Lehrer, SFZ Hamburg/Wichern-Schule
Messen, Steuern, Regeln mit Arduino
Die Arduino-Plattform bietet Möglichkeiten für alle Klassenstufen: Man kann damit in Klasse 5 eine Ampel programmieren, in Klasse 9 einen Roboter bauen oder in der Oberstufe eine Wetterstation. Im Workshop werden verschiedene Unterrichtseinheiten vorgestellt und es gibt die Möglichkeit, selbst aktiv zu werden. Material wird den Workshopteilnehmern zur Verfügung gestellt, ein eigener Laptop kann aber auch genutzt werden. Alternative Plattformen (Microbit, Calliope) werden ebenfalls zu sehen sein.
Zur Person
Torsten Otto ist Informatik-Lehrer am Gymnasium der Wichern-Schule in Hamburg und an die Universität Hamburg für die Lehre in Informatik-Didaktik abgeordnet. Im SFZ Hamburg ist er als Lehrer tätig und bietet hier auch Kurse für Schülerinnen und Schüler zur Arduino-Programmierung an.
Fritz-Haber-Institut (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin
Es werde Licht – und zwar schnell
Licht entsteht in modernen Lampen nicht mehr durch das Glühen eines Drahtes. In LEDs (lichtemittierende Dioden) finden sich negative (Elektronen) und positive Ladungsträger (sogenannte „Löcher“) zusammen. Sobald das Elektron das Loch auffüllt, wird die Energie, die es dabei verliert, in Licht umgewandelt. Die wichtigen Zwischenschritte bei diesem Prozess finden auf sogenannten Ultrakurzzeitskalen statt: Elektronen bewegen sich innerhalb weniger Femtosekunden (1 fs = 〖10〗^(-15) s) von einem Ort zum anderen. Um zu verstehen, wie sich die Elektronen genau verhalten, ist es nötig, diese sehr schnellen Prozesse zu verfolgen. Dies ist mit Hilfe moderner Lasersysteme möglich, die uns erlauben, Echtzeit-Filme von Elektronen aufzunehmen. In dem Vortrag stellt Julia Stähler alle relevanten Elementarprozesse anhand eines Modellsystems vor – von der Elektronenbewegung bis hin zur Lichtemission – und gibt einen Einblick in die moderne Laserspektroskopie.
Zur Person
Dr. Julia Stähler studierte von 1998 bis 2004 Physik an der Freien Universität Berlin, wo sie 2007 ihre Promotion abschloss. Mit einem Feodor-Lynen-Stipendium der Alexander-von-Humboldt-Stiftung forschte sie danach an der University of Oxford und erhielt 2008 den Klaus-Tschira-Preis für Verständliche Wissenschaft. 2009 wurde Julia Stähler Gruppenleiterin in der Abteilung Physikalische Chemie am Fritz-Haber-Institut (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin. Darüber hinaus forschte sie als Gastwissenschaftlerin an der University of Pittsburgh und an der Columbia University in New York. 2015 erhielt Stähler eine unabhängige Max-Planck-Forschungsgruppe am FHI. Ein Jahr später wurden ihr der Gaede-Preis der Deutschen Vakuumgesellschaft sowie der Edith-Flanigen-Award verliehen. Julia Stähler ist Mutter zweier Kinder (*2012 & 2017).
Biokatalyse an der Grenze von Chemie, Biologie und Verfahrenstechnik
Um für unsere Zukunft nachhaltige Produktionsverfahren für Alltagschemikalien zu entwickeln, bedarf es nachwachsender Rohstoffe und energiesparender Prozesse. Hier stellt die Biokatalyse eine Synthesetechnologie mit großem Potential dar. Die Natur nutzt andere Synthesestrategien als die klassische Chemie. Nur durch die Integration der verschiedenen Disziplinen und effizienter interdisziplinärer Zusammenarbeit bei der Prozessentwicklung lassen sich erfolgreich neue nachhaltige, in die Industrie skalierbare, Verfahren entwickeln. Und bei all dem muss die Ökonomie stimmen, d. h. besser als bei bereits etablierten Prozessen sein, um bestehende Verfahren ablösen zu können. Andreas Liese zeigt in dem Vortrag an Beispielen Herausforderungen sowie Lösungswege auf und stellt erfolgreiche Skalierungen in die Industrie vor.
