Quelltext der Seite Karlsruher Physikkurs

Der '''Karlsruher Physikkurs''' (kurz: '''KPK''') ist ein von [[Wikipedia:Physikdidaktik|Physikdidaktik]]ern (insbesondere Gottfried Falk, Wolfgang Ruppel, Friedrich Herrmann) am Institut für Didaktik der Physik<ref>Das Institut wurde nach der Emeritierung von Prof. Herrmann in die ''Abteilung für Didaktik der Physik'' umgewandelt und dem Institut für theoretische Festkörperphysik angegliedert.</ref> der Universität Karlsruhe ausgearbeiteter Vorschlag  zur Neustrukturierung des Physikunterrichts in Schule und Hochschule. Darüber hinaus  hat auch der [[Physikalische Chemie|Physiko-Chemiker]] Georg Job wichtige Beiträge zu diesem Kurs geliefert.

Wesentlicher Anspruch des Kurses ist, die Kompetenzen in den physikalischen Fachrichtungen Mechanik, Wärmelehre, Elektrizitätslehre und Atomphysik durch ein auf der Gibbsschen Formulierung der Thermodynamik<ref>Falk, Ruppel; Energie und Entropie, S. 125; Springer Verlag, 1976</ref> aufbauendes Bilanzierungskonzept effektiver zu vermitteln als in konventionellen Kursen. Der Karlsruher Physikkurs wird fachlich und fachdidaktisch kontrovers diskutiert. Ein unabhängiger Nachweis für die Effektivität ist nicht erbracht.

In einem Gutachten, das von der [[Wikipedia:Deutsche Physikalische Gesellschaft|Deutschen Physikalischen Gesellschaft]] (DPG) in Auftrag gegeben wurde, und das am 12. Februar 2013 veröffentlicht wurde, wird dem Karlsruher Physikkurs die fachliche Fundierung abgesprochen. Die DPG rät von einem Einsatz in der physikalischen Ausbildung nachdrücklich ab.<ref name="DPG">[https://www.dpg-physik.de/veroeffentlichung/stellungnahmen/kpk.html Stellungnahme der DPG]</ref> 

== Inhalt ==
{{anker|Impulsstromstärke}}
Zentrales Element des Kurses ist die Unterscheidung zwischen [[Intensive Größe|intensiven]] und [[Extensive Größe|extensiven Größen]] und die Formulierung von [[Bilanzgleichung]]en. Über verschiedene Teilbereiche der Physik hinweg wird durch begriffliche Analogien eine Vernetzung angestrebt. Diese soll erfolgen, da stets von extensiven mengenartigen Größen wie der [[Elektrische Ladung|elektrischen Ladung]], der [[Entropie (Thermodynamik)|Entropie]] oder dem [[Impuls]] und ihren intensiven Partnergrößen wie dem [[Elektrisches Potential|elektrischen Potential]], der [[Temperatur]] bzw. der [[Geschwindigkeit]] gesprochen wird und die Vorstellung betont wird, dass eine Differenz der intensiven Größe einen Antrieb für den Strom der jeweiligen extensiven Partnergröße bedeutet.

In der [[Mechanik]] wird der Impuls an den Anfang gestellt. Er wird als eine „substanzartige“ Größe verstanden, die ähnlich wie die Ladung in der Elektrizitätslehre in einem Körper „gespeichert“ und auf einen anderen übertragen werden kann. Der Impuls wird somit als „Grundgröße“ eingeführt mit der Einheit „Huygens“, die es im vorherrschenden [[Internationales Einheitensystem|internationalen Einheitensystem]] nicht gibt. Begründet wird die Einführung der neuen Grundgröße damit, dass der Impuls der [[Klassische Mechanik|klassischen Mechanik]] nur den Sonderfall eines allgemeinen Impulsbegriffs darstellt. Die Übertragung von Impuls von einem Körper auf einen anderen wird analog zur Elektrizitätslehre Impulsstrom genannt. An Stelle der [[Kraft]] tritt daher die '''Impulsstromstärke'''. Sie ist die Ursache für Beschleunigungen und mechanische Spannungen. Die Richtung des Impulsstroms wird ähnlich wie die Richtung des elektrischen Stroms durch eine willkürliche Konvention festgelegt. Dadurch wird sie von der Ausrichtung des Koordinatensystems abhängig.<ref name="Herrmann"/> In einer homogenen Flüssigkeit ohne Scherkräfte hätte in diesem Bild der [[Druck (Physik)|Druck]] die Bezeichnung '''Impulsstromdichte''' (Impulsstromstärke durch Querschnittsfläche). Die Bedeutung der [[Impulsstromdichte]] geht jedoch über die des Drucks hinaus, da sie eine [[Tensor|tensorielle]] Größe ist, der Druck jedoch nur eine [[Skalar (Mathematik)|skalare]]. Dies muss im Unterricht bis weit in die Hochschulkonzepte hinein übergangen werden, ermöglicht allerdings auch eine konsistente Beschreibung von Zug-, Schub- und Scherkräften.  

