Schülerinnen erhalten im klick!:labor eine Einführung ins Rasterkraftmikroskop bevor sie selbst nanostrukturierte Proben vermessen

klicklabor

Wo kommen wir im Alltag mit Nanotechnologie in Berührung?

Im klick!:labor beschäftigen sich Schulklassen mit der Frage, ob Nano für uns gefährlich ist. Außerdem unternehmen sie mit einem besonderen Mikroskop, dem Rasterkraftmikroskop, Erkundungen in die verborgene Nanowelt. Auch chemische Schalter, also Moleküle, die auf Kommando ihre Eigenschaft, wie Farbigkeit oder Magnetismus ändern können, untersuchen die Jungen und Mädchen bei ihrem Besuch im klick!:labor. Die Anwendungen dieser besonderen Schalter im Alltag sind vielfältig und die damit verbundene Forschung sehr spannend.


Viele der Versuche im klick!:labor wurden in Zusammenarbeit mit dem Sonderforschungsbereich 677 „Funktion durch Schalten“ konzipiert.


Angebote

Das klick!:labor bietet den Lernenden miteinander verknüpfte methodische Zugänge: experimentelle Untersuchungen, multimediale Modellbetrachtungen zur Auswertung der Experimente und zur Deutung der Phänomene sowie Anregungen zum Vergleich der eigenen Experimente und Modelle mit authentischen Arbeiten der Fachwissenschaftler aus der Forschung. Die Schülerinnen und Schüler erhalten Einblicke in die Deutung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen verschiedener Niveaus und lernen moderne Charakterisierungsmethoden kennen. Auch untersuchen sie exemplarisch die vielfältigen Möglichkeiten der Gestaltung von Schaltern exemplarisch untersuchen.

klick! für die 10.-13. Klassenstufe

Freie Wahl aus drei Teilgebieten

Im Programm klick! wählen die Schülerinnen und Schülern frei drei Teilgebieten einen Bereich aus. An ihrem Tag im Labor bearbeiten sie diesen dann vornehmlich. Folgende Experimente sind den jeweilgen Bereichen zugeordnet:

1. Nano-Grundlagen

  • Schichtdicke einer Seifenblase
  • Herstellung von Goldnanopartikeln
  • Photokatalyse durch Zinkoxidnanopartikeln
  • Herstellung von Zinkoxidnanopartikeln

2. Methoden und Verfahren

  • Interferenz an Seifenblasen
  • Rasterkraftmikroskopie (AFM)
  • Rastertunnelmikroskopie (STM)
  • Kontaktwinkelmessung
  • Generierung von modifizierten Oberflächen

3. Schalter

  • Alltagsschalter
  • Ampelthermochrom: Schalten mit Wärme
  • Spriropyran: Schalten mit Licht
  • Farbe auf Knopfdruck: Schalten mit Strom

Folgende Leitfragen begleiten die Schülerinnen und Schüler dabei:

  • Was bedeutet Nano-Wissenschaft, wie lassen sich die besonderen Eigenschaften der Nano-Welt erklären? Welche Chancen und Risiken gibt es? (Stationen zur Nanotechnologie)
  • Mit welchen Methoden und Verfahren lassen sich Nanostrukturen und Funktionen untersuchen? Wie können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler z.B. Oberflächen modifizieren? (Stationen zu Methoden und Verfahren)
  • Welche Prinzipien des chemischen und physikalischen Schaltens von Materie werden zur Konstruktion von (Nano)Schaltern ausgenutzt? Welche Alltagsprodukte gibt es in diesem Bereich bereits? (Stationen zu chemischen Schaltern)

Beispiel aus Themenbereich 1: Schichtdicke einer Seifenblase

Den Begriff „Nano“ erabreiten und definieren doie Schülerinnen und Schüler unter Anderem über eine Schichtdicken- und Interferenzmessung an einer Seifenblase. Konkret bedeutet dies eine Vermessung der Seifenblase hinsichtlich ihres Durchmesser und ihres Gewichtes. Zusammen mit den Daten zur Dichte der verwendeten Seifenblasenflüssigkeit kann die Ermittlung der Seifenblasenschichtdicke erfolgen. In einem zweiten Versuch untersuchen die Jugendlichen das schillernde Farbenspiel (Interferenz) an dünnen Schichten. Dieses kann nicht nur bei Seifenblasen, sondern auch auf vielfältige Weise im Tierreich beobachtet werden. Beispiele sind das Gefieder eines Kolibris, die Flügel eines Schmetterlings und die Schalenoberfläche der Meeresschnecke Haliotis.

Beispiel aus Themenbereich 2: Rasterkraftmiroskopie

In diesem Versuch können die Schulklassen die Mikro- und Nanostrukturierung von Oberflächen mittels eines Rasterkraftmikroskops („Schüler-AFM“) untersuchen. Diese Oberflächen können ebenfalls hinsichtlich ihrer Rauheit charakterisiert werden.

