Quantenoptik in der Lehrerfortbildung : Ein Bedarfsgeprägtes Fortbildungskonzept Zum Quantenobjekt ,,Photon Mit Realexperimenten.

Intro -- Inhaltsverzeichnis -- 1 Einleitung -- 2 Die Didaktische Rekonstruktion zur Erarbeitung von Leitlinien für die Lehrerfortbildung -- 2.1 Adaption der Didaktischen Rekonstruktion zum Zwecke der Leitlinienentwicklung von Lehrerfortbildungen -- 2.2 Leitfragen im Prozess der Didaktischen Rekonstruktion -- 2.3 Entwicklung der Forschungsfragen -- 3 Analyse didaktischer Konzeptionen zur Quantenphysik -- 3.1 Quantenphysik in der Schule -- 3.2 Unterrichtskonzepte zur Vermittlung von Quantenphysik in der Schule -- 3.3 Quantenphysik in der universitären Ausbildung für das Lehramt (1. Phase Lehrerbildung) -- 3.4 Schülerpräkonzepte in der Quantenphysik -- 3.5 Fazit -- 4 Die Delphi-Methode -- 4.1 Klassischer Ablauf der Delphi-Methode und Begriffsklärung -- 4.2 Typisierung von Delphi-Studien nach Häder -- 4.3 Delphi-Studien in der Physikdidaktik -- 4.4 Abgrenzung gegenüber anderen methodischen Zugängen -- 5 Erfassung der subjektiven Ansichten von Lehrkräften zu fachdidaktischen Konzeptionen in der Quantenphysik -- 5.1 Ablauf der Delphi-Studie -- 5.2 Exemplarisches Vorgehen: Von der ersten Frage bis zur quantitativen Auswertung -- 6 Delphi-Runde 1 -- 6.1 Erstellung des ersten Fragebogens - Ergebnisse der Pilotstudie -- 6.2 Resultate der ersten Delphi-Runde -- 6.2.1 Themen, die zu einer intellektuell redlichen Auseinandersetzung mit der Quantenphysik beitragen -- 6.2.2 Quantenphysik als besondere Herausforderung für Schülerinnen und Schüler -- 6.2.3 Retrospektive: Die Sicht auf die eigene Ausbildung -- 6.2.4 Inhalte/Themen/Anwendungen persönlichen Interesses -- 6.2.5 Nutzung und Einstellungen zu Unterrichtsmaterialien zur Quantenphysik -- 6.2.6 Einstellungen zum aktuellen Lehrplan in der Quantenphysik -- 7 Delphi-Runde 2 -- 7.1 Erarbeitung des zweiten Fragebogens aus den Resultaten der ersten Runde -- 7.2 Resultate der zweiten Delphi-Runde.

