Hochrhein-Seminar
für Mathematik und Naturwissenschaften
www.hochrhein-seminar.de
Jahresbericht 2011-2012
Regierungspräsidium Freiburg
Abteilung 7 Schule und Bildung
Hochrhein-Seminar
für Mathematik und Naturwissenschaften
www.hochrhein-seminar.de
Bericht der Seminarleitung
Regierungspräsidium Freiburg
Abteilung 7 Schule und Bildung
Grafik von Matthias Sochor, Hochrhein-Gymnasium Waldshut
Redaktion:
Lothar Senser, Hochrhein-Gymnasium Waldshut,
Susanne Kiliani, Klettgau-Gymnasium Tiengen,
Peter Vogt, Gewerbliche Schulen Waldshut,
unter Mitarbeit der Leiter der Arbeitsgemeinschaften
sowie von Seminarschülerinnen und -schülern.
Herausgeber:
Regierungspräsidium Freiburg
Abteilung 7 Schule und Bildung
Druck:
Regierungspräsidium Freiburg
Abteilung 7 Schule und Bildung
Inhaltsverzeichnis
I
Inhaltsverzeichnis
Vorwort........................................................................................................................1
Seminarbeschreibung....................................................................................................2
Das Kuratorium.............................................................................................................3
Das Hochrhein-Seminar im Schuljahr 2011/2012.............................................................4
Statistik: Teilnehmerzahlen seit 1997.............................................................................6
Statistik: Beteiligte Schulen und die dort angebotenen Arbeitsgemeinschaften..................7
Statistik der Unter- und Mittelstufe:
Teilnehmerzahlen im Schuljahr 2011/2012.....................................................................8
Statistik der Oberstufe:
Teilnehmerzahlen im Schuljahr 2011/2012.....................................................................9
Gesamtstatistik der
Teilnehmerzahlen im Schuljahr 2011/2012....................................................................10
Kalender der Unter- und Mittelstufe..............................................................................11
Die Arbeitsgemeinschaften Unter- und Mittelstufe.........................................................12
Angebot ab Februar 2012 für die Klassen 5 bis 8:.........................................................12
Südkurier vom 23.01.2012: Forscherdrang ohne Grenzen..............................................13
Biologie/Chemie:
Nahrungsmittel – was steckt in ihnen?..........................................................................14
Annika Rudolph - Hochrhein-Gymnasium Waldshut....................................................14
Biologie/Chemie/Physik: Die Welt ist bunt.....................................................................17
Wiebke Pankratz – Realschule Jestetten...................................................................17
Biologie/Erdkunde: Das Meer vor der Haustür...............................................................19
Dipl.-Geol. Xenia Tutaß - Hans-Thoma-Schule Laufenburg.........................................19
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub.........................................................22
Gabriele Pfeifer - Realschule Bonndorf......................................................................22
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub.........................................................24
Tobias Pfeifer - Klettgau-Gymnasium Tiengen...........................................................24
Informatik/Mathematik: Spaß am logischen Denken......................................................27
Susanne Kintzi und Silke Amberg - Hochrheingymnasium Waldshut ...........................27
Vortragsreihe der Unter- und Mittelstufe.......................................................................30
2. März 2012:
Optische Täuschungen............................................................................................31
22. Juni 2012:
Laser......................................................................................................................34
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
II
Inhaltsverzeichnis
24. Juni 2012:
Workshop Programmieren Kryptologie.........................................................................37
Workshop Programmierung mit Assistenten und Assistentinnen der ETH Zürich..........38
Abschlussveranstaltung der Unter- und Mittelstufe........................................................39
Kalenderübersicht der Oberstufe..................................................................................41
Die Arbeitsgemeinschaften der Oberstufe.....................................................................43
Chemie:
Das Experiment zur Gewinnung neuer Erkenntnisse......................................................44
Chemie/Physik: Kernchemie und Kernphysik.................................................................48
Informatik: Crash-Kurs Programmieren mit C#.............................................................50
Informatik/Robotik:
Programmieren von Mikrocontrollern............................................................................52
Mathematik: Die Vielfalt der Mathematik
am Computer..............................................................................................................56
Physik/Technik: Regenerative Energieversorgung..........................................................60
Vortragsreihe der Oberstufe.........................................................................................65
21. Oktober 2011:
Das Zukunfsprojekt SwissFEL:
Neue Einblicke in die Materie dank ultrakurzen Röntgenblitzen...................................66
11. November 2011:
Hybride Solarzellen: Wie sich Sonnenlicht in der Nanowelt einfangen lässt..................69
16. Dezember 2011:
Wasserstoff aus Wasser und Sonnenenergie, Hochtemperatur-Solarchemie................72
27. Januar 2012:
n-dimensionale Hyperwürfel: Zahlsysteme, Informationstechnologie und Geometrie....75
10. Februar 2012:
Optische Antennen: eine Anwendung der Nanotechnologie........................................78
16. März 2012:
Pflanzen die älter sind als die Bibel...........................................................................80
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012..................................................................83
Programmübersicht.................................................................................................83
Stadtführung Dresden.............................................................................................85
Dresdner Sportgeräte..............................................................................................87
Besuch des Unternehmens EADS EFW......................................................................88
Meissen..................................................................................................................89
Helmholtz-Zentrum: Schülerlabor Delta X ................................................................91
Helmholtz-Zentrum: Hochfeld-Magnetlabor...............................................................92
Jahresbericht Schuljahr 2010/2011
Inhaltsverzeichnis
III
Helmholtz-Zentrum: TOPFLOW-Anlage.....................................................................93
Hygienemuseum Dresden........................................................................................95
Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI..................................97
Abschlussveranstaltung der Oberstufe..........................................................................99
Mathematikwochenende der Oberstufe.......................................................................102
Teilnahme an Wettbewerben.....................................................................................103
Chemie: Chemie-Komplexchemie-Analytik-Umwelt-Wettbewerbe..............................103
Forscherpreis für Wespenschreck.......................................................................103
Thema " Bagdadbatterie" ..................................................................................104
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vorwort
1
Vorwort
Seit nunmehr schon 15 Jahren bietet das Hochrhein-Seminar interessierten und begabten
jungen Menschen ein attraktives und anspruchsvolles Programm im mathematischnaturwissenschaftlichen Bereich an. Die Förderung und Unterstützung trägt gerade in den
letzten Jahren ihre Früchte. So haben in den letzten Schuljahren Gruppen des HochrheinSeminars an mehreren Wettbewerben teilgenommen und erstaunliche Erfolge erzielt.
Die Jahresberichte machen dies immer wieder deutlich. Sie zeigen, dass sich die
Begabtenförderung lohnt und zeugen auch vom großen Engagement der betreuenden
Lehrkräfte.
In den letzten Jahren war es immer wieder ein Wunsch von Eltern, das Hochrhein-Seminar
auch für jüngere Schülerinnen und Schüler zu öffnen. Dieser Wunsch wurde vom
Kuratorium des Hochrhein-Seminars positiv begleitet. Viele Gespräche mit dem Leiter des
Staatlichen Schulamts Lörrach, Herrn Rüdlin, und dem Schulpräsidenten, Herrn Siegfried
Specker führten schließlich dazu, dass die Erweiterung vom Ministerium für Kultus und
Sport genehmigt wurde.
Die Lücke von der 5. Klassenstufe bis zum Beginn des Hochrhein-Seminars in der 9. oder
10. Klasse ist nun geschlossen, und im zweiten Halbjahr des Schuljahres 2011/2012
konnte erstmalig ein Angebot von sechs regelmäßig stattfindenden Kursen an
verschiedenen Standorten im Kreis des ehemaligen Schulamts Waldshut stattfinden.
Den hochmotivierten Schülerinnen und Schülern der weiterführenden Schulen kann somit
ein ergänzendes Angebot im mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich geboten
werden.
Es freut mich besonders, dass auch für das kommende Jahr die Weiterführung bereits
genehmigt wurde.
Ich danke allen beteiligten Stellen, die uns bei der Erweiterung des Hochrhein-Seminars
unterstützt haben. So kann mit einem vertretbaren Aufwand ein großer Beitrag zur
Förderung unserer begabten Schülerinnen und Schüler in der ländlichen Region geleistet
werden.
Den interessierten Leserinnen und Lesern wünsche ich nun eine spannende und
unterhaltsame Lektüre dieses Jahrbuchs. Es bestätigt den Erfolg dieser Idee und zeigt, wie
intensiv sich unsere Schülerinnen und Schüler mit der Mathematik und den
Naturwissenschaft beschäftigen.
Lothar Senser, Oberstudiendirektor
Schulleiter des Hochrhein-Gymnasiums
Kuratoriumsvorsitzender des Hochrhein-Seminars
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
2
Seminarbeschreibung
Seminarbeschreibung
Seit Beginn des Schuljahrs 1984/85 wird an den weiterführenden Schulen in BadenWürttemberg das "Programm zur Förderung besonders befähigter Schülerinnen und
Schüler" durchgeführt. Im Rahmen dieses Programms hat die Abteilung "Schule und
Bildung" des Regierungspräsidiums Freiburg zum Schuljahr 1997/98 für die Gymnasien des
Landkreises Waldshut das
"Hochrhein-Seminar für Mathematik und Naturwissenschaften"
eingerichtet.
Aufgabe des Seminars ist die Förderung besonders befähigter Schülerinnen und
Schüler in Mathematik und Naturwissenschaften. Jeder Teilnehmer entscheidet sich für
eine der angebotenen Arbeitsgemeinschaften mit besonderem Anspruchsniveau aus den
Bereichen Mathematik, Physik, Technik, Chemie, Biologie oder Informatik. Gemeinsames
Band für alle Seminarteilnehmer ist eine Veranstaltungsreihe mit Vorträgen. Dieses
Angebot wird durch Studienfahrten und Wochenendseminare ergänzt und abgerundet.
Die Teilnehmer des Seminars kommen in der Oberstufe von allen allgemein
bildenden und beruflichen Gymnasien, in der Unter- und Mittelstufe auch von den
Realschulen des Landkreises Waldshut.
Träger des Hochrhein-Seminars sind das Ministerium für Kultus, Jugend und
Sport Baden-Württemberg, die Stadt Waldshut-Tiengen und der Landkreis Waldshut.
Unterstützt wird das Seminar von der Sparkasse Hochrhein, weiteren Institutionen aus
Industrie, Handel und Wirtschaft der Hochrhein-Region und von der Universität Konstanz.
Ein Kuratorium begleitet die Arbeit des Seminars beratend.
Dort sind vertreten: das Kultusministerium, das Regierungspräsidium Freiburg, die Stadt
Waldshut-Tiengen, der Landkreis Waldshut, die Universität Konstanz, die Industrie- und
Handelskammer Hochrhein-Bodensee, die Sparkasse Hochrhein, das Staatliche Schulamt
Lörrach sowie die beteiligten Gymnasien.
Leitung des Seminars:
Susanne Kiliani (Oberstudienrätin), Klettgau-Gymnasium Tiengen
Peter Vogt (Studiendirektor), Gewerbliche Schulen Waldshut
E-Mail: [email protected] [email protected]
Geschäftsstelle des Seminars und Kuratoriumsvorsitzender:
Lothar Senser (Oberstudiendirektor)
Hochrhein-Gymnasium Waldshut, Waldtorstraße 8, 79761 Waldshut-Tiengen
Telefon 07751/833-271, Fax 07751/833-273
E-Mail: [email protected]
Homepage: http://www.hochrhein-seminar.de
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Das Kuratorium
3
Das Kuratorium
Ministerium für Kultus, Jugend und
Sport Baden-Württemberg
Studiendirektor Gernot Tauchmann
Regierungspräsidium Freiburg
Abteilung Schule und Bildung
Schulpräsident Siegfried Specker
Leitender Regierungsschuldirektor
Thomas Steiner
Stadt Waldshut-Tiengen
Oberbürgermeister Martin Albers
Landkreis Waldshut
Landrat Tilman Bollacher
Fakultät für Physik
der Universität Konstanz
Professor Dr. Thomas Dekorsy
Dauphin interiors
Peter Rau
Sparkasse Hochrhein
Peter Kaiser
Allgemeinbildende Gymnasien
Oberstudiendirektor Lothar Senser
Oberstudiendirektor Bernd Crößmann
Oberstudiendirektor Albrecht Lienemann
Berufliche Gymnasien
Oberstudiendirektor Gebhard Kaiser
Staatliches Schulamt Lörrach
Schulamtsdirektor Markus Kistler
Leitung des Hochrhein-Seminars
Oberstudienrätin Susanne Kiliani
Studiendirektor Peter Vogt
Vorsitzender:
Schriftführerin:
Kassenprüfer:
Oberstudiendirektor Lothar Senser
Oberstudienrätin Susanne Kiliani
Oberstudiendirektor Albrecht Lienemann
Oberstudiendirektor Bernd Crößmann
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
4
Das Hochrhein-Seminar im Schuljahr 2011/2012
Das Hochrhein-Seminar im Schuljahr 2011/2012
In den Bereichen Mathematik, Physik, Chemie und Informatik konnten in diesem Jahr 6
Arbeitsgemeinschaften für die Oberstufe angeboten werden.
Gegenüber dem letzten Schuljahr sank die Zahl der Teilnehmer in der Oberstufe von 91
auf 68. Die größte Teilnehmerzahl stellte dabei die Klassenstufe 12 mit 19 Schülern und
Schülerinnen.
Bei Jungen war dabei besonders beliebt: Informatik mit 21 Jungen von 27 Teilnehmern.
Oberstufe:
2009/2010 waren von den 83 Teilnehmern 30 Mädchen und 53 Jungen.
2010/2011 waren von den 91 Teilnehmern 46 Mädchen und 45 Jungen.
2011/2012 waren von den 69 Teilnehmern 24 Mädchen und 45 Jungen.
Unter- und Mittelstufe ab Februar 2012:
2011/2012 waren von den 82 Teilnehmern 38 Mädchen und 44 Jungen.
Besonders hervorzuheben ist die Erweiterung des Angebots auf die Unter- und Mittelstufe
zum Februar 2012. Das Angebot für alle Schüler und Schülerinnen sollte dabei möglichst in
der Nähe des Wohnorts erreichbar sein, weshalb erstmalig auch Arbeitsgemeinschaften
von den Realschulen des Landkreises angeboten werden.
So konnten wir 6 Arbeitsgemeinschaften in der Unter- und Mittelstufe anbieten.
Trotz der knapp bemessenen Anmeldezeit von einer Woche meldeten sich 133
interessierte Schüler und Schülerinnen. Durch das beschränkte Angebot konnten leider
nicht alle Interessenten aufgenommen werden.
Ziel der Erweiterung ist es, den hochmotivierten Schülerinnen und Schülern der
weiterführenden Schulen ein ergänzendes Angebot im mathematischnaturwissenschaftlichen Bereich anzubieten, das die Kinder und Jugendlichen an das
wissenschaftliche Arbeiten heranführt und die Freude an Mathematik und den
Naturwissenschaften fördert.
Schwerpunkte sind dabei:
• Die Teilnahme an verschiedenen mathematisch-naturwissenschaftlich-technischen
Wettbewerben
• Forschen außerhalb des Schulalltags mit Gleichgesinnten
• Freie wissenschaftliche Forschungsarbeiten für interessierte Schüler
• Flexible Leistungssteigerung
• Problemlösendes Denken im Team
• Selbständiges Arbeiten
• Stärkung sozialer und kommunikativer Kompetenzen
• Enge Kooperation mit Experten der Hochschulen und Forschungsinstituten der Industrie
• Zielgruppenspezifische Projekte , um der Heterogenität der Kinder gerecht zu werden.
Zielgruppe sind besonders begabte und interessierte Schülerinnen und Schüler der
Klassenstufen 5 bis 8 an Gymnasien und Realschulen des Landkreises Waldshut.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Das Hochrhein-Seminar im Schuljahr 2011/2012
5
Im Begleitprogramm wurde angeboten:
• eine Vortragsreihe über aktuelle naturwissenschaftliche Forschung mit Vorträgen, zu
denen auswärtige Referenten eingeladen wurden
• für die Oberstufe ein Mathematik-Wochenende zusammen mit dem Freiburg-Seminar
• für die Oberstufe eine fünftägige Studienfahrt nach Dresden
• für die Unter- und Mittelstufe ein Informatikworkshop durch die ETH Zürich.
Wir danken allen, die in diesem Jahr zum Gelingen des Hochrhein-Seminars beigetragen
haben. Insbesondere danken wir
• den Mitgliedern des Kuratoriums für die Unterstützung unserer Arbeit, insbesondere
Herrn Prof. Dekorsy für die Vermittlung zahlreicher Referenten
• den Leitern der Arbeitsgemeinschaften für ihren engagierten Einsatz
• den Referenten unserer Vortragsreihe für die Einblicke in die aktuelle Forschung
• den Schulleitungen der beteiligten Realschulen und Gymnasien sowie den
Kontaktlehrern an den Schulen für ihre Kooperation und Hilfe
• den Firmen und Forschungseinrichtungen, die wir bei der Exkursion und der
Studienfahrt besichtigen konnten
• dem Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg, dem Landkreis
Waldshut, der Stadt Waldshut-Tiengen und der Sparkasse Hochrhein für die großzügige
finanzielle Unterstützung
• dem Regierungspräsidium Freiburg für den Druck dieses Jahresberichts.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
6
Statistik: Teilnehmerzahlen seit 1997
Statistik: Teilnehmerzahlen seit 1997
SCHULJAHR
TEILNEHMER
männlich
weiblich
% weiblich
AGs
1997/1998
54
37
17
31
6
1998/1999
61
43
18
30
5
1999/2000
66
44
22
33
6
2000/2001
60
42
18
30
6
2001/2002
60
47
13
22
5
2002/2003
56
37
19
34
5
2003/2004
36
22
14
39
4
2004/2005
82
53
29
35
5
2005/2006
67
48
19
28
5
2006/2007
65
47
18
28
6
2007/2008
55
24
31
56
6
2008/2009
81
48
33
41
6
2009/2010
83
53
30
36
7
2010/2011
91
45
46
51
8
2011/2012
69
45
24
35
6
Einführung des Angebots für die Unter- und Mittelstufe zum Februar 2012
2011/2012
151
89
62
40
12
Arbeitsgemeinschaften
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Statistik: Beteiligte Schulen und die dort angebotenen Arbeitsgemeinschaften
7
Statistik: Beteiligte Schulen und die dort
angebotenen Arbeitsgemeinschaften
Schulen:
Schule Schulname und Schulort
HGWT
Hochrhein-Gymnasium Waldshut
JLS
Justus-von-Liebig-Schule Waldshut
KGT
Klettgau-Gymnasium Tiengen
KSB
Kolleg St. Blasien
RS-Bonn Realschule Bonndorf
RS-Jest
Realschule Jestetten
RS-Lauf Realschule Laufenburg
RS-Säck Realschule Bad Säckingen
SG
Scheffel-Gymnasium Bad Säckingen
TG
Technisches Gymnasium/Gewerbliche Schulen Waldshut
Arbeitsgemeinschaften der Unter- und Mittelstufe:
AG
Schule Arbeitsgemeinschaft
BC-UM HGWT
Biologie/Chemie: Nahrungsmittel – was steckt in ihnen?
BCPUM
RS-Jest Biologie/Chemie/Physik: Die Welt ist bunt
BE-UM
RSLauf
Biologie/Erdkunde: Das Meer vor der Haustür - Entdeckungsreise in die
Entstehung unserer Landschaft
C1-UM
RSBonn
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
C2-UM KGT
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
IM-UM HGWT
Informatik/Mathematik: Spaß am logischen Denken
Arbeitsgemeinschaften der Oberstufe:
AG
Schule Arbeitsgemeinschaft
C
HGWT
Chemie
CP
SG
Chemie-Physik
IC
TG
Informatik C#
IR
TG
Informatik Robotik
P
TG
Physik
M
HGWT
Mathematik
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
8
Statistik der Unter- und Mittelstufe: Teilnehmerzahlen im Schuljahr 2011/2012
Statistik der Unter- und Mittelstufe:
Teilnehmerzahlen im Schuljahr 2011/2012
Anmeldungen zu Beginn des zweiten Schulhalbjahres: 133
Klassenstufen nach Arbeitsgemeinschaften
Klasse / AG
BC-UM BCP-UM
5
9
6
2
6
7
7