Es folgt die Ermittlung von Zusammenhängen beispielsweise zwischen Beschaffenheit und Benetzungsvermögen (Lotus-Effekt). Außerdem kann die Dicke eines Haares bestimmt oder ein Computerchip vermessen werden. Auch mitgebrachte Messproben können die Schülerinnen und Schüler bis auf Nanoebene charakterisieren.

Darüber hinaus steht im klick!:labor ein Rastertunnelmikroskop (STM) zur Verfügung. Dieses ermöglicht Darstellungen bis auf molekulare Ebene.

Beispiel aus Themenbereich 3: Chemische Schalter

Molekulare Schalter reagieren auf externe Reize wie Licht oder Temperaturveränderung mit einer optischen Änderung beispielsweise ihres Erscheinungsbildes. In diesem Themenbereich ergründen wir gemeinsam, welche Mechanismen einer Farbänderung zu Grunde liegen. Im Alltag nutzen wir diverse Schaltprodukte ganz selbstverständlich. Dazu gehören elektrochrome, abdunkelbare Rückspiegel in Autos, thermochrome Babylöffel oder Badeenten sowie photochrome Brillen. Selten hinterfragen die Nutzerinnen und Nutzer aber die damit verbundenen chemischen Zusammenhänge.

Bei mehrtägigen Besuchen im Angebot klick! oder bei einer fokussierten Themenauswahl auf molekulare Schalter kann die eigene Synthese einer „Schalterverbindung“ im Vordergrund des Laborbesuches stehen.

nawi:klick! für die 8. bis 10. Klassenstufe

Im Angebot nawi:klick! beschäftigen sich Schülerinnen und Schüler der 8. bis 10. Klasse an Gemeinschaftsschulen und Gymnasien mit nanotechnologischen Inhalten. Das neukonzipierte Programm ist an den gültigen Leitfaden zu den Fachanforderungen angelehnt, so dass der Laborbesuch eine optimale Ergänzung für den Unterricht in den Fächern NaWi, WPU, Chemie und Physik darstellt. Zudem erhalten die Lernenden einen breiten und alltagsbezogenen Einblick in die Welt der Naturwissenschaften.

Sechs Experimentierstationen und eine Abschlussstation

Das neue Programm ist aufgebaut aus sechs Experimentierstationen und einer Abschlussstation:

  • Herstellung von Silbernanopartikeln
  • Untersuchung einer Sonnencreme
  • Einfluss von Nanopartikeln – Chancen und Risiken
  • Oberfläche-zu-Volumen- Verhältnis
  • Untersuchungen am Rasterkraftmikroskop (AFM)
  • Kontaktwinkelmessung
  • Abschlussstation: Quiz

Der Labortag

An ihrem Labortag arbeiten die Schülerinnen und Schüler in Zweier- bis Vierer-Gruppen. Sie durchlaufen nacheinander alle sechs Stationen, wobei die einzelnen Gruppen an jeweils unterschiedlichen Stationen beginnen. Um die erlernten Inhalte möglichst gut sichern und zusammenfassen zu können, absolvieren die Jugendlichen abschließend das Quiz „All around nano“.

Vor- und Nachbereitung des Besuches im nawi:klick!

Das Angebot nawi:klick! beinhaltet eine schulische Vor- und Nachbereitung, die jeweils in Form einer ausgearbeiteten Doppelstunde vor und nach dem Laborbesuch konzipiert ist. Das Unterrichtsmaterial wird den Lehrkräften auf Wunsch gerne zur Verfügung gestellt. Es bereitet die Lernenden vorab auf den Ablauf und die Thematik des Labors vor und sorgt nach dem Besuch für eine ausführliche Klärung aller offen gebliebener Fragen sowie eine Wiederholung und Sicherung der gelernten Inhalte.

Beispiele

Die folgende Vorstellung von zwei der insgesamt sieben Experimentierstationen gibt einen kurzen Einblick in das Laborgeschehen und das Programm nawi:klick!.

Einfluss von Nanopartikeln – Chancen und Risiken

Nanopartikel finden mehr und mehr Einzug in unseren Alltag. Sie werden in Sonnencremes, Peeling Cremes, Wundpflastern, Wandfarben, Lacken und vielen anderen Produkten eingesetzt, da sie herausragende Eigenschaften mitbringen. So wirken sie unter anderem antibakteriell, bilden Schutzschichten oder reinigen Wasser von organischen Stoffen. Allerdings führt der Einsatz von Nanopartikeln auch Risiken mit sich, da sie mit der Zeit aus den Produkten heraus ins Abwasser, in Gewässer, in die Luft oder in den Boden gelangen. Hier wiederum können Menschen und Tieren sie über die Haut, den Mund und die Nase aufnehmen. Da die Wirkung von Nanopartikeln auf tierische Organismen bislang jedoch noch nicht weit erforscht ist, gelten diese als unbedenklich.

