Naturwissenschaften

Die Naturwissenschaften werden am Heisenberg-Gymnasium als Gesamtsystem betrachtet. Unser wesentliches Ziel ist es, mit den Schülerinnen und Schülern naturwissenschaftliche Zusammenhänge zu erarbeiten und sie für die Naturwissenschaften insgesamt zu interessieren. Die Lehrerinnen und Lehrer der Naturwissenschaften arbeiten deshalb auch innerhalb eines Fachbereiches intensiv zusammen.

Was gehört dazu?

Im Fachbereich Naturwissenschaften sind zunächst einmal die drei naturwissenschaftlichen Fächer Biologie, Physik und Chemie zusammengefasst. Es gehören aber auch das übergreifend unterrichtete Fach "Naturwissenschaften und Technik" (=NWT) sowie das "Naturwissenschaftliche Praktikum" (=NWP) dazu. Innerhalb der Stundentafel haben wir ein relativ großes Kontingent für die Naturwissenschaften reserviert.
Jedes Fach verfügt über einen Computer mit interaktivem Whiteboard. Außerdem stehen uns Notebooks für Simulationen, computergestützte Mess- und Auswerteverfahren sowie Recherchen in Internet zur Verfügung. Zusätzlich können wir für solche Aufgaben auf einen unserer drei Computerräume zurückgreifen.

Biologie

FB Logos Bio.pngDie Natur - atemberaubende Schönheit, Lebensgrundlage des Menschen, bedroht durch Klimawandel, Umweltzerstörung und Reduktion der Artenvielfalt.

  • Wie lassen sich diese Bedrohungen verringern oder besser noch verhindern?
  • Wie kann ich einen kleinen Teil der Natur - meinen eigenen Körper - gesund erhalten?
  • Wie ist die Natur so geworden, wie wir sie heute kennen?
  • Wie kann ich durch Beobachtung und durch Nachstellung (Experimente, Modelle) die Natur verstehen?

Die Biologie ist die NATURwissenschaft, die die LEBEWESEN erforscht und dabei immerfort Erkenntnisse über deren stoffliche Zusammensetzung (Chemie) und funktionale Gesetzmäßigkeiten (Physik) zu Rate zieht.

Erklärungen überfachlich suchen

Die oben aufgeworfenen Fragen lassen sich mit den Naturwissenschaften allein jedoch nicht erklären. Daher ziehen wir Informationen aus allen anderen Fächern zu Rate (z.B. Klimawandel: Geographie und PGW; Gesundheitserziehung: Sport, Musik und Darstellendes Spiel; Evolution: Geschichte; Experimente: Mathematik, Chemie, Physik). In der Oberstufe werden einige der Fragen in den Profilen „Gesundheit“ (Biologie & Sport) und „Natur & Umwelt“ (Biologie und Geografie) vertieft.

Methoden und Arbeitsweisen

Die Methoden und Arbeitsweisen zur Erkenntnisgewinnung im Biologieunterricht sind vielfältig: Wir experimentieren und dokumentieren, wir präparieren, zeichnen und mikroskopieren, wir veranschaulichen die biologische Wirklichkeit anhand von Modellen und gehen „raus“ in die Natur.
Auf der Suche nach Erkenntnis entnehmen wir Informationen aus Sachtexten, Abbildungen und Diagrammen, die wir in Büchern, Zeitschriften, im Internet oder auf Exkursionen finden. Die gefundenen Antworten auf unsere Fragen präsentieren wir uns gegenseitig und halten sie in unseren Mappen fest.

Physik

FB Logos Phy.png„Verstehen ist Menschenrecht“ - dieses verkürzte Zitat des Pädagogen Martin Wagenschein beschreibt sehr treffend das Ziel unseres Physikunterrichts. Es geht darum, zu verstehen, wie die Dinge in unserer Umwelt zusammen funktionieren und wie wir als Gesellschaft mit diesen Erkenntnissen unsere Zukunft gestalten können.

Praktisch arbeiten

Die Schülerinnen und Schüler werden mit praktischen Mitteln dazu angeregt, sich individuell an Phänomenen in Natur und Technik mit naturwissenschaftlichen Methoden auseinanderzusetzen.

7 - Beobachten und Beschreiben

Es beginnt in Klasse 7 mit dem Beobachten und Beschreiben physikalischer Phänomene wie z. B. magnetischer Felder, der Ausbreitung von Licht und Schall.

Wir untersuchen z. B. historische Navigationsinstrumente aus der Schifffahrt, einen Kompass, einen Sextanten und erklären, wie diese benutzt wurden.

