Enrichmentkurs "Das biochemische Forschercamp"

Warum gibt es in der Arktis Eisbären, aber keine Eismäuse?

Woraus besteht der Schaum beim Reiskochen?

Wie funktioniert eine Sofort-Kälte-Kompresse?

 

Unsere Umwelt steckt voll spannender Phänomene und daraus resultierender Fragen. Forscher in aller Welt arbeiten daran, diesen auf den Grund zu gehen. Mit ihren Ideen soll es gelingen, die Zukunft besser zu gestalten. Aber wie funktioniert Forschung überhaupt?

Um das herauszufinden treffen sich besonders begabte Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufen 8/9 - von Alzenau bis Amorbach - an sieben Freitagen und Samstagen mit ihrer Kursleiterin StRin S. Fleckenstein im Karl-Ernst-Gymnsium Amorbach.

Im Rahmen des Kurses vollziehen die Schülerinnen und Schüler die einzelnen Stadien eines Forschungsprozesses nach, indem sie kleine „Forschungsprojekte“ aus der Biologie und Chemie durchführen. Im Zentrum stehen dabei natürlich praktische Arbeitsweisen wie Experimentieren, Präparieren, Mikroskopieren usw. Das zusätzlich notwendige Handwerkszeug - wie z. B. die Literaturrecherche, Dokumentation (auch am PC, d.h. der Umgang mit Textverarbeitungsprogrammen, die Darstellung von Ergebnissen in Form von Tabellen und Diagrammen…) und die Präsentation der Ergebnisse – soll aber gleichermaßen erworben werden.

 

 

Fotogalerie November

 

 

Worum ging’s beim ersten Forschercamp?

Nach einem kurzen Kennenlernen und Klärung organisatorischer Dinge stiegen wir direkt in das Thema „Forschen“ ein.

Anhand der Frage „Warum gibt es in der Arktis Eisbären, aber keine Eismäuse?“ erarbeiteten wir den naturwissenschaftlichen Erkenntisweg. Parallel dazu ergaben sich dabei auch automatisch alle Arbeitsschritte und Fähigkeiten, über die ein Forscher unbedingt verfügen muss. Da das Experiment eine zentrale Stellung einnimmt, wurden Sicherheitsrichtlinien und Geräte besprochen. Natürlich experimentierten wir danach, um das Gelernte auch gleich anzuwenden. Dabei wurde mit dem Brenner gearbeitet, Glas gebogen, Flüssigkeiten wurden erhitzt und Kristalle wuchsen in Petrischalen. Nebenbei wurde das Protokollieren von Experimenten eingeübt.

Das Problem der Eisbären und Eismäuse wurde anhand eines Modellexperiments mit verschieden großen gekochten Kartoffeln gelöst. Das Phänomen, dass Pinguine immer ganz dicht beieinander stehen, konnte ebenfalls experimentell erklärt werden.

Ein Besuch der „LUFFFT-Ausstellung“ mit Führung machte allen viel Spaß.

 

Fotogalerie Januar

 

Worum ging’s beim zweiten Forschercamp?

Nach einem Brainstorming zum Thema „Herz“ erhielten die Schülerinnen und Schüler die Aufgabe, selbständig Bau und Funktion des Herzens zu recherchieren. Zur Verfügung standen das Internet und diverse Fach- und Schulbücher. Erwartungsgemäß stürzten sich die Schüler zunächst auf die PCs – nach dem Motto: „Das google ich mal schnell…!“ Nach einiger Zeit stellten sie aber fest, dass fundierte Informationen im Internet gar nicht so einfach zu finden sind, der Blick ins Schulbuch hätte in kürzerer Zeit mehr Information gebracht. Diese Erkenntnis diente als Ausgangspunkt für eine Diskussion zum Thema „Qualität von Internetquellen“, bei der bestimmte Kriterien für eine seriöse und zitierfähige Quelle herausgearbeitet wurden. Auch das Zitieren einer solchen Internetquelle wurde besprochen. Im Anschluss an diesen Theorieteil durfte jedes Forscherteam ein Schweineherz präparieren. Die anfängliche Scheu legte sich schnell und die Forscher blickten mit viel Begeisterung „ins Herz“. Quasi nebenbei wurde die Technik des Sezierens und Präparierens geübt.

