¹ Media Engineering am Fraunhofer IAIS, Sankt Augustin
Leiter der europaweiten Initiative „Roberta – Lernen mit Robotern“, Bonn
² Media Engineering am Fraunhofer IAIS, Sankt Augustin
Roberta-Teacher, Bonn
Open Roberta – Intuitive Roboterprogrammierung in der Cloud
In der Welt der Computeranwendungen ist das Prinzip der „open source“ weit verbreitet und sehr erfolgreich. Vergleichbare Ansätze gibt es auch in den Naturwissenschaften. Wir zeigen anhand von Simulationen und realen Experimenten, wie sich mit geringem finanziellem und methodischem Aufwand neurophysiologische Fragestellungen bearbeiten lassen.
Die Eigenschaften neuronaler Membranen werden mittels eines Simulationsprogramms untersucht. Mithilfe des Programms können neben dem Einfluss äußerer Parameter (z.B. Ionenkonzentrationen, Medikamente/Gifte) auch intrinsische Membraneigenschaften (z.B. Permeabilitäten) sowie simulierte Reize auf das elektrische Verhalten von Nervenzellen im Detail ausgetestet und dargestellt werden.
In einem weiteren Versuch werden mit einfach durchzuführenden extrazellulären Ableitungen verschiedene Aspekte neuronaler Signalverarbeitung untersucht. Im Einzelnen werden wir demonstrieren, wie Sinneszellen auf Reize reagieren, die Leitungsgeschwindigkeit von Nervenzellen bestimmen und elektrische Potenziale von der Unterarmmuskulatur des Menschen ableiten.
Die verwendete Software und die zum Einsatz kommenden Verstärker sind quelloffen und somit schnell verfügbar und an die eigenen Bedürfnisse anpassbar.
Zu den Personen
Thorsten Leimbach ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Media Engineering am Fraunhofer IAIS und Leiter der europaweiten Initiative „Roberta – Lernen mit Robotern“, Zudem ist Thorsten Leimbach verantwortlich für die strategische Projektentwicklung und Akquisitionen auf dem Gebiet der Bildungsrobotik am Fraunhofer IAIS.
Richard Erdmann ist wissenschaftliche Hilfskraft der Abteilung Media Engineering am Fraunhofer IAIS. Dort ist er mit der Erstellung von Schulungsmaterialien, wie Bauanlei-tungen und Aufgaben, sowie der Betreuung der Webpräsenzen betraut. Als Roberta-Teacher gibt er regelmäßig Roberta-Kurse für Kinder.
¹ Leiter des Labors für instrumentelle Analytik und des Schülerlabors Mobile Analytik, Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Hamburg
² Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Department Biotechnologie, Hochschule für angewandte Wissenschaften, Hamburg
Eigenanfertigung von Photometern
In diesem Workshop wird mit unterschiedlichen Spektrometern experimentiert. Das preislich günstigste ist ein LED-Photosensor, der u.a. bei Besuchen von Schulklassen an der HAW Hamburg von SchülerInnen selbst gefertigt wird. Ein weiteres ist für ca. 100 € als Bausatz kommerziell erhältlich. Der dabei eingesetzte Sensor lässt sich auch direkt mit einem Raspberry Pi Mikrocomputer verbinden und für Messungen einsetzen. Schließlich werden auch Experimente mit einem USB-Spektrometer durchgeführt, das simultan den Wellenlängenbereich von 400 bis 800 nm mit einer Auflösung von ca. 1 nm aufnehmen lässt.
Für die Durchführung der Experimente sollten die TeilnehmerInnen einen Taschenrechner mit Logarithmusfunktion oder einen Rechner mit Excel mitbringen.
Zu den Personen
Olaf Elsholz studierte an der TU Berlin Chemie und promovierte dort auf dem Gebiet der instrumentellen analytischen Chemie. 1990 war er für die Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung (BAM) am Kenian Bureau of Standards (KBS) in Nairobi tätig und trat danach eine Position als Laborleiter an der Umweltbehörde Hamburg an. 1993 wechselte er zunächst an die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover und wurde im gleichen Jahr als Professor für Analytische und Umweltchemie an die Fachhochschule Hamburg (jetzt HAW Hamburg) berufen. Dort ist er u.a. seit 2000 Leiter des Labors für instrumentelle Analytik.
