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.

Science Research Club für Jungen und Mädchen ab der 3. Klasse
ab 26. Oktober 2018 immer freitags von 15 bis 18 Uhr

Wer findet das Gelbe vom Ei? Wie macht man eigentlich Honig oder stellt eigene Klebestifte her? Und wer ist der beste Lampendetektiv? Im Science Research Club treffen wir uns immer freitags von 15 bis 18 Uhr, um zusammen zu tüfteln und zu forschen. Wir bearbeiten verschiedene Forschungsfragen und wollen dabei auch mit dir zusammen dein eigenes Forschungsprojekt finden.

Hinweis: Nach vorheriger Absprache ist es im Science Research Club prinzipiell möglich zu einer späteren Uhrzeit dazu zu stoßen oder auch früher zu gehen. Bei unserem ersten Treffen am 26. Oktober möchten wir jedoch mit allen gemeinsam die Zeit von 15.30 bis 17.30 Uhr nutzen. Bitte plant an diesem Tag ein, in jedem Fall in der angegebenen Zeit bei uns zu sein!

Freies Forschen für Mädchen und Jungen ab der 8. Klasse
nach Vereinbarung im Rahmen der Öffnungszeiten

Du hast schon eine eigene Idee oder ein eigenes Forschungsprojekt, an dem du bei uns frei forschen möchtest? Dann melde dich unter sfz@forschungs-werkstatt.de an und wir besprechen mit dir dein Forschungsvorhaben. Dieses kannst du dann während der Öffnungszeiten des SFZ selbstständig bearbeiten.

Feinstaub und Luftkeime: Wie sauber ist unsere Luft? (Alle Klassenstufen)
Einzeltermin am 24. Oktober 2018 von 15 bis 18 Uhr

An diesem Nachmittag wollen wir mit euch zusammen unsere Luft untersuchen. Wir erforschen wie sauber eigentlich die uns umgebenden Luft ist, die wir immerzu einatmen. Außerdem schauen wir beispielsweise, wie hoch die Belastung an Feinstaub ist oder welche Keime sich in unserer Luft finden. Neben der Bearbeitung verschiedener Forschungsfragen, wollen wir dich auch dabei unterstützen, dein eigenes Forschungsprojekt zu finden.

Der Treibhauseffekt - Fluch, Segen oder ein bisschen von beidem? (ab der 8. Klasse)
am 2. November, 7. November und 9. November von 15 bis 18 Uhr

Wie beeinflussen verschiedene Gase den natürlichen Treibhauseffekt? Und wie stark beeinflussen Menschen die Klimaerwärmung? Diesen und anderen Fragen wollen wir mithilfe von verschiedenen Experimenten auf den Grund gehen. Hierzu entwickeln wir mit euch gemeinsam physikalische Modelle. Auch untersuchen wir die Auswirkungen von verschiedenen Gasen auf unsere Atmosphäre experimentell.

Workshop Mikroplastik (ab der 7. Klasse)
vom 14. bis 28. November 2018 immer mittwochs von 15 bis 18 Uhr

In diesem Workshop dreht sich alles um das Thema Mikroplastik: Welche Kosmetikprodukte enthalten Mikroplastik? Wie viel Mikroplastik finden wir an unseren Stränden? Kann man Mikroplastik wieder aus dem Meer heraus holen? Und welche Effekte hat Mikroplastik auf Lebewesen? All diesen Fragen widmen wir uns an den drei Terminen. Gleichzeitig helfen wir dir dabei, dein eigenes Forschungsprojekt finden, an dem du im Anschluss an den Workshop weiterarbeiten kannst.

Workshop Lebensmittelchemie (ab der 9. Klasse)
vom 4. Januar bis 25. Januar 2019 immer freitags von 15 bis 18 Uhr

Wie unterscheidet man verschiedene Lebensmittel voneinander? Ist Obst wirklich so gesund? Und mit welchen Methoden können Lebensmittel untersucht werden? Diese und weitere Fragestellungen möchten wir im Workshop Lebensmittelchemie mit dir gemeinsam untersuchen. Ein Fokus liegt dabei auf dem Erlernen von Methoden und Arbeitsweisen zur Untersuchung von Lebensmitteln. Ausgestattet mit dem richtigen Handwerkszeug, kannst du im Anschluss an den Workshop an deinem eigenen Forschungsprojekt weiterarbeiten.

ACHTUNG! Für alle Workshops ist eine Anmeldung erforderlich. Schicke hierzu einfach eine E-Mail an sfz@forschungs-werkstatt.de

Lage des Schülerforschungszentrums

Das Schülerforschungszentrum findet ihr in den neu errichteten Modulbauten im Botanischen Garten. Einen Lageplan gibt es hier.

Anreise mit dem Auto

Der Botanische Garten der Kieler Universität, wo sich das Schülerforschungszentrum und die Kieler Forschungswerkstatt befinden, ist mit dem Auto gut zu erreichen. Parkmöglichkeiten gibt es am Ende der Leibnizstraße. Die Schranke am Anfang der Leibnizstraße wird geöffnet, wenn Ihr Bescheid geben, dass Ihr zum Botanischen Garten möchtet.

Anreise mit Bus und Bahn

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

Die Buslinien 6 und 61/62 halten an den Haltestellen „Uni-Sportstätten“ bzw. „Leibnizstraße“, von denen aus der Botanische Garten zu Fuß ebenfalls 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.