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Unterrichtskonzeptionen zur Quantenphysik

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Unterrichtskonzeptionen für den Physikunterricht

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Zusammenfassung

Der traditionelle Quantenphysik-Unterricht baut auf historischen Experimenten auf und die traditionelle Atomphysik auf dem Bohr‘schen Atommodell. Innovative physikdidaktische Ansätze wählen andere Zugänge, von denen in dem Kapitel fünf vorgestellt werden. Eine Bremer Unterrichtskonzeption setzt die numerische Modellierung von Zuständen höherer Atome, um einen anschaulichen Begriff des quantenmechanischen stationären Zustands an Stelle des Bohr‘schen Atommodells zu setzen. Die Münchener Unterrichtskonzeption milq für die Sek. I und II betont dagegen die Wesenszüge der Quantenphysik und die Andersartigkeit gegenüber der klassischen Physik und möchte klare Begriffe herausbilden. Ebenfalls um ein Verständnis der Grundprinzipien der Quantenphysik bemüht ist eine Berliner Konzeption, die das Potentialtopf-Modell statt dem Bohr’schen Atommodell nutzt. Die Anwendung des Zeigerformalismus von Feynman ermöglicht es, quantenmechanische Wahrscheinlichkeiten vorherzusagen.

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Notes

  1. 1.

    Ein Gravitationswelleninterferometer ist ein experimenteller Aufbau, mit dem unvorstellbar kleine Störungen der Raumzeit (Gravitationswellen) gemessen werden. Das LIGO-Observatorium hat 2015 erstmals Gravitationswellen von zwei kollidierenden Schwarzen Löchern gemessen.

  2. 2.

    Okun (2006, 2008).

  3. 3.

    Müller (2003); Müller (2016a).

  4. 4.

    Feynman (1992).

  5. 5.

    In der populärwissenschaftlichen Literatur wird der Welle-Teilchen-Dualismus häufig zu einer naiven Form vergröbert, etwa in der Form: „Das Geheimnis der Quantenphysik liegt darin, dass sich Quantenobjekte in unvorhersehbarer Weise manchmal wie Wellen und manchmal wie Teilchen verhalten.“ Dabei handelt es sich um eine Mystifizierung, denn die Born’sche Wahrscheinlichkeitsinterpretation erlaubt es für jedes Experiment, eindeutig vorherzusagen, in welcher Form man „Wellenverhalten“ oder „Teilchenverhalten“ finden wird (Müller 2003). Weder das klassische Wellenmodell noch das klassische Teilchenmodell für sich allein sind in der Lage, die Phänomene der Quantenphysik adäquat zu beschreiben: „It’s like neither“ (Feynman, Leighton und Sands 2007, Kap. 1).

  6. 6.

    für einen Überblick siehe z. B. Fischler (1992).

  7. 7.

    Müller und Schecker (2018).

  8. 8.

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  13. 13.

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    für einen Überblick siehe Müller und Schecker (2018).

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  26. 26.

    Müller und Wiesner (2002).

  27. 27.

    „milq“ war ursprünglich die Abkürzung für „Münchener Internet-Projekt zur Lehrerfortbildung in Quantenphysik“. Das Projekt hat sich aber erheblich weiterentwickelt.

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    Verfügbar unter: https://www.milq.info/materialien/simulationsprogramme/

  32. 32.

    Müller (2003).

  33. 33.

    ausführlicher in Müller (2016a).

  34. 34.

    Wiesner und Schorn (2015) und online unter https://www.milq.info/sample-page/milq10/

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  41. 41.

    hier und in den folgenden Absätzen zitiert nach Küblbeck (1997), S. 25 f.

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    Einen Überblick geben die Artikel im Themenheft 1/65 „Quanteninformation“ (2016) der Zeitschrift Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule (Müller, 2016b).

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Fachdidaktik der Naturwissenschaften, Technische Universität Braunschweig, Braunschweig, Deutschland

    Rainer Müller

  2. Institut für Didaktik der Physik, Goethe-Universität Frankfurt, Frankfurt am Main, Deutschland

    Thomas Wilhelm

Authors
  1. Rainer Müller
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  2. Thomas Wilhelm
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Correspondence to Rainer Müller .

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Editors and Affiliations

  1. Institut für Didaktik der Physik, Goethe-Universität, Frankfurt am Main, Hessen, Deutschland

    Thomas Wilhelm

  2. Institut für Didaktik der Naturwissenschaften, Abteilung Physikdidaktik, Universität Bremen, Bremen, Deutschland

    Horst Schecker

  3. Österreichisches Kompetenzzentrum für Didaktik der Physik, Universität Wien, Wien, Österreich

    Martin Hopf

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Müller, R., Wilhelm, T. (2021). Unterrichtskonzeptionen zur Quantenphysik. In: Wilhelm, T., Schecker, H., Hopf, M. (eds) Unterrichtskonzeptionen für den Physikunterricht. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-63053-2_11

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