Das mathematische Handwerkszeug, das für fast alle Physik-Veranstaltungen gebraucht wird, wird in der Veranstaltung „Mathematische Methoden“ an Hand dafür besonders gut geeigneter physikalischer Beispiele erarbeitet. Die Veranstaltung wird vom Institut für Theoretische Physik angeboten und sollte so früh wie möglich belegt werden.

Etwa seit Beginn des 20. Jahrhunderts haben sich vor allem in Deutschland in der Physik zwei verschiedene Tradierungen entwickelt, die Experimentalphysik und die Theoretische Physik.

Die Experimentalphysik erweitert und systematisiert das physikalische Wissen vom Experiment ausgehend und prüft vorhandene Theorien mit Hilfe von Experimenten auf ihre Tragfähigkeit. Dementsprechend schließt sich an Vorlesung+Übung ein Laborpraktikum an, in dem das Experimentieren, der Umgang mit Daten und das wissenschaftliche Schreiben erlernt werden. Dabei kommen teils moderne Experimente zu Einsatz, teils aber auch historische, die für die Geschichte der Physik von großer Bedeutung waren. Beim Lehramt werden zudem auch Schulversuche mit erfahrenen Lehrer*innen erarbeitet.

Die Theoretische Physik strukturiert mit Hilfe von Mathematik die bereits bestehenden phänomenologischen Kenntnisse um. Dabei gibt es zwei Schwerpunkte: Einerseits geht es darum, verschiedene Theorien miteinander zu vereinbaren; so waren etwa Elektrizitätslehre, Magnetismus und Optik zum Ende des 19. Jahrhunderts getrennte, aber bereits sehr weit entwickelte Bereiche der Physik, bis Maxwell sie zur heutigen zusammenhängenden Theorie des Elektromagnetismus vereinigte. Andererseits geht es darum, vorhandene physikalische Kenntnisse für neue Fragestellungen zu erschließen. So eignet sich die Newtonsche Mechanik hervorragend dafür, Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge aufzuzeigen und z.B. zu prognostizieren, ob eine bestimmte Brücke hält oder zusammenbricht; Die Fragestellung der Ingenieurswissenschften ist dagegen, wie eine Brücke mit möglichst wenig Material so gebaut werden kann, dass sie nicht zusammen bricht.

Experimentalphysik und Theoretische Physik werden im Kölner Physikstudium gleichberechtigt und eigenständig erlernt. Dabei überlappen sich die behandelten Themenfelder zu großen Teilen, beispielsweise wird Wärmelehre/Statistische Physik sowohl in der Experimentalphysik I als auch in der Theoretischen Physik II behandelt, nur aus ganz anderen Blickwinkeln.

Dieses Modul besteht aus zwei Blöcken:

Physikdidaktik-Donnerstag

Findet jedes Semester statt.

Dieser Teil des Moduls ist ein Wechselspiel aus zwei verschiedenen Teilen:

• In der Vorlesung "Einführung in die Fachdidaktik" werden Grundlagen der Physikdidaktik theoretisch eingeführt.
• Die Veransaltung "Physik im Kontext" besteht aus Mitarbeit im Schüler*innenlabor und einem Begleitseminar. Im Schüler*innenlabor arbeiten Studierende mit an die Uni eingeladenen Schulklassen aller Schulformen. Dabei werden vor allem erprobte Experimente in Kleingruppen, die jeweils von einer/einem Studierenden betreut werden durchgeführt. Diese Arbeit wird in einem Begleitseminar vorbereitet und reflektiert.

Der Block ist so konzipiert, dass in dem Semester, in dem man ihn belegt, jede Woche den gesamten Donnerstagvormittag Programm ist, wobei es auch spontane Wechsel zwischen Vorlesung, Schulklassenbesuchen und Seminar geben kann. Deshalb sollten sich Studierende immer im selben Semester für alle drei Veranstaltungen anmelden.

Der Block kann innerhalb einer Vorlesungszeit abgeschlossen werden. Da aber das gesamte Jahr über Schüler*innen an die Uni kommen (in den Schulferien gibt es Ferienprogramme) und individuell verabredet wird, welche Studierenden welche Gruppen betreuen, können Schülerlabortermine auch in die vorlesungsfreie Zeit oder manchmal auch das nächste Semester geschoben werden.

Medienpraktikum

Findet immer im Wintersemester statt.

