14.09.2022

Spielend Quantenphysik lernen

Gamification-Ansätze sollen Interesse für Quantenphysik an Schulen wecken.

Das Exzellenzcluster ct.qmat der Universitäten Würzburg und Dresden hat gemeinsam mit dem nationalen Excellence-Netzwerk natur­wissenschaftlicher Schulen MINT-EC ein Projekt gestartet, das neuste Forschungs­ergebnisse der Quantenphysik schnellstmöglich in den Schulunterricht einbringen soll. Jetzt treffen sich Lehrer von Gymnasien und weiterführenden Schulen aus ganz Deutschland in Dresden, um sich mit den Wissenschaftlern auszutauschen. Im Zentrum stehen die Forschungsfelder von ct.qmat und ein revolutionärer Ansatz zur spielerischen Vermittlung von quanten­physikalischen Inhalten: Gamification. Ausgangspunkt hierfür ist die preisgekrönte Spiele-App „Katze Q–ein Quanten-Adventure“.

 

Abb.: Die Spiele-App „Katze Q“ (Bild: T. Ritz)
Abb.: Die Spiele-App „Katze Q“ (Bild: T. Ritz)

Am Donnerstag, 15. September 2022, beginnt das Auftakttreffen des MINT-EC-Themen­clusters zur Quantenphysik – ein gemeinsames Projekt des Exzellenz­clusters ct.qmat – Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien der Universitäten Würzburg und Dresden und des nationalen Excellence-Netzwerks natur­wissenschaftlicher Schulen MINT-EC. Lehrer aus ganz Deutschland wollen in den kommenden zwei Jahren Schulmaterialien entwickeln, mit denen sich aktuelle quanten­physikalische Inhalte schon ab dem ersten Physikunterricht in Klasse 6 in die Lehrpläne integrieren lassen. Thematischer Ausgangspunkt ist der intensive Austausch mit den Wissenschaftler von ct.qmat. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf Gamification-Ansätzen. Paradebeispiel hierfür ist die Spiele-App „Katze Q – ein Quanten-Adventure“ des Exzellenz­clusters, die schon 150.000 Mal heruntergeladen und mehrfach ausgezeichnet wurde.

„Deutschland gehört bei der Förderung von Quantentechnologien zu den führenden Nationen. Doch auch in der Wissenschaft fehlen Fachkräfte, vor allem in den naturwissenschaftlichen Grundlagen­fächern. Daher haben wir es zu unserer Aufgabe gemacht, Kinder und Jugendliche für die Physik und unsere Forschung zu begeistern“, erklärt Matthias Vojta, Dresdner Sprecher des Exzellenzclusters ct.qmat. Gemeinsam mit Lehrern deutscher MINT-EC-Schulen verfolgen die ct.qmat-Wissenschaftler deshalb einen anwendungs­orientiert-spielerischen Anspruch für das neue modulare Schul­material zum Thema Quantenphysik.

Lernspiele gelten in der aktuellen Didaktik als ein vielversprechender Ansatz für die schulische Vermittlung wissenschaftlicher und ebenso quantenphysikalischer Inhalte. Gerade im Physik­unterricht erweisen sie sich als effektiv, wie Carsten Albert unterstreicht. Der Wissenschaftler untersucht im Exzellenz­cluster ct.qmat den Einsatz von Gamification-Elementen im Physikunterricht. „Bisherige Studien bescheinigen digitalen Lernspielen im Schulunterricht eine positive Wirkung auf Motivation, Lernerfolg und soziale Interaktion. Das wird meist durch die Nähe der Digital-Native-Generation zu digitalen Medien erklärt“, so Albert. „Das im Exzellenz­cluster entstandene Handyspiel ‚Katze Q‘ trifft also nicht nur thematisch, sondern genauso didaktisch den Zeitgeist. Weil es für Kinder ab elf Jahren entwickelt wurde, lässt es sich bereits im ersten Jahr des Physik­unterrichts einsetzen.“

In Deutschland wird die Quantenphysik bisher lediglich in der gymnasialen Oberstufe und mit einem traditionell-historischen Ansatz unterrichtet. Nur im bayerischen Lehrplan ist dies bereits in der 10. Klasse vorgesehen. Dabei stellen alle Bundesländer zwar grundlegende Prinzipien der Quantenphysik vor, nicht aber ihre spannenden Phänomene oder revolutionären Anwendungen. „Die technische Entwicklung der letzten Jahre im Bereich Quanten­materialien und -technologien ist bahnbrechend. Wenn Deutschland hier wirklich eine Vorreiterrolle spielen will, müssen brandaktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse schnell und deutlich früher in den Klassenzimmern ankommen“, betont Vojta.

Damit Schüler frühzeitig von neuen Erkenntnissen profitieren können, müssen sich Lehrkräfte und Forscher fachlich austauschen. Beim zweitägigen Auftakttreffen des MINT-EC-Themenclusters zur Quantenphysik in Dresden stehen daher am 15.09.2022 die vier Forschungsfelder des Exzellenzclusters ct.qmat im Mittelpunkt: Topologische Elektronen, Quanten­magnetismus, Topologische Photonik und Topologische Funktionalität. Der zweite Tag widmet sich der Didaktik der Quantenphysik. Während der sich anschließenden zweijährigen Projektlaufzeit können interessierte Lehrer jederzeit zum Projekt dazustoßen. Ziel ist, innovative Konzepte und praxisnahe Materialien für den Physikunterricht zu erarbeiten. Am Ende werden die Ergebnisse im Rahmen der MINT-EC-Schriften­reihe veröffentlicht und stehen als modulares Schulmaterial zur Verfügung.

TU Dresden / DE

 

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