Aktuelles aus dem MINT-Bereich - Schuljahr 2017/18

Vier interessierten Schülern des Q11-Physik-Kurses wurde es ermöglicht, an einem physikalisch-technischen Symposium der Bayrischen Akademie der Wissenschaften (BAdW) in Garching bei München teilzunehmen, um sich über den neuesten Stand der Technik zum Thema „Informationsübertragung mit Photonen“ zu informieren. Los ging es am 19.4., als sich nach der Anreise gleichgesinnte Schüler aus 50 verschiedenen Gymnasien in Bayern beim gemeinsamen Abendessen austauschen konnten und die Gelegenheit ergriffen neue Kontakte zu schließen.

Am nächsten Morgen wurden alle Teilnehmer mit dem Bus ins Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen gebracht. Der Vormittag wurde dann genutzt um einen Einblick in den Arbeitsalltag am DLR zu bekommen. Dafür gab es zunächst eine Führung durch die Flughalle, in der gezeigt und erklärt wurde, wie aufwendig eine Forschungsmission ist, da viele verschiedene Forschungsgeräte jedes Mal ein- und ausgebaut werden müssen. Anschließend wurden alle durch das Galileo-Kontrollzentrum geführt, wo wir Informationen zu Satelliten bekamen. Die letzte Führung im DLR bestand darin, dass wir das Raumfahrtkontrollzentrum besichtigen durften, von dem aus das deutsche Labor auf der Internationalen Raumstation (ISS) gesteuert wird. Dabei wurden Eindrücke aus dem Arbeitsalltag der Astronauten dargestellt.

Der Nachmittag wurde im Rahmen des Symposiums mit verschiedenen Vorträgen hochkarätiger Experten zum oben genannten Rahmenthema verbracht. Im ersten Vortrag ging es um die Verbesserung des Internets mit Hilfe von Glasfaserkabeln. An diesen schloss der zweite Redner an. Er erklärte die neuesten Forschungsergebnisse und Theorien, wie mit Photonen über Satelliten das Internet flächendeckend verbessert werden kann. Ein anderes Thema wurde im dritten Vortrag behandelt. Hier ging es darum, wie mit Photonen etwas so verschlüsselt werden kann, dass es keine Möglichkeit gibt das Verschlüsselte komplett zu entschlüsseln. Der letzte Vortrag war nicht von physikalischer Natur, da ein Psychologe die sozialpsychologischen Auswirkungen der Technik behandelte. Damit war das überaus interessante Programm bereits beendet. Als Fazit lässt sich sagen, dass es eine spannende Möglichkeit war Einblicke in aktuelle physikalisch-technische Themengebiete zu bekommen, die über den Schulstoff hinausgehen.

Dominik Schwägerl, Q11

Im Physikunterricht wurde die Q11 bereits im Januar informiert, dass das Department Physik der Universität in Erlangen einen Schülerforschungstag veranstaltet. Dieser dient dazu, einen tieferen Einblick in die Atomphysik und das physikalische Auswerten von Daten zu gewinnen. Ich habe mich entschieden, zusammen mit meinen Mitschülern Christian Baum und Dominik Schwägerl daran teil zu nehmen, da ich meinen diesbezüglichen Horizont erweitern und die Gelegenheit, in das Studium hineinzuschnuppern, nutzen wollte.

Während des gesamten Vormittages wurden wir mittels Vorträgen von Dozentinnen tiefer in die Thematik der Elementarteilchenphysik eingeführt. Das erste Referat handelte vom Aufbau dieser Strukturen, während wir von der anderen Dozentin über Messgeräte und das Sichtbarmachen der Teilchenbestandteile aufgeklärt wurden. Dabei wurde tiefer auf die Atommodelle unterschiedlicher Physiker und die neuesten Theorien eingegangen. Außerdem wurden wir über einen speziellen Detektor, mit dem man Abspaltungen von Teilchen erkennen und damit auf den Reaktionsverlauf und die beteiligten Elemente schließen kann, informiert. Nach den Vorträgen folgte eine einstündige Mittagspause. Am Nachmittag wurde uns ermöglicht das erlernte Wissen praktisch anzuwenden. Dies erfolgte in Partnerarbeit an Computern. Durch die Nutzung eines speziellen Programms durften wir Daten der Reaktion eines Protonenzusammenpralls auswerten und nach sogenannten Higgs suchen. Higgs-Teilchen treten bei bestimmten Zusammenstößen auf und man hat außer der Erkenntnis der Existenz dieser Teilchen kaum Informationen zu ihnen.

Der nächste und letzte Tagesordnungspunkt war eine Videokonferenz, in der wir mit drei anderen Universitäten Europas, die an diesem Tag dieselbe Veranstaltung durchgeführt haben, und zwei Mitarbeitern des CERN in Genf auf Englisch die Ergebnisse des Datenauswertens verglichen. Zudem durften wir den beiden Physikern Fragen zu ihrem Beruf und dem Weg dorthin stellen. Als Abschluss der Videokonferenz wurde noch ein Quiz durchgeführt, anhand dessen alle Schüler erkennen konnten, wie viel sie an diesem Tag gelernt haben. Nachdem jeder Teilnehmer ein Zertifikat bekommen hat, war die Veranstaltung beendet.

