Die Unterrichtsmaterialien Quantencomputing im MINT-Unterricht sind modular und interdisziplinär aufgebaut. Lehrkräfte können sie flexibel an unterschiedliche Fächer, Lernziele und Unterrichtskontexte anpassen.
Statt einem festen Kursablauf zu folgen, lassen sich einzelne Einheiten gezielt auswählen oder zu passenden Lernpfaden kombinieren. Diese können auf das Vorwissen, die Interessen der Lernenden sowie die verfügbare Unterrichtszeit abgestimmt werden.
Vorgeschlagene Lernpfade zeigen beispielhafte Wege durch das Material und können jederzeit angepasst oder neu zusammengestellt werden.
Warum Quantencomputing – und wie man es unterrichtet
Warum Quantencomputing im MINT-Sekundarbereich?
Quantentechnologien gewinnen in der Wissenschaft und in der Industrie zunehmend an Bedeutung. Die Vermittlung grundlegender Konzepte an Lernende ab 14 Jahren stärkt ihre wissenschaftliche Grundbildung und eröffnet frühzeitig Einblicke in zukunftsweisende Studien- und Berufsfelder.
Eine flexible Struktur für unterschiedliche Fächer
Die Materialien bieten einen Fundus an Konzepten und Aktivitäten, den Lehrkräfte in Mathematik, Physik und Informatik flexibel an ihre Lehrpläne anpassen können. Sie eignen sich zudem besonders für fächerübergreifende Unterrichtsformate, wenn eine entsprechende Zusammenarbeit möglich ist.
Lernpfade für den Unterricht
Beispielhafte Lernpfade zeigen, wie sich einzelne Kapitel für verschiedene Fächer und Altersgruppen sinnvoll kombinieren lassen. Sie unterstützen Lehrkräfte dabei, Unterrichtseinheiten zu gestalten, die gezielt mathematisches Denken, physikalische Zusammenhänge oder informatisches Verständnis in den Mittelpunkt stellen.
Perspektiven für Studium und Beruf
Aspekte der Berufsorientierung sind ein integraler Bestandteil der Materialien. Sie verdeutlichen, wie Quantentechnologien mit Bereichen wie Ingenieurwissenschaften, Programmierung, Materialwissenschaften und Datenanalyse verknüpft sind, und geben Einblick in mögliche berufliche Entwicklungswege.
Weitere Informationen: Berufe in Quantentechnologien
„Mit diesem Unterrichtsmaterial möchten wir Quantentechnologien in die Allgemeinbildung bringen, um Schülerinnen und Schüler darauf vorzubereiten, sich mit einer Zukunft auseinanderzusetzen und diese aktiv mitzugestalten, die zunehmend von ihnen geprägt sein wird.“
Trotz ihrer wachsenden Bedeutung werden die Grundlagen der Quantentechnologien an europäischen weiterführenden Schulen bislang kaum unterrichtet. Quantencomputing bietet jedoch einen äußerst motivierenden Kontext, um zentrale Konzepte der Quantenmechanik einzuführen, die im Physikunterricht nach wie vor unterrepräsentiert sind. Quantenkryptografie spielt im Informatikunterricht nahezu keine Rolle, obwohl in der Gesellschaft intensiv über die Auswirkungen des sogenannten „Q-Day“ diskutiert wird – den Zeitpunkt, an dem Quantencomputer bestehende Verschlüsselungsverfahren brechen könnten.
Auch in den Mathematiklehrplänen finden sich kaum Bezüge zu Quantenthemen, obwohl Quantencomputing wertvolle Anwendungen für Vektoren, Matrizen und Wahrscheinlichkeitsrechnung bietet.
Darüber hinaus sind Quantentechnologien von Natur aus multidisziplinär. Dennoch bieten europäische Schulen nur selten die Möglichkeit, solche komplexen Themen über einen längeren Zeitraum hinweg fächerübergreifend zu bearbeiten.