2
8
4
Summen
13
17
BE-UM
C1-UM
C2-UM
IM-UM
9
3
5
7
2
2
14
12
14
16
RS-Jest RS-Lauf
9
6
9
6
2
3
2
1
12
17
9
Summen
22
41
14
5
82
Arbeitsgemeinschaften nach männlich/weiblich
m-w / AG
BCP-UM BC-UM
BE-UM
C1-UM
C2-UM
m
8
4
3
6
12
w
9
9
7
6
2
Summen
17
13
10
12
14
IM-UM
11
5
16
Klassenstufen nach Schulen
Klasse / Schule HGWT
5
2
6
18
7
8
8
4
Summen
32
KGT
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
6
3
1
10
RS-Bonn
5
6
1
12
Summen
22
41
14
5
82
Summen
44
38
82
Statistik der Oberstufe: Teilnehmerzahlen im Schuljahr 2011/2012
9
Statistik der Oberstufe:
Teilnehmerzahlen im Schuljahr 2011/2012
Anmeldungen zu Beginn des Schuljahrs: 75
Klassenstufen nach Arbeitsgemeinschaften
Klasse / AG
C
CP
IC
8
9
3
5
10
5
2
1
11
4
1
12
1
3
6
13
7
1
Summen
20
6
13
IR
1
1
6
2
10
Summen
1
10
17
8
19
14
69
Klassenstufen nach Schulen
Klasse / Schule HGWT JLS KGT KSB SG TG
8
1
9
9
1
10
8
7
2
11
4
1
1
1
1
12
10
2
1
6
13
7
2
2
3
Summen
39
3
11
1 11
4
Summen
1
10
17
8
19
14
69
Arbeitsgemeinschaften nach männlich/weiblich
m-w / AG
C
CP
IC
IR
P
M
m
9
5
11
10
5
5
w
11
1
2
4
1
5
Summen
20
6
13
14
6 10
Summen
45
24
69
1
2
5
1
2
3
14
P
M
3
1
1
1
6
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
10
Gesamtstatistik der Teilnehmerzahlen im Schuljahr 2011/2012
Gesamtstatistik der
Teilnehmerzahlen im Schuljahr 2011/2012
Klassenstufen nach Arbeitsgemeinschaften
Klasse / AG
C CP
IC
5
6
7
8
9
3
5
10
5
2
1
11
4
1
12
1
3
6
13
7
1
Summen
20
6
13
IR
9
3
C2-UM
5
7
2
IM-UM
2
14
10
12
14
16
Summen
22
41
14
6
10
17
8
19
14
151
Klassenstufen nach Schulen
Klasse / Schule HGWT JLS KGT KSB SG TG RS-Bonn RS-Jest RS-Lauf
5
2
5
9
6
6
18
6
9
6
2
7
8
1
3
2
8
5
1
9
9
1
10
8
7
2
11
4
1
1
1
1
12
10
2
1
6
13
7
2
2
3
Summen
71
3
23
1 11
4
12
17
9
Summen
22
41
14
6
10
17
8
19
14
151
C2-UM IM-UM
12
11
2
5
14
16
Summen
89
62
151
1
2
5
1
2
3
14
P
M
BC-UM
2
7
4
3
1
1
1
6
1
1
6
2
10
13
BCP-UM
9
6
2
BE-UM
6
3
1
17
Arbeitsgemeinschaften nach männlich/weiblich
m-w / AG
C
CP
IC
IR
P
M BCP-UM
BC-UM
BE-UM
m
9
5
11
10
5
5
8
4
3
w
11
1
2
4
1
5
9
9
7
Summen
20
6
13
14
6 10
17
13
10
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
C1-UM
C1-UM
6
6
12
Kalender der Unter- und Mittelstufe
11
Kalender der Unter- und Mittelstufe
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
12
Die Arbeitsgemeinschaften Unter- und Mittelstufe
Die Arbeitsgemeinschaften Unter- und Mittelstufe
Angebot ab Februar 2012 für die Klassen 5 bis 8:
Biologie/Chemie: Nahrungsmittel – was steckt in ihnen?
Annika Rudolph - Hochrhein-Gymnasium Waldshut
Seite 14
Biologie/Chemie/Physik: Die Welt ist bunt
Wiebke Pankratz – Realschule Jestetten
Seite 17
Biologie/Erdkunde: Das Meer vor der Haustür
Dipl.-Geol. Xenia Tutaß - Hans-Thoma-Schule Laufenburg
Seite 19
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
Gabriele Pfeifer - Realschule Bonndorf
Seite 22
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
Tobias Pfeifer - Klettgau-Gymnasium Tiengen
Seite 24
Informatik/Mathematik: Spaß am logischen Denken
Susanne Kintzi und Silke Amberg - Hochrheingymnasium Waldshut
Seite 27
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Südkurier vom 23.01.2012: Forscherdrang ohne Grenzen
13
Südkurier vom 23.01.2012: Forscherdrang ohne
Grenzen
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
14
Biologie/Chemie: Nahrungsmittel – was steckt in ihnen?
Biologie/Chemie:
Nahrungsmittel – was steckt in ihnen?
Annika Rudolph - Hochrhein-Gymnasium Waldshut
Die Teilnehmer des Seminars setzten sich aus Schülern/-innen der Klassen 6 – 8
zusammen. Die Teilnehmerzahl pendelte sich im Laufe der ersten Wochen auf 11 Schüler/innen ein.
Im Rahmen dieser Arbeitsgemeinschaft wollten wir herausfinden, welche Stoffe in
Lebensmitteln enthalten sind und welche Bedeutung sie für unseren Organismus haben.
Zu diesem Zweck wurden zunächst die Grundkenntnisse der Schüler/innen zu den
Aufgaben der Ernährung gesammelt und gegebenenfalls ergänzt, um eine gemeinsame
Basis zu schaffen.
Im Rahmen der ersten Versuchsreihe wurden Nachweismöglichkeiten für die Nährstoffe
(Fette, Kohlenhydrate und Eiweiße), also für die Hauptbestandteile der Nahrung,
vorgestellt. Da das praktische, selbständige und kreative Arbeiten sehr im Vordergrund
stehen sollte, brachten die Schüler/innen Lebensmittel ihrer Wahl mit und untersuchten
diese mittels der vorgegebenen Nachweisreaktionen selbstständig auf die Nährstoffe. Die
erhaltenen Versuchsergebnisse sollten mit den Inhaltsstoffen abgeglichen werden, die auf
der Verpackung aufgeführt waren. Anschließend konnten die Lebensmittel bezüglich
gesunder Ernährung eingestuft werden.
Neben den Nährstoffen gibt es viele andere Bestandteile in Nahrungsmitteln, welche eine
ebenso große Bedeutung haben können. Hierbei seien zum Beispiel die Vitamine und
Mineralstoffe genannt, die bereits in sehr geringen Mengen eine große Wirkung auf
unseren Organismus besitzen. Diese Wirkung sollte den Schüler/innen am Beispiel des
Vitamin A verdeutlicht werden. Nach einer Internetrecherche über dieses Vitamin wurde
dieses als Vorstufe (Provitamin A) isoliert und anschließend nachgewiesen.
Da das Auge, aber auch die Nase mitisst, beschäftigten wir uns in einer weiteren
Versuchsreihe mit der Isolierung von verschiedenen Geruchs- und Farbstoffen, welche
durch Extraktion aus entsprechenden Lebensmitteln gewonnen wurden. Aus Zitronen
wurde wohlriechendes Zitronenöl gewonnen.
Gewinnung von Zitronenöl aus Zitronen
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Biologie/Chemie: Nahrungsmittel – was steckt in ihnen?
15
Aus Spinat, Smarties und Karotten wurden die Farbstoffe herausgelöst.
Die Farbstoffe des Spinats und der Smarties wurden zusätzlich durch das Verfahren der
Dünnschicht-Chromatographie aufgetrennt, um zu verdeutlichen, dass mehrere
unterschiedliche Farbstoffe für die Farben verantwortlich sind.
Farbstofflösung des Spinats
Chromatogramm von Spinat
Da ein ausgeglichener Säure-Base-Haushalt wichtig für den korrekten Ablauf von
Stoffwechselprozessen ist, beschäftigten wir uns anschließend damit, wie sauer bzw.
alkalisch einzelne Lebensmittel sind. Hierbei wurde Rotkohlsaft zunächst als natürlicher
Indikator eingesetzt, der aufgrund seiner Farbe anzeigt, ob ein Lebensmittel sauer, neutral
oder alkalisch ist. Darüber hinaus lernten die Schüler/innen den Universalindikator kennen,
mit dem sie den pH-Wert herausfinden und somit angeben konnten, wie stark sauer oder
alkalisch ein Lebensmittel ist. Nachdem die Schüler/innen gelernt hatten, dass
Haushaltsessig sauer ist, sollte der Gehalt an Essigsäure im Essig mithilfe des Verfahrens
der Titration ermittelt werden. Der Essigsäuregehalt ist genau vorgeschrieben und kann
somit überprüft werden. Hierbei war besonders genaues und geschicktes Arbeiten
erforderlich.
Überprüfung von Lebensmitteln auf ihren sauren oder
basischen Charakter
Verfahren der Titration
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
16
Biologie/Chemie: Nahrungsmittel – was steckt in ihnen?
Die Untersuchung von Tee und Kaffee war im Verlauf des Hochrheinseminars ebenfalls
Themenschwerpunkt. Bekannt sind die zwei Getränke für den Inhaltsstoff Coffein. Durch
das Verfahren der Sublimation konnten Coffeinkristalle dargestellt und unter dem
Stereomikroskop deutlich sichtbar gemacht werden. Grüner Tee enthält dagegen
Chlorophyll, welches sich durch UV-Licht anregen lässt und diese Energie als sichtbares
rotes Licht wieder abstrahlt. Somit konnten diese Inhaltsstoffe nachgewiesen werden.
Zudem wurde den Schülern die Wirkung von Tee und Kaffee als weiterer natürlicher
Indikator bewusst, da sich diese unterschiedlich verfärbten, wenn Säure bzw. Lauge
zugesetzt wurde.
Den Abschluss bildete ein gemeinsames Essen,
welches unter den neu gewonnen Erkenntnissen
und Gesichtspunkten zu gesunder Ernährung
analysiert und bewertet wurde. Bei der
Recherche zu den Inhaltsstoffen wurde dabei
der Schwerpunkt auf die Wirkung der Stoffe auf
den Organismus gelegt.
Alle Experimente wurden nach kurzer Anleitung
selbstständig
von
den
Schülern
und
Schülerinnen durchgeführt. Der Spaß an der
Sache sollte dabei im Vordergrund stehen. Coffeinkristalle
Parallel zu den Experimenten sollte am Laptop
das zugehörige Versuchsprotokoll angefertigt und gegebenenfalls durch eigene
Fotographien ergänzt werden. Somit wurde selbstständiges und wissenschaftliches
Arbeiten geschult. Das Arbeiten in Kleingruppen und die unterschiedlichen chemischen
und biologischen Grundkenntnisse aufgrund des Alters lehrte die Schüler/innen
Teamfähigkeit und brachte sie näher zusammen.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Biologie/Chemie/Physik: Die Welt ist bunt
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Biologie/Chemie/Physik: Die Welt ist bunt
Wiebke Pankratz – Realschule Jestetten
Thematik und Ziele:
Bei dem Projekt "Die Welt ist bunt" haben sich die
Schülerinnen und Schüler mit vielen Teilgebieten
rund um Farben beschäftigt. Durch das Forschen
im Internet, das Experimentieren und das eigene
Recherchieren haben sie ihre bereits vorhandenen
Kenntnisse vertieft.
Die Schülerinnen und Schüler haben sich u. a. mit
den Teilthemen:
• Wirkung von Farben auf den Menschen
• Lebensmittefarbstoffe
• Feuerwerksfarben
• Farben von Kleidung und Haut
beschäftigt.
Teilnehmer:
Die AG "Die Welt ist bunt" startete mit 18 Schülerinnen und Schülern der Klassenstufen 5
bis 7. In Projekten wurden naturwissenschaftliche Themen bearbeitet.
"Naturwissenschaftliche Bildung ist ein wichtiger Teil der Allgemeinbildung". 1 Die Schule
muss Voraussetzungen schaffen, damit die Schülerinnen und Schüler sich aktiv mit den
Naturwissenschaften auseinander setzen und ihre Bedeutung für andere Bereiche
erkennen. Für die Unterrichtsplanung ist wichtig, sich am Vorstellungsvermögen der
Schülerinnen und Schüler zu orientieren und die Fähigkeiten, aber auch die bereits
vorhandenen Kenntnisse der Schülerinnen und Schüler zu berücksichtigen, damit diese
konsequent weiter entwickelt werden. Aufgrund der Altersstruktur der Schülerinnen und
Schüler waren die Kenntnisse und Fähigkeiten sehr unterschiedlich, sodass thematisch
parallel gearbeitet wurde.
1
Bildungsplan 2004, Realschule, Baden-Württemberg, Seite 96
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
18
Biologie/Chemie/Physik: Die Welt ist bunt
Inhalte, Methoden, Verlauf:
Die 18 Schülerinnen und Schüler arbeiteten größtenteils
selbstständig und erforschten unter dem Hauptthema
"Die Welt ist bunt" folgende Teilgebiete:
• die Zerlegung von weißem Licht
• die Farbaddition
• die Farbsubtraktion
• die Flammenfärbung
• Fotolumineszenz
• Chemolumineszenz
• Lebensmittelfarbstoffe
• die Färbung von Kleidung und der Haut.
Die meisten Themen wurden über Versuche erarbeitet, bei denen sich die Schülerinnen
und Schüler selbstständig das Wissen aneignen konnten.
Das größte Interesse der Schülerinnen und Schüler lag bei den Themen
"Lebensmittelfarbstoffe" und "Färbung von Kleidung und der Haut", sodass ein
Schwerpunkt auf diese beiden Themen gelegt wurde.
Bei dem Thema "Färbung von Kleidung und der Haut" erhielten die Schülerinnen und
Schüler verschiedene Pflanzenfarbstoffe, mit denen sie sich beschäftigten. Im Anschluss
an ihre Untersuchungen färbten sie ihre eigenen Materialien und auch ihre Haut mit diesen
Farbstoffen.
Abschließende Beurteilung:
Die Schülerinnen und Schüler zeigten von Anfang an sehr großes Interesse an dem
Thema. Sie hatten viel Spaß und Freude sich mit dem Thema auseinander zu setzen und
zeigten große Freude an naturwissenschaftlichem Arbeiten und vor allem am Forschen und
Experimentieren.
Ein größeres Problem stellten die verschiedenen Altersstufen der Schülerinnen und Schüler
dar. Vor allem die Schülerinnen und Schüler der Klasse 5 brauchten des Öfteren mehr
Unterstützung, da sie bislang noch wenig experimentiert hatten.
Ich würde das Projekt wieder so anbieten und durchführen. Zum einem war es schön zu
beobachten, mit welcher Begeisterung und Freude die jüngeren Schülerinnen und Schüler
selbstständig experimentierten. Zum anderen war es auch schön, zu beobachten, wie die
älteren Schülerinnen und Schüler den "Kleinen" halfen und sie unterstützten, wodurch die
sozialen und personalen Kompetenzen gefördert wurden.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Biologie/Erdkunde: Das Meer vor der Haustür
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Biologie/Erdkunde: Das Meer vor der Haustür
- Entdeckungsreise in die Entstehung unserer Landschaft
Dipl.-Geol. Xenia Tutaß - Hans-Thoma-Schule
Laufenburg
Die landschaftliche Entwicklung Baden-Württembergs steht in direktem Zusammenhang
mit tektonischen und klimatischen Veränderungen im Laufe vieler Millionen Jahre. Im
Erdzeitalter des Jura (etwa 200 – 145 Millionen Jahre vor heute) war das Gebiet von
einem Meer bedeckt, in dem sich viele Pflanzen und Tiere ablagerten und – unter dafür
günstigen Bedingungen – versteinerten.
Die fossilienreichen Kalke des oberen Jura
prägen weite Teile der Schwäbischen Alb und
des Schweizer Jura. Die Gesteine des
Schwarzwalds hingegen sind weit älteren
Datums. Sie wurden im Laufe der Entstehung
des Oberrheingrabens an dessen Flanken
emporgehoben.
Die Schüler/innen nehmen die Landschaft, in
der sie leben, als etwas Statisches wahr. Die
landschaftsbildenden Prozesse laufen in
der Regel so langsam ab, dass sie von
Menschen nur bei katastrophalen Ereignissen
Versteinerte Muschel aus dem Jurameer
wie Lawinen oder schweren Erdbeben
wahrgenommen werden. Im Laufe des Kurses sollten die Schüler/innen ein Gefühl dafür
bekommen, dass die Landschaft, in der sie leben, einem permanenten Wandel unterliegt.
Sie sollten erkennen, dass auch Steine ihre ganz eigene Entstehungsgeschichte haben, die
sehr viel über das Klima oder die geographischen und geologischen Bedingungen am Ort
ihrer Entstehung aussagt.
Fossilreiche Kalksteine (Sauriermuseum Frick)
Kristallines Tiefengestein
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Biologie/Erdkunde: Das Meer vor der Haustür
Um die komplexen Zusammenhänge in der Natur begreiflich zu machen, sollte der Kurs in
drei Teile gegliedert sein. Im ersten Teil sollten die Schüler/innen Grundlagen der
Kartenkunde, der Gesteinskunde und der Plattentektonik kennenlernen. Mit diesem Wissen
sollten sie im zweiten Teil eine grobe Kartierung des Gebietes im 1- km-Radius um
Laufenburg durchführen und dabei Gesteinsproben sammeln. Die Gesteine sollten
bestimmt und erdgeschichtlich eingeordnet werden. Anschließend sollte anhand der
Gesteinstypen die Entstehungsgeschichte des untersuchten Gebietes rekonstruiert und ein
Ausblick auf dessen zukünftige Entwicklung gegeben werden.
Teilnehmer/innen
Zu Beginn des Kurses waren 10 Schülerinnen und Schüler der Klassenstufen 5, 6 und 8
vertreten. Zwei der Teilnehmer/innen verließen den Kurs jedoch nach wenigen Wochen,
da sie den zeitlichen Aufwand des Kurses neben ihren schulischen Verpflichtungen als zu
hoch empfanden. Die Schüler/innen brachten sehr unterschiedliche Vorkenntnisse zu der
Thematik und zum Teil sehr unterschiedliche Vorstellungen über die Gestaltung des Kurses
mit, was im Laufe des Kurses zu Veränderungen in der Planung führte.
Verlauf und Inhalte
Während der ersten Stunden lernten die Schüler/innen Grundlagen der Erdzeitalter, der
Plattentektonik, der – auch klimatisch bedingten – verschiedenen
Ablagerungsbedingungen für Sedimente, der Bildung von Fossilien, der Gesteinskunde und
der Kartenkunde. Die Theorie wurde durch kurze Ausflüge in die nähere Umgebung
aufgelockert, bei denen die Schüler/innen unterschiedliche Gesteinstypen erkennen und
interpretieren sollten. Auch die an der Schule vorhandenen sowie die privaten Gesteinsund Fossilienhandstücke trugen zu einem besseren Verständnis des Erlernten bei.
Erste Schwierigkeiten ergaben sich jedoch bei der praktischen Umsetzung der
Kartenkunde. Die Schüler/innen hatten die Aufgabe, auf der Grundlage der
topographischen Karte von Laufenburg ein Höhenprofil zu zeichnen. Die sichere
Umsetzung dieser Methode ist die Grundlage für die Erstellung eines geologischen Profils,
was als Aufgabe im Anschluss an die geologische Kartierung vorgesehen war. Es stellte
sich schnell heraus, dass einige der Schüler/innen ein sehr gutes räumliches
Vorstellungsvermögen hatten und die Zeichnung eines Höhenprofils für sie ohne
Schwierigkeiten und zügig möglich war. Andere Schüler/innen hatten mit dieser Aufgabe
jedoch auch nach der zweiten Stunde noch dermaßen massive Probleme, dass es
erforderlich war, die Planung zu ändern.
Die meisten der Teilnehmer/innen hatten besonderes Interesse an der Lebensweise der
Tiere im Jurameer, welche heute als Fossilien in gelblich-weißen Kalken zu finden sind.
Neues Ziel des Kurses war eine Beschreibung der Lebenswelt im Jurameer. Auf der
Grundlage einer Tafel der Erdzeitalter sollten Fossilien des Jura dargestellt und mit kurzen,
informativen Texten über das Leben der Tiere erläutert werden. Des Weiteren sollten
Abbildungen der Lebenswelt im Jurameer sowie der heutigen Kalksedimente der
Schwäbischen Alb gegenübergestellt werden, um die gravierenden geologischen
Veränderungen des Gebietes der heutigen Schwäbischen Alb darzustellen. Ein Besuch des
Sauriermuseums in Frick (Schweiz) trug zu einem besseren Verständnis der Lebenswelt
des Jura und zur Bildung der Fossilien bei.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Biologie/Erdkunde: Das Meer vor der Haustür
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Sauriermuseum Frick
Im weiteren Verlauf des Kurses erschien der Arbeitsaufwand zwei Teilnehmerinnen zu
hoch und sie arbeiteten nicht mehr mit. Zwei weitere verließen den Kurs, weil sie sich für
die Lebenswelt jurassischer Fossilien doch nicht ausreichend interessierten.
Die vier verbliebenen Teilnehmer/innen hatten zwar sehr viel Interesse an der Thematik
und arbeiteten daran. Der Aufwand für die geplante Präsentation wäre jedoch für vier
Teilnehmer/innen zu hoch gewesen, so dass sie sich mit der Beschreibung der
Lebensweise einiger Tiere im Jura begnügten.
Fossilienfundstelle am Sauriermuseum Frick
Bewertung und Ausblick
Die Schüler/innen kamen mit sehr unterschiedlichen Vorstellungen in diesen Kurs. Ursache
dafür war vor allem das sehr weit gefasste und allgemein gehaltene Thema. Eine AG zum
Thema Landschaftsentwicklung sollte thematisch so eng gefasst sein, dass die
Schüler/innen sich vor der Anmeldung überlegen können, ob sie das Interesse sowie die
nötigen Voraussetzungen für eine erfolgreiche Teilnahme mitbringen. Sehr positiv ist
jedoch das Interesse und die Bereitschaft zur Mitarbeit beim Thema "Fossilien" zu
bewerten. Die Schüler/innen zeigten des Weiteren sehr viel Interesse an den
theoretischen Grundlagen der Erdgeschichte und der Plattentektonik. Für eine praktische
Umsetzung geologischer Arbeitsmethoden ist dagegen sehr viel mehr Zeit notwendig, um
die erlernten Grundlagen gezielt zu üben.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
Gabriele Pfeifer - Realschule Bonndorf
Grundmodul: Laborführerschein
Modul 1: Stoffdetektive: Woraus unsere Welt besteht
Modul 2: Kristalle und Mineralien
Modul 3: Haut und Haare: Chemie des Pflegens
Im 2. Schulhalbjahr 2011/2012 war es endlich so weit, das Hochrheinseminar startete mit
dem Unterstufenangebot für Schüler der Klassen 5 bis 8.
In Bonndorf fand sich eine Schülergruppe, welche sich mit den Themen
Laborführerschein,Stoffdetektive, Kristalle und Mineralien und Haut und Haare
beschäftigte.
Jede Sitzung wurde mit Spannung erwartet und wir legten mit einer Einführung ins
wissenschaftliche Arbeiten los. Das Bedienen des Brenners und den Laborführerschein
hatte jeder schnell wiederholt bzw. zum ersten Mal gelernt.
Sicherheit stellte sich als spannendes Thema heraus. Was man im Labor so alles wissen
muss: Neue Gefahrensymbole, Gerätenamen und den Umgang mit Stoffen.
In einem kleinen Glasschmelzpraktikum konnte das erworbene Wissen gleich erprobt
werden. Mit viel Fleiß und Spaß entstanden Pipetten und Winkelrohre.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
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Im Modul "Stoffdedektive" haben wir uns mit den Gerüchen beschäftigt und sind zum
Thema Kaffee gekommen.
Wie kommt man eigentlich zu Instantkaffee?
