Skip to main content
Register
Springer Professional
SEARCH
MENU 1 2 3 4
main-content
Top

Hint

Swipe to navigate through the chapters of this book

Published in:
Entwicklung von Unterrichtskonzeptionen Read chapter Read first chapter

2021 | OriginalPaper | Chapter

11. Unterrichtskonzeptionen zur Quantenphysik

Authors: Rainer Müller, Thomas Wilhelm

Published in: Unterrichtskonzeptionen für den Physikunterricht

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Login to get access
share
SHARE

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.

To get access to this content you need the following product:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 69.000 Bücher
  • über 500 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Testen Sie jetzt 15 Tage kostenlos.

inform now

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 50.000 Bücher
  • über 380 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




Testen Sie jetzt 15 Tage kostenlos.

inform now

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 58.000 Bücher
  • über 300 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Testen Sie jetzt 15 Tage kostenlos.

inform now
previous chapter Unterrichtskonzeptionen zu Feldern und Wellen
next chapter Unterrichtskonzeptionen zu fortgeschrittenen Themen der Schulphysik
Footnotes
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
Okun (2006, 2008).
 
3
Müller (2003); Müller (2016a).
 
4
Feynman (1992).
 
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
für einen Überblick siehe z. B. Fischler (1992).
 
7
Müller und Schecker (2018).
 
9
Berg et al. (1989); Fischler und Lichtfeldt (1994).
 
10
Lichtfeldt (1992).
 
11
Müller (2019).
 
12
Fischler (1992).
 
13
Jönsson (1961).
 
14
Brachner und Fichtner (1977, 1980).
 
15
Lichtfeldt (1992).
 
17
für einen Überblick siehe Müller und Schecker (2018).
 
18
Niedderer (1992).
 
19
Niedderer (1992).
 
20
Petri und Niedderer (2000).
 
21
Deylitz (1999).
 
22
Budde et al. (2002).
 
23
Petri (1996).
 
24
Petri und Niedderer (2001).
 
25
Niedderer (2000).
 
26
Müller und Wiesner (2002).
 
27
„milq“ war ursprünglich die Abkürzung für „Münchener Internet-Projekt zur Lehrerfortbildung in Quantenphysik“. Das Projekt hat sich aber erheblich weiterentwickelt.
 
28
Küblbeck und Müller (2002).
 
29
Grangier, Roger und Aspect (1986).
 
30
Müller (2019).
 
32
Müller (2003).
 
33
ausführlicher in Müller (2016a).
 
35
Feynman (1992).
 
36
Bader (1996) (Abschn. 1.​2).
 
37
Küblbeck (1997); Küblbeck und Müller (2002).
 
38
Werner (2000).
 
39
Rode (2017) (Abschn. 10.​7).
 
40
Bader (2010), S. 274.
 
41
hier und in den folgenden Absätzen zitiert nach Küblbeck (1997), S. 25 f.
 
42
Brachner und Fichtner (1977).
 
43
Werner (2000).
 
44
Bader (1996).
 
45
Werner (2000).
 
46
Reisch und Franz (2016); Schneider und Meyn (2016).
 
47
Einen Überblick geben die Artikel im Themenheft 1/65 „Quanteninformation“ (2016) der Zeitschrift Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule (Müller, 2016b).
 