Am zweiten Tag verfolgten die Teilnehmer des Forschercamps ein echtes Forschungsprojekt. Jedes Team erhielt ein Sofort-Wärmekissen. Ausgehende von dem Phänomen der scheinbar „spontanen“ Erwärmung kam sofort die Frage nach dem zugrundeliegenden Prinzip auf. Die Recherche auf der Packung sowie die Untersuchung der Inhaltsstoffe lieferten Hinweise auf die chemischen Vorgänge. Hypothesen wurden formuliert und überprüft. Jedes Team baute dazu ein „Kissen“ in einem Gefrierbeutel oder Becherglas nach, wobei eine Temperatur von beachtlichen 85 °C erreicht wurde. Dass der Sauerstoff aus der Luft eine Rolle spielt, wurde mittels Spritzentechnik und mit reinem Sauerstoff überprüft.

 

Fotogalerie Februar

Worum ging’s beim dritten Forschercamp?

Zum Einstieg schnitten wir einen Rettich in Scheiben, bestreuten die Scheiben mit Salz und steckten die Scheiben wieder zusammen. Das Ganze positionierten wir auf einem Trichter, der sich auf einem Messzylinder befand. Innerhalb kürzester Zeit begann der Rettich zu „weinen“, d.h. er verlor sehr viel Flüssigkeit. Ausgehend von diesem Phänomen formulierten wir verschiedene Hypothesen. Die Hypothesen wurden überprüft, unter anderem indem Zellen einer roten Zwiebel mikroskopiert wurden. Die Zellen wurden unter dem Mikroskop mit Salzlösung und destillierten Wasser versetzt. Dabei ließen sich Plasmolyse und Deplasmolyse beobachten. An diesem Beispiel wurden die theoretischen Grundlagen wie Teilchenbewegung, Diffusion und Osmose geklärt.

Osmotische Vorgänge wurden dann in verschiedenen Experimenten näher untersucht:

  • Eingeschnittene Rhabarberstängel sowie gleich große Zylinder von Kartoffeln wurden in unterschiedlich konzentrierte Lösungen und destilliertes Wasser gestellt.
  • Eier wurden entkalkt, sodass sich Eiklar und Dotter nur noch in den Schalenhäuten befanden. Diese entkalkten Eier wurden ebenfalls in dest. Wasser, 5%ige und 25%ige Salzlösung gelegt.

Am zweiten Tag des Forschercamps die Versuche ausgewertet.

Außerdem wurde ein Filmdosenosmometer gebaut und getestet. Da die Funktion der Niere ebenfalls auf osmotischen Vorgängen basiert, wurden Bau und Funktion der Niere recherchiert. Zum Abschluss wurden Schweinenieren präpariert.

Die mit viel Begeisterung durchgeführten praktischen Arbeiten nahmen etwas mehr Zeit in Anspruch als geplant, so dass die Erstellung einer computergestützten Präsentation auf den Termin im April verschoben wurde.

Jetzt freuen wir uns erst mal auf die Exkursion zum DLR School_Lab im März.

 

Fotogalerie März

Worum ging’s beim vierten Forschercamp?

 

Beim letzten Treffen machte sich die Gruppe zu einem „echten“ Forschungszentrum auf und besuchte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Lampoldshausen. Forschungsschwerpunkt am Standort Lampoldshausen ist die Entwicklung und Erprobung von Raketenantrieben. So werden hier u. a. die Triebwerke für alle Ariane-Raketen in den Prüfständen getestet, bevor die Raketen dann in Guayana starten.

 

Im DLR_School_Lab hatten die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, zwei spannende Versuche zu diesem Themenkreis selbst durchzuführen. Unter fachkundiger Anleitung erfahrener Wissenschaftler wurde der Frage „Warum fliegt ein Flugzeug?“ mit Hilfe verschiedener Experimente im Windkanal auf den Grund gegangen. Die Kräfte, die auf unterschiedlich geformte Körper wirken, wurden dabei genauso ermittelt wie die beim Flug entstehenden Luftströmungen. Die Daten wurden dazu mittels moderner Messtechnik erfasst und ausgewertet. Letzten Endes ist eine Luftzirkulation um die Tragfläche des Flugzeugs für die Flugfähigkeit verantwortlich. In einem zweiten Experiment konnten die Schülerinnen und Schüler mit einfachsten Materialien eine organische Solarzelle, die sogenannte Grätzel-Zelle, nachbauen. Zum Einsatz kamen dabei Hibiskusblütentee, Jodlösung, ein Bleistift… Dass diese Solarzelle tatsächlich Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln kann, wurde selbstverständlich getestet. Durch Reihenschaltung von fünf dieser Grätzel-Zellen konnte sogar ein Soundchip betrieben werden.

