Didaktik der Chemie, Bergische Universität, Wuppertal
NEIK (Nachhaltige Experimente, Innovative Konzepte): Lichtlabor Pflanze
Photoprozesse, d. h. Vorgänge mit Beteiligung von Licht, haben bei vielen Vorgängen in Natur, Technik und Alltag Schlüsselfunktionen. Die Beispiele reichen von der Farbigkeit der Alltagsgegenstände bis zur Photosynthese in grünen Pflanzen, von den Vorgängen in der Atmosphäre und in unserem Auge bis zum Flachbildschirm des Fernsehers und der Solarzelle auf dem Dach. Die Energiewende, der Klimawandel und die Nachhaltigkeit sind globale Probleme des 21. Jahrhunderts, die nur gelöst werden können, wenn auch unsere Schuljugend für die Möglichkeiten sensibilisiert wird, die in der Nutzung des Solarlichts liegen. Photoprozesse sind interdisziplinär und können an verschiedenen Stellen des Chemieunterrichts und anderer MINT-Fächer eingesetzt werden. Sie bieten eine Fülle von motivierenden Kontexten, an denen die Basiskonzepte, Kompetenzen und lehrplankonforme Inhalte der Chemie und benachbarter Fächer, insbesondere Physik, Biologie, Informatik und Geographie, vermittelt und gefördert werden können.
Im Workshop stehen Modellexperimente zum „Lichtlabor Pflanze“ im Vordergrund. Dabei geht es um das Zusammenwirken von Chlorophyllen und Carotinoiden bei der Photosynthese sowie um die stofflichen und energetischen Grundlagen beim natürlichen Kreislauf Photosynthese und Atmung. Die didaktische Verwertung und curriculare Einbindung der Experimente in der Sekundarstufen I und II wird mithilfe von Unterrichtskonzeptionen, Arbeitsblättern, Modellanimationen und Lehrfilmen unterstützt.
Zur Person
Michael W. Tausch, langjähriger Chemielehrer (1976 bis 1995) an der Kooperativen Gesamtschule Kirchweyhe und Professor für Chemie und ihre Didaktik an den Universitäten Duisburg (1995 bis 2005) und Wuppertal (seit 2005), entwickelt Lehr- und Lernmaterialien als Print- und Elektronikmedien sowie als Interaktionsboxen mit experimentellem Equipment. Sein Forschungsinteresse gilt insbesondere der curricularen Innovation des Chemieunterrichts und des Chemie-Lehramtsstudiums. Einen Schwerpunkt bilden dabei die Prozesse mit Licht. Auf diesem Gebiet leistet er Pionierarbeit für den Chemieunterricht und die benachbarten MINT-Fächer. Tausch erhielt im Jahr 2015 als erster Chemiedidaktiker den neu eingerichteten Heinz-Schmidkunz-Preis der Gesellschaft Deutscher Chemiker.
Leiter des Physikalischen Grundpraktiukums, Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf
Elektrische Potentiale anhand eines EKG-Modells
Die elektrischen Potentiale auf der Körperoberfläche eines Menschen, verursacht durch die Erregungsausbreitung am Herzen, sind die Grundlage des Elektrokardiograms (EKG). In diesem Workshop wird ein vereinfachtes experimentelles EKG-Modell aus dem Düsseldorfer Physik Grundpraktikum vorgestellt. Anhand dieses Experiments erarbeiten sich Nebenfachstudenten (Medizin und Pharmazie) in ihrem Physikpraktikum zunächst die abstrakten Begriffe des Potentials und der Potentialdifferenz. Anschließend werden auf einem zweidimensionalen Modell des menschlichen Rumpfs Potentialverteilungen ähnlich zu denen auf der Körperoberfläche erzeugt. Mit Hilfe von Messungen der Potentialdifferenzen zwischen fest vorgegebenen Punkten (entsprechend am Menschen z.B. Arme und ein Fuß) lässt sich nun die Richtung der Erregungsfortleitung bestimmen. Aus den gewonnen Einblicken lässt sich die Entstehung von EKG-Signalen prinzipiell erklären.
Zur Person
Dr. Götz Lehmann ist Leiter des Physikalischen Grundpraktikums an der Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf. Er promovierte 2009 mit einem Thema aus der theoretischen Plasmaphysik in Düsseldorf und habilitiert sich zurzeit. Neben ultrastarken Lasern und Supercomputern hat er großes Interesse an Lehre.
¹ Leiterin des Schülerlabors RoboScope, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule, Aachen
² Co-Moderator im Schülerlabor RoboScope, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule, Aachen
Robotik begeistert!
