Einführung in die Quantenmechanik: Werner Heisenberg

Introduction to Quantum Mechanics: Werner Heisenberg

  • Physik
  • Sekundarstufe I/Sekundarstufe II
  • 2 Unterrichtsstunden
  • Video, Arbeitsblatt, Didaktik/Methodik, Ablaufplan
  • 7 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.

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.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial-/Aktionsform

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.

Plenum

10 Minuten

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)

Partnerarbeit

25 Minuten

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.

Gruppenarbeit

10 Minuten

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)

Einzelarbeit, (Internet-)Recherche, Partnerarbeit

20 Minuten

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.

Gruppenarbeit, Diskussion

15 Minuten

Vertiefung / Überleitung

Als Vertiefung kann auf die Orts- und Impulsbestimmung eingegangen werden, was auf einen Versuch zum Doppelstrahl als Einführung in die Quantenmechanik überleitet.

Plenum

10 Minuten

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

Minuten

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 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

Unterrichtsmaterial zum Download

Mithilfe dieses Arbeitsblattes wird der Einstieg in die Quantenmechanik gegeben. Die Entwicklung zugrundeliegender Theorien lassen sich durch die Allegorie zum gegensätzlichen Leben des Werner Heisenberg erklären.

In diesem Arbeitsblatt zur Einführung in die Quantenmechanik lernen die Schülerinnen und Schüler das Leben von Werner Heisenberg und die vielen Gegensätze kennen, die sein Wirken ausgemacht haben. Die Aufgabe wird durch das angegebene Erklärvideo ergänzt.

In diesem Arbeitsblatt zu Werner Heisenberg wird zunächst auf das Messen und Besitzen von Eigenschaften anhand des Gedankenexperiments von „Schrödingers Katze“ eingegangen. Anschließend wird die Heisenbergsche Unschärferelation durch Messreihen an geometrischen Formen eingeleitet.

Teaching Guides for Download

Mithilfe dieses Worksheets wird der Einstieg in die Quantenmechanik gegeben. Die Entwicklung zugrundeliegender Theorien lassen sich durch die Allegorie zum gegensätzlichen Leben des Werner Heisenberg erklären. Hier können Sie das Arbeitsblatt auf Englisch herunterladen.

In diesem Worksheets zur Einführung in die Quantenmechanik lernen die Schülerinnen und Schüler das Leben von Werner Heisenberg und die vielen Gegensätze kennen, die sein Wirken ausgemacht haben. Die Aufgabe wird durch das angegebene Erklärvideo ergänzt. Hier können Sie das Arbeitsblatt auf Englisch herunterladen.

In diesem Worksheets zu Werner Heisenberg wird zunächst auf das Messen und Besitzen von Eigenschaften anhand des Gedankenexperiments von „Schrödingers Katze“ eingegangen. Anschließend wird die Heisenbergsche Unschärferelation durch Messreihen an geometrischen Formen eingeleitet. Hier können Sie das Arbeitsblatt auf Englisch herunterladen.

Externe Links

Hier finden Sie eine Simulation zum Doppelspalt-Experiment.

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 aufgabenbezogen wiedergeben und anwenden.
  • recherchieren Hintergrundinformationen im Internet.
  • spielen Videoclips sequentiell ab.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • arbeiten konstruktiv im Team zusamen.
  • setzen sich mit dem 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.

 

Werner Heisenberg (DE) (2015): Werner Heisenberg gilt als einer der wichtigsten Begründer der Quantenmechanik.