In der [[Thermodynamik]] bedeutet das Karlsruher Konzept, dass die komplizierte, aber grundlegende Größe [[Entropie (Thermodynamik)|Entropie]] (siehe dazu [[Hauptsätze der Thermodynamik#Zweiter Hauptsatz|2. Hauptsatz der Thermodynamik]]) viel früher als üblich eingeführt wird. Dies geschieht nach Ansicht der Karlsruher Didaktiker u.&nbsp;a. als genaue und zugleich verständliche Präzisierung von Vorstellungen, die in der Umgangssprache als [[Wärme]] bezeichnet werden.<ref name="Herrmann">[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/kpk/Fragen_Kritik/Entgegnung_DPG.pdf Stellungnahme von Friedrich Herrmann zum Gutachten der DPG] (PDF; 541&nbsp;kB)</ref> Verwendet wird dabei die nicht [[Internationales Einheitensystem|SI-konforme]] Einheit „Carnot“.

{{Anker|Elektronium}}In der [[Atomphysik]] wird auf die üblichen Atommodelle,  beispielsweise auf das [[Bohrsches Atommodell|Bohrsche Atommodell]], verzichtet. Stattdessen werden die Elektronen im Atom durch das sogenannte '''Elektronium''' modelliert. Elektronium ist demnach eine kontinuierliche, über das ganze Atom verteilte fiktive Substanz, deren Dichte durch die quantenmechanische [[Aufenthaltswahrscheinlichkeit]]sdichte gegeben ist.<ref>[http://www.hydrogenlab.de/Atomphysik/Paed-Didaktik/Paed-Didaktik.htm Didaktische Hinweise zur Unterrichtseinheit „Atomphysik für die Sek. I“]</ref>

== Unterrichtseinsatz und Weiterentwicklungen ==
1988 bis 1992 wurde der Karlsruher Physikkurs an etwa 20 Schulen in [[Baden-Württemberg]] erprobt, im [[Lehrplan|Bildungsplan]] dieses Bundeslandes befand sich ab 1994 eine Sonderklausel, die den Einsatz der Kursmaterialien im Unterricht erlaubte. Im Jahr 2004 wurden die Lehrbücher zum Kurs im Bundesland Baden-Württemberg für die [[Sekundarstufe I]] zugelassen.<ref>[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/Strategien/Entwicklung.html KPK-Homepage]</ref> Am [[Europa-Gymnasium Wörth]] in [[Rheinland-Pfalz]], wo der Physikkurs erprobt wird,<ref>[http://www.egwoerth.de/ Homepage des Europagymnasiums Wörth]</ref> wurde in einem Sonderkurs 2012 auch das [[Abitur]] nach diesem Modell abgelegt.<ref>[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/KPK-Aufgaben/Abitur%202012.html Abituraufgaben 2012]</ref>

Der Karlsruher Physikkurs wurde auch an einigen Gymnasien in [[Shanghai]] erprobt<ref>[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/presse/bnn_juni2012.pdf Zeitungsbericht] (PDF; 148&nbsp;kB)</ref>, im September 2014 wurde ein auf dem Karlsruher Physikkurs basierendes Lehrwerk in China als Schulbuch zugelassen.<ref>[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/publication/pub_fremdsprachen/chinesisch.html chinesisches Schulbuch]</ref> Übersetzungen liegen auch vor in Englisch, Französisch, Italienisch, Russisch, Schwedisch und Spanisch.<ref>[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/index.html KPK-Homepage]</ref>

Parallel zum Karlsruher Physikkurs hat [[Andrea diSessa]] ebenfalls vorgeschlagen, bei der Lehre der elementaren Mechanik den Impulsstrom zu verwenden. In seiner Veröffentlichung wird jedoch deutlich, dass er an einen Einsatz dieses Konzepts in der Sekundarstufe I nicht gedacht hat. Außerdem weist er darauf hin, dass im Gegensatz zum elektrischen Strom beim Impulsstrom eine Messung der Stromrichtung nicht möglich ist.<ref>Andrea diSessa: Momentum flow as an alternative perspective in elementary mechanics . In: American Journal of Physics. Band 48, Nummer 5, 1980, S. 365–369.</ref>