Ulrich Scheffler studierte Bioingenieurwesen an der FH Hamburg und war nach dem Studium in der Elektronik- und Softwareentwicklung tätig. Seit 1995 ist er in den Aufbau und die Weiterentwicklung des Labors für Bioprozessautomatisierung als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Department Biotechnologie der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg eingebunden. In seiner Forschungstätigkeit ist Herr Scheffler unter anderem als Experte für Systemintegration, d. h. der Verknüpfung von eigenständigen Mess- und Automatisierungsrechnern mit den Prozessleitsystemen der Bioreaktionstechnik zuständig. Weiterhin ist er in zahlreiche Studien-, Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten sowie Industriepartnerschaften und unabhängige Entwicklungsprojekte der Mess- und Automatisierungstechnik in der Biotechnologie involviert. In diesen Projekten wird intensiv von den Möglichkeiten aktueller Mikrocontroller-Plattformen wie Raspberry Pi oder Arduino Gebrauch gemacht.
Institut für Verhaltenswissenschaften an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (Schweiz)
Lernen
Alles, was wir in einem bestimmten Inhaltsbereich wissen und können, müssen wir zuvor – oft recht mühevoll – lernen. Diese eigentlich triviale Tatsache gewinnt vor dem Hintergrund der Diskussion um Bildungsinhalte zunehmend an Bedeutung. Lohnt es sich angesichts der sich schnell ändernden Welt überhaupt noch Inhaltswissen zu erwerben, oder sollte man dieses zugunsten der Vermittlung von Schlüsselqualifikationen und Lernstrategien zurückzustellen? Mit dieser Position werde ich mich sehr kritisch auseinander setzen. Lern- und Denkstrategien sind nämlich untrennbar an den jeweiligen Inhaltsbereich gebunden, und alle Versuche, solche Kompetenzen losgelöst von anspruchsvollen Inhalten zu trainieren, müssen als gescheitert betrachtet werden. Allerdings kann Inhaltswissen im Gedächtnis mehr oder weniger intelligent abgelegt werden und ist damit mehr oder weniger geeignet zur Bewältigung neuer Anforderungen. Unter Kompetenzen im kognitionswissenschaftlichen Sinne wird intelligent angelegtes und damit auf neue Anforderungen anwendbares Wissen verstanden. Wie Lernumgebungen beschaffen sein müssen, damit intelligentes, breit einsetzbares Wissen erworben werden kann, wird ausführlich behandelt. Worin sich Menschen in ihren Lernvoraussetzungen unterscheiden und inwieweit solche Unterschiede durch Anstrengung und Fleiß ausgeglichen werden können, wird ebenfalls angesprochen.
Zur Person
Elsbeth Stern studierte Psychologie an der Philipps-Universität Marburg und an der Universität Hamburg. Nach ihrem Diplom bei Hubert Feger promovierte sie 1986 bei Kurt Pawlik. Von 1987 bis 1993 war sie Wissenschaftliche Mitarbeiterin der Abteilung für Entwicklungspsychologie von Franz E. Weinert am Max-Planck-Institut für psychologische Forschung in München. Sie habilitierte sich 1994 im Fach Psychologie an der Ludwig-Maximilians-Universität München mit einer Arbeit über Die Entwicklung des mathematischen Verständnisses im Kindesalter. Von 1994 bis 1997 war sie Professorin für Pädagogische Psychologie an der Universität Leipzig. Von 1997 bis 2006 arbeitete sie als Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung in Berlin. Unter anderem forschte sie in einem Lernlabor, wie Kinder im Grundschulalter sinnvoll an Mathematik und Naturwissenschaften herangeführt werden können. Zusammen mit Ralph Schumacher entwickelte sie 2004 an der Universität Brandenburg ein Curriculum für die Frühkindliche Bildung. 2006 nahm sie einen Ruf an die ETH Zürich auf eine Professur für Lehr- und Lernforschung an. In der Presse bekannt wurde sie u.a. durch eine Untersuchung über den Einfluss des Lateinunterrichts auf die Intelligenzentwicklung, in der kein positiver Effekt auf das logische Schlussfolgern und Leistungen im mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich nachgewiesen werden konnte. Eine weitere Studie zum naturwissenschaftlichen Unterricht in der Vor- und Grundschule kam zu dem Ergebnis, dass z. B. physikalische Begriffe viel früher erfasst werden als bisher angenommen. 2014 wurde sie in die Akademie der Wissenschaften und der Literatur Mainz gewählt. Wissenschaftliche Schwerpunkte sind bei ihr neben der Lehr-Lern-Forschung Kognitionspsychologie und Intelligenzforschung.
