Das quantenmechanische Atommodell, d.h. das Orbitalmodell, beruht auf der Vorstellung, dass die Materiewellen der im Atom gebundenen Elektronen sich wie stehende Wellen verhalten. In der Quantenmechanik werden die Materiewellen, d. h. die s. g. Wellenfunktionen der Elektronen im Atom über die Schrödingergleichung berechnet. Wesentliche Eigenschaften der Wellenfunktionen wie ihre diskreten Zustände und ihre Knoten und Bäuche lassen sich jedoch auch in Analogieexperimenten aus der klassischen Mechanik visualisieren. Die abstrakten Vorhersagen aus der Schrödingergleichung werden so am Beispiel ein- und zweidimensionaler stehender Wellen veranschaulicht und begreifbar. Einfache Demonstrationsexperimente mit stehenden Seilwellen zeigen beispielsweise genau dieselben Eigenschaften bzgl. der Abzählbarkeit der Schwingungsmoden und ihren diskreten Frequenz und Wellenlänge wie die Wellenfunktionen im 1-dimensionalen Kastenpotenzial. Diskrete Wellenfunktionen und die diskreten Energiezustände werden so visualisiert. Zusätzlich werden die verallgemeinerten Merksätze für gebundene Mirkoteilchen eingeführt und später auf die Interpretationen des quantenmechanischen Atommodells übertragen.

Gemäß des spiralcurricularen Aufbaus des sächsischen Physiklehrplans wird das Konzept der stehenden Wellen auf den Atomaufbau übertragen. Unter Nutzung dieser Grundlagen wird das Bohrsche Atommodell analysiert. Seine Grenzen und Widersprüche zur realen Welt werden aufgezeigt. Anschließend wird das quantenmechanische Atommodell für ein Hüllenelektron erläutert und dessen Konsequenz für die Wellenfunktion diskutiert. Der Vortrag wird durch verschiedene Experimente unterstützt, welche später auch Anwendung in der Schule finden können.

Aufbauend auf diesem fachwissenschaftlichen Diskurs werden nun die Implikationen für die didaktische Reduktion im Unterricht erarbeitet. Basierend auf diesen Implikationen werden erste Lernaufgaben für den unterrichtlichen Einsatz vorgestellt.

Die Teilnehmenden sind in der Lage, die neuen Lehrplaninhalte nach den gegenwärtigen Erkenntnissen der Fachwissenschaft und Fachdidaktik im Unterricht umzusetzen.

· Quantenmechanisches Atommodell

· Schrödingergleichung

· Demonstrationsexpertimente

· Lehrplanumsetzung

Fachberaterinnen und Fachberater Physik Gymnasium, FAL, Lehrkräfte mit Einsatz in Sekundarstufe II im Fach Physik

Die Fortbildung findet in den Räumen des Instituts für die Didaktik der Physik in Leipzig (Universität Leipzig, Prager Straße 36, Leipzig) statt.

• Universität Leipzig - Physik, Prager Str. 36, 04103 Leipzig
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