Moderne Physik mit Maple

Komma, M.: Moderne Physik mit Maple, Int.Thomson Pub. Bonn 1996

Bravo Komma! Das Buch ist in mehrfacher Hinsicht hochinteressant und hervorragend:

1. Der Autor weist den Weg der Formulierung neuer Lehrbücher und wissenschaftlicher Literatur indem er moderne leistungsfähige Hilfsmittel (CAS, im Buch MapleV R2/R3) bemüht, um Lerninhalte sichtbar zu machen. Traditionell steht die Anschaulichkeit in unserer Lehre im Vordergrund, wird jedoch oft falsch verstanden - so sind z.B. die Grundgesetze von Newton nicht anschaulich zu erklären, die damit realisierten Ergebnisse können anschaulich dargestellt, müssen vom Lernenden erlebt werden. Mittels CAS ist dieses Erleben in einfacher, sehr effektiver Weise möglich durch Beschränkung auf das Wesentliche - die Lehrinhalte und deren anschauliche Darstellung mittels Animation -, die oft mühevollen fehlerträchtigen mathematischen Umformungen sind Nebensache. Dieses hat der Autor erkannt, im Buch meisterlich auch für komplexe Probleme - oft humorvoll - realisiert.

2. Das Vorgehen des Autors ist traditionell - vom „Einfachen" zum „Schwierigen" - jedoch mit einem wesentlichen Unterschied. Im klassischen Lehrbuch finden wir oft irreale Aufgaben und Lösungen, z.B. dissipationsfreier schiefer Wurf, der Lernende wird auf eine falsche Fährte geführt. Die Modelle müssen realistisch sein. Mittels CAS ist sowohl die Formulierung, Lösung und deren Abbildung, sowie die Diskussion (Analyse und Synthese) elegant möglich. Der Lernende wird zur positiven Kritik animiert; experimentieren mit Parametern, Abbildung auf Spezialfälle, usw.. Damit erfährt der Lernende das m.E. Wesentlichste - selbständiges methodisches Denken und Arbeiten in „Praxisnähe", sowie Freude im Lernprozeß. Großartig sind die zuvor erwähnten Aspekte in diesem Buch eingearbeitet. Gewähren wir Zeit und unsere Begleitung, so wird der Lernende dankbar und mit Freude dieses Buch genießen.

3. Das Buch ist für den Leistungskurs Physik [und die ersten Semester] konzipiert. Meine Bewunderung zum Mut bzgl. des Inhalts, auch zur Brillianz der Darstellung, eine auch didaktische Meisterleistung eines Könners. In einer Weise, welche bisher nicht möglich war, wird beginnend mit der Kinematik, der klassischen Newtonschen Mechanik über das Huygens-Fresnel Prinzip, der Denkweise von D’Alembert und Hamilton-Jacobi zur Betrachtungsweise von Feynman geführt. Die großartige, lebendige Führung zeigt auch die Möglichkeit von CAS (MapleV). Ohne CAS sind die phantastischen Animationen - aus dem schiefen Wurf wird ein buntes Feuerwerk, die Elektronenbahn eines Teilchens im elektromagnetischen Feld wird erlebt, gleichfalls die Kepler-Bewegung, die komplexen Zyklen der Wellenmechanik (Spektren, Doppelspalt, Vielstrahlinterferenz, usw.), usw. - nicht realisierbar. Der Autor bemüht moderne mathematische Methoden, z.B. FFT-Technik, Gdgln, Pdgln, deren Lösung wenn möglich analytisch, sonst numerisch mit MapleV erfolgt, zeigt auch anschaulich das Erleben des Differentialquotienten und des Riemannschen Integralbegriffs.
Großartig der Abschnitt „Zufallspfade", in welchem die virtuelle Verschiebung und die Methodik der Variationsrechnung ohne deren direktes Bemühen anschaulich erfahren wird.
Im Abschnitt Feynman wird das Wirkungsprinzip formuliert, auf zunächst bekannte Modelle angewendet (Wurf, Coulombfeld, Interferenz), dann erfolgt die Analyse der hoch angeregten Atome (Rydberg) und das Fortschreiten eines Teilchens von der Quelle zum „Ziel" (Propagator). Diese beiden Abschnitte müssen den Leser überzeugen von der Faszination im Umgang mit CAS, die Vielfalt der graphischen Darstellungsmöglichkeiten, der daraus folgenden Analysen, „Erlebens" der Lerninhalte und der Experimentierfreude.
So gelingt Komma - ich staunte - zwangsweise der kontinuierliche Übergang zur nichtrelativistischen Quantenphysik (Schrödingergleichung) und das Bohmsche Quantenpotential wird offensichtlich, wird erlebt trotz mannigfaltiger Fragen, auch eine Folge der Mächtigkeit von MapleV.

4. Komma gelingt eine unübliche Einführung in MapleV. Der Lernende ist sehr schnell in der Lage, mit MapleV selbständig auch komplexe Probleme (z.B. Dgln) zu bearbeiten. In der Einführung sind die wesentlichen Elemente von MapleV, im Anhang der Umgang mit Gdgln und deren Verständnis bereitgestellt. Ein nettes Lehrbuch auch für MapleV. Der Autor schärft auch die Kritik im Umgang mit CAS - notwendig ist das Verstehen der Ergebnisse, der Grafiken. CAS wird nie frei von Fehlern sein - ein m.E. positiver Aspekt.

Zusammenfassung: Das Buch ist ein „Muß" für jeden Physiklehrer egal ob am Gymnasium, FH oder Universität bzw. TH. Der Trend, die Notwendigkeit CAS zu bemühen ist in der Forschung und industriellen Praxis realisiert. Gänzlich neue Perspektiven öffnen sich, Komma zeigt den Weg. Die Lehrenden sollen positiv kritisch die Möglichkeit nutzen, die Lernenden werden sicher dankbar sein. Die Notwendigkeit, eine Vielzahl von Sprachen zu lernen (EXEL, Fortran, C, APL, Pascal, usw.) entfällt im Umgang mit CAS, ein beachtlicher Vorteil. Die Aufmachung des Buches ist gut, wenn mir auch der Einband nicht zusagt. Die Worksheets sind nebst einer Demo-Version MapleV, WWW-Browser und EPS-Dateien auf einer CD-ROM mitgeliefert.

Als kleinen Mangel werte ich das Fehlen von Übungsaufgaben am Ende jedes Abschnitts.

Ein großartiges zukunftsweisendes Lehrbuch - ich meine ein „Lehrbuchkrimi" -, zu welchem ich dem Autor gratuliere. Mein Wunsch: weitere Bücher von Komma und „ähnliche" von anderen Kollegen.