MINT in der Oberstufe – Willms-Gymnasium

MINT-Unterricht in den Jahrgängen 11 bis 13

In der Einführungsphase nehmen alle Schüler*innen am Unterricht der MINT-Fächer Mathematik, Biologie, Chemie und Physik teil. Additiv kann das Fach Informatik hinzugewählt werden.

In der Qualifikationsphase besteht für das Kurssystem die Auswahl aus vier Schwerpunkten. Etwa 40% der Schüler*innen des Willms entscheiden sich jährlich für den mathematisch-naturwissenschaftlichen Schwerpunkt. Auch in den übrigen Schwerpunkten ist die Wahl eines MINT-Leistungskurses möglich. Auf erhöhtem Niveau und auch auf grundlegendem Niveau werden am Willms folgende MINT-Fächer angeboten: Mathematik, Biologie, Chemie und Physik. Im Fach Informatik kann ebenfalls eine Abiturprüfung abgelegt werden, aber nur grundlegendem Niveau.

Die Ausstattung der MINT-Fächer ist überwiegend sehr modern und für einen schüleraktivierenden und digitalen Unterricht geeignet.

MINT-Aktivitäten in den Jahrgängen 11 bis 13

In der Einführungsphase wird eine Arbeitsgemeinschaft “Mathematisches Problemlösen und Beweisen” angeboten, in der eine Vorbereitung auf ein Mathematik-Zertifikat angeboten wird. Dieses basiert auf einer Kooperation des Instituts für Mathematik der Universität Oldenburg und dem Willms. In der Arbeitsgemeinschaft findet eine Heranführung an wissenschaftliche Mathematik statt, die andere erst als Erstsemester an Universitäten kennenlernen.

Zudem engagiert sich das Willms intensiv in der MINT-Berufsorientierung. Unter anderem finden sich MINT-Angebot an den Berufsinformierenden Tagen am Willms (BeTaWi). Auch das Betriebspraktikum, das alle 11. Klassen absolvieren, wird von vielen Schüler*innen in einem MINT-Beruf gemacht. Letztlich vermitteln wir gerne individuelle Praktika bei Forschungsinstituten und Universitäten.

Verschiedene Exkursionen steigern noch einmal die Möglichkeit, theoretische Kenntnisse praktisch anzuwenden und dabei das eigene Wissen zu vernetzen.

Mathematik

In der Einführungsphase:

Die Bedeutung der Einführungsphase als Brücke zur Qualifikationsphase ist im Fach Mathematik deutlich erkennbar. Der wichtige Funktionsbegriff wird im Rahmen des ersten Halbjahres wiederholt und vertieft. Dabei wird im ersten Halbjahr die Klasse der Potenzfunktionen ergänzt und der Modellierungskreislauf geübt. Anschließend widmet sich der Unterricht (Umfang: drei Wochenstunden) dem für alle neuen Thema „Statistik“, das in der Qualifikationsphase vertieft wird. Das zweite Halbjahr widmet sich dann der Funktionsuntersuchung – in den vergangenen Jahrzehnten häufig mit „Kurvendiskussion“ bezeichnet. Aufgrund der Bedeutung dieses Themas für die Qualifikationsphase fördert das Willms den Aufbau eines sicheren Verständnisses mit besonderer Intensität.

Das Willms offeriert seinen mathematisch-interessierten bzw. begabten Schüler*innen der Einführungsphase eine Arbeitsgemeinschaft, die auf das Zertifikat „Mathematisches Problemlösen“ der Universität Oldenburg vorbereitet. Eine weitere AG widmet sich der Vorbereitung von Mathematik-Wettbewerben – z.B. Mathematik-Olympiade, Bundeswettbewerb Mathematik. Die zielgerichtete Unterstützung durch diese AGs führte am Willms bereits zu zahlreichen Erfolgen auf Landes- und auch Bundesebene.