Im Medienpraktikum wird in Kleingruppen und unter enger Betreuung ein didaktisch hochwertiges Lernmedium, z.B. ein Video oder eine Computersimulation zu einem von der Gruppe selbst gewählten Thema erstellt. Konzeption und Erstellungsprozess werden schriftlich dokumentiert (unbenotete Studienleistung).

Ziel ist, dass die erstellten Medien tatsächlich eingesetzt werden, z.B. kooperierenden Schulen, oder geeignet veröffentlicht werden. Dafür können sie auch im Schüler*innenlabor erprobt und überarbeitet werden.

Prüfungsleistung

Studierende können aus zwei Varianten wählen:

• Die benotete Prüfungsleistung des Moduls ist ein Portfolio, in dem die eigene Arbeit im Schüler*innenlabor dargestellt und an Hand der Kenntnisse aus der Vorlesung theoretisch fundiert reflektiert wird. Das im Medienpraktikum erarbeitete Lernmedium ist dann eine unbenotete Studienleistung.
• Die benotete Prüfungsleistung des Moduls ist ein Portfolio, in dem das Lernprodukt aus dem Medienpraktikum inklusive seiner Entstehung dargestellt und an Hand der Kenntnisse aus der Vorlesung theoretisch fundiert reflektiert wird.

Die Mathematisch-Naturwissenschaftliche Grundlegung dient dem Blick über den Tellerrand, dem Erlernen interdisziplinärer Arbeit und bereitet auf fachfremden Unterricht sowie Unterricht im Fach "Naturwissenschaften" in der späteren Schulpraxis vor. Sie bildet damit das Analogon zum Wahlfach des fachwissenschaftlichen Physik-Bachelor-Studiengangs.

Für das Modul können Veranstaltungen benachbarter Fächer und/oder Veranstaltungen mit interdisziplinärem Charakter wie z.B. das Seminar "Was ist Wissenschaft?" oder "Inklusion in MINT-Kontexten" aus dem zugehörigen Angebot so kombiniert werden, dass die erforderliche Mindestzahl an CPs erreicht wird. Erforderlich sind dabei je studierter Naturwissenschaft 3 CPs. Die belegten Veranstaltungen sollen explizit nicht aus den studierten Fächern stammen oder zumindest diese Fächer mit anderen, die nicht studiert werden, verbinden.

Die Bachelorarbeit kann entweder in den Bildungswissenschaften, einer Fachwissenschaft oder einer Fachdidaktik geschrieben werden. In der Physik hat eine fachwissenschaftliche Bachelorarbeit üblicherweise einen Bezug zur Forschung einer Arbeitsgruppe bzw. zur Aufarbeitung des Forschungsthemas dieser Gruppe für Schulprojekte oder populärwissenschaftliche Kontexte. Dementsprechend entsteht die Bachelorarbeit in enger Zusammenarbeit mit Mitgliedern der jeweiligen Forschungsgruppe.

Studierende müssen sich dafür eigenständig über die Arbeit der verschiedenen Dozierenden informieren, sie ansprechen und sich auf ein Thema verständigen. Erfahrungsgemäß ist es hilfreich, früh damit zu beginnen, aktiv mehrere Dozierende oder auch fortgeschrittene Studierende, die bereits eine Bachelorarbeit geschrieben haben, anzusprechen bzw. anzuschreiben, sich darlegen zu lassen, woran in den jeweiligen Arbeitsgruppen geforscht wird usw. Es ist sinnvoll, mehrere verschiedene Dozierende anzusprechen, Zeit zum Überlegen einzuplanen und bei den Gesprächen auch den zeitlichen Horizont zu thematisieren, über Verpflichtungen neben dem Studium zu sprechen usw.

Wer eine fachdidaktische Bachelorarbeit in der Physik in Erwägung zieht, sollte die Veranstaltungen des Moduls Didaktik der Physik nutzen, um sich im dafür zuständigen Institut für Physikdidaktik zu orientieren. Fachdidaktische Bachelorarbeiten umfassen oft das Erproben bestimmter Unterrichtskonzepte mit Schüler*innen entweder im Schülerlabor der Uni oder an Schulen. Die dafür notwendigen Absprachen müssen oft mehrere Monate im Voraus stattfinden. Dementsprechend ist auch hier eine frühzeitige selbständige Ansprache der Dozierenden notwendig. Zudem kann es auch sehr hilfreich sein, wenn Studierende eigene Kontakte zu Schulen oder außerschulischen Lernorten einbringen.

Die beiden Teile des Praktikum-A-SOE können in der Regel nicht im selben Semester belegt werden, weil sie beide freitags nachmittags stattfinden.