7.2.1 Motivierende Themen aus der Quantenphysik -- 7.2.2 Internetangebot oder herkömmliche Fortbildung -- 7.2.3 Unterrichtskonzeptbestandteile zur Quantenphysik von denen der Unterricht im besonderen Maße profitiert -- 7.2.4 Einsatz des Zeigerformalismus -- 7.2.5 Erfahrungen aus dem Unterricht zu Wesenszügen -- 7.2.6 Der Dualismus-Begriff im Unterricht zur Quantenphysik -- 7.2.7 Quantenphysik als Teil der modernen Physik im Unterricht -- 7.2.8 Unterrichtserfahrungen aus Kursen auf grundlegendem Niveau -- 8 Delphi-Runde 3 -- 8.1 Erarbeitung des dritten Fragebogens aus den bisherigen Resultaten -- 8.2 Resultate der dritten Delphi-Runde -- 8.2.1 Schulbezug als Anforderung an das Fortbildungsangebot -- 8.2.2 Akzeptieren und Diskutieren im Unterricht zur Quantenphysik -- 8.2.3 Die Rolle von Experimenten im Unterricht -- 8.2.4 Die Sicht der Experten auf die Wesenszüge -- 8.2.5 Die Diskussion um den Dualismus-Begriff -- 8.2.6 Einzelphotonenexperimente -- 8.2.7 Anwendungen aus der Quantenphysik -- 8.2.8 Motivierende Themen für eine Fortbildung -- 9 Konstruktion von Leitlinien für eine Lehrerfortbildung zur Quantenphysik -- 9.1 Zusammenfassung der Delphi-Ergebnisse -- 9.2 Leitlinien für eine Lehrerfortbildung -- 10 Binary Optics: Ein Konzept für die Lehre von Quantenoptik -- 10.1 Quantenphysikalische Betrachtung von Licht am Strahlteiler -- 10.2 Quantenphysikalische Betrachtung von Licht am Polarisationsfilter -- 10.3 Der Experiment-Pfad für die Lehrerfortbildung -- 10.3.1 Fazit -- 11 Korrelationsmessung beim Nachweis der Quantisierung des Lichts -- 11.1 Auf dem Weg zur Klassifikation von Licht: Wichtige Eigenschaften der g2-Funktion -- 11.2 g2 in Beispielen -- 11.3 Korrelationsanalyse mit Binärdetektoren -- 12 Photonen in der Lehrerfortbildung: Der Aufbau zur Präparation von Fockzuständen.

12.1 Erzeugung von Photonenpaaren mittels parametrischer Fluoreszenz -- 12.2 Koinzidenz-Elektronik -- 12.2.1 Funktionsweise der Koinzidenz-Zähleinheit -- 12.2.2 Bestimmung der Timing-Charakterisitik -- 12.3 Detektoren -- 12.4 Laser -- 13 Experimente für die Lehrerfortbildung -- 13.1 Statistische Optik mit Binärdetektoren -- 13.1.1 Poissonstatistik - Detektion seltener Ereignisse -- 13.1.2 Die mittlere Ereignishäufigkeit verhält sich linear zur Irradianz -- 13.1.3 Die Impulse zweier Detektoren sind bei konstanter Irradianz unkorreliert -- 13.1.4 Korrelationen sinusoidal modulierter Lichtquellen -- 13.2 Quantenoptik mit Fockzuständen -- 13.2.1 Charakterisierung der Zwillingsphotonenquelle -- 13.2.2 Nachweis der Unteilbarkeit von Einzelphotonenzuständen am Strahlteiler -- 13.2.3 Das Gesetz von Malus mit einzelnen Photonen -- 13.2.4 Einzelphotonenzustände im Michelson-Interferometer -- 13.2.5 Der Quantenradierer -- 14 Begleitmaterial -- 15 Fazit und Ausblick -- 15.1 Die subjektiven Überzeugungen von Lehrkräften zu fachdidaktischen Konzepten in der Quantenphysik -- 15.2 Binary Optics als Konzept -- 15.3 Die Experimente -- Literatur -- Anhang -- A Delphi-Studie -- A.1 Pilotstudie -- A.2 Delphi-Runde 1 -- A.3 Delphi-Runde 2 -- A.4 Delphi-Runde 3 -- A.5 Akquirierungsmaterial -- B Ausgaben statistischer Tests zu den Experimenten -- C Technische Details der Experimente -- C.1 Fluoreszenzfilter Thorlabs FGL515M -- C.2 Verwendete Strahlteilerwürfel -- C.3 Berechnung des Phasenanpassungswinkels -- C.4 Justage Anleitung -- D Begleitmaterial zur Lehrerfortbildung -- D.1 Statistische Optik -- D.2 Unteilbarkeit des Photons -- D.3 Michelson-Interferometer mit einzelnen Photonen -- D.4 Einzelphotonenzustände am Polarisationsfilter -- D.5 Analogie-Experiment zum Quantenradierer -- D.6 Anleitung zum Programm g2Analyzer -- D.7 Semiklassische Erklärung des Photoeffekts.

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