The PhysicsClub/Student ResearchCenter of the University of Kassel is located in Kassel, Parkstr. 16 and is open for students of all schools in Kassel and Nothern Hess.
We have our own building: 4 floors and about 650 m² of research area.
Pictures: Klick here
Our special equipment: workshop, electron microscope, devices for single photon measurements, laboratories for physics, chemistry and biology, observatory with 7 telescopes, library and a lot of other rooms for the research groups.
The students (age 14 – 19) work in small teams. They work on interesting and up-to-date subjects from science (physics, astronomy, biology, chemistry, IT, geophysics). They acquire the necessary knowledge on their own.
After choosing their research topics during the first months of their studies, they begin to solve their problems and questions by themselves with the help of open-ended experiments in which they use real scientific methods.
Younger students (age 10-13) work on interesting projects and learn the expert knowledge without instruction by teachers, in particular they practice their soft-skills.
Teachers and student-teachers act only as advisors, not as instructors, they train the students in soft-skills and self-organization concerning their work.
We arrange contacts between experts at universities and enterprises which very often sponsor the equipment for the experiments.
The student research teams work on an issue for one or two years. After that some of them take part in the competition „Jugend forscht“; usually with great success. Every year they win state awards, 2006, 2009, 2011,2014 and 2015 even the national award in physics. 2009 we take part in the european science contest. 2014 our team got the national award opf the GYPT.
In the last years our teams got a lot of international awards (CASTIC, ISEF) too.
The concept of the PhysicsClub is unique in Germany and has won a lot of important national awards.
Our staff:12 teachers (High school), 25 university students
Participants: 400 students age 10 to 19 coming from 35 schools
The PhysicsClub was best practice project in STELLA and is co-operator of STENCIL.
Click here for an up to date presentation made for STENCIL
Click here for an up to date presentation (July 2011) with more examples and didactic informations
Arbeitsgruppen:
AG 1: Klassische Navigation
Tages- und Jahresbewegung der Sterne und Sonne, Himmelskoordinaten, Bestimmung von geographischer Länge und Breite mit Uhr und Sextant, mit praktischen Übungen
Aufgabe 1:
Informationen über Tages- und Jahresbewegung von Sonne und Sternen einholen (Begriffe wie Stundenwinkel, Azimut, Rektaszension und Deklination sollten bekannt werden).
Informationen über Sonnenzeiten (was sind Zeitzonen, wahre Sonnenzeit, mittlere Sonnenzeit) einholen.
Wann geht eine Sonnenuhr vor und wann geht sie nach? (Zeitgleichung verstehen)
Wieso dauert ein wahrer Tag weniger als 24 Stunden?
(Literatur Struve S.28 – 38, Schroeder S.43 – 58)
Aufgabe 2:
Mit Winkelmesser und Uhr die geographische Länge und Breite des Schiffes bestimmen!
AG 2: Navigation mit GPS
Wie funktioniert GPS? Rechenverfahren und Genauigkeitsanalysen mit und ohne Berücksichtigung der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie, Zeitdilatation, Uhren im Gravitationsfeld, mit praktischen Übungen (auch Rechenübungen)
Aufgabe 1:
Schiffskurs durch GPS – Messungen verfolgen, ev. auf Karte übertragen
Aufgabe 2:
Signalmodulierung und Dekodierung, Autokorrelation verstehen und erläutern können (die Autokorrelation für die Aerogelgruppe), S.128 -144, S.161-168
Ziel: Ein mathematisches Verfahren entwickeln, mit dem über die Autokorrelation der Phasenabstand zweier Sinus-Signale bestimmt werden kann und das dann von der Aerogelgruppe zur Laufzeitmessung ihres Testsignals verwendet werden kann.
Aufgabe 3:
Struktur der Navigationsnachricht darstellen, S.168 – 171
Aufgabe 4:
Wie wird die Empfängerposition bestimmt?
Überblick S.89 – 196, Details u.a. S.171 ff, Grundlagen S.59 ff
AG 3:Knotentheorie
Seemannsknoten, Mathematische Definition eines Knotens, Graphentheorie, Herstellung und Lösbarkeit von Knoten in nieder- und höherdimensionalen Räumen, mit praktischen Übungen im dreidimensionalen Räumen
Aufgabe 0:
Vor dem Workshop die Seite http://knotplot.com/ besuchen, das Programm KnotPlot runterladen und mitnehmen. Sollte einer machen, die Gebühr wird bezahlt!
Aufgabe 1:
Vom Käpten oder Steuermann die Seemannsknoten zeigen lassen und üben.