In diesem Workshop konstruieren und programmieren die Teilnehmerinnen und Teilnehmer ihre eigenen Roboter in Zweier-Teams. Mit Hilfe von Lego Mindstorms bauen sie ihre eigenen fahrfähigen Roboter. Zum Programmieren der Roboter kommt die grafisch basierte Programmiersprache EV3 zum Einsatz, mit deren Hilfe die Roboter computergesteuert und zum Leben erweckt werden können. Letztendlich gilt es, unterschiedliche Aufgaben zu bewältigen und grundlegende Funktionsabläufe der Robotik als Kristallisationspunkt der Informatik, des Maschinenbaus und der Elektrotechnik kennenzulernen.
Zu den Personen
Gergana Deppe, M. Sc., hat Betriebswirtschaftslehre mit Vertiefung Supply Chain Management an der RWTH Aachen University studiert. Seit 2013 arbeitet sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Cybernetics Lab IMA & IfU, und seit 2017 leitet sie RoboScope – das Schülerlabor für Robotik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule, Aachen. Im Rahmen des Projektes ist Gergana Deppe für die konzeptionelle Weiterbildung des Kurs-Angebots, die Planung, Organisation und Durchführung der Kurse sowie Öffentlichkeitsarbeit und Controlling verantwortlich. Darüber hinaus hat sie weiterbildende Seminare und Workshops zu verschiedenen Themen organisiert und durchgeführt.
Nor Nabil studiert Mathematik und Englisch auf Lehramt auf Gymnasien und Gesamtschulen an der RWTH Aachen University. Im Schülerlabor RoboScope unterstützt und betreut er als Co-Moderator mehrere praxisorientierte Experimente und Kurse aus verschiedenen MINT-Bereichen, ist an der Konzeption und an der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Kursinhalte beteiligt und für die Leitung der wöchentlichen Robotik AG verantwortlich.
Microsoft, München
Was ist Künstliche Intelligenz und wo kann ich sie finden?
Mit diesem Vortrag soll ein Basisverständnis von Künstlicher Intelligenz (KI) und dem Internet der Dinge (loT) erreicht werden durch verschiedene Beispiele und Erklärungen der involvierten Technologien. Es wird gezeigt, wo KI bereits im Einsatz zu finden ist und wo sie demnächst auftauchen wird. Zuletzt gibt es einen Blick in die Zukunft, um zu verstehen, an welchen verwandten Technologien gerade geforscht wird und welche Auswirkungen das haben kann.
Zur Person
Philip Derbyshire arbeitet an Lösungen für das Internet der Dinge bei der Firma Microsoft. Er entwickelt Technologien zu Künstlicher Intelligenz (KI), da mit dem Internet der Dinge (IoT) eine riesige Menge und Vielfalt von Daten erzeugt wird; diese kann man nur durch den Einsatz von KI richtig verstehen und bearbeiten. Er ist auch Mitglied des Institute of Engineering and Technology (IET), einem internationalen Institut für die Förderung von Ingenieurwissenschaft und Technologie.
School of Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)
Phänomene aus der Strukturbildung in Flüssigkeiten
Unsere Welt ist geprägt von Strukturen. Von kilometerlangen Flussnetzen über die Verzweigungen eines Baumes bis zur regelmässigen Form einer Schneeflocke: die Natur erzeugt verblüffend schöne Strukturen aus scheinbar unstrukturierten Umgebungen. Wie bilden sich diese komplexen Formen? Was bestimmt ihr Wachstum?
Der Vortrag zeigt die Vorgehensweise bei der Erforschung der wissenschaftlichen Grundlagen für solch spontane Strukturbildung. Der Fokus liegt dabei auf Modellsystemen und Laborexperimenten, um diese fundamentalen Prinzipien zu erforschen. Ein Beispiel eines solchen Systems ist die Saffman-Taylor-Instabilität, bei welcher eine viskose Flüssigkeit von einer weniger viskosen Flüssigkeit verdrängt wird. Dieser einfach scheinende Vorgang resultiert in der Bildung komplexer fingerartiger Strukturen. Wir zeigen, dass kleinste Veränderungen im System zu drei völlig unterschiedlichen Arten von Wachstum führen können: zu hochverzweigtem Fingerwachstum, zu symmetrischem Dendritenwachstum und zu proportionalem Wachstum, das für biologische Systeme charakteristisch ist.
