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Quantenoptik in der Lehrerfortbildung

Ein bedarfsgeprägtes Fortbildungskonzept zum Quantenobjekt âPhotonâ mit Realexperimenten

Kim-Alessandro Weber

Diese Publikation zitieren

Kim-Alessandro Weber, Quantenoptik in der Lehrerfortbildung (2018), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832589509

Getrackt seit 05/2018

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Beschreibung / Abstract

Quantenphysik ist ein ergiebiges und herausforderndes Thema für den Physikunterricht. Auch historisch erforderten die Experimente und die Theoriebildung ein neues physikalisches Weltbild - einen Paradigmenwechsel. Gegenwärtig prägen Quantenphysik und ihre Technologien die Sicht auf Naturwissenschaft und zukünftig auch stärker unseren Alltag.

Im ersten Teil dieser Arbeit werden Leitlinien für eine Lehrerfortbildung zur Quantenphysik entwickelt. Methodisch wird diese Arbeit durch die didaktische Rekonstruktion gestützt. Hierzu wurde die Sicht der Lehrenden auf fachdidaktische Konzeptionen zur Quantenphysik mittels der Delphi-Methode erhoben. Aus den Ergebnissen folgen die Leitlinien: Curriculumsnahe Schlüsselexperimente der Quantenphysik sind aus Sicht der Probanden in den Fokus zu rücken.

Im zweiten Teil der Arbeit wird ein Fortbildungskonzept mit Realexperimenten vorgestellt. Das Konzept "Binary Optics"{ begleitet hierin die Teilnehmenden von der klassischen statistischen Optik bis hin zur Quantenoptik. Zentral sind dabei die Unteilbarkeit einzelner Photonen an optischen Grenzflächen und ihre Interferenzfähigkeit.

Inhaltsverzeichnis

  • BEGINN
  • Inhaltsverzeichnis
  • 1 Einleitung
  • 2 Die Didaktische Rekonstruktion zur Erarbeitung von Leitlinien für die Lehrerfortbildung
  • 2.1 Adaption der Didaktischen Rekonstruktion zum Zwecke der Leitlinienentwicklung von Lehrerfortbildungen
  • 2.2 Leitfragen im Prozess der Didaktischen Rekonstruktion
  • 2.3 Entwicklung der Forschungsfragen
  • 3 Analyse didaktischer Konzeptionen zur Quantenphysik
  • 3.1 Quantenphysik in der Schule
  • 3.2 Unterrichtskonzepte zur Vermittlung von Quantenphysik in der Schule
  • 3.3 Quantenphysik in der universitären Ausbildung für das Lehramt (1. Phase Lehrerbildung)
  • 3.4 Schülerpräkonzepte in der Quantenphysik
  • 3.5 Fazit
  • 4 Die Delphi-Methode
  • 4.1 Klassischer Ablauf der Delphi-Methode und Begriffsklärung
  • 4.2 Typisierung von Delphi-Studien nach Häder
  • 4.3 Delphi-Studien in der Physikdidaktik
  • 4.4 Abgrenzung gegenüber anderen methodischen Zugängen
  • 5 Erfassung der subjektiven Ansichten von Lehrkräften zu fachdidaktischen Konzeptionen in der Quantenphysik
  • 5.1 Ablauf der Delphi-Studie
  • 5.2 Exemplarisches Vorgehen: Von der ersten Frage bis zur quantitativen Auswertung
  • 6 Delphi-Runde 1
  • 6.1 Erstellung des ersten Fragebogens – Ergebnisse der Pilotstudie
  • 6.2 Resultate der ersten Delphi-Runde
  • 7 Delphi-Runde 2
  • 7.1 Erarbeitung des zweiten Fragebogens aus den Resultaten der ersten Runde
  • 7.2 Resultate der zweiten Delphi-Runde
  • 8 Delphi-Runde 3
  • 8.1 Erarbeitung des dritten Fragebogens aus den bisherigen Resultaten
  • 8.2 Resultate der dritten Delphi-Runde
  • 9 Konstruktion von Leitlinien für eine Lehrerfortbildung zur Quantenphysik
  • 9.1 Zusammenfassung der Delphi-Ergebnisse
  • 9.2 Leitlinien für eine Lehrerfortbildung
  • 10 Binary Optics: Ein Konzept für die Lehre von Quantenoptik
  • 10.1 Quantenphysikalische Betrachtung von Licht am Strahlteiler
  • 10.2 Quantenphysikalische Betrachtung von Licht am Polarisationsfilter
  • 10.3 Der Experiment-Pfad für die Lehrerfortbildung
  • 11 Korrelationsmessung beim Nachweis der Quantisierung des Lichts
  • 11.1 Auf dem Weg zur Klassifikation von Licht: Wichtige Eigenschaften der g2-Funktion
  • 11.2 g2 in Beispielen
  • 11.3 Korrelationsanalyse mit Binärdetektoren
  • 12 Photonen in der Lehrerfortbildung: Der Aufbau zur Präparation von Fockzuständen
  • 12.1 Erzeugung von Photonenpaaren mittels parametrischer Fluoreszenz
  • 12.2 Koinzidenz-Elektronik
  • 12.3 Detektoren
  • 12.4 Laser
  • 13 Experimente für die Lehrerfortbildung
  • 13.1 Statistische Optik mit Binärdetektoren
  • 13.2 Quantenoptik mit Fockzuständen
  • 14 Begleitmaterial
  • 15 Fazit und Ausblick
  • 15.1 Die subjektiven Überzeugungen von Lehrkräften zu fachdidaktischen Konzepten in der Quantenphysik
  • 15.2 Binary Optics als Konzept
  • 15.3 Die Experimente
  • Literatur
  • Anhang
  • A Delphi-Studie
  • B Ausgaben statistischer Tests zu den Experimenten
  • C Technische Details der Experimente
  • D Begleitmaterial zur Lehrerfortbildung

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