Aufgabe 2:
Untersuchung der Gruppenstruktur von Zöpfen
Warum bilden Knoten bzgl. ihrer Zusammensetzung keine Gruppen?
Zuordnung Knoten – Polynome untersuchen
Klassifizieren der Knoten, Primfaktorzerlegung untersuchen, vergleichen mit irreduziblen Polynomen
Welche Rolle spielen Dimensionen bei der Lösbarkeit von Knoten?
Anwendung in Chemie (Chiralität von Molekülen), Biologie (DANN) und Physik (statistische Physik, interessante Verbindung zur Netzwerktheorie)
Bücher über Knotentheorie stehen zur Verfügung, einzelne Kapitel sind kopiert
AG 4: Navigieren nach dem Kompass und Magnetische Missweisung
Magnetfelder und Entstehung des Erdmagnetfeldes, Polwanderung, magnetische Deklination, Kreiselkompass
mit praktischen Übungen und Arbeit mit Deklinationskarten
Aufgabe 1:
Bestimme die aktuelle Schiffsposition durch Peilung.
Aufgabe 2:
Wie entsteht das Erdmagnetfeld und wie kann man die Umpolung beobachten? (Zusatzliteratur Linke S.66ff)
Aufgabe 3:
Mit möglichst vielen verschiedenen Methoden die magnetische Missweisung bestimmen (Gelände, Polarstern, Sonne Mittag, Sonnenauf- und Untergang), Literatur Linke S.94 – 126
Aufgabe 4:
Kursbestimmung mit Hilfe des Kompass und in eine Karte eintragen (soweit möglich)
Zur Verfügung stehen Kompasse und Sextanten sowie topographische Karten der Küsten-gebiete (als CD, teilweise als Ausdruck
AG 5: Navigieren im Kosmos: Flug zu den Planeten
Bahnen von Raumsonden, Hohmann Bahnen, Swing-by-Manöver, Pioneer - Anomalie: Lenkt die Dunkle Energie die Pioneer-Raumsonden ab?
Steuerung eines Satelliten durch Kreiselsysteme
Aufgabe1:
Wie funktioniert ein Swing-by-Manöver? Wo kommt die Energie dazu her?
Aufgabe 2:
Was sind Hohmann-Bahnen? Warum haben sie den geringsten Energieaufwand und wieso kann man die Flugzeit mit dem 3. Keplerschen Gesetz ausrechnen?
Aufgabe 3:
Pioneer Anomalie und seltsame Bahnabweichungen im Planetensystem: Haben sie eine kosmologische Deutung? Literatur: SuW Artikel
AG 6: Magnuseffekt
Strömungslehre, rotierende Zylinder als Antriebssystem, Bau eines Modells
Material zusammengestellt von Herbert F.
Aufgabe:
Die Strömungsdynamik des Magnuseffektes verstehen, einige einfache Versuche hierzu vorbereiten und durchführen und dann ein kleines Modell bauen, dass den Magnuseffekt als Antrieb benutzt.
Pflichtlektüre:
Dava Sobel: Längengrad, Berliner Taschenbuch Verlag, 1995
Ein historischer Bericht zur Einstimmung
Eine Woche vor der Abfahrt erhalten alle Teilnehmer für ihre jeweilige AG Texte zur Einarbeitung (per Mail und/oder per Post). An Bord gibt es dann Tasks für die einzelnen AGs, die eigenständig mit dem ausgegebenen Material und vorhandener Literatur gelöst werden sollen und am letzten Tag anderen Teilnehmern erläutert werden sollen.
Zeiten:
Da wir auch die Mannschaft zum Segeln darstellen, findet immer nur die Hälfte der AGs statt, die Teilnehmer der anderen Gruppen stehen auf Abruf als Mannschafft an Deck zur Verfügung!
Um das Essen kümmert sich Andreas D, zusammen mit den schon eingeteilten Helfern. Das Abräumen und Abwaschen wird im Wechsel von den anderen übernommen.
Morgens (7.30 Uhr) und Mittags (12.30 Uhr) gibt es ein kaltes Büffet, abends (19.00 Uhr) wird gekocht bzw. gegrillt.
Am Abend ist Landgang, Lagerfeuer etc.
Sonntag:
12.00 Uhr: Abfahrt ICE Bus - Bahnhof, Busparkplatz, Wilhelmshöhe (Bitte pünktlich sein, sonst muss die Anreise auf eigene Kosten mit dem Zug erfolgen!)
