Information zu mathemathisch-naturwissenschaftlichen Fächern

Mathematik

„Die Mathematik als Fachgebiet ist so ernst, daß man keine Gelegenheit versäumen sollte, dieses Fachgebiet unterhaltsamer zu gestalten.“

Blaise Pascal

Den Versuch, dies zu erreichen, unternimmt an der Goethe-Schule die Fachschaft Mathematik. Natürlich hat die Fachschaft neben dem Spaß an der Mathematik auch andere Aufgaben und Ziele festgelegt.

Schülerinnen und Schüler sollen im Mathematikunterricht

  • Erscheinungen aus Natur, Gesellschaft und Kultur mithilfe der Mathematik wahrnehmen und verstehen (Mathematik als Anwendung),
  • mathematische Gegenstände und Sachverhalte, repräsentiert in Sprache, Symbolen und Bildern, als geistige Schöpfungen verstehen und weiterentwickeln (Mathematik als Struktur) sowie
  • in der Auseinandersetzung mit mathematischen Fragestellungen auch überfachliche Kompetenzen erwerben und einsetzen (Mathematik als kreatives und intellektuelles Handlungsfeld)

Hierbei erkennen sie, dass Mathematik eine historisch gewachsene Kulturleistung darstellt. Zugleich erleben sie Mathematik als intellektuelle Herausforderung und als Möglichkeit zur individuellen Selbstentfaltung und gesellschaftlichen Teilhabe. Sie entwickeln personale und soziale Kompetenzen, indem sie lernen

  • gemeinsam mit anderen mathematisches Wissen zu entwickeln und Probleme zu lösen (Kooperationsfähigkeit als Voraussetzung für gesellschaftliche Mitgestaltung) sowie
  • Verantwortung für das eigene Lernen zu übernehmen und bewusst Lernstrategien einzusetzen (selbstgesteuertes Lernen als Voraussetzung für lebenslanges Lernen)

Mathematische Grundbildung umfasst die Fähigkeit, die Rolle zu erkennen, die Mathematik in der Welt spielt, mathematisches Wissen funktional, flexibel und mit Einsicht zur Bearbeitung vielfältiger kontextbezogener Probleme einzusetzen und begründete mathematische Urteile abzugeben. Sie beinhaltet insbesondere die Kompetenz des problemlösenden Arbeitens in inner- und außermathematischen Kontexten. Grundlegend dafür ist die Fähigkeit, komplexe Probleme zu strukturieren sowie reale Probleme in geeigneter Weise mathematisch zu beschreiben, also Modelle zu bilden und zu nutzen.

Ebenso gehört zur mathematischen Grundbildung die Fähigkeit, mit anderen über mathematische Fragestellungen zu kommunizieren, d.h. eigene Ideen zu präsentieren und zu begründen sowie die Argumente anderer aufzunehmen.

Diese Kompetenzen bilden sich bei der aktiven Auseinandersetzung mit konkreten Fragestellungen aus den Kernbereichen des Faches Mathematik heraus: Die Mathematik erfasst ebene und räumliche Gebilde mit Mitteln der Geometrie. Für die Operationen mit Zahlen in der Arithmetik hat die Mathematik die Formelsprache der Algebra entwickelt, mit der sich Gesetzmäßigkeiten des Zahlenrechnens darstellen und flexibel nutzen lassen. Zu den Leistungen der Mathematik gehört ferner, dass sie sowohl systematische Abhängigkeiten von Zahlen und Größen mit dem Begriff der Funktion, aber auch zufällige Ereignisse mit dem Begriff der Wahrscheinlichkeit beschreiben kann.

Mathematische Grundbildung zeigt sich also im Zusammenspiel von Kompetenzen, die sich auf mathematische Prozesse beziehen, und solchen, die auf mathematische Inhalte ausgerichtet sind. Prozessbezogene Kompetenzen wie z.B. das Problemlösen oder das Modellieren werden immer nur bei der Beschäftigung mit konkreten Lerninhalten, also unter Nutzung inhaltsbezogener Kompetenzen, erworben und weiterentwickelt.