Grüne Kaffeebohnen hatten viele noch nie gesehen. Klar haben wir die Bohne erkannt,
aber grüne Bohnen duften schrecklich und nicht so gut wie wir Kaffee kennen. Also war
schnell klar, dass wir hier einiges zu erforschen haben. Ein Plan war schnell erstellt und
nun eiferten wir darum, wer wohl den besten Instantkaffee herstellt. Welcher Weg führt
wohl zum Erfolg?
Nach einigen Versuchsvariationen haben alle Teams auf ein gutes Ergebnis blicken
können. Es war spannend, welche unterschiedlichen Wege zum Ziel führten. Genaues
Arbeiten und seine Vorgehensweise zu dokumentieren war dabei selbstverständlich. Die
Zeit verflog jedes Mal schneller als gedacht und wir beschlossen in die weiteren Module
nur kurz reinzuschnuppern. Die Teilnehmer entschieden zum Thema "Minerale und
Kristalle" ihre bisherigen Erfahrungen zum Kristallzüchten auszutauschen und erste
Schritte der Kristallzucht auszuprobieren. Eine Vertiefung konnte angesichts des
fortgeschrittenen Schuljahres nicht erfolgen, und es bleiben genug Fragen für weitere
Veranstaltungen.
Interessant wurde dann der Rückblick für die Präsentationsvorbereitung. Mit Spaß und
selbstkritischer Betrachtung erstellten wir im Eiltempo eine kurze Präsentation.
Wir freuen uns auf das kommende Angebot und sind gespannt auf die neuen
Entdeckungen mit dem Angebot des Hochrheinseminars im kommenden Schuljahr.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
Tobias Pfeifer - Klettgau-Gymnasium Tiengen
Grundmodul: Laborführerschein
Modul 1: Stoffe verändern sich: Feuer, Kerze und Co.
Modul 2: Wasser und Waschen
Modul 3: Chemie in der Küche
Ablauf unserer Forschungen:
Los ging es mit der Sicherheitsbelehrung und dem Kennenlernen der Laborgeräte. Zu
Beginn der zweiten Sitzung stand dann eine kleine "Prüfung" zum sicheren Umgang mit
dem Bunsenbrenner an, die alle Schüler erfolgreich meisterten. In den folgenden Stunden
vertieften die Schüler dann den Umgang mit dem Brenner in einem
"Glasschmelzpraktikum": Die Schüler stellten durch das Schmelzen von Glasrohren und
Reagenzgläsern Pipetten, Winkelrohre und Ampullen her.
Nun waren die Schüler "fit" für den Einstieg in unser Thema "Stoffe verändern sich: Feuer,
Kerze und Co". Unser Forschungsobjekt war sehr einfach: Die Kerze! Die darauffolgenden
Stunden standen dann unter dem (überraschend ergiebigen) Thema "Was brennt bei der
Kerze?". Anfängliche Vermutungen wie "das Wachs" oder "der Docht" widerlegten die
Schüler schnell durch selbstgewählte Experimente. Nach einigen Versuchen hatten ein
paar Schüler dann die entscheidende Idee: Vielleicht brennt Wachsdampf? Hierzu
entwarfen die Schüler einen relativ komplexen Versuch: Man könnte doch vielleicht den
Wachsdampf aus der Kerzenflamme mit einem Winkelrohr in ein Reagenzglas leiten. Und
vielleicht könnte man den Wachsdampf dort abkühlen. Hierfür schlugen die Schüler ein
Becherglas mit Eiswasser vor. Die Durchführung des Versuchs war ein voller Erfolg:
Tatsächlich bildeten sich im gekühlten Reagenzglas winzige Wachskristalle, die sich mit
Lupen betrachten ließen. Auch der anschließende Versuch, eine Selbstentzündung von
Wachsdampf zu erzwingen, klappte – es gab eine kleine Stichflamme!
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
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Nachdem also geklärt war, was bei der Kerze brennt, erweiterten die Schüler die Frage zu
"Was braucht eine Kerze, um zu brennen?". Über eine Internetrecherche fanden die
Schüler mehrere Gase, die ihrer Vermutung nach für das Brennen einer Kerze benötigt
würden: Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid. Der zur Überprüfung geeignete
Versuch lag auf der Hand: Man bräuchte einfach nur Standzylinder mit jeweils einem der
Gase befüllen (die uns in Gasflaschen zur Verfügung standen) und dann über eine Kerze
stülpen und beobachten, was passiert. Nach kurzer Zeit erkannten die Schüler jedoch,
dass dieser Versuchsansatz eine Problematik beinhaltete, die sich auf Anhieb nicht so
einfach lösen lässt: Wie befüllt man einen Standzylinder mit einem Gas, ohne dass noch
Luftreste im Standzylinder sind? Die Schüler suchten unter den Glasgeräten nach einer
Lösung und schließlich war es klar: Die Standzylinder mussten unter Wasser befüllt und
verschlossen werden!
Bei der anschließenden Durchführung des Versuchs zeigte sich dann Überraschendes: Die
Kerze verlöschte bei Stickstoff und Kohlenstoffdioxid sofort, bei Sauerstoff hingegen
brannte sie mit größerer und hellerer Flamme weiter. Es war also klar: Die Kerze braucht
Sauerstoff zum Brennen. Aber was war mit den anderen Gasen? Einer der Schüler stellte
hierzu eine neue Vermutung auf: Vielleicht entstehen beim Brennen einer Kerze auch
Gase? Aufgrund einiger Kenntnisse aus dem Fach Biologie kamen neue Vermutungen ins
Spiel: Vielleicht könnte es ja wie bei der Atmung beim Mensch sein? Dort wird Sauerstoff
eingeatmet und Kohlenstoffdioxid und Wasser ausgeatmet! Blieb die Frage: Wie können
wir die Gase untersuchen, die beim Verbrennen einer Kerze entstehen? Wieder gab es ein
großes Brainstorming, bei dem einer der Schüler schließlich mit Zeichnen anfing und eine
komplizierte Apparatur mit U-Rohr und Wasserstrahlpumpe entwarf, die zum Nachweis
von entstehendem Wasser geeignet sein müsste.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
Als Vorbereitung bauten die Schüler dann vorne am Pult eine dazu passende große,
komplizierte Apparatur mit zahlreichen Klemmen, Muffen und Schläuchen auf. Die nächste
Sitzung wird nun vermutlich einzig dieser Versuch füllen: Die Schüler werden in Gruppen
die Apparatur nachbauen und dann wird es sich zeigen: Wird tatsächlich Wasser
nachgewiesen? Wir sind gespannt!
Bewertung:
Der Ablauf der Sitzungen war für Schüler und Lehrer jedes Mal gleichermaßen spannend:
Welche Fragen würden die Schüler heute zu unserem Thema stellen? Welchen Weg
würden sie vorschlagen, um eine Antwort zu finden? Würden die von den Schülern
vorgeschlagenen Versuche funktionieren? Es war ein echtes Forschen mit zahlreichen
überraschenden Momenten.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Informatik/Mathematik: Spaß am logischen Denken
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Informatik/Mathematik: Spaß am logischen Denken
Susanne Kintzi und Silke Amberg - Hochrheingymnasium
Waldshut
Teilnehmer
Zu Beginn des Kurses hatten sich 41 (plus 3 verspätete Nachmeldungen, also 44) Schüler
angemeldet. 16 Schüler wurden ausgewählt; viele Schüler, die keinen Platz bekamen,
waren sehr enttäuscht. Aus Termingründen waren nahezu alle Schüler aus der 6. Klasse.
Drei der Schüler waren weiblich. Leider hatten sich von den anderen Schulen fast keine
Kinder angemeldet.
Methoden
Die Vorkenntnisse sowie die Fähigkeiten der Teilnehmer waren unterschiedlich, so dass es
wichtig war, dass die Kinder in ihrem individuellen Tempo allein oder zu zweit arbeiten
können. Es gab aber auch Phasen, in denen wir gemeinsam Dinge erarbeiteten.
Inhalte, Ablauf
Da die Schüler sich besonders für
Programmierung interessierten, widmeten
wir etwa 2/3 der Kurszeit diesem Thema und
die restliche Zeit der Kryptologie.
Auf den Fotos sehen Sie einige Teilnehmer
beim Programmieren am Computer. Die
Kinder arbeiten mit der anschaulichen
Programmiersprache Logo. Ergebnisse jedes
Programms werden am Bildschirm mit Hilfe
einer laufenden Schildkröte visuell
verdeutlicht, so dass die Kinder verstehen
können, wie der Computer die
Programmierbefehle verarbeitet.
Manchmal programmieren die Kinder nicht selbst, sondern spielen, dass sie Roboter sind
und den Programmierbefehlen folgen müssen. Ihren Weg markieren sie mit Kreide auf
dem Schulhof. Auch so werden die Grundideen des Programmierens deutlich.
Die Kinder entdecken, wie sie durch die Verwendung von Schleifen und Modulen
(Prozeduren) Programme schreiben können, die möglichst kurz, verständlich und leicht
veränderbar sind. Sie verwenden Variablen und lernen, wie Tastatureingaben verarbeitet
werden können. Besonders fortgeschrittene Teilnehmer programmieren ein kleines Spiel,
bei dem zwei Schildkröten mit Tasten gesteuert werden müssen.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Informatik/Mathematik: Spaß am logischen Denken
Im zweiten Drittel dieses Halbjahres ging es um Kryptologie. Als Einstieg in das Thema
besuchten alle Teilnehmer dieses Kurses einen halbtägigen Workshop, der von Herrn
Hromkovic von der ETH Zürich geleitet wurde (siehe auch Bericht über den Workshop).
Nachdem beim folgenden Treffen der AG-Teilnehmer die beim Workshop behandelten
Verschlüsselungsmethoden wie die Skytale, die Cäsar-Verschlüsselung und der
Freimaurer-Code noch einmal aufgefrischt wurden und einige weitere wie die
Lochschablone und die Buchverschlüsselung neu vorgestellt wurden, haben wir uns an
einem Samstag Vormittag zu einer praktischen Anwendung des Gelernten getroffen. Die
Schüler haben in Dreier- oder Vierergruppen je eine Schnitzeljagd durch Waldshut für eine
andere Gruppe erstellt. Dabei sollten die Informationen an den einzelnen Stationen durch
jeweils verschiedene Verschlüsselungsmethoden verschlüsselt werden. Die Schüler haben
gemerkt, dass sie sich schon beim Verschlüsseln gut konzentrieren mussten, um keine
Fehler zu machen, da die andere Gruppe sonst keine Chance beim Entschlüsseln gehabt
hätte. Alle hatten viel Spaß daran, geeignete Verstecke zu finden, ihre Botschaften knifflig,
aber lösbar zu verschlüsseln und die Stationen der anderen Gruppe zu suchen.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Informatik/Mathematik: Spaß am logischen Denken
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Als letztes lernten die Schüler noch eine polyalphabetische Verschlüsselungsmethode
kennen, nämlich die Vigenère-Verschlüsselung. Auch hier haben sie mit Begeisterung
lustige Botschaften für ihre Mitschüler geschrieben, die diese anschließend entschlüsseln
mussten. Leider hat es zeitlich nicht mehr gereicht, gemeinsam herauszufinden, wie man
einen polyalphabetisch verschlüsselten Text knacken kann, wenn man das Schlüsselwort
nicht kennt. Für besonders Interessierte gab es hierzu eine Anleitung zum
Selbsterarbeiten.
Abschließende Beurteilung
Die Schüler waren meist begeistert. Einige programmierten beispielsweise zu Hause
weiter, fragten, ob sie noch ein Arbeitsblatt für zu Hause bekommen könnten. In der
Feedbackrunde in der letzten Stunde sagten die Schüler, dass sie die Themen sehr
interessant fanden. Ihnen gefiel, dass sie praktisch und recht selbstständig im eigenen
Tempo arbeiten durften. Manchmal mussten sie viel knobeln. aber die individuellen Fragen
wurden von den Lehrern gut beantwortet. Sie fanden es auch wichtig, dass immer wieder
die Lehrerinnen etwas für alle gemeinsam erklärten.
Besonders angetan waren sie von der Schnitzeljagd. Das Lösen von Aufgaben in Teams
und mit Wettbewerbscharakter hat Spaß gemacht und war z.T. auch eine wichtige
Herausforderung bezüglich des sozialen Lernens.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Vortragsreihe der Unter- und Mittelstufe
Vortragsreihe der Unter- und Mittelstufe
Prof.Dr. Ronald Hübner
2. März 2012: Optische Täuschungen
Universität Konstanz
Seite 31
Prof.Dr. Thomas Dekorsy
22. Juni 2012: Laser
Universität Konstanz
Seite 34
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vortragsreihe der Unter- und Mittelstufe
31
2. März 2012:
Optische Täuschungen
Prof.Dr. Ronald Hübner
Universität Konstanz
Mithilfe der Wahrnehmung nehmen wir Informationen aus der Aussenwelt auf und
repräsentieren sie in unserem Gehirn. Dabei ist uns in der Regel nicht bewusst, dass die
aufgenommenen Informationen oft keinen eindeutigen Schluss darüber ermöglichen, wie
die Aussenwelt wirklich beschaffen ist. Unser Gehirn behilft sich dann damit, dass es
plausible Annahmen macht. Bilder, die zu optischen Täuschungen führen, entlarven diese
Annahmen und geben Auskunft darüber, wie unsere Wahrnehmung funktioniert.
Welcher Turm ist
schiefer?
Herr Prof.Dr. Ronald Hübner und sein interessiertes Publikum:
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Vortragsreihe der Unter- und Mittelstufe
Holistische Wahrnehmung
Kippende Neckerwürfel:
Kreidezeichnungen von Julian Beever
Escher
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Gruppierung
Vortragsreihe der Unter- und Mittelstufe
33
Wo sind die Köpfe versteckt?
Prinz Philipp
und Königin Elisabeth:
Illusorische Bewegung:
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
34
Vortragsreihe der Unter- und Mittelstufe
22. Juni 2012:
Laser
Prof.Dr. Thomas Dekorsy
Universität Konstanz
Nachdem Herr Prof. Dr. Dekorsy die Teilnehmer mit seiner "Laser-Gitarre" auf das Thema
eingestimmt hatte, erklärte er sehr anschaulich und interessant verschiedene
Anwendungen der Lasertechnik. Ohne allzu tief in die Theorie der Physik einzustiegen
machte er deutlich, was ein Laser ist und wie er im Grundsatz funktioniert.
Vor 52 Jahren wurde der erste Laser entwickelt. Damals galt der Laser als Erfindung ohne
Nutzen. Dass die moderne Technik ohne Laser nicht denkbar wäre, wurde am Beispiel des
CD-Spielers, des Laserschweißens, der Bearbeitung von Werkstücken und vielem anderen
mehr erläutert. Was es zum Bedauern der Zuhörerschaft allerdings nicht gibt, ist ein
"Laserschwert". Dass es kein Klirren sich kreuzender "Laserschwerter" gibt, wurde mit sich
kreuzenden Laserstrahlen verdeutlicht.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vortragsreihe der Unter- und Mittelstufe
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Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
36
Vortragsreihe der Unter- und Mittelstufe
Laserlabor der Universität Konstanz
3d Lasergravur im Glasblock
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
24. Juni 2012: Workshop Programmieren Kryptologie
37
24. Juni 2012:
Workshop Programmieren Kryptologie
Prof. Dr. Juraj Hromkovic
Informationstechnologie und Ausbildung
ETH Zürich
In einem halbtägigen Workshop,
der für alle AG-Teilnehmer offen
war, bekamen die Schülerinnen
und
Schüler
von
Herrn
Hromkovic von der ETH Zürich
eine Einführung in das Thema
"Kryptologie". Sie wurden mit
Fachbegriffen vertraut gemacht
und es wurden ihnen einige
Verschlüsselungsmethoden
vorgestellt. Herr Hromkovic
verstand
es,
die
Schüler
mitzureißen und motivierte sie
zusätzlich dadurch, dass zu
jeder größeren Aufgabe ein
Buchpreis für den schnellsten
Schüler lockte. Von einigen
Verschlüsselungsmethoden hatten die Schüler schon gehört. So wussten sie schon, worum
es sich bei einer Skytale handelte - nämlich um eine Rolle bzw. einen Stab, um den ein
Papierstreifen gewickelt wurde, damit die Nachricht verschlüsselt werden bzw. später
wieder entschlüsselt werden konnte. Diese Methode kannten sie aus dem
Geschichtsunterricht und wussten, dass sie schon bei den Spartanern benutzt wurde. Jetzt
mussten die Schüler allerdings das Vorgehen abstrahieren. Es gab keine Rolle und kein
Papierstreifen, sondern nur einen verschlüsselten Text, der mit Hilfe eines Schlüssels
wieder in den Klartext verwandelt werden musste. Durch logisches Denken und ein
bisschen Knobelei kamen die meisten Schüler schnell auf die richtige Taktik. Auch vom
Cäsar-Code hatten einige Schüler schon etwas gehört. So hatten sie keine Mühe, die
verschlüsselten Texte zu entschlüsseln. Etwas schwieriger wurde es allerdings, als die
beiden Methoden kombiniert wurden. Die Schüler bekamen einen verschlüsselten Text,
der zuerst über die Skytale und anschließend noch mit dem Cäsar-Code verschlüsselt
wurde. Aber auch diese Schwierigkeit haben die meisten mit Bravour gemeistert.
Im Anschluss daran haben die Schüler gelernt, wie man mit Hilfe der Häufigkeitsanalyse
einen monoalphabetisch verschlüsselten Text entschlüsseln kann, ohne dass man den
Schlüssel kennt. Ganz zum Schluss demonstrierte Herr Hromkovic noch eine
Verschlüsselungsmöglichkeit für Zahlen. Die Schüler waren den ganzen Vormittag mit
großer Begeisterung bei der Sache.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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24. Juni 2012: Workshop Programmieren Kryptologie
Workshop Programmierung mit Assistenten und
Assistentinnen der ETH Zürich
Für interessierte Schüler aller AGs wurde am 24.5.2012 parallel zum Kryptologieworkshop
ein Programmierworkshop angeboten. Er wurde von vier Assistenten und Assistentinnen
der ETH Zürich sowie von Frau Amberg geleitet. Die Schüler arbeiteten sehr selbstständig
und jeder in seinem Tempo. Die meisten Schüler lernten das Programmieren und die
Programmiersprache Logo erst kennen. Sie lösten zahlreiche Aufgaben und lernten dabei
die Grundideen des Programmierens, wie z.B. eine Schleife.
Die virtuelle Schildkröte hinterließ bei ihrem Gang auf dem Bildschirm Spuren, so dass
schöne Bilder entstanden.
Einige Schüler hatten schon Programmiererfahrungen gesammelt oder kamen so schnell
voran, dass sie nach einigen Stunden Aufgaben aus einem zweiten Buch benötigten. Alle
Schüler waren sehr zufrieden, die Assistenten aus Zürich meinten, noch nie so schnelle
und pfiffige Schüler gehabt zu haben.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Abschlussveranstaltung der Unter- und Mittelstufe
39
Abschlussveranstaltung der Unter- und Mittelstufe
Teilnehmer berichten aus den Arbeitsgemeinschaften
Am 15. 7. 2011 fand in den Gewerblichen Schulen Waldshut die diesjährige Abschlussveranstaltung des Hochrhein-Seminars statt.
Die Schülerinnen und Schüler berichteten in lebendigen und anschaulichen Vorträgen, was
sie in ihren Arbeitsgemeinschaften im vergangenen Schuljahr geleistet haben.
Zum Abschluss händigten die Leiter- und Leiterinnen der Arbeitsgemeinschaften den
Schülerinnen und Schülern die Teilnahmebescheinigungen aus.
Die Seminarleitung bedankte sich für das rege Interesse an den Arbeitsgemeinschaften
und hofft auf rege Teilnahme im neuen Schuljahr.
Biologie/Chemie: Nahrungsmittel – was steckt in ihnen?
Annika Rudolph - Hochrhein-Gymnasium Waldshut
Seite 14
Biologie/Chemie/Physik: Die Welt ist bunt
Wiebke Pankratz – Realschule Jestetten
Seite 17
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
40
Abschlussveranstaltung der Unter- und Mittelstufe
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
Gabriele Pfeifer - Realschule Bonndorf
Seite 22
Chemie: We are stardust – Wir sind Sternenstaub
Tobias Pfeifer - Klettgau-Gymnasium Tiengen
Seite 24
Informatik/Mathematik: Spaß am logischen Denken
Susanne Kintzi und Silke Amberg - Hochrheingymnasium Waldshut
Seite 27
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Kalenderübersicht der Oberstufe
41
Kalenderübersicht der Oberstufe
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
42
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Die Arbeitsgemeinschaften der Oberstufe
43
Die Arbeitsgemeinschaften der Oberstufe
für die Oberstufe (in der Regel ab Klasse 10)
Chemie: Das Experiment zur Gewinnung neuer Erkenntnisse
Seite 44
H. Anger - Hochrhein-Gymnasium Waldshut
Chemie/Physik: Kernchemie und Kernphysik
Seite 48
Dr. Feuerbacher - Scheffel-Gymnasium Bad Säckingen
Informatik: Crash-Kurs Programmieren mit C#
M. Schulze - Technisches Gymnasium Waldshut
Seite 50
Informatik/Robotik: Programmieren von Mikrocontrollern
H. Mueller - Technisches Gymnasium Waldshut
Seite 52
Mathematik: Die Vielfalt der Mathematik am Computer
J. Rudolf, Hochrhein-Gymnasium Waldshut
Seite 56
Physik/Technik: Regenerative Energieversorgung
P. Vogt - Technisches Gymnasium Waldshut
Seite 60
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
44
Chemie:Das Experiment zur Gewinnung neuer Erkenntnisse
Chemie:
Das Experiment zur Gewinnung neuer Erkenntnisse
H. Anger - Hochrheingymnasium Waldshut
Schon Einstein sagte, dass keine noch so große Zahl von Experimenten beweisen kann,
dass man recht hat, aber ein einziges Experiment kann beweisen, dass man unrecht hat.
Nach diesem Motto versuchten wir, unsere Welt zu betrachten.
Wir, das waren 20 Schüler ( 10 männliche und 10 weibliche Teilnehmer).
Es ging nicht darum, neue Erkenntnisse zu erhalten, sondern Freude am Fach Chemie zu
vermitteln und experimentell einige Bereiche zu erfassen.
Dazu ist es nötig, ein gewisses Grundwissen zu erlangen, das auch über den Unterricht
hinaus geht. Deshalb begannen wir mit Themen, die alle bearbeiteten.
Diese Themen waren :

