Mathematik und Physik koordiniert unterrichten

Eine Serie von IMST-Projekten im Realgymnasium

Waltraud Knechtl, Christa Preis, Gerhard Rath, Norbert Steinkellner
BRG Kepler Graz

Die Serie begann in der 5. Klasse und wurde anschließend in der Unterstufe fortgesetzt. Daher gibt es von der Oberstufe (5-8) ausgearbeitete Webseiten. Die 2.-4. Klasse ist in Form der Projektberichte (Link zur Seite im IMST Wiki) vertreten, Materialien finden sich aber auf einer moodle-Plattform (für Gäste frei).

Oberstufe	5. Klasse	6. Klasse	7. Klasse	8. Klasse	Gesammelte Aufgaben (pdf)
Unterstufe	2. Klasse Kurs: Zuordnungen und Verhältnisse	3. Klasse Kurse: Größenordnungen Fahrrad	4. Klasse Kurs: Linsengleichung
Weitere Materialien	Artikel in plus lucis	Vortrag am Tag der Mathematik	Moodle-Kurs für Lehrerfortbildung

 

Die beiden Gegenstände begannen mit vielen Gemeinsamkeiten, im 20. Jahrhundert ging die Entwicklung jedoch in verschiedene Richtungen. Für heutige Schülerinnen und Schüler überwiegen vielleicht schon die Unterschiede: Die Physik macht sich ihre Mathematik, die Mathematik nimmt sich aus der Physik, was sie gerade braucht.

Wir gingen von der Annahme aus, dass dieses wenig verbundene Nebeneinander im Bewusstsein der Schülerinnen und Schüler zu einer gegenseitigen Entwertung beider Fächer führt und damit zu schlechten Ergebnissen in den PISA Untersuchungen beiträgt. Unser Ziel war, dem entgegenzuwirken, indem jedes Fach das andere unterstützt und ergänzt.

Methodisch zielten wir auf ein möglichst übertragbares Konzept. Da die beteiligten Lehrkräfte das jeweils andere Fach nicht selbst als Zweitfach hatten, planten wir parallele Sequenzen, in denen mehrmals im Schuljahr der Unterricht aus beiden Fächern eng aufeinander abgestimmt wurde. Dies konnte so aussehen, dass im Physikunterricht experimentelle Daten erhoben wurden, welche dann im Mathematikunterricht modelliert und in Physik interpretiert wurden.

Inhaltliche Beispiele für solche Sequenzen (Oberstufe):

• Größenordnungen – Zehnerpotenzen
• Winkelfunktionen – Schwingungen / Wellen
• Funktionen – Kinematik
• Komplexe Zahlen – Wechselstrom
• Trigonometrie – Kräftezerlegung
• Differentialrechnung – Induktion
• Vektoren – Impuls
• Differentialgleichungen – Radioaktiver Zerfall
• Exponentialfunktion – Abnahmeprozesse
• Integralrechnung – Arbeit im Gravitationsfeld

Was bringt das koordinierte Unterrichten?

Die Mathematik braucht Kontexte – die Physik kann ihr diese beisteuern. Der Physikunterricht kann zeigen, wozu mathematische Konzepte tatsächlich gebraucht werden. Anwendungen von mathematischen Techniken stehen im Physikunterricht in anderen und vielfältigeren Zusammenhängen als im Mathematikunterricht, wo sich ihr Sinn meist auf das Einüben von Kalkülen beschränkt.

Die Physik braucht mathematische Werkzeuge – die Mathematik kann ihr diese liefern. Die Komplexität und Vielfalt der Physik lässt oft wenig Zeit, sich mit Rechenvorgängen genauer zu befassen. Die quantitative Auswertung von Messdaten aus Physikstunden kann im Mathematikunterricht stattfinden.