Physik

Der Physikunterricht der Goethe-Schule soll dazu beitragen, den Schülern eine naturwissenschaftliche Grundbildung zu vermitteln, die es den Schülern ermöglicht, physikalische Erscheinungen in der Natur zu erkennen, die Funktionsweise technischer Geräte nachzuvollziehen sowie aktiv und selbstbestimmt zu handeln und aktiv an gesellschaftlicher Kommunikation und Meinungsbildung teilzuhaben.

Ziele des Physikunterrichts:

  • Naturwissenschaftliche Grundbildung
  • Physikalische Erscheinungen in der Natur entdecken
  • Funktionsweise technischer Geräte nachvollziehen
  • Aktives und selbstbestimmtes Handeln sowie Teilhabe an gesellschaftlicher Kommunikation und Meinungsbildung

Der Unterricht:

  • motivierend
  • schüleraktivierend
  • praxisnahe Bespiele
  • Schülerexperimente

Beispiele:

  • Bau von Energiesparhäusern im Bereich Wärmelehre
  • Konstruktion von Klingeln im Bereich Magnetismus und Elektrizität

Biologie

Der Biologieunterricht der Goethe-Schule eröffnet den Schülerinnen und Schülern Einblicke in Bau und Funktion des eigenen Körpers und leistet so einen wichtigen Beitrag zur Gesundheitserziehung. Dies ist die Grundlage für ein gesundheitsbewusstes und umweltverträgliches Handeln sowohl in individueller als auch in gesellschaftlicher Verantwortung.

Ziele des Biologieunterrichts:

  • Naturwissenschaftliche Grundbildung
  • Natur entdecken und Auseinandersetzung mit dem Lebendigen
  • Anwendung naturwissenschaftlicher Methoden und Umgang mit Modellen
  • Sensibilisierung für ein gesundheitsbewusstes und umweltverträgliches Handeln sowohl in individueller als auch in gesellschaftlicher Verantwortung

Der Unterricht:

  • motivierend
  • schüleraktivierend
  • naturbezogene Beispiele
  • Exkursionen
  • Schülerexperimente

Beispiele:

  • Abhängigkeit der Fotosynthese von Außenfaktoren
  • Bau eines Insektenhotels (Foto im Anhang)

 

Chemie

Die Chemie ist eine Wissenschaft, „welche von der ausgebreitetsten Anwendung und dem grenzenlosesten Einfluss aufs Leben sich erweist.“

Johann Wolfgang von Goethe

Diese Einschätzung von Goethe versuchen wir, die Chemielehrerinnen und -lehrer der Goethe-Schule, den Schülerinnen und Schülern nahezubringen. Den Einfluss der Chemie auf ihr Leben zeigen ihnen Versuche zu Nahrungsmitteln und Inhaltstoffen von Mineralwässern sowie deren Bedeutung für die Gesundheit. Andererseits zeigen Unterrichtseinheiten zu Gebrauchsmetallen (Eisen, Kupfer), wie diese hergestellt werden, aber auch, dass die Ressourcen knapp sind und Recyclingverfahren sinnvoll sind, bei denen wiederum chemische Prozesse bedeutsam sind. In der Qualifikationsphase Q1 werden die experimentellen Untersuchungen komplexer, teils rechnergestützt. Neben der Herstellung von Aromastoffen (ausgehend von Alkohol) werden auch die chemische Speicherung von Energie in Batterien, alternative Kraftstoffe oder die Funktionsweise von Brennstoffzellen behandelt. In der Q2 sind Makromoleküle – sowohl künstliche als auch natürliche – ein Thema; dabei geht es sowohl um Polypeptide und Eiweiße im Körper als auch um moderne Kunststoffe für Technik und Alltag, z.B. für Funktionskleidung oder Getränkeflaschen. Herstellung und Verarbeitung werden ebenso behandelt wie die Umweltgefährdungen durch die Makromoleküle. Hierbei können die Schülerinnen und Schüler nachvollziehen, wie Werkstoffe designt werden. Als weiteres Thema wird behandelt, wie Farbstoffe unser Leben bunter machen, z.B. durch die Einfärbung von Fasern für Kleidung. Auch wenn Goethe die Makromoleküle gar nicht kannte, mit Farben hat er sich intensiv in seiner Farbenlehre beschäftigt. Sein Zitat zur Chemie ist heute so aktuell wie damals!