Der Mathematik-Unterricht kann in der gesamten Oberstufe zeitweise in den Computerräumen und in dem MakerSpace stattfinden, um Veranschaulichung und selbstorganisiertes Projektlernen zu ermöglichen. Interessierten Schüler*innen wird auch die Teilnahme an den „Tagen der Mathematik“ nahegelegener Universitäten angeboten.

In der Qualifikationsphase:

Das Willms bietet Mathematik-Kurse auf beiden Niveaus an.

Aufgrund unserer MINT-orientierten Schülerschaft finden sich alljährlich genügend Schüler*innen, um drei Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau einzurichten. Der Kursunterricht findet in fünf Wochenstunden statt. Dabei wird im ersten und vierten Halbjahr der Themenkomplex „Funktionen“ u.a. um die Themen Integrale (Flächen-berechnung im Kontext von Funktionen) und Wachstumsmodelle erweitert. Im zweiten und dritten Halbjahr werden zwei Themen behandelt, die bis zur Q-Phase nicht im Fokus des Unterrichts standen: Stochastik/Statistik (ebenso wie die Wachstumsmodelle im Hinblick auf die derzeitige Pandemie von großer Bedeutung) und Analytische Geometrie (im Dreidimensionalen). Im Rahmen des Zentralabiturs wird eine Klausur im Umfang von 270 Minuten geschrieben. Der Besuch eines LKs setzt voraus, dass mathematische Themen selbstständig erarbeitet werden können und ein sehr sicheres Fundament im Hinblick auf Termumformungen, Funktions-untersuchungen, Modellierungen und Formeln existiert.

Neben den „Leistungskursen“ gibt es auch Kurse auf grundlegendem Anforderungsniveau. Mathematik muss zwar bis zum Ende der Schulzeit belegt, aber nicht als Prüfungskurs gewählt werden. Belegt man Mathematik als Prüfungskurs, endet dieser mit einer Zentralabiturklausur (P4, 225min), einer mündlichen Abiturprüfung (P5) oder einer Präsentationsprüfung. Die drei übergeordneten Themen der „Leistungskurse“ und der dreistündigen „Grundkurse“ sind identisch. Natürlich sind die Anzahl und die Tiefe der untergeordneten Themen deutlich reduziert.

Bei den Zentralabiturklausuren gibt es auf beiden Niveaus eine Auswahlzeit von 30 Minuten. Sie enthalten auch beide einen Pflichtteil (eA: 60min, gA: 45min), der ohne Hilfsmittel zu bearbeiten ist. Hierauf wird ebenso intensiv vorbereitet wie auf den Einsatz des eingeführten Taschenrechners (TI 84plus) im Wahlteil der Abiturklausur.

Biologie

In der Einführungsphase:

Im Jahrgang 11 werden die methodischen und inhaltlichen Kompetenzen aus der Sekundarstufe I im Zeitumfang von 2 Wochenstunden weiter vertieft. Die Basiskonzepte der Biologie werden eingeführt und bilden ein verbindendes Mittel der Einführungsphase mit der Qualifikationsphase.

Im Mittelpunkt stehen im ersten Halbjahr die Struktur und Funktion von Zelle und Biomembranen und chemische Grundkenntnisse, die für den Aufbau von Zellen erforderlich sind.

Das zweite Halbjahr widmet sich der Genetik: Struktur und Funktion der Erbinformation, Mutationen, genetisch bedingte Krankheiten sowie die Pränataldiagnostik und ihre ethische Betrachtung sind die Schwerpunkthemen.

Der Unterricht ermöglicht in besonderem Maße die Einübung fachspezifischer Qualifikationen, wie zum Beispiel die experimentelle Erschließung der Eigenschaften von Membranbestandteilen, die Interpretation von elektromikroskopischen Bildern und die Arbeit mit Modellen.

Besondere Highlights sind die Exkursion in ein Genetik-Labor und die Arbeit in einem professionellen Labor.