Nobelpreisträger für Physik 1985
Direktor am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart
Vom Quanten-Hall-Effekt zu einem neuen Kilogramm
Der Nobelpreis für Physik 1985 wurde für die Entdeckung des „Quanten-Hall-Effektes“ verliehen. Von Beginn an war klar, dass hier ein neuer elektrischer Widerstand entdeckt wurde, dessen Wert nur von Naturkonstanten abhängt und heute durch die von-Klitzing-Konstante charakterisiert ist. Diese Entdeckung hat nicht nur die Präzisionsmesstechnik elektrischer Größen revolutioniert, sondern unser gesamtes Einheitensystem, das sogenannte „Système International d’Unités“ (SI).
Der Vortrag gibt einen Überblick über die Entwicklung unseres Einheitensystems und eine Einführung in das geplante neue SI System. Es besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass im Jahr 2018 unsere SI-Basiseinheiten (Länge, Masse, Zeit, Strom, Temperatur und Stoffmenge) auf der Grundlage von Fundamentalkonstanten definiert werden, wodurch z.B. auch das Urkilogramm seine Bedeutung verlieren wird. Bei einer solchen Neufestlegung wird der Quanten-Hall-Effekt eine wichtige Rolle spielen.
Zur Person
Klaus von Klitzing studierte Physik an der Technischen Universität Braunschweig und promovierte an der Universität Würzburg. Nach Auslandsaufenthalten in England und Frankreich und Habilitation in Würzburg erhielt er einen Ruf an die Technische Universität München. Neben zahlreichen Ehrungen und Preisen wurde ihm 1985 der Nobelpreis in Physik verliehen. Seit 1985 ist er Direktor am Max-Planck-Institut in Stuttgart und Honorarprofessor an der Universität Stuttgart.
Seine jetzige experimentelle Forschungsarbeit konzentriert sich auf elektronische Eigenschaften niedrigdimensionaler Halbleiterstrukturen.
Sein besonderes Engagement gilt dem wissenschaftlichen Nachwuchs und der Förderung der Vorbilder, die das Interesse bei der jungen Generation für die Naturwissenschaften wecken. Mit dem Klaus-von-Klitzing-Preis werden seit 2005 jährlich Lehrer ausgezeichnet, die in besonderer Weise Schülerinnen und Schüler für die MINT-Fächer begeistern.
Schülerlabor BioS, Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Braunschweig
Bakterien als Proteinfabrik
Zur Herstellung von Enzymen, Hormonen etc. werden häufig Mikroorganismen eingesetzt. So können Bakterien in zelluläre Fabriken für die Produktion von Fremdproteinen umgewandelt werden. Dafür werden diese Bakterien mit Expressionsvektoren transformiert, die die Ziel-DNA tragen. Ein so überexperimiertes Protein kann nach seiner Aufreinigung beispielsweise zur Strukturaufklärung dienen. Daraus wiederum lassen sich möglicherweise Erkenntnisse über dessen Funktionsweise im Organismus gewinnen.
Das mehrtägige Experiment Bakterien als Proteinfabrik voll-zieht die wesentlichen Schritte nach, die von der DNA zum isolierten Protein führen. Es lassen sich jedoch auch kürzere Module durchführen, die nur einzelne Teilschritte beleuchten.
In unserem Workshop liegt der Schwerpunkt auf der eigenen Durchführung einer Proteinaufreinigung. Wie man schließlich vom aufgereinigten Protein zu einer dreidimensionalen Darstellung gelangt, erfahren wir bei einem anschließenden Besuch in der Arbeitsgruppe Rekombinante Proteinexpression (Leiter Dr. van den Heuvel).
Zu den Personen
Die Mitarbeiter des Schülerlabors BioS verstehen sich als Team, dessen Stärke in der Zusammenführung von schulischen Unterrichtserfahrungen, wertiger labortechnischer Ausbildung und in der Forschung akquirierter Expertise in molekular- und mikrobiologischen wie auch biochemischen und ökologischen Fachgebieten besteht.