Weiter werden Strukturbildungsphänomene in Flüssigkeiten besprochen, die Überraschungen in alltäglichen Prozessen aufzeigen werden. Nach diesem Vortrag werden Sie den nächsten tropfenden Wasserhahn und den nächsten getrockneten Blutfleck mit anderen Augen sehen.
Zur Person
Irmgard Bischofberger forscht grenzübergreifend im Bereich der Bildung von Strukturen in Flüssigkeiten und weicher Materie. Seit 2016 forscht und lehrt Irmgard Bischofberger als Assistenzprofessorin im Departement Maschinenbau am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Davor arbeitete sie als Postdoktorandin bei Prof. Sidney Nagel im Physikdepartement der University of Chicago. Irmgard Bischofberger promovierte an der Universität Fribourg in der Schweiz bei Prof. Veronique Trappe in Physik. Sie erhielt ein PostDoc-Mobility-Stipendium des Schweizerischen Nationalfonds, ein Kadanoff-Rice-Forschungsstipendium der University of Chicago und den Esther & Harold E. Edgerton Career Development Lehrstuhl des MIT. Außerhalb ihrer akademischen Tätigkeiten engagiert sich Irmgard Bischofberger mit grosser Begeisterung in verschiedenen Outreach-Projekten wie populärwissenschaftlichen Vorträgen. Zudem arbeitet sie mit den Musikern von „Music of Reality“ im Rahmen des Projekts „Wissenschaft und Kunst“ zusammen.
Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf
Was ist synthetische Biologie? Perspektive und Anwendungen eines multidisziplinären Feldes
Die Synthetische Biologie wendet ingenieurwissenschaftliche Grundlagen für den rationellen Zusammenbau von funktionell gut charakterisierten biologischen Modulen zu komplexen biologischen Systemen höherer Ordnung an. Um solche künstlichen biologischen Systeme mit vorhersagbaren Leistungsmerkmalen zu entwickeln, ist das rationelle Design und die Entwicklung neuer biologischer Konstrukte aus natürlich vorhandenen Komponenten ein wesentlicher Bestandteil der Strategie. Auf diese Weise ermöglicht die Synthetische Biologie die De-novo-Entwicklung genetischer Prozesse, synthetischer und metabolischer Stoffwechselwege und die Analyse von Signalprozessen. Die Synthetische Biologie ist bereits in eine Phase der Entwicklung biotechnologischer Anwendungen eingetreten. Die Forschung an Säugetierzellensystemen brachte beispielsweise neue Strategien für die Entdeckung und Verabreichung von Medikamenten, die Charakterisierung von Krankheitssymptomen und die Behandlung von Pathologien hervor. Die Forschung auf dem Gebiet der mikrobiellen Synthetischen Biologie hat zu bedeutenden Fortschritten im Metabolic Engineering geführt. Für biotechnologische Anwendungen in der Bioremediation, der Biokraftstoffproduktion und der industriellen Produktion von Fein- und Massenchemikalien stehen eine Vielzahl von Werkzeugen und Strategien der Synthetischen Biologie zur Verfügung. Der Vortrag konzentriert sich auf eine allgemeine Beschreibung der Synthetischen Biologie, gefolgt von ihren aktuellen und zukünftigen Anwendungen.
Zur Person
Matias D. Zurbriggen studierte Biotechnologie in Rosario, Argentinien, wo er 2009 auch promovierte und anschließend als Postdoktorand arbeitete. Er wurde mit dem Preis der besten Dissertation in Biologie und Biologischer Chemie in Argentinien ausgezeichnet. 2011 war er Fellow der Alexander von Humboldt Stiftung an der Universität Freiburg und wurde dort 2012 Akademischer Rat und Gruppenleiter. Seit 2015 ist Professor am Institut für Synthetische Biologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Seine Forschungsschwerpunkte liegen auf eukaryotischen Signalwegen und Optogenetik.
Institut für anorganische Chemie, Johannes-Gutenberg-Universität Mainz
Molekularer Magnetismus
Die Bezeichnung „Molekularer Magnetismus“ steht für ein interdisziplinäres Forschungsgebiet, bei dem Methoden der molekularen Chemie genutzt werden, um neue Klassen magnetischer Materialien zu entwickeln und zu synthetisieren. Dabei kann es sich um rein organische Materialien handeln, die ungepaarte Elektronen enthalten, oder um Metall-organische Komplexverbindungen, bei denen organische Liganden effektive magnetische Austauschpfade für Übergangsmetallionen bereitstellen. Die moderne Chemie gestattet es, aus völlig identischen molekularen Bausteinen Materialien mit verschiedenen Topologien herzustellen, von nulldimensionalen Objekten über eindimensionale Ketten bis hin zu zwei- und dreidimensionalen Netzwerken. Diese neuen Materialien aus dem Grenzbereich von Festkörperphysik und supramolekularer Chemie haben ein enormes Anwendungspotential. So könnten in Zukunft magnetisch gekoppelte Netzwerke molekularer Magnete auf Substraten in der Quanteninformationsverarbeitung eine wesentliche Rolle spielen.