In der Qualifikationsphase:

Im Fach Biologie werden in den letzten Jahren ein bis zwei Leistungskurse (eA) und ein bis zwei Grundkurse (gA) angeboten. Die Themen für die Kurse auf erhöhtem und grundlegendem Niveau sind größtenteils identisch und unterscheiden sich vor allem in der Intensität der Bearbeitung. Dabei finden die eA-Kurse fünfstündig und die gA-Kurse dreistündig statt.

Voraussetzung für eine erfolgreiche Teilnahme an beiden Kursarten ist chemisches Grundwissen, selbstständiges, strukturiertes und differenziertes Arbeiten und das sichere Arbeiten mit fachspezifischen Methoden.

Schwerpunkte in der Q1 sind die Themen „Stoffwechselbiologie“ und „Ökologie und nachhaltige Zukunft“. Inhaltlich geht es im ersten Komplex um Enzyme, Zellatmung und Fotosynthese auf molekularer Ebene und Epigenetik. Im zweiten Komplex geht es um die Abhängigkeit und Wechselwirkungen zwischen Lebewesen und ihrer Umwelt, darunter auch anthropogene Einflüsse. In der Q1 ist eine Exkursion in ein ausgesuchtes Ökosystem Bestandteil des Schulcurriculums.

In der Q2 werden die Themen „Neurobiologie“ und „Evolution“ mit den inhaltlichen Schwerpunkten Aufbau und Funktion von Nerven, Sinne und Stressbewältigung sowie Evolutionstheorien und Evolution des Menschen behandelt.

Chemie

In der Einführungsphase:

Das Fach Chemie wird am Willms in der Einführungsphase zweistündig unterrichtet, dabei wird sowohl im ersten wie auch im zweiten Halbjahr jeweils eine Klausur geschrieben.

Inhaltlicher Schwerpunkt sind die organischen Kohlenstoff-verbindungen, von Alkanen in Erdöl und Erdgas bis hin zu Alkoholen und Biodiesel – die organische Chemie ist ein ständiger Begleiter in unserem Alltag. Beginnend mit der Thematik der Erdöl- und Petrochemie erhalten die Schülerinnen und Schüler einen vertieften Einblick in die Erdölförderung sowie der damit verbundenen Belastung für die Umwelt. Anhand der Erdölaufbereitung durch fraktionierte Destillation in die einzelnen Bestandteile findet eine Auseinander-setzung mit der homologen Reihe der Alkane sowie weiteren organischen Verbindungsklassen statt. Bei der gaschromatografischen Untersuchung von Gasgemischen wie beispielsweise Feuerzeuggas werden Stoffeigenschaften wie Siedetemperatur, Flammpunkt, Verbrennungsreaktionen und Energiegehalt der Kohlenwasserstoffe behandelt. Einen weiteren thematischen Schwerpunkt bildet die Stoffklasse der Alkohole im Kontext der Gärung und Gewinnung hochprozentiger Lösungen durch Destillation.

Inhaltlich werden erworbene Kenntnisse aus der Sekundarstufe I aufgefrischt und vertieft. Selbstständiges Arbeiten und Experimen-tieren mit Auswertung und Präsentation sollen bei der Entscheidung helfen, ob Chemie auf grundlegendem oder erhöhtem Niveau in der Qualifikationsphase weiter belegt werden soll. Wird das Fach Chemie nicht weiter belegt, wird eine sinnvolle Abrundung des Chemieunterrichts ermöglicht.

In der Qualifikationsphase:

Das Fach Chemie wird am Willms in der Oberstufe auf grundlegendem Niveau (gA) mit drei Wochenstunden und auf erhöhtem Niveau (eA) mit fünf Unterrichtsstunden pro Woche angeboten. Die Themen und Unterthemen der vier Halbjahre lauten:

Energieträger – Nutzung und Folgen (Treibstoffe, Ethanol)
Gleichgewichtsreaktionen (Steuerung chemischer Reaktionen, Saure und alkalische Haushaltsreiniger, Puffersysteme in Natur und Technik)
Elektrochemie (Redoxreaktionen, Mobile Energiequellen, Korrosion)
Kunststoffe (Makromoleküle – natürliche und synthetische Textilfasern)

