Warum steckt so viel Potenzial in der offenen Lehre fĂŒr die Quantenphysik?
Die Welt, in der wir leben, ist nicht selten kompliziert: Ist Licht am besten beschrieben als Welle oder als Teilchen? Wie können die komplexen Antworten darauf fĂŒr alle zugĂ€nglich und ansprechend vermittelt, diskutiert und verstanden werden? ZunĂ€chst mögen diese zwei Fragen wenig miteinander zu tun haben. Doch in diesem Blogbeitrag möchten wir zeigen, dass offene Bildungsressourcen (auch Open Educational Resources oder kurz OER genannt) und Quantenmechanik nicht nur zusammenpassen, sondern in der heutigen Welt untrennbar verbunden sind.
WĂ€hrend die Quantenmechanik ihr 100-jĂ€hriges Bestehen feiert, sind OER deutlich jĂŒnger. Erst prĂ€gte die UNESCO den Begriff âOpen Educational Resourcesâ. Darunter werden alle digitalen sowie analogen Bildungsmaterialien verstanden, die unter einer offenen Lizenz veröffentlicht wurden und damit kostenfrei und rechtskonform von Dritten bearbeitet, verbreitet und weitergenutzt werden können. Dazu hat sich im Bildungsbereich die offene Lizensierung mit Creative Commons Lizenzen als Standard durchgesetzt. Insbesondere fĂŒr die Nachnutzung ist der Ort wichtig, an dem diese Lehrmaterialien einfach und leicht auffindbar abgelegt werden können: Wie zum Beispiel im Portal twillo fĂŒr die Hochschullehre, welches vom niedersĂ€chsischen Ministerium fĂŒr Wissenschaft und Kultur gefördert und von der TIB gemeinsam mit der UniversitĂ€t OsnabrĂŒck, dem Elan e. V. und dem HIS-HE betrieben und weiterentwickelt wird.
Von geschlossenen AnfĂ€ngen âŠ
Im Kontrast zu Offenheit von OER war die Physik und ihre Lehre am Anfang des 20. Jahrhunderts sichtlich geschlossener: Einerseits war die Geschlossenheit der wissenschaftlichen Community Resultat struktureller Diskriminierung. Viele Wissenschaftler:innen und gerade Physiker:innen hatten es schwer, gebĂŒhrend anerkannt zu werden. Wie der vorangegangene Blogbeitrag von Esther Tobschall Quantenphysik: DomĂ€ne der MĂ€nner? eindrucksvoll verdeutlicht, halten diese strukturellen Diskriminierungen und Ausgrenzungen bis heute an. Geradezu symptomatisch ist, dass sich lediglich vier Physikerinnen unter den Nobelpreistragenden befinden. Umso wichtiger ist es herauszustellen, dass es, wie die Arbeitsgruppe Chancengleichheit der Deutschen Physikalischen Gesellschaft sichtbar macht, bedeutende Quantenphysikerinnen durchaus gab und gibt.
Andererseits war die Geschlossenheit der Community der Quantenphysiker:innen zu einem groĂen Teil der Zeit geschuldet. Obwohl das Internet noch nicht erfunden war, fand ein reger, aber sehr begrenzter Austausch zwischen Physiker:innen statt. Der Briefverkehr zwischen ihnen ist teils bis heute erhalten (und teils online verfĂŒgbar): So schreiben sich Albert Einstein und Max Born zwischen 1916 und 1955 einige Briefe. Darunter auch ein Brief, in dem Einstein Born unterstellt, er glaube âan den wĂŒrfelnden Gottâ im Streit um quantenmechanische Prinzipien, die je nach Auslegung als unvollstĂ€ndig angesehen werden könnten. Daraus entstand spĂ€ter der berĂŒhmt verkĂŒrzte Satz âGott wĂŒrfelt nichtâ, welcher sich auch in Bildungsmaterialien (zum Beispiel zur Quantenkryptographie) wiederfindet. Weiterhin zeigen auch Werner Heisenbergs Briefe an Wolfgang Pauli, wie sie sich zu verschiedensten AnsĂ€tzen und Implikationen der ab 1921 entstehenden Quantenphysik austauschten. Die wissenschaftliche Kommunikation dieser Zeit fand also auf persönlicher und somit nicht öffentlicher Ebene statt, wodurch einerseits aktuelle Gedanken, Thesen und Argumente nicht von allen nachvollzogen werden konnten. Andererseits waren diese Diskussion auf wenige, bereits in ihrem Fachbereich etablierte Personen begrenzt.
