Mathematik / Physik / Informatik

Im Zentrum dieses Kurses stehen mathematische Fragen in Verbindung mit Problemen der digitalen Datenverarbeitung.

In Klasse 9 werden zunächst mathematische und physikalische Grundlagen eines Computers erarbeitet. Die dazu notwendigen mathematischen Strukturen werden mit der Gruppetheorie als Vorübung sowie der Aussagenlogik und der Booleschen Algebra als Kernthemen in Klasse 9.1 eingeführt.

Diesem rein mathematischen Halbjahr folgt in 9.2 ein physikalischer Schwerpunkt. Aufbauend auf  9.1 werden nunmehr nach einer kurzen Einführung in die Halbleitertechnik zunächst einfache Grundschaltungen (z.B. NAND- bzw. NOR-Gatter)  auf Transistorbasis besprochen. Aus diesen Grundschaltungen lassen sich dann komplexere Schaltungen wie Halb- und Volladdierer usw. erstellen, und zwar unter anderem auch durch Simulation am Computer mit einem CAD-Programm (Locad). In einem kleinen Lötkurs lernen die Schüler, einfache Gatter selbst zu erstellen.

In Klasse 10 liegt der Schwerpunkt im Bereich der Informatik. Im 1. Halbjahr wird zunächst mit Logo eine einfache Programmiersprache erlernt. Mit Hilfe dieser Pro­grammier­sprache sollen dann auch - aber nicht nur -  mathematische Probleme bearbeitet werden.

In 10.2 gibt es eine Reihe von sinnvollen Fortsetzungen zur Auswahl: Neben einer Weiter­führung der Arbeit mit Logo (z.B. Projekte zur Software- Erstellung) gehören dazu auch eine Einführung in Anwendersoftware (Tabellenkalkulation Excel), ein Hard- und Software-Modellrechner usw. Zu den Themen der letzten Jahre gehörten weiterhin z.B. erste Schritte in einer objektorientierten Programmiersprache (ToolBook bzw. Visual Basic) wie auch einfaches Steuern und Regeln mit Hilfe von Interface-Schaltungen.

Zusammenfassung:  Dieser Kurs wendet sich an Schüler/innen, die neben dem Interesse am Computer die Bereitschaft mitbringen, sich über die Arbeit mit dem Computer hinaus in die dazu grundlegenden und verwandten Fragen der Mathematik und Physik einzuarbeiten.
Wir weisen im Übrigen darauf hin, dass die Inhalte der Kurse 9 und 10 wie in allen Aufbaukursen keinen Oberstufenstoff vorwegnehmen, so dass Schüler/innen auch ohne diese Kurse die Fächer Mathematik, Physik und Informatik ohne Nachteile in Klasse 12 auch als Leistungskurs wählen können.

Themen und Inhalte in der Übersicht:

9.1  Strukturmathematik

  1. Gruppentheorie
    1. Verknüpfungsgebilde
    2. Gruppen
    3. Isomorphie

  2.  Aussagenlogik
    1. Aussagen und Aussageformen
    2. Nicht-, und-, oder-Verknüpfungen, Sub- und Bijunktion

  3. Boolesche Algebra
     1. Voraussetzungen in der Mengenlehre
     2. Boolescher Verband mit Axiomensystem
     3. Umformung Boolescher Terme
     4. Binäre Funktionen mit disjunktiver und konjunktiver Normalform

 

9.2  Digitale Elektronik

  1. Statische digitale Schaltungen
    1. Digitale Grundschaltungen in Transistorlogik (NAND, NOR; NICHT und ICs)
    2. Rechenschaltungen (Halb-, Voll-, Paralleladdierer)
  2. Sequentielle digitale Schaltungen
    1. Multivibratoren
    2. Flip-Flop-Schaltungen
    3. Sequentielle Rechenwerke, Schieberegister, Serienaddierwerk
  3. Zählschaltungen
  4. Einfache autonome Schaltwerke (z.B.  Ampelsteuerung)
  5. Einfache Lötübungen