Maßanalytische Verfahren wie Redoxtitrationen, Neutralisationstitrationen,
Komplexometrie und Fällungstitrationen

Die Komplexchemie spielte auch hier eine große Rolle. Wir führten
Ligandenverdrängungsreaktionen durch. Wir erkannten, dass Salzlösungen auch
sauer reagieren, konnten mit Farbveränderungen qualitative Analysen durchführen
und mittels Chelatkomplexen die Wasserhärte bestimmen.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Chemie:Das Experiment zur Gewinnung neuer Erkenntnisse
45

Die Farbstoffe in den Pflanzen faszinierten uns immer wieder. Deshalb gewannen
wir diese und erkannten ihre pH- Abhängigkeit. Auf dieser Grundlage beschäftigten
wir uns mit Färbeprozessen und begannen Schafwolle zu färben.

Auch die Elektrochemie war ein von uns behandeltes Thema. Dabei untersuchten
wir die Bagdadbatterie, die wahrscheinlich vor 2000 Jahren entwickelt wurde.

Nicht nur die Farbstoffe von Pflanzen waren für uns von Interesse, sondern auch
ätherische Öle und Bitterstoffe zur Gewinnung kosmetischer Präparate.

Mit analytischen Methoden untersuchten wir Schokolade und Milch.
Mit dieser Grundlage waren die Schüler in der Lage zu erkennen, ob sie ein kleines Projekt
erarbeiten wollen. Es dauert manchmal einige Monate bis man ein Thema verinnerlicht
und bereit ist, dieses auch auf einem Wettbewerb zu präsentieren.
Dabei ist die Hilfe des AG-Leiters unbedingt erforderlich.
Folgende Schritte wurden dabei eingehalten:
1. Mittels Fachwissen und experimentellen Fertigkeiten wird eine Hypothese erstellt.
2. Die Experimente werden geplant und durchgeführt.
3. Danach erfolgt die Auswertung der Experimente und deren übersichtliche
Darstellung.
4. Zum Schluss betrachteten wir kritisch unsere Ergebnisse und bestätigten oder
verwarfen die Hypothese.
Die Schüler, die Projekte bearbeiteten, mussten in Gruppen arbeiten und damit ihre
Sozialkompetenz beweisen. Neben der Bewältigung der schulischen Arbeiten war der
Zeitfaktor eine wichtige Komponente.
Deshalb trafen wir uns auch zusätzlich an freien Nachmittagen oder in den Ferien.
Natürlich gab es auch Schüler, die kein Projekt bearbeiten wollten. Diese trafen sich
wöchentlich am Freitagnachmittag und vertieften Wissen mittels Experimenten.
Eine Rückkoppelung zu ehemaligen Schülern fand ebenso statt. Ein Besuch von zwei
Gewinnern des 1. Platzes beim Regionalwettbewerb Jugend forscht war verbunden mit
den Erfahrungsberichten als Studenten der Naturwissenschaften in Basel und Zürich. In
dieser Veranstaltung konnten die Schüler in lockerer Atmosphäre Fragen zum Studium
stellen.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
46
Chemie:Das Experiment zur Gewinnung neuer Erkenntnisse
Es war innerhalb der AG- Veranstaltungen eine gewisse Vielfältigkeit gefragt.
" Das gut laufen Lassen eines Lernprozesses verlangt eine stärker variierende
Professionalität als das Halten und Betreuen von Unterrichtsstunden." ( Wijnen: Van
school naar studiehuis-in MesoConsult: Band 1, Tilburg 1995, 7-14)
Innerhalb unserer AG bildeten sich folgende Projekte heraus:
1. Herstellen einer Wespensalbe.
Die Schülerinnen Lena Pilz, Verena Huber und Hella Müller informierten sich, welche Düfte
Wespen nicht mögen. Das waren die Gerüche von Nelken, Zimt, Orangen und Eukalyptus.
Sie gewannen diese Düfte mittels verschiedener Verfahren, und dann beschäftigten sie
sich mit der Cremeherstellung. Dabei spielt die Polarität der einzelnen Stoffe eine große
Rolle. Auch benötigten sie Tenside, um verschiedene Phasen zu überbrücken.
Ihr Ziel war immer die Teilnahme am Wettbewerb " Jugend forscht".
Lena Pilz äußerte sich dazu wie folgt:
" Man lernt unheimlich dabei. Für den Alltag und das Studium."
2. Mit verschiedenen Elektrolytlösungen und unterschiedlichem Aufbau wurde die
Bagdadbatterie getestet, wobei die Schüler M. Brakonier, P. Welte und T. Fäßle
keine optimale Laufleistung fanden.
3. Ein weiteres Team arbeitet zur Zeit daran, die kinetischen Einflüsse auf
Titrationskurven darzustellen, besonders die Temperatur.
4. Die Struktur der Stoffe ist entscheidend für ihre Haftfähigkeit auf anderen
Stoffen. In Arbeit ist ein Projekt zur Herstellung von Leimen aus organischen
Substanzen.
5. Auch die pH-Wertabhängigkeit von Farbstoffen bei Färbeprozessen wird von
einer Gruppe untersucht.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Chemie:Das Experiment zur Gewinnung neuer Erkenntnisse
47
Bei allen Arbeiten ist es wichtig, dass die Freude und der Spaß nicht verloren gehen. Es
muss auch nicht immer im Endresultat eine Teilnahme am Wettbewerb stattfinden.
Der positive Effekt einer Wettbewerbsteilnahme ist das Anfertigen einer kleinen
wissenschaftlichen Arbeit und die Darstellung und Verteidigung der Ergebnisse.
Die Arbeit in der AG soll dazu führen, dass die Schüler erkennen, welchen Stellenwert die
Naturwissenschaften in der Gesellschaft haben und was es heißt, wissenschaftlich zu
arbeiten.
Die Teilnehmer sollen neugierig darauf werden, was im Mikrokosmos passiert und wie wir
als Menschen versuchen, die Welt zu erkennen, und sie sollen auch sehen, dass wir
ebenfalls Teil dieser Welt sind.
Die Schüler waren neugierig, sie kamen in ihrer Freizeit, um noch tiefer in die Chemie
einzudringen.
Diese Zusammenarbeit hat großen Spaß gemacht.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
48
Chemie/Physik: Kernchemie und Kernphysik
Chemie/Physik: Kernchemie und Kernphysik
Dr. Feuerbacher - Scheffel-Gymnasium Bad Säckingen
Ziel: Das Ziel der AG war es, den Teilnehmern einen Einblick in das heutige Wissen über
die Materie zu geben und aufzuzeigen, welcher Nutzen bzw. auch Schaden – man denke
nur an Kernkraftwerke und Kernwaffen – uns allen daraus erwachsen ist.
Teilnehmer: Zu Beginn waren mehr als 10 Teilnehmer angemeldet, von denen allerdings
nur acht zum ersten Treffen erschienen. Aufgrund terminlicher Probleme – z.B. lagen die
Pflichtvorträge zeitlich parallel – und anderen schulischen Belastungen meldeten sich
einige der Teilnehmer bald wieder ab. So schrumpfte die Gruppe schließlich auf die vier
Schüler zusammen, die direkt vom Scheffel-Gymnasium stammten. Diese waren zudem
alle in der Abitursklasse, was zu einem vorzeitigen Ende der AG Ende Mai führte.
Inhalte, Methoden:
Aufgrund der geschilderten Probleme konnte nicht die ursprünglich geplante Breite des
Themengebietes abgedeckt werden, gerade viele konkrete Anwendungen der Kernchemie
blieben leider am Schluss auf der Strecke.
Trotzdem gelang – größtenteils mit Hilfe von Recherchen, Planarbeiten und OnlineTutorials – eine vertiefte Betrachtung folgender Themen:
•
Zerfallsreihen und ihre Gesetze, einschließlich deren Simulation mit einer
Tabellenkalkulation:
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Chemie/Physik: Kernchemie und Kernphysik
•
•
•
•
•
•
•
49
die chemische Leistung Marie Curies bei der Aufarbeitung der Pechblende zur
Isolierung des Elements Radiums (anhand ihrer Originalarbeit) – dieses Thema bot
sich besonders wegen des zu Ehren Curies begangenen Jahres der Chemie 2011 an
Aufbau der Materie aus Quarks, Leptonen und Austauschteilchen
Aufbau und Funktion von Detektoren zum Nachweis dieser Teilchen
das Tröpfchen-Modell zur Erklärung der Kernbindungsenergie (selbst berechnet aus
dem Massendefekt) und deren Verlauf in Abhängigkeit von der Kernmasse:
das Potentialtopf- und das Schalenmodell zur Erklärung der Stabilität (magische
Zahlen) und des Zerfalls von Kernen
die natürliche und die künstliche Nukleosynthese: Elemententstehung in Sonnen
bzw. Herstellung künstlicher Elemente (Plutonium bis Element 118)
Urangewinnung und die Herstellung von Brennstäben daraus
Besonderer Wert wurde auch auf den persönlichen Bezug zu Forscherpersönlichkeiten
gelegt. So erarbeiteten die Teilnehmer immer wieder Kurzreferate über bedeutende
Forscher und präsentierten sie der Gruppe. Beispielhaft genannt seien hier Rutherford, die
Curies, Thomson, Weizsäcker, Bethe, Pauli und Seaborg.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
50
Informatik: Crash-Kurs Programmieren mit C#
Informatik: Crash-Kurs Programmieren mit C#
M. Schulze - Technisches Gymnasium Waldshut
Die Arbeitsgemeinschaft Programmieren mit C# fand zum zweiten Mal statt. Von
insgesamt 12 angemeldeten Interessenten aus den Jahrgangsstufen 9 bis 12 nahmen
letztlich 7 Schüler regelmäßig teil, bei den anderen ergaben sich Kollisionen mit anderen
schulischen Pflichtveranstaltungen. 6 Teilnehmer kamen vom Hochrhein-Gymnasium
Waldshut, einer vom Klettgau-Gymnasium Tiengen.
Die Zielsetzung des Kurses war es, mit Hilfe der
freien Entwicklungsumgebung Sharp Develop die
Schüler in die Lage zu versetzen, eigene
Windowsprogramme nach ihren Wünschen zu
erstellen.
Hierfür
wurde
die
moderne
Programmiersprache C# eingesetzt. Anders als im
üblichen Computerunterricht wurden nicht zuerst die
Grundstrukturen
der
Programmiersprache
an
konstruierten zumeist mathematischen Problemen
geübt, sondern konkrete Programmwünsche der
Teilnehmer lieferten die Aufgabenstellungen für die
zu erlernende Programmiertechnik.
Alle Teilnehmer hatten bereits Vorkenntnisse im
Programmieren und kamen nach einer kurzen
Einführung gut mit der eingesetzten Software
zurecht.
Die ersten Programme, Taschenrechner und
Dez/Bin/Hex-Umwandler, waren noch recht einfach gehalten und dienten dem
Kennenlernen der grundlegenden Komponenten der grafischen Benutzeroberfläche eines
Windowsprogramms wie Button, Label, TextBox, MenuStrip usw..
Aufwändigere Programme, wie
Texteditor und PixelgrafikMalprogramm erläuterten die
Vorgehensweise beim Abspeichern
und Laden von Dateien und
ermöglichten das Ausdrucken der
erstellten Texte bzw. Bilder.
Außerdem konnten die Schüler hier
die von den Windows-Programmen
bekannte Menü-Technik und die
standardmäßig vorgegebenen
Auswahlmenüs für Schriftarten,
Zeichenfarbe, Öffnen und Speichern
von Dateien usw. ausprobieren.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Informatik: Crash-Kurs Programmieren mit C#
51
Es folgten anspruchsvollere Programmieraufgaben, z.B. ein Programm zum Zeichnen von
Vektor-Grafiken, ein Tetris-Spiel, das Auslesen von Messwerten eines Multimeters über die
serielle Schnittstelle mit anschließender grafischer Darstellung der Messwerte usw.
Nachdem von den Schülern einige Programmwünsche kamen, die, vollständig selbst
programmiert, die Möglichkeiten der Kursteilnehmer bei weitem überschritten hätten,
erläuterte der Kursleiter beispielhaft, wie man DLLs erstellt und in eigene Programme
einbindet. Nun konnten die Schüler im Internet zur Verfügung gestellte
Programmbausteine (DLLs) in eigene Programme integrieren und die gewünschten
Funktionen realisieren. Hierbei waren diverse Internet-Foren zu C#-Projekten sehr
hilfreich.
Auf diese Weise kam z.B. ein Programm zur Darstellung mathematischer Funktionen, ein
Wettervorhersageprogramm und ein Programm zum Erstellen von QR-Codes zustande.
Im Verlauf des Kurses entstanden weitere interessante Programme, Webbrowser,
Webcam-Player, Motiondetektor.
Ein bei den Kursteilnehmern beliebtes Thema war die Tonerzeugung mit dem PC.
So wurde ein Funktionsgenerator entwickelt, der Sinus-, Rechteck-, Dreieck-, Sägezahnund weitere Töne variabler Frequenz ausgeben kann und die Schüler wurden anhand
dieses praktisch hörbaren Beispiels in die Fourieranalyse und -Synthese eingeführt. Ein
Programm zur grafischen Darstellung der vom Mikrofon aufgenommenen Töne in
Zeitbereichs-und Frequenzbereichsdarstellung veranschaulichte die Zusammenhänge.
Anschließend bestand noch der Wunsch nach einem Computerklavier mit echtem
Klaviersound. Auch dieser Wunsch lies sich mit C# erfüllen.
Ein mit synthetischer Stimme geschriebenen Text ‚vorlesender‘ Editor schloss das Kapitel
und den Kurs thematisch ab.
Die Schüler waren gut motiviert. Fünf Teilnehmer waren aus der Jahrgangsstufe 12, diese
nahmen vor der schriftlichen Abiturprüfung eine kurze Auszeit und beendeten den Kurs
mit dem Abitur vorzeitig. Die zwei übrigen Teilnehmer nahmen bis zum Schluss regelmäßig
aktiv an den AG-Terminen teil und präsentierten einen Teil ihrer Forschungsarbeiten bei
der Abschlussveranstaltung des Hochrheinseminars.
Quellen:
www.codeproject.com
www.dotnet-snippets.de
Beispiele für Visual C#-Code, msdn.microsoft.com/de.../aa287464(VS.71).asp
http://www.biggle.de/blog/c-videoreihe-einfuhrung-in-c
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
52
Informatik/Robotik: Programmieren von Mikrocontrollern
Informatik/Robotik:
Programmieren von Mikrocontrollern
H. Müller - Technisches Gymnasium Waldshut
1.
Zielsetzung des Kurses:
Der Kurs richtet sich an Schüler, die Interesse an Programmierung, Elektronik,
Mechatronik haben.
Nach einem Jahr kennen alle Teilnehmer grundlegende Techniken der Programmierung
und können einfache Aufgaben selber lösen. Die Basis der Steuerungs- und
Regelungstechnik ist den Schülern bekannt. Das beinhaltet: Abfragen von Sensoren
(Schalter, Lichtsensor, Lagesensor, Inkrementalgeber) und Ansteuern von Aktoren
(Leuchten, Motoren, Ventilen).
Wenn sehr viele Schüler mit Vorkenntnissen teilnehmen, wäre auch mehr
projektorientiertes Arbeiten denkbar. Schüler könnten selber Projektideen einbringen, bzw.
könnten sich aus vorgegebenen Projekten ein Thema aussuchen und dieses einzeln oder
in kleinen Gruppen bearbeiten. Die Schüler arbeiten dann eher selbständig, der Kursleiter
hilft bei Problemen. Die Firma Testo stellt für eigene Projekte leihweise Mikrocontroller für
das Hochrheinseminar zur Verfügung, die die Schüler auch mit nach Hause nehmen
können.
2. Zusammensetzung der Gruppe im Schuljahr 11/12
Angemeldet waren 16 Schüler. 14 Schüler haben tatsächlich teilgenommen. Darunter
waren 4 Schüler weiblich. 8 Teilnehmer haben einigermaßen regelmäßig den Kurs bis zum
Ende des Jahres besucht und eine Teilnahmebescheinigung erhalten, darunter sind 3
Schülerinnen.
Der jüngste Schüler war in der 8. Klasse. Die Mehrheit kam aus der 10. Klasse. Alle
Schüler hatten wenig bis gar keine Vorkenntnisse zum Thema. Unter diesem
Gesichtspunkt war die Gruppe homogen. Ich habe deshalb die Arbeitsgemeinschaft als
Kurs durchgeführt, das Verständnis für das Thema wurde langsam aufgebaut, indem sich
der Schwierigkeitsgrad der Aufgaben von Termin zu Termin erhöht hat. Die Schüler haben
viel Führung und Anleitung benötigt. Selbständiges Arbeiten an größeren Projekten war
bei den gegebenen Vorkenntnissen nicht möglich.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Informatik/Robotik: Programmieren von Mikrocontrollern
53
3. Inhalte des Kurses im Schuljahr 11/12
3.1 Funktionsweise eines Mikrocontrollers
Anhand des schuleigenen Mikrocontrollerboards wurden grundlegende Bestandteile einer
CPU erarbeitet: Rechenwerk, Steuerwerk und IO-Einheit.
Die Platine enthält auch Peripherie, dazu gehören: Schalter, Tasten, LEDs,
7-Segmentanzeigen, LCD-Anzeige.
3.2 Grundlegende Programmiertechniken
Zu den Grundstrukturen jeder Programmiersprache gehören Verzweigungen, Schleifen,
Wiederholungen, Mehrfachverzweigungen. Diese können auch grafisch durch
Struktogramme veranschaulicht werden.
Zweckmäßig ist es, wenn die einzelnen Aufgaben eines Gesamtprogramms in einzelne
Funktionen aufgeteilt werden. Deshalb ist das Schreiben von Funktionen und auch die
Anwendung von fertigen Funktionen wichtiger Bestandteil des Kurses. Die Ausgabe von
Text und Ergebnissen über die LCD-Anzeige wird durch Verwendung der mitgelieferten
Funktionen recht einfach.
Die gewerblichen Schulen besitzen eine Lizenz für die Simulationssoftware 8051win von
der Firma Simsoft. Diese Software ermöglicht eine Simulation des selber geschriebenen
Programms am PC.
Es kann die Ansteuerung von Modulen wie 7-Segmentanzeigen, Motoren, Würfeln, Ampeln
usw. durch den Mikrocontroller simuliert werden. Dieses Programm können die Schüler
auch zu Hause nutzen. Die Schüler lernen nebenbei die Verwendung der verschiedenen
Zahlensysteme (Dezimal, Dual, Hexadezimal).
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
54
Informatik/Robotik: Programmieren von Mikrocontrollern
Das Bild zeigt die Simulationsoberfläche des Programms 8051win. Zu erkennen sind die
Bestandteile eines Mikrocomputers (CPU, Bussystem, RAM, ROM). An PORT-0 hängt ein
Würfel. Die Ausgaben an den Port werden Hexadezimal und Dual angezeigt.
3.3 Selbstfahrender Roboter
Für die Arbeitsgemeinschaft stehen zwei selbstfahrende Roboter (Asuro) zur Verfügung.
Anhand dieser Roboter können die
vorher gelernten Programmiertechniken sehr gut angewendet
werden. Nebenbei lernen die
Schüler grundlegende Techniken
wie
AD-Umsetzung,
DAUmsetzung.
Im
Vordergrund
stand
die
Linienverfolgung.
Zwei
Helligkeitssensoren müssen abgefragt
werden.
Die
Werte
müssen
miteinander verglichen werden
und dann mit einem Algorithmus
die Ansteuerung der Motoren
berechnet werden.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Informatik/Robotik: Programmieren von Mikrocontrollern
55
4. Zusammenfassung und Ausblick
