Der Epistemologische Vektor am Beispiel der Lichtausbreitung im Mach-Zehnder- Interferometer: Ein Unterrichtsvorschlag zum Quantenphysik-Unterricht

Abstract

In seinen Schriften zur Epistemologie schreibt Gaston Bachelard "toute connaissance est réponse à une question". In dieser Arbeit wird das Mach- Zehnder-Interferometer präsentiert, um eine Problemsituation vorzustellen, mit derer Hilfe die Schüler mit unterschiedlichen Modellen für das Licht Teilchen, Wellen und Photonen konfrontiert werden. Ein konzeptuelles Profil der Schüler über das Verhalten von Photonen wird dargestellt. Im Kapitel "Quantenphysik-Unterricht und Epistemologie" wird der Leitfaden eines Unterrichtsvorschlags zur Einführung in die Quantenphysik in der Sekundarstufe präsentiert. Die ersten Abschnitte des Kapitels widmen sich der Vorstellung einiger didaktischer Überlegungen aus repräsentativen Unterrichtsvorschlägen zur Quantenphysik in der Sekundarstufe II und der Vorstellung grundlegender Ideen aus der Epistemologie Gaston Bachelards. Die didaktische Adaptation der epistemologischen Auffassung Bachelards wird am Beispiel eines Unterrichtsvorschlags, in dem die Lichtausbreitung im Mach-Zehnder- Interferometer mit zunehmender Abstraktion im Verlauf von vier epistemologischen Unterrichtsfeldern betrachtet wird, vorgestellt. Im Kapitel Das Mach-Zehnder Interferometer wird eine Beschreibung verschiedener Möglichkeiten für die Betrachtung der Lichtausbreitung im Mach-Zehnder- Interferometer für klassisches Licht und für Photonen präsentiert und einige Interpretationen der Quantenphysik diskutiert. Im Kapitel "Die Untersuchung" werden die Leitlinien und einige Ergebnisse einer explorativen Untersuchung der Schülervorstellungen über das Verhalten von Photonen vorgestellt. Um die Schülervorstellungen über Photonen zu erheben und zu klassifizieren haben wir uns an dem Begriff des "konzeptuellen Profils" orientiert. Der Begriff des konzeptuellen Profils wurde in Anlehnung an den von Bachelard geprägten Begriff "epistemologisches Profil" eingeführt. In den Anhängen sind Lehrerhandreichung und Unterrichtsmaterialien, die von Lehrern im Unterricht verwendet wurden, und die Fragebogen beigefügt.

According to Gaston Bachelard, 'toute connaissance est réponse à une question'. In this research the Mach-Zehnder interferometer was used to create the following question to secondary school students: what is a light? An epistemological profile of the students' conception was outlined. Guidelines for the introduction of Quantum Physics in secondary school Physics courses are presented in the chapter Quantum Physics in the Classroom and Epistemology. Representative proposals for teaching Quantum Physics in secondary school and some issues of Bachelard´s epistemology of science are discussed. Based on Bachelard´s epistemology an increasingly abstract course on the behaviour of light using the Mach-Zehnder interferometer was designed. In the chapter The Mach-Zehnder Interferometer a description of various possibilities for the experiment, both for classical light and photons, are presented and some interpretations of Quantum Physics are discussed. In the chapter The Empirical Study the students' conceptions of photons are assessed. For this, it is necessary to outline the students' conceptual profile about photons, which derives from Bachelard's epistemological profile and consists of their conceptions about waves and particles both from an ontological and epistemological point of view. The material provided to the secondary teachers who participated in this research and the questionnaires their students answered can be found in the appendices.