Wir bauen elektrische Stromkreise mit logischen Funktionen, z. B. die Beleuchtung für ein Hausmodell mit „Treppenhaus-Wechselschaltung“ oder eine Schaltung, die dafür sorgt, dass bei einem Auto Fern- und Nebellicht jeweils nur zusammen mit dem Fahrlicht, jedoch nur eines von Fern- und Nebellicht gleichzeitig eingeschaltet werden kann.

Wir benutzen auch den Computer, um elektrische Schaltungen am Bildschirm zu simulieren – jedoch selten, ohne die simulierte Schaltung auch in der Realität in Betrieb zu nehmen.

8 - Messen

In Klasse 8 lernen wir die verschiedensten physikalischen Größen kennen und die Methoden, um diese möglichst exakt zu messen. Dabei lernen wir früh den Umgang mit dem Vielfachmessgerät. 

Wir beschäftigen uns mit der Messung von Massen, Volumen, der Dichte verschiedener Stoffe, lernen den Kraftbegriff und das Kräftegleichgewicht kennen. Wir diskutieren aber auch die Grenzen der Genauigkeit.

Wir stellen einen praktischen Bezug zur Schifffahrt her: Was bedeuten eigentlich die „Freibord-“ und die „Lademarke“, die wir auf allen Schiffsrümpfen aufgemalt sehen?

9 - Zukunftsthema Energie

In Klasse 9 nimmt die Auseinandersetzung mit dem zentralen Zukunftsthema Energie breiten Raum ein. Hier wird die politische und wirtschaftliche Bedeutung physikalischen Fachwissens deutlich!

  • Wie wird die Energie erzeugt, die wir in unserem Alltag verbrauchen? 
  • Welche Auswirkungen hat dieser „Energieverbrauch“ auf unsere Umwelt? 
  • Wie könnte unsere Energieversorgung in der Zukunft aussehen? 

Dabei lassen sich Praxisbezüge am leichtesten herstellen, in dem wir z.B. den Wasserkocher für den morgendlichen Tee einfach mit in den Physikraum nehmen.

Selbst gestaltetes Arbeiten

Die Schülerinnen und Schüler übernehmen in dieser Jahrgangstufe mit der Ausarbeitung von Referaten, Experimenten und Aufgaben für ihre Klassenkameraden Mitbestimmung bei der Gestaltung des Unterrichts. Sie können hier interessengeleitet eigene Schwerpunkte setzen.

So haben Schülerinnen den Energieumsatz bei körperlicher Arbeit untersucht. Sie haben recherchiert, wie viel Energie ein Mensch zur Aufrechterhaltung seiner Vitalfunktionen benötigt und wie man wissenschaftlich ermittelt, wie viel Energie zusätzlich durch die Nahrung aufgenommen werden müsste, wenn man arbeitet.

Sie haben im Experiment – ein Junge hat ein wenig Sport mit einer Hantel betrieben – nachgewiesen, dass neben der mechanischen Arbeit, die verrichtet wird, auch zusätzliche Körperwärme abgegeben wird, in dem sie die Hauttemperatur maßen.

10 - Bewegungen

In Klasse 10 kommt Bewegung hinein! Es geht u.a. um die Gesetzmäßigkeiten beschleunigter Bewegungen, z. B. des freien Falls. Wir wenden hierbei moderne Methoden wie die Videoanalyse von Bewegungsabläufen sowie Simulationsverfahren mit dem Computer an. 

Dabei kommen aber stets Alltagsgegenstände ins Spiel: Was würde sich für die Untersuchung von Kreisbewegungen besser eignen als ein Fahrrad im Physikraum? Und für die Beschleunigung verwenden wir Spielzeuge wie die Wasserrakete.

Kooperation mit dem DESY

Ein Highlight stellt ein Besuch im „Schülerlabor Radioaktivität“ des DESY dar. Außerdem sind alle interessierten SchülerInnen ab der 6.Klasse ganz herzlich eingeladen, zum DESY Science Café zu kommen. Dieses findet jeden 4.Mittwoch im Monat statt und wird zusätzlich über Plakate im Fachraumgebäude angekündigt (Beispiel rechts). Frag doch mal im Physik-Unterricht: Vielleicht kommt jemand mit?

