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Zur Entstehung des Programmpakets: Simulationssoftware zur Quantenmechanik
Das Programmpaket entstand im Rahmen unserer Examensarbeiten im Fach Physik an
der Johannes Gutenberg-Universität
in Mainz. Die Themen wurden gestellt von Herrn Prof.
Dr. H.-G. Sander und unsere Arbeiten betreut von Herrn Prof. Dr. G. Quast (Leiter des Physikalischen Praktikums für Lehramtskandidaten in Mainz). Das Programmpaket erschien
ursprünglich unter dem Namen ALEA, dieser Name darf aber aus Gründen des Markenschutzes nicht mehr verwendet werden.
Probleme der Quantenphysik in der Schule
Wohl kaum ein anderes Themengebiet im Physikunterricht ist so schwer
zu vermitteln wie die Quantenphysik. Zum einen gibt es nur wenige in der
Schule durchführbare Versuche, zum anderen fehlen zu einer quantenmechanischen
Behandlung die mathematischen Voraussetzungen. Betrachtet man Schulbücher,
so fällt auf, daß es eine scheinbare Diskrepanz zwischen physikalisch
korrekter und andererseits anschaulicher Behandlung gibt. Die anschaulichen
Ansätze verursachen mit ihren Anlehnungen an klassische Bereiche ein
völlig falsches Weltbild, die rein mathematischen vermitteln leider
wenig Verständnis. Die Folge dieser Problematik ist, daß viele
Schüler quantenphysikalische Phänomene nicht richtig verstehen
und ein deterministisches Weltbild vorherrscht. Ein Ausweg aus dieser Misere
bietet der Einsatz von speziellen Computersimulationen.
In diesem Programmpaket wurde deshalb versucht, in der Schule nicht
durchführbare Experimente zu simulieren und sonst nur schwer vermittelbare
mathematische Zusammenhänge graphisch zu veranschaulichen.
Inhalte
des Programmpakets
Das von uns entwickelte Programm bietet Simulationen und Animationen
zu verschiedenen Schlüsselthemen der Quantenphysik. Die einzelnen
Programmteile bauen aufeinander auf, sind aber so konzipiert, daß
sie unabhängig voneinander eingesetzt werden können. Verschiedene
Programmteile bieten die Möglichkeit selbständig Experimente
zu simulieren und sich somit aktiv die Quantenwelt zu erschließen.
Grundsätzlich liegt dem Programm die Absicht zugrunde, zu radikale
Vereinfachungen zu vermeiden und stattdessen einen physikalisch korrekten,
quantenmechanischen Ansatz zu verfolgen. Dieses Programmpaket soll helfen,
sonst nicht oder nur schwer begreifbare Begriffe wie 'Wellenfunktion' anschaulich
zu machen. Dazu bietet das Programm u. a. Programmodule zu folgenden quantenphysikalischen
Themen:
- Elektronenbeugung, Doppelspaltversuch von Claus Jönsson
- Wellenfunktion und Wahrscheinlichkeitsdichte
- Heisenbergsche Unschärferelation
- Schrödinger-Gleichung
- Potentialtopfmodelle ...
Das Programm
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Das Programmpaket ist im Jahr 1997 beim Ernst Klett Verlag unter der ISBN 3-12-114850-8 erschienen. Mittlerweile wird es allerdings nicht mehr verlegt. Sollten Sie dennoch an dem Programm interessiert sein, schicken Sie uns eine Email an die unten angegebenen Email-Adressen. |
Wettbewerbe, Konferenzen
Wir haben am 2. europäischen Bildungssoftware- und Multimedia-Wettbewerb teilgenommen
und die nationale Ausscheidung gewonnen.
Der Fernsehsender arte widmet in der Reihe
Themenabend
das ganze Abendprogramm einem Thema.
Am 26. Mai 1998 lautete das Thema "Die Welt der Atome". In der
Bibliographie
zu diesem Themenabend wird unter anderem auf dieses Programmpaket verwiesen.
Wir waren am 23. Juni 1998 auf der E D -
M E D I A (World Conference on Educational Multimedia and Hypermedia) in
Freiburg mit unserer Simulationssoftware vertreten. Unser Posterstand wurde
von vielen Teilnehmern besucht, die sich für den direkten Einsatz oder
die grundsätzlichen Möglichkeiten beim Gebrauch von Animationen und
Simulationen in der Lehre interessierten.
Wir danken dem Ernst Klett Verlag für die finanzielle Unterstützung,
die uns die Teilnahme an dieser Konferenz ermöglicht hat.
Am 30. Juni 1998 haben wir im Arbeitskreis
Multimedia im Institut für Informatik der Johannes Gutenberg-Universität
in Mainz einen Vortrag über die Simulationssoftware zur Quantenmechanik gehalten.
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