Detailansicht
Besonderheiten aus der Welt der Quantenphysik
ein Stationenbetrieb für den Schulunterricht
Brigitte Schauer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Lehramt Sek (AB) Unterrichtsfach Mathematik Unterrichtsfach Physik
Betreuer*in
Beatrix Hiesmayr
DOI
10.25365/thesis.78697
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24772.99155.747934-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Arbeit zielt darauf ab, einen Stationenbetrieb aus sechs Stationen anzubieten, welcher von Schüler:innen selbstständig erarbeitet werden kann. Damit kann der Betrieb für solche Stunden eingesetzt werden, bei denen schnell Unterrichtsmaterialien beschafft werden müssen, wie es z.B. bei Supplierstunden der Fall sein kann. Mit Stationen 1, 3 und 6 kann eine Einführung stattfinden, wohingegen die restlichen Lernstationen eine Vertiefungsmöglichkeit bieten. Der Stationenbetrieb ist eine Unterrichtsmethode, bei denen Schüler:innen verschiedene Lernstationen bearbeiten. Die Materialien, die für den Stationenbetrieb für diese Arbeit erstellt wurden, können von den Schüler:innen selbstständig erarbeitet werden. Einige Stationen bieten einen Einstieg in die Welt der Quantenmechanik, wohingegen andere ein Erweiterungsmaterial darstellen. Alltagsbeispiele und das berühmte Gedankenexperiment des österreichischen Nobelpreisträgers Erwin Schrödinger, Schrödingers Katze, bieten abwechslungsreiche Ansichten auf das Thema der Quantenmechanik. Mit Experimenten, Simulationen und Spielen wird für eine Methodenvielfalt gesorgt. Die Quantenmechanik beschreibt einen Teil der Physik, der für die Gesellschaft heute, sowie auch in Zukunft sehr wichtig ist, weil sie unseren Alltag beschreibt. Um die Quantenphysik zu verstehen, kann der Mensch sich nicht auf seine Intuition verlassen, sondern muss sich auf die abstrakte Welt der Quantenvorgänge einlassen. Deshalb bietet der Stationenbetrieb Arbeitsblätter an, welche als erste Berührungspunkte mit der Quantenmechanik dienen. Schüler:innen können somit schon früh auf die Abstraktheit von quantenmechanischen Vorgängen aufmerksam gemacht werden. Die erste Station befasst sich mit der Caesar Verschlüsselung, welche die Sicherheiten von Verschlüsselungsverfahren mit der Sicherheit eines Schlüsselaustausches mit Photonen vergleicht. Thematisch passend dazu, aber nicht darauf aufbauend, wird in Station 3 die Bellsche Ungleichung in der Wigner und d’Espagnat Form hergeleitet. Für weitere Berührungspunkte mit der Quantenmechanik sorgt auch die Station Schrödingers Katze. Darin wird das berühmte Gedankenexperiment von Erwin Schrödinger wiedergegeben und die im Kontext angedeuteten Unterschiede zwischen makroskopischer und mikroskopischer Welt beleuchtet. Zur Vertiefung wird in Station 5 gezeigt, wie sich die Gewinnchancen eines quantenmechanischen Münzspiels im Gegensatz zu einem klassischen verändern würden. Die Station Quantenmechanik im Alltag führt die Eigenschaft der Verschränkung ein und spricht verschiedene Anwendungsgebiete an, wobei auch die Funktionsweise eines MRT Gerätes genauer besprochen wird. Die letzte Vertiefungsstation erklärt das Phänomen der Polarisation mit Hilfe des mathematischen Bra-Ket Formalismus. Um die selbstständige Erarbeitung zu ermöglichen wird neben der Methode des Stationenbetriebs die Methode der gestuften Hilfen verwendet. Neben einer Literaturrecherche für das Fachwissen und passende Schüler:innenvorstellungen zu den Stationen wird zur Optimierung des Betriebs eine Erprobung durchgeführt. Der Test fand mit vier Schüler:innengruppen aus der 8., 10., 11. und 12. Schulstufe statt. Die Ergebnisse haben bestätigt, dass der Stationenbetrieb von den Schüler:innen ohne die Hilfe einer Lehrperson für Physik zur Gänze bearbeitet werden kann. Bei den Stationen 1, 2 und 5 wurde durch die Probe ersichtlich, dass die Schüler:innen eine weitere kleine Hilfestellung zu einzelnen Aufgaben benötigen. Deshalb wurden einzelne Aufgaben mit Tipps, Experimentieranleitungen oder weiteren Hilfskärtchen ergänzt. Im Fall von Station 4 haben Schüler:innen eine Fragestellung überlesen, womit die Aufgabe nur optisch abgeändert wurde. Die restlichen Stationen haben von Anfang an gute Ergebnisse erzielt, weshalb die Stationen 3 und 6 nicht verändert wurden. Weiters hat die Erprobung gezeigt, dass die Einschätzung des Vorwissens und der Schulstufen richtig sind. Damit macht der Stationenbetrieb eine Einführung in die Quantenmechanik ab der 8. Schulstufe auch für fachfremde Supplierlehrkräfte möglich.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Quantenphysik Stationenbetrieb Schrödingers Katze Bra-Ket-Formalismus gestufte Hilfen Münzspiel Bellsche Ungleichung
Autor*innen
Brigitte Schauer
Haupttitel (Deutsch)
Besonderheiten aus der Welt der Quantenphysik
Hauptuntertitel (Deutsch)
ein Stationenbetrieb für den Schulunterricht
Paralleltitel (Englisch)
Particularities from the world of quantum physics
Paralleluntertitel (Englisch)
stations for school lessons
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
v, 87 Seiten : Illustrationen
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Beatrix Hiesmayr
Klassifikation
33 Physik > 33.23 Quantenphysik
AC Nummer
AC17572891
Utheses ID
76015
Studienkennzahl
UA | 199 | 520 | 523 | 02