung von Lehrkräften zu den Big Ideas am Ende des letzten Lehrerworkshops am CERN 35 Lehrkräfte Big Ideas nach Häufigkeit ihrer Nennung: 71% Forschungsmethoden (Detektoren, Beschleuniger) 69% Elementarteilchen 34% Wechselwirkungen 20% Technologietransfer (medizinische Anwendungen) 3% Symmetrien & Erhaltungssätze 11% Rechtfertigung Grundlagenforschung 9% Modelle/Erkenntniswege 6% Offene Fragen

8 Grundlage: Big Ideas von Michael Kobel “Bitte beurteilen Sie die Bedeutung des jeweiligen Konzeptes für Schüler der Sekundarstufe II und den Grad der Komplexität des Konzeptes für Schüler sowie ihr persönliches Wissen über das Konzept auf einer Skala von 0 bis 5.” Vergleich Teilchenphysiker - Lehrkräfte

9 1 Prinzip der Vereinfachung 2 Wechselwirkungen 3 Austauschteilchen 4 Ladung als Eigenschaft eines Teilchens 5 Kopplungsstärke 6 Elementarteilchen 7 Übergang klass. – relativ. Physik 8 Symmetrien & Erhaltungssätze 9 Forschungsmethoden 10 Technologietransfer Michael Kobel Lehrer des GTP Bedeutung des Konzepts für Schüler

10 1 Prinzip der Vereinfachung 2 Wechselwirkungen 3 Austauschteilchen 4 Ladung als Eigenschaft eines Teilchens 5 Kopplungsstärke 6 Elementarteilchen 7 Übergang klass. – relativ. Physik 8 Symmetrien & Erhaltungssätze 9 Forschungsmethoden 10 Technologietransfer Michael Kobel Lehrer des GTP Komplexität des Konzepts

11 1 Prinzip der Vereinfachung 2 Wechselwirkungen 3 Austauschteilchen 4 Ladung als Eigenschaft eines Teilchens 5 Kopplungsstärke 6 Elementarteilchen 7 Übergang klass. – relativ. Physik 8 Symmetrien & Erhaltungssätze 9 Forschungsmethoden 10 Technologietransfer Michael Kobel Lehrer des GTP Wissen über das Konzept

12 Interessante Zusammenhänge Korrelationskoeffizienten |r|> 0,8

13 STATUS: TEILCHENPHYSIK IN DEN LEHRPLÄNEN

14 Übersicht: Teilchenphysik in den Lehrplänen Lehrplanvergleich: Wo kommt die Teilchenphysik in der Sekundarstufe II in den Lehrplänen der 16 Bundesländer Deutschlands vor? Konrad Jende 2011 / Aktualisierung 2013: Thomas Unkelbach Übersicht Lehrpläne: e/uebersicht-lehrplaene.html e/uebersicht-lehrplaene.html

15 Zusammenfassung TP im PflichtbereichTP im WahlbereichTP kommt nicht vor Baden ‐ Württemberg BerlinNiedersachsen Bayern (6 Std.)BrandenburgSachsen BremenHessenThüringen Hamburg Rheinland ‐ Pfalz (10 Std.) Mecklenburg ‐ Vorpommern Saarland NRW (12 bzw. 6 Std.)Sachsen-Anhalt (4 Std.) Schleswig ‐ Holstein (8 Std.)

16 Beispiel NRW, LK ab Lerninhalte: Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen (Kontext: Forschung an Teilchenbeschleunigern) Austauschteilchen der fundamentalen Wechselwirkungen Konzept der Austauschteilchen vs. Feldkonzept Kernbausteine und Elementarteilchen Lernziele: Die Schülerinnen und Schüler systematisieren mithilfe des heutigen Standardmodells den Aufbau der Kernbausteine und erklären mit ihm Phänomene der Kernphysik (UF3) …

17 Vergleich: Lehrpläne – Big Ideas Elementarteilchen: 8 von 16 BL Forschungsmethoden: 7 von 16 BL Wechselwirkungen: 6 von 16 BL Austauschteilchen: 4 von 16 BL Offene Fragen: 2 von 16 BL

18 BEFRAGUNG DER ALUMNI DES GERMAN TEACHERS PROGRAMME AM CERN

19 CERN ALUMNI BEFRAGUNG von Gerfried Wiener, PJAS III. 27. Juni Juli 2012 Teilnehmerzahl: 100 alle Angaben in Absolutzahlen FunktionZusammensetzung

20 ERGEBNISSE Die Inhalte der modernen Physik (speziell: Teilchenphysik, Astroteilchenphysik) sollten im Unterricht eine größere Rolle spielen.

21 ERGEBNISSE Das Angebot an Materialien zur Teilchenphysik (zB: Bücher, Internet, NTW Forum) ist zufriedenstellend.

22 Zitate Falls nicht zutreffend, was fehlt Ihnen? Konkrete Aufgaben oder Informationen, die den Bezug zum CERN als auch zum Rahmenplan haben. Das Material könnte - soweit möglich - näher an den Lehrplänen orientiert sein. Weitere Idee für die Umsetzung im Unterricht. Praktisches Unterrichtsmaterial wie etwa Arbeitsblätter oder kurze Videosequenzen. Konkrete, didaktisch aufbereitete Zugänge.

23 STATUS: MATERIALIEN DES NETZWERKS TEILCHENWELT

24 Materialien für Lehrkräfte  Teilchenphysik – Forschung und Anwendungen (Informationen und Anregungen)  Das Standardmodell der Teilchenphysik (Hintergrundinformationen)  Die vier Wechselwirkungen (Arbeitsblatt)  Der ATLAS-Detektor (Arbeitsblätter, Filmsequenzen)  Selbstbau einer Nebelkammer (Experimentieranleitung)  Teilchen-Steckbriefe (Karten, Hinweise für Lehrkräfte)

25 Ziel: Roter Faden durch die Teilchenphysik Mit Materialien, die...  vielseitig im Unterricht einsatzbar sind  verschiedene Formate zur Wissensvermittlung und Übung enthalten  sinnvoll zu Einheiten zusammengesetzt werden können

26 Hier ist Platz für Ihre Ideen!


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