 

An der Station „Einfluss von Nanopartikeln – Chancen und Risiken“ erarbeiten die Schülerinnen und Schüler, durch Experimente unterstützt, die unterschiedlichen Vor- und Nachteile des Einsatzes von Nanopartikeln im Alltag. Hierbei wird offensichtlich, dass jeglicher Einsatz von nano sowohl unschätzbare Potenziale als auch nicht zu vernachlässigbare Risiken mit sich bringt. Auch hier gilt: „Die Dosis macht das Gift.“

Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis

Nanoskalige Objekte sind überall zu finden – in der Natur sowie in der von Menschen gemachten Technologie. Dies liegt daran, dass sie eine Besonderheit mit sich führen: Aufgrund ihrer Größe weisen sie stark ausgeprägte Eigenschaften auf, die sie unter anderem reaktiver, schneller und lichtanfälliger machen. Wenn man sich diese Eigenschaft zunutze macht, können viele alltägliche Reaktionen beschleunigt werden. So erleichtern sie etwa das Lösen von Zucker im Tee oder von Salz in der Suppe. Aber auch die Natur baut darauf. Frösche beispielsweise können an einem Fenster hochlaufen, während eine Maus wegrutschen würde. Der Grund dafür, ist die größere Oberfläche, die wiederum auf nanoskalige Objekte zurückzuführen ist. An dieser können zeitgleich mehr Reaktionen ablaufen und mehr Wechselwirkungen ausgebildet werden.

 

Die Schülerinnen und Schüler lernen an dieser Station, dass die Generierung nanoskaliger Objekte eine Oberflächenvergrößerung bewirkt. Eine chemische Reaktion mit unterschiedlich großen Kartoffelstücken macht dies in einem Experiment sichtbar. Zudem gehen die Jugendlichen dem Phänomen nach, dass einige Tiere eine glatte Wand hinauflaufen können. Die Veranschaulichung erfolgt unter anderem am Beispiel eines Geckos. Abschließend werden entsprechende Gesetzmäßigkeiten aufgestellt.

Nach Wunsch können Sie vor Ihrem Besuch im Schülerlabor nawi:klick! noch weitere detaillierte Informationen zu dem Programm erfahren. Schicken Sie uns gerne eine E-Mail an: weisermann@ipn.uni-kiel.de

Wir freuen uns auf Ihren Besuch!

Schülerforschungszentrum Kieler Forschungswerkstatt
Im Schülerforschungszentrum besuchen Kinder und Jugendliche tolle Nachmittags- und Ferienangebote

Nachmittagsangebote im Schülerforschungszentrum Kieler Forschungswerkstatt

In den kostenlosen Nachmittagsangeboten im Schülerforschungszentrum (SFZ) Kieler Forschungswerkstatt können Kinder und Jugendliche ab der 3. Klasse selbständig forschen und eigene Projekte bearbeiten. Bei uns im Schülerlabor finden die Mädchen und Jungen dafür nicht nur die optimale Ausstattung, sondern auch immer den richtigen Ansprechpartner oder die richtige Ansprechpartnerin für ihre Fragen.

Das Schülerforschungszentrum steht allen Interessierten immer mittwochs und freitags von 15 bis 18 Uhr offen. Neben dem freien Forschen bieten wir hier auch Workshops und Kurse an.

Vom 12. bis 28. September starten wir mit sechs Schnupperterminen. An diesen Tagen sind Schülerinnen und Schüler herzlich eingeladen die Kieler Forschungswerkstatt sowie ihr vielfältiges Programm kennenzulernen. Selbstverständlich können wir hierbei auch bereits erste Projektideen besprechen. Ergänzend zum Kennenlernangebot für alle Altersstufen finden im September auch erste thematische Angebote für bestimmte Klassenstufen statt (siehe unten).

Nach den Herbstferien beginnt dann ein Kursangebot, das die Mädchen und Jungen beim Finden und Ausformulieren eigener Forschungsfragen unterstützt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um thematische Angebote aus den einzelnen Laboren, Vorträge zu aktueller Forschung oder Workshops zu wissenschaftlichen Methoden wie das Mikroskopieren. Einzelheiten zum Kursangebot folgen in Kürze.

