Einführung in die Quantenmechanik: Werner Heisenberg

  • Physik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • 2 Unterrichtsstunden
  • Video, Ablaufplan, Didaktik/Methodik
  • 3 Arbeitsmaterialien

In dieser Unterrichtseinheit zur Quantenmechanik wird anhand einer Auseinandersetzung mit dem Leben und Wirken des Physikers und Nobelpreisträgers Werner Heisenberg die Quantenmechanik auf einfache und auf das reale Leben abbildbare Weise eingeführt. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und auf Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden.

Beschreibung der Unterrichtseinheit

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.

Diese Unterrichtseinheit ist in Zusammenarbeit mit dem Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau entstanden, das mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Forschung Schülerinnen und Schülern, Studierenden sowie dem wissenschaftlichen Nachwuchs näherbringen möchte. Die Unterrichtseinheit ergänzt dabei das Materialangebot der Mediathek der Lindauer Nobelpreisträgertagungen um konkrete Umsetzungsvorschläge für die Unterrichtspraxis in den Sekundarstufen. Weitere Unterrichtseinheiten aus diesem Projekt finden Sie im Themendossier "Die Forschung der Nobelpreisträger im Unterricht".

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

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 der 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 "Quantenmechanik: Werner Heisenberg" zum Download
Unterrichtsmaterial "Quantum mechanics: Werner Heisenberg" zum Download

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • können das Gedankenexperiment "Schrödingers Katze" erläutern.
  • kennen zentrale Aspekte aus dem Leben und Wirken des Physikers und Nobelpreisträgers Werner Heisenberg.
  • können die Begriffe "Messen" und "Präparation" erläutern und richtig anwenden.
  • erkennen eine Allegorie zwischen dem Leben von Werner Heisenberg und seiner Unschärferelation.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • können den Informationsgehalt eines Erklärvideos erfassen, strukturiert und aufgabengenbezogen wiedergeben und anwenden.
  • recherchieren Hintergrundinformationen im Internet.
  • spielen Videoclips sequentiell ab.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • arbeiten konstruktiv in Teams zusammen.
  • setzen sich mit den Arbeitsergebnissen anderer Gruppen konstruktiv auseinander.
  • entwickeln Fachwissen zu aktueller Technik, welche auf die physikalischen Grundkenntnisse abgebildet werden kann, und können dieses auch gegenüber anderen erläutern.

Video: Werner Heisenberg (2015)

Hier können Sie sich das Video zur Unterrichtseinheit "Einführung in die Quantenmechanik: Werner Heisenberg" anschauen.

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In Kooperation mit

Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau

Dieser Inhalt ist in Zusammenarbeit mit dem Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau (B) e.V. entstanden.

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Dieser Inhalt wurde ausgezeichnet von der Gesellschaft für Pädagogik, Information und Medien e. V. mit dem Comenius EduMedia Siegel 2018 für pädagogisch, inhaltlich und gestalterisch herausragende Bildungsmedien.

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