¹ Laborleitung und Koordination, zdi-Zentrum NEAnderlab
² Stellvertretende Laborleiterin, zdi-Zentrum NEAnderlab
³ Wissenschaftlicher Mitarbeiter, zdi-Zentrum NEAnderlab

Life Technologies – Von der DNA bis zum 3D-Drucker
In diesem Workshop möchten wir mit Ihnen durch Experimentieren, Nachdenken und Berechnen mit Humor auf eine Entdeckungsreise zur DNA als Informationsspeicher des Lebens gehen. Welche Dimensionen hat unsere DNA? Wie kann man mit der DNA arbeiten? Warum sind unsere Augenbrauen von Bedeutung? Sind alternative Lebensformen möglich? Wir werden die unterschiedlichsten Facetten und Dimensionen ausgehend von unserer eigenen Geschichte bis hin zu den modernen Ansätzen der Life Technologies beleuchten. Es werden sowohl Experimente durchgeführt, die auch in Klassenräumen möglich sind, als auch Überlegungen angestellt, die Schülerinnen und Schülern einen vertieften und fachübergreifenden und teilweise verblüffenden Einblick in die betreffenden biologischen Themen vermitteln können.

Zu den Personen
Dr. Heinz-Albert Becker ist Molekulargenetiker und studierte Biologie an der Universität zu Köln. Er verfasste seine Promotion über springende Gene (Transposons) beim Mais. Anschließend war er für 10 Jahre im Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln-Vogelsang unter anderem an der Erforschung der Körnerfüllung in der Mais-Karyopse und an Transkriptioneller Aktivierung bei Mais und Arabidopsis tätig. Als naturwissenschaftlicher Allrounder entwickelte er seit 2008 als Laborleiter des zdi-Zentrums NEAnderlab die Didaktik für 25 fachübergreifende MINT-Kurse aus allen Bereichen von Naturwissenschaft und Technik. Eng an das Curriculum angebunden fanden seitdem im Schülerlabor NEAnderlab MINT-Trainings mit über 30.000 Schülerinnen und Schülern von Klasse 5 bis Klasse 13 statt.

Ute Cremer, ist wissenschaftliche Mitarbeiterin und stellvertretende Laborleiterin des zdi-Zentrums NEAnderlab. Sie ist zuständig für Kursentwicklung und Kursbetreuung sowie für die Partnergewinnung des Schülerlabors NEAnderlab. Im Jahr 2017 hat Ute Cremer zu-sätzlich die experimentelle Leitung des mobilen MINT-Labs an der deutsch-niederländischen Grenze in der Euregio übernommen. In diesem Projekt treffen sich Schülerinnen und Schüler aus Deutschland und den Niederlanden im Rahmen einer europäischen Begegnung zu experimentellen Tagen auf Burgen und Schlössern.

Klaus Decker ist als pensionierter Lehrer für Chemie und Physik wissenschaftlicher Mitarbeiter des NEAnderlabs. Er hat in den vergangenen Jahren die Didaktik und viele Kurse des NEAnderlabs mitentwickelt. Gerade durch seinen Einblick in die Schule und das Schü-lerlabor des zdi-Zentrums konnte in den letzten Jahren ein an das Curriculum von mitt-lerweile über 40 Partnerschulen des NEAnderlabs angepasstes Kursporfolio entwickelt werden. Klaus Decker betreut ebenfalls viele der MINT-Kurse des zdi-Zentrums NEAnder-lab.

¹ Fachbereich Physik, Universität Osnabrück
² Fachbereich Biologie/Chemie, Universität Osnabrück
³ Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation, Stuttgart
⁴ Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für technische Optik der Universität Stuttgart

