Schülerlabor Physik
Die Vereinten Nationen haben das Jahr 2015 zum „Jahr des Lichts und der lichtbasierten Technologien“ erklärt. Auf diese Weise soll die besondere Bedeutung der Optik für die moderne Gesellschaft einer breiten Öffentlichkeit verdeutlicht werden. Nachdem das 20. Jahrhundert aufgrund der Revolution durch elektronische Technologien oftmals als das Jahrhundert des Elektrons dargestellt wird, kann das 21. Jahrhundert in der Tat als das Jahrhundert des Photons gesehen werden. Aufgrund des durchgreifenden Wandels unserer Gesellschaft durch die modernen Anwendungen der Optik ist ein tiefgehendes Verständnis der Physik des Lichts von großer Bedeutung. Wir sind davon überzeugt, dass die entsprechenden Grundlagen bereits auf breiter Basis in der Schule gelegt werden müssen.
In der Regel ist die Optik sowohl in der Mittelstufe als auch in der Kursstufe Thema im Physikunterricht der allgemeinbildenden Gymnasien. Hierbei wird zunächst die Strahlenoptik in der Mittelstufe unterrichtet und die Wellenoptik in der Kursstufe. Der Fotoeffekt wird im Anschluss daran im Rahmen der Quantenphysik behandelt. Moderne Aspekte der Optik, wie zum Beispiel der Kohärenzbegriff, die Fourieroptik oder die Quantenoptik, finden in den Curricula allerdings keinen Platz. Innerhalb des gewohnten Schulrahmens gibt es selten entsprechende, speziell auf das eigenständige Arbeiten von Schülerinnen und Schüler, zugeschnittene Experimente. Daher sehen wir zusammen mit dem Physikalischen Institut der Universität Heidelberg die Notwendigkeit den Lehrern und Schülern in Form eines Schülerlabors Einblick in einige grundlegende außercurriculare Aspekte moderner Optik zu geben. Dabei soll vor allem das eigenständige Experimentieren der Schülerinnen und Schüler im Vordergrund stehen.
Zur Einführung in die Konzepte der modernen Optik wurden zunächst zwei elementare physikalische Phänomene ausgewählt: Interferenz und Kohärenz, Abbildungen und Fourieroptik. Zur Untersuchung der Kohärenz wurde ein Experiment mit einem Michelson-Interferometer aufgebaut, woran die Schülerinnen und Schüler erfahren was eine LED-Lampe von einem Laser unterscheidet, oder warum im Alltag nicht ständig Interferenzphänomene auftreten. Darüber hinaus können sie eigenständig den Brechungsindex von Luft bestimmen. Der Versuch zur Fourieroptik zeigt, wie eine Abbildung im Wellenbild zu verstehen ist, und klärt darüber hinaus die Frage, weshalb man mit einem Mikroskop keine Objekte auflösen kann, die kleiner als die Wellenlänge des zur Untersuchung verwendeten Lichts sind.
Die Versuche des Schülerlabors sind so aufgebaut, dass die Schülerinnen und Schüler zunächst bekannte physikalische Phänomene eigenständig untersuchen und im Anschluss zu weiterführenden Analysen und Einsichten geführt werden. So untersuchen sie zum Beispiel nach der Justierung der Optik des Michelson-Interferometers das damit erzeugte Interferenzbild und werden dann im Verlauf des Experiments zum Begriff der Kohärenz geführt. Hierbei sollen sie, auf Grundlage von ausführlichen Versuchsanleitungen, die Experimente möglichst eigenständig durchführen.
Die vorhandenen Experimente wurden bereits von diversen Schülerinnen und Schülern aus unterschiedlichen Physik-Neigungskursen sowie von Referendarinnen und Referendaren des Seminars für Didaktik und Lehrerbildung Heidelberg getestet. Eine entsprechende Evaluation jeweils nach dem Besuch des Schülerlabors ist durchweg positiv ausgefallen. Die notwendigen Anleitungen können auf dieser Seite heruntergeladen werden. Bei Interesse melden Sie sich bitte bei unserem Sekretariat oder direkt per Mail an .
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