Zur Person
Eva Rentschler studierte Chemie an der Philipps-Universität Marburg. Nach ihrem Diplom in der Kristallographie bei Werner Massa, promovierte sie bei Kurt Dehnicke zu Modellkomplexen der Nitrogenase. Sie forschte von 1993 bis 1997 an der Università di Firenze mit Dante Gatteschi, einem der Pioniere des molekularen Magnetismus. Ihre Habilitationsarbeit begann sie 1997 am Max-Planck-Institut in Mülheim und schloss diese Anfang 2003 an der Universität Düsseldorf ab. Bereits wenige Wochen später folgte sie dem Ruf auf eine Professur an die Universität Mainz. 2006 war sie Gründungsmitglied der Graduiertenschule MATCOR und ist seit Beginn Vorstandsmitglied der Exzellenz-Graduiertenschule „Materials Science in Mainz“, MAINZ. Seit 2016 ist sie darüber hinaus Vorstandsmitglied des SFB/TRR173 Spin+X und Sprecherin der zugehörigen Graduiertenschule. Darüber hinaus engagierte sie sich von 2012 bis 2015 als Gleichstellungsbeauftragte der JGU Mainz, wurde 2016 zum Mitglied der Gutenberg Akademie gewählt und ist seit 2017 Sprecherin einer internationalen wissenschaftlichen Kooperation, finanziert durch die Volkswagen Stiftung. Eva Rentschler war mehrfach Gastgeberin für Postdoktoranden des DAAD und der Humboldt-Stiftung.
Die Schwerpunkte der derzeitigen Forschung ihrer Arbeitsgruppe reichen von molekular magnetischen Materialien bis zu bioanorganisch relevanten Verbindungen. Auf der Suche nach neuen funktionellen Molekülen und supramolekularen Architekturen im nanoskaligen Bereich arbeitet ihre Gruppe interdisziplinär mit Experimental-Physikern und Theoretikern weltweit zusammen. Strukturbildungen, die über molekulare Prozesse erfolgen und somit Nanostrukturierungen im „bottom-up“- Modus erlauben, eröffnen ein großartiges Feld der Entwicklung neuer Materialien.
Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg
Das Ende der Eis-Zeit?
Keine andere Region der Erde ist so sehr schon heute vom Klimawandel betroffen wie die Polargebiete. In diesem Vortrag werden die beobachteten Veränderungen diskutiert. Auch wird erläutert, wie sehr die zukünftige Entwicklung der polaren Eiskappen von der zukünftigen Entwicklung des menschlichen CO2-Ausstoßes abhängt. Aufgelockert wird der Vortrag durch Berichte von eigenen Expeditionen in die hohen Breiten.
Zur Person
Dirk Notz studierte 1996 bis 2001 Meteorologie und physikalische Ozeanographie in Hamburg, Seattle und auf Spitzbergen. Die Promotion erfolgte anschließend von 2002 bis 2005 an der Cambridge University, Institute for Theoretical Geophysics, in Cambridge (UK) in angewandter Mathematik.
Seit 2008 ist Dirk Notz Leiter der Forschungsgruppe „Meereis im Erdsystem“ am Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg. Daneben besetzt er seit 2014 eine Gastprofessur an der Universität Spitzbergen für physikalische Ozeanographie.
2007 erhielt der Wissenschaftler den Klaus-Tschira-Preis für verständliche Wissenschaft in der Rubrik „Physik“.
Dirk Notz veröffentlichte 2016 eine Studie in der Zeitschrift „Science“, die erstmals einen Zusammenhang zwischen CO2-Ausstoß und arktischer Eisschmelze nachweist.
Der Wissenschaftler führt regelmäßig Expeditionen in die Arktis durch und untersucht die dortigen Auswirkungen des Klimawandels. Mit dem Expeditionsleiter und Filmemacher Arved Fuchs organisiert er internationale Jugendcamps zur aktuellen Klimaproblematik, in denen die Teilnehmenden den Klimawandel vor Ort erleben können.
