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Grundlagen der Organisation von Lernprozessen

(Dr Gilbert Flecker)


SS 2010


Inhaltsverzeichnis


Seite


Aufbau der Unterrichtssequenz 3


Theorieblock Elementarteilchen … 3


Reflexion der Unterrichtseinheit … .5


Elementarteilchen – Teilchenphysik


Eine Reise in die wunderbare Welt der Elementarteilchen – woraus das Universum gemacht ist


1)      Brainstorming: Teilchenphysik/Elementarteilchen (Protonen, Neutronen, Elektronen, Quarks? Siehe Abb. 1)

2)      Video: Quark Song

3)      Besprechung Quark Song - Blitzlicht

4)      Theorieblock

5)      Video LHC Rap

6)      Kartenabfrage - gestrichen


Theorieblock:

Die drei Säulen des Universums.

TEILCHEN

KRÄFTE/ WECHSELWIRKUNGEN

MASSENERZEUGUNG


Teilchen

sind die Bausteine der Welt. Es gibt zusammengesetzte Teilchen und „Elementarteilchen“

Beispiele für Teilchen?

→ Protoenen, Neutronen, Atome, .

Beispiele für Elementarteilchen

→ 6 Leptonen (Elektronen, Myon, Tauon, E-, M-, T-Neutrino) 6 Quarks, dazugehörige Antiteilchen


Kräfte/ Wechselwirkungen

Es gibt in der Physik 4 Grundkräfte. Alle anderen Kräfte (zB Reibung) lassen sich auf eine der Grundkräfte zurückführen. Man unterscheidet

Starke Wechselwirkung, Schwache Wechselwirkung, elektromagnetische Wechselwirkung, Gravitation

·         starke WW: stärkste Kraft, nur sehr kurzte Reichweite, bindet QUARKs aneinander

Kernkraft (hält Teilchen im Atomkern zusammen) ist RestWW der starken WW
Wechselwirkungs/Austauschteilchen = GLUONEN

·         schwache WW: ein zehnbillionstel so stark wie starke WW, kurze Reichweite
wichtig bei Kernfusion in der Sonne, bestimmte radioaktive Zerfälle (zB
Beta-Z)
Austauschteilchen: bestimmte Bosonen (Z, W+, W-

·         elektromagnetische WW: dominiert Alltagsphänomene (Licht, Elektrizität, Magnetismus,
Festkörpereigenschaften .)
anziehend oder abstoßend, theoretisch unendliche Reichweite,
+ u – heben sich in der Regel aber auf
1/100 der starken WW
Austauschteilchen = PHOTONEN


Massenerzeugung

Higgs-Mechanismus, ungeklärt, soll am LHC erforscht werden, „Higgsteilchen“


Leptonen: Elementarteilchen die nicht aus Quarks bestehen.

Elektron, Elektron-Neutrino, Tauon, Tauon-Neutrino, Myon, Myon-Neutrino

und jeweils Antiteilchen dazu


Abb.1: Brainstorming


Reflexion der Unterrichtssequenz - Teilchenphysik


Der Versuch einer äußerst heterogenen Gruppe in 20 Miuten einen Überblick über Teilchenphysik zu geben hat sich als durchaus interessantes Unterfangen herausgestellt. Natürlich hätte es massig einfachere Themen gegeben, ich habe die Gelegenheit jedoch genützt um zu sehen, wie physikalische „Science Songs“ auf Nicht-Naturwissenschaftler wirken, ist es eine Möglichkeit Interesse zu wecken, oder wirken solche Lieder eher abschreckend und lassen Physik und PhysikerInnen als noch abgedrehter erscheinen?

Als Einstieg habe ich ein Brainstorming gewählt. Ich kannte die Technik schon vor dem Seminar und verwende sie gerne um ein neues Thema zu beginnen. Es ist damit relativ leicht sich einen Überblick über Vorkenntnisse und Schülervorstellungen zum Thema zu bekommen und kann anhand der genannten Themen den Ablauf der Unterrichtseinheit beschreiben.

Es kamen doch relativ viele (mehr als erwartet zumindest) Wortmeldungen, die auf ein gewisses Vorwissen schließen ließen, beim Großteil der Studierenden, vor allem jenen ohne naturwissenschaftliches Unterrichtsfach, schien mir das Thema „Teilchenphysik“ doch eine relative Unbekannte zu sein, wo Angst und Schrecken vermutet werden.

Das erste Lied, „Quark Song“ von Lynda Williams beschreibt den Aufbau der Materie aus Quarks, das Zusammenspiel aus Text, Rhythmus und Video und die Wiederholungen sollten es dem Gehirn erleichtern, sich die Begriffe zu merken. Der Blick in die Reihen der Studierenden während des Liedes spieglelte verschiedenste Reaktionen wieder.

Während einige (wenige) mitwippten und sichtlich belustigt waren überwog bei der Mehrheit doch eher Unglaube, dass es so etwas gibt. Dennoch, „Up, Down, Charm, Strange, Top und Botten“ sowie „Physics is so much Yum Yum Phun“ hatten sich definitiv in die Ohren eingenistet.

Im nachfolgenden Theorieteil habe ich versucht den Inhalt nocheinmal zusammenzufassen und die wichtigsten Konzepte des Standardmodells der Teilchenphysik zu erläutern.

Als Abschluss habe ich noch ein zweites Video über den LHC am CERN gezeigt. In den Gesichtern waren ähnliche Reaktionen wie beim ersten Video zu sehen.

Auf die ursprünglich geplante Kartenabfrage als Sequenz-Abschluss verzichtete ich aus Zeitgründen.

Alles in allem war es ein durchaus spannendes Experiment, ohne besondere Vorkenntnisse Seitens der Studierenden so ein Thema zu besprechen.





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