Do-it-yourself-Photonik: Smartphone-Mikroskop & Laser aus LEGO®-Bausteinen
Wie funktioniert ein Laser? Aus welchen optischen Komponenten besteht ein Mikroskop? Wie erzeugt eine Virtual-Reality-Brille den 3D-Effekt? Die Antworten auf diese und viele andere spannende Fragen aus Photonik und Optik können sich Kinder und Jugendliche künftig selbst geben.
Möglich machen das die beiden Projekte myphotonics und BaKaRoS, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der „Open Photonik“-Initiative fördert. Ihr Ziel ist es, durch Selbermachen Wissen über optische und photonische Systeme auf anschauliche, leicht verständliche Weise zu vermitteln – und so auch zu eigenen Experimenten anzuregen. Besonders gut eignet sich die Methode, um junge Menschen für technische Themen zu interessieren und neue Wege bei der Nachwuchsförderung in Naturwissenschaften und Technik zu gehen.
Mit dem BaKaRoS-Baukasten soll der Entdeckergeist von jungen Menschen auf spielerische Weise geweckt werden. Mikroskope, Teleskope, eine Datenbrille, eine Virtual-Reality-Brille und ein Smartphone-Mikroskop können nach Bauanleitungen gebaut und anschließend modifiziert werden. Allesamt sind sie zusammengesetzt aus fischertechnik, optischen Komponenten und selbst entwickelten 3D-gedruckten Bauteilen.
Myphotonics stellt Open Source Komponenten für die Photonik auf Basis bekannter Baukastensysteme (LEGO®, fischertechnik, Arduino & Co., 3D-Drucktecknik etc.) bereit und verfolgt das Ziel der nachhaltigen Gewinnung bzw. Förderung von wissenschaftlichem Nachwuchs für die Photonikforschung und -industrie an außerschulischen Lehr- und Lernorten. Im Workshop wird erstmals gezeigt, wie sich die myphotonics-Photonikkomponenten für die Vermittlung von Wissen an Dritte und besonders zur Förderung von offenen Innovationsprozessen einsetzen lassen. Als originärer Ansatz wird die Wissensvermittlung über Schülerinnen und Schüler als Expertenteam und anhand gesellschaftlich relevanter Themenstellungen (Sicherheit von Laserpointern, Laser als Werkzeug etc.) gewählt.
Beide BMBF-geförderte Projekte myphotonics und BaKaRoS verfolgen einen Open-Source-Ansatz und stellen die Bausätze als nachbaubare Anleitungen im Internet lizenzkostenfrei zur Verfügung.

Zu den Personen
Mirco Imlau studierte Physik an der Universität zu Köln und verfasste seine Promotion auf dem Gebiet der nichtlinear optischen Eigenschaften photoschaltbarer Moleküle. Nach Aufenthalten an den Universitäten Wien und Nancy fokussierte er sich auf die Wechselwirkung von (ultra-)kurzen Laserpulsen mit optischen Materialien und damit auf eine verstärkte Kooperation mit der Photonik-Industrie. Seit 2002 ist er Professor für Optik & Photonik an der Universität Osnabrück und Leiter der Arbeitsgruppe Ultrakurzzeitphysik sowie Vorstandsmitglied im Forschungszentrum für zelluläre Nanoanalytik CellNanOs in Osnabrück. Im Jahr 2013 initiierte er die Projektierung myphotonics zur nachhaltigen Gewinnung des wissenschaftlichen Nachwuchses in der Photonikforschung und -industrie.

Marco Beeken hat sich in seiner fachdidaktischen Promotion an der Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg mit der Förderung und Forderung besonders begabter Schülerinnen und Schüler in den naturwissenschaftlichen Fächern beschäftigt. Nach einer Tätigkeit als Gymnasiallehrer für die Fächer Chemie und Biologie wurde er 2015 als Professor für Didaktik der Chemie an die Universität Osnabrück berufen. Sein Forschungsschwerpunkt liegt in der Entwicklung, Durchführung und Evaluation innovativer Wissenschaftskommunikations- und Open-Innovation-Formate. Als originären Ansatz verfolgt er hierbei die Überführung von Werkzeugen und Elementen der MAKER-Bewegung (wie bspw. Do-it-yourself Mini-Spektrometer und Makeathons) in neuartige Lehr- und Lernformate.

Truong Le ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IAO. Er forscht auf dem Gebiet „Lean Prototyping“. Lean Prototyping bedeutet vor allem, durch den Einsatz digitaler Technologien wie 3D-Druck, Microcomputer und Open-Source-Wissen kostengünstige Produktideen mit direktem Nutzen für die Gesellschaft in kurzen Lernzyklen zu generieren.

Sebastian Lotz ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart. Er forscht auf dem Gebiet des Wissenstransfers zwischen technischen Domänen und versucht das Themenfeld der Photonik für verschiedene Zielgruppen wie Jugendliche, Designer, Wissenschaftler und Industrievertreter zugänglich zu machen. Besonders die Möglichkeiten von Baukastensystemen als Mittel zur Kommunikation und interdisziplinären Produktentwicklung stehen dabei im Zentrum seines Forschungsinteresses.

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.