Im klick!:labor tauchen Schulklasen in die Welt der Nanowissenschaften ein

klicklabor

Wo kommen wir im Alltag mit Nanotechnologie in Berührung?

Im klick!:labor beschäftigen sich Schulklassen der Stufen 8 bis 10 sowie der Oberstufe in zwei verschiedenen Angeboten 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 untersuchen die Jungen und Mädchen bei ihrem Besuch im klick!:labor. Hierbei handelt es sich um Moleküle, die auf Kommando ihre Eigenschaft, wie Farbigkeit oder Magnetismus ändern können.

Das teilweise überarbeitete Angebot für die Oberstufe können wir wahlweise auch bei Ihnen in der Schule durchführen. Diese Besuche erfolgen nach individueller Rücksprache mit Insa Stamer (Telefon: 0431-880 4545 oder per E-Mail an stamer@ipn.uni-kiel.de).

Das Angebot nawi:klick für die Klassenstufen 8 bis 10 führen wir ausschließlich in der Kieler Forschungswerkstatt durch.

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 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.

klick! für die 10.-13. Klassenstufe
Im Programm klick erfahren Schülerinnen und Schüler mehr über die Nanowissenschaften

Freie Wahl des Lernortes

Das nanowissenschaftliche Programm klick! führen wir an zwei unterschiedlichen Lernorten durch. Entweder kommt das Team des klick!:labors mit dem Angebot zu Ihnen in die Schule oder Sie besuchen uns mit den Schülerinnen und Schülern in der Kieler Forschungswerkstatt. An beiden Orten durchlaufen die Jugendlichen identische Versuchsstationen. Bei der Durchführung in der Schulen entfallen auf das Programm zwei Doppelstunden bzw. insgesamt vier Schulstunden. Im Schülerlabor besuchen Sie uns von in der Regel 9 bis 14 Uhr.

Nano-Grundlagen, chemische Schalter und Videos aus der Forschung

Innerhalb des Angebotes lernen die Jungen und Mädchen verschiedene Bereiche aus dem Feld der Nanowissenschaften kennen. Folgende Experimente sind den jeweiligen Themenfeldern  zugeordnet:

Bereich 1: Nano-Grundlagen

  • Herstellung von Goldnanopartikeln
  • Computersimulationen
  • Kontaktwinkelmessung
  • Generierung von modifizierten Oberflächen

Bereich 2: Chemische Schalter

  • Alltagsschalter
  • Spiropyran: Schalten mit Licht
  • Farbe auf Knopfdruck: Schalten mit Strom

Bereich 3: Videos aus der Forschung

  • Fünf Videos, die als Einleitung in die Versuche dienen
    Die fünf- bis zehnminütigen Videos zu den Stationen stellen die aktuelle Forschung sowie den Arbeitsalltag von Forschenden vor. Sie zeigen viele unterschiedliche Facetten, wie beispielsweise die typischen Laborarbeiten, aber auch Besuche von Fachtagungen, das Geben von Seminaren und das Publizieren von Ergebnissen. Die Schülerinnen und Schüler erhalten so die Möglichkeit in die Welt der Wissenschaft einzutauchen und einen authentischen Einblick in die Arbeitswelt der Forschenden zu erhalten.

Während des Thementages begleiten uns folgende Leitfragen:

  • Stationen zu Nano-Grundlagen:
    Was bedeutet Nanowissenschaft? Wie lassen sich die besonderen Eigenschaften der Nano-Welt erklären? Mit welchen Methoden und Verfahren lassen sich Nanostrukturen und Funktionen untersuchen? Wie können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler z.B. Oberflächen modifizieren?
  • Stationen zu chemischen Schaltern:
    Welche Prinzipien des chemischen und physikalischen Schaltens von Materie werden zur Konstruktion von (Nano)Schaltern ausgenutzt? Welche Alltagsprodukte gibt es in diesem Bereich bereits?
  • Videos aus der Forschung:
    Wie sieht der Arbeitsalltag von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus? Was sind typische Laborarbeiten? Welche Aufgaben müssen neben dem reinen Forschen außerdem bewältigt werden?

Beispiel aus Bereich 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.

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

Im Schülerforschungszentrum Kieler Forschungswerkstatt können Kinder und Jugendliche in ihrer Freizeit alleine oder mit ihren Freundinnen und Freunden an eigenen Projekten frei forschen. Allen, die noch keine Forschungsidee mitbringen, bieten wir außerdem an, gemeinsam angeleitet zu forschen und sie beim Finden von Forschungsprojekten zu unterstützen. Unser Schülerforschungszentrum steht als Nachmittagsangebot allen Schülerinnen und Schülern ab Klasse 4 offen, unabhängig vom Wohnort oder der Schulform. Der Besuch und die Teilahme sind kostenfrei.

Weitere Informationen zu den Angeboten im Schülerforschungszentrum.