Schnuppertermine des SFZ Kieler Forschungswerkstatt im September

immer Mittwoch- und Freitagnachmittag 15 bis 18 Uhr (während dieser Zeiten ist ein Besuch des SFZ flexibel möglich; es gibt keine festen Start- und Endzeiten für die einzelnen Angebote)
Ort: Schülerforschungszentrum Kieler Forschungswerkstatt, Am Botanischen Garten 16 i, 24118 Kiel

  • 12. September: Hydrophile und (super-)hydrophobe Oberflächen, ab Klasse 9
  • 14. September: Forschen für die Jüngsten, Klasse 3 bis 5
  • 19. September: Feinstaub und Luftkeime – Wie sauber ist unsere Luft?, ab Klasse 8
  • 21. September: Elektrische Kristalle, ab Klasse 9
  • 26. September: Feinstaub und Luftkeime – Wie sauber ist unsere Luft?, ab Klasse 8
  • 28. September: Was leuchtet denn da? Fluoreszierende Stoffe, ab Klasse 6

Keine Anmeldung erforderlich

Freies Forschen, Workshops und Kursangebote im SFZ Kieler Forschungswerkstatt

ab dem 24. Oktober immer Mittwoch- und Freitagnachmittag von 15 bis 18 Uhr
Schülerforschungszentrum Kieler Forschungswerkstatt, Am Botanischen Garten 16 i, 24118 Kiel

Das Programm wird in Kürze hier veröffentlicht.

Anmeldung erforderlich per E-Mail an info@forschungs-werkstatt.de

Lage des Schülerforschungszentrums

Das Schülerforschungszentrum liegt in den neu errichteten Modulbauten im Botanischen Garten. Ein Lageplan findet sich hier.

Anreise mit dem Auto

Das Schülerforschungszentrum und die Kieler Forschungswerkstatt befinden sich im Botanischen Garten der Kieler Universität. Parkmöglichkeiten gibt es am Ende der Leibnizstraße. Die Schranke am Anfang der Leibnizstraße wird geöffnet, wenn Sie Bescheid geben, dass Sie zum Botanischen Garten möchten.

Anreise mit Bus und Bahn

Buslinien 50, 81 und 60S (Schnellbus) zur Endhaltestelle „Botanischer Garten“, von der aus das Schülerforschungszentrum durch den Haupteingang des Botanischen Gartens bequem zu erreichen ist.

Buslinien 6 und 61/62 zu den Haltestellen „Uni-Sportstätten“ bzw. „Leibnizstraße“, von denen aus der Botanische Garten zu Fuß gut zu erreichen ist. Der Fußweg von der Haltestelle „Leibnizstraße“ ist geringfügig kürzer.

Bis auf die Buslinie 6 fahren die genannten Linien alle über den Hauptbahnhof Kiel.

Netzwerk Schülerforschungszentren Schleswig-Holstein (SFZ-SH)

Das SFZ Kieler Forschungswerkstatt ist einer von insgesamt sechs Standorten des Netzwerkes Schülerforschungszentren Schleswig-Holstein. Hierbei handelt es sich um ein gemeinsames Projekt der Joachim Herz Stiftung, des Ministeriums für Bildung, Wissenschaft und Kultur des Landes Schleswig-Holstein sowie des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN).

Seit Beginn des Schuljahres 2017/18 wurden im Rahmen des Netzwerks an insgesamt sechs Standorten in Schleswig-Holstein Schülerforschungszentren aufgebaut.

An elf Stützpunktschulen sowie in der Kieler Forschungswerkstatt stehen den Mädchen und Jungen gut ausgestattete Räumlichkeiten und eine individuelle Betreuung durch Fachkräfte zur Verfügung. Auch Hochschulen, weitere Forschungs- und Bildungseinrichtungen sowie Unternehmen sind regional in die Angebote der Zentren eingebunden. So erhalten die Jugendlichen Gelegenheit, die Arbeit in Forschungsverbünden kennenzulernen sowie gemeinsam kreative Lösungen zu entwickeln und umzusetzen.

Alle Infos unter www.sfz-sh.de

In der Kieler Forschungswerkstatt bieten wir nicht nur Programme für Schülerinnen und Schüler an. Auch Lehrerinnen und Lehrer können bei uns neue Anregungen und Impulse für ihren Unterricht erhalten.

Durch unsere Lehrerfortbildungen bekommen Sie die Möglichkeit sich über aktuelle Forschungsthemen zu informieren. Sie erhalten wertvolle Tipps und Anregungen, wie Sie diese in den Unterricht integrieren und an Lehrplanthemen angliedern können.

Vorab stellen wir eine obligatorische und kostenlose praktische Einführung mit dem Titel „Nanotechnologie im Alltag“ zur Verfügung. Diese Stationsarbeit wird im Rahmen von ein bis zwei schulischen Doppelstunden vorbereitend durchgeführt.

Nach Vereinbarung eines klick!:labor Besuchs geht Ihnen das Experimentierpaket postalisch zu oder kann nach Terminvereinbarung abgeholt werden.