Vom Licht Zum Atom - Ein Unterrichtskonzept Zur Quantenphysik Unter Nutzung Des Zeigermodells

Unter Anwendung eines Zeigerformalismus zur Beschreibung von Interferenz- und Beugungserscheinungen, welcher auf eine Idee von Feynman zuruckgeht, ist von Schon und Erb in den letzten Jahren ein interessantes Konzept fur den Optikunterricht entwickelt worden. Es wurde unter dem Strukturmerkmal des Lichtweges ein Curriculum konstruiert, in das sich die Inhalte des Optikunterrichtes von der Mittel- bis zur Oberstufe einfugen. Das Lichtwegkonzept schliesst mit der Erarbeitung der Quanteneigenschaften des Lichtes. Das spannende Thema der Wechselwirkung von Licht und Materie, das einen Einblick in die Atomphysik gibt, konnte sich nachfolgend anschliessen. Optische Phanomene verraten typische Eigenschaften der Atome, allerdings lassen sich die Wechselwirkungsprozesse erst mit dem Verstandnis eines Atommodells erklaren. Im ublichen Physikunterricht ist hierbei der Ubergang von klassischen zu quantenmechanischen Beschreibungen und Modellen problematisch. Wunschenswert ware eine Fortfuhrung der Modelle und Formalismen, die in der Optik und zur Einfuhrung in den Bereich der Quantenphysik bereits genutzt wurden. Als zentrale Fragestellung wird in dieser Arbeit untersucht, ob es moglich ist, ein quantenmechanisches Atommodell unter Verwendung des Zeigerformalismus im Sinne des Lichtwegkonzeptes zu entwickeln. Es wird versucht, die physikalische Beschreibung von gebundenen Elektronen mit Hilfe von Zeigern in einen Unterrichtsentwurf zum Einstieg in die Atomphysik zu ubersetzen. Das bestehende Lichtwegkonzept, mit seinen besonderen Strukturen, bildet den Rahmen, in den sich die neue Unterrichtseinheit einfugt. Daruber hinaus werden Ergebnisse der in den letzten Jahren in der Physikdidaktik gefuhrten Diskussion uber den Unterricht der Quantenphysik sowie Untersuchungen uber Schulervorstellungen vor und nach dem Unterricht uber Atomphysik berucksichtigt. Die Durchfuhrbarkeit eines Unterrichtes nach dem neuen Entwurf wurde in einer Oberstufenklasse getestet und aufgrund des Erwartungshorizontes zuvor formulierter Lernziele beurteilt. Die vorliegende Arbeit ist gemass den oben skizzierten Arbeitsschritten gegliedert. Nach einer kurzen Bestandsaufnahme zum Unterricht der Optik und der Atomphysik in der Schule werden im zweiten Kapitel verschiedene Untersuchungen uber die Vorstellungen der Schulerinnen und Schuler zu diesen Inhalten zusammengefasst, um sie spater bei der Entwicklung der Unterrichtseinheiten berucksichtigen zu konnen. In Kapitel 3 wird uber einige Resultate aus der Literatur von Untersuchungen uber Unterricht zur Quantenphysik referiert. Ausfuhrlicher wird das Lichtwegcurriculum beschrieben, das die Basis der eigenen Unterrichtseinheiten darstellt. Im vierten Kapitel werden Kriterien zur Curriculumsentwicklung genannt. Die Formulierung von Leitlinien soll einen Rahmen fur die spatere Konstruktion der Unterrichtseinheiten geben. In der Auseinandersetzung mit Aspekten der Diskussion uber die Quantenphysik unter Physikdidaktikern und Fach-Physikern lassen sich die Leitlinien erlautern. Die Rekonstruktion des neuen Curriculums wird in Kapitel 5 beschrieben, wobei neben den Inhalten besonders die Schritte der didaktischen Elementarisierung, ausgehend von den physikalischen Grundlagen, verdeutlicht werden. Gegenstand des sechsten Kapitels ist die erste Erprobung der konstruierten Unterrichtseinheiten in der Schule. Die Ergebnisse der begleitend durchgefuhrten Untersuchung werden vorgestellt. Um interessierten Lehrerinnen und Lehrern die Durchfuhrung eines ahnlichen Unterrichts zu erleichtern, wird das neue Konzept in einem zweiten Teil dieser Arbeit in Form einer Handreichung fur den Unterricht prasentiert. Dazu sind die fur die Erprobung erstellten Unterrichtsentwurfe uberarbeitet worden und liegen nun in einer ausfuhrlichen, schulnahen Fassung mit Stundenverlaufsplanen und Arbeitsmaterialien vor. Sie konnen als Grundlage oder als Anregung fur die eigene Unterrichtsplanung zur Quantenphysik genutzt werden.