Zur Person
Prof. Dr. Andreas Liese studierte Chemie an der Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn und promovierte am Forschungszentrum Jülich, in enger Zusammenarbeit mit der Firma DSM, Niederlande. Nach der Promotion 1998 leitete Liese für fünf Jahre die Enzymgruppe am Institut für Biotechnologie II, Forschungszentrum Jülich. Während eines Forschungsaufenthaltes in 2000 bei Pfizer Global Research & Development, San Diego, USA, gründete er dort die R&D-Gruppe Biotransformationen. Nach einem Ruf als Professor für Biotechnologie an die Universität Münster ging er 2005 an die Technische Universität Hamburg, wo er das Institut für Technische Biokatalyse leitet. 2003 erhielt Andreas Liese den Hochschullehrer-Nachwuchspreis für Biotechnologie der Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie (DECHEMA e. V.). Er war von 2009 bis 2013 Vorstandsmitglied der Deutschen Gesellschaft für Katalyse (GeCatS) und ist seit 2014 Vorstandsmitglied der DECHEMA e.V. Seit 2016 ist Prof. Liese gewählter Fachkollegiat für Bioverfahrenstechnik bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).
Die Regionalkonferenz Schule MIT Wissenschaft war am 27. Juni 2018 in der Hansestadt Hamburg. Es konnten sich alle interessierten Lehrkräfte der Naturwissenschaften und Technik aus der Metropolregion Hamburg bewerben.
Tagungsort der Veranstaltung Schule MIT Wissenschaft war das Schülerforschungszentrum Hamburg, Grindelallee 117, 20146 Hamburg.
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Broschüre mit Veranstaltungsplan und Informationen zu allen Referenten und Vorträgen (06.2018)
¹ Kursleiterin Biologie im Zentrum für Studierendengewinnung und Studienvorbereitung – College an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg
² Akademischer Mitarbeiter im mobilen Schülerlabor „Science on Tour“ im Zentrum für Studierendengewinnung und Studienvorbereitung – College an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg
Qualitätskontrolle von Gewebe – Histologische Färbung von Knorpelgewebe
In diesem Workshop wird die histologische Färbung als Methode zur Beurteilung von Gewebe vorgestellt. Unter anderem wird sie bei der Herstellung von menschlichem Gewebe im Labor (Tissue Engineering), insbesondere Gelenkknorpelgewebe, zum Monitoring und zur Qualitätskontrolle des Primär- bzw. des gezüchteten Gewebes eingesetzt. Beim Tissue Engineering von Knorpelgewebe wird den Patienten, beispielsweise mit Knorpelschäden nach akuten Verletzungen im Knie oder auch bei degenerativen Knorpelerkrankungen (z. B. Arthrose), zunächst ein kleines Stück Gelenkknorpel entnommen. Daraufhin werden die Knorpelzellen isoliert und in vitro (außerhalb des Organismus) vermehrt. Um wieder körpereigenes Gewebe in den Knorpeldefekt transplantieren zu können, werden anschließend die Zellen im Labor unter besonderen Bedingungen (3D-Kultur) kultiviert, um so durch Selbstaggregation der Zellen Miniknorpelgewebe, sog. Sphäroide, zu generieren.
Als Kursteilnehmerin oder Kursteilnehmer führen Sie nach einer Einführung in das Thema eigenständig eine histologische Färbung mit Safranin O und Lichtgrün SF durch. Für die Färbereihe stellen Sie zunächst eine Vielzahl an Lösungen selbst her bzw. stellen diese in den entsprechenden Färbetubes bereit. Nach dem Versuchsaufbau erhalten Sie auf Objektträgern präparierte und fixierte Gewebeproben tierischen Gelenkknorpels. Durch die Färbung mit Safranin O können Sie die gelenkknorpelspezifischen und funktionstragenden Proteoglykane in der extrazellulären Matrix der Gewebeprobe nachweisen. Mittels des Farbstoffs Lichtgrün SF färben Sie den Knochenanteil des Präparates sowie die kollagenhaltigen Gewebeanteile an. Die Zellkerne der Knorpelzellen in der Gewebeprobe werden mit „Hämalaunlösung (sauer nach Mayer)“ angefärbt und nachgewiesen. Unter dem Mikroskop bewerten Sie schlussendlich die Gewebeprobe.
Zu den Personen
Milena Dimitrova studierte Chemie und Physik auf Lehramt an der Universität „St. Kliment Ohridski“ in Sofia (Bulgarien). Anschließend absolvierte sie das Studium der Biotechnologie und Angewandten Ökologie mit der Spezialisierung Umweltwissenschaften an der TU Dresden. Im Rahmen ihrer Abschlussarbeit beschäftigte sie sich bereits mit den Analyseverfahren speziell im Bereich der Bioanalytik. Seit 2016 ist Milena Dimitrova im Zentrum für Studierendengewinnung und Studienvorbereitung (College) an der BTU Cottbus – Senftenberg als akademische Mitarbeiterin tätig, wo sie studienvorbereitende Angebote im Bereich Biologie konzipiert und betreut.