Dr. Iris Eisenbeiser studierte Biologie und kath. Religion an der Universität Kassel und schloss 1979 mit dem 1. Staatsexamen für das Lehramt der Sekundarstufe II ab. Nach Promotion im Fach Pflanzenphysiologie (Entwicklungsbiologie) zum Dr. rer. nat. und Referendariat am Goethe-Gymnasium in Kassel trat sie 1985 an der Neuen Oberschule Braunschweig in den Schuldienst ein. 2001 wurde sie zur Planung und zum Aufbau eines „Zentralen Biotechnologischen Schülerlabors in Braunschweig“ abgeordnet. Seitdem leitet sie das Schülerlabor; 2006 übernahm sie die Geschäftsführung des Vereins BioS.
Dr. Andreas Kresse schloss 1995 das Studium der Biologie an der Georg-August-Universität Göttingen mit dem Diplom ab. Nach der Promotion im Jahr 1999 an der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung mbH, Technische Universität Carolo-Wilhelmina, Braunschweig, arbeitete er bis 2003 als Postdoc in der Abteilung für Zell- und Immunbiologie der GBFmbH und wechselte dann als Mitarbeiter ans Robert-Koch-Institut Wernigerode. 2006 trat er am Otto-Hahn-Gymnasium Gifhorn in den Schuldienst ein (Ausbildung am Studienseminar Wolfsburg von 2007 bis 2008) und begann 2009 als Mitarbeiter im BioS. 2014 übernahm er die Leitung des Schülerlabors und die Geschäftsführung des Vereins BioS.
Thomas Ostrowski erwarb zunächst 1993 einen Abschluss als Staatlich geprüfter Che-misch-Technischer Assistent. Das folgende Studium der Biologie und Chemie schloss er 2008 mit dem 1. Staatsexamen für das Lehramt am Gymnasium ab. Nach dem Referen-dariat am Marion-Dönhoff-Gymnasium Nienburg trat er 2011 am Gymnasium Raabeschule Braunschweig in den Schuldienst ein. Er ist Mitarbeiter am BioS.
Susanne Schertler schloss ihre Ausbildung zur staatlich geprüften Biologisch-technischen Assistentin an den Dr. von Morgenstern Schulen in Braunschweig ab. Von 2006 bis 2007 arbeitete sie im Institut für Mikrobiologie an der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina, Braunschweig, und seit 2007 ist sie Mitarbeiterin im Schülerlabor BioS.
¹ Agnes-Pockels-SchülerInnen-Labor der TU Braunschweig
² Institut für Lebensmittelchemie der TU Braunschweig
³ Realschule Maschstraße, Braunschweig
Von Groß zu Klein: Architektur und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bei Makromolekülen
Makromoleküle, ob Bio- oder synthetische Polymere, sind die Grundlage vieler Alltagsmaterialien: Verpackungen aus Papier, Karton oder Plastik, Textilien, Bauteile, Dämm- und Dichtungsmassen oder Gummi. In der Natur sind sie – häufig in Form von Kompositmaterialien – als Bau- und Funktionsmaterialien oder auch Energieträger präsent. Als Faser-, Film- oder Gelbildner tragen sie wesentlich zur Strukturbildung bei. Diese makroskopischen Eigenschaften sind ohne besondere Hilfsmittel direkt beobachtbar und lassen sich mit Hilfe von einfachen Modellen relativ leicht mit der molekularen Architektur korrelieren, z.B. eine mechanisch stabile Faser wie die Cellulose mit einer linearen Struktur mit guter lateraler Aggregation.
Daher eignen sich Makromoleküle besonders dazu, mit Schülerinnen und Schülern, die noch nicht über vertiefte Kenntnisse von Bindungsbildung und -geometrie verfügen, Zusammenhänge von molekularer Struktur und beobachtbaren Eigenschaften sowie die Arbeit mit Modellen durch einfache Laborexperimente zu erkunden. Das Agnes-Pockels-SchülerInnen-Labor steht allen Klassenstufen und Schultypen offen und ist daher besonders daran interessiert, grundlegende Konzepte der Chemie durch einfache und anschauliche Experimente zu vermitteln, die für Zielgruppen mit sehr unterschiedlichen Vorkenntnissen angepasst werden können.
In unserem Workshop werden Sie nach einer kurzen Einführung Experimente zur Architektur von Makromolekülen, zu Auf- und Abbau, zur Gelbildung, zur Wasserbindung und Salzstabilität durchführen. Dabei werden Alltagsbezüge aufgezeigt und diskutiert. Einfache Modelle werden präsentiert.
