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2021 | OriginalPaper | Chapter

11. Unterrichtskonzeptionen zur Quantenphysik

Authors: Rainer Müller, Thomas Wilhelm

Published in: Unterrichtskonzeptionen für den Physikunterricht

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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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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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
go back to reference Bader, F. (1996). Eine Quantenwelt ohne Dualismus. Hannover: Schroedel. Bader, F. (1996). Eine Quantenwelt ohne Dualismus. Hannover: Schroedel.
go back to reference Bader, F. (Hrsg.) (2010). Dorn Bader Physik Gymnasium Sek. II. Braunschweig: Schroedel. Bader, F. (Hrsg.) (2010). Dorn Bader Physik Gymnasium Sek. II. Braunschweig: Schroedel.
go back to reference 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) 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)
go back to reference Brachner, A., & Fichtner, R. (1977). Quantenmechanik für Lehrer und Studenten. Hannover: Schroedel. Brachner, A., & Fichtner, R. (1977). Quantenmechanik für Lehrer und Studenten. Hannover: Schroedel.
go back to reference Brachner, A., & Fichtner, R. (1980). Quantenmechanik. Hannover: Schroedel. Brachner, A., & Fichtner, R. (1980). Quantenmechanik. Hannover: Schroedel.
go back to reference 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 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
go back to reference 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. 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.
go back to reference Deylitz, S. (1999). Lernergebnisse in der Quanten-Atomphysik: Evaluation des Bremer Unterrichtskonzepts. Berlin: Logos-Verlag. Deylitz, S. (1999). Lernergebnisse in der Quanten-Atomphysik: Evaluation des Bremer Unterrichtskonzepts. Berlin: Logos-Verlag.
go back to reference 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. (2012). Was man vom einzelnen Qubit über Quantenphysik lernen kann. PhyDid A, Physik und Didaktik in Schule und Hochschule, 11(1), 1–16.
go back to reference 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. 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.
go back to reference Feynman, R. P. (1992). QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie. München: Piper. Feynman, R. P. (1992). QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie. München: Piper.
go back to reference Feynman, R. P., Leighton, R. B., & Sands, M. (2007). Feynman Vorlesungen über Physik. 3. Quantenmechanik. München: Oldenbourg. Feynman, R. P., Leighton, R. B., & Sands, M. (2007). Feynman Vorlesungen über Physik. 3. Quantenmechanik. München: Oldenbourg.
go back to reference Fischler, H. (Hrsg.). (1992). Quantenphysik in der Schule. Kiel: IPN Kiel. Fischler, H. (Hrsg.). (1992). Quantenphysik in der Schule. Kiel: IPN Kiel.
go back to reference Fischler, H., & Lichtfeldt, M. (1994). Ein Unterrichtskonzept zur Einführung in die Quantenphysik. Physik in der Schule, 32(7–8), 276–280. Fischler, H., & Lichtfeldt, M. (1994). Ein Unterrichtskonzept zur Einführung in die Quantenphysik. Physik in der Schule, 32(7–8), 276–280.
go back to reference Kohnle, A. (2016). Interaktive Simulationen für Quantenphysik und Quanteninformation. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 65(1), 17–22. Kohnle, A. (2016). Interaktive Simulationen für Quantenphysik und Quanteninformation. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 65(1), 17–22.
go back to reference Küblbeck, J. (1997). Modellbildung in der Physik. Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart. Küblbeck, J. (1997). Modellbildung in der Physik. Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart.
go back to reference Küblbeck, J., & Müller, R. (2002). Die Wesenszüge der Quantenphysik: Modelle, Bilder, Experimente. Köln: Aulis-Verlag Deubner. Küblbeck, J., & Müller, R. (2002). Die Wesenszüge der Quantenphysik: Modelle, Bilder, Experimente. Köln: Aulis-Verlag Deubner.
go back to reference Lichtfeldt, M. (1992). Schülervorstellungen in der Quantenphysik und ihre möglichen Veränderungen durch Unterricht: Eine empirische Untersuchung in der Sekundarstufe II. Essen: Westarp Wissenschaften. Lichtfeldt, M. (1992). Schülervorstellungen in der Quantenphysik und ihre möglichen Veränderungen durch Unterricht: Eine empirische Untersuchung in der Sekundarstufe II. Essen: Westarp Wissenschaften.
go back to reference Müller, R. (2003). Quantenphysik in der Schule. Berlin: Logos-Verlag. Müller, R. (2003). Quantenphysik in der Schule. Berlin: Logos-Verlag.
go back to reference 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. (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.