Aufbauend auf dem Karlsruher Physikkurs ist an der [[Zürcher Hochschule Winterthur]] von [[Werner Maurer]] und [[Hans Ulrich Fuchs]] die ''Physik der dynamischen Systeme'' entwickelt worden, die [[System Dynamics|systemdynamische Modellierungstechnik]] benutzt und sich an der mathematischen Sprache der [[Kontinuumsphysik]] orientiert.<ref>[http://systemdesign.ch/index.php/Physik_der_dynamischen_Systeme SystemPhysik: Physik der dynamischen Systeme], abgerufen am 13. März 2014</ref><ref>[https://www.youtube.com/watch?v=J-R4JIZcm-g Werner Maurer: Systemphysik in Winterthur], abgerufen am 13. März 2014</ref> An der heutigen [[Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften]] wird die Physik in mehreren Ingenieurstudiengängen auf dieser Grundlage gelehrt.<ref>[http://systemdesign.ch/index.php/ZHAW SystemPhysik: ZHAW], abgerufen am 13. März 2014</ref>

In der Nachfolge der Diskussion um das Gutachten der DPG (s.&nbsp;u.) sind die Bücher des KPK in Bayern und Thüringen nicht für den Einsatz in der Schule zugelassen.<ref>[http://www.pro-physik.de/details/physiknews/4609191/Kontroverse_um_Karlsruher_Physikkurs.html Physik Journal: Kontroverse um Karlsruher Physikkurs]</ref>

== Rezeption ==
Nach kritischen Stellungnahmen des ''Deutschen Vereins zur Förderung des mathematischen und naturwissenschaftlichen Unterrichts'' [[Deutscher Verein zur Förderung des mathematischen und naturwissenschaftlichen Unterrichts|MNU]] wurde 1998 ein Symposium abgehalten, bei dem sich eine gewisse Annäherung der Standpunkte ergab.<ref>[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/kpk/Fragen_Kritik/mnu_publ_kpk_mnu_1998.pdf Protokoll des MNU-Symposiums Karlsruher Physikkurs - Pro und Contra] (PDF; 134&nbsp;kB)</ref>

=== Gutachten der DPG ===
Die [[Deutsche Physikalische Gesellschaft]] (DPG) ließ 2012 ein Gutachten zum Karlsruher Physikkurs anfertigen,<ref name="DPGGut">[https://www.dpg-physik.de/veroeffentlichung/stellungnahmen/kpk/Stellungnahme_KPK.pdf Gutachten der DPG zum Karlsruher Physikkurs als pdf]</ref> welches 2013 noch ergänzt wurde,<ref name="DPGGut2">[https://www.dpg-physik.de/veroeffentlichung/stellungnahmen/kpk/kpk-ergaenzung.pdf Ergänzende Bemerkungen zum DPG-Gutachten über den Karlsruher Physikkurs] (PDF; 353&nbsp;kB)</ref> jedoch nicht unumstritten ist.<ref>[http://www.dpg-physik.de/dpg/gliederung/fv/dd/pdf/Protokoll_MV_DD_2013.pdf Protokoll der Mitgliederversammlung des Fachverbandes Didaktik der Physik in der DPG vom 26. Februar 2013] (PDF; 48&nbsp;kB)</ref><ref>[http://www.physik.hu-berlin.de/top/dpg-stellungnahme-zum-kpk_erklaerung-von-theorieprofessoren-1.pdf 24 Professoren der Theoretischen Physik] (PDF; 97&nbsp;kB) fordern den DPG-Vorstand auf, die Empfehlung mit sofortiger Wirkung zurückzuziehen</ref> Als Ergebnis lehnt die DPG den Physikkurs deutlich ab.<ref name=DPG/> Sie begründet ihre Ablehnung damit, dass der Karlsruher Physikkurs eine grundsätzlich falsche Vorstellung von [[Physik]] erzeuge und den Schülerinnen und Schülern Konzepte beibringe, die inhaltlich fragwürdig bzw. falsch seien. So sei beispielsweise die Richtung des Impulsstroms eine willkürliche [[Konvention]] und [[experimentell]] nicht überprüfbar. Außerdem bemängelt die DPG die Deutung der Entropie als „Wärme“. Der Begriff Wärme stehe in der Thermodynamik für eine klar definierte [[Prozessgröße]] (z.&nbsp;B. spreche man von der „erzeugten“ bzw. „aufgenommenen Wärmeenergie“), was von der [[Zustandsgröße]]  „Entropie“ zu trennen sei, wie man schon an den verschiedenen Einheiten sehe. Schließlich kritisiert sie, dass die Formulierungen des Karlsruher Physikkurs so weit von der etablierten [[Fachsprache]] entfernt seien, dass sie von keinem [[Techniker]] oder [[Wissenschaftler]] verstanden werden könnten, nicht einmal an der Hochschule.