Die Schüler haben im Kurs Grundlagen der Informatik erarbeitet und nebenbei noch
Einblick in Elektronik und Mechatronik erhalten. Die Teilnehmer hatten die Möglichkeit,
durch die verschiedenen Übungsaufgaben Erfahrungen mit der Thematik zu sammeln.
Interesse wurde hoffentlich geweckt. Es kann auch sein, dass ein Teilnehmer entdeckt,
dass das Thema nicht zu seinen Stärken gehört. Das ist aber aus meiner Sicht der Zweck
des Hochrheinseminars: Die Schüler können sich mit Themen befassen, die im Unterricht
nicht behandelt werden und sich so ihre Stärken und Schwächen bewusst machen. Die 8
Teilnehmer, die bis Schluss durchgehalten haben, können einfache Programme schreiben,
und geschriebene Programme verstehen.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
56
Mathematik: Die Vielfalt der Mathematik am Computer
Mathematik: Die Vielfalt der Mathematik
am Computer
unterstützt vom CAS Maple
J. Rudolf - Hochrhein-Gymasium Waldshut
Jahrgangsstufe der Kursteilnehmer
9
10
Js 1
Teilnehmerzahl Zu Beginn
0/0 0/0 1/1
(m/w)
Am Halbjahresende 0 / 0 0 / 0 1 / 1
Am Jahresende
0/0 0/0 1/1
Zeitliche Lage des Kurses: Freitags, 13.30 – 15.00 Uhr
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Js 2
5/4
5/4
5/4
Gesamt
11
11
11
Mathematik: Die Vielfalt der Mathematik am Computer
57
Kursthema / Inhalt
Das Computer-Algebra-System (CAS) Maple ist ein Computerprogramm, das
Rechenaufgaben aus verschiedenen Bereichen der Mathematik lösen und dabei nicht nur
wie ein Taschenrechner mit Zahlen, sondern auch mit symbolischen Ausdrücken (Variablen, Gleichungen, Funktionen, Matrizen) umgehen kann. Ein zusätzliches Argument für
den Einsatz von CAS ist die Vorbereitung auf die universitäre Ausbildung, denn gerade an
Hochschulen wird CAS in vielen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen
eingesetzt.
Am Anfang des Kurses stand eine Einführung in die Bedienung von Maple, so dass Maple
dann auch in der "normalen" Schulmathematik eingesetzt werden kann (z. B. für eine GFS
oder zur Kontrolle der HA).
Nach kurzer Zeit waren die größtenteils Maple-erfahrenen Schüler/innen in der Lage, auch
die fortgeschrittenen Fähigkeiten von Maple einzusetzen: Besonders tolle Ergebnisse
erhielten wir im Bereich der Funktionen: ob es dreidimensionale Gebilde (siehe oben) oder
Animationen von Funktionen sind – sie sind einfach zu erzeugen und schön anzuschauen.
Ein Schwerpunkt der AG war das Programmieren mit Maple und Einsatz von graphischen
Komponenten, damit auch die Bedienung der Programme komfortabel möglich ist.
Ein weiterer Schwerpunkt der AG war - wie jedes Jahr - die Unterstützung der
erfolgreichen Teilnahme an verschiedenen Wettbewerben.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
58
Mathematik: Die Vielfalt der Mathematik am Computer
Schüler/Schülerinnen
Die Schülerinnen und Schüler dieser Mathe-AG waren in diesem Schuljahr nur aus der
Kursstufe und überwiegend aus der Abiturklasse. Neben Schüler/innen aus Waldshut, die
schon CAS Maple im Unterricht einsetzen, bestand der Kurs auch aus drei Schüler/innen
vom Scheffel-Gymnasium in Bad Säckingen, die noch keine Maple-Erfahrung hatten. Allen
gemeinsam war ein vertieftes Interesse für Mathematik und genügend freie Kapazitäten
für die wöchentliche Doppelstunde am Freitag Nachmittag. Allen gemeinsam war auch die
Bereitschaft zum selbständigen Erarbeiten auch schwieriger Themenkomplexe.
Einzelne der Teilnehmer/innen zeichnen sich darüber hinaus durch eine hervorragende
Begabung in Mathematik und Informatik aus – und beschäftigen sich auch über die AGStunden hinaus mit den Themen des Seminars – und nehmen an einigen Wettbewerben
(Bundeswettbewerb Mathematik, Mathe-Adventskalender, Intel-Leibniz-Challenge) teil.
Zusammengefasst ergibt sich wieder ein sehr erfreuliches Bild begabter und vielseitig
interessierter und motivierter Schülerinnen und Schüler!
Didaktik und Methodik
Methodische Vielfalt der "Maple-AG":
1. Die Schülerinnen und Schülern arbeiteten mit der E-Learning-Plattform "Moodle",
wo für sie Arbeitsmaterial bereit gestellt war.
2. Es gab Phasen der Einweisung durch die Lehrkraft.
3. Überwiegend arbeiteten die Schüler/innen selbständig an ihren MapleProgrammmen.
4. Sie präsentierten neue Erkenntnisse vor der Gruppe, so dass auch die
Mitschüler/innen an individuellen Fortschritten teilhaben konnten.
5. Am Ende wurden an einem Blockseminar am Samstag vor Pfingsten die Früchte der
Programmierarbeit in ein zentrales Projekt zusammengebracht: Dabei waren auch
Layout-Fertigkeiten gefragt, da alle Dateien ein einheitliches Erscheinungsbild
haben sollten.
6. Diese Projektdatei wurde dann beim Abschlussvortrag den Anwesenden präsentiert
– außerdem wird diese Datei im Internet veröffentlicht unter www.rudolf-web.de.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Mathematik: Die Vielfalt der Mathematik am Computer
59
Abschließende Beurteilung
Insgesamt bleibt festzuhalten, dass die Aufgaben für die Schüler/innen sehr anpruchsvoll
waren – aber mit großem Erfolg bewältigt wurden. Besonders zwei Teilnehmer erreichten
Leistungen auf beeindruckendem Niveau.
Zwei weitere Höhepunkte sollen hier nur kurz erwähnt werden: Die schon traditionelle und
legendäre Weihnachtsfeier, wozu auch immer wieder frühere AG-Teilnehmer anreisen und
das Abschlussfest in der letzten Schulwoche.
Da die meisten der Teilnehmer/innen nun mit dem Abitur die Schule verlassen, war der
Abschluss auch etwas von Wehmut geprägt, da einige langjährige Teilnehmer/innen der
AG waren. Aber die Einladungen zu den AG-Festen steht ja.
Dann viel Erfolg im Studium und auf ein Wiedersehen!
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
60
Physik/Technik: Regenerative Energieversorgung
Physik/Technik: Regenerative Energieversorgung
P. Vogt - Technisches Gymnasium Waldshut
Die Findung eines gemeinsamen Arbeitstermins für die AG gestaltete sich sehr schwierig,
weshalb letztlich vier Schüler und eine Schülerin der Klassen 9 bis 12 teilnahmen. Als
Vorteil der kleinen Gruppengröße ergab sich aber schnell auch die unproblematische
Durchführung von Besichtigungen. Die insgesamt sechs Besichtigungstermine
veranschaulichten die Umsetzung der Theorie in die Praxis. Die Gruppe zeigte dabei immer
viel Interesse.
Um ein Gefühl für die Größenordnung von Leistungen zu geben, besichtigte die Gruppe
zum Einstieg die im Schulgebäude integrierte Trafostation, die am Mittelspannungsnetz
mit 10KV Spannung angeschlossen ist. Auf dem Schuldach steht die Fotovoltaikanlage mit
etwa 10 m² Fläche und einer elektrischen Leistung von 1000W. Auf dem Weg vom Keller
bis auf das Schuldach benötigten wir für die etwa 20m Höhe ungefähr 2 Minuten. In der
anschließenden Überschlagsrechnung ermittelten wir eine Eigenleistung von etwa 100W.
Ein Mensch kann eine Dauerleistung von 100W, ein Sportler eine Spitzenleistung von
400W abgeben. So können wir gerade einmal eine Glühlampe mit Energie versorgen.
Nimmt man nun noch einen Preis von 30 Cent je KWh elektrischer Energie, so ergibt dies
für einen Menschen mit einer Dauerleistung von 100W einen Stundenlohn von 3 Cent.
Zu Beginn wurden in einem Überblick für die Energietechnik physikalisch relevante Größen
und deren Einheiten geklärt.
Die Nutzung der verschiedenen Energiequellen kann nach folgenden Kriterien
unterschieden werden:
•
Primär-, Sekundärenergien
•
Wirkungsgrad
•
Historische Entwicklung von
Wärmekraftmaschinen und mögliche
Wirkungsgrade
•
Ökologische Aspekte
So war auch schon bald die Frage des persönlichen
Energiebedarfs, bzw. der eigenen Familie und deren
ökologischem Fußabdruck zu klären. Mit den
konkreten Zahlen des Gas-, Öl- oder Holzverbrauchs,
der Jahresfahrleistung des PKW konnte mit Hilfe von
Rechenprogrammen eine CO2-Bilanz erstellt und mit
Durchschnittswerten verglichen werden. z.B.:
http://www.klimaktiv.de
Bei den Ergebnissen zeigte sich, dass die Teilnehmer
aus Familien kommen, die sich für diese Thematik
interessieren und auch energiesparende
Heizungstechniken einsetzen.
Der durchschnittliche jährliche CO2-Ausstoß eines
Deutschen beträgt 11,1 Tonnen.
Um einen breiten Überblick regenerativer Energien
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Durchschnittlicher CO2-Ausstoß je Kopf und
Jahr in der BRD
Physik/Technik: Regenerative Energieversorgung
61
zu bekommen, ergab sich meist folgender Arbeitsablauf:
•
Theorieblock zum jeweiligen Themenbereich
•
Besprechung aktueller Anwendungsbeispiele
•
Internetrecherche und Fragestellung bis zum nächsten Treffen der
Arbeitsgemeinschaft
•
Besichtigung einer Anlage vor Ort
•
Nachbesprechung zur Besichtigung.
Auf besonderes Interesse stießen die Messungen im Labor. Hier konnte etwas vom
Forschergeist ausgelebt werden, was im kommenden Jahr auch ausgeweitet werden soll.
Die Schwierigkeiten dabei sind allerdings die geringen Kenntnisse bei der elektrischen
Messtechnik und die Sicherheitsaspekte in einem elektrotechnischen Messlabor.
In Vergleichsmessungen ermittelten wir die
unterschiedlichen Wirkungsgrade beim Erwärmen
von Wasser:
•
Kochplatte
•
Keramikkochplatte
•
Induktionskochfeld
•
Tauchsieder
•
jeweils mit Kochtopf ohne und mit Deckel
Mit einem Wirkungsgrad von 90% schneidet der
Tauchsieder wider Erwarten besser ab als das
vielfach gepriesene Induktionskochfeld. Ein
Deckel vermindert in allen Varianten den Verlust
um etwa 20%.
Neben den Messungen an Fotovoltaikmodulen und dem Aufbau einer kleinen Inselanlage
machten die Experimente mit einem kleinen Modellfahrzeug besonders viel Spaß. Dieses
kann mit Fotovoltaik und Brennstoffzelle betrieben werden.
Aufbau des Modellfahrzeugs
Testlauf des Modellfahrzeugs
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
62
Physik/Technik: Regenerative Energieversorgung
PSI- Paul-Scherrer-Institut Villigen : 13.10.2011
Das Schülerlabor iLab des PSI lädt zu eigenen Experimenten über Schall und Vakuum ein.
Die Besichtigung der Großforschungsanlage Elektronen-Synchrotronlichtquelle ist allein
schon durch die riesige kreisförmige Halle beeindruckend.
"Das Synchrotronlicht wird in der SLS von Elektronen emittiert, die sich mit beinahe
Lichtgeschwindigkeit auf einer Kreisbahn mit einem Gesamtumfang von 288 Metern
bewegen. Das Synchrotronlicht wird tangential zur Bahn der Elektronen abgestrahlt, d.h.
in der Richtung, in der auch die Funken von einem Schleifstein oder der Hammer eines
Hammerwerfers fliegen."
Versuche im Schall-Labor
Besichtigung der Elektronen-Synchrotronlichtquelle
Blockheizkraftwerk Waldshut: 24.11.2011
Bei der Besichtigung des Blockheizkraftwerks im Gebäude der Realschule
Waldshut
konnte
eine
konkrete
Vorstellung
für
die
technische
Umsetzung
gewonnen
werden.
Erzeugt wird die Wärme mit einer
thermischen Leistung von 1.595 kW und
einer elektrischen Leistung von 920 kW
(5x 184 kW). Zwei zusätzliche Spitzenlastkessel haben jeweils eine Leistung
von 700 - 2.325 kW thermisch. Die fünf
erdgasbetriebenen Motoren nutzen die
sonst verlorengehende Abwärme für
Heizzwecke. Hierdurch erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad auf bis zu 80%. Die KraftWärmekopplung bietet ein hohes Einsparpotential an Primärenergie, setzt aber eine
dezentrale Energieversorgung mit kurzen Wegen voraus. Dies ist durch Schulzentrum und
Hallenbad gegeben. Wichtig ist zudem auch die möglichst konstante Nutzung der Wärme,
wie dies zumindest im Winterhalbjahr durch den vorhandenen großen Wärmepuffer
Hallenbad und die Wärmeversorgung des gesamten Schulzentrums in Waldshut möglich
ist.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Physik/Technik: Regenerative Energieversorgung
63
Justus von Liebig Schule Waldshut: 1.12.2012
Der Gesamtenergiebedarf gegenüber einer konventionell gebauten Schule konnte etwa
halbiert werden. Neben einer guten Isolierung sorgt der zentrale Wärmetauscher für eine
Rückgewinnung der in der Abluft enthaltenen Wärmeenergie.
Lüftungsanlage mit Wärmetauscher
Eine
ausgeklügelte
Elektronik
mit
Fernüberwachungsmöglichkeit steuert und regelt
die gesamte Klima- und Beleuchtungstechnik.
Elektrisch betriebener Fensteröffner
Ohne zusätzliche Energie für eine Klimaanlage
sorgen im Sommer in der Nacht sich automatisch
öffnende Fenster für eine Abkühlung der Räume.
Mini-Blockheizkraftwerk Badenova Waldshut: 19.01.2012
Die kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme ist mit den neuen MiniBlockheizkraftwerken jetzt auch für Einfamilienhäuser interessant geworden. Ein 4-KolbenStirlingmotor erzeugt Strom und Wärme.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
64
Physik/Technik: Regenerative Energieversorgung
Eine Beispielrechnung ergab für das Mini-BHKW bei einem jährlichen Erdgasbedarf von
35000 kWh Einsparungen von jährlich 650€. Eingerechnet ist dabei der über 10 Jahre
bezahlte KWK-Bonus für die Stromeinspeisung.
PSI- Paul-ScherrerInstitut Villigen :
14.06.2012
In Versuchsanlagen konnte der
aktuelle Forschungsstand
besichtigt und dazu Fragen
gestellt werden.
Swissgrid Laufenburg:
21.06.2012
Brennstoffzellenstack
Die Energieverteilung im europäischen Verbundnetz wird für die gesamte Schweiz von
Swissgrid in Laufenburg gesteuert und überwacht. Die zentrale Leitwarte mit modernster
Technik ist rund um die Uhr besetzt. Der erwartete Energiebedarf wird über die
verschiedenen Kraftwerke abgedeckt. Bei Engpässen oder Ausfällen muss rechtzeitig für
Ersatz der benötigten Energie gesorgt werden. Langfristig soll sich die Schweiz mit den
Speicherseen und Pumpspeicherkraftwerken für die erneuerbaren Energien zu einer
wichtigen Drehscheibe entwickeln.
Leitwarte Swissgrid
Hochspannungsnetz der Schweiz mit Netzengpässen
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Hochspannungsschaltanlage
Stromdrehscheibe Schweiz
Vortragsreihe der Oberstufe
65
Vortragsreihe der Oberstufe
Dr. Thomas Schietinger
21. Oktober 2011: Das Zukunfsprojekt SwissFEL: Neue Einblicke in die Materie dank
ultrakurzen Röntgenblitzen
Paul Scherrer Institut Würenlingen
Seite 66
Prof. Dr. Lukas Schmidt-Mende
11. November 2011: Hybride Solarzellen: Wie sich Sonnenlicht in der Nanowelt einfangen
lässt
Universität Konstanz
Seite 69
Yvonne Bäuerle
16. Dezember 2011: Wasserstoff aus Wasser und Sonnenenergie, HochtemperaturSolarchemie
Paul Scherrer Institut Würenlingen
Seite 72
Prof. Dr. Walser
27. Januar 2012: n-dimensionale Hyperwürfel: Zahlsysteme, Informationstechnologie und
Geometrie
Universität Basel
Seite 75
Prof. Dr. Leiderer
10. Februar 2012: Optische Antennen: eine Anwendung der Nanotechnologie
Universität Konstanz
Seite 78
Prof. Dr. Amrhein
16. März 2012: Pflanzen die älter sind als die Bibel
ETH Zürich
Seite 80
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
66
Vortragsreihe der Oberstufe
21. Oktober 2011:
Das Zukunfsprojekt SwissFEL:
Neue Einblicke in die Materie dank ultrakurzen
Röntgenblitzen
Dr. Thomas Schietinger
Paul Scherrer Institut, CH - Villigen
SwissFEL ist eine neue Grossforschungsanlage am
Paul Scherrer Institut, welche zwischen 2012 und
2016 gebaut werden soll. Basierend auf dem
Prinzip des Freie-Elektronen Lasers (FEL), liefert
SwissFEL ultrakurze, kohärente Röntgenpulse von
sehr hoher Intensität. Diese extrem kurzen
Lichtpulse erlauben völlig neue Einblicke in die
Materie. Insbesondere lassen sich physikalische
und chemische Prozesse Schritt für Schritt
verfolgen, ähnlich einer Zeitlupenaufnahme.
Anwendungen von SwissFEL reichen daher von
Energieforschung über die Entwicklung neuartiger
Medikamente
bis
zu
Magnetismus
von
Nanomaterialien, um nur einige Beispiele zu
nennen.
Die
Anlage,
bestehend
ausSwissFEL-Anlage im Würenlinger Wald
Elektronenquelle und -beschleuniger, Magnetundulatorstrecke zur Erzeugung der
Röntgenpulse, sowie Transferlinien zu den Experimentierstationen hat eine Gesamtlänge
von über 700 m. Aus Platzgründen wird sie auf einem Waldgebiet in der Nähe des Paul
Scherrer Instituts realisiert, wobei grösstmögliche Rücksicht auf das bestehende
Ökosystem genommen wird.
Die grossen gesellschaftlichen Herausforderungen sind Energie und Klima, Gesundheit und
die Informationstechnologie.
● Wie können energie-intensive Produktionsprozesse effizienter gemacht werden?
● Schaffen wir es, natürliche Mechanismen zur Energieerzeugung und -speicherung (z.B.
Photosynthese) nachzubauen?
● Wie schnell und wie fein kann man auf magnetische Datenträger schreiben?
● Wie können wir Hochleistungsbauelemente der Mikro- und Nanoelektronik noch
schneller machen?
● Wie sehen die Molekularbausteine des Lebens aus (Eiweissmoleküle)?
● Welche Bewegungen führen sie aus und wie werden sie dadurch transportiert?
Allen Fragen ist gemeinsam:
● Die Antworten liegen im Verständnis von Prozessen welche auf der molekularen bzw.
atomaren Ebene ablaufen.
● Solche Prozesse sind sehr schnell!
● Zu ihrer Erforschung benötigen wir Apparate mit extrem hoher Zeitauflösung.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vortragsreihe der Oberstufe
67
Was meinen wir mit schnell?
Tanzende Menschen:
Typische Distanz:
1m