go back to reference Müller, R. (Hrsg.) (2016b). Themenheft Quanteninformation. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1). Müller, R. (Hrsg.) (2016b). Themenheft Quanteninformation. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1).
go back to reference Müller, R. (Hrsg.). (2019). Dorn/Bader Physik SII – Ausgabe 2018 für Niedersachsen. Braunschweig: Westermann. Müller, R. (Hrsg.). (2019). Dorn/Bader Physik SII – Ausgabe 2018 für Niedersachsen. Braunschweig: Westermann.
go back to reference 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., & 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
go back to reference Müller, R., & Wiesner, H. (2002). Teaching quantum mechanics on an introductory level. American Journal of Physics, 70(3), 200–209. ADSCrossRef Müller, R., & Wiesner, H. (2002). Teaching quantum mechanics on an introductory level. American Journal of Physics, 70(3), 200–209. ADSCrossRef
go back to reference Niedderer, H. (1992). Atomphysik mit anschaulichem Quantenmodell. In H. Fischler (Hrsg.), Quantenphysik in der Schule (S. 88–113). Kiel: IPN Kiel. Niedderer, H. (1992). Atomphysik mit anschaulichem Quantenmodell. In H. Fischler (Hrsg.), Quantenphysik in der Schule (S. 88–113). Kiel: IPN Kiel.
go back to reference Niedderer, H. (2000). Physiklernen als kognitive Entwicklung. Vorträge/physikertagung, Deutsche Physikalische Gesellschaft, Fachausschuss Didaktik Der Physik, Tagung, 1999, 49–66. Niedderer, H. (2000). Physiklernen als kognitive Entwicklung. Vorträge/physikertagung, Deutsche Physikalische Gesellschaft, Fachausschuss Didaktik Der Physik, Tagung, 1999, 49–66.
go back to reference Niedersächsisches Kultusministerium (Hrsg.). (2017). Kerncurriculum für das Gymnasium, gymnasiale Oberstufe. Physik. Hannover. Niedersächsisches Kultusministerium (Hrsg.). (2017). Kerncurriculum für das Gymnasium, gymnasiale Oberstufe. Physik. Hannover.
go back to reference Petri, J. (1996). Der Lernpfad eines Schülers in der Atomphysik: Eine Fallstudie in der Sekundarstufe II (1. Aufl.). Mainz. Petri, J. (1996). Der Lernpfad eines Schülers in der Atomphysik: Eine Fallstudie in der Sekundarstufe II (1. Aufl.). Mainz.
go back to reference Petri, J., & Niedderer, H. (2001). Kognitive Schichtenstrukturen nach einer UE Atomphysik (Sek. II). Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 7, 53–68. Petri, J., & Niedderer, H. (2001). Kognitive Schichtenstrukturen nach einer UE Atomphysik (Sek. II). Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 7, 53–68.
go back to reference Pospiech, G. (2000). Quantencomputer – Was verbirgt sich dahinter? Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht, 53(4), 196–202. Pospiech, G. (2000). Quantencomputer – Was verbirgt sich dahinter? Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht, 53(4), 196–202.
go back to reference Pospiech, G., & Schorn, B. (2016). Der Quantencomputer in der Schule. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1), 5–10. Pospiech, G., & Schorn, B. (2016). Der Quantencomputer in der Schule. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1), 5–10.
go back to reference Reisch, C., & Franz, T. (2016). Quantenkryptographie. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1), 11–16. Reisch, C., & Franz, T. (2016). Quantenkryptographie. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1), 11–16.
go back to reference Rode, M. (2017). Das Zeigermodell im Unterricht über Quantenphysik nutzen. Unterricht Physik, 162, 27–29. Rode, M. (2017). Das Zeigermodell im Unterricht über Quantenphysik nutzen. Unterricht Physik, 162, 27–29.
go back to reference Schneider, J., & Meyn, J.-P. (2016). Modellexperimente zur Quantenkryptographie. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1), 36–39. Schneider, J., & Meyn, J.-P. (2016). Modellexperimente zur Quantenkryptographie. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 65(1), 36–39.
go back to reference Strunz, A., & Meyn, J.-P. (2015). Experimentelle Quantenphysik im Physikunterricht. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 64(4), 36–40. Strunz, A., & Meyn, J.-P. (2015). Experimentelle Quantenphysik im Physikunterricht. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule , 64(4), 36–40.
go back to reference Werner, J. (2000). Vom Licht zum Atom: Ein Unterrichtskonzept zur Quantenphysik unter Nutzung des Zeigermodells. Berlin: Logos-Verlag. Werner, J. (2000). Vom Licht zum Atom: Ein Unterrichtskonzept zur Quantenphysik unter Nutzung des Zeigermodells. Berlin: Logos-Verlag.
go back to reference 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. 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
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-63053-2_11

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