 

10.1   Einführung in die Programmiersprache Logo

  1. Graphische Darstellungen (z.B. einfache Figuren, Balken- und Kreisdiagramme, rekursive Bäume, Hüllkurven...)

  2. Programme und Unterprogramme

    1. Rekursive und iterative Programme

    2. Variablenübergabe

  3. Listenverarbeitung

  4. Computerlösungen math. Probleme (z.B. Õ-Bestimmung, Heron-Verfahren, Primzahluntersuchungen)

 

10.2   Vertiefende Themen (Auswahl !):

  1. Anwendersoftware

    1. Tabellenkalkulation mit Excel (Zinseszinsen, Ratenkredite...)

    2. Textverarbeitung

  2. Projekte zur Software-Erstellung mit   Logo

  3. Vertiefungen zu 9.2 mit Locad

  4. Hard- /Software-Modellrechner

  5. Messen / Steuern / Regeln

  6. Programmieren in einer modernen Programmiersprache (z.B. VB)

 


Biologie/Chemie

Der dreistündige Kurs versteht sich als Vernetzung der beiden Naturwissenschaften Biologie und Chemie. Ziel des Kurses ist ein umwelt-, alltagsbezogener  Unterricht, in dem das Schülerexperiment eine wesentliche Bedeutung hat.

9.1 „Umweltfaktor“ Wasser - „H2O“-Keine trockene Formel

Wasser symbolisiert nicht nur Leben, sondern ist auch das Leben. Ein Satz, den sicher viele SchülerInnen sofort unter­streichen würden. Wasser wird aber auch ver­schmutzt und verschwendet. Um mit die­sem für die Welt so wichtigen „Element“ umgehen zu können, müssen die SchülerInnen neue wesentliche Bereiche kennenlernen und in ihren Erfahrungshorizont aufnehmen.

1. Wassernachweis
1.1 in Pflanzen
1.2 in Tieren

2. Gewässerversauerung
2.1 Ursachen der Versauerung
2.2 Wirkung auf Pflanzen
2.3 Gegenmaßnahmen

3. Wasserhaushalt
3.1 Wasser im Naturkreislauf
3.2 Der Mensch im Wasserkreislauf
3.3 Löslichkeit verschiedener Salze
3.4 Einfluss von Schwermetallen auf das Pflanzenwachstum
3.5 Nichtlöslichkeit von Mineralöl und Wasser
3.6 Bedeutung der Haushalte für die Gewässerbelastung

4. Gewässergüte in Düsseldorf (Auswahl/Internet)
4.1 Probenentnahme an einigen Gewässern
4.2 Trinkwassergewinnung
4.3 Kläranlage (Funktion und Besuch einer Kläranlage)

 

9.2 Naturstoffe

1. Kohlenhydrate
1.1 Zucker- in der Photosynthese gespeicherte  Sonnenenergie
1.2 Glucose und Fructose als Monosaccharide Molekülbau, Nachweisreaktionen, Bedeutung
1.3 Saccharose und Maltose als Disaccharide
1.4 Polysaccharide
       
Stärke
  
     Glycogen
  
     Cellulose

2. Fette
2.1 Fettgewinnung
2.2 Aufbau und Eigenschaften der Fette
2.3 Fetthärtung und Margarine
2.4 Vom Fett zur Seife
2.5 Waschmittel und Tenside
2.6 Körperpflegemittel und Kosmetik

3. Eiweiße
3.1 Aminosäuren
3.2 Peptide und Proteine


10.1 und 10.2 Lebensmittel

1. Lebensmittelinhaltsstoffe
1.1 Untersuchung von Lebensmitteln auf Nähr-, Mineral- und Zusatzstoffe sowie Vitamine
1.1.1 Untersuchung zur Zusammensetzung der Kartoffel