Geräteausstattung

Für einen am eigenen Erleben der Phänomene orientierten Unterricht verfügt die Physik-Sammlung u. a. über Experimentierkästen zu fast allen Themengebieten (Mechanik, Elektrizität, Energie, Wärmelehre, Elektronik und Wellen), die es den Schülerinnen und Schülern ermöglichen, selbstständig in Zweierteams zu forschen.

Chemie

FB Logos Che.pngChemie - Das Fach der Umweltschützer - Hungersnöte, Klimawandel, unheilbare Krankheiten, Müll, wohin man sieht? Auch, wenn es die wenigsten wissen: Die Chemie liefert seit Jahren den größten Beitrag zur Lösung dieser weltweiten Probleme. Brennstoffzellen für Fahrzeuge, Entwicklung von Medikamenten, Recycling von Abfällen sind nur ein paar der vielen Lösungen, die moderne Chemiker der Gesellschaft anbieten. Aber auch im Alltag sind wir dankbar für Erkenntnisse über Werkstoffe: Jeder kennt die unterschiedlichen Eigenschaften von Baumwolle und Schurwolle, die wir uns je nach Jahreszeit zu Nutze machen. Als Chemiker erkennen wir die Ursachen und können so den perfekten Stoff für eine Flugzeug-Tragfläche, einen Sportschuh oder einen Handy-Akku entwickeln. Wir bestehen aus Chemie und wir benötigen sie – das zu erkennen ist eine unserer wichtigsten Aufgaben.

Phänomene entdecken

In der 8. Klasse starten wir mit dem Phänomenologischen: Stoffeigenschaften wie Dichte, Farbe und Wärmeleitfähigkeit machen chemische Grundbegriffe konkret erfahrbar. Stofftrennungsverfahren haben stets Alltagsbezüge – sei es bei der Trinkwasseraufbereitungsanlage oder dem morgendlichen Teebeutel.

Die Theorie erarbeiten...

In der 9. Klasse werden die wichtigsten Grundlagen der theoretischen Chemie gelegt. Mit Konzepten wie Elektronegativitätsdifferenz, Ionenkristall und PSE eröffnet sich den SchülerInnen der Blick in die Welt des Mikrokosmos; mit ihren Begriffen die Tür zu einer neuen Sprache.

...und auf Stoffgruppen anwenden

Im restlichen Schuljahr und durch die 10. Klasse hindurch werden die neuen Konzepte auf die großen Stoffgruppen angewandt: Metalle, Salze, Säuren, Oxidationsmittel, Kohlenwasserstoffe.

Chemie in der Oberstufe

Das seit Jahren beliebte Profil mit PGW & Wirtschaft setzte im vergangenen Jahr aus; in diesem Jahr kann man sich wieder anmelden.

Die vier Semester sind so gestaltet, dass jeder sofort in einem der großen Studienfeldern oder Ausbildungsberufen einsteigen kann:

  1. Ernährung im Wandel (u.a. mit Exkursionen zum Scolab und ins Deutsche Zusatzstoffemuseum)
  2. Innovative Verfahren am Beispiel der Kunststoffe (z.B. Flugzeugrümpfe & Damenbinden)
  3. Mobile Energieträger und –stoffe (mit 5-tägiger Profilfahrt)
  4. Umweltchemie und –technik (in Kooperation mit der TU Clausthal)

Studienfelder und Beispielhochschulen

Naturwissenschaften und Technik

FB Logos NWT - NWP.pngDas Fach Naturwissenschaften und Technik wird ab der fünften Klasse unterrichtet. Für das Fach Naturwissenschaften und Technik stehen in Klasse 5 zwei Wochenstunden als Teilungsstunden mit jeweils halber Klassenstärke und zwei weitere Wochenstunden mit der ganzen Klasse zur Verfügung.

Naturphänomene

Wir betrachten Naturphänomene fächerübergreifend. Dazu wählen wir Themenkomplexe aus, in denen sich die verschiedenen Aspekte der Naturwissenschaften wieder finden. Hierbei arbeiten wir praktisch, führen Experimente durch und werten diese aus. Wir arbeiten auch an Texten und bereiten kleine Referate z.B. über den Bau und die Lebensweise eines Säugetiers vor. Das Experimentieren steht hier klar im Vordergrund. Daher setzen wir auch unsere lange Tradition der Wettbewerbsteilnahme (z.B. bei NATEX) fort. Fast alles, was man dafür machen muss, erledigen wir in der Unterrichtszeit.

