¹ Betriebsingenieur des TUMlab (Experimentierlabor der TU München im Deutschen Museum)
² Diplom-Physikerin, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Deutschen Museum
³ Diplom-Biologin, Projektleiterin des TUMlab

PhIT mit dem Arduino – ein Remote-Learning Mess-Experiment im Querschnitt von Physik, Informatik und Technik
Das Schöne am Arduino ist: Um damit tolle Projekte zu machen, muss ich kein Experte sein. Mikrocontroller wie der Arduino sind kleine, programmierbare Einheiten, deren Anwendungsfelder von technischen Spielereien – wie z.B. einem Teebeutelautomaten – bis hin zum Einsatz für die Satellitenentwicklung reichen. Die Programmierung ist einfach zu erlernen, der Controller ist klein und relativ kostengünstig. Auf diese Weise bietet der Arduino auch Neulingen vielfältige Möglichkeiten, kreativ zu werden und eigene Ideen umzusetzen.

So hat der Arduino auch an vielen Schulen Eingang gefunden. Aber was, wenn die Schülerinnen und Schüler, wie in der jetzigen Zeit, gar nicht in die Schule kommen können? Was den Arduino betrifft, eröffnet es auch Chancen, wenn die Jugendlichen mit einem eigenen Materialkit zuhause tüfteln – sie können ihre Zeit frei einteilen und sich mehr vertiefen als in eng begrenzten Unterrichtseinheiten. Und sie können sich selbst etwas ausdenken und ausprobieren – und bekommen ein direktes Feedback, ob es funktioniert.

Fragen stellen zu können, Unterstützung bei einem Problem zu erhalten, jemanden für die Fehlersuche im textbasierten Programmiercode der Arduino-IDE dabei zu haben, ist jedoch gerade beim ersten Einstieg in den Arduino ein wichtiger Part. In einer ersten Einführung per Live-Stream können die Jugendlichen – bzw. in unserem Workshop: Sie als Lehrkräfte – daher gleich mit programmieren und mit experimentieren. Basis ist ein einfacher Experimentier-Aufbau aus alltäglichen Materialien, der sich leicht zuhause nachbauen lässt. An den Arduino übergeben wir die Aufgabe, für das Experiment regelmäßig wiederkehrend Messwerte zu erfassen, aus den Rohdaten eine abgeleitete Größe zu berechnen und die Werte auszugeben. An den Messungen sind alle Workshopteilnehmerinnen und -teilnehmer beteiligt. So entsteht ein Gemeinschaftsexperiment und eine Sammlung von Messdaten, die wir zusammen auswerten können. Wir zeigen Ihnen, wie Sie Ihr Handy hierbei als Messwert-Monitor und zur Fernsteuerung der Messung einsetzen. Im Anschluss können Sie selbst mit dem Arduino weiterarbeiten und zuhause Neues – eigene Messungen, eigene Aufbauten – ausprobieren. Mit welchen – einfachen – Aufbauten für eine Smartphone-Kamera es gelingt, die kleinteiligen Arduino-Elemente in der Online-Einführung sichtbar werden zu lassen, erfahren Sie im Workshop.

Zu den Personen
Mike Kramler ist Betriebsingenieur des TUMlab, des Experimentierlabors der Technischen Universität München im Deutschen Museum. Er hat das TUMlab seit 2005 mit aufgebaut und ist hier u.a. für die Konzeption von Kursen und Kursmaterialien für Schulklassen im Bereich verschiedener MINT-Disziplinen zuständig. Er wirkt bei Lehrveranstaltungen und Fortbildungen mit, arbeitet Studierende als Kursleiterinnen und Kursleiter ein und unterstützt die im Museum entstehenden Angebote für Schülerinnen und Schüler. Er unterrichtete an einer Münchner Berufsschule und konzipierte und leitete an der Fachhochschule München Motivationskurse für Kinder. Mike Kramler schloss eine Ausbildung zum Kommunikationselektroniker ab, absolvierte an der FH in München das Studium der Elektrotechnik und arbeitete mehrere Jahre in einem Ingenieursbüro. Ehrenamtlich leitet er Workshops für Kinder und startet Projekte an Schulen.

