Die Vermessung eines Katzenschnurrbarthaares

Einblicke in verborgene Welten im Kieler klick!:labor an der CAU

Verborgende Welten entdecken und an aktuellen Forschungsergebnissen teilhaben: Das können Schülerinnen und Schüler sowie Lehrkräfte im klick!:labor der Kieler Forschungswerkstatt. Wie beliebt das Angebot an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist, zeigen Nachfragen von Schulklassen sogar aus anderen Bundesländern. Das Labor ist Teil der Kieler Forschungswerkstatt, deren Besucherzahl sich seit Eröffnung im Schuljahr 2012/13 schon mehr als verdreifacht hat. Im klick! schlüpften bis heute rund 700 Schülerinnen und Schüler in die Rolle von Nanoforscherinnen und -forschern.

Vorbild ist die Wissenschaft, an der im Kieler Sonderforschungsbereich (SFB) 677 „Funktion durch Schalten“ gearbeitet wird. Ziel der Forscherinnen und Forscher ist es hier, chemische Schalter zu bauen, die unter anderem mit Licht angeregt bestimmte Funktionen erfüllen. Solche Moleküle sollen dann wie winzige Maschinen funktionieren. Eine Vision ist es, ein schonendes Kontrastmittel für medizinische Diagnosemethoden zu entwickeln. „Die Schülerangebote aus dem klick!:labor helfen uns dabei, unsere Forschung verständlich und spannend in die Schulen und die Öffentlichkeit zu bringen“, erklärt Professor Rainer Herges, Sprecher des SFBs, das Zusammenspiel zwischen beiden Projekten.

Viel Wert legen die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Labors daher auf ein authentisches Erlebnis für die Schülerinnen und Schüler: Weiße Laborkittel und Schutzbrillen sind Pflicht, denn schließlich wird mit Chemikalien und aktuellem Forschungsgerät gearbeitet. An verschiedenen Stationen lernen die jungen Besucherinnen und Besucher Grundlagen, Methoden und Nanotechnologie im Alltag kennen. Darüber hinaus können sie mit Hilfe von Kurzfilmen das echte Leben der Forscherinnen und Forscher in den Laboren der CAU kennen lernen.

Je kleiner die Strukturen, die für das Auge sichtbar gemacht werden sollen, desto aufwändiger sind die Instrumente und desto ausgefuchster die Verfahren. Rasterkraftmikroskop nennt sich beispielsweise das Instrument, mit dem kleinste Strukturen wie Atome mit einer feinen Nadel abgetastet werden. So entstehen Abbildungen von Oberflächen, die nur Milliardstel Meter groß sind. An diesem Tag in der Forschungswerkstatt schauen Abiturientinnen und Abiturienten des Kieler Ernst-Barlach-Gymnasiums fasziniert auf den Bildschirm, auf dem ein winziges Objekt schier riesig zu sein scheint: Vermessen wird ein Katzenschnurrbarthaar, das nur wenige hundert Mikrometer dick ist und nanometergroße Strukturen aufweist.

So „dick“ wie diese Strukturen ist in etwa auch die Haut von Seifenblasen, die an einer der nächsten Experimentierstationen berechnet wird. Diese dünne Schicht ist dafür verantwortlich, dass die Blasen in bunten Farben schillern, denn das Licht wird von der Vor- und Rückseite der Haut reflektiert. Jenny Stäcker, die in Kiel Biologie, Chemie und Mathematik im ersten Master-Semester studiert, betreut die Seifenblasenstation und sammelt Erfahrungen für ihr späteres Berufsleben als Lehrerin: „Ich kann hier meine Rolle als Lehrerin ausprobieren und lerne, welche Fragen von Schülerinnen und Schülern auch im Unterricht kommen können.“ Die Einbindung von Lehramtsstudierenden ist ein weiteres Merkmal der Kieler Forschungswerkstatt, hier arbeitet die CAU bundesweit mit anderen Standorten in einem von der Deutschen Telekomstiftung geförderten Projekt zusammen. Physikstudent Alexander Trumpf hat sogar eine eigene Station für die Forschungswerkstatt entwickelt, bei der es um Solarenergie geht.