Obwohl ich an diesem Tag mit etlichen komplizierten Fakten und neuer Thematik konfrontiert wurde, konnte ich viel lernen. Zum einen habe ich mein Wissen zur Atomphysik innerhalb dieser kurzen Zeit enorm vergrößert. Zum anderen kann ich mir jetzt besser vorstellen, woran Teilchenphysiker forschen und vor allem wie das praktische Arbeiten am PC aussieht. Darüber hinaus fand ich die Erfahrung, einen ganzen Tag an einer Universität zu verbringen und einen möglichen Studentenalltag zu erleben, sehr schön.

Sandra Schwandner Q11

Am 7.3.18 fand in Erlangen an der FAU im ECAP (Erlangen Centre for Astroparticle Physics) die IceCube Masterclass statt, an welcher wir, Jesko Fröhlich, Jeremias Mennecke und Tobias Kirch aus dem Q11-Physik-Kurs die Möglichkeit hatten teilzunehmen. Im Rahmen der Vorstellung über die verschiedenen Arten von kosmischer Strahlung und der Funktionsweise des IceCube erfuhren wir viel über moderne Forschung und die Arbeitsweise in der Astrophysik. Das IceCube selbst ist ein Teilchendetektor im Eis des Südpols, der in der Lage ist Myonen zu detektieren. Dies geschieht mithilfe von Photodetektoren, welche das Cherenkov-Licht, welches die Myonen aufgrund ihrer sehr hohen Geschwindigkeit ausstrahlen, messen kann. Die Myonen selbst entstehen in der Sonne oder in anderen Quellen im Universum. Sie können aber auch bei der äußerst seltenen Reaktion von Neutrinos entstehen und genau solche Myonen sind es, die man mit dem IceCube detektieren möchte. Im Rahmen der Masterclass erfuhren wir, wie die Forscher die bei der Reaktion eines Neutrinos entstandenen Myonen vom sogenannten „Underground“, also den für die Forscher uninteressanten Myonen z.B. aus der Sonne, trennen. Am meisten haben mich hierbei die praktischen Einheiten überzeugt, so konnten wir selbst am Rechner Daten des IceCube auswerten und uns ein klein wenig in die Arbeitswelt eines Forschers einfühlen. Nachdem dann auch das Trockeneis mit etwas Verspätung geliefert worden war, bauten die Teilnehmer in Dreier-Gruppen ihre „eigene“ Nebelkammer. Dies war einfacher als gedacht. Mit ein bisschen Trockeneis und Isopropanol ging das Ganze recht schnell und es dauerte nicht lange bis wir unsere ersten Alpha-Strahlen und mit der Zeit auch ein paar Elektronen erkennen konnten. Gegen Ende der Veranstaltung fand noch eine Live-Schaltung nach Münster zu einer anderen IceCube Masterclass statt, während der wir uns über unsere zuvor besprochenen Verbesserungen oder Veränderungen des IceCube austauschten. Die hierbei aufkommenden Ideen reichten von tatsächlich so geplanten bis hin zu wahnwitzigen Vorstellungen. Eine dieser utopischen Ideen war der Vorschlag, das IceCube zur Abschirmung vor atmosphärischen Neutrinos ins All zu verfrachten. (kleine Anmerkung: Das IceCube ist, was die Größe anbelangt, ein Achteck mit der Fläche von einem km², das 2,5 km tief ins Eis ragt) Zudem war es durch die Veranstaltung und den Austausch mit den Referenten gut möglich, in die Welt der Astrophysik einzutauchen und sich ein Bild von diesem Teilbereich der Physik und dessen Studium zu machen. Für alle, die sich für Astronomie, Astrophysik oder Physik allgemein interessieren, ist die IceCube Masterclass auf jeden Fall zu empfehlen. Die Veranstaltung war ein voller Erfolg und da war es auch nicht schlimm, dass wir den ersten Nachmittag der Orientierungstage verpasst haben.

Nebelkammer mit Spur (Foto: T. Kirch)

Tobias Kirch Q11

Nein, in dieser Stunde ging es nicht um Ernährung, sondern um das Basteln von Wirbelsäulenmodellen. Die Schüler bastelten aus verschiedenen Lebensmitteln Modelle der menschlichen Wirbelsäule und diskutierten anschließend, welche Funktionen an ihren Modellen gut sichtbar sind und welche weniger. Ganz nebenbei wurde ihnen dabei klar, was man in den Naturwissenschaften unter einem Modell versteht. Die genüssliche Demontage der Modelle machte natürlich auch viel Spaß! Außerdem wurden verschiedene Drahtmodelle der Wirbelsäule auf ihre Belastbarkeit getestet und Modelle von Gelenktypen gebastelt.

