Während die Schüler im bisherigen Unterricht einen Überblick über die wichtigsten Teilgebiete und Konzepte der Physik erworben haben, erweitern sie nun in der Oberstufe ihre Fähigkeiten, indem sie ihre Kenntnisse durch theoretische Grundlagen vertiefen und miteinander verknüpfen. Dies führt einerseits zu einer breiten naturwissenschaftlichen Allgemeinbildung, die vor allem auf der zielgerichteten Verwendung fundamentaler Prinzipien und zeitgemäßer physikalischer Modelle beruht, andererseits erwerben die Schüler auf diese Weise ein modernes Weltbild, in das diese Prinzipien und Modelle sinnvoll eingebettet sind.

Auch durch die Verwendung abstrakter Modelle können die Schüler nun anspruchsvollere Probleme lösen, wobei die Nützlichkeit mathematischer Verfahren an vielen Stellen deutlich wird. Darüber hinaus erkennen sie, dass physikalische Modelle die Basis für das Verständnis vieler Alltagsphänomene und technischer Anwendungen bilden. Die regelmäßige Verwendung geeigneter Software erleichtert ihnen einerseits das Auswerten und Dokumentieren von Experimenten und veranschaulicht ihnen andererseits komplizierte physikalische Sachverhalte.

Zur Vorbereitung auf Beruf und Studium arbeiten die Schüler vermehrt selbständig, insbesondere im Rahmen der Seminare und bei der Mitwirkung an Experimenten.

Elektromagnetismus und ein Einblick in die spezielle Relativitätstheorie sind die zentralen Themen der Jahrgangsstufe 11. Aufbauend auf qualitativen Vorstellungen entwickeln die Schüler ein tragfähiges Feldkonzept, das auf wenigen Grundaussagen basiert und mithilfe dessen sich viele scheinbar unterschiedliche statische und dynamische Phänomene erklären lassen, da sie auf gleichen Prinzipien beruhen. Im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie lernen die Schüler einige erstaunliche Effekte kennen, die bei Bewegungen sehr hoher Geschwindigkeit auftreten. Dabei erkennen sie, dass die Ideen Einsteins das heutige Verständnis von Raum und Zeit entscheidend geprägt haben.

Schüler, die die Lehrplanalternative Biophysik wählen, lernen die Grundlagen eines modernen und faszinierenden Zweigs der Physik kennen, der zunehmend an Bedeutung gewinnt und mittlerweile eine Schlüsselposition in der interdisziplinären Forschung innehat. Vor diesem Hintergrund begreifen die Schüler, dass mithilfe physikalischer Modelle und Arbeitsmethoden weitreichende Aussagen über die Funktionsweise biologischer Systeme getroffen werden können. Dabei erfahren die jungen Erwachsenen auch, dass geeignete Modelle einerseits einen gewissen Komplexitätsgrad haben müssen, um sinnvolle Aussagen zu ermöglichen, andererseits die Beherrschbarkeit von Modellen mit ihrem Komplexitätsgrad rapide abnimmt.

Um auch bei Wahl der Lehrplanalternative Biophysik die notwendigen Voraussetzungen zur Fortsetzung des Physikkurses in der Jahrgangsstufe 12, ggf. auch im Rahmen der Lehrplanalternative Astrophysik, zu schaffen, sind die Abschnitte „Auge und Ohr“, „Typische Untersuchungsmethoden der Biophysik“ sowie „Neuronale Signalleitung und Informationsverarbeitung“ im Umfang der empfohlenen Unterrichtszeit verpflichtend zu unterrichten. Da die Biophysik jedoch eine Wissenschaft mit unzähligen Teildisziplinen ist und deshalb im vorgegebenen Rahmen nicht erschöpfend unterrichtet werden kann, kann ein weiterer Themenbereich im Rahmen von etwa 21 Unterrichtsstunden frei ausgewählt werden. Es wird empfohlen, diesen aus einem der Bereiche „Photosynthese“, „Strahlenbiophysik und Medizinphysik“ und „Grundlagen der Biomechanik“ zu wählen.

In der Jahrgangsstufe 12 steht der Themenbereich „Struktur der Materie“ im Mittelpunkt, wobei die ersten Begegnungen mit der Quantenphysik in Jahrgangsstufe 10 aufgegriffen, ausgebaut und untermauert werden. Damit ist es möglich, Atome und Atomkerne aus quantenphysikalischer Sicht zu betrachten, wodurch die Schüler einen Überblick über den aktuellen Stand der Vorstellung vom Aufbau der Materie erhalten. Dieses erweiterte Wissen versetzt sie in die Lage, sich zu vielen gesellschaftlich relevanten Themen eine eigene, fachlich fundierte Meinung zu bilden und diese verantwortungsbewusst zu vertreten.

Bei Wahl der Lehrplanalternative Astrophysik lernen die Schüler, dass hier verschiedene Teilgebiete der Physik zusammenwirken und insbesondere Erkenntnisse aus der Atom- und Kernphysik sowie der Relativitätstheorie große Fortschritte ermöglicht haben. Sie lernen zudem, dass in der Astrophysik häufig nur Abschätzungen möglich sind, die aber trotzdem zu stichhaltigen Aussagen führen, wobei stets die Annahme zugrunde liegt, dass die physikalischen Gesetze universelle Gültigkeit besitzen. Wo immer möglich fließen Ergebnisse aus aktuellen Forschungsprojekten in den Unterricht ein, da die steigende Präzision astrophysikalischer Messungen fortwährend zu einer Fülle neuer Informationen führt, die ganz entscheidend zum tieferen Verständnis des Universums beitragen. Damit erleben die Schüler die Astrophysik als aktuelle und lebendige Wissenschaft.

Da die Betrachtung des Sternhimmels jeden Schüler fasziniert, ist sie durch keine Unterrichtsmethode zu ersetzen. Deshalb soll den Schülern mehrfach die Gelegenheit zu Beobachtungsabenden gegeben werden.