Entwicklungsforschung zur Quantenphysik

Ansprechpartner: Dr. Philipp Bitzenbauer

Der Welle-Teilchen-Dualismus ist ein Kerninhalt in den internationalen Lehrplänen zur Quantenphysik an Schulen, obwohl dieser bei Schülern oft zu grundlegenden Missverständnissen über die Quantenphysik führt. Eine mögliche Alternative für die Lehre der Quantenphysik wird in einem Zugang gesehen, der mit der Quantenelektrodynamik vereinbar ist: Mit Bezug auf die Quantenelektrodynamik in der Lehre der Quantenphysik ist nämlich die Hoffnung verbunden, weit verbreitete Teilchenvorstellungen über Quantenobjekte, wie Photonen, zu umgehen und stattdessen eine Reihe von Potenzialen für den Physikunterricht zu eröffnen.

Ein besonderes Augenmerk liegt in diesem Forschungsbereich deshalb auf der Entwicklung und Evaluation experimenteller Zugänge zur Quantenphysik, welche sich mit einem QED-Modell des Photons vereinbaren lassen. Dabei geht es vor allem um die Bereitstellung multimedialer Angebote zur Repräsentation quantenoptischer Realexperimente für einen praxistauglichen Einsatz an Schulen, aber auch um eine Weiterentwicklung von Experimenten, um langfristig die Durchführung von Einzelphotonenexperimenten im Klassenzimmer oder im Hörsaal zu ermöglichen. Die Quantenelektrodynamik bildet dabei das fachliche Fundament und die Cognitive-Load-Theorie verleiht der Entwicklung multimedialer Angebote einen lernpsychologischen Rahmen. Das in diesem Kontext entwickelte Erlanger Unterrichtskonzept zur Quantenoptik wurde im Rahmen eines Promotionsvorhabens an unserer Professur umfassend evaluiert und die Ergebnisse sind vielversprechend.

Ausgewählte Publikationen zu diesem Forschungsbereich:

[1] Bitzenbauer, P. & Zenger, T. (2022). Online Course on Quantum Physics: Reading Primary Sources with Secondary School Students. The Physics Teacher, 60(7), 272. (link: https://doi.org/10.1119/5.0054100)

[2] Bitzenbauer, P. & Meyn, J.-P. (2020). A new teaching concept on quantum physics in secondary schools. Physics Education, 55(5), 055031. (link: https://doi.org/10.1088/1361-6552/aba208)

[3] Bitzenbauer, P. (2021). Practitioners‘ views on new teaching material for introducing quantum optics in secondary schools. Physics Education, 56(5), 055008. (link: https://doi.org/10.1088/1361-6552/ac0809)

[4] Donhauser, A., Bitzenbauer, P., & Meyn, J.-P. (2020). Von Schnee- und Elektronenlawinen: Entwicklung eines Erklärvideos zu Einzelphotonendetektoren. PhyDid-B – Didaktik der Physik – Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, 1(0). (link: http://http://http://www.phydid.de/index.php/phydid-b/article/view/1021)

Hinweis: Die Webseite www.quantumlab.de bzw. http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/quantumlab/ ist ab sofort über www.quantumlab.nat.fau.de erreichbar!