Typischer Zeitraum: 1 s
Tanzende Atome:
Typische Distanz:
0,1 nm = 0,000'000'000'1 m
Typischer Zeitraum: 0,1 ps = 0,000'000'000'000'1 s
Herkömmliche Röntgenquellen (z.B. SLS am PSI) haben eine Belichtungszeit von 100 ps!
Distanzen und Zeiträume in Natur und Technik
Erkenntnis dank Zeitauflösung:
© Irene Müllerwww.pbase.com/daria90
● Wenn Elektronen abgelenkt werden (Magnetfeld)
strahlen sie Photonen (Lichtteilchen) ab – die
sogenannte Synchrotronstrahlung. Insbesondere auch in
dem für die Forschung interessanten Bereich der
Röntgenstrahlen (= extrem kurzwelliges "Licht").
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
68
Vortragsreihe der Oberstufe
Kreisbeschleuniger:
● Elektronen strahlen dauernd Licht ab
● Elektronenpakete "zerfliessen"
● Keine ultrakurzen Lichtpulse möglich
Linearbeschleuniger:
● Elektronen strahlen kein Licht ab
● Elektronenpakete bleiben kompakt
Ultrakurze Lichtpulse durch Slalomstrecke ("Undulator"):
Die Lichtwellen einer bestimmten Wellenlänge addieren sich falls
● Die Elektronen sehr stark fokussiert sind
● Die Magnete den richtigen Abstand haben
● Der Undulator genug lang ist
"Freie-Elektronen Laser" (FEL):
Das Zukunfsprojekt SwissFEL:
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vortragsreihe der Oberstufe
69
11. November 2011:
Hybride Solarzellen: Wie sich Sonnenlicht in der
Nanowelt einfangen lässt
Prof. Dr. Lukas Schmidt-Mende
Universität Konstanz
"Die Sonne beliefert die Erde jede Stunde mit soviel Energie wie die menschliche
Zivilisation pro Jahr verbraucht." Gelingt es uns, nur einen Bruchteil dieser Energie zu
verwerten, dann würde dies das Energieproblem der Welt lösen. Solarzellen verwandeln
Teile der Lichtenergie direkt in elektrischen Strom. Leider sind sie teuer. Günstige
Alternativen stellen Solarzellen aus bestimmten Polymeren oder kleinen Molekülen dar,
sogenannten organischen Halbleitern. Obwohl deren Wirkungsgrad zur Zeit noch deutlich
niedriger ist als bei konventionellen Solarzellen, haben sie großes Potenzial, insbesondere
dann, wenn sie nanostrukturiert werden können. Die Vorteile liegen auf der Hand:
organische Halbleiter können einfach aus reichlich vorhandenen Materialien synthetisiert
und verarbeitet werden. Niedrige Kosten, Massenproduktion und sogar Solarzellen auf
flexiblen Unterlagen sind möglich. Unsere Forschung hat das Ziel, Kontrolle über die
Nanostruktur dieser organischen Materialien zu bekommen, um den Lichteinfang und
Umwandlung in dieser spannenden Nanowelt zu verbessern.
Was ist Nano?
Griechisch: Nanos = Zwerg
1 Nanometer (nm) = der millionste Teil eines
Millimeters
Moderne Definition eines Nanoteilchens:
Alles, was kleiner ist als 100 nm
also mindestens 500 mal dünner als ein Haar
menschliches Haar
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
70
Vortragsreihe der Oberstufe
Größenordnungen:
Viele (fast alle) Eigenschaften unserer makroskopischen Welt sind durch die Anordnung
der Atome im Nanometerbereich bestimmt:
Nanowerkzeuge:
"top-down":
Elektronenstrahllithographie, Rasterkraftmikroskop, Nanostempel, Molekularstrahlepitaxie
"bottom-up": Selbstorganisation
Ziele: - Kontrolle der Strukturen auf atomarer Skala und Nutzung neuer (quantenmechanischer) Eigenschaften für neuartige Anwendungen
- Grundlegendes Verständnis des physikalischen / chemischen / biologischen Verhaltens
auf atomarer Skala
Nano und Energie und Umwelt
● Katalyse: gesteigerte Effizienz, weniger Energieverbrauch
● Werkstoffe
● Neue Dämmstoffe
● Miniaturisierung: Weniger Resourcenverbrauch
● Höhere Energieeffizienz im Elektronikbereich
● Selbstreinigende Oberflächen: weniger Reinigungsmittel
● Billige & effizientere Plastiksolarzellen
Was macht eine Solarzelle?
•
Umwandlung der Sonnenenergie in elektrischen Strom
Was ist der Wirkungsgrad einer Solarzelle?
•
Bruchteil der Sonnenenergie, der in elektrischen Strom umgewandelt wird
Was verstehen wir unter Plastik?
Definition: Als Kunststoff (ugs. Plastik oder Plaste) bezeichnet man einen Festkörper,
dessen Grundbestandteil synthetisch oder halbsynthetisch erzeugte Polymere mit
organischen Gruppen sind. Ein Polymer (altgriech. πολύ "viel"; μέρος, "Teil") ist eine
chemische Verbindung, die aus Ketten- oder verzweigten Molekülen (Makromolekül)
besteht, die aus gleichen oder gleichartigen Einheiten (den sogenannten Monomeren)
bestehen.
Den Nobelpreis in Chemie 2000 gab es für die Entdeckung und Entwicklung von leitenden
Polymeren.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vortragsreihe der Oberstufe
71
Plastiksolarzelle:
TiO2 Nanoröhren
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
72
Vortragsreihe der Oberstufe
16. Dezember 2011:
Wasserstoff aus Wasser und Sonnenenergie,
Hochtemperatur-Solarchemie
Dipl. Ing. Yvonne Bäuerle
Solar Technology Laboratory, Paul Scherrer Institut
Das Labor für Solartechnik (LST) am PSI und die Professur für Erneuerbare Energieträger
(PRE) an der ETH erforschen gemeinsam thermochemische Hochtemperatur-Prozesse, mit
denen konzentrierte Sonnenenergie effizient in speicher- und transportierbare chemische
Brennstoffe wie Wasserstoff umgewandelt werden kann. Dadurch lässt sich der Ausstoss
von Treibhausgasen und anderen Schadstoffen vermeiden, die bei der Wärme- und
Stromproduktion durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehen. Solare
Brennstoffe ermöglichen eine umweltfreundliche Energieversorgung und leisten damit
einen Beitrag zur Lösung der Klimaproblematik. Mit der Inbetriebnahme einer Pilotanlage
zur solaren Zinkherstellung ist kürzlich ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur industriellen
Umsetzung gelungen.
Die Konzentration der Sonnenenergie erfolgt nach dem gleichen Prinzip wie bei einem
Vergrösserungsglas, doch statt mit einer Linse wird das Sonnenlicht mit einem
Parabolspiegel fokussiert. Der Flachspiegel (Heliostat) folgt der Sonne auf ihrer Bahn am
Himmel und reflektiert die Sonnenstrahlen auf einen Parabolspiegel, von wo sie im
Wesentlichen auf eine kleine Kreisfläche fokussiert werden. Die Energie, die auf diese
kleine Fläche auftrifft, ist gleichbedeutend mit derjenigen von 5000 Sonnen. Mit dieser
Technologie können leicht jene sehr hohen Temperaturen erreicht werden, die für die
Herstellung von solaren Brennstoffen benötigt werden.
Schematische Darstellung der Umwandlung von
Der Solarofen am PSI.
Sonnenenergie in solare Brennstoffe für die HochtemperaturKonzentrierte Solarstrahlung dient als Energiequelle mit über 5
Prozesswärme.
MW/m2.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vortragsreihe der Oberstufe
73
Potential der Sonne
Thermischer Wirkungsgrad
Konzentrierende Solarenergie-Systeme
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
74
Vortragsreihe der Oberstufe
Wie und wieso wird Solarenergie konzentriert
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vortragsreihe der Oberstufe
75
27. Januar 2012:
n-dimensionale Hyperwürfel:
Zahlsysteme,
Informationstechnologie und Geometrie
Dr. Hans Walser
Universität Basel
Mit einer geeigneten Codierung der Eckpunkte des n-dimensionalen Hyperwürfels kann ein
Bezug zur zweidimensionalen Zeichenebene hergestellt werden. Als gutes Hilfsmittel
erweist sich dabei die HAMMING-Distanz, ein Begriff der Informationstechnologie.
Das Verfahren gestattet, systematisch zweidimensionale Bilder von Hyperwürfeln
verschiedener Dimensionen herzustellen. Es lässt sich "von Hand" problemlos durchführen,
gestattet aber auch, entsprechende Computerprogramme zu schreiben. Neben
Kantenmodellen können dabei verschiedene Diagonalenmodelle gezeichnet werden,
dadurch ergeben sich reizvolle Sternfiguren.
Wir holen Anlauf bei den bekannten Dimensionen, um den Sprung ins Unbekannte zu
schaffen. Dazu beginnen wir mit dem Nulldimensionalen, dem Punkt. Dann verschieben
wir den Punkt um eine Einheit nach rechts. Wenn wir uns den Punkt wie Max und Moritz
im Teig vorstellen, dann zieht er Fäden. Im dreidimensionalen Raum müsste nun das
Quadrat um eine Einheit nach hinten oder nach vorn verschoben werden, um den
Würfel zu erhalten. Man behilft sich mit einem betrügerischen Trick: Man schiebt um eine
Einheit nach rechts oben. Wir schummeln.
Was hindert uns nun, weiter zu schummeln? Wir verschieben die Figur um eine Einheit
nach rechts unten und erhalten ein Bild des vierdimensionalen Hyperwürfels.
Isometrische Darstellung des Würfels:
Bei einer isometrischen Darstellung werden die
drei Koordinatenrichtungen gleichmäßig
verkürzt. Der Umriss eines Würfels erscheint
als regelmäßiges Sechseck.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
76
Vortragsreihe der Oberstufe
In der Darstellung des vierdimensionalen Hyperwürfels
rechts sind ebenfalls alle vier "Koordinatenrichtungen"
gleichmäßig behandelt. Daher sprechen wir ebenfalls von
einer isometrischen Darstellung.
Gibt es eine isometrische dreidimensionale Figur des
vierdimensionalen Würfels? Eine Möglichkeit ist das
Rhombendodekaeder. Das Rhombendodekaeder entsteht
durch Aufsetzen von Pyramiden mit Neigungswinkel 45° auf
alle Seitenflächen.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vortragsreihe der Oberstufe
Eckennummerierung beim Würfel im Dualcode:
77
Hammingdistanz der Ecknummern:
Diagonalen im Würfel:
Analog können nun Diagonalen in Hyperwürfel eingezeichnet werden. Die folgende Figur
zeigt die Diagonalen der Länge √ 3 im sechsdimensionalen Hyperwürfel.
Das ist ja alles schön und gut. Aber wie lässt sich der vierdimensionale Hyperwürfel nun
wirklich vorstellen? Diese Schülerfrage kann ich nicht beantworten. Der Hinweis, ich könne mir den vierdimensionalen Hyperwürfel auch nicht vorstellen, ist persönlich und hilft
den Schülerinnen und Schülern auch nicht weiter.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
78
Vortragsreihe der Oberstufe
10. Februar 2012:
Optische Antennen: eine Anwendung der
Nanotechnologie
Prof.Dr. Paul Leiderer
Universität Konstanz
Antennen für das Senden und den Empfang
elektromagnetischer Wellen sind von Rundfunk und
Fernsehen und Handys allen geläufig. Durch die
Antennen werden die Wellen gebündelt, so dass
Signale um ein Vielfaches verstärkt und dadurch
gemessen werden können. Kann man dieses
Antennen-Konzept auch auf Lichtwellen anwenden?
Und wenn, wie sollten diese optischen Antennen
aussehen? Da Antennen typisch eine Ausdehnung
von etwa der Wellenlänge haben, sollte die Strukturgröße im optischen Fall im Bereich
mehrerer hundert Nanometer liegen. Im Vortrag werden Phänomene vorgestellt, die
auftreten, wenn solche Nanostrukturen mit dem Licht ultrakurzer Laserpulse (10-13 s)
bestrahlt werden. Es wird sich zeigen, dass sog. optische Nahfelder entstehen, in denen
das Licht auf wenige Nanometer konzentriert ist und damit eine mehr als tausendfache
Überhöhung der Intensität erreicht wird. Dies ist für die Sensorik und für die
Nanostrukturierung von großem Interesse.
Bei der geometrische Optik ist der Fokus
punktförmig.
Bei der Wellenoptik ist wegen der Beugung der
Fokus > ~ Wellenlänge ~500nm
→ Fokus > 500nm
Kann man Licht noch stärker konzentrieren?
(Wichtig für Anwendungen in der Nanotechnologie, Biologie, Sensorik, Photovoltaik,
nichtlinearen Optik, Datenspeicherung
Licht als elektromagnetische Welle
Ausbreitungsgeschwindigkeit: c = 300 000 km/s (c = λ f )
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vortragsreihe der Oberstufe
79
Kolloid Lithographie
erzeugt regelmäßige
Nanostrukturen
colloid monolayer
triangular nanostructures
Dipole verschiedener Form
Die Nanostrukturen werden mit kurzen Laserpulsen bestrahlt. Dabei wirken die
metallischen Dreieckstrukturen wie Dipole von Antennen. Die Konzentrationswirkung hängt
dabei von Form und Abstand ab.
Optische Antennen sind geeignet geformte kleine Metallstrukturen (im NanometerBereich). Sie wirken ähnlich wie Radioantennen, nur für sehr viel kürzere Wellenlängen.
Man kann damit das Licht auf Bereiche d<<λ des Lichtes konzentrieren und dadurch
Verstärkungen um Faktor 1000 erreichen.
Diese Intensitätsverteilung kann nachgewiesen werden mit
- lokaler Ablation ("Löcher in der Unterlage")
- lokales Schmelzen der Struktur
Optische Nahfelder können eingesetzt werden für
- Strukturierung: Erzeugung von Nano-Löchern
- Sensorik: Nachweis von Molekülen mit Raman-Streuung
- Solarzellen: Steigerung der Effizienz
- Datenspeicherung
- nichtlineare Effekte, z.B. Frequenzverdoppelung
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
80
Vortragsreihe der Oberstufe
16. März 2012:
Pflanzen die älter sind als die Bibel
Prof. Dr. N. Amrhein
ETH Zürich
Die längste dokumentierte menschliche Lebensspanne beträgt 122 Jahre und 164 Tage.
Bei gewissen Tieren gibt es Lebensspannen im Bereich von 200 Jahren, bei Pflanzen
können es mehrere tausend Jahre sein. Durch die Bestimmung der Anzahl der Jahresringe
sowie durch die Radiocarbonmethode lassen sich diese Werte recht exakt bestimmen.
Pflanzen weisen ein modulares Bauprinzip mit zeitlebens aktiven Bildungsgeweben
(Meristemen) auf, das ihnen ein unbegrenztes Systemwachstum – im Gegensatz zum
begrenzten Systemwachstum der Tiere - erlaubt. Zudem haben sie ausserordentlich
widerstandsfähige und druckfeste Materialien, insbesondere das Lignin (Holzstoff )
entwickelt, die dem "Zahn der Zeit” und dem Befall durch Mikroorganismen trotzen.
http://www.sonic.net/bristlecone/Images2.html
Diese Prozesse sind genetisch gesteuert: einjährige, krautige Pflanzen können durch
Mutation einiger weniger Gene zu mehrjährigen verholzten Sträuchern auswachsen.
Am Freitag, 16.3.2012 hielt Herr Prof. N. Amrhein aus Zürich bei uns den letzten Vortrag
für die Oberstufe in diesem Schuljahr zum Thema "Pflanzen älter als die Bibel".
Inhalt des Vortrags:
• Das Guiness Buch der Rekorde
(Alter von Menschen und Tieren)
• Das Alter berühmter Bäume
• Methoden der Altersbestimmung
• Mammutbaum und Grannenkiefer
• Weshalb können Bäume so alt werden?
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Vortragsreihe der Oberstufe
81
Zunächst machte Herr Professor Amrhein an Beispielen von sehr alten Tieren und
Menschen klar, dass bei Pflanzen ein sehr viel höheres Alter durchaus häufig zu finden ist.
Bäume im Alter von vielen hundert Jahren sind gar nicht selten anzutreffen.
122 Jahre und 164 Tage
älter als 170 Jahre
Maximale Lebenszeiten in Jahren
Islandmuscheln 220
Seestör 52
Mensch 122
Blauwal 110
Aal
88
Graupapagei 73
Schimpanse 60
Kaiseradler
56
Hauskatze 34
Tarantel
20
Fledermaus 19
Komodowaran 9
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
82
http://www.ncdc.noaa.gov/pal
eo/treering.html
Vortragsreihe der Oberstufe
Er erläuterte, mit welchen Methoden das Alter von Bäumen
bestimmt werden kann, nämlich mit der Untersuchung der
Jahresringe und mit der C14-Methode. Viele alte Bäume lassen
sich dennoch nicht genau datieren, weil sie hohl sind und der für
beide Methoden erforderliche Kern des Baumes deshalb fehlt.
Der Aufbau eines Baumstammes und die Bereiche, in denen
lebende Zellen vorhanden sind, wurden erläutert. Dabei wurde
klar, dass der größte Teil eines Baumes aus abgestorbenen
Zellen besteht, die nur noch Stützfunktion haben.
Herr Professor Amrhein stellte nun die größten und ältesten
bekannten Bäume der Erde vor. Den Altersrekord hält dabei eine
Grannenkiefer in den "White Mountains", die mit 4950 Jahren
gefällt wurde!
max. Lebensalter von Bäumen in Jahren:
Rotbuche (Fagus sylvatica) 300
Efeu (Hedera helix)
400
Lärche (Larix decidua)
500
Fichte (Picea abies)
600
Linde (Tilia cordata)
800
Zirbelkiefer (Pinus cembra) 1’000
Wacholder (Juniperus coummunis) 1’200
Eibe (Taxus baccata)
1’800
Stieleiche (Quercus robur)
2’000
Pappel-Feige (Ficus religiosa)
2’500
Mammutbaum (Sequoiadendron giganteum)
.
3’000
Borstenkiefer (Pinus longaeva)
4’500
Inzwischen lässt sich mit molekularbiologischen Methoden nachweisen, dass die
Ursprungs-Individuen der ältesten Klone von Pflanzen und Pilzen wahrscheinlich noch um
ein mehrfaches älter sind.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
83
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
Programmübersicht
Dienstag 31.1.12
Mittwoch
1.2.12
Donnerstag
2.2.12
Freitag 3.2.12
7:00 Uhr Abfahrt
Bushaltestelle
Chilbiparkplatz
Waldshut
8:30 – 9:30 Uhr
Dresdener
Sportgeräte
10:00 – 11:30
Uhr
EADS – Elbe
Flugzeugwerke:
Umbau von
Passagiermaschinen der
Airbus 300Reihe zu
Frachtmaschinen
9:00 – 16:00
Uhr
HelmholtzZentrum
Dresden
Rossendorf
Schülerlabor
DeltaX
10:00 – 12:00
9:00 Rückfahrt
Uhr
Globalfundries
Chipfertigung
Unternehmensv
orstellung
Besichtigung des
Materialanalysel
abors
Mittag
Kantine EADS
Kantine HZDR
Nachmittag 15:00 Uhr Ankunft
Zimmerbezug
16:00 – 17:30 Uhr
Stadtführung
14:00 – 15:30
Uhr
Staatliche
PorzellanManufaktur
Meissen GmbH
mit Führung
durch
Schauwerkstatt
und Museum
HelmholtzZentrum
Dresden
Rossendorf
Besichtigung
Forschungsanlage
- HochfeldMagnetlabor
Dresden
- TopflowFluidiktestanlage
FraunhoferInstitut für
Verkehrs- und
Infrastruktursysteme IVI
oder
STIFTUNG
DEUTSCHES
