Seit der Einführung des achtjährigen Gymnasiums belegen die Oberstufenschüler*innen ein W-Seminar (der Name steht für „Wissenschaftspropädeutisches Seminar), in dem eine Seminararbeit anzufertigen ist – ähnlich der früheren Facharbeit im Leistungskurs. Die Fachschaft Physik führte bereits etliche W-Seminare durch; dabei ging es um fächerübergreifende Themen wie „Physik und Sport“ oder „Physik und Musik“, aber auch um „Messen mit Sensoren und Smartphones“ und „Videoanalyse von Experimenten“. So entstanden auch mehrere der Zeitlupenvideos, die im YouTube-Kanal „GFE-Physik“ zu finden sind unter https://www.youtube.com/channel/UCi9cGiXibDv3LC81je29LJw/videos

Das GFE verfügt im Physikbereich über zwei Lehrsäle und einen Übungsraum. Damit sind wir räumlich gut ausgestattet; die aufsteigende Bestuhlung in den Lehrsälen ermöglicht den Teilnehmern am Physikunterricht von überall aus einen guten Blick auf die Experimente. Selbstverständlich befindet sich in jedem Zimmer ein Computer samt Beamer, so dass mit Hilfe von Dokumentenkameras auch kleinere Exponate gut sichtbar gezeigt werden können.

Schon immer war es den Physiklehrern am GFE ein Anliegen, über eine gut und reichhaltig ausgestattete Gerätesammlung zu verfügen und diese kontinuierlich zu erweitern. Alle wichtigen Experimente eines traditionellen Physikunterrichts konnten und können gezeigt werden; in vielen Bereichen sind zudem über den Standard hinausgehende Versuche möglich. Selbstverständlich werden auch neue Entwicklungen berücksichtigt und zielstrebig in den Physikunterricht integriert. Die umfangreiche Ausstattung kann auf jeden Fall mit der von Physik-Seminarschulen mithalten, wenn diese nicht manchmal sogar übertreffen. Zusätzlich gibt es für einen motivierenden Einstieg in ein neues Unterrichtsthema viele Anschauungsobjekte, bei denen physikalische Prinzipien in spielerischer Weise umgesetzt sind.

Um viele Messwerte bei Experimenten bequem aufnehmen zu können, gibt es am GFE eine reichhaltige Sammlung diverser Sensoren der US-Firma Vernier. Damit können zuverlässige Messungen in nahezu allen Fachbereichen der Physik vorgenommen werden – und auch in W-Seminaren kommt die Sensorik gewinnbringend zum Einsatz. Außerdem sind etliche Interfaces als Bindeglied zwischen Sensoren und Computern vorrätig – und über den in jedem Physikraum seit vielen Jahren vorhandenen Beamer können Messwertreihen und Diagramme für alle Anwesenden gut sichtbar dargestellt werden. Die hierfür nötige Software LoggerPro bzw. Graphical Analysis kann überdies von jedem Mitglied der Schulfamilie kostenlos genutzt werden, so dass auch häusliche Auswertungen möglich sind.

Weitere Einzelheiten zu den Sensoren, Interfaces bzw. der Software und deren Anwendung findet man auf der Webseite der Fa. Vernier: https://www.vernier.com/

Auch in modernen Smartphones sind viele Sensoren verbaut, die man für Messungen verwenden kann. Allerdings braucht man dazu eine passende App; wir empfehlen https://phyphox.org/de/home-de/

Dem „Verein der Freunde des humanistischen Gymnasiums“ danken wir an dieser Stelle für die großzügige finanzielle Unterstützung zur regelmäßigen Erweiterung der Sammlung!

Bei etlichen physikalischen Inhalten helfen Simulationen, um die Sachverhalte zu veranschaulichen. Inhaltlich gut gemacht und mit vielen interaktiven Elementen ausgestattet ist folgende Webseite: https://www.leifiphysik.de/

Gerne wird „LEIFIphysik“ auch in den Unterrichtsstunden verwendet – und zur Beantwortung weitergehender Fragestellungen oder zum Schließen von Lücken ist die Webseite sehr empfehlenswert! Zudem findet man dort etliche Übungsaufgaben samt einer Lösung, eine perfekte Vorbereitung auf Prüfungen.

Ein besonderer Schwerpunkt im Fachbereich Physik des GFE ist seit vielen Jahren die Erstellung von Zeitlupenvideos von physikalisch interessanten Vorgängen; viele dieser Videos sind frei zugänglich unter https://www.youtube.com/channel/UCi9cGiXibDv3LC81je29LJw/videos

Bereits 2008 konnte über das Förderprogramm „Physik für Schülerinnen und Schüler“ der DPG (Deutsche Physikalische Gesellschaft) gemeinsam mit der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung eine erste Zeitlupenkamera (Casio Exilim Pro EX-F1) angeschafft werden, die eine Bildrate von maximal 1200 fps (frames per second) ermöglicht. Später wurde die Ausstattung mit mehreren Digitalkameras der Casio High Speed-Serie (Casio Exilim FH-100 bzw. FC100) erweitert; diese erlaubten immerhin eine Bildrate bis zu 1000 fps. Allerdings waren die dabei erzielbaren Auflösungen mit weniger als 300×100 Pixeln letztlich nicht ganz zufriedenstellend.

