milq: Lehrerfortbildung zur Quantenmechanik per Internet
Überblick über die Inhalte
Der Schwerpunkt der Lehrerfortbildung soll auf den begrifflichen Fragen der Quantenmechanik liegen.
Die Fortbildung gliedert sich in einen Basiskurs
aus ca. 20 Lektionen und darauf aufbauende erweiterte Inhalte.
Darauf aufbauend werden Lektionen angeboten, die sich mit Aspekten beschäftigen, die für den Schulunterricht relevant sein können und die aus den folgenden Kategorien stammen:
- Hintergrundinformationen zu typischen Lehrplanthemen
Beispiele: In welchem Sinne "beweist" der Photoeffekt die Photonenhypothese, Probleme bei der Einzelspaltableitung der Unbestimmtheitsrelation, Was bedeutet die Energie-Zeit-Unbestimmtheitsrelation? Kann man Photonen eine relativistische Masse zuordnen? Wie weist man eigentlich Photonen, Atome, Neutronen nach?
- Themen aus der aktuellen Diskussion
Beispiele: Was sind Rydberg-Atome? Quantum Eraser, Was sind Greenberger-Horne-Zeilinger-Korrelationen, Quantencomputer, Quanten-Teleportation
- Deutungsfragen
Beispiele: Kopenhagener Interpretation, Bohr-Einstein-Debatte, Statistische Deutung, EPR-Paradoxon, Bellsche Ungleichung, Verborgene Parameter (Bohmsche Mechanik), Viele-Welten-Interpretation
- Überblick über Unterrichtsvorschläge aus der physikdidaktischen Literatur
Die Gestaltung der Fortbildung
Lehrerfortbildung per Internet: Warum?
- Mit dem Internet wird ein modernes Medium genutzt, dessen Bedeutung in den letzten Jahren sprunghaft zugenommen hat und in der Zukunft - speziell im Lehr- und Lernbereich - noch zunehmen wird. Mit der Wahl dieses Mediums kann man neue Lehrformen (z. B. die Organisation von Inhalten mit Hypertext) nutzen und auch die sich daraus ergebenden neuen Möglichkeiten erproben.
- Es besteht die Möglichkeit der Integration multimedialer Elemente, z. B. der am Lehrstuhl entwickelten Simulationsprogramme. Sie können direkt in die Fortbildung integriert werden.
- Ein nicht zu unterschätzender Vorteil ist die potentiell größere Reichweite des Projekts. Statt einer einzelnen Gruppe von 20 bis 40 Personen wie bei herkömmlichen Lehrerfortbildungen kann ein sehr viel weiterer Personenkreis angesprochen werden. Das gilt insbesondere, wenn das Material, wie geplant, auch in englischer Sprache zur Verfügung gestellt wird.
- Die Inhalte können stetig erweitert und angepasst werden.
Es werden kleine überschaubare Lektionen zu eng umrissenen Themenkreisen angeboten. Damit soll einerseits der Tatsache Rechnung getragen werden, dass zu umfangreiche Lerneinheiten am Bildschirm leicht zu Überforderungen führen und andererseits dem "lost in hyperspace"-Phänomen (dem Verlieren der Übersicht in zu komplexen Multimedia-Umgebungen) vorgebeugt werden.
Teilnahme an der Lehrerfortbildung
Interessenten können kostenlos teilnehmen.
Münchener Unterichtskonzept zur Quantenmechanik
Autoren: Rainer Müller, Hartmut Wiesner
In den letzten Jahren ist am Lehrstuhl für Didaktik der Physik ein neues Unterrichtskonzept zur Quantenmechanik in der Schule entwickelt und getestet worden. In ihm stehen die Interpretationsfragen der Quantenmechanik im Vordergrund.
Das Konzept gliedert sich in zwei Hauptteile, einen qualitativen Basiskurs und einen quantitativen Aufbaukurs. Im Mittelpunkt des Basiskurses stehen folgende Themen:
- der Begriff der dynamischen Eigenschaft und, damit zusammenhängend, der Präparation von Eigenschaften an einem Ensemble von Quantenobjekten. Es wird gezeigt, dass man Quantenobjekten unter Umständen klassisch wohldefinierte Eigenschaften nicht zuschreiben kann.
- die Bornsche Wahrscheinlichkeitsinterpretation wird klar formuliert und mit ihrer Hilfe der Welle-Teilchen-Dualismus aufgelöst.
- die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation wird als Unmöglichkeitsaussage über die gleichzeitige Präparierbarkeit zweier Eigenschaften (Ort und Impuls) verstanden.
- Das Spektrum der behandelten Themen reicht bis zur Komplementarität, zum quantenmechanischen Messprozess und Schrödingers Katze. Auch die Auflösung des Katzenparadoxons durch die moderne Theorie der Dekohärenz wird behandelt.
Im Kurs werden verschiedene Simulationsprogramme (Doppelspalt, Mach-Zehnder-Interferometer) verwendet, die man auf der Download-Seite kostenlos herunterladen kann
Im quantitativen Aufbaukurs wird ein erster Einblick in die formalen Strukturen der Quantenmechanik gegeben. Z. B. wird der Begriff des Operators und der Eigenwertgleichung erörtert. Anwendung finden diese Ergebnisse dann bei der Diskussion des Potentialtopfs und eines Modells des Wasserstoff-Atoms.