Fach: Physik
Stufe: Sekundarstufe I/Sekundarstufe II
Umfang: 2 Unterrichtsstunden
Meiden: Video, Arbeitsblatt, Didaktik/Methodik, Ablaufplan
7 Arbeitsmaterialien
In dieser Unterrichtseinheit zur Quantenmechanik werden die Schülerinnen und Schüler in mehreren Lernrunden zunächst über das Leben und Wirken von Werner Heisenberg anhand eines Videos informiert. Sein Leben bildet dabei eine Allegorie zu seiner Unschärferelation, welche im weiteren Verlauf durch das Gedankenexperiment „Schrödingers Katze“ und anschließenden Messreihen an geometrischen Formen eingeleitet wird.
Einstieg
Als Einstieg wird ein Auszug aus der Biographie „Werner Heisenberg – ein Wanderer zwischen den Welten“ vorgelesen. Dieser regt zu einer kurzen Diskussion über Kopf und Herz beziehungsweise Musik und Mathematik an.
– 10 Minuten –
Plenum
Erarbeitungsphase I
Die Lernenden informieren sich über Gegensätze im Leben von Werner Heisenberg mithilfe eines Erklärvideos zu seinem Leben. Sie versuchen, die Gegensätze zuzuordnen. (Arbeitsblatt 1)
– 25 Minuten –
Partnerarbeit
Sicherungsphase I
Die Arbeitsergebnisse von Arbeitsblatt 1 werden in der Gruppe vorgestellt und diskutiert. Dies leitet über zum Unterschied zwischen der klassischen Physik und der Quantenphysik.
– 10 Minuten –
Gruppenarbeit
Erarbeitungsphase II
Die Lernenden befassen sich mit dem Gedankenexperiment „Schrödingers Katze“, um den Unterschied zwischen Messen und Besitzen von Eigenschaften herauszustellen.
Im Weiteren experimentieren die Lernenden durch Messen an geometrischen Formen, was zur Hinführung auf die Heisenbergsche Unschärferelation dient. (Arbeitsblatt 2)
– 20 Minuten –
Einzelarbeit, (Internet-)Recherche, Partnerarbeit
Sicherungsphase II
Die Gruppen stellen ihre Arbeitsergebnisse vor und die Lehrkraft bringt diese mit der Heisenbergschen Unschärferelation überein. Es bleibt die Fragestellung, ob die Unschärferelation eine Allegorie zum Leben von Werner Heisenberg ist, was mit „Ja“ beantwortet werden kann.
– 15 Minuten –
Gruppenarbeit, Diskussion
Vertiefung / Überleitung
Als Vertiefung kann auf die Orts- und Impulsbestimmung eingegangen werden, was auf einen Versuch zum Doppelstrahl als Einführung in die Quantenmechanik überleitet.
– 10 Minuten –
Plenum
Ausblick
In den folgenden Unterrichtsstunden ist es möglich, anhand eines Versuchs oder einer Simulation (siehe Links) die Inferenz am Doppelspalt zu erläutern. Somit kann das Thema Quantenmechanik weiter ausgeführt werden.
Experiment / Simulation
Die Themen Quantenmechanik und Werner Heisenberg im Unterricht
Diese Unterrichtseinheit zum Leben und Werk von Werner Heisenberg kann als Einstieg in die Quantenmechanik genutzt werden. Vor allem durch die Diversität seines Lebens lässt sich eine Allegorie zur Unschärferelation bilden; dies erlaubt einen sowohl historischen als auch praktischen Einstieg in das Thema. Die Thematik der Heisenbergschen Unschärferelation ist in den Rahmenlehrplänen im Bereich der Quantenphysik verankert.
Vorkenntnisse
Aufseiten der Lernenden werden keine speziellen Vorkenntnisse vorausgesetzt. Die Lehrkraft hingegen sollte mit dem Gedankenexperiment „Schrödingers Katze“, mit dem Heisenbergschen Unschärferelation sowie mit den grundlegenden Aspekten der Quantenmechanik vertraut sein, auf die im Erklärvideo eingegangen wird. Diesbezüglich sollte sie zudem mit den Begriffen „Präparation“ und „Messen“ vertraut sein.
Didaktische Analyse
Mit dieser Unterrichtseinheit zur Einführung in die Quantenmechanik wird eine Allegorie zwischen dem Leben und Wirken des Physikers und Nobelpreisträgers Werner Heisenberg verdeutlicht, was einen lebensnahen Aspekt mit der Theorie der Unschärferelation in Bezug setzt. An praktischen Beispielen lernen die Schülerinnen und Schüler Grundbegriffe der Quantenmechanik kennen. Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Aussagen und die Konsequenzen der Heisenbergschen Unschärferelation (Ort – Impuls, Energie – Zeit).
Methodische Analyse
Durch die methodische Aufbereitung der Unterrichtssequenz wird eine hohe Schüleraktivität erreicht. Der Einstieg wie auch das Erklärvideo als Medium sollen das Interesse und die Diskussionsbereitschaft der Lernenden schon zu Beginn der Sequenz wecken. Schwierige Arbeitsaufträge werden durch Partnerarbeiten und Experimente methodisch aufgefangen.
Unterrichtsmaterial zum Download / Teaching Guides for Download
Externe Links
Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
Sozialkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