Astronaut, selbständiger Berater, Dozent an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule, Aachen
Raumfahrt: Gestern – Heute – Morgen
Vor mehr als einem halben Jahrhundert flog der erste Mensch in den Weltraum: am 12. April 1961 umrundete Juri Gagarin einmal die Erde. Heute leben sechs Menschen aus unterschiedlichen Regionen der Welt an Bord der Internationalen Raumstation und arbeiten und forschen gemeinsam in der Schwerelosigkeit. Das Morgen wird insbesondere von privaten Unternehmen wie zum Beispiel Space X von Elon Musk vorbereitet.
Der Vortrag zeigt am konkreten Beispiel der Shuttle Radar Topographie Mission (SRTM), welche Fortschritte in der Raumfahrt in den vergangenen fünfeinhalb Jahrzehnten erreicht worden sind und wie der Blick auf die Erde unser Bild von der Erde verändert. Raumfahrt ist nicht der wichtigste, jedoch ein wesentlicher Schritt auf dem Weg in unsere Zukunft. Wie faszinierend diese Zukunft sein kann zeigt die Begeisterung, die gerade die Erfolge privater Raumfahrtunternehmen auslösen; so zuletzt erlebt bei dem Start der Falcon Heavy von Space X im Februar diesen Jahres. Und so rücken nach mehr als vier Jahrzehnten in der Erdumlaufbahn Mond und Mars zunehmend in den Mittelpunkt der astronautischen Raumfahrt.
Zur Person
Gerhard Thiele studierte Physik in München und Heidelberg, wo er 1985 promovierte. Nach einem Forschungsaufenthalt an der Universität Princeton wurde er 1987 in das deutsche Astronautencorps am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt berufen. 1996 begann er bei der NASA die Ausbildung zum Missionsspezialisten und wurde 1998 in das europäische Astronautencorps übernommen. Er nahm im Jahr 2000 an der Shuttle Radar Topographie Mission teil und wurde 2003 in Baikonur zum Soyuz-Bordingenieur ausgebildet. Seit 2005 leitet Thiele die Astronautenabteilung der ESA und wurde 2009 Verantwortlicher für die Durchführung der letzten ESA-Astronautenauswahl. 2013 übernahm er das Büro für Strategische Planung und Outreach im Direktorat für Bemannte Raumfahrt und Betrieb bei der ESA. Seit 2016 hat Thiele einen Lehrauftrag an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule in Aachen.
Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)
Die Suche nach der dunklen Seite des Universums
Unser Verständnis der Welt in ihrem Kern beruht auf elementaren Teilchen und deren Wechselwirkungen. Über die letzten rund hundert Jahre ist es Physikern geglückt eine kohärente Beschreibung aller Messungen dieser Teilchen und Wechselwirkungen zu erstellen: das Standardmodell. Am 04.07.2012 haben zwei CERN-Experimente, CMS und ATLAS, die Entdeckung des letzten fehlenden Bausteins dieses Modells verkündet: das Higgs-Boson. Auf den ersten Blick könnte man meinen, dass wir jetzt fertig sind und uns anderen Dingen zuwenden sollten. Nach einer weiteren Untersuchung stellt sich jedoch heraus, dass wir alles andere als fertig sind. Das Standardmodell kann einige Schlüsselfragen der Physik nicht erklären.
Eine dieser Fragen bezieht sich auf den Inhalt unseres Universums. Die Zusammensetzung des Universums kann man inzwischen auf verschiedene Arten bestimmen und man erhält konsistente Ergebnisse, nur leider verstehen wir sie nicht! Nur ungefähr vier Prozent des Universums besteht aus sichtbarer Materie, die wir mit dem Standardmodell beschreiben können, während der größte Teil der Materie, 24 Prozent des Universums, aus unsichtbarer oder auch dunkler Materie besteht. In diesem Vortrag wird die Suche nach der dunklen Materie am Large Hadron Collider (LHC) in Genf zusammengefasst.
Zur Person
Christoph Maria Ernst Paus studierte Physik, Mathematik und Maschinenbau an der RWTH Aachen. Nach dem Diplom in Maschinenbau promovierte er 1996 in Physik und wurde 1997 Fellow in der Abteilung für Teilchenphysik des CERN. 1999 wurde er ans MIT zum Assistenzprofessor berufen und ist dort seit 2010 Vollprofessor.
Bereits seine Dissertation wurde mit der Borchers-Medaille ausgezeichnet, außerdem erhielt Paus den Forschungspreis von NEC und den Buechner-Preis für Lehre.
Paus beschäftigt sich mit der Auswertung der Detektordaten des Large Hadron Collider am CERN.