 

Abgerundet wurde die Exkursion nach Lampoldshausen durch einen Besuch des hauseigenen Museums. Dort können echte Raketentriebwerke genauso wie Modelle der Ariane bestaunt werden. 50 Jahre Raumfahrtgeschichte wurden uns spannend und unterhaltsam durch H. Ölschläger näher gebracht. An Bord des DLR Forschungsflugzeugs „Falcon“ hatte Herr Ölschläger schon einiges erlebt. Genauso wusste er in zahlreichen Anekdoten von niedergebrannten Prüfständen und Computerfehlern beim (Fehl)Start der Ariane 5 zu berichten.

 

Fotogalerie April

Worum ging’s beim fünften Forschercamp?

Den biologischen Schwerpunkt bildete das Wirbeltierauge. Da die Thematik bei den meisten Kursteilnehmern schon etwas zurück lag, recherchierten die Schülerinnen und Schüler in verschiedenen Fachbüchern Grundlegendes zum Aufbau und der Funktion des Auges. In kleinen Experimenten wurden Pupillenreflex, räumliches Sehen und die Bestimmung des Nahpunkts sowie der Blinde Fleck getestet. Diverse optische Täuschungen faszinierten.

Zum Abschluss wurde ein Schweineauge präpariert:

  • Nach der äußeren Inspektion wurde von oben ein „Fenster“ in die Lederhaut geschnitten. In einem abgedunkelten Raum wurde eine brennende Kerze im Abstand von etwa 10 cm vor die Linse gehalten. Beim Blick durch die Öffnung oben im Auge konnte man auf der Netzhaut hinten im Auge ein Bild der Kerzenflamme erkennen! Beeindruckend!
  • Mit einem Äquatorialschnitt wurde das Auge in zwei Hälften geteilt. Der Aufbau der Augenwand aus Lederhaut, Aderhaut und Netzhaut war gut zu erkennen, die einzelnen Schichten ließen sich sogar voneinander trennen. In der vorderen Augenhälfte wurde der Ciliarmuskel ertastet. Die Linse wurde herauspräpariert, die vergrößernden Eigenschaften der Linse getestet.

Im chemischen Teil beschäftigten wir uns mit Klebstoffen. Klebstoffe kommen in der Natur z. B. bei Miesmuscheln, Sonnentau, Spinnennetzen usw. vor. Auch aus dem Alltag sind Klebstoffe nicht mehr wegzudenken. Drei Klebstoffe aus Lebensmitteln wurden hergestellt: Ein Kleber aus Gummibärchen, einer aus Kartoffelstärke und einer aus Milch. Es wurde jeweils auch die Klebkraft getestet. Die der Klebewirkung zugrundeliegenden Adhäsions- und Kohäsionskräfte wurden beleuchtet und in einem Modellexperiment veranschaulicht.

Den letzten Teil dieses Forschercamps bildete die Arbeit im Computerraum. Ausgehend von einer „schlechten Präsentation“ wurden Regeln zum Erstellen einer computergestützten Präsentation erarbeitet. Die Kursteilnehmer erstellten daraufhin selbst eine Präsentation, wobei die Arbeit mit einem entsprechenden Programm geübt wurde. Zahlreiche Fragen zu Methodik, Layout etc. konnten so unmittelbar geklärt werden.

 

Fotogalerie Mai

Worum ging’s beim sechsten Forschercamp?

Beim sechsten Forschercamp machten wir uns in einer vierstündigen Freilandexkursion am Abend auf in das „Reich des Bibers“.