Marion Pellowski ist als Diplom-Physikerin seit 2016 wissenschaftliche Mitarbeiterin im Deutschen Museum und hier vor allem im Bildungsbereich tätig. Seit 2019 ist sie für die Didaktik-Werkstatt TUMlab-Forum aktiv. Sie entwickelt und konzipiert Kurse, u.a. für den Arduino, und leitet und begleitet Kurse für Schülerinnen und Schüler im Experimentierlabor TUMlab. In einem anderen Labor des Deutschen Museums, der Experimentier-Werkstatt, arbeitete sie mit vielfältigen Programmen zum Tüfteln und Tinkern mit Museumsbesucherinnen und -besuchern. Sie hat als wissenschaftliche Mitarbeiterin und in langjähriger Tätigkeit als freiberufliche Referentin zahlreiche Workshops für Schulklassen ausgearbeitet und geleitet sowie Fortbildungen für Lehrkräfte organisiert, gestaltet und durchgeführt. Zwischen 1992 und 2003 hat sie zu verschiedenen Zeiten als Lehrkraft an einem Münchner Privatlehrinstitut gearbeitet. An Schulen, Lehrerfortbildungszentren und weiteren Institutionen hat sie zwischen 2000 und 2018 ein-und mehrtägige Technik-Projekte in die Praxis umgesetzt.

Dr. Miriam Voß ist seit 2008 Projektleiterin des TUMlab. Sie hat das TUMlab als Lehr-Lern-Labor, das Lehramtsstudierenden Praxiserfahrungen für ihren zukünftigen Unterricht ermöglicht, konzipiert und aufgebaut. Sie ist zuständig für die kontinuierliche anwendungsbezogene Begleitforschung und die darauf basierende Weiterentwicklung des Labors und der Kurse. Sie steuert die MINT-Bildungsaktivitäten des Labors und die Kooperation mit anderen MINT-Initiativen. Frau Voß ist Diplom-Biologin und leitet Kurse mit entsprechendem naturwissenschaftlichem Schwerpunkt. Sie ist als Wissenschaftsredakteurin ausgebildet und hat in ihrer Doktorarbeit am Institut für Wissenschafts- und Technikforschung (IWT, Universität Bielefeld) sowie in einem nachfolgenden Forschungsprojekt „Vergleichende Analyse Wissenschaftskommunikation“ für das BMBF den Fokus auf Medien- und Wissenschaftskommunikation gelegt. Im Deutschen Museum hat sie im Rahmen der Exzellenzinitiative Public-Outreach-Veranstaltungen der Technischen Universität München organisiert.

Für den Online-Workshop werden zudem Tutoren des TUMlab mit verschiedenen Fachrichtungen als Co-Leiterinnen und -Leitern aktiv werden.

ESB Business School Reutlingen University

Interaktive Rollenspiele: Den Klimawandel in die Klasse holen
Die Stimmung ist aufgeheizt. Fünfzig Schülerinnen und Schüler diskutieren lautstark, gestikulieren wild und verhandeln konzentriert, während sie versuchen, den Temperaturanstieg bis 2100 auf unter 2 °C zu beschränken – und dabei gleichzeitig die Interessen ihrer Länder oder Lobbygruppen zu berücksichtigen.

Hier wird die World Climate Simulation oder die Climate Action Simulation gespielt, simulationsbasierte Rollenspiele der UN-Klimaverhandlungen auf Basis des von der amerikanischen Denkfabrik Climate Interactive und der MIT Sloan Sustainability Initiative entwickelten Klimasimulators C-ROADS und Klima-Energiesimulators En-ROADS. Die Vorschläge zur Temperaturbegrenzung werden in die Simulationsmodelle eingegeben, weshalb Teilnehmende sofort die Auswirkungen ihrer Entscheidungen auf das Klima sehen können. Beide Simulationsmodelle basieren auf den besten wissenschaftlichen Kenntnissen und werden von politischen und unternehmerischen Entscheidungsträgern weltweit genutzt – ein Aspekt, der für Schülerinnen und Schüler besonders interessant ist.

