Ein Blick über den Tellerrand - Physikunterricht jenseits vom Standard

Dass der Physikunterricht voll von Experimenten ist, ist selbstverständlich. Wenn Unterricht aber weit über die Grenzen des Fachraums hinaus betrieben wird, ist das allerdings schon besonders. Ein Beispiel hierfür ist unser Lehrer Herr Kirschner, der sich mit seinen Q2-Kursen in den letzten Jahren immer wieder intensiv mit der Bearbeitung von originalen Messdaten aus dem CERN beschäftigt hat und seinen Schülerinnen und Schülern somit einen Einblick in die Forschungsmethoden der Teilchenphysik bieten konnte.

Das Netzwerk Teilchenwelt, das intensiv die Integration der Teilchenphysik in den Schulunterricht vorantreibt, ist auf Herrn Kirschners Engagement aufmerksam geworden und hat ihn gebeten, einen Artikel dazu zu schreiben. Dieser wurde nun im aktuellen Newsletter veröffentlicht und darf mit freundlicher Genehmigung des Netzwerks Teilchenwelt hier abgedruckt werden:

Die Blasenkammer – Mehrwert für den Physikunterricht!

Im Kernlehrplan des Landes Nordrhein-Westfalen ist die Behandlung der Teilchenphysik obligatorisch. Dazu gehört auch die Beschäftigung mit Detektoren, die man verwendet, um Teilchen zu identifizieren und Umwandlungen zu analysieren. Im Unterricht kann dazu die Blasenkammer herangezogen werden: In der Kammer wird durch ständige Druckänderung der Siedepunkt der Kammerflüssigkeit variiert, in der elektrisch geladene Teilchen  Spuren aus winzigen Bläschen hinterlassen. Die Spuren werden mit mehreren Kameras aufgezeichnet. Aus den Aufnahmen können die wechselwirkenden Teilchen und ihre physikalischen Eigenschaften ermittelt werden. Der Detektions- und Auswertungsprozess ist deutlich einfacher zu verstehen als die komplexen Abläufe in den modernen Detektoren und kann an Originalaufnahmen mit einfachen Hilfsmitteln von den Lernenden selbständig durchgeführt werden, ohne dass die wesentlichen Analyseprozesse, die z.B. im CERN Anwendung finden, vernachlässigt werden. Nichtsdestotrotz lohnt sich im Anschluss ein Blick auf ATLAS und Co. auf alle Fälle.

Wie die Blasenkammer gewinnbringend im Physikunterricht eingesetzt werden kann, haben Rebecca Schmidt und Floria Nauman in ihren Abschlussarbeiten an der TU Dresden untersucht. Neben der Darstellung von theoretischen Hintergrundinformationen haben sie eine umfangreiche GeoGebra-Materialsammlung entwickelt, mit denen die Lernenden Schritt für Schritt an die Funktion der Blasenkammer und das Entschlüsseln der Aufnahmen herangeführt werden. Sie lernen zuerst, dass verschiedene Teilchen unterschiedliche Spuren hinterlassen und identifizieren diese. Nebenbei wiederholen sie die Lorentzkraft, denn die Blasenkammer befindet sich in einem Magnetfeld, das die Teilchenbahnen beeinflusst. Durch Anwendung der Drei-Finger-Regel kann unmittelbar begründet werden, welche elektrische Ladung Teilchen, die bei einer Umwandlung (wie zum Beispiel der Paarerzeugung) entstehen, besitzen. Hier kann außerdem der Erhaltungssatz der elektrischen Ladung thematisiert werden.

Mit den interaktiven GeoGebra-Dateien berechnen die Lernenden auf Basis der Formel der Lorentzkraft den Impuls einiger Teilchen; im Leistungskurs kann hier auch auf die Frage eingegangen werden, warum die Rechnungen auch bei relativistischen Teilchen ihre Gültigkeit haben. Ein großes Plus ist, dass die Lernenden selbständig mit nahezu originalen Methoden arbeiten und dass das authentische Material und die Umsetzung mithilfe von Quizfragen und Eingabefeldern motivierend sind und ein Feedback zum Lernerfolg geben. Die Materialien können frei zugänglich unter dem Link https://www.GeoGebra.org/m/VAK3P8ar heruntergeladen werden. Zusätzlich empfiehlt sich ein Besuch verschiedener Lehrerfortbildungen mit Praxisbeispielen zu diesem spannenden Thema.

Interessierte Leserinnen und Leser finden den gesamten Newsletter hier. Ein Blick auf die Seite des Netzwerks Teilchenwelt lohnt sich außerdem sehr.

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