Zu den Personen
Ilka Deusing-Gottschalk studierte Lebensmittelchemie an der TU Braunschweig. Nach der Promotion 1996 war sie 11 Jahre bei Nordzucker im Kundenservice und in der Analytik tätig. Seit 2007 arbeitet sie am Agnes-Pockels-SchülerInnen-Labor. Sie leitet dort u.a. die jährliche AG der Viertklässler und hat zuletzt das von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderte Projekt „Chemie und Energie an außerschulischen Lernorten“ bearbeitet. Sie war ebenfalls federführend im vom Fonds der Chemischen Industrie (FCI) unterstützten Projekt „Von Groß zu Klein – Makromoleküle als Brücke zum molekularen Verständnis – ein Projekt für außerschulische Lernorte“.
Petra Mischnick studierte Lebensmittelchemie und Chemie an den Universitäten Braun-schweig und Hamburg und promovierte und habilitierte sich dort in Organischer Chemie. Seit 1998 ist sie Professorin für Lebensmittelchemie an der TU Braunschweig. Dort hat sie 2002 das Agnes-Pockels-SchülerInnen-Labor gegründet, um die Chancengleichheit von Mädchen und Jungen und die chemische Allgemeinbildung zu fördern sowie den schulischen Chemieunterricht zu unterstützen. Von 2008 – 2012 war P.M. Gastpro¬fessorin am Royal Institute of Technology Stockholm am Department of Fiber and Polymer Technology. Ihre Forschungsarbeiten befassen sich mit der Entwicklung von Methoden zur Analytik der strukturellen Vielfalt von Polysaccharidderivaten, v.a. mit Hilfe der Massenspektrometrie.
Petra Schille studierte für das Lehramt an Realschulen die Fächer Chemie und Biologie an der Technischen Universität Braunschweig und schloss 1986 mit dem Zweiten Staats-examen den Vorbereitungsdienst an der Nibelungen-Realschule in Braunschweig ab. An-schließend folgte eine sechsjährige Lehrtätigkeit als Honorarkraft bei der Bildungsvereini-gung ARBEIT und LEBEN in Braunschweig, Bereich Realschulabschlüsse für arbeitslose Jugendliche in den Fächern Physik, Chemie und Mathematik. Seit 1992 unterrichtet sie Chemie, Biologie, Physik und Mathematik an der Realschule Maschstraße in Braunschweig. Seit 2011 ist sie vom niedersächsischen Kultusministerium zu 50% für die didaktische Leitung des Agnes-Pockels-SchülerInnen-Labors freigestellt. Im Agnes-Pockels-SchülerInnen-Labor ist sie für die Organisation des Laborbetriebes zuständig, insbesondere für die Beratung von Lehrkräften und die Terminplanung für Anmeldungen von SchülerInnengruppen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Weiterführung der methodisch- didaktischen Vor- und Nachbereitung der Laborbesuche.
¹ Dozent für Neurophysiologie am XLAB, Göttingen
² Dozentin für Neurobiologie und Biochemie am XLAB, Göttingen
Neurowissenschaften für jedermann
In der Welt der Computeranwendungen ist das Prinzip der „open source“ weit verbreitet und sehr erfolgreich. Vergleichbare Ansätze gibt es auch in den Naturwissenschaften. Wir zeigen anhand von Simulationen und realen Experimenten, wie sich mit geringem finanziellem und methodischem Aufwand neurophysiologische Fragestellungen bearbeiten lassen.
Die Eigenschaften neuronaler Membranen werden mittels eines Simulationsprogramms untersucht. Mithilfe des Programms können neben dem Einfluss äußerer Parameter (z.B. Ionenkonzentrationen, Medikamente / Gifte) auch intrinsische Membraneigenschaften (z.B. Permeabilitäten) sowie simulierte Reize auf das elektrische Verhalten von Nervenzellen im Detail ausgetestet und dargestellt werden.
In einem weiteren Versuch werden mit einfach durchzuführenden extrazellulären Ableitungen verschiedene Aspekte neuronaler Signalverarbeitung untersucht. Im Einzelnen werden wir demonstrieren, wie Sinneszellen auf Reize reagieren, die Leitungsgeschwindigkeit von Nervenzellen bestimmen und elektrische Potenziale von der Unterarmmuskulatur des Menschen ableiten.
Die verwendete Software und die zum Einsatz kommenden Verstärker sind quelloffen und somit schnell verfügbar und an die eigenen Bedürfnisse anpassbar.