Dieses Verknüpfung von praktischem Arbeiten mit theoretischen Erkenntnissen, sowie die Freude am Basteln und Experimentieren ist der Leitgedanke für den Natur und Technik-Unterricht in der fünften Jahrgangsstufe. In einer der drei Stunden pro Woche sind die Fünftklässer im Natur und Technik –Unterricht geteilt, wodurch das praktische Arbeiten viel besser und zielgerichteter stattfinden kann.

So lernten die Schüler das Zeichnen von Diagrammen, indem sie die Siedetemperatur von Wasser durch schrittweises Erhitzen ermittelten. Gute Dienste leisteten dabei auch die neuen Magnettafeln, an welchen sich kleine Versuche schnell aufbauen und befestigen lassen.

Außerdem erforschten die Schüler die Eigenschaften von Stoffen, den Aufbau von Zellen und die Sinnesorgane des Menschen. In einem klasseninternen Wettbewerb wurde das Team ermittelt, das die stabilste Papierbrücke baute. Die besten Brücken aus nur vier Blatt Papier trugen über zwei Kilogramm!

Damit dieses praktische Arbeiten auch in den nächsten Jahren stattfinden kann, wurden von den Lehrkräften Experimentierboxen zusammengestellt, welche die Durchführung in den folgenden Schuljahren erleichtern sollen.

Marion Ludwig

Im Schuljahr 2017/2018 hatten 11 Schülerinnen und Schüler der 5. bis 7. Jahrgangsstufe großes Interesse an physikalischen Phänomenen und viel Spaß beim selbständigen Experimentieren, das natürlich im Vordergrund stand. Dabei wurden viele Teilgebiete der Physik gestreift: Wir untersuchten den Schwerpunkt von Körpern und ließen einen Clown auf einem Seil tanzen, brachten Weingläser zum Schwingen und bastelten eine Lochsirene. Viel Spaß brachten Tests zur Stabilität von Nudelbrücken. Im Anschluss untersuchten wir optische Phänomene: Was passiert mit Licht bei Spiegeln oder Sammel- und Zerstreuungslinsen wie in unseren Brillen? Bei Versuchen zu Farben zeigten wir Teamfähigkeit! Und schließlich wagten wir uns an die Elektrizitätslehre: wichtige Stromkreise, Messgeräte für Profis, Zitronenbatterien, der Bau eines kleinen Elektromotors…

Die Mädels hatten das beste Fingerspitzengefühl, hier bauten sie die größte Leonardo-Brücke.

Wer mochte, konnte Wünsche äußern, was ausprobiert oder gebaut werden soll. Und so entstand auch ein Modell von unserem Planetensystem. Bis zum Schuljahresende wird wohl der Wunsch, das Löten zu lernen, auch in Erfüllung gegangen sein.

Andrea Fröhlich

Bericht aus dem Schuljahr 2016/17

Im Schuljahr 2016/17 wurde dieser Wahlkurs neu mit einer Wochenstunde angeboten und für sieben Schüler und Schülerinnen aus den 6. und 7. Klassen eingerichtet. In zwangloser Atmosphäre nähern sich die Schüler Phänomenen aus allen Teilbereichen der Physik und fächerübergreifend darüber hinaus, wo sich Überschneidungen zu anderen Naturwissenschaften ergeben. Es wird Wert darauf gelegt, dass sie alle Experimente selber aufbauen. Bevorzugt werden Materialien, die den Schülern aus ihrem Alltag bekannt sind, andere werden durch die betreuende Lehrkraft besorgt. Nicht zu kurz kommen bei jedem Experiment auch die eingehende Beobachtung der Phänomene und ihre altersgemäße Erklärung. In den Wahlunterricht integriert ist auch ein mehrwöchiger Lötkurs, in dem die Teilnehmer und Teilnehmerinnen die Grundlagen dieser technischen Fertigkeit erwerben.

Ein Auszug aus der Liste der durchgeführten Versuche:

• Bau von Elektromotoren verschiedener Art
• Untersuchung von Seifenblasen und ihrem Verhalten
• Reibungselektrizität
• Stabilitätsuntersuchungen an Platten verschiedener Materialien und Formen (plane Platten, Wellblechplatten, menschliche Knochen und ihr Bau …)
• Bau verschiedener rotierender Scheiben und Untersuchung der optischen Phänomene
• Bau und Untersuchung des Bewegungsverhaltens eines Dampfkreisels

Ziel ist es, die jungen Schülerinnen und Schüler in nicht nur, aber auch in spielerischer Weise neugierig zu machen auf die vielfältigen „Wunder“ der Physik und ihrer Nachbargebiete, sie zur Beschäftigung mit ihnen anzuregen, genaues Beobachten zu schulen und so letztlich die Grundlage für eine spätere, länger andauernde und tiefgründigere Beschäftigung mit den Naturwissenschaften im Allgemeinen und der Physik im Besonderen zu legen.