Studienorientierung hands-on

Die Schülerinnen und Schüler lösen einen fiktiven Mordfall anhand gesammelter Indizien (Fliegenlarven, Blutspuren und DNA-Fragmente). Sie bestimmen dazu zuerst den Todeszeitpunkt des Opfers über die Auswertung von Diagrammen, finden dann die Blutgruppe der Verdächtigen über Papp-Modelle durch Testen auf mögliche Koagulation heraus und vergleichen abschließend mit Bastelscheren die entstehenden DNA-Bandenmuster der Verdächtigen mit am Tatort gefundenen DNA-Fragmenten (Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus).

Die Schüler*innen erfahren ausgehend von einer ausgewählten Erbkrankheit das naturwissenschaftliche Vorgehen und die biochemischen Arbeitsmethoden, um die Hintergründe eines biologischen/medizinischen Problems aufzuklären und erhalten einen Einblick in die Vielseitigkeit unseres Erbmaterials. Die Schüler*innen isolieren dabei selbstständig DNA aus einem Obst oder Gemüse und können die isolierte DNA mit dem bloßen Auge sehen.  

In dieser Aktivität tauchen die Schüler/innen spielerisch in die Welt der Chemie ein, indem sie mithilfe einer „Black-Story“ ein Verbrechen aufklären, das nur durch chemische Analysen gelöst werden kann. Sie schlüpfen in die Rolle von Chemieanalysten und entdecken den faszinierenden Afterglow-Effekt.

Nach der Einführung untersuchen die Schüler/innen eine nachleuchtende Substanz und analysieren deren Zusammensetzung mithilfe von EDX-Spektren. Anschließend synthetisieren sie das Afterglow-Pigment basierend auf ihren Analyseergebnissen selbst. Das hergestellte Pigment wird mit Silikon vermischt und in Diamantenformen gegossen, um es im Pizzaofen auszuhärten. Unter UV-Licht leuchtet das Pigment grün und bringt die Schüler/innen zum Staunen. 

In dieser Aktivität erfahren die Schüler/innen, wie Emulgatoren wirken und wie sie in der Lebensmittelproduktion genutzt werden können. Durch kurze Vorversuche untersuchen sie die Effektivität verschiedener Emulgatoren in Öl-Wasser- oder Kakao-Milch-Emulsionen. Ziel ist es, basierend auf den Experimenten einen passenden Emulgator für die Zubereitung eines Schokoladendesserts auszuwählen. Anschließend stellen die Schüler/innen in Gruppen verschiedene Dessertvarianten her, die abschließend im Rahmen einer Qualitätskontrolle verkostet werden. 

Die Schülerinnen und Schüler kommen mit einem echten Verbrennungsmotor in Kontakt und machen sich Gedanken über die Technik, die in Motoren steckt. Sie bauen mit einer Filmdose und einem Piezo-Zünder ein Modell eines Brennraums, bei dem im Experiment schnell klar wird: Auf die richtige Mischung kommt es an – viel hilft nicht immer viel! Abschließend werden alternative Antriebstechnologien der Zukunft (Brennstoffzelle, Elektromotor) diskutiert.

In dieser Aktivität erkunden die Schüler/innen, wann sich die Erde differenziert hat und die Grundlage für einen habitablen Planeten entstand. Sie lernen die Bedeutung von Hafnium- und Wolfram-Isotopen und deren Verteilung in der Erde kennen, die für geowissenschaftliche Analysen essentiell sind.

Die Schüler/innen erleben einen typischen Labortag in der Geochemie: von der Probenahme über die Messung der Proben bis hin zur Datenanalyse und -diskussion. Mithilfe einer Nuklidkarte wird die Rolle der Isotope in der Geochemie erforscht, und echte Gesteinsproben, die den Erdmantel und den Erdkern repräsentieren, kommen zum Einsatz. Während des gesamten Prozesses führen sie ein Laborjournal, um am Ende die Frage beantworten zu können: Wann hat sich die Erde differenziert? 

Emojis beeinflussen die Textkommunikation im Internet, da sie den Sinn von Textnachrichten verändern können: „Das ist das dümmste Video, das ich je gesehen habe“ vs. „Das ist das dümmste Video, das ich je gesehen habe :D“. Es liegt daher nahe, dass Software die Bedeutung von Emojis miteinbeziehen können muss, um z.B. bewerten zu können, ob es sich um Hate-Kommentare handelt. Die Schüler*innen entwickeln in dieser Hands-on-Aktivität einen Code, der die Emotion hinter beliebigen Emojis erkennen soll. Dabei bauen sie selbst Emojis anhand vorgegebener Augen, Münder, usw. zusammen und testen ihre Entwicklungen gegenseitig.  

Auf der näherungsweise kugelförmigen Erdoberfläche und aus Papier gebastelten hyperbolischen Kegeln machen die Schülerinnen und Schüler mit Maßband und Geodreieck ungewöhnliche Entdeckungen: Beträgt die Winkelsumme im Dreieck wirklich immer genau 180°?