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.

Jetzt anmelden! Nano Summer School für Lehrkräfte am 27. und 28.07.2021
Experiment mit Kartoffeln zum Thema nano im nawi:klick!

Nanotechologie im Unterricht

Makro, mikro, nano – unsere Welt wird immer kleiner. Längst hat die Nanotechnologie Einzug in unseren Alltag gehalten und gewinnt als Forschungsfeld zunehmend an Bedeutung. Sie bietet damit großes Potenzial, chemische Fachinhalte im Kontext aktueller wissenschaftlicher Forschung im Unterricht zu vermitteln und gleichzeitig die tägliche Lebensumwelt der Schülerinnen und Schüler einzubeziehen. So nennt auch der Leitfaden zu den Fachanforderungen Chemie in Schleswig-Holstein die Nanotechnologie als möglichen Kontext, um zum Beispiel Struktur-Eigenschafts-Beziehungen auf verschiedenen Systemebenen zu thematisieren.

Nano Summer School in der Kieler Forschungswerkstatt

In der Nano Summer School beleuchten wir gemeinsam das Thema Nanowissenschaften und seine Nutzung im Chemieunterricht der Sekundarstufen I und II aus verschiedenen Perspektiven. Im Mittelpunkt der Fortbildung stehen experimentelle Workshops. Hier haben Sie Gelegenheit, Unterrichtsexperimente kennenzulernen und durchzuführen sowie direkt Rückmeldungen zu geben oder zu bekommen. Verschiedene Schülerlabore, Lehrkräfte sowie Fachdidaktikerinnen und -didaktikern haben diese Experimente gemeinschaftlich entwickelt und erprobt. Ergänzend erhalten Sie Vorschläge für die curriculare Einbindung des Themas sowie entsprechende Unterrichtsmaterialien.

Wissenschaftliche Vorträge zum Thema Nano und kollegialer Austausch

Zusätzlich zu den Workshops stellen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Forschungsschwerpunkt KiNSIS (Kiel Nano, Surface & Interface Science) der Kieler Universität Themen aus ihrer aktuellen Forschungsarbeit vor. Im Rahmen dieser Fachvorträge werden auch didaktische Perspektiven aufgezeigt und gemeinsam diskutiert.

Neben den Workshops und Vorträgen bietet das Programm der Nano Summer School auch ausreichend Gelegenheit zum kollegialen Austausch. In Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen können Sie vorhandene Materialien überarbeiten, für den  Unterricht anpassen und individuelle Arbeitsblätter erstellen.

ACHTUNG: Da es sich um eine Präsenzveranstaltung handelt, wird die Durchführung von der aktuellen Pandemiesituation abhängen. Informationen über den aktuellen Stand erhalten Sie hier.

Das Wichtigste in Kürze:

  • Was? Nano Summer School für Lehrkräfte
  • Wann? 27. bis 28. Juli 2021, jeweils 9 bis 18 Uhr
  • Wo? Kieler Forschungswerkstatt, Am Botanischen Garten 16i, 24118 Kiel
  • Für wen? Lehrkräfte aus Schleswig-Holstein sowie Lehramtsstudierende (max. Teilnehmerzahl: 20)

Die Veranstaltung ist als dienstliche Fortbildungsveranstaltung anerkannt.

Informationen zum Download

Anmeldung zur Nano Summer School

Lehrkräfte können sich bis zum 10. Juni, 9 Uhr, bei formix unter der Veranstaltungsnummer CHE0129 anmelden. Studierende melden sich bitte unter der angegebenen Kontaktadresse.

Kosten und Übernachtung

Die Veranstaltung wird vom IQSH und dem Projekt LeaP@CAU finanziert. Es gibt keine Teilnahmegebühr.

Für den Fall, dass Sie in Kiel übernachten möchten, ist ein Zimmerkontingent im GHotel reserviert.

Kontakt Nano Summer School

Silke Rönnebeck
E-Mail: roennebeck@leibniz-ipn.de

Über die Nano Summer School

Die Nano Summer School für Lehrkräfte ist eine gemeinsame Veranstaltung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN), der Kieler Forschungswerkstatt sowie des IQSH. Ertsmalig stattgefunden hat sie im Sommer 2018.

Im vergangenen Jahr musste die Präsenz-Fortbildung coronabedingt leider entfallen. Als Alternative fand von November 2020 bis Februar 2021 die Online-Reihe "Nanotechnologie für den Unterricht" statt. An vier Terminen gaben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Wintersemester 2020/21 anhand von Vorträgen und Experimenten Einblicke in aktuelle Forschungsthemen. Der große Anwendungsbezug des Themas "Nanotechnologie" sorgte für viele Anknüpfungspunkte zum Chemieunterricht. Einen Veranstaltungsrückblick sowie weitere Informationen finden Sie hier.

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.

 

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