Dr. Torsten Franz
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Die Quantenphysik steht im Ruf, ein besonders schwer verständliches Feld der Physik zu sein. Diesen Eindruck bekommt man sowohl von der Schule, als auch von der Ausbildung an der Universität vermittelt. Ein Grund für diesen Eindruck könnte sein, dass die Lehre der Quantenphysik sich immer noch sehr an Zugängen orientiert, die aus den Gründerjahren der Theorie stammen. Problematisch hieran ist, dass dadurch vergleichsweise viel konzeptioneller und begrifflicher Ballast mitgenommen wird, der einem aktuellen Verständnis der Quantenphysik eher im Wege steht.
Als modernen Zugang zur Lehre der Quantenphysik untersuchen wir hier die Möglichkeiten der Quanteninformation. Dieses aktuelle Thema der Forschung bietet einerseits einen guten begrifflichen Rahmen, um die typischen nicht-klassischen Effekte der Quantenphysik zu beschreiben und gleichzeitig die Möglichkeit, moderne Themen wie die Quantenkryptographie und den Quantencomputer zu diskutieren. Dank immer besser (und günstiger) werdender Technologie sind auch immer mehr Demonstrationsexperimente in diesem Bereich verfügbar und bestimmte proof-of-principle Untersuchungen kann man schon im Low-Cost-Sektor durchführen.
Eine Einführung in verschiedene Aspekte der Quanteninformation finden Sie auf unserer Internetseite www.quanth-physik.de , die wir auch (langsam aber) stetig erweitern. Zum Einsatz in der Schule kann ich schon einmal auf einen Artikel hinweisen, der im Januar 2016 in der Zeitschrift "Ausgabe der Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule" erscheinen wird.
Es ist eine spannende Frage, welche Elemente die Schwierigkeit einer Physikaufgabe ausmachen. In der Literatur gibt es hierfür verschiedene Modelle, jedoch gestaltet es sich oft als schwierig, diese auch zu überprüfen. Wir betrachten hier einen der vielen Aspekte, nämlich, wie belastend eine Aufgabe für das so genannte Arbeitsgedächtnis ist.
Unter dem Arbeitsgedächtnis versteht man die Menge an Information, die ein Lernender zur gleichen Zeit im Kopf behalten kann. Das Modell des Arbeitsgedächtnisses ist hierbei eng verbunden mit dem Prozess des "chunkings". Da sich das Arbeitsgedächtnis von Menschen im Laufe ihres Lebens nicht so stark ändert, muss man sich fragen, was einen Experten, der auch komplexe Aufgaben lösen kann, von einem Novizen unterscheidet. Hier ist die Vermutung, dass der Experte durch sein Wissen in der Lage ist, die dargebotene Information besser zu ordnen und zu Einheiten (engl. Chunks) zusammenzufassen, so dass sein Arbeitsgedächtnis bei komplexen Aufgaben weniger stark belastet wird. Wir haben in der Arbeitsgruppe mehrere Untersuchungen zu dem Thema gemacht und weitere Untersuchungen laufen zurzeit.
Vgl: T. Franz, C. Steib, T. Frie, A. Strahl: Arbeitsgedächtnis und Physikaufgaben, PhyDid. B (2015), R. Franz, A. Strahl, T. Henning, T. Frenz: Probleme lösen mit begleitenden Zusatzfragen, PhyDid. B (2014)
Unter dem Stichwort "Natur der Naturwissenschaften" (engl. Nature of Science, abk. NOS) fasst man verschiedene Aspekte des Wissens über die Wissenschaft, die wissenschaftliche Methode, den Prozess der Erkenntnisgewinnung etc. zusammen. Besonders für angehende Lehrpersonen sind diese Themen von einiger Bedeutung, denn immerhin wird erwartet, dass später an den Schulen ein angemessenes methodisches Bild von der Wissenschaft vermittelt wird. Trotzdem scheint das Thema im universitären Lehrbetrieb keine große Rolle zu spielen. Eine explizite Behandlung findet kaum statt; das Thema wird - wenn überhaupt - nebenbei behandelt.
Hieraus ergeben sich unmittelbar zwei Fragen: 1. Wie ist der Wissensstand der Studierenden über NOS, und wie entwickelt sich das Wissen im Laufe des Studiums? 2. Wie kann man das Wissen über NOS bei Studierenden des Lehramts verbessern? Zurzeit wird von uns untersucht, in wieweit Unterschiede im Wissen über NOS bei Studierenden verschiedene naturwissenschaftlicher Studiengänge feststellbar ist.