Informatik

Informatik ist die „Wissenschaft von der systematischen Verarbeitung von Informationen, besonders der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Digitalrechnern“, so steht es im Duden Informatik. Bei einer vergleichsweise jungen Wissenschaft wie ihr unterliegen die Inhalte großen Änderungen, ebenso wie sich die Kultur und die Gesellschaft durch die Informatik stark verändert haben und noch verändern werden.

Die Schule, die auch der Allgemeinbildung verpflichtet ist, muss diese Veränderungen aufgreifen, ohne sich auf spezielle Themen und Systeme einengen zu lassen. Deshalb müssen neben der Benutzung von Computern auch generelle Prinzipien und Methoden der Informatik sowie deren Auswirkungen in der Gesellschaft im Unterricht behandelt werden.

Im Unterricht werden Kompetenzen aus Inhalts- und Prozessbereichen vermittelt (ähnlich wie in der Mathematik).

Der Inhaltsbereich beinhaltet die Darstellung von Informationen und effiziente Verfahren (Algorithmen) zur Lösung von Problemen, auch ansatzweise in der Theorie (Automaten). Außerdem werden verschiedene Informatiksysteme (z.B. Datenbanken) und die gesellschaftlichen Auswirkungen thematisiert.

Der Prozessbereich ist mit dem Inhaltsbereich verzahnt. Hier geht es um die sinnvolle Modellierung von Problemen zur Vereinfachung von Lösungen. Ein wichtiges Prinzip ist das Strukturieren in Teilprobleme. Hierzu gehört natürlich auch das Bewerten vorhandener Lösungen.

Der Unterricht ist selbstverständlich an den Lehrplänen für das Fach ausgerichtet (soweit vorhanden), insbesondere in Hinblick auf eine optimale Abiturvorbereitung. Darüber hinaus orientieren wir uns an den von der Gesellschaft Informatik e.V. 2008 verabschiedeten Bildungsstandards.

An der Goethe-Schule gibt es drei Stufen der Informatikausbildung:

  • Informations- und kommunikationstechnische Grundbildung in der Klasse 7 (ITG)

Schwerpunkt ist hier die Benutzung von Computern und Informatiksystemen:            
Erstellen von Präsentationen und Tabellenkalkulationen, Bedienung und Einrichtung von E-Mail-Programmen, Internet-Recherche, Erstellen von Internetseiten, Bild- und Videobearbeitung.

Im naturwissenschaftlichen Zweig fließen Informatikthemen bereits ab der Klasse 5 ein.

  • Wahlpflichtfach Physik / Informatik in der Differenzierung der Klassen 8 und 9

Im Informatikteil werden erste Programmiererfahrungen gesammelt: komplexe Berechnungen mit einer Tabellenkalkulation, Einführung in die Programmierung und in die Theorie mit der virtuellen Programmierumgebung von Kara, Programmieren eines Lego-Roboters usw. Nähere Informationen gibt es im Faltblatt zur Differenzierung.

Im Physikteil werden entsprechend die Grundlagen elektronischer Schaltungen vermittelt: Wie ist ein Taschenrechner aufgebaut? Wie funktioniert ein Computer? Wie werden Informationen im Computer dargestellt? Wie funktionieren die Sensoren des Lego-Roboters? usw.

Die Teile werden jeweils von entsprechenden Fachlehrern unterrichtet.

  • Grundkurs Informatik in Sekundarstufe II

In der Oberstufe wird ein Einstieg in die objektorientierte Modellierung mit UML und Programmierung mit Java gegeben. Es werden Such- und Sortierverfahren, Client-Server-Programmierung, Automatentheorie und ggf. die Modellierung und Programmierung von Datenbanken behandelt.

In der Informatikausbildung engagieren sich zurzeit an der Goethe-Schule folgende Lehrer:

Jürgen Schröder (ITG), Dr. Renate Beckmann (Differenzierung und Sek. II)

Ansprechpartner:

Bei Fragen steht ihnen gerne unser MINT-Beauftragter und naturwissenschaftlicher Koordinator Till Franzke zur Verfügung: t.franzke@goethe-schule.de

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