Was ist eigentlich „unendlich“? Diese Frage übersteigt mit Sicherheit unser Vorstellungsvermögen – nichts auf unserer Welt ist unendlich. Trotzdem handelt es sich um ein Konzept, das in der Mathematik häufig Anwendung findet. Die Schüler*innen haben bei dieser Hands-on-Aktivität die Gelegenheit das mathematische Unendlichkeitskonzept spielerisch und niederschwellig kennenzulernen. Dabei schlüpfen sie in die Rolle eines/einer Hotelmanager*in und müssen ein Hotel mit (abzählbar) unendlich vielen managen. Kann ein Hotel mit unendlich vielen Zimmern voll sein? Vielleicht dann, wenn auch unendlich viele Gäste kommen? Diese und weitere Fragen diskutieren die Schüler*innen in einem brettspiel-ähnlichen Setting gemeinsam und werden durch das Material angeleitet, die grundlegenden Kriterien des mathematischen Unendlichkeitskonzepts kennenzulernen.  

Ferner haben die Schüler*innen die Möglichkeit eine naturwissenschaftliche Anwendung der Unendlichkeit kennenzulernen, indem sie eine Ebene aperiodisch mit Hilfe der sog. Einstein-tiles kacheln und erfahren, dass diese Form der unendlich, aperiodischen Kachelung als Modellierung für Quasikristalle dienen kann. 

Die Schüler*innen schlüpfen in die Rolle von Marktforschenden und müssen Testgruppen entwickeln, die sieben verschiedene Produkte vergleichen, wobei jedoch immer eine Testperson drei verschiedene Produkte vergleicht und keine Testperson die gleichen Produkte testen soll. Diese anspruchsvolle Kombinatorik-Aufgabe wird durch Steiner-Triplets gelöst. Ferner erstellen die Schüler*innen Werbegeschenktüten und probieren aus, wie diese befüllt werden können, um den gegebenen, kombinatorischen Anforderungen zu genügen.

Knoten sind uns aus unserer Alltagswelt bekannt, täglich nutzen wir sie, wenn wir unsere Schuhe binden. Doch was definiert einen Knoten? Wie werden sie charakterisiert? Ab wann sind zwei Knoten verschieden? Die Schüler*innen lernen ganz praktisch die mathematische Definition von Knoten kennen und untersuchen verschiedenen Knoten auf Gleichheit. Dabei erfahren sie, was isotop Knoten sind, und lernen die Reidemeister-Bewegungen kennen, mit Hilfe derer sie isotope Knoten erkennen können. Von der Knotentheorie lässt sich abschließend ein Bogen in aktuelle naturwissenschaftliche Forschung spannen: So ist die Knotentheorie beispielsweise ein Werkzeug, um die Faltung von Proteinen zu beschreiben. 

In einer älter werdenden Gesellschaft steigt das Risiko an Krankheiten des Kreislaufsystems zu leiden. Darunter zählt auch die Arteriosklerose, wodurch Gefäßwände versteift und Arterien somit durch Ablagerungen verengt werden können. Patienten leiden folglich unter Durchblutungsstörungen. Um diesen entgegenzuwirken, wird das neue Start-Up Unternehmen Biochannel Co. KG gegründet. Dieses Unternehmen hat sich mit der Entwicklung und Produktion von Stents auseinandergesetzt. Die Schüler*innen sind somit Mitarbeiter/-innen in der Biochannel Co.KG und sollen mithilfe eines Lernzirkels die einzelnen Prozesse der Entwicklung des medizintechnischen Produktes (Stents) kennenlernen.

Das funktionelle Strukturieren von Materialien ist ein wichtiger Bestandteil der Nanotechnologie. Die Schülerinnen und Schüler entwickeln ein Verständnis für die Methode der Lithographie anhand eines einfachen optischen Aufbaus. Sie miniaturisieren ein selbst gezeichnetes Motiv auf eine Kupferplatine. In Theorie und Praxis können sie dabei Schritt für Schritt den Weg vom Entwerfen der Maske bis zur fertigen Struktur auf dem Substrat nachvollziehen. Anhand von kleinen Aufgaben werden physikalische und chemische Hintergründe erläutert.

Wie kann man mit Hilfe eines allgegenwärtigen Rohstoffs eines der großen Probleme der Zukunft lösen? Mit dieser einfachen Frage lässt sich diese Hands-on-Aktivität zusammenfassen. Im Detail geht es darum, Wasser zu filtern, um es zu Trinkwasser aufzubereiten. Dabei soll ein nachhaltiger, nachwachsender und vielleicht zunächst etwas überraschender Rohstoff eingesetzt werden: Cellulose.

Die Schüler*innen sehen sich in einem modellhaften Escaperoom gefangen und müssen mithilfe optischer Phänomene aus diesem entkommen. Sie erarbeiten sich in Kleingruppen die wesentlichen Phänomene der Schuloptik (Reflexion und Brechung) und erweitern diese um das Phänomen der Totalreflexion. Mit diesem Wissen können sie eine optische Faser einsetzten, um aus dem Escaperoom zu fliehen. Die Schüler*innen abreiten dabei selbstständig mit den optischen Materialien und einem Laser. Dabei sind sie sich auch Maßnahmen des Laserschutzes bewusst. Das Setting lädt dazu ein über die Arbeit in Optiklaboren, quantenoptische Forschung und dergleichen mehr ins Gespräch zu kommen.  

Mittels einer Videoanalyse vermessen die Schüler*innen ihre selbstgebauten Fallschirme und versuchen zu ermitteln, welche Größen (Gewicht des/der Springer*in, Fallschirmfläche) minimiert oder maximiert werden sollten. Dabei müssen die Schüler*innen ihr Wissen über s-t- und v-t-Diagramme einsetzen und die Videoanalyse-Software verwenden. 

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