Forschungsfelder

Quantentechnologie in Schule und Studium

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Bereits seit langem liegt ein Forschungsschwerpunkt auf der Vermittlung der Quantenphysik. Ausgangspunkt ist der moderne Zugang über Zwei-Zustandssysteme und die Quantenoptik. Kernpunkt ist die Identifikation und das Verständnis zentraler Begriffe der Quantentheorie, die auch für die Formung eines modernen physikalischen Weltbildes relevant sind. Als Kontext werden moderne Quantentechnologien gewählt, darunter vor allem Quantenkryptographie und Quantencomputer.

Die Professur Didaktik der Physik ist außerdem mitverantwortlich für die GIREP Thematic Group "Teaching and learning in quantum physics", die diese Thematik auf den Konferenzen der GIREP verankert.

Mathematik im Physikunterricht

Ein zentraler Forschungsbereich der Physikdidaktik in Dresden ist das Wechselspiel von Mathematik und Physik in der physikalischen Bildung. Die Grundlage bilden grundsätzliche Überlegungen zur Rolle der Mathematik in der Physik mit Bedeutung für Schule und Lehramtsausbildung. Hierauf aufbauend wird das Forschungsfeld aus mehreren Perspektiven angegangen. Der Schwerpunkt liegt auf den ersten Schritten zur Mathematisierung in der Sekundarstufe 1, da dies ein bislang in der Forschung zur Mathematisierung weitgehend vernachlässigter Bereich ist. Außerdem werden neben Formeln und Gleichungen auch vielfältige andere mathematische Elemente in einem weiten Sinne in die Forschung miteinbezogen. Hauptforschungsziel ist die Identifikation von spezifischen Strategien und Problemen von Schülern bei der Nutzung mathematischer Elemente in der Physik sowie die Entwicklung von Interventionen in Unterricht und Lehrerbildung.

Digitale Medien im Physikunterricht

An der Physikdidaktik der TU Dresden wird bereits seit etlichen Jahren intensiv an Einsatz­möglichkeiten digitaler Medien für den Physikunterricht geforscht. Dazu gehören vor allem die Nutzung von Sensoren, Smartphone Apps und die kritische Reflektion ihres Einsatzes im Physikunterricht. Diese finden auch ihren Niederschlag in der Lehre.

Erschließung neuer Themen für den Physikunterricht

Aufgabe der Schule ist es, die Schülerinnen und Schüler auf ein Leben in einer modernen techni­sierten Welt vorzubereiten. Viele  Lernende bringen  Interesse an Physik vor allem in einem alltags­orientierten Kontext auf.  Aber nicht nur Alltagskontexte sind für Schüler interessant, sondern auch Orientierungswissen, beispielsweise bei Fragen der Kosmologie oder der Welt im Kleinen, wie der Elementarteilchenphysik. Daher ist die didaktische Aufbereitung aktueller physikalischer Themen mit vielfältigen Schwerpunkten für den Physikunterricht eine wichtige Aufgabe der Forschung.
Für die Gestaltung attraktiven Physikunterrichts werden Experimente zu aktueller Physik und Technologie, Unterrichtsmaterialien und Unterrichtseinheiten entwickelt. Weiterhin werden Konzepte und Kurse für außerschulische Lernorte (z.B. AG Lötpunkt, Schülerlabor DeltaX, Lernort Albertinum) entwickelt und erprobt.

Das Wesen der Physik oder Nature of Science

Als genuin interdisziplinäres Brückengebiet vermittelt die Physikdidaktik zwischen der Fach- und der Erziehungswissenschaft. Die aktuellen Erkenntnisse der Wissenschaftsphilosophie, respektive der Physikphilosophie bilden die Grundlage für ein Verständnis dessen, was die Physik ihrem Wesen nach ist (Nature of Science). Diese stützen beispielsweise die These, dass die - hochmathematisierte - Physik als universelle und fundamentale, gleichsam paradigmatische Wissenschaft, eine besondere Funktion unter den Einzelwissenschaften einnimmt. In den Richtlinien der Ausbildung künftiger Physiklehrerinnen und -lehrer wird in den letzten Jahren verstärkt gefordert, Aspekte der Philosophie und Geschichte der Physik einzubringen, damit im Sinne einer breiten Allgemeinbildung in den späteren schulischen Unterricht neben dem Verfügungswissen über die Inhalte der Physik auch Orientierungswissen über das Wesen der Physik einfließen kann. Dazu werden regelmäßig Lehrveranstaltungen zur Geschichte der Physik angeboten, um entsprechende Themen in der engeren fachlichen sowie physikdidaktischen Ausbildung zumindest anlegen zu können. In Veranstaltungen zur Vermittlung der Quantenphysik werden darüber hinaus auch Fragen der Interpretation angesprochen.