18.00 Uhr Ankunft Rostock, Stadtbummel und privates Abendessen
21.00 Uhr Einschiffung, Kabinenbelegung
22.00 Uhr: Vorbesprechung
24.00 Uhr Nachtruhe
Montag:
9.00 Uhr: Einweisung durch den Kapitän, Ablegen
14.00 – 15.30 Uhr: AG 1 – 3
15.30 – 17.00 Uhr: AG 4 – 6
Dienstag:
9.30 – 10.30 Uhr: AG 1 – 3
10.30 – 11.30 Uhr: AG 4 – 6
14.00 – 15.30 Uhr: AG 1 – 3
15.30 – 17.00 Uhr: AG 4 – 6
Mittwoch:
9.30 – 10.30 Uhr: AG 1 – 3
10.30 – 11.30 Uhr: AG 4 – 6
14.00 – 15.30 Uhr: AG 1 – 3
15.30 – 17.00 Uhr: AG 4 – 6
Donnerstag:
Vorbereiten der Ergebnispräsentation:
9.30 – 10.30 Uhr: AG 1 – 3
10.30 – 11.30 Uhr: AG 4 – 6
Ergebnispräsentation in neuen, gemischten Gruppen:
14.00 – 16.00 Uhr: AG 1 – 3
16.00 – 18.00 Uhr: AG 4 – 6
21.00 Uhr : Abschlussbesprechung
Freitag:
6.30 Uhr Frühstück
8.00 Uhr: Ankunft Cuxhaven, Ausschiffung
10.00 Uhr: Besichtigung des Fallturmes
12.00 Uhr Stadtbummel und Gelegenheit zum Mittagessen
14.00 Uhr: Rückfahrt nach Kassel
18.00 Uhr: Ankunft Kassel ICE Bus-Bahnhof
Mitbringen:
- Schlafsack oder Bettdecke (Kopfkissen vorhanden)
- Handtücher
- Boots- oder Turnschuhe
- Regen – oder Segelkleidung
- Müllsäcke für den eigenen Müll
- Toilettenpapier
Keine Koffer!!! In den Kabinen ist zu wenig Platz! Faltbare Reisetaschen sind besser!
Nicht nur leichte Bekleidung, auch warme Bekleidung mitnehmen!
Badesachen
Waschzeug
Medikamente
Beachten:
- Bitte unbedingt auf das Einhalten der Nachtruhe (24.00 Uhr – 7.00 Uhr ) achten.
- Keinen hochprozentigen Alkohol mit an Bord nehmen oder an Land trinken.
- Keine lauten Abspielgeräte mitbringen. Gitarren sind erwünscht!
- Das Schiff hat nur einen endlich großen Wassertank. Es ist nicht zu erwarten (und bei 2 Duschen auch zeitlich nicht zu organisieren), dass jeder täglich an Bord Duschen kann. In manchen Häfen gibt es Duschmöglichkeiten.
- Verpflegung ist im Preis inbegriffen für den folgenden Zeitraum:
Montag ab Frühstück bis Freitag Frühstück, jeweils einschl.
Insbesondere für Sonntag Abend und Freitag Mittag ist Selbstverpflegung oder Restaurantbesuch einzuplanen!
- An Bord werden zum Selbstkostenpreis alkoholfreie Getränke verkauft. Abends besteht die Möglichkeit ebenfalls zum Selbstkostenpreis für Jugendliche über 16 Jahren selbstgezapftes Bier in geringen Mengen zu kaufen.
- Der Kochdienst unter Andreas D. ist für die Zubereitung der Mahlzeiten verantwortlich, die von einem Gastronomiebetrieb geliefert werden. Alle anderen müssen den anschließenden Küchendienst übernehmen.
- Allen Anweisungen des Kapitäns bei Segelmanövern ist unmittelbar zu entsprechen.
- Es wird eine aktive Teilnahme an den AGs erwartet.
Schülerforschungszentrum SFZ “ ScienceClub“
-Vorbereitungsstand August 2007-
Ziel: Vom Physikclub zum SFN
Seit 2002 gibt es den „Physikclub Kassel“ – ein Kooperationsprojekt der Stadt Kassel, des Staatlichen Schulamts und mehrer Kasseler Schulen. Hier können Schülerinnen und Schüler eigenständig an physikalischen Projekten arbeiten und lernen. Zum Kern des Konzepts gehört das experimentelle Arbeiten im Labor und im Team - gesteuert vom Interesse am Versuch ohne Begrenzung durch den Zeittakt des Stundenplans.
Der Erfolg dieser Arbeit schlägt sich in zahlreichen Auszeichnungen und Preisen (Jugend forscht, MINT Award 2006, Nominierung zum NaTWorking Preis 2006 etc