Im Jahr 2018 kam dann mit der Chronos 1.4 aus Kanada (https://www.krontech.ca) eine Kamera auf den Markt, deren Preis nicht – wie davor üblich – im fünfstelligen Bereich lag, die aber dennoch bei 1057 fps eine tolle Auflösung von 1280×1024 Pixeln ermöglichte. Zudem lässt sich die Bildrate bei geringerer Auflösung sogar bis zu sagenhaften 40000 fps steigern. Diese Kamera konnte erfreulicherweise wieder über das o.g. Förderprogramm der DPG finanziert werden und wird seitdem äußerst gewinnbringend zur Verdeutlichung sehr schnell ablaufender Vorgänge eingesetzt. Werfen Sie einen Blick in den oben erwähnten Youtube-Kanal!

Viele der am GFE erstellten Zeitlupenvideos lassen sich mit geeigneter Software analysieren. Dabei wird z.B. der Schwerpunkt eines gefilmten Körpers Bild für Bild markiert; aus der Bilderzahl pro Sekunde kann eine exakte Zeitinformation und über einen im Bild befindlichen Längenmaßstab auch eine genaue Ortsinformation gewonnen werden. Auf diese Weise lassen sich mit physikalischen Formeln gewonnene Vorhersagen perfekt überprüfen und in Diagrammen darstellen – sowie auch komplexere Abläufe (z.B. Bewegungen unter dem Einfluss des Luftwiderstands) genauer analysieren, die mit Formeln in der Schule kaum mehr zu beschreiben sind.

Zwei frei zugängliche Softwareprodukte für derartige Videoanalysen sind z.B.

https://physlets.org/tracker/

http://www.viananet.de/

Für Tablets oder Smartphones gibt es inzwischen auch viele geeignete Apps; hier sei hingewiesen auf Motion Shot, Video Analysis oder NewtonDV.

Ebenfalls von der DPG wurde vor einigen Jahren die Anschaffung einer Infrarotkamera (FLIR E6), umgangssprachlich auch Wärmebildkamera genannt, gefördert. Diese nimmt die von einem Körper ausgesandte Infrarotstrahlung auf und rechnet sie für jeden Bildpunkt in eine Temperatur um. Das „Temperaturbild“ wird dann in einer Falschfarbendarstellung auf dem Monitor angezeigt, wobei dunkle Farben einer niedrigeren und helle Farben einer höheren Temperatur entsprechen. Über einen USB-Anschluss kann der Bildschirminhalt bequem mit Hilfe von PC und Beamer für die ganze Lerngruppe dargestellt werden. So lassen sich bisher im Physikunterricht kaum direkt beobachtbare Erscheinungen erkunden, z.B. Reibungswärme oder Strahlungsenergie – die physikalische Sicht auf unsere Welt wird noch anschaulicher!

Bereits 1993 wurde auf dem Dach des GFE eine schuleigene Anlage mit einer Maximalleistung von 1 kW (Kilowatt) installiert, finanziert über das Programm „Sonne in der Schule“. Damit wurde die Idee verfolgt, der Schulfamilie hautnah die Erzeugung erneuerbarer Energien vor Augen zu führen. Seitdem werden pro Jahr von dieser kleinen Anlage ca. 800 kWh (Kilowattstunden) an elektrischer Energie erzeugt.

In den Jahren ab 2004 ließen dann private Investoren Solaranlagen mit deutlich größeren Leistungen (90 kW und 15 kW) auf dem Schuldach installieren – damals wohl die größte Solaranlage in Erlangen! Die Fachschaft Physik unterstützte diese Vorhaben tatkräftig, freut sich über die Erzeugung regenerativer Energien direkt vor Ort und hilft auch weiterhin bei der Überwachung des ordnungsgemäßen Betriebs mit.

Seit mehreren Jahren gibt es am GFE regelmäßig einen Wahlkurs, in dem die Technik des Lötens erlernt werden kann, um dann z.B. selbständig elektronische Schaltungen aufzubauen. Dieser Kurs wird von externen Dozenten auf freiwilliger Basis durchgeführt; bisher gab es immer genügend Interessenten – und die Kursleiter waren unentgeltlich zum Wohle unserer Schüler tätig. Dafür möchten wir uns herzlich bedanken!