Fachbereich Mathematik-Naturwissenschaften-Informatik

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 in der Sekundarstufe I vermittelt wichtige grundlegende Kenntnisse und

Qualifikationen, indem er Einsichten in Naturvorgänge eröffnet und für ein besseres Verständnis unserer natürlichen und technischen Umwelt sorgt. Dabei lernen Schülerinnen und Schüler physikalische Sichtweisen kennen und erfahren Möglichkeiten und Grenzen naturwissenschaftlichen Denkens.

Der Physikunterricht der gymnasialen Oberstufe baut auf dem Physikunterricht der Sekundarstufe I auf und führt die in den Richtlinien und Lehrplänen Physik, Gymnasium Sekundarstufe I formulierten Aufgaben und Ziele des Faches fort. Er integriert und vertieft dort begonnene Konzepte (z. B. Energiekonzept), intensiviert die Quantifizierung physikalischer Phänomene, präzisiert Modellvorstellungen, thematisiert Modellbildungsprozesse, führt hin zu umfangreicherer Theoriebildung und berücksichtigt verstärkt wissenschaftstheoretische und philosophische Aspekte. Er nutzt in inhaltlicher und zeitlicher Hinsicht in erhöhtem Maße selbstständige und kooperative Arbeitsformen.

Untersuchungen physikalischer Fragestellungen knüpfen an Erfahrungen und Kenntnissen der Schülerinnen und Schüler aus deren Lebenswelt an. Der Physikunterricht vermittelt ihnen solche fachlichen Kompetenzen, die es gestatten, sich mit physikalischen Methoden den mit Hilfe der Physik beschreibbaren Bereich des jeweiligen Wirklichkeitsausschnitts zu erschließen. Darüber hinaus gestattet er, in einer differenzierten Sichtweise fundierte Analysen, Begründungen und Bewertungen für die Relevanz des physikalischen Teilbeitrags zur Klärung des in einem größeren Rahmen angesprochenen Gesamtproblems zu geben. Die Anbindung von physikalischen Fragestellungen an die Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler impliziert fächerverbindende und fachübergreifende Vorgehensweisen, ohne die eine lebenspraktische Bedeutsamkeit der untersuchten Fragestellungen nur schwer erkannt werden kann.

Die Betrachtung und Erschließung von komplexen Ausschnitten der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler erfordert in hohem Maße Kommunikations- und Handlungsfähigkeit, die insbesondere durch die angemessene Berücksichtigung selbstständiger und kooperativer Arbeitsformen gefördert werden kann.

Zur Gewährleistung der individuellen Förderung im Fach Physik dienen folgende Aspekte:

Äußere Differenzierung:

  • NW-Profilklasse
  • Physik-AG
  • Physik-Informatik(WPII)
  • Teilnahme an Wettbewerben (z.B. Freestyle-Physik)

Binnendifferenzierung:

Wir sind bestrebt die SuS individuell und d.h. binnendifferenziert zu fördern, wann immer die Rahmenbedingungen es zulassen.

  • Schülerexperimente
  • Gruppenarbeit
  • Referate
  • Stationenlernen
  • Kooperative Lernformen

Exkursionen und Zusammenarbeit mit außerschulischen Partnern:

  • RUB-Schülerlabor
  • Kooperation bei Facharbeiten mit der Physik-Didaktik der RUB
  • Museumsbesuche (Phänomenta Lüdenscheid, Planetarium, Sternwarte, etc.)

Biologie

Chemie

„Die Chemie ist eine Wissenschaft, welche der ausgebreitesten Anwendung und dem gränzenlosesten Einflusse aufs Leben sich erweist“

Johann Wolfgang von Goethe

Dieser 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 Q 1 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 Q 2 sind Makromoleküle-sowohl künstliche als auch natürliche- ein Thema; dabei geht es sowohl um Polypeptide- 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. Als vergleichsweise junge Wissenschaft 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 Computer und Informatiksystemen:            
Erstellen von Präsentationen und Tabellenkalkulationen, Bedienung und Einrichtung von E-Mail-Programme, 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. Näheres 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, Rolf Mittendorf (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