In einer weltweit durchgeführten Studie mit 2.000 Teilnehmern konnte gezeigt werden, dass bei 81 % der Teilnehmenden an den Simulationen die Motivation zur Bekämpfung der globalen Erwärmung steigt. Der Ansatz basiert auf der durch Studien untermauerten Erkenntnis, dass das reine Zeigen von Forschungsergebnissen keine ausreichende Wirkung hat. Die World Climate und die Climate Action Simulationen wirken hingegen, weil es den Menschen ermöglicht, ihre eigenen Ansichten zu äußern, ihre eigenen Vorschläge zu ergründen und so für sich selbst zu lernen.

In dem interaktiven Workshop werden die beiden Klimasimulationsmodelle vorgestellt und skizziert, welche Möglichkeiten zur Anwendung im Klassenraum zur Verfügung stehen: simulationsbasierte Rollenspiele World Climate und Climate Action Simulation, En-ROADS Workshop, Aufgabenbearbeitung.

Seit dem Jahr 2015 haben mehr als 93.000 Menschen in 94 Ländern an mehr als 2.400 Simulationen mit World Climate und En-ROADS teilgenommen. Das Kultusministerium Baden-Württemberg unterstützt die Nutzung von World Climate in Schulen.

Climate Interactive

• Climate Interactive: www.climateinteractive.org

Simulationsmodelle

• C-ROADS: https://www.climateinteractive.org/tools/c-roads/
• En-ROADS: https://www.climateinteractive.org/tools/en-roads/

Interventionen

• World Climate Simulation: www.worldclimatesim.de
• World Climate auf der BNE-Seite des Kultusministeriums Baden-Württemberg: https://www.bne-bw.de/schule/projekte/world-climate.html

• Climate Action Simulation: https://www.climateinteractive.org/tools/climate-action-simulation/
• En-ROADS Climate Workshop: https://www.climateinteractive.org/tools/en-roads/the-en-roads-climate-workshop/
• En-ROADS Guided Assignment: https://www.climateinteractive.org/tools/guided-assignment/

Zur Person
Prof. Dr. Florian Kapmeier ist Professor für Strategie an der ESB Business School der Hochschule Reutlingen. Sein akademisches Profil hat er durch mehrere Forschungsauf-enthalte (u.a. an der MIT Sloan School of Management) gestärkt. Für seine Forschungstätigkeit verknüpft er die Methode System Dynamics mit empirischer Forschung zur Theorieentwicklung und -prüfung. Inhaltich fokussiert er auf Aspekte des Verständnisses von Komplexität im Bereich Nachhaltigkeit, u.a. dem Verständnis des Klimawandels. Er war Präsident der Deutschen Gesellschaft für System Dynamics und ist Mitglied des Dana Meadows Award Committee der System Dynamics Society.

Florian Kapmeier ist Partner des amerikanischen NGO Climate Interactive in Deutschland und sensibilisiert Gesellschaft, Organisationen, Studierende und Schülerinnen und Schüler über die Folgen des Klimawandels. Er ist World Climate- und En-ROADS-Botschafter und leitet World Climate Simulationen, Climate Action Simulationen und En-ROADS Workshops mit Schülern, Politikern und Unternehmensvorständen, Diplomaten und Verhandlungsführern bei den UN Klimaverhandlungen in Gruppen mit zwischen 12 und 70+ Teilnehmenden. Er gehört weltweit zu den top 5 World Climate und En-ROADS Moderatoren. Besonders am Herzen liegt ihm die Verbreitung der Simulationen in Schulen, um die zukünftige Generation für das Thema zu sensibilisieren. Hierfür arbeitet er u.a. mit den Ministerien für Kultus und für Umwelt von Baden-Württemberg und dem Klett Verlag zusammen.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Bildung, Deutsches Museum, München

Bühnenreife Experimente: Science Shows im naturwissenschaftlichen Unterricht und an außerschulischen Lernorten
Physik und Technik sind unterhaltsam und interessant! – Diese Einstellung ist bei Lernenden im klassischen Unterricht oft schwierig zu vermitteln. Richtig eingesetzt, kann das Show-Format als idealer Eisbrecher wirken und das Interesse durch unterhaltsame Experimente wecken und fördern. Welche Ansätze gibt es dafür? Was muss man dabei beachten? Und wie lässt sich das im schulischen Rahmen umsetzen?