Fortsetzung in 6 und der Übergang zur Mittelstufe

Der Unterricht wird ab Klasse 6 dreistündig fortgeführt, bis in der Mittelstufe schließlich die Fächer Biologie, Physik und Chemie getrennt unterrichtet werden. Für alle, denen diese Fächer besonders gut gefallen, werden in der Oberstufe regelmäßig Kurse auf grundlegendem und erweitertem Niveau in den Fächern Biologie, Physik und Chemie angeboten.

Ausstattung

Zum Unterrichten stehen viele Materialien aus mehreren Sammlungsräumen zur Verfügung. Ebenso bringen die Lehrerinnen und Lehrer auch Gegenstände aus der Natur mit in die Schule, oder wir arbeiten mit Materialien aus unserem Schulgarten.

Im Unterricht stehen Mikroskope, Stereolupen und viele interessante Bücher sowie Computer für die Arbeit zur Verfügung.

Exkursionen

Auch auf Wandertagen, Projektwochen oder Klassenreisen setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Natur auseinander und erforschen naturwissenschaftliche Zusammenhänge.

Computerführerschein

Seit 2013 erwerben alle SchülerInnen in NWT einen grundlegenden Computerführerschein. Zum Abschluss nutzen sie dann die erworbenen Kompetenzen, um Ergebnisse ihrer Arbeit mediengestützt zu präsentieren. Flankiert wird dieses Angebot von weiteren Teilen des Medienpasses Hamburg, der in verschiedenen Fächern umgesetzt wird.

Naturwisssenschaftliches Praktikum

Im Wahlpflichtbereich der Mittelstufe bieten wir den Schülerinnen und Schülern ab Jahrgang 8 mit dem Naturwisssenschaftlichen Praktikum die Möglichkeit, sich über die Pflichtfächer Biologie, Physik und Chemie hinaus mit naturwissenschaftlichem Arbeiten zu beschäftigen.

Arbeiten im Kontext

Jedes Schulhalbjahr steht in einem bestimmten Kontext, in dem die Schülerinnen und Schüler z.T. selbstständig und problemorientiert forschen.

Nachwuchscampus & TUHH

Dabei arbeiten wir eng mit unserem Kooperationspartner, der Technischen Universität Hamburg Harburg, zusammen. Dank Frau Liese und ihrem Team vom "Nachwuchscampus" stellen wir stets sicher, dass die SchülerInnen Einblicke in den Berufsalltag und in Firmenabläufe im Umfeld der Naturwissenschaften erlangen. Seit 2016 besteht hierfür eine Kooperationspartnerschaft u.a. mit dem deutschen Weltkonzern Merck.

Naturwissenschaftliche Experimente im DLR_School_Lab der TUHH (Jahrgang 10)

Im DLR_School_Lab der Technischen Universität Hamburg-Harburg werden Schülerinnen und Schüler in die Welt der Luftfahrt mitgenommen. Wir haben das Labor am 11.11.2015 mit dem Kurs Naturwissenschaftliches Praktikum besucht und dort an fünf verschiedenen Stationen gearbeitet.

Die erste Station ist der Flugsimulator: Hier konnten wir in einem nachgebauten Cockpit Start und Landung selber auszuprobieren. Als nächstes ging es zum so genannten Rundlauf, um das Fliegen ein wenig besser zu verstehen. Hier werden verschiedene Objekte in einem Kreislauf beschleunigt, um die Strömungsverhältnisse zu untersuchen.

Darauf folgte die Erklärung zur Akustik innerhalb eines Flugzeuges. Hier erfuhren wir, wie der Schall innerhalb des Flugzeuges abgedämmt wird. Diese Station nennt sich Akustik-Messstand. Im Seifenblasen Kanal, welcher die nächste Station darstellte, wurden uns anhand einer Seifenblasendarstellung Kenntnisse über Strömungen und Auftrieb vermittelt.

An unserer letzten Station, der Windkanal, haben wir die verschiedenen Luftwiderstände zu verschiedenen Objekten ermittelt und sind ebenfalls ein wenig auf das Thema Treibstoff eingegangen.

Dieser Besuch an die TUHH hat sich für uns als sehr nützlich erwiesen, da wir das Thema Fliegen im Unterricht behandeln. Der Flugsimulator war für uns persönlich am spannendsten, da wir hier auch selber aktiv werden konnten und mitten im Geschehen waren. Die anderen Experimente waren auch sehr spannend und informativ für unseren weiteren Unterricht.

Mathilda Hinrichsen, Svenja Sander (November 2015)

Kontakt

Vincent-Till Märtig

Fachbereichsleiter

vincent-till.maertig(at)hgh.hamburg.de