Zu den Personen
Michael Ferber wurde in München geboren. Er studierte Biologie an der Universität Konstanz und promovierte auch dort. Nach wissenschaftlicher Tätigkeit an der Universität Göttingen, der Universität Frankfurt sowie im Max-Planck Institut für Experimentelle Medizin arbeitet er seit 2006 als Dozent für Neurophysiologie am XLAB.
Barbara Ritter wurde in Waltrop geboren. Sie studierte Biochemie an der Ruhr-Universität Bochum und promovierte 2001 an der Universität Göttingen (Neurophysiologie). Seit 2002 ist sie Dozentin im XLAB für Neurobiologie und Biochemie.
Siemens AG, Mobility, Braunschweig
Arduino für Einsteiger
Dieser Workshop soll auch ein Beitrag dazu sein, Programmierung als eigenen Unterrichtsinhalt wieder in die Schule zu bringen und evtl. bestehende Hemmnisse im Umgang mit Elektronik abzubauen oder beides in Projekten wie Jugend forscht zu verwenden. Er wendet sich insbesondere auch an Anfänger ohne Vorkenntnisse. Die Teilnehmer bauen im Workshop eine konkrete Schaltung auf und lernen einfache Programmiertechniken kennen, so dass am Ende ein komplettes kleines Projekt realisiert wurde. Alle Teilnehmer sollten ein eigenes Notebook mitbringen.
Zu den Personen
Jens Braband studierte an der TU Braunschweig Mathematik und promovierte in Stochastik. Seit 1993 arbeitet er bei der Siemens AG als Sicherheitsexperte in der Eisenbahnautomatisierung, seit 2004 ist er Honorarprofessor an der TU Braunschweig.
Dirk Peter studierte an den Technischen Hochschulen Wismar und Ilmenau Elektrotechnik und promovierte an der Universität Rostock. Seit 1992 arbeitet er bei der Siemens AG, davon 20 Jahre in der Entwicklung von Eisenbahnautomatisierungstechnik und seit drei Jahren als Ausbildungsleiter.
Beide engagieren sich aktiv in der Förderung des MINT-Nachwuchses, wie z. B. Auszubildende, Doktoranden, Schüler, Jugend-forscht-Teilnehmer, Studenten oder Deutschland-Stipendiaten.
Die Materialien des Workshops werden freundlicherweise zur Verfügung gestellt von der Firma Watterott electronic und dem dpunkt.verlag.
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig
Ohne Ur-Kilogramm geht’s auch – Paradigmenwechsel im Einheitensystem
Noch sagt ein kleiner Metallzylinder in einem Tresor in der Nähe von Paris, was ein Kilogramm ist, und zwei unendlich lange, unendlich dünne Leiter werden in Gedanken gespannt, um dem elektrischen Strom seine Einheit zu geben. Derartiges gehört jedoch in absehbarer Zeit der Vergangenheit an, denn das Internationale Einheitensystem steht vor einem radikalen Umbau. In Zukunft soll eine kleine Menge ausgewählter Naturkonstanten (Lichtgeschwindigkeit, Elementarladung, Planck’sches Wirkungsquantum, …) das Fundament allen Messens bilden. Der Workshop thematisiert den Umbau dieses Einhei-tensystems und möchte die Diskussion darüber anstoßen, wie dieser Paradigmenwechsel in der Schule vermittelbar ist.
Zu den Personen
Jens Simon (Jahrgang 1962) gehört zur Spezies der „echten Braunschweiger“. Nach dem Studium der Theoretischen Physik und der Germanistik ging er als Physiker nach Jülich und Hamburg, arbeitete danach mehrere Jahre als schreibender Wissenschaftsjournalist in Aachen, um doch schließlich der Attraktion Braunschweigs zu erliegen: In der PTB leitet er die Presse- und Öffentlichkeitsarbeit – das kleine gallische Dorf innerhalb der PTB (12 Einwohner plus einige Gäste). Dass alle Einheiten in Zukunft auch auf Alpha Centauri verstanden werden sollen, empfindet er zwar als schön. Aber wie die Einheiten auch in den irdischen Klassenzimmern verstanden werden können, ist leider noch ungeklärt.