Die Unterrichtsinhalte der beiden Kurstypen sind weitgehend gleich. Auf erhöhtem Niveau werden jedoch einige Themen zusätzlich oder vertiefend behandelt, die im Kurs auf grundlegendem Niveau nicht besprochen werden. Außerdem wird für den experimentellen Teil des Unterrichts in der Regel mehr Zeit investiert. Im Vergleich zur Mittelstufe ist die Stoffdichte im beiden Kurstypen pro Unterrichts-stunde wesentlich höher. Da die vier Halbjahre jeweils die in der Sekundarstufe I und der Einführungsphase behandelten Themen weiterführen, sollten die grundlegenden Kenntnisse mitgebracht oder nach jeweils kurzer Einführung selbstständig nachgearbeitet werden.

Welche Bedeutung hat das Fach für Studium und Ausbildung? In Einstellungstests der chemischen und pharmazeutischen Industrie werden nach unserem Informationsstand überwiegend Kenntnisse in Deutsch, Mathematik und Physik überprüft. Die Chemiekenntnisse der Oberstufe sind jedoch zum Teil von Nutzen für Ingenieursstudiengänge (Maschinenbau, Verfahrenstechnik etc.) und naturwissenschaftliche Studiengänge (u.a. Pharmazie, Chemie, Biochemie, Physik, Biologie).

Physik

In der Einführungsphase:

Der Physikunterricht in der Einführungsphase hat seinen Schwerpunkt im Bereich der Bewegungen und ihrer Ursachen. Dabei werden die bereits aus der Mittelstufe bekannten Begriffe der Geschwindigkeit und Beschleunigung einerseits und der Kraft andererseits in ausgewählten Anwendungszusammenhängen vertieft. Es geht dabei vor allem um Objekte, die ihre Geschwindigkeit verändern – sei es durch Fall oder Wurf, gradlinig oder auf einer Kreisbahn. Bezüge werden dabei auch immer wieder zum Thema Sicherheit im Straßenverkehr hergestellt, was sich im Hinblick auf das durchschnittliche Alter der Schülerinnen und Schüler und deren in der Regel laufende oder nahende Führerscheinausbildung als vorteilhaft erwiesen hat. Außerdem wird das Thema Akustik behandelt, in dem (bereits in Vorbereitung auf Inhalte der Qualifikationsphase) die Eigenschaften von Schallwellen näher beleuchtet werden

Auch inhaltsunabhängig erfolgt in der Einführungsphase eine methodisch intensive Vorbereitung auf die Qualifikationsphase.

Für interessierte Schülerinnen und Schüler besteht (wie auch in der Qualifikationsphase) die Möglichkeit, an der Internationalen Physik-Olympiade teilzunehmen.

Der Physikunterricht findet im Klassenverband statt und umfasst zwei Wochenstunden.

In der Qualifikationsphase:

Das Willms bietet Kurse sowohl aus grundlegendem als auch auf erhöhtem Anforderungsniveau an. In den letzten Jahren ist es gelungen, stets zwei Kurse auf erhöhtem Niveau und zusätzlich mindestens zwei Kurse auf grundlegendem Niveau zu bilden, was im Vergleich zu vielen anderen Schulen eine sehr hohe Anzahl ist. Der Unterricht bei Kursen auf erhöhtem Anforderungsniveau umfasst fünf Wochenstunden; bei Kursen auf grundlegendem Anforderungsniveau sind es drei Wochenstunden.

Im ersten Semester geht es um elektrische und magnetische Felder, es wird also an bekannte Inhalte aus der Mittelstufe angeknüpft. In der Folge werden (im zweiten Semester) mechanische Schwingungen und Wellen thematisiert. Auf deren Grundlage werden elektromagnetische Wellen zum Thema, hierbei geht es insbesondere um Licht. An dieser Stelle wird auch die Quantenphysik thematisiert, die bis heute Schwerpunktthema der physikalischen Forschung ist. Als Abschluss des zweijährigen Kurses wird Kernphysik behandelt und damit ein Inhalt aus Jahrgang 10 vertieft. Die prinzipielle Themenfolge ist dabei unabhängig vom gewählten Niveau, bei Kursen auf erhöhtem Anforderungsniveau werden einige Aspekte innerhalb der Themenfelder aber thematisch breiter und tiefer behandelt.