{{Zitat|1=Der KPK ist als Grundlage eines physikalischen Unterrichts ebenso ungeeignet wie als Leitlinie zur Formulierung physikalischer Lehr- oder Bildungspläne. Die Deutsche Physikalische Gesellschaft rät mit allem Nachdruck davon ab, den KPK in der physikalischen Ausbildung zu verwenden.|2=Bartelmann et al. (Gutachtergruppe der DPG)|3=Gutachten über den Karlsruher Physikkurs|ref=<ref name=DPGGut />}}

== Siehe auch ==
* {{WikipediaDE|Karlsruher Physikkurs}}

== Literatur ==
* Udo Backhaus: ''Der Energietransport durch elektrische Ströme und elektromagnetische Felder'' . ''Westarp Wissenschaften'', 1993, S. 9–15 ([http://www.didaktik.physik.uni-due.de/~backhaus/publicat/Energie.pdf PDF])
* H. A. Buchdahl: ''Remarks on a proposed up-to-date approach to physics''. In: ''American Journal of Physics''. Band 56, Nummer 9, 1988, S. 853–855 ([[doi:10.1119/1.15446]]).
* Marion Budde, Hans Niedderer, Philip Scott u. John Leach: ''The quantom atomic model 'Electronium': a successful teaching tool''. In ''Physics Education''. Band 37, Nummer 3, 2002, S. 204–210 ([http://www.idn.uni-bremen.de/pubs/Niedderer/2002-PhEd-2.pdf PDF]).
* Andrea diSessa: ''Momentum flow as an alternative perspective in elementary mechanics'' . In: ''American Journal of Physics''. Band 48, Nummer 5, 1980, S. 365–369.
* Friedrich Herrmann, G. Bruno Schmid: ''Statics in the momentum-current picture''. In: ''American Journal of Physics''. Band 52, Nummer 2, 1984, S. 146–152.
* Wolfhard Herzog: ''Der Karlsruher Physikkurs. Anspruch und Widersprüche eines didaktischen Konzepts''. In: ''Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht''. Band 60, Nummer 8, 2007, S. 500–504.
* Jörg Hüfner, Rudolf Löhken: ''Entropie in der Schule''. In: ''Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht''. Band 64, Nummer 4, 2011, S. 217–223.
* Florian Karsten, Tobias Koch, Franz Kranzinger u. Matthias Theis: ''Planeten, Wolken oder schwarze Kisten? Wie können wir Atome in der Schule didaktisch sinnvoll beschreiben?''. In: ''Physik Journal''. Band 10, Nummer 11, 2011, S. 39–42.
* Erich Starauschek: ''Ergebnisse einer Evaluationsstudie zum Physikunterricht nach dem Karlsruher Physikkurs'' In: ''Zeitschrift für die Didaktik der Naturwissenschaften''. Band 8, 2002, S. 7–21. ([ftp://ftp.rz.uni-kiel.de/pub/ipn/zfdn/2002/S.7-21_Starauschek_2002.pdf PDF]).
* Erich Starauschek: ''Ergebnisse einer Schülerbefragung über Physikschulbücher''. In: ''Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften''. Band 9, 2003, S. 135–146 ([ftp://ftp.rz.uni-kiel.de/pub/ipn/zfdn/2003/9.Starauschek_135-146.pdf PDF]).
* Janez Strnad: ''On the Karlsruhe physics course''. In: ''European Journal of Physics''. Band 21, Nummer 4, L33, 2000 ([[doi:10.1088/0143-0807/21/4/106]]).
* Janez Strnad: ''‘Electronium’? No, thanks''. In: ''Physics Education''. Band 38, Nummer 3, 2003, S. 268–269 ([[doi:10.1088/0031-9120/38/3/605]]).
* John W. Warren: ''‘Electronium’? No, thanks''. In: ''Physics Education''. Band 38, Nummer 3, 2003, S. 268 ([[doi:10.1088/0031-9120/38/3/605]]).
* John W. Warren: ''‘Energy and its carriers: a critical analysis''. In: ''Physics Education''. Band 18, Nummer 5, 1983, S. 209–212 ([[doi:10.1088/0031-9120/18/5/306]]).
* Keno Will: ''Mögliche Vor- und Nachteile des Karlsruher Physikkurses - Eine Diskussionsgrundlage''. In: ''Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht''. Band 62, Nummer 2, 2009, S. 102–109.

== Weblinks ==
* [http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/Material_KPK.html Material zum Karlsruher Physikkurs], darunter alle Bände des KPK in einer [[Creative Commons|CC-Lizenz]] (CC BY-NC-SA 3.0 DE)
* [http://www.pegaswiss.ch Physik der dynamischen Systeme]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Wissenschaftstheorie]]
[[Kategorie:Didaktik]]
[[Kategorie:Bildung]]
[[Kategorie:Schule]]
{{Wikipedia}}