An unserer Uni werden mehrere Veranstaltungen mit dem gleichen Titel angeboten, die sich an Studierende unterschiedlicher Studiengänge richten. Um Verwechslungen vorzubeugen hier ein paar Hinweise:

• Die richtigen Experimentalphysik-Vorlesungen für Studierende der Lehrämter Gym/Ge und BK werden von der Fachgruppe Physik angeboten. Sie finden sich hier: Experimentalphysik I, Experimentalphysik II, Atomphysik
• Es gibt regelmäßig zwei verschiedene Vorlesungen mit dem Titel "Mathematische Methoden". Für das Lehramt Gym/Ge und BK sind drei verschiedene Varianten relevant:
  • Im Wintersemester wird die Veranstaltung "Mathematischen Methoden für das Lehramt", in der mathematische Grundlagen der Physik an Hand spannender physikalischer Probleme erarbeitet werden, angeboten.
  • Ebenfalls im Wintersemester wird die Veranstaltung "Mathematik für Studierende der Physik I" angeboten, in der weitgehend ähnliche mathematische Inhalte in einer modern-axiomatischen Herangehensweise behandelt werden, bei der die Mathematik selbst und ihre Systematik viel mehr im Mittelpunkt stehen. Sie richtet sich eigentlich an BSc.-Studierende, sie kann aber auch für Studierendedes des Lehramts, die beide Abschlüsse anstreben oder sich noch nicht sicher sind, ob sie letztlich Lehramt oder den fachwissenschaftlichen Studiengang studieren wollen, problemlos angerechnet werden.
  • Im Sommersemester wird nur eine Veranstaltung angeboten, die sowohl für BSc. als auch für Lehramtsstudiengänge gedacht ist. Sie folgt einem dritten Konzept, bei dem es zunächst vor allem viel ums praktische Rechnen geht und erst zum Ende des Semesters hin die dahinter liegenden abstrakteren Konzepte erarbeitet werden. Hier bei wird insbesondere auch berücksichtigt, was Studierende, die im Sommersemester beginnen in der Experimentalphysik II brauchen.
• Das Praktikum A-SOE für Studierende des Lehramts Physik (GymGe/BK) ist im wesentlichen identisch mit dem Praktikum A des Studiengangs BSc. Physik. Im Unterschied zu letzterem enthält es insgesamt nur 16 Versuche, beinhaltet dafür aber zusätzlich schulorientiertes Experimentieren (SOE) als fachdidaktische Komponente. Im SOE werden in Kleingruppen schulnahe Versuche unter Anleitung von Fachlehrer*innen durchgeführt.
• Es werden zwei verschiedene Vorlesungsreihen zur Theoretischen Physik angeboten. Die Zweisemestrige richtet sich speziell an Studierende des Lehramtes Gym/Ge sowie Studierende der GeoMet und der Mathematik. Sie findet sich hier: Theoretische Physik in zwei Semestern I und Theoretische Physik in zwei Semestern II. Studierende, die mit dem Gedanken spielen, in den Physik-Ba-of-Science-Studiengang zu wechseln oder diesen Studiengang parallel zu studieren, können in Rücksprache mit der Studienberatung alternativ auch Teile der umfangreicheren 4-semestrigen Vorlesungsreihe für diesen Studiengang belegen.

• Die Mathematischen Methoden sollten auf jeden Fall im ersten Semester belegt werden, weil sie für alles andere gebraucht werden. Experimentalphysik I & II können dazu parallel belegt werden, alles andere erst danach. Deshalb werden die Mathematischen Methoden jedes Semester angeboten.
• Experimentalphysik I & II müssen nicht "in Reihenfolge" belegt werden, es geht auch parallel. Die Experimentalphysik I wird jedes Semester angeboten, die Experimentalphysik II jeden Sommer.
• Empfehlenswert: Mathematische Methoden -> Theoretische Physik I -> Theoretische Physik II -> Atomphysik
  Auch möglich, aber schwieriger: Atomphysik im Anschluss an Experimentalphysik I & II, obwohl man die Theoretische Physik noch nicht gemacht hat.
• Das Praktikum hat einen Teil zu Mechanik&Wärme und einen zu Optik&Elektrik. Mechanik&Wärme baut auf auf die Experimentalphysik I, Optik&Elektrik baut auf auf die Experimentalphysik II.
• Die Didaktik der Physik hat keine Voraussetzungen im engeren Sinn, allerdings sollte man sich vorher schon halbwegs mit Physik beschäftigt und z.B. schon drei Veranstaltungen belegt haben.