Quantenoptik an Schulen: Studie im Mixed-Methods Design zur Evaluation des Erlanger Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik

Die Quantenphysik bildet schon heute das Fundament zahlreicher aktueller Technologien. Zukünftige Quantentechnologien, wie Quantencomputer, werden sowohl in der Industrie als auch für die Gesellschaft an Bedeutung gewinnen.

In vielen nationalen und internationalen Schulcurricula ist die Quantenphysik als Thema für den Physikunterricht mittlerweile fest verankert. Aber trotz des enormen Bedeutungszuwachses von Quantentechnologien ist der Unterricht zur Quantenphysik an Schulen nach wie vor von semi-klassischen Modellen und quasi-historischen Zugängen geprägt, während moderne Begriffe der Quantenphysik häufig unberücksichtigt bleiben. Die Folge sind oft klassisch-mechanistisch geprägte Vorstellungen Lernender zur Quantenphysik.

Hier setzt diese Arbeit an: mit dem Erlanger Unterrichtskonzept zur Quantenoptik wird ein Konzept vorgestellt, mit dem Lernende der gymnasialen Oberstufe Quanteneffekte anhand quantenoptischer Experimente kennen lernen. Konzepte der Quantenoptik, wie die Präparation von Quantenzuständen, die Antikorrelation am Strahlteiler und die Einzelphotoneninterferenz verhelfen Lernenden zu einem modernen Bild über Quantenphysik. Im Rahmen einer summativen Evaluation im Mixed-Methods-Design mit 171 Schülerinnen und Schülern zeigte sich, dass Lernende mit dem Erlanger Unterrichtskonzept zu quantenphysikalisch dominierten Vorstellungen gelangen und verbreitete Lernschwierigkeiten vermieden werden können.