Thomas Middelmann studierte Physik an der Technischen Universität Berlin und der Rijksuniversiteit Groningen (Niederlande). Er schloss sein Studium mit einer Diplomarbeit im Bereich Molekülphysik am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (Berlin) ab. 2008 kam er als Doktorand an die PTB, um Uhren, die mit optischer Frequenz ticken, zu erforschen (Promotion 2013 an der Leibnitz Universität Hannover). Dann arbeitete er im Bereich Interferometrie und Längenmessung und untersuchte die thermische Ausdehnung ultrastabiler Materialien. Im Rahmen eines Trainee-Programms für junge Wissenschaftler unterstützt er derzeit die Presse- und Öffentlichkeitsarbeit bei der Vermittlung des neuen Einheitensystems.
Leiter des DLR_School_Lab Braunschweig, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Vom Piezoeffekt zur Kometenmission ROSETTA
Der Workshop greift drei spannende Themen im Bereich Physik auf: Ultraschallprüftech-nik, Piezoeffekt und die Kometenmission ROSETTA. Hierbei erhalten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer die Möglichkeit die gleichnamigen Experimente des DLR_School_Lab Braunschweig kennenzulernen und selbst auszuprobieren.
Experiment „Piezobalken“
„Hertz-Leiden“? Nicht bei uns! Wie sich Schwingungen äußern, ist den meisten bekannt. Das Wackeln im Auto bei 160 Stundenkilometern auf der Autobahn, der Ton einer klingenden Gitarrensaite, das Beben einer schleudernden Waschmaschine … aber was genau ist eine Schwingung und warum schwingt etwas? Was ist eine Eigenfrequenz? An unserem Versuchsstand sind wir in der Lage auf all diese Fragen und mehr einzugehen und unter Umständen das schulische „Hertz-Leiden“ in eine harmonische Schwingung umzuwandeln. Die Piezokeramiken erweisen uns an diesem Experiment einen großen Dienst und bringen bei dem Einen oder Anderen eine vielleicht unerwartete „musikalische“ Eigenschaft zum Vorschein. Man kann überrascht sein, wo Piezokeramiken und deren einzigartiger physikalischer Effekt heute schon alltägliche Verwendung finden.
Experiment „Ultraschallprüftechnik“
Bei der Ultraschallprüftechnik gibt es verschiedene Verfahren. Ein Verfahren, welches auch hier angewendet wird, ist die sogenannte Durchschallung. Dabei werden Ultraschallwellen durch ein Bauteil gesendet, ähnlich wie durch ein Organ bei einer ärztlichen Untersuchung. Als Ultraschallwellen werden elastische Wellen im Frequenzbereich oberhalb des menschlichen Hörbereichs – also mehr als 20 kHz – bezeichnet. In der Werkstoffprüfung werden bis zu 100 MHz eingesetzt. Als Schallquelle wird dabei ein Ultraschallsender eingesetzt, der die Frequenz 200 kHz besitzt. Wie die Fledermaus sendet die Schallquelle beim hier verwendeten Impuls-Verfahren nicht kontinuierlich, sondern gibt sehr kurze Schallimpulse ab. Anhand des reflektierten Signals des Bauteils kann man „ablesen“, ob ein Bauteil technisch einwandfrei ist oder Fehlerstellen aufweist. Die Ultraschallprüfung erweist sich als besonders hilfreich bei Werkstoffen, die aus verschiedenen Schichten bestehen und man somit nicht mit dem Auge in das Innere hineinschauen kann.
Experiment „Kometenmission ROSETTA“
Der Versuch „Rosetta“ nimmt die Teilnehmerinnen und Teilnehmer mit auf eine Reise durch unser Sonnensystem und lässt sie die aufregende Kometenmission zum Kometen Churyumov-Gerasimenko topaktuell miterleben. Bei dieser Reise treffen wir auf Energieproblematiken und Abstandsgesetze, verschiedenes Absorptionsverhalten von Oberflächen am Beispiel von Satelliten und Raumsonden, die gewaltigen Dimensionen unseres Sonnensystems, Signallaufzeiten und einige beeindruckende 3D-Impressionen vom Kometen Churyumov-Gerasimenko.
Zur Person
Nach erfolgreich abgeschlossenem Hochschulstudium im Studiengang Wirtschaftsingeni-eurwesen Maschinenbau (Diplom) mit Vertiefungsrichtungen Luft- und Raumfahrttechnik, Produktion und Logistik sowie Marketing an der TU Braunschweig begann Herr Fischer 2012 als wissenschaftlicher Mitarbeiter beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Standort Braunschweig, im Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Abteilung Funktionsleichtbau. Im Mai 2013 übernahm er die Leitung des DLR_School_Lab Braunschweig.