Interaktive Elemente spielen eine zentrale Rolle für eine erfolgreiche Show, da sie die Zuschauer aktivieren und partizipieren lassen. Die Wahl der Experimente und Materialien sind dabei genauso ausschlaggebend wie die Art der Präsentation. In diesem Workshop erfahren Sie mehr über das Konzept „Science Shows“ im Deutschen Museum und sehen an praktischen Beispielen, wie es im Unterricht umgesetzt werden kann.

Zur Person
Kim Ludwig-Petsch studierte Physik und Chemie auf Lehramt in Dortmund. Im Anschluss arbeitete er in der Schweiz zunächst als Gymnasiallehrer und später als Leiter Didaktik im Swiss Science Center Technorama. Seit 2015 ist er im Deutschen Museum als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Bildung tätig und entwickelt dort u.a. neue interaktive Vermittlungsformate Außerdem ist er für die Weiterbildung der Museums-Kommunikatoren verantwortlich. Im Rahmen seiner Promotion an der TU Kaiserslautern beschäftigt er sich aktuell außerdem mit dem Einsatz von Smartphones als mobile Labore im Museum.

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
Dieser Workshop stellt ein mit dem Handy bedienbares Photometer vor, das konzeptionell so gestaltet worden ist, dass es auch mit Schülerinnen und Schülern nachbaubar ist (siehe dazu auch hier und hier).
Nach einer Einführung in die Grundkonzepte der photometrischen Konzentrationsbestimmung von Flüssigkeiten wird von den Teilnehmenden aus einem vorgefertigten Elektronikbausatz ein solches Photometer hergestellt. Anschließend wird mit Lebensmittelfarbstoffen experimentiert. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer brauchen ein WiFi-fähiges Endgerät mit Webbrowser (Smartphone, Tablet-Computer etc.) und ein USB-Ladegerät mit Micro-USB Anschluss sowie für die Durchführung der Experimente Wasser (am besten demineralisiert), Saugpapier und einen feuchtigkeitsunempfindlichen Tischbelag.
Mögliche Anwendung können im Anschluss (z.B. Ammoniummessung in Regenwasser; NOx-Messung Luft) diskutiert werden.

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.

DLR_School_Lab, Oberpfaffenhofen

DLR@Home_School_Lab: Mit Raketen in die Schwerelosigkeit
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist das Forschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Energie, Verkehr, Sicherheit und Digitalisierung sind in nationale und internationale Kooperationen eingebunden. Als der mitarbeiterstärkste Standort des DLR zählt das Gelände in Oberpfaffenhofen bei München zu den größten Forschungszentren in Deutschland. Seine Schwerpunkte sind unter anderem die Beteiligung an Weltraummissionen, die Klimaforschung, die Erdbeobachtung, der Ausbau von Navigationssystemen und die Weiterentwicklung der Robotertechnik.

Im DLR_School_Lab Oberpfaffenhofen werden Schülerinnen und Schüler altersgerecht an ausgewählte Themen aus den Forschungsbereichen des DLR-Standortes herangeführt – bisher ganz real vor Ort und seit neuestem auch online. Unser Workshop nimmt Sie mit auf eine virtuelle Reise ins All zur internationalen Raumstation ISS. Dabei erleben sie aus der Schülerperspektive das neue online-Angebot des Schülerlabors und erhalten Einblicke in spannende Raketenexperimente und eine live-Führung ins Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum.

Zur Person
Tobias Schüttler studierte Physik und Mathematik Lehramt an Gymnasien an der LMU München, wo er 2007 die erste Staatsprüfung absolvierte. Nach dem Referendariat arbeitete er bis 2015 als Studienrat an einem Gymnasium im Landkreis München. Seit 2015 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an den Lehrstuhl für Didaktik der Physik der LMU abgeordnet. Bereits seit 2003 engagierte er sich im DLR_School_Lab Oberpfaffenhofen und war erst als studentische Hilfskraft und später in Teilabordnung am Aufbau und der Entwicklung des Schülerlabors beteiligt, welches er seit 2019 leitet. Seine Forschungsinteressen sind das Lernen von Naturwissenschaften in Schülerlaboren und im Raumfahrtkontext, Satellitennavigation und Begabtenförderung.