HYGIENEMUSEUM
19:00 Vortrag
im Hygienemuseum:
Leistung um
jeden Preis
19:00 – 21:45
Semperoper
Un ballo in
maschera / Ein
Maskenballl
G. Verdi
Vormittag
6:45-7:00 Bus
beladen
Fahrzeit: 7h + 1h
Pause
Distance 685 km
Abend
Samstag
4.2.12
17:00 Uhr
Ankunft
Bushaltestelle
Chilbiparkplatz
Waldshut
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
84
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
85
Stadtführung Dresden
Die Stadtführung durch die historische Altstadt von Dresden startete an der Annenkirche.
Die Stadtführerin erzählte uns von der Beschädigung dieser Kirche im zweiten Weltkrieg,
was heute noch erkennbar ist.
Auf dem Weg in Richtung Innenstadt zeigte sie uns ein Denkmal, welches eine rostige
Panzerkette ist. Es soll an das blutige und gewaltsame Ende der Aufstände von 1953 in
der DDR erinnern.
Nun wollte sie uns den Zwinger, den Eingangsbereich zum Herrschaftshaus des starken
Augusts, zeigen.
Zuvor jedoch sahen wir den "Waterscreen", einen Brunnen, der erst 2008 gebaut wurde.
Es war sehr interessant die Verschmelzung eines derartig neuen Bauwerks mit der
historischen Altstadt zu betrachten.
Nun waren wir am Zwinger angelangt. Um in den Innenhof des Schlosses zu gelangen,
mussten wir ein Tor mit einer prächtigen Krone darauf passieren. Im Hof angelangt sahen
wir einen riesengroßen Garten. Hier feierte August der 2. früher zahlreiche Feste, zu
denen natürlich nur Adelige eingeladen waren. Die Gestaltung des Schlosses sollte
außerdem an das Schloss von Versailles erinnern. Heutzutage wird der Zwinger als
Museum verwendet, in dem man zahlreiche Gemälde, eine Porzellansammlung, einen
Mathematisch-Physikalischen Salon und eine Rüstungskammer bewundern kann. In die
Außenfassade ist in russischer Schrift ein Satz eingemeißelt, welcher bedeutet "Keine
Minen, geprüft von Chanutin". Diese Inschrift stammt aus der Nachkriegszeit, denn zu
dieser Zeit wurden alle Gebäude auf Minen untersucht.
Eine weitere Attraktion war das "Grand Hotel Taschenbergpalais", in dem sogar schon
Barack Obama residierte.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
86
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
Gegenüber war das Residenzschloss zu sehen. Dieses beeindruckende Gebäude ist eines
der ältesten in Dresden. Außerdem ist es in seiner Bauweise von der Romantik bis hin zum
Historismus geprägt. Heute befinden sich dort 5 Museen, in denen interessante Führungen
angeboten werden.
Auf dem Weg zu unserem nächsten Besichtigungspunkt sahen wir die legendäre
Semperoper. Hinter ihr verbirgt sich eine interessante Geschichte, da sie ganze drei Mal
neu gebaut werden musste. In ihr werden natürlich zahlreiche Opern, aber unter Anderem
auch Konzerte aufgeführt. Sehr viele Leute jedoch kennen die Semperoper nur aus der
Werbung für das "Radeberger" Bier.
Unsere vorletzte Station war die Frauenkirche. Auch dieses Gebäude ist vom Krieg
geprägt, da die evangelisch-lutherische Kirche im 2. Weltkrieg zerstört wurde und
daraufhin neu gebaut werden musste. Die barocke Kirche hat vergleichsweise eine sehr
große Kuppel und die Namensgebung beruht auf der Heiligen Maria. Deshalb ist sie eine
Frauenkirche.
Zum krönenden Abschluss sahen wir uns den Fürstenzug an. Dies ist, mit einer Länge von
102 Metern, das größte Porzellanbild der Welt. Es besteht aus ca 23.000 Porzellanfliesen
der Porzellanmanufaktur "MEISSEN". Der Fürstenzug stellt die langjährige Geschichte des
Fürstenhauses Wettin dar.
Bericht von: Ann-Kathrin Happe, Jana Bächle und Viktor Morell
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
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Dresdner Sportgeräte
Die Firma Dresdner Sportgeräte ist ein führender Hersteller von Bobs und wurde 1976
gegründet .
Das Gelände der Firma liegt in der Nähe des Dresdner Flughafens und besitzt weltweit
Kunden in 37 Ländern. So beinhaltete jeder Bob, welcher an der Olympia 2010
teilgenommen hat, ein Teil der Firma. Jedoch wurde erst ab der Wiedervereinigung 1989
Export betrieben.
Die Anfertigung der Bobs ist individuell nach Kundenwünschen, so besitzt die Firma
Dresdner Sportgeräte keine Lagerware. Die Bobs bestehen aus Glasfasern, Kohlefaser
oder Mischmaterialien; dabei handelt es sich nur um Handarbeit, es werden keine
Maschinen verwendet. Die 2er oder 4er Bobs bestehen aus Vorder- und Hinterboot,
Verkleidung, Lenkung, Fahrwerk wie z.B. Kufen, Anschubelemente und Bremsen.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
Besuch des Unternehmens EADS EFW
• Vorstellung des Unternehmens
EADS – Elbe Flugzeugwerke ist eine Tochter der EADS und hat sich auf die Umrüstung von
A300 und A310 Flugzeugen zu Frachtmaschinen spezialisiert. Des Weiteren ist das
Unternehmen direkter Airbus - Zulieferer für Leichtbaukomponenten. Hier werden
Bodenplatten, Toilettenwände und schusssichere Cockpit-Wände produziert und
entwickelt.
EADS- EFW beschäftigt rund 1100 Mitarbeiter und erzielt im Schnitt einen Jahresumsatz
von rund 170 Millionen Euro. Für Fragen steht Christopher Profitlich zu Verfügung, auf
www.efw.eads.com sind umfangreiche Informationen bereitgestellt.
• Besuch der Umrüstungshallen.
Nach einer kurzen Informationspräsentation wurden die Werkshallen der EADS EFW
besucht. Hier konnte man die 4 Arbeitsschritte (Takt) der Umrüstung vom
Verkehrsflugzeug zur Frachtmaschine sehen. Insgesamt stehen 8 Stellplätze zur
Umrüstung zu Verfügung.
Ein Takt besteht aus 18 Arbeitstagen. Im 1.Takt wird das Flugzeug komplett entkernt.
Im 2.Takt wird die Struktur des Flugzeug verstärkt, die Fenster verschlossen und eine
große Öffnung in den vorderen Teil des Rumpfs geschnitten, wo später das große Tor
eingesetzt wird.
In Takt 3 wird das Flugzeug wieder komplett zusammengebaut und ein spezielles Netz zur
Frachtsicherung vor das Cockpit eingebaut, das eine Kraft von bis zu 9 g aushält. Takt 4
besteht aus der Testphase am Boden und den kompletten Wartungsarbeiten; diese
werden zum Teil auch schon während der Produktion gemacht.
So heißt der Slogan der Firma: Der Airbus, der bei uns Einlass findet, gewinnt ein zweites
Leben.
www.efs.eads.com
• Zukunftsprojekte
In naher Zukunft ist die Flugzeugumrüstung auch von A330 Maschinen geplant. Auch will
das Unternehmen seine Engineering – Erfahrungen mit Leichtbauteilen in Straßenbahnen
verwirklichen.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
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Meissen
Nur wenige Ortschaften in Deutschlands tiefster Provinz
besitzen einen Namen, der als eingetragenes Markenzeichen
gewissen Weltruhm erlangt hat. Einer dieser Orte ist die
30.000-Einwohner-Stadt Meißen (mit Eszett), große Kreisstadt
und rund eine halbe Autostunde von der sächsischen
Landeshauptstadt Dresden entfernt, bekannt für das Meißener Porzellan aus dem Hause
der [ehemals] Königlich-Polnischen und Kurfürstlich-Sächsischen Porzellan-Manufaktur
Meissen, heutzutage Staatliche Porzellan-Manufaktur Meissen GmbH.
Neben den zu einer Manufaktur aus rein praktischer Selbstverständlichkeit zugehörigen
Produktionsstätten, in denen zumindest schon aufgrund rein nomineller Gründe cum
manibus gearbeitet, d. h. auf Deutsch Handarbeit betrieben, wird, existieren auf dem
Gelände der Staatlichen Porzellan-Manufaktur Meissen GmbH sowohl eine Schauwerkstatt,
in der die Geschichte und der Herstellungsprozess des Gutes Porzellan an sich sowie von
Gebrauchsgegenständen und Kunstwerken aus Porzellan erläutert wird, als auch ein
Porzellanmuseum, in welchem verschiedenste Gegenstände unterschiedlichster Epochen
aus dem Hause Meissen ausgestellt sind. Des Weiteren befindet sich in diesem Gebäude
auch eine Verkaufsstätte für hauseigene Ware.
Geschichte des Meißener Porzellans:
Das erste Porzellan wurde in unseren Längen durch den venezianischen Händler Marco
Polo bekannt und musste über Jahrhunderte hinweg von dem Kontinent Asien, in dem die
Kenntnis über die Porzellanherstellung vorhanden war, importiert werden. Dies war bei
damaliger Transporttechnologie gleichbedeutend mit der Deklaration des Porzellans als
absolutes Luxusgut, welches nur von außerordentlich Wohlhabenden und Reichen
erworben werden konnte. Die Geschichte der europäischen Porzellanherstellung beginnt
mit der Anstellung Johann Friedrich Böttgers, welcher behauptete, minderwertiges
Material in Gold verwandeln zu können, als Alchemist am sächsischen Hof unter August
dem Starken. Dies gelingt ihm zwar nicht, statt dessen jedoch erzielt er mit dem
Universalgelehrten Ehrenfried Walther von Tschirnhaus beachtliche Erfolge auf dem Gebiet
der Keramik, welche 1708 in der Erzeugung des weißen Goldes, des Porzellans, aus einer
Mischung von Kaolin, Feldspat und Quarz ihren Höhepunkt finden.
Zwei Jahre später wird in Meißen die
erste Porzellanmanufaktur Europas
gegründet; ab 1731 sind die blauen
gekreuzten Schwerter das
Markenzeichen des Meissener
Porzellans (als Marke mit Doppel-s).
Diese Tatsache macht die PorzellanManufaktur in Meißen zu einer der
ältesten Marken weltweit. Seit dem
Beginn ihrer Existenz ist die
Manufaktur in Besitz der
entsprechenden Hoheitskörperschaft,
sei es das kurfürstliche Sachsen oder
auch die Deutsche Demokratische
Republik.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
Porzellanherstellung:
Porzellan wird, wie bereits erwähnt, aus den Rohstoffen Kaolin, Feldspat und Quarz
gewonnen. Das Meissener Porzellan als geschütztes Warenzeichen enthält dabei einen
Kaolinanteil von 65%. Eine Suspension dieser Rohstoffe mit Wasser wird nach einer
gewissen Zeit der Lagerung genügend stark gepresst, dass die entstehende Masse zu
einer Verarbeitung auf einer Töpferscheibe fähig ist. Es wird zuerst ein Hohlkörper
geformt, welcher in eine Form aus Gips eingespannt wird (Schlickergussverfahren); dabei
wird der Porzellanrohmasse Wasser entzogen. Nach einer gewissen Zeitspanne kann also
die Form entfernt werden; der Rohling ist von sich selbst standfähig. Bei komplexeren
Gegenständen ist die Möglichkeit des vollständigen Schlickergusses an einem Stück nicht
möglich, so dass mehrere Einzelteile angefertigt werden müssen, welche im Nachhinein
miteinander verknüpft werden .
Nach der Herstellung dieses Porzellanrohlings erfolgt der Glühbrand bei einer Temperatur
von rund 900°C, wobei der Rohling um bis zu 15% an Volumen verliert. Im Anschluss
daran erfolgt die Unterglasurmalerei, d. h. der nach dem Glühbrand entstandene
Porzellankörper wird mit entsprechenden Farben bemalt. Aufgrund der hohen
Temperaturen des darauffolgenden Glattbrandes von 1400°C sind nur wenige chemische
Verbindungen in der Lage, die Aufgabe als Unterglasurfarbe zu erfüllen; die bekannteste
ist das Kobaltblau (Cobaltaluminat), mit dem auch das Markenzeichen des Meissener
Porzellans gemalt werden. Auf diesen nun teilweise bemalten Rohling wird die Glasur
angebracht und der bereits erwähnte Glattbrand durchgeführt.
Auf die nun schon gebrauchsfertige Porzellanware kann mit Aufglasurfarben weiteres
Dekor angebracht werden. Dabei wird jeweils eine Farbe nach der anderen aufgetragen;
diese unterscheiden sich in ihrem Farbton im ungebrannten Zustand jedoch von der Farbe,
die sie nach einem dritten Brand, dem Dekorbrand bei 850°C, annehmen werden.
Von Robert Franken, Shajith Velalagan und Daniel Knüttel
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
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Helmholtz-Zentrum: Schülerlabor Delta X
Im Schülerlabor des Helmholtz-Zentrums wurden wir zunächst von Frau Maria Hörhold
begrüßt. Sie stellte das Forschungsinstitut und dessen Arbeitsbereiche vor. Hier wird u.a.
in den Bereichen der Medizin, der Umwelt aber auch der Energie geforscht und entwickelt,
beispielsweise in der Krebsforschung. Bezüglich des Themas Energie werden die
Endlagerung von Uran, aber auch Flüssigmetalle und nachhaltige Ressourcen untersucht.
Im Bereich der Materie wird versucht, das Verhalten von Teilchen zu erklären und somit
Grundlagenforschung betrieben. Um uns die Arbeit der Forscher zu verdeutlichen, wurde
uns in fünf Teams, welche aus älteren und jüngeren Schülern zusammengestellt wurden,
feste, undurchsichtige Boxen ausgeteilt. Die Aufgabe bestand darin, anhand einer sich in
der Box befindlichen frei beweglichen Kugel den Grundriss der festen Gegenstände
aufzuzeichnen. Dies sollte den Schülern verdeutlichen, dass Modelle nicht der Wirklichkeit
entsprechen, sondern nur einen Sachverhalt verständlicher machen. Die Hoffnung, man
dürfe die Boxen schlussendlich öffnen, um den Inhalt zu sehen, wurde enttäuscht – ganz
wie in der echten Forschung bekamen wir keine 100%ige Sicherheit über unsere
Ergebnisse.
Anschließend erfolgten die Sicherheitsbelehrungen und wir wurden in den bereits
gebildeten Teams an verschiedene Experiment-Stationen geschickt. Aus Zeitgründen
konnte leider nicht jedes Team alles machen, doch es reichte um einen Einblick in die
umfangreichen Tätigkeitsfelder des Instituts zu erlangen.
Eine Station zum Thema Optik befasste sich z.B. mit Polarisationsfolien, wie sie
funktionieren, wo sie eingesetzt werden, wie sie bei welchem Drehwinkel zueinander
wirken, aber auch mit optisch aktiven Stoffen am Beispiel Zucker, welcher das Licht
"dreht" und somit dessen Polarisation verändert.
Eine weitere Station beschäftigt sich mit dem L-C-Schwingkreis und der Erzeugung hoher
Magnetfelder. Dies umfasste zunächst virtuelle Experimente am Computer, an denen uns
verständlich gemacht werden sollte, wie sich die Schwingung verändert, wenn man einen
der Parameter R (Widerstand eines Kohlewiderstands), L (Induktivität einer Spule) oder C
(Kapazität eines Kondensators) verändert. Anschließend durften wir auch selbst einen
Schwingkreis bauen. Wir konnten unsere eigenen Messungen mit dem Oszilloskop mit den
berechneten idealen Werten des Computers vergleichen, um anschließend die Differenzen
physikalisch zu erklären.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
Ein letztes Experiment führte uns in den Bereich der physikalischen Chemie. Hier führten
wir Widerstandsmessungen bei Metallen, Halbleitern und Kohlewiderständen durch in
Abhängigkeit von ihrer Temperatur. Dazu wurden die Widerstände mit Stickstoff stark
abgekühlt. Anhand der Widerstandsänderung bei fallender Temperatur konnten wir den
unbekannten Proben Eigenschaften und somit bestimmte Klassen zuordnen. Alles in allem
war es ein sehr praktisch orientierter und vor allem interessanter, lehrreicher Vormittag.
Bericht: Hella Müller und Lena Pilz
Helmholtz-Zentrum: Hochfeld-Magnetlabor
Im Rahmen der Studienfahrt nach Dresden durften wir auch das
Hochfeld- Magnetlabor des Helmholtz Instituts besichtigen. Es
war der Donnerstag-Nachmittag, als wir, nachdem wir das
Schülerlabor besucht hatten, uns in zwei Gruppen aufteilten, um
die Topflow-Fluidik-Anlage und das Hochfeld- Magnetlabor in
kleineren Gruppen zu besichtigen. Als wir uns auf den Weg in das
Magnetlabor machten, wurden wir bereits im Eingangsbereich erwartet, wo uns grob über
die eigentlichen Aufgaben und Ziele des Labors berichtet wurde. Diese bestehen in der
Materialforschung (Untersuchung von verschiedenen Materialien in sehr starken
Magnetfeldern) sowie in der Entwicklung von Technologien zur Erzeugung dieser Felder.
Es wurde uns stolz berichtet, dass der Magnet mit einer möglichen Leistung von 100 Tesla
und die Forschungsmöglichkeiten, die dem Institut damit zur Verfügung stehen, bis vor
kurzem die stärkste entsprechende Anlage weltweit war und erst seit kurzem von einer
ähnlichen Forschungseinrichtung in den USA noch übertroffen wird. Eine solche Stärke
erfordert natürlich eine riesige Energiequelle. So wird mit Pulsströmen von einigen hundert
Kilo-Ampere und elektrischen Leistungen von einigen Giga-Watt die benötigte Menge an
Energie aufgebracht, die den Magneten zu seiner vollen Leistung auffahren lassen. Doch
diese gewaltigen Zahlen bergen natürlich auch Risiken.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
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Da nicht alle von uns Besuchern sich mit der Materie,
also Supraleitern, auskannten, wurde uns noch mal im
Detail der Stoff, welcher für das Verständnis notwendig
ist, näher gebracht. Der Supraleiter ist im Prinzip ein
widerstandloser Leiter des elektrischen Stroms. Dies ist
insofern faszinierend, da dadurch elektrischer Strom
über weite Strecken verlustfrei geleitet werden kann.
Bei herkömmlichen Leitern geht etwa ein Drittel der
nutzbaren Energie als Wärme verloren. Dies wird
dadurch ermöglicht, dass bei einem Supraleiter die
Elektronen zwischen dem fest verankerten und frei
beweglichen Zustand wechseln können. Die Elektronen
bleiben somit nicht im Gitter "hängen", sondern
kommen widerstandfrei voran.
Nach der Theorie folgte nun die Besichtigung der
riesigen Anlage. Bevor wir allerdings die
Riesenkondensatoren besichtigen konnten, wurden wir
noch darauf hingewiesen, dass die starken magnetische