âŠ ĂŒber Lichtblicke âŠ
In solchen Briefwechseln sticht aber gerade ein Brief exemplarisch hervor: 1933 dankt Grete Hermann Paul Dirac fĂŒr ihr durch dessen Lehrbuch ĂŒber die Prinzipien der Quantenmechanik gewonnenes âVerstĂ€ndnis fĂŒr die Geschlossenheit und Schönheit dieser Theorieâ. Diese Korrespondenz zeigt, welche Wichtigkeit die VerfĂŒgbarkeit von LehrbĂŒchern im Besonderen fĂŒr Wissenschaftlerinnen gespielt haben könnte. Auch Richard Feynman erkannte um 1950, dass methodologisch und didaktisch gut aufbereitete Lehre gerade im Angesicht der KomplexitĂ€t der (Quanten-)Physik wichtig ist. So entwickelte und nutzte er eine Methode mit vier iterativ wiederholbaren Schritten, die helfen kann Lernprozesse zu strukturieren und WissenslĂŒcken zu identifizieren. Passenderweise findet sich diese Feynman-Methode auch heute in OER, zum Beispiel als Lerntechnik.
⊠hin zu einer wirklich offenen Zukunft!
Heute bergen OER immense Potenziale fĂŒr die Physik und die Quantenmechanik: Offen lizensierte Bildungsmaterialien erlauben eine breitere VerfĂŒgbarmachung der Grundlagen fĂŒr alle Interessierten, sodass damit auch weiterhin bestehende strukturelle Ungerechtigkeiten abgebaut oder zumindest abgedĂ€mpft werden können. Weiterhin sind gerade öffentlich zugĂ€ngliche und gleichzeitig qualitative hochwertige Lehrmaterialien im Themenbereich der Quantenphysik wichtig, da deren Begrifflichkeiten heute nicht selten pseudowissenschaftlich (aus)genutzt werden.
Es gibt bereits zahlreiche OER, die im Themenbereich der Quantenphysik angesiedelt sind, von denen wir aus PlatzgrĂŒnden nur einige, wenige nennen können. So zum Beispiel:
- Ein umfangreiches Vorlesungsskript zur Atomphysik, in dem quantenphysikalische Prinzipien und wichtige mathematische Formalismen, wie die Diracâsche Deltafunktion, die Heisenbergâsche UnschĂ€rferelation oder das Pauli-Prinzip behandelt werden.
- Ein einsteigerfreundlicher Moodle-Kurs, mit vielen Quizzes, der die Chancen der SelbstĂŒberprĂŒfung und des eigenstĂ€ndigen Lernens unterstreicht.
- Oder Simulationen, die Quantenmechanik anschaulich machen, wie zum Beispiel ĂŒber das seltsame Verhalten quantenmechanischer Teilchen oder ĂŒber den Photoelektrischen Effekt, der als das Experiment gilt, dass die Notwendigkeit einer neuen Physik aufgezeigt hat.
- Der Gedanke der offenen Bildung kann aber auch darĂŒber hinaus die Lehre der Physik bereichern: So gibt es auch OER zum Einsatz von digitalen Bildungsmaterialien in der Physikdidaktik.
Das gröĂte Potenzial liegt wohl in der Zukunft: Darin, Hochschullehrende in der Physik und gerade in der Quantenphysik dafĂŒr zu begeistern, ihre Lehre offen zu lizensieren und auf OER-Portalen wie twillo fĂŒr andere Lehrende zur Nachnutzung, fĂŒr Studierende zur LernunterstĂŒtzung und fĂŒr Interessierte zum Stöbern verfĂŒgbar zu machen.
Unser Wunsch dabei ist, dass die Quantenphysik von OER profitieren kann, wie die OER bereits von der Quantenmechanik profitiert haben. Denn ohne die Quantenmechanik gĂ€be es digitale und damit leicht teilbare Formen von Bildungsmaterialien nicht. Erst die Idee der Quantelung (das heiĂt, dass Energie nur bestimmte diskrete Werte annehmen kann) und das Pauli-Auschlussprinzip (das heiĂt, dass Elektronen nur bestimmte Energieniveaus besetzten können) haben Halbleiter und damit unsere gesamte IT-Infrastruktur möglich gemacht.
Kontakt
Wenn Sie selbst Lehrmaterialien haben, die Sie als OER auf twillo veröffentlichen möchten, wenden Sie sich gerne an uns: [email protected].
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