1.1.2 Bestimmung des Fettgehaltes in Salami
        Einstieg:
Fetthaltige Früchte, Samen etc. - Methoden der Ölgewinnung aus Oliven bzw. Sonnenblumenkernen
        Bestimmung des Fettgehaltes in Salami
        Unterscheidung gesättigte - ungesättigte Fettsäuren
 
       pflanzliche- tierische Fette
1.1.3 Nährstoffe als Energielieferanten

        physikalische und physiologische Brennwerte
        Energieumsatz/-bedarf des menschlichen Körpers

        Grund- und Leistungsumsatz

1.1.4 Nachweis und Isolation von Vitaminen
        Bedeutung der Vitamine für den Organismus

1.1.5 Ernährung und Gesundheit
        Richtig ernähren aber wie?

1.1.6 Lebensmittelzusatzstoffe
        Lebensmittelkennzeichnung

        Deklarationspflicht, Kennzeichnungselemente

        E-Nummern

        Lebensmittelfarbstoffe

        natürliche/synthetische Farbstoffe

        gesundheitliche Risiken

        Aromastoffe

2. Haltbarmachung von Lebensmitteln
2.1 Ernährung und Gesundheit II
        Bakterien und Pilze als Verursacher für den Verderb von Lebensmitteln
        Mikroorganismen als Krankheitserreger
        Bekämpfung krankheitserregender Mikroorganismen mit Desinfektionsmitteln und Antibiotika

2.2 Konservierungsmethoden

2.2.1 Physikalische Verfahren
        Thermische Verfahren (Kühlen, Gefrieren, Pasteurisieren, Sterilisieren)
        (Wärme- und Gefrier-)Trocknung
        Bestrahlung

2.2.2 chemische Verfahren
        Säuern, Salzen, Zuckern, Schwefeln, Pökeln und Räuchern

3. Schadstoffe in Lebensmitteln
3.1 der Weg der Schadstoffe von der Quelle zum Verbraucher
        Schadstoffe aus der Umwelt
        Schadstoffe durch spezielle Verarbeitungsverfahren z. B. Konservierung
        Schadstoffe durch falsche Lagerung
        Der Weg der Schadstoffe in der Nahrungskette am Beispiel einiger Schwermetalle.

3.2 Ernährung und Gesundheit III
        Nitratgefahr aus Lebensmitteln und Wasser
        Schadwirkung einiger Schwermetalle
        Auswirkung anderer Schadstoffrückstände (Pflanzenschutzmittel, Tierarzneimittel etc.)
        Nitrosamin/Benzpyrenproblematik
        gesetzliche Bestimmungen/Verordnungen in Lebensmitteln

4. Verarbeitung/Herstellung von Lebensmitteln
4.1 Milch und Milchprodukte
        Inhaltsstoffe der Milch
        Milchgewinnung und -verarbeitung gestern und heute
        Herstellung von Butter / Vergleich von Butter und Margarine
        Sauermilchprodukte
        Käseherstellung
        großtechnische Verfahren der Käseproduktion

5. Lebensmittelproduktion im Wandel
5.1 Von der steinzeitlichen Jäger- und Sammlerkultur zu modernen landwirtschaftlichen Produktionsverfahren- historischer Abriss
5.2 Moderne landwirtschaftliche
Produktionsmethoden
        Spezialisierung z.B. auf Milch- und Fleischproduktion
        Intensivbewirtschaftung landwirtschaftlicher Flächen

5.3 Auswüchse moderner Produktionsverfahren und ihre Folgen
        Massentierhaltung / Viehmast
        Transeuropäische Viehtransporte

        Viehfutterproblematik

  
     Rinderwahnsinn(BSE)

        Überdüngung / verantwortungsloser Pestizideinsatz

Lebensmittel aus der Retorte

Chancen und Risiken der Lebensmittelproduktion mit Hilfe der Gentechnik