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Julia Woithe
Unterrichtsmaterial Teilchenphysik – Status Quo – 16. November 2013
Kickoff-Meeting in Dresden
16.11.2013
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Inhalt
1. BIG IDEAS DER TEILCHENPHYSIK2. STATUS: TEILCHENPHYSIK IN DEN
LEHRPLÄNEN3. EVALUATION DER ALUMNI DES
GERMAN TEACHERS PROGRAMME4. STATUS: MATERIALIEN DES
NETZWERKS TEILCHENWELT
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BIG IDEAS DER TEILCHENPHYSIK
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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)
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Beispiel: Big Ideas nach Michael Kobel
1. Prinzip der Vereinfachung 2. Konzept der Wechselwirkungen 3. Austauschteilchen 4. Ladung als Eigenschaft eines Teilchens5. Kopplungsstärke 6. Elementarteilchen 7. Übergang klass. - relativistische Physik 8. Symmetrien & Erhaltungssätze 9. Forschungsmethoden 10. Technologietransfer
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Beispiel: Big Ideas nach Michael Kobel
1. Prinzip der Vereinfachung 2. Konzept der Wechselwirkungen 3. Austauschteilchen 4. Ladung als Eigenschaft eines Teilchens5. Kopplungsstärke 6. Elementarteilchen 7. Übergang klass. - relativistische Physik 8. Symmetrien & Erhaltungssätze 9. Forschungsmethoden 10. Technologietransfer
unterstrichen: auch von Lehrern der Lehrerfortbildung am CERN genannt
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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
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• 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
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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 0 1 2 3 4 5
Bedeutung für Schüler (0 - unwichtig ... 5 - sehr wichtig)
Michael KobelLehrer des GTP 27.10.-01.11.13
Bedeutung des Konzepts für Schüler
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0 1 2 3 4 5
Komplexität (0 - trivial ... 5 - sehr abstrakt/komplex)
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 KobelLehrer des GTP 27.10.-01.11.13
Komplexität des Konzepts
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0 1 2 3 4 5
Mein Wissen zu dem Konzept (0 - kein Vorwissen ... 5 - könnte ich sicher un-
terrichten)
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 KobelLehrer des GTP 27.10.-01.11.13
Wissen über das Konzept
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Interessante Zusammenhänge
0 1 2 3 4 50
1
2
3
4
5
R² = 0.691919798817173
Bedeutung für Schüler
Mei
n W
isse
n üb
er d
as T
hem
a
0 1 2 3 4 50
1
2
3
4
5
R² = 0.643609954021776
Bedeutung für Schüler
Kom
plex
ität
0 1 2 3 4 50
1
2
3
4
5
R² = 0.67933652138093
Mein Wissen über das Thema
Kom
plex
ität
Korrelationskoeffizienten |r|> 0,8
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STATUS: TEILCHENPHYSIK IN DEN LEHRPLÄNEN
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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: http://www.kmk.org/dokumentation/lehrplaene/uebersicht-lehrplaene.html
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Zusammenfassung
TP im Pflichtbereich TP im Wahlbereich TP kommt nicht vorBaden‐Württemberg
Berlin Niedersachsen
Bayern (6 Std.) Brandenburg Sachsen
Bremen Hessen Thüringen
Hamburg Rheinland‐Pfalz (10 Std.)
Mecklenburg‐Vorpommern
Saarland
NRW (12 bzw. 6 Std.) Sachsen-Anhalt (4 Std.)
Schleswig‐Holstein (8 Std.)
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Beispiel NRW, LK ab 01.08.2014Lerninhalte:
• 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)
• …
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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
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BEFRAGUNG DER ALUMNI DES GERMAN TEACHERS PROGRAMME AM CERN
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CERN ALUMNI BEFRAGUNG
• von Gerfried Wiener, PJAS III.• 27. Juni - 27. Juli 2012• Teilnehmerzahl: 100• alle Angaben in Absolutzahlen
3664
Weiblich
Männlich
Lehre/Schule
Fortbildung
Schulverwaltung
Wissenschaft
Sonstiges
0 12 24 36 48 60 72 84
FunktionZusammensetzung
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ERGEBNISSE
Die Inhalte der modernen Physik (speziell: Teilchenphysik, Astroteilchenphysik) sollten im Unterricht eine größere Rolle spielen.
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ERGEBNISSE
Das Angebot an Materialien zur Teilchenphysik (zB: Bücher, Internet, NTW Forum) ist zufriedenstellend.
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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.
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STATUS: MATERIALIEN DES NETZWERKS TEILCHENWELT
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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)
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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
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Hier ist Platz für Ihre Ideen!