Modelle und Visualisierungen

Im Physikunterricht werden Modelle verwendet, um den Lernenden einen besseren Zugang zu wissenschaftlichen Konzepten zu bieten. Visualisierungen dieser Modelle ergeben sich aus einem komplexen Zusammenspiel aus Reduktion und Fokussierung auf wesentliche Elemente. Modelle und deren Visualisierungen bilden auf allen Komplexitätsstufen einen wesentlichen Grundpfeiler beim Lehren und Lernen von Physik.

Visualisierung des Unsichtbaren: Quantenphysik 

Eine besondere Herausforderung bei der Vermittlung von Quantenphysik ist die hohe Abstraktion der Thematik und die komplexe mathematische Modellierung. Um Lernenden zu helfen, auch hier ein tiefergehendes Verständnis zu erlangen, können zum einen mathematische Strukturen visualisiert werden, zum anderen die Messegebnisse. Im Projekt QuantumVisions wird eine Vielzahl quantenphysikalischer Konzepte in Bildern dargestellt: Wellenfunktionen in einer und mehreren Dimensionen, Doppelspaltversuche, Spin, Verschränkung und vielen mehr. Grundlage bieten jeweils die mathematischen Theorien und experimentellen Ergebnisse. Neben Visualisierungen können auch haptische Modelle mit Hilfe von 3D-Druck genutzt werden.


Teilchenphysik

Modellierungen im Rahmen von Teilchenphysik umfassen ebenfalls die mathematische und die experimentelle Ebene. Im Projekt ALICE wird der CERN-Detektor ALICE als VR-Modell umgesetzt und Teilchenspuren direkt sichtbar gemacht. 

Visualisieren im Unterricht

Fasst man Visualisierungen weiter, zählen dazu sämtliche nicht textliche Darstellungsformen von Inhalten. Solche Visualisierungen können das Lernen wesentlich unterstützen und sind daher auch für den Unterricht von zentralem Interesse. Im Zusammenhang mit dem Forschungsprojekt „Sprachsensibler Physikunterricht“ richten wir unser Augenmerk daher auch auf nicht-textliche Elemente der Informationsdarstellung und ihren Einfluss auf Lernprozesse.