Im Projekt „Quantencomputing im MINT-Unterricht“ arbeiteten zwanzig Lehrkräfte aus fünfzehn europäischen Ländern über mehr als zwei Jahre hinweg gemeinsam an der Entwicklung dieses Materials. Sie trafen sich regelmäßig – sowohl in großen Workshops als auch in kleineren Arbeitstreffen in Städten wie Berlin, Prag, Frankfurt und Genua –, um ihr Verständnis des Quantencomputings zu vertiefen und zu erarbeiten, welche Inhalte für ihre Schülerinnen und Schüler in unterschiedlichen Bildungskontexten besonders relevant sind.
In internationalen Teams entwickelten, erprobten und überarbeiteten die Lehrkräfte die Materialien in ihren eigenen Klassen. Durch kontinuierliches Feedback und den Austausch mit Kolleginnen und Kollegen wurden sie stetig weiter verbessert. Unterstützt wurde dieser Prozess durch Koordinatorinnen und Koordinatoren sowie wissenschaftliche Expertinnen und Experten, um sowohl fachliche Genauigkeit als auch eine ausgewogene Mischung aus Experimenten zum Anfassen, Zugang zu echter Quantenhardware, Arbeitsblättern und interaktiven Ressourcen sicherzustellen.
Gleichzeitig basiert das Projekt auf der Überzeugung, dass Lehrkräfte selbst die Expertinnen und Experten für die Unterrichtspraxis sind. Dieser lehrkraftorientierte Ansatz stellt sicher, dass die Materialien praxisnah, relevant und unmittelbar an Schulen in ganz Europa einsetzbar sind. Die Unterrichtseinheiten lassen sich in etablierte Fächer wie Physik, Mathematik und Informatik integrieren und unterstützen zugleich fächerübergreifendes, projektbasiertes Lernen. Die Materialien sind vor allem für die Sekundarstufe II konzipiert, einzelne Einheiten können jedoch bereits mit Schülerinnen und Schülern im Alter von 14 bis 16 Jahren durchgeführt werden.
Darüber hinaus konzipieren wir einen interdisziplinären Projektkurs im Bereich Quantencomputing für das letzte Jahr der Oberstufe. Dieser ermöglicht es den Schülerinnen und Schülern, das Kompetenzniveau A2 (in zwei von drei Bereichen) des European Competence Framework for Quantum Technologies zu erreichen (DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.6834598).
Quantencomputing an weiterführenden Schulen zu unterrichten bedeutet, frühzeitig grundlegende Kompetenzen zu vermitteln und einen fairen Zugang zu dem Wissen und den Chancen zu ermöglichen, die notwendig sind, um an einer von Quantentechnologien geprägten Zukunft teilzuhaben – und nicht von ihr ausgeschlossen zu werden. Dieses Material, von Lehrkräften für Lehrkräfte entwickelt, unterstützt Sie dabei, Ihre Schülerinnen und Schüler auf diesem Weg zu begleiten.
Das Projekt und die Autorinnen und Autoren
Diese Materialien wurden von einem Team aus 20 Lehrkräften der Sekundarstufe aus 15 europäischen Ländern entwickelt, die über einen Zeitraum von zwei Jahren gemeinsam praxisnahe und im Unterricht erprobte Ressourcen für das Lehren von Quantencomputing in der gymnasialen Oberstufe erarbeitet haben. Das Team vereint Expertise aus den Bereichen Physik, Mathematik und Informatik und stellt so sicher, dass die Materialien für Lehrkräfte mit unterschiedlichen fachlichen Hintergründen zugänglich und für verschiedene Lehrpläne geeignet sind.
Im Rahmen internationaler Treffen und gemeinsamer Entwicklungsphasen wurden die Unterrichtseinheiten kontinuierlich weiterentwickelt und erprobt, um eine flexible Anpassung und eine einfache Umsetzung im Schulalltag in ganz Europa zu ermöglichen. Die Texte wurden von den Lehrkräften selbst verfasst. So wie Europa vielfältig ist, unterscheiden sich auch die einzelnen Unterrichtseinheiten in Stil und Aufbau – abhängig von den jeweiligen Autorengruppen.
Weitere Informationen zu den Autorinnen und Autoren sowie den am Projekt Beteiligten (inklusive Impressum) sowie zum Hintergrund und zeitlichen Ablauf des Projekts.
Ermöglicht durch
Thank you to the Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung for supporting the project.
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