Für die Leistungskurse etabliert ist eine Exkursion zum größten deutschen Elektronenbeschleuniger, dem DESY in Hamburg.

Für Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau endet der Kurs mit der Abiturprüfung in Form einer Klausur, die 270 Minuten (zzgl. 30 Minuten Auswahlzeit) dauert.

Schülerinnen und Schüler, die vier Halbjahre einen Kurs auf grundlegendem Anforderungsniveau besuchen, haben die Möglichkeit, an der zentralen schriftlichen Abiturprüfung (mit einem Umfang von 220 Minuten zzgl. 30 Minuten Auswahlzeit) oder der individuell gestellten mündlichen Abiturprüfung (Dauer 20-30 Minuten) teilzunehmen. Möglich ist auch eine Präsentationsprüfung.

Neben der inhaltlichen Vorbereitung erfolgt im Unterricht auch eine Vorbereitung auf die spezifischen methodischen Anforderungen der Abiturklausur, insbesondere im Hinblick auf verwendete Operatoren, den angemessenen Einsatz des GTR und den Stil der Aufgabenstellungen.

Informatik

In unserem Alltag sind digitale Medien nicht mehr wegzudenken: Informationsbeschaffung und Einkaufen im Internet, Kommunikation via E-Mail und Messenger, Erstellung von Hausarbeiten und Präsentationen am Laptop, Freizeitgestaltung durch Apps, Mediatheken und Computerspiele. Immer mehr Bereiche unserer Gesellschaft werden durch digitale Medien geprägt.

Das Fach Informatik ermöglicht Schülerinnen und Schülern, die Funktionsweise von digitalen Medien zu verstehen und legt die Grundlagen für eine berufliche Spezialisierung in diese Richtung.

In der Einführungsphase:

Das Fach Informatik wird in der Einführungsphase zweistündig unterrichtet. Innerhalb dieses Schuljahres werden die folgenden Themen behandelt:

Kodierung von Informationen: Kodierung von Texten, Zahlen und Bildern.
Grundlagen der Programmierung: Schleifen, Wiederholungen, Variablen, bedingte Anweisungen; Programmiersprache: Java.
Verschlüsselung von Daten: grundlegende Verfahren (Transposition und Substitution)
Netzwerke: Aufbau und Funktionsweise von Computernetzwerken.
Informatik und Gesellschaft: kritische Auseinandersetzung mit den Veränderungen der Gesellschaft durch die Digitalisierung.

In der Qualifikationsphase

In der Qualifikationsphase kann Informatik als dreistündiger Kurs auf grundlegendem Anforderungsniveau gewählt werden und als P4 oder P5 bei der Abiturprüfung berücksichtig werden. In der Qualifikationsphase werden die Inhalte aus der Einführungsphase folgendermaßen vertieft:

Datenbanken: Aufbau relationaler Datenbanken, Einfügen und Abfragen von Daten.
Programmierung: Objektorientierte Programmierung in Java; abschließend: Programmierprojekt.
Automaten: Formale Spezifikation der Funktion von technischen Geräten.
Verschlüsselung: symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung, digitale Signaturen, Zertifikate.
Datenschutz: Grundzüge der Datenschutzgrundverordnung.
Kodierung:
Netzwerke: Übertragungsprotokolle.

Alle Informatikkurse nehmen an dem jährlichen Wettbewerb „Informatik Biber“ der Gesellschaft für Informatik teil. Ausgewählten Schülerinnen und Schülern wird die Teilnahme am Jugendwettbewerb Informatik ermöglicht.

Der Unterricht kann in zwei Computerräumen oder dem MakerSpace stattfinden.