Das Profilfach Naturwissenschaft und Technik (NwT)

Am Albert-Schweitzer-Gymnasium wird im naturwissenschaftlichen Profil ab Klassenstufe 8 das Fach Naturwissenschaft und Technik (kurz NwT) als Unterrichtsfach angeboten. Als Hauptfach ist NwT beispielsweise gleichgestellt mit Deutsch, den Fremdsprachen und Mathematik und wird in den Klassenstufen 8, 9 und 10 jeweils wöchentlich mit vier Stunden unterrichtet.

Das Besondere am Fach NwT ist, dass der Unterricht praxisnah erfolgt und sich somit häufig am Lebens- und Erfahrungsbereich der Schülerinnen und Schüler orientiert. Durch praktische Übungen, eigenständige Beobachtungen und Folgerungen sollen die Schülerinnen und Schüler an naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen herangeführt werden. Die Unterrichtsthemen sind dabei immer fächerübergreifend. Des Weiteren zeichnet sich der NwT-Unterricht durch den hohen Anteil an Projektarbeitsformen aus: Jede Schülerin und jeder Schüler bearbeitet während eines Schuljahres mindestens ein Projekt. Dabei variieren die Arbeitsformen von selbständiger Erarbeitung bis hin zur Teamarbeit in kleinen Gruppen, wobei hier auch ein besonderes Augenmerk auf das Projektmanagement gelegt wird. Es werden zum Teil Methoden erprobt, die auch in der Wirtschaft in Projektarbeiten Anwendung finden.

Unterrichtsinhalte des Faches Naturwissenschaft und Technik

In Klassenstufe 8 wird – um in das neue Fach NwT einzuführen – zunächst ein Forschungsprojekt durchgeführt, welches sich an den naturwissenschaftlichen Methoden orientiert, die bereits aus den Fächern Biologie und Physik der Klassestufen 5 bis 7 bekannt sind.

Im weiteren Verlauf des Schuljahres werden dann zwei umfangreichere inhaltliche Themenschwerpunkte behandelt: Im Zuge des Themas Kran gewinnen die Schülerinnen und Schüler Einsichten in verschiedene Formen von Kränen sowie deren spezielle physikalische Eigenheiten (z.B. Statik und Hebel) und setzen ihre neu gewonnenen Erkenntnisse beim Bau eines Krans um. Dabei erlernen sie auch das Anfertigen von technischen Zeichnungen sowie die Holzbearbeitung in der Werkstatt.

Der zweite Themenschwerpunkt beschäftigt sich mit der Einführung ins Programmieren. Die Schülerinnen und Schüler erlernen mit Hilfe einer textbasierten Programmiersprache die Programmierung des Mikrocontrollers Arduino Uno und realisieren kleinere Projekte wie beispielsweise eine Ampelschaltung und eine Lautsprecheranlage.

Den Abschluss dieser Einheit bildet ein umfangreiches Lötprojekt in Kooperation mit der Firma Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG. An einem Projekttag werden die Schülerinnen und Schüler Schritt für Schritt zu echten Lötprofis, um im Anschluss ihren eigenen, selbst gelöteten Arduino im NwT-Unterricht nutzen zu können.

In Klassenstufe 9 steht das Thema Automatisiertes Fahren im Mittelpunkt. Von den ersten Prototypen bis zum eigenständig fahrenden Modellfahrzeug erarbeiten die Schülerinnen und Schüler zentrale Aspekte moderner Mobilität.

Ein besonderes Gewicht liegt dabei auf dem Verständnis physikalischer Grundlagen rund um das eigens zu konstruierende Fahrzeug: von Schaltungen und Getrieben über den Wirkungsgrad elektrischer Bauteile bis hin zur optimalen Energieübertragung. Ergänzend wird wieder mit dem Mikrocontroller Arduino Uno programmiert, sodass zusätzliche Komponenten wie Motoren, aber auch Sensoren gezielt in den Fahrzeugbau eingebunden werden können.

Ein weiterer Schwerpunkt der Klassenstufe 9 ist die CAD-Konstruktion in Verbindung mit dem 3D-Druck. So entstehen individuell gestaltete Bauteile, die direkt am eigenen Fahrzeug zum Einsatz kommen können.

In enger Kooperation mit dem Deutschen Zweirad- und NSU-Museum werden zudem zweirädrige Fahrzeuge untersucht. Dabei fließt dann auch wieder praxisnahes Alltagswissen ein – etwa die Frage: „Wie flicke ich einen Reifen?“

Auch in Klasse 10 werden zwei thematische Bereiche unterschieden: Im Zuge der Unterrichtseinheit Windpumpe lernen die Schülerinnen und Schüler, wie man den Wirkungsgrad eines technischen Systems bestimmt, führen die Planung und Auslegung eines Getriebes durch, um anschließend den Bau einer Windpumpe zu realisieren. Dieser Arbeitsprozess ermöglicht es ihnen schließlich, eigene Kennlinien aufzunehmen und auszuwerten.

Im Zuge des zweiten Themenschwerpunktes in Klasse 10 werden ganz konkret Inhalte aus vorherigen Klassenstufen erneut aufgegriffen und vertiefend behandelt: Es wird an die Programmierkenntnisse der Schülerinnen und Schüler aus Klasse 8 und 9 angeknüpft. Dabei lernen die Schülerinnen und Schüler weitere Sensoren sowie Aktoren kennen und nutzen, indem beispielsweise Daten von Temperatur- oder Wassersensoren ausgelesen werden oder aber ein Joystick in Betrieb genommen wird. Im Anschluss wird auch hier im Rahmen einer Projektarbeit ein individuelles Projekt verwirklicht. Je nach Projektidee (z.B. Wetterstation, Stoppuhr, digitaler Würfel, u.a.) können dabei im Zuge der Verwirklichung der eigenen Idee die bisher erlernten naturwissenschaftlich-technischen Methoden genutzt werden. Es werden also wieder elektrische Bauteile gelötet, der 3D-Druck sowie gegebenenfalls sogar die Arbeit mit der CNC-Fräsmaschine kommen zum Einsatz.