{"id":77,"date":"2018-01-14T21:01:14","date_gmt":"2018-01-14T21:01:14","guid":{"rendered":"http:\/\/134.169.6.169\/milq\/?page_id=77"},"modified":"2026-04-08T15:13:17","modified_gmt":"2026-04-08T13:13:17","slug":"didaktische-konzepte","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.milq.info\/en\/spezialgebiete\/didaktische-konzepte\/","title":{"rendered":"Didaktische Konzepte"},"content":{"rendered":"
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\u00dcbersicht \u00fcber die Unterrichtsentw\u00fcrfe aus der fachdidaktischen Literatur<\/h2>\n

In diesem Kapitel geben wir einen \u00dcberblick \u00fcber die bisher ausgearbeiteten Unterrichtskonzepte zur Quantenphysik. Der Schwerpunkt der folgenden Darstellung liegt auf der inhaltlichen Struktur der betrachteten Unterrichtskonzepte. Eine didaktische oder fachliche Auseinandersetzung mit den beschriebenen Entw\u00fcrfen soll an dieser Stelle nicht stattfinden; in diesem Kapitel beschr\u00e4nken wir uns auf die inhaltliche Darstellung. Einige der hier vorgestellten Entw\u00fcrfe sind in der Unterrichtspraxis erprobt und evaluiert worden.<\/p>\n

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1. Das Unterrichtskonzept von Brachner und Fichtner\u00a0–\u00a02. Das Berliner Konzept\u00a0–\u00a03. Das Bremer Unterrichtskonzept\u00a0–\u00a04.1 Der Zeigerformalismus nach K\u00fcblbeck
\n4.2 Zeigerformalismus nach Bader\u00a0–\u00a05. Visual Quantum Mechanics\u00a0–\u00a06. Literatur<\/p>\n

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1. Das Unterrichtskonzept von Brachner und Fichtner<\/h3>\n

Brachner und Fichtner (1977, 1980) entwickelten in den sp\u00e4ten siebziger Jahren den ersten f\u00fcr die Schule gedachten Quantenphysik-Kurs, der sich stark an die Vorlesungen von Feynman (Feynman 1966) orientiert.<\/p>\n

Im Folgenden ist kurz der Aufbau des Kurses skizziert:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
\u00a0I. Quantenphysik<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
1. Elektronen:<\/strong><\/p>\n
    \n
  • Nachweis des Elektrons sowie Bestimmung von Masse und Ladung.<\/li>\n
  • \n
    Beobachtung des Verhaltens von Elektronen am Doppelspaltexperiment.<\/div>\n<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n
\u00a0Elektronen sind weder klassische Teilchen noch klassische Wellen<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a02. Photonen:<\/strong><\/p>\n
    \n
  • Doppelspaltexperiment mit abgeschw\u00e4chtem Licht<\/li>\n
  • Photoeffekt<\/li>\n
  • h-Bestimmung<\/li>\n
  • Compton-Effekt<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n
\u00a0Photonen sind weder klassische Teilchen noch Wellen.<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a03. Charakterisierung von Mikroobjekten:<\/strong><\/p>\n
    \n
  • Stochastisches Verhalten<\/li>\n
  • De-Broglie-Beziehung<\/li>\n
  • Drehimpuls<\/li>\n
  • Spin und Polarisation.<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n
Wahrscheinlichkeitsgesetze in der Mikrophysik; Drehimpulsquantisierung; Fermionen und Bosone<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a04. Energiequantisierung:<\/strong><\/p>\n
    \n
  • Franck-Hertz-Versuch<\/li>\n
  • Energieniveaus von Atomen<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n
\u00a0Das Bohrsche Atommodell wird explizit vermieden.<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a05. Superpositionsprinzip:<\/strong><\/p>\n
    \n
  • Wahrscheinlichkeitsamplituden und Wahrscheinlichkeiten<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n
\u00a0Wie bei Feynman wird die zentrale Bedeutung de Wahrscheinlichkeitsamplituden hervorgehoben. F\u00fcr sie, nicht f\u00fcr die Wahrscheinlichkeiten gilt das Superpositionsprinzip.<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a06. Potentialt\u00f6pfe und Schr\u00f6dinger-Gleichung:<\/strong><\/p>\n
    \n
  • Elektron in verschiedenen eindimensionalen Potentialt\u00f6pfen<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n
\u00a0Station\u00e4re und zeitabh\u00e4ngige Schr\u00f6dinger-Gleichung; unendlicher hoher Potentialtopf; endlicher Potentialtopf; Tunneleffekt; chemische Bindung<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a07. Unbestimmtheitsrelation:<\/strong><\/p>\n
    \n
  • Formulierung der Unbestimmtheitsrelation<\/li>\n
  • Anwendung (Tunneleffekt, Feldionenmikroskop)<\/li>\n<\/ul>\n<\/td>\n
\u00a0Verlust des Bahnbegriffs in der Mikrophysik; Lokalisationsenergie<\/td>\n<\/tr>\n
II. Atomphysik<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Es werden die Grundlagen \u00fcber den Atomaufbau, der Grundzustand vom Wasserstoffatom, die Energieniveaus sowie Emissions- und Absorptionsspektren besprochen. Weiterhin wird die Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Orbitalmodell erkl\u00e4rt.<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a0III. Vielteilchensysteme<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Der Schwerpunkt liegt auf der Ununterscheidbarkeit, der Symmetrie der Wellenfunktion \u03c8, dem Pauli-Prinzip und dem Bau der Atome anhand der Streuexperimente zwischen\u00a04<\/sup>He-Atomen.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Das Fundamentalprinzip<\/h3>\n