Mit Ferngläsern und Spektiv bewaffnet erkundeten wir unter fachkundiger Führung von Wolfgang Neuberger, der seit mehr als 25 Jahren als Naturschutzwächter und zertifizierter Natur- und Landschaftsführer tätig ist, das Auenbiotop Großheubach. Dort wollten wir den Lebensraum der Biber kennen lernen und hofften natürlich darauf, auch ein paar Exemplare in Natura zu sehen.

Die in Bayern ehemals ausgerotteten Biber wurden in den 1960er Jahren in geringer Zahl wieder ausgewildert und sind heute wieder an vielen Orten zu finden. Anhand von Präparaten informierte uns Herr Neuberger zunächst über den Körperbau des Bibers, der hervorragend angepasst ist an ein Leben im Wasser: Mit einer Körperlänge von bis 1,30 m einschließlich der Kelle, des beschuppten Schwanzes, wird er ähnlich schwer wie ein Reh. Der Körper wird bedeckt von einem extrem dichten Fell, das eingefettet vor Kälte und Nässe schützt. Auf dem Rücken befinden sich bis zu 12 000 Haare pro Quadratzentimeter, auf dem Bauch sogar bis 23 000. Zum Vergleich: Beim Menschen sind es weniger als 300! Die Hinterpfoten mit ihren Schwimmhäuten zwischen den Zehen dienen als Antrieb beim Schwimmen, die Vorderpfoten als Greifhände beim Verspeisen seiner ausschließlich pflanzlichen Nahrung.

Da der Biber nachtaktiv ist, muss man allerdings bis zum Einbruch der Dämmerung warten, wenn man ihn beobachten will. So übten wir uns in einer der wichtigsten Forschertugenden – Geduld. Die Zeit nutzte Herr Neuberger, um uns die Artenvielfalt im Biberrevier näherzubringen. Wir konnten Kanada- und Nilgänse beim Brüten und mit ihren Jungen beobachten, sahen Eisvögel und suchten nach Hinweisen auf die Biber in der Flora. Fraßspuren an Bäumen und Biberrutschen, die dem Ein- und Ausstieg dienen, konnten wird entdecken.

Unsere Geduld wurde tatsächlich belohnt, kurz nach halb acht verließen die Biber ihre Burg! Wir hatten das große Glück, insgesamt gleich drei Exemplare wirklich live beobachten zu können: Beim Schwimmen, wobei Nase, Augen und Ohren immer über Wasser bleiben, beim Spielen und bei der Nahrungsaufnahme an Land. Ihre kräftigen Schneidezähne, die vorne mit einer rot-braunen eisenhaltigen Schmelzschicht überzogen sind, schärfen sich übrigens selbst.

Der Biber ist wahrlich ein Landschaftsarchitekt, wenn er durch das Fällen von Bäumen oder Anlegen von Dämmen Biotope verändert. Konflikte mit den Besitzern angrenzender Nutzflächen bleiben da natürlich nicht aus. Herr Neuberger informierte auch über diesen Aspekt sachlich und vielschichtig und ging auf die Aktivitäten des Bayerischen Bibermanagements ein.

Mit vielen unvergesslichen Eindrücken aus dem Freiland machen wir uns wieder auf ins Labor!

Im chemischen Teil betrachten wir – im wahrsten Sinne des Wortes – Redoxreaktionen, und zwar unter dem Mikroskop. Wir ließen Silber- und Kupferbäume wachsen und uns von der ästhetischen Schönheit dieser Reaktionen beeindrucken. Natürlich gingen wir auch den dabei ablaufenden Vorgängen auf Teilchenebene auf den Grund. Dass diese Vorgänge nicht nur schön anzuschauen, sondern auch nützlich sind, erprobten wir beim Bauen verschiedener galvanischer Elemente aus Obst, Münzen und anderen Gebrauchsgegenständen. Mit Kopfhörern machten wir das Knistern des Stroms hörbar und betrieben auch einen Soundchip.

Das Darstellen von Informationen in einem Text-Dokument und den Umgang mit einem Textverarbeitungsprogramm übten wir ebenfalls. Verschiedene Funktionen wie das Einfügen und Formatieren von Tabellen und Bildern sowie Kopf- und Fußzeilennutzung, Abschnittswechsel und Seitenzahlen wurden getestet.

 

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