Julia Woithe

Unterrichtsmaterial Teilchenphysik – Status Quo – 16. November 2013

Kickoff-Meeting in Dresden

16.11.2013

Inhalt

1. BIG IDEAS DER TEILCHENPHYSIK2. STATUS: TEILCHENPHYSIK IN DEN

LEHRPLÄNEN3. EVALUATION DER ALUMNI DES

GERMAN TEACHERS PROGRAMME4. STATUS: MATERIALIEN DES

NETZWERKS TEILCHENWELT

BIG IDEAS DER TEILCHENPHYSIK

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)

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

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

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

• 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

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

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

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

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

STATUS: TEILCHENPHYSIK IN DEN LEHRPLÄNEN

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

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.)

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)

• …

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

BEFRAGUNG DER ALUMNI DES GERMAN TEACHERS PROGRAMME AM CERN

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

ERGEBNISSE

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

ERGEBNISSE

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

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.

STATUS: MATERIALIEN DES NETZWERKS TEILCHENWELT

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)

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

Hier ist Platz für Ihre Ideen!