Ein wichtiger Punkt f\u00fcr Brachner und Fichtner ist das sogenannte quantenmechanische Fundamentalprinzip, das auch bei Feynman (1963) an zentraler Stelle steht. Es lautet:<\/p>\n

Gibt es verschiedene M\u00f6glichkeiten (Wege) f\u00fcr das Eintreten eines bestimmten Ereignisses und wird durch die Versuchsanordnung nicht festgelegt, dass ausschlie\u00dflich eine bestimmte M\u00f6glichkeit gew\u00e4hlt wurde, so tritt immer Interferenz auf. Hinterl\u00e4sst dagegen jedes Ereignis an der Versuchsanordnung eindeutig ein bestimmtes Merkmal, durch das entschieden werden kann, welche der verschiedenen M\u00f6glichkeiten gew\u00e4hlt wurde, dann tritt nie Interferenz auf.<\/strong><\/p>\n

Eine paradigmatische Anwendung findet das Fundamentalprinzip am Doppelspalt: Wenn mit Hilfe einer geeigneten Messvorrichtung entschieden werden kann, durch welchen Spalt ein Elektron gegangen ist, tritt keine Interferenz auf. Erlaubt die Versuchsanordnung dagegen nicht, einem Elektron einen bestimmten Spalt zuzuordnen, bilden die Elektronen auf dem Schirm ein Interferenzmuster aus. Ein anderes Beispiel ist die schon erw\u00e4hnte Streuung von\u00a04<\/sup>He-Atomen, bei der es aufgrund der Ununterscheidbarkeit zur Interferenzerscheinungen kommt. Streut man dagegen\u00a03<\/sup>He an\u00a04<\/sup>He, tritt keine Interferenz auf.<\/p>\n

2. Das Berliner Konzept<\/h3>\n

Das von Fischler und Lichtfeldt unter Mitwirkung von Lehrern entwickelte und evaluierte Berliner Konzept zur Einf\u00fchrung in die Quantenmechanik war der erste Unterrichtsvorschlag, der aus der Analyse der typischen Lernschwierigkeiten und Sch\u00fclervorstellungen beim Lernen der Quantenphysik hervorgegangen ist (Berg et al. 1989).<\/p>\n

Bei der Entwicklung der Berliner Konzeption wurde versucht, folgende Schwierigkeiten zu ber\u00fccksichtigen:<\/p>\n

Die enge Verkn\u00fcpfung von Photonen mit der Teilchenvorstellung:\u00a0<\/strong>
\nEin eventuell im Unterricht angesprochenes verfeinertes Modell wird schnell zugunsten des anschaulichen Teilchenmodells aufgegeben.<\/p>\n

Das Festhalten der Sch\u00fclerinnen und Sch\u00fcler am Bohrschen Atommodell:\u00a0<\/strong>
\nIn seiner Anschaulichkeit ist das Bohrsche Atommodell f\u00fcr die Sch\u00fclerinnen und Sch\u00fcler attraktiv. Selbst wenn die Grenzen des Modells angesprochen werden, wird es nicht aufgegeben.<\/p>\n

Die in den meisten Kursen unzureichende Darstellung der Welle-Teilchen-Problematik:<\/strong>
\nH\u00e4ufig werden irref\u00fchrende Formulierungen zum Nebeneinander von Wellen- und Teilchenmodell verwendet, die die Vorstellungen der Sch\u00fclerinnen und Sch\u00fcler in eine falsche Richtung lenken.<\/p>\n

Probleme mit dem Begriff der Materiewelle:<\/strong>
\nDieser Begriff kann von den Sch\u00fclerinnen und Sch\u00fclern ebenfalls nicht in der intendierten Weise interpretiert werden.<\/p>\n

Inhaltlicher Aufbau der Konzeption<\/h3>\n

Ziel war es, einen Kurs zu schaffen, der “auf der einen Seite mit allen Lehrpl\u00e4nen vereinbar ist und auf der anderen Seite durch eine ver\u00e4nderte Beschreibung der Inhalte und eine von den \u00fcblichen Vorschl\u00e4gen abweichende Anordnung der Teilthemen neue Akzente setzt. Das zentrale Ziel dieser Konzeption ist es, den Sch\u00fclern das Verst\u00e4ndnis der Grundprinzipien der Quantenphysik dadurch zu erleichtern, dass die beobachteten quantenphysikalischen Ph\u00e4nomene von Anfang an durch die Brille der modernen Physik betrachtet werden” (Fischler & Lichtfeldt 1994). Bez\u00fcge zur klassischen Physik sollen vermieden werden.<\/p>\n