48
Pospiech (2000); Pospiech und Schorn (2016).
 
49
Dür und Heusler (2012, 2014).
 
50
Strunz und Meyn (2015).
 
53
Kohnle (2016).
 
54
Müller (2019).
 
Literature
Bader, F. (1996). Eine Quantenwelt ohne Dualismus. Hannover: Schroedel.
Bader, F. (Hrsg.) (2010). Dorn Bader Physik Gymnasium Sek. II. Braunschweig: Schroedel.
Berg, A., Fischler, H., Lichtfeldt, M., Nitzsche, M., Richter, B., & Walther, F. (1989). Einführung in die Quantenphysik. Ein Unterrichtsvorschlag für Grund- und Leistungskurse. Pädagogisches Zentrum. ( Materialien zum Buch)
Brachner, A., & Fichtner, R. (1977). Quantenmechanik für Lehrer und Studenten. Hannover: Schroedel.
Brachner, A., & Fichtner, R. (1980). Quantenmechanik. Hannover: Schroedel.
Budde, M., Niedderer, H., Scott, P., & Leach, J. (2002). The quantum atomic model „Electronium“: A successful teaching tool. Physics Education, 37(3), 204–210. ADSCrossRef
de Bruijn, N. G. (1967). Uncertainty principles in Fourier analysis. Inequalities: Proceedings of a Symposium Held at Wright-Patterson Air Force Base, Ohio, August 19–27, 1965, 57–71.
Deylitz, S. (1999). Lernergebnisse in der Quanten-Atomphysik: Evaluation des Bremer Unterrichtskonzepts. Berlin: Logos-Verlag.
Dür, W., & Heusler, S. (2012). Was man vom einzelnen Qubit über Quantenphysik lernen kann. PhyDid A, Physik und Didaktik in Schule und Hochschule, 11(1), 1–16.
Dür, W., & Heusler, S. (2014). Was man von zwei Qubits über Quantenphysik lernen kann: Verschränkung und Quantenkorrelationen. PhyDid A, Physik und Didaktik in Schule und Hochschule, 13(1), 11–34.
Feynman, R. P. (1992). QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie. München: Piper.
Feynman, R. P., Leighton, R. B., & Sands, M. (2007). Feynman Vorlesungen über Physik. 3. Quantenmechanik. München: Oldenbourg.
Fischler, H. (Hrsg.). (1992). Quantenphysik in der Schule. Kiel: IPN Kiel.
Fischler, H., & Lichtfeldt, M. (1994). Ein Unterrichtskonzept zur Einführung in die Quantenphysik. Physik in der Schule, 32(7–8), 276–280.
Kohnle, A. (2016). Interaktive Simulationen für Quantenphysik und Quanteninformation. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 65(1), 17–22.
Küblbeck, J. (1997). Modellbildung in der Physik. Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart.
Küblbeck, J., & Müller, R. (2002). Die Wesenszüge der Quantenphysik: Modelle, Bilder, Experimente. Köln: Aulis-Verlag Deubner.
Lichtfeldt, M. (1992). Schülervorstellungen in der Quantenphysik und ihre möglichen Veränderungen durch Unterricht: Eine empirische Untersuchung in der Sekundarstufe II. Essen: Westarp Wissenschaften.
Müller, R. (2003). Quantenphysik in der Schule. Berlin: Logos-Verlag.
Müller, R. (2016a). Die Quantenphysik im Spannungsfeld zwischen Fachlichkeit, empirischer Forschung und Schulpraxis. In C. Maurer (Hrsg.), Authentizität und Lernen – Das Fach in der Fachdidaktik (S. 13–24). Regensburg: Universität Regensburg.
Müller, R. (Hrsg.) (2016b). Themenheft Quanteninformation. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1).
Müller, R. (Hrsg.). (2019). Dorn/Bader Physik SII – Ausgabe 2018 für Niedersachsen. Braunschweig: Westermann.
Müller, R., & Schecker, H. (2018). Schülervorstellungen zur Quanten- und Atomphysik. In H. Schecker, T. Wilhelm, M. Hopf, & R. Duit (Hrsg.), Schülervorstellungen und Physikunterricht (S. 209–224). Berlin: Springer. CrossRef
Müller, R., & Wiesner, H. (2002). Teaching quantum mechanics on an introductory level. American Journal of Physics, 70(3), 200–209. ADSCrossRef
Niedderer, H. (1992). Atomphysik mit anschaulichem Quantenmodell. In H. Fischler (Hrsg.), Quantenphysik in der Schule (S. 88–113). Kiel: IPN Kiel.
Niedderer, H. (2000). Physiklernen als kognitive Entwicklung. Vorträge/physikertagung, Deutsche Physikalische Gesellschaft, Fachausschuss Didaktik Der Physik, Tagung, 1999, 49–66.
Niedersächsisches Kultusministerium (Hrsg.). (2017). Kerncurriculum für das Gymnasium, gymnasiale Oberstufe. Physik. Hannover.
Petri, J. (1996). Der Lernpfad eines Schülers in der Atomphysik: Eine Fallstudie in der Sekundarstufe II (1. Aufl.). Mainz.
Petri, J., & Niedderer, H. (2001). Kognitive Schichtenstrukturen nach einer UE Atomphysik (Sek. II). Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 7, 53–68.
Pospiech, G. (2000). Quantencomputer – Was verbirgt sich dahinter? Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht, 53(4), 196–202.
Pospiech, G., & Schorn, B. (2016). Der Quantencomputer in der Schule. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1), 5–10.
Reisch, C., & Franz, T. (2016). Quantenkryptographie. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1), 11–16.
Rode, M. (2017). Das Zeigermodell im Unterricht über Quantenphysik nutzen. Unterricht Physik, 162, 27–29.
Schneider, J., & Meyn, J.-P. (2016). Modellexperimente zur Quantenkryptographie. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1), 36–39.
Strunz, A., & Meyn, J.-P. (2015). Experimentelle Quantenphysik im Physikunterricht. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 64(4), 36–40.
Werner, J. (2000). Vom Licht zum Atom: Ein Unterrichtskonzept zur Quantenphysik unter Nutzung des Zeigermodells. Berlin: Logos-Verlag.
Wiesner, H., & Schorn, B. (2015). Das Münchener Internetprojekt zur Lehrerfortbildung (milq) in der 10. Jahrgangsstufe. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 64(4), 22–29.
Metadata
Title
Unterrichtskonzeptionen zur Quantenphysik
Authors
Rainer Müller
Thomas Wilhelm
Copyright Year
2021
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Book
Unterrichtskonzeptionen für den Physikunterricht

Print ISBN: 978-3-662-63052-5

Electronic ISBN: 978-3-662-63053-2

Copyright Year: 2021

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-63053-2_11

Premium Partner

Neuer Inhalt
    Image Credits

    Version: 0.1954.0