Das Konzept des Labors zusammen mit dem Engagement der Studierenden kommt gut an in den Schulen Schleswig-Holsteins und darüber hinaus. Klassen aus Rendsburg, Lübeck und Lüneburg waren zum Beispiel zu Gast im klick!. Anke Schrautzer, Biologie- und Chemielehrerin, besucht die Forschungswerkstatt bereits zum dritten Mal. Im Labor gibt es für sie zwei entscheidende Dinge: Zeit und die richtige Ausstattung. Das Thema Nanotechnologie werde so umfassend behandelt, dass Schülerinnen und Schüler einen nachhaltigen Eindruck davon mit nach Hause nähmen. „Einige bekommen so eine Idee, was sie nach der Schule machen wollen“, erzählt Schrautzer. Sie selbst hole sich Anregungen für Experimente, die sie in ihren Unterricht einbinden kann.

„Ab und an packen wir auch alle Versuche ein und fahren an Schulen, um dort mehrtägige ‚Nanotage‘ zu veranstalten“, berichtet Dr. Stefan Schwarzer vom Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN), der das klick!:labor aufgebaut hat. Sogar international hat er das Programm schon vorgestellt, so im kanadischen Toronto auf der International Conference on Chemistry Education und dem Science and Engineering Festival in Washington. „Die Unterstützung und Rückmeldungen der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern sind uns sehr wichtig und zeigen deren großes Engagement auch für den Transfer ihrer Arbeiten“, sagt Professorin Ilka Parchmann, die gemeinsam mit Dr. Schwarzer das Projekt leitet und derzeit als Vizepräsidentin für Nachwuchsarbeit und Lehrerbildung an der CAU zuständig ist.

Nanopartikel herstellen, mit Flüssigkeiten experimentieren, die wie auf Knopfdruck ihre Farbe wechseln, Phänomene beobachten, beschreiben und auswerten: Die Oberstufenschülerinnen und -schüler sind überrascht, wie realitätsnah und praktisch sie selbst das Handwerk von Spitzenforscherinnen und -forschern erleben dürfen: „Wir dachten, es läuft eher vortragsmäßig ab“, verraten Jakob Günther und Natalie Olobry, beide 19, und legen Kittel und Schutzbrillen ab. Umso mehr freuen sie sich, dass der Tag im klick!:labor ihr Interesse an Forschung und Entwicklung noch vergrößert hat.

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Zum Vergrößern anklicken	Forscherinnen für einen Tag: Schülerinnen bereiten eine chemische Lösung im Kieler klick!:labor vor. Foto/Copyright: Denis Schimmelpfennig, Uni Kiel Foto zum Herunterladen: www.uni-kiel.de/download/pm/2015/2015-068-1.jpg
Zum Vergrößern anklicken	Viele faszinierende Phänomene können in der Forschungswerkstatt beobachtet werden, zum Beispiel wie bestimmte Moleküle reagieren, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Foto/Copyright: Denis Schimmelpfennig, Uni Kiel Foto zum Herunterladen: www.uni-kiel.de/download/pm/2015/2015-068-2.jpg
Zum Vergrößern anklicken	Schülerin im klick!:labor der Kieler Forschungswerkstatt: Chemische Spitzenforschung bietet große Potenziale für den naturwissenschaftlichen Unterricht. Foto/Copyright: Denis Schimmelpfennig, Uni Kiel Foto zum Herunterladen: www.uni-kiel.de/download/pm/2015/2015-068-3.jpg
Zum Vergrößern anklicken	Kontaktwinkelmessung: Schüler berechnen, ob eine Oberfläche hydrophob (wasserabweisend) oder hydrophil (wasserliebend) ist. Die Antwort liegt in der Nano-Struktur des Materials. Foto/Copyright: Sonja Dierk, IPN Foto zum Herunterladen: www.uni-kiel.de/download/pm/2015/2015-068-4.jpg
Zum Vergrößern anklicken	Ein Katzenschnurrbarthaar unter dem Rasterkraftmikroskop: Die Aufnahme fertigten Schülerinnen und Schüler im klick!:labor an. Die Gesamtaufnahme ist 50 x 50 Mikrometer groß. Im unteren Teil der Aufnahme sind einzelne Haarschuppen zu erkennen. Das besondere ist der obere Teil: Hier finden sich aufgestellte Schuppen, die dann Kanäle in das Innere des Haares bilden. Diese sind für die Wahrnehmung von Umgebung und Beute der Katze wichtig. Foto: klick!:labor Foto zum Herunterladen: www.uni-kiel.de/download/pm/2015/2015-068-5.jpg

Das klick!:labor im Netz: www.forschungs-werkstatt.de

Informationen zum SFB677 unter: www.sfb677.de

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Text / Redaktion: Denis Schimmelpfennig