Mit der Quantenphysik, also mit dem Verhalten und der Wechselwirkung kleinster Teilchen, beschäftigen sich in der Regel erst Klassen in der gymnasialen Oberstufe, und zwar mit einem traditionell-historischen Ansatz. Lehrer und Lehrer im MINT-EC-Cluster Quantenphysik entwickeln aber derzeit gemeinsam mit dem Excellenzcluster „ct.qmat“ Schulmaterialien, mit denen sich aktuelle quantenphysikalische Inhalte bereits in den ab dem ersten Physikunterricht in der Mittelstufe integrieren lassen sollen.

Das Quantenphysik kein Hexenwerk ist haben die 7. Klassen des Johann-Schöner-Gymnasiums in Karlstadt erfahren. Gemeinsam mit Physiklehrer Dr. Johannes Günther beschäftigen sie sich in einem kleinen Projekt spielerich mit wesentlichen Grundzügen der Quantenphysik. Die Grundlage der auf drei Schulstunden angelekten Aktion bot die Smartphone-App "Katze Q - ein Quantenadventure". In diesem Exit-Game mussten die Schülerinnen und Schüler Schrödingers Katze aus ihrer Kiste befreien. Sie erfuhren, daß diese Katze - halb tot und halb lebendig - die wohl verrückteste Quanteneigenschaft verkörpert. Denn solange Quantenobjekte noch nicht gemessen sind, befinden sie sich in der Superposition der Zustände. Die Schülerinnen und Schüler mussten knifflige Rätsel lösen und lernten frustrierte Magnete, Interferenz und topologische Zustände kennen. War das Spiel geschafft und die Katze befreit ging es weiter an neun Experimentierstationen. Stehende Seilwellen und Chladnis Klangfiguren veranschaulichten die Energiezustände im Atom, beim Katzenpuzzle wurde klar, dass die Kombination weniger Zustände schnell zu unfassbar vielen Möglichkeite führt. Und das Katzen-TIC-TAC-TOE entführte nochmals spielerisch in die Welt der Superposition und Verschränkung.

Das Exzellenzcluster "ct.qmat" der Universitäten Würzburg und Dresden ist übrigens ein Zusammenschluss von fast 300 Forschenden aus mehr als 30 Ländern und von vier Kontinenten, die sich mit ganz neuen Fragen oder noch ungelösten Rätseln in der Quantenphysik befassen. Sie erforschen topologische Quantenmaterialien, die unter extremen Bedingungen wie ultratiefen Temperaturen, hohem Druck oder starken Magnetfeldern überraschende Phänomene offenbaren. Das Projekt für die Schulen haben die Forscher gemeinsam mit dem MINT-EC gestartet. Dafür wurde der MINT-EC-Cluser Quantenphysik ins Leben gerufen. Hier arbeiten jetzt Forscher, Didaktiker und Lehrkräfte aus ganz Deutschland zusammmen. Sie entwickeln neue Ansätze für quantenphysikalische Inhalte in der Mittel- und Oberstufe, die den Nachwuchs für die Naturwissenschaften begeistern sollen.

Das Projekt in Karlstadt war eine erste Erprobung und hat Erfahrungen und erste Eindrücke gesammelt. Nun werden die Materialen ausgetauscht und weiterentwickelt. Diese und viele andere Ergebnisse wird der MINT-EC-Cluster am Ende wie gewohnt in einer Handreichung veröffentlichen.  

 

Johannes Günther, JSG Karlstadt