Kräfte, welche hier wirken, unsere Handys leicht kaputt
machen könnten, weshalb jeder mit seinen
elektronischen Geräten von der Anlage Abstand hielt.
Wir durften zu jeder Zeit Fragen stellen, welche, egal
wie spaßig sie gemeint waren, beantwortet wurden. So
erfuhren wir neben vielen wichtigen und wissenswerten
Informationen auch, dass Frösche bei 30 Tesla fliegen
können und welche Teile des Labors wie oft
explodierten. So ging neben der eher trockenen Theorie
der Spaß nicht verloren. Nach einem anstrengenden
aber informativen Tag konnten wir uns dann schließlich
wieder in den Bus setzen und uns auf der Heimfahrt ein
bisschen erholen.
Ken Lo Presti, Valon Maxhuni, Darius Ellinger
Hochspannungs-Speicherkondensator
Helmholtz-Zentrum: TOPFLOW-Anlage
Als wir das Gebäude der TOPFLOW-Anlage betraten, wurden wir alle mit Helmen
ausgestattet und folgten einem Mitarbeiter, welcher uns die Anlage zeigte. Auf den ersten
Blick sah alles sehr verwirrend aus, viele Maschinen und Rohre in einer großen Halle. Wir
erfuhren, dass die Anlage schon seit 2001 in Betrieb ist.
TOPFLOW steht für "Transient Two Phase Flow Test Facility”. Die Anlage wurde gebaut,
um Zweiphasenströmungen zu messen. Dabei liefert sie nur die Daten, welche dann in
einem Rechenzentrum verarbeitet werden können. Die Berechnungen werden dazu
genutzt, um Energie, vor allem in der chemischen und Metall verarbeitenden Industrie,
effizienter nutzen zu können. Der Teststreckenkreislauf arbeitet mir einer Dampftrommel
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
und der Teststreckenpumpe. Es dient zur Untersuchung von Strömungsprofilen in
zweiphasigen Luft/Wasser bzw. Dampf/Wasser - Gemischen.
Mithilfe von Gittersensoren können der Gasgehalt, die Blasengrößen und die
Geschwindigkeitsverteilungen ermittelt werden. Bei den Experimenten kann mit
Temperaturen von 268 °C und Drücken von bis zu 7 MPa gearbeitet werden. Die
Gittersensoren bestehen aus zwei Drahtnetzen mit jeweils 128 Drähten, durch die
elektrischer Strom fließt. Durch die Veränderung der Ströme können dann z.B. die
Blasengrößen ausgerechnet werden. Die Gittersensoren können bis zu 2400 Messungen in
der Sekunde durchführen. Allerdings können die Messungen durch die Gitterstrukturen
beeinflusst werden, deshalb gibt es noch eine weitere Möglichkeit die Strömungen zu
messen:
Dies macht man mit einem ultraschnellen Elektronenstrahl-Röntgentomograph ROFEX.
Dieser misst auch die Strömungen in einem Rohr, aber nicht mit Hilfe eines Gittersensors,
sondern, wie der Name schon andeutet, mit Röntgenstrahlen. Weil die Röntgenstrahlen
auf der einen Seite des Rohres eindringen und auf der anderen Seite wieder austreten
müssen, kann das Rohr nicht beliebig dick sein. Aus diesem Grund hat das Rohr eine
maximale Dicke von 120mm. Es misst die Blasen in der Strömung mit einer Genauigkeit
von 1mm auf den Ort und mit bis zu 7000 Schnittbildern pro Sekunde. Wie es genau
funktioniert ist sehr schwer zu beschreiben und auch
zu verstehen.
Nun noch ein paar Daten zu TOPFLOW:
•
Die Gittersensoren mit 128 Drähten kosten
zwischen 30 000 und 40 000 Euro.
•
Ein Doppelsensor kostet bis zu 100000 Euro.
•
Die Siedetemperatur liegt bei ca. 286 °C, das
kommt durch den Druck von 70 bar.
Gittersensor
•
Die ganzen Messungen werden nur im 1D
Bereich gerechnet.
TOPFLOW Druckkammer für 5 MPa und
265°C
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Röntgengerät mit Probenrohr
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Hygienemuseum Dresden
Foto: Oliver Killig
Das Hygienemuseum Dresden ist ein Museum der besonderen Art, das jährlich um die
280. 000 Besucher anlockt. Es wurde 1912 von dem Dresdner Odol-Unternehmer Karl
August Lingner gegründet und war damals die "Volksbildungsstätte für Gesundheitspflege". Während eines Luftangriffs Ende des zweiten Weltkriegs wurden große Teile des
Museums zerstört. In der DDR diente das Museum gesundheitsaufklärenden Zwecken.
1991 wurde das Hygienemuseum renoviert, umgebaut und erhielt ein völlig neues
Konzept. Heute befinden sich Ausstellungen verschiedenster Bereiche im Museum. Es gibt
zwei Dauerausstellungen: "Abenteuer Mensch" und das "Kinder- Museum der fünf Sinne".
Des Weiteren finden dort wechselnde Ausstellungen statt. Momentan gibt es eine
Sonderausstellung zum Thema Sport, sie heißt "Auf die Plätze- Sport und Gesellschaft" .
Unser Besuch des Hygienemuseums fand am Freitag, dem 3. Februar statt. Wir konnten in
Kleingruppen die beiden Hauptausstellungen zu den Themen "Mensch" und "Sport", sowie
das "Kindermuseum Dresden" besichtigen und selbstständig im Museum herumlaufen.
Als erstes schauten wir uns die Ausstellung "Abenteuer Mensch" an. Gleich am Eingang
begann das Thema "Der gläserne Mensch". Auf verschiedene Arten wurde einem der
eigene Körper näher gebracht. Es gab zu jedem Körperteil und Organ Modelle mit
Beschreibungen. Der nächste Bereich hatte das Thema "Leben und Sterben". Gleich zu
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
Beginn wurde ein Film einer Geburt gezeigt. Außerdem konnte man echte Embryos der
verschiedenen Schwangerschaftswochen anschauen. Dieser Teil der Ausstellung wurde
dann mit verschiedenen Experimenten des Altseins beendet. Man konnte beispielsweise
testen, wie ein alter Mensch sich beim Gehen fühlt, wie er sieht und wie schwer es für
einen Parkinsonerkrankten ist, zu schreiben. Weiter ging es mit dem Thema "Essen und
Trinken". Dieser Bereich war sehr interaktiv. Es gab einige kleine Filme über Ernährung,
Berichte von Menschen mit Essstörungen, kleine Computerspiele und vieles mehr. Der
nächste Ausstellungsbereich behandelte das Thema "Sexualität". Es wurden die
verschiedenen Anlockungsstrategien des Menschen sowie die einiger Tiere vorgestellt.
Außerdem erfuhr man vieles mehr über die Entwicklung der Sexualität in den letzten
Jahrhunderten. Danach kamen noch drei weitere Bereiche wie zum Beispiel "Bewegung",
"Gedächtnis" und "Schönheit". Man konnte vieles ausprobieren, wie zum Beispiel Cha-ChaCha tanzen lernen, seine Balance oder sein Gedächtnis testen.
Als nächstes besuchten wir die Sportausstellung. Einerseits lernte man viel Theoretisches
und Historisches über die verschiedenen Sportarten. Dies wurde durch originale
Gegenstände, wie zum Beispiel alte Bälle oder Schuhe, dargestellt. Auf der anderen Seite
war diese Ausstellung sehr praktisch. Man konnte vieles selbst ausprobieren und sich
sportlich betätigen. Man durfte eine Wand besteigen, boxen, eine Reaktionswand
ausprobieren, aus 2 Meter Höhe auf eine Matratze springen, seine Balance testen und
vieles mehr.
Am Schluss blieb uns noch etwas Zeit bis der Bus kam. Deshalb haben wir noch einen
Blick in die Kinderausstellung geworfen. Hier lernen die Kinder auf einfache Weise die fünf
Sinne kennen.
Für uns persönlich war das Hygienemuseum ein Höhepunkt der Studienfahrt. Besonders
gut gefiel uns, dass man sich das anschauen konnte, was einen interessiert.
Von Clara Petroll und Melissa Arnold
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
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Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI
Am Freitag den 3. Februar 2012 besuchte ein Teil unserer Reisegruppe, die ausschließlich
aus Teilnehmern des Hochrhein-Seminars bestand, das Fraunhofer Institut für Verkehrsund Infrastruktursysteme in Dresden. Von Frau Elke Sähn wurden wir herzlich empfangen
und zum warm werden wurde uns freundlicherweise heißer Tee angeboten.
Zu allererst wurden wir in die Geschichte des Fraunhofer-Instituts eingeführt und uns
einige Fakten dazu genannt. Namensgeber für die Fraunhofer Gesellschaft war Joseph
Fraunhofer, geboren am 6. März 1787 in Straubing und verstorben am 7. Juni 1826 in
München. Er war ein berühmter und angesehener deutscher Optiker und Physiker. Er
begründete am Anfang des 19. Jahrhunderts den wissenschaftlichen Fernrohrbau. Ein
Objektivtyp, das Fraunhofer-Objektiv, wurde nach ihm benannt. Seine hervorragendste
Leistung besteht in der Verbindung von exakter wissenschaftlicher Arbeit und deren
praktischer Anwendung für neue innovative Produkte. Mit dieser Denkweise wurde Joseph
von Fraunhofer zum Vorbild und Namensgeber der heutigen Fraunhofer-Gesellschaft.
Nun gibt es das Fraunhofer-Institut schon 60 Jahre lang. Es umfasst 11 verschiedene
Forschungseinrichtungen, die weltweit vertreten sind (Life Science, Mikroelektronik, Light
and Surfaces, Produktion, Werkstoffe, IHK Technologie, Verteidigungs- und
Sicherheitsforschung, etc.), diese ergeben mit ihren neuen Erkenntnissen und Produkten
einen direkten Nutzen für Unternehmen zum Vorteil der Bevölkerung. Es wird praxisnah
geforscht, ohne Profit als Zielsetzung zu haben. Finanziert wird das
Forschungsunternehmen von Staat, Unternehmen und öffentlich geförderten Projekten. Es
gibt über ganz Deutschland verteilt 59 Institute mit insgesamt über 17.000 Mitarbeiten. Im
Standort Dresden arbeiten 70 Wissenschaftler und 40 Studenten, sie haben insgesamt ein
Budget von 6 Millionen Euro zur Verfügung. Ihr Forschungsbereich beinhaltet Verkehrsund Infrastruktursysteme.
Momentan arbeitet ein Teil des Teams an der Entwicklung einer mobilen ÖPNV
(öffentlicher Personennahverkehr)-Navigation für GPS-fähige Smartphones. Ihr Ziel ist es,
eine APP zu erstellen, mit der es möglich ist, vom momentanen Standort zu einem
gewünschten Ziel möglichst komfortabel mithilfe des ÖPNV zu gelangen. Dieses Projekt
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Studienfahrt Dresden vom 31.1. - 4.2.2012
befindet sich leider noch in der Testphase und kann noch nicht von der Öffentlichkeit
genutzt werden.
Nach der Vorstellung dieses Projekts führte uns Frau Sähr in den Außenbereich, in dem in
einer Art Baucontainern an möglichst ökologischen und effizienten Motoren und Batterien
geforscht wird.
Nachdem wir der ungewohnt arktischen Kälte tapfer getrotzt haben, fuhr uns unser
Busfahrer zu einem weiteren Projekt des Fraunhofer-Instituts für Verkehrs- und
Infrastruktursysteme in einem anderen Stadtteil Dresdens. Dort wurde uns die sogenannte
Autotram (siehe Bild unten) präsentiert. Auch hier erwartete uns zum Auftauen eine
weitere Ladung Tee. Folgend die wichtigsten Fakten zur Autotram: Sie hat die Maße von
19m Länge, 2,53m Breite und ein Gewicht von 19t. Die 3 Motoren der Autotram
übertragen ihre Kraft auf 3 separat lenkbare Achsen und können sie auf eine
Maximalgeschwindigkeit von 60km/h beschleunigen. Sie kann ihre Energie jedoch über
verschiedene Wege beziehen, entweder über einen Hybridmotor oder durch weitere
Möglichkeiten wie der Lithiumbatterie, den Kondensatoren (Super-caps; die Idee hierbei
ist ein Aufladen der Kondensatoren an den Haltestellen), dem Schwungrad (wurde schon
in der Mitte des 20. Jahrhunderts erfunden, kommt jedoch nicht mehr zur Verwendung, da
es schon zu schweren Unfällen kam) oder der Brennstoffzelle. Bevorzugt wird der
Hybridmotor eingesetzt. Wie schon dem Namen zu entnehmen ist, ist die Autotram halb
Bus und halb Bahn (intermediales Fahrzeug). Die Verbindung dieser beiden Verkehrsmittel
bietet eine überaus hohe Flexibilität bei gleichzeitig überraschend großer Kapazität.
Alexander Wagner & Ulrike Jehle
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Abschlussveranstaltung der Oberstufe
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Abschlussveranstaltung der Oberstufe
Teilnehmer berichten aus den Arbeitsgemeinschaften
Am 15. 7. 2011 fand in den Gewerblichen Schulen Waldshut die diesjährige Abschlussveranstaltung des Hochrhein-Seminars statt.
Die Schülerinnen und Schüler berichteten in lebendigen und anschaulichen Vorträgen, was
sie in ihren Arbeitsgemeinschaften im vergangenen Schuljahr geleistet haben.
Chemie: Das Experiment zur Gewinnung neuer Erkenntnisse
Seite 44
H. Anger - Hochrhein-Gymnasium Waldshut
Informatik: Crash-Kurs Programmieren mit C#
M. Schulze - Technisches Gymnasium Waldshut
Seite 50
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
100
Abschlussveranstaltung der Oberstufe
Informatik/Robotik: Programmieren von Mikrocontrollern
H. Mueller - Technisches Gymnasium Waldshut
Seite 52
Mathematik: Die Vielfalt der Mathematik am Computer
J. Rudolf - Hochrhein-Gymnasium Waldshut
Seite 56
Physik/Technik: Regenerative Energieversorgung
P. Vogt - Technisches Gymnasium Waldshut
Seite 60
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Abschlussveranstaltung der Oberstufe
101
Zum Abschluss händigten die Leiter- und Leiterinnen der Arbeitsgemeinschaften den
Schülerinnen und Schülern die Teilnahmebescheinigungen aus.
Die Seminarleitung bedankte sich für das rege Interesse an den Arbeitsgemeinschaften
und hofft auf rege Teilnahme im neuen Schuljahr.
Frau Susanne Kiliani musste leider verabschiedet werden. Sie nimmt 2012-2013 ein
Sabbat-Jahr und scheidet aus der Leitung des Hochrhein-Seminars aus.
Vielen Dank für ihr Engagement bei Organisation und Durchführung des Angebots von
Arbeitsgemeinschaften, Vorträgen, Studienfahrten und dem Schreiben der Jahresberichte.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Mathematikwochenende der Oberstufe
Mathematikwochenende der Oberstufe
des Freiburg-Seminars und Hochrhein-Seminars
mit Dr. G. Metzger und P. Straub
Wann:
Freitag 25.11.2011 15:00 Uhr bis
Sonntag 27.11.2011 nach dem Mittagessen
(nach Absprache mit der Gruppe)
Wo: In Altglashütten im Freizeit- und Bildungszentrum des BTB.
Herrlich gelegen am Südhang des Sommerbergs liegt das Freizeit- und Bildungszentrum
des Badischen Turner-Bundes
Am Sommerberg 26
D-79868 Feldberg-Altglashütten
Telefon (07655) 90 01-0
Telefax (07655) 90 01-99
Email: [email protected]
www.altglashuetten.de
Die Anreise wird nach der Anmeldung in Absprache organisiert.
Thema: Unendlichkeit
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
Teilnahme an Wettbewerben
103
Teilnahme an Wettbewerben
Chemie: Chemie-Komplexchemie-Analytik-UmweltWettbewerbe
H. Anger - Hochrhein-Gymnasium Waldshut
03.03.2012 - Südkurier:
Erfolreiche Teilnehmerinnen bei "Jugend forscht"
Forscherpreis für
Wespenschreck
Mit einem
"Wespenschreck"
gingen drei
Waldshuter
Schülerinnen bei
"Jugend forscht" ins
Rennen. Hella Müller,
Lena Pilz und Verena
Huber vom
Bei "Jugend forscht" dabei gewesen (von links): Lena Pilz (19), Verena Huber (18) und
HochrheinHella Müller (19) erreichten den zweiten Platz und wollen mit ihrer Anti-Wespencreme
Gymnasium hatten
weitermachen. Bild und Text: Annette Becker
sich mit ihrer AntiWespencreme für den Regionalwettbewerb Mittelbaden/Enz angemeldet.
Bei der Entscheidung am Donnerstag in Pforzheim freuten sie sich über den zweiten Platz
im Fachgebiet Chemie. Für ihre Leistung erhielten die Forscherinnen neben Urkunde und
60 Euro Preisgeld einen Sonderpreis der Industrie- und Handelskammer in Höhe von 40
Euro.
48 Teilnehmer im Alter von 10 bis 20 Jahren hatten mit 24 Projekten teilgenommen. Das
Trio aus Waldshut präsentierte den Juroren eine Creme, die Wespen abschrecken soll. Die
Idee war entstanden, als die drei letztes Jahr beim Grillen im Garten die Wespenplage zu
spüren bekamen. Hausmittel wie in Orangen gesteckte Nelken waren ihnen durch ihre
Chemielehrerin Heidemarie Anger bekannt. Um sich auch unterwegs schützen zu können,
kam der Gedanke zur auftragbaren Creme.
Gleich nach den Sommerferien begannen sie im Rahmen der Chemie AG mit ihren
Forschungen. Fast ein halbes Jahr tüftelten sie, auch an freien Nachmittagen, um ihre
Arbeit bis Januar parallel zur Abivorbereitung fertig zustellen. Unterstützt von ihrer
Chemielehrerin und in Eigenrecherche brachten sie sich so die Verfahren zur
Duftstoffgewinnung und Cremeherstellung bei.
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012
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Teilnahme an Wettbewerben
Für die Schülerinnen ist der Spaß an der Forschung am wichtigsten: "Man lernt schon
unheimlich dabei. Für den Alltag und das Studium", sagt Lena Pilz, die Chemie studieren
möchte. Ihre Idee möchten die drei weiterverfolgen: Die wohlriechende Creme könnte
durch Zusatzstoffe wie Zimt als Handcreme unterschiedlicher Duftvarianten angeboten
werden. In Pforzheim stieß das Waldshuter Team auf großes Interesse: Schülergruppen
kamen, und Lehrer drehten Videos, um den Gebrauch der mitgebrachten Spezialapparatur
zur Herstellung der Creme festzuhalten.
Thema " Bagdadbatterie"
Teilnehmer am Regionalwettbewerb " Jugend forscht" Südbaden in Freiburg 2012:
P. Welte, T.Fässle, M. Brakonier
Jahresbericht Schuljahr 2011/2012

Version 5 (27.02.2015) - Technisches Bildungszentrum Mitte

Version 3 (13.02.2015) - Technisches Bildungszentrum Mitte

Känguru-Sonderedition April 2015

Anmeldeantrag für das Aufnahmeverfahren

Liebe Eltern, sehr gerne wollen auch wir - wie schon im letzten Jahr

Themenbeispiele für die Präsentationsprüfung (pdf

Ferienplan Rielasingen 2015-16

Anmeldung - PTS St. Peter/Au

Schulbrief - Philipp-Reis

Elternbrief_23.03.15 - Schülerhaus Steinbachschule