Toni Luge studierte zunächst Biotechnologie in Jena, bevor er für das Masterstudium in Biotechnologie an die Beuth-Hochschule für Technik in Berlin wechselte. In Berlin arbeitete Toni Luge als studentischer – und von 2012 bis 2015 – als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik. Im Fokus seiner Tätigkeiten standen bioanalytische, genom- und systembiologische Arbeiten. Seit 2016 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter im mobilen Schülerlabor „Science on Tour“ im Zentrum für Studierendengewinnung und Studienvorbereitung – College an der BTU Cottbus-Senftenberg. In Experimentierkursen, die in den Fachräumen der Schulen sowie im Rahmen von Weiterbildungen und Wissenschaftsevents stattfinden, begeistert Toni Luge die Kursteilnehmer für (natur-)wissenschaftliche Themen in den Bereichen Biologie, Chemie und Informatik. Neben der Organisation der Schülerkurse und dem Labormanagement wirkt Toni Luge auch an der Umsetzung neuartiger, schultauglicher Experimente mit, die Themen aus dem Lehr- und Forschungsbereich der Universität aufgreifen.
Center for Ultracold Atoms, Research Laboratory of Electronics, and Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology
Ultrakalte Quantengase als Modell-Materie
In einem Gas aus ultrakalten Atomen, nur einige Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt und eine Million mal dünner als Luft, zeigen sich die vielfältigen Zustände der Materie in Reinstform. Starke Wechselwirkungen zwischen den Teilchen lassen das Gas zu einer „perfekten Flüssigkeit“ werden, wie man sie sonst nur bei den höchsten Temperaturen und Dichten in der „Ursuppe“ nach dem Urknall erwartet. Unterhalb einer kritischen Temperatur können sich die Teilchen sogar ohne jegliche Reibung fortbewegen, das Gas wird supraflüssig. Eingesperrt in Kristallen aus Laserlicht bilden die Atome einen künstlichen Festkörper, der isolierende, metallische und auch magnetische Eigenschaften zeigen kann. Mit neuartigen Mikroskopen kann dieses verschiedenartige Verhalten mit Einzelauflösung, Atom für Atom, sichtbar gemacht werden. Ein Ziel der Forschung ist, unser Verständnis der Hochtemperatur-Supraleiter und anderer komplexer Materialien zu verbessern. Dort sind Elektronen ebenso stark wechselwirkend wie die Atome im künstlichen Gitter, was die theoretische Berechnung extrem erschwert. Zum anderen darf man auf die Entdeckung neuer Zustände der Materie hoffen – mit noch ungeahnten Eigenschaften.
Zur Person
Martin Zwierlein studierte Physik an der Universität Bonn und an der Ecole Normale Supérieure in Paris und promovierte 2007 am MIT bei Wolfgang Ketterle über die Beobachtung der Supraflüssigkeit in atomaren Fermi-Gasen. Nach einem postdoc-Aufenthalt an der Universität Mainz wurde er 2007 Assistant Professor am MIT, wo er seit 2013 Professor of Physics ist. Er untersucht stark wechselwirkende Fermi-Gase aus Atomen und Molekülen. Diese Gase zeigen neue Zustände der Materie und eignen sich als ideale Modellsysteme für andere fermionische Systeme wie z.B. Neutronensterne oder Hochtemperatur-Supraleiter. Kern-Ziele der Forschung sind die Untersuchung des Fermi-Hubbard-Modells mit Einzelatomauflösung, neuartige Zustände in Fermi-Gasen mit ungleichen Spin-Dichten und in Gasen aus dipolaren Molekülen.
Er erhielt für seine Forschungen u.a. den Klung-Wilhelmy-Weberbank Preis (2007), die David and Lucile Packard Fellowship (2010), den Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers (2010) sowie den I.I. Rabi Prize der American Physical Society (2017).
¹ Koordinator des LernLaborFarbe, Technische Universität Dresden
² Wissenschaftlicher Mitarbeiter im LernLaborFarbe, Technische Universität Dresden
³ Wissenschaftliche Mitarbeiterin im LernLaborFarbe, Technische Universität Dresden
Farbe und Licht – bunt, innovativ, interdisziplinär
Farbe erleben, entdecken und verstehen. Dies ist nicht nur der Grundgedanke des LernLaborFarbe, sondern auch eine Leitidee des Verbundforschungsprojektes des Bundesministeriums für Bildung und Forschung „Farbe als Akteur und Speicher“ (FARBAKS) aus welchem das Lernlabor im Jahr 2015 hervorgegangen ist.
Ziel war und ist es, Forschung und wissenschaftliche Erkenntnisse rund um die Themen Farbe und Licht in die Gesellschaft zu transferieren. Für die Fakultät Erziehungswissenschaften sind dabei (Vor-)Schüler und Auszubildende unterschiedlicher Fachrichtungen eine besonders spannende Zielgruppe. So unterstützt das LernLaborFarbe den Transfer von Inhalten aus der Wissenschaft in die Köpfe von Heranwachsenden und deren Bezugspersonen. Dabei arbeitet das Lernlabor eng mit der Lehramtsausbildung in Chemie, Physik und weiteren Natur-, Gesellschafts- und Sprachwissenschaften zusammen. So entwickeln Studenten im Rahmen der Ausbildung beispielsweise zielgruppenspezifische Projektkonzepte rund um die Themen Farbe und Licht, welche dann im LernLaborFarbe mit Schülerinnen und Schülern durchgeführt und evaluiert werden.
Im Rahmen des Workshops sollen unterschiedliche Projekte vorgestellt und deren Potentiale bezogen vor allem auf fächerübergreifenden (interdisziplinären) Unterricht diskutiert werden. Dabei stehen experimentelle Zugänge zu den Problemstellungen im Vordergrund. Anhand ausgewählter (schulnaher) Experimente soll eine Sensibilisierung für komplexe interdisziplinäre Fragestellungen aus der Wissenschaft erfolgen. Neben nasschemischen Versuchen stehen dabei auch analytische Verfahren im Mittelpunkt.
Zu den Personen
Tino Kühne hat, nach seiner Ausbildung zum Chemielaboranten und einer langjährigen Tätigkeit am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., Mathematik und Chemie auf Lehramt an der TU Dresden studiert. Nach seinem Abschluss wurde er als Lehrkraft an der TU Dresden angestellt und bildet sowohl die Lehramtsstudenten in der Beruflichen Fachrichtung Labor- und Prozesstechnik, Didaktik der Chemie sowie der Grundschulpädagogik Fach Werken aus. Im Rahmen dieser Tätigkeiten betreut und koordiniert er das LernLaborFarbe der Technischen Universität Dresden sowie Erzieher- und Lehrerfortbildungen mit dem Schwerpunkt Farbe und Licht.
Kevin Appelhans hat Mathematik und Chemie auf Lehramt an der TU Dresden studiert. Bereits während des Studiums erfolgte eine Anstellung im LernLaborFarbe, welche er auch nach seinem Studium fortsetzt. Im Rahmen dieser Tätigkeit entwickelt und evaluiert er Projektkonzepte, betreut Schülergruppen und übernimmt organisatorische Aufgaben. Weiterhin ist er als Dozent in unterschiedlichen Schulen tätig.
Franziska Grasse befindet sich in der abschließenden Phase ihres Lehramtsstudiums für Mathematik und Physik an der TU Dresden. Seit Anfang des Jahres ist sie im LernLaborFarbe angestellt und bringt die physikalischen Aspekte zu Farbe und Licht bei der Entwicklung neuer Projekte ein. Zu ihren Aufgaben gehören zudem die Vorbereitung und Betreuung der Schülergruppen.
¹ Schülerforschungszentrum Jena, witelo e.V.
² Schülerforschungszentrum Gera, Abbe Center of Photonics, FSU Jena
Grätzelzellen: Pflanzenfarbstoffe für die Energiegewinnung
Die von Michael Grätzel entwickelte Solarzelle nutzt ein der Photosynthese ähnliches Prinzip: Energiekonservierung durch Pflanzenfarbstoffe.
In dem Workshop erfolgt eine kurze theoretische Einführung zu Aufbau und Funktions-weise von Grätzelzellen. Anschließend können die Teilnehmer selbst eine solche Pflanzen-solarzelle herstellen und auf ihre Funktion und Leistungsfähigkeit testen.
Der Workshop umfasst Inhalte aus Physik, Biologie und Chemie und ist daher gut für den Einsatz im fachübergreifenden Unterricht geeignet.
Zu den Personen
Dr. Christina Walther studierte Biochemie in Leipzig und Cork (Irland). Nach der Promotion 2002 begann sie, im Bereich der naturwissenschaftlichen Früherziehung Konzepte und Angebote für Experimentierkurse und Fortbildungen zu entwickeln. Bei der Imaginata Jena und als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Schulpädagogik und Schul-entwicklung der FSU Jena übernahm sie 2007 die pädagogische Betreuung des Imaginata-Stationenparks, wo sie u.a. Workshops und unterrichtsbegleitende Angebote konzipierte. Seit 2012 ist sie Koordinatorin des Netzwerks wissenschaftlich-technischer Lernorte in Jena (witelo) und seit 2016 Geschäftsführerin des witelo e.V. und Projektleiterin des Schülerfor-schungszentrums Jena.
Thomas Kaiser studierte Physik an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena mit Nebenfach Astrophysik und Informatik. In seiner Diplomarbeit beschäftigte er sich mit optischer Fasermesstechnik auf Basis digitaler holografischer Verfahren. Seit 2009 ist er wissen-schaftlicher Mitarbeiter am Institut für Angewandte Physik, das jetzt zum Abbe Center of Photonics gehört. In der Arbeitsgruppe Nanooptik manipuliert er Licht auf Größenskalen, die viel kleiner sind als dessen Wellenlänge. Seit 2016 leitet er auch das Schülerfor-schungszentrum Gera und hat viel Freude dabei, Schülern in Ostthüringen Naturwissen-schaften zu vermitteln.
¹ Leiterin der Arbeitsgruppe Wissenschaftsvermittlung am Institut für Kern- und Teilchenphysik, TU Dresden
² Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe Kernphysik am Institut für Kern- und Teilchenphysik, TU Dresden
³ Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Kernphysik am Institut für Kern- und Teilchenphysik, TU Dresden
Vom Higgs-Boson zur Kosmischen Strahlung – Experimente für Schüler
Im „Netzwerk Teilchenwelt“ haben sich 24 Forschungsinstitute aus ganz Deutschland und das CERN zusammengeschlossen, um Jugendlichen im Alter von 15 bis 19 Jahren und ihren Lehrkräften einen Einblick in die aktuelle Forschung der Elementarteilchenphysik und der Astroteilchenphysik zu geben.
Im Workshop erfahren die Teilnehmer/-innen mehr über kosmische Strahlung, ihre Entdeckung und die aktuelle Forschung in der Astroteilchenphysik. Im zweiten Teil dieses Workshops bauen die Teilnehmer/innen eine Nebelkammer, in der bereits nach wenigen Minuten die kosmischen Teilchen sichtbar werden. Außerdem werden noch weitere Schüler-Experimente vorgestellt, welche die Teilnehmer/-innen kostenlos für den Unterricht beim Netzwerk Teilchenwelt ausleihen können.
Zu den Personen
Uta Bilow hat Chemie in Bonn studiert. Schon während der Promotion begann sie, als Freie Wissenschaftsjournalistin zu arbeiten. Seit 2008 begeistert sie sich zudem für Teilchenphysik. Neben ihren Aufgaben in der Projektleitung koordiniert sie an der TU Dresden das Schülerforschungsprogramm International Masterclasses, das weltweit vertretene Schwesterprogramm von Netzwerk Teilchenwelt, und ist in der International Particle Physics Outreach Group (IPPOG) aktiv.
Birgit Schneider studierte an der TU Dresden Physik und entschied sich bereits früh für das Fachgebiet der Kern-und Teilchenphysik. Ihre Diplomarbeit fertigte sie im Institut für Kern- und Teilchenphysik an der TU Dresden im Bereich der Neutrinophysik an. Aktuell promoviert sie am gleichen Institut und arbeitet dabei mit an dem Großexperiment GERDA, welches sich im italienischen Gran-Sasso-Labor befindet. In der Wissenschaftsvermittlung ist sie bei den „Highlights der Physik“ 2013 in Wuppertal erstmals tätig gewesen und ist kurze Zeit später als Vermittlerin dem Netzwerk Teilchenwelt beigetreten. Seitdem führt sie regelmäßig Masterclasses für Lehrkräfte und Schüler im Bereich der Astroteilchenphysik durch, was Experimente mit kosmischer Strahlung sowie deren Auswertung beinhaltet.
Steffen Turkat studierte Physik mit dem Schwerpunkt Kern- und Teilchenphysik an der Technischen Universität in Dresden. Im Laufe seiner Masterarbeit forschte er auf dem Gebiet der Neutrinophysik und der Neutronenaktivierung für das kanadische SNO+-Experiment, den Nachfolger des 2015 durch den Physik-Nobelpreis bekannt gewordenen SNO-Experiments. Seit Anfang 2017 beschäftigt er sich im Rahmen seiner Dissertation mit dem primordialen Lithiumproblem der Astrophysik. Nebenbei engagiert er sich im Netzwerk Teilchenwelt für Weiterbildungen von Lehrern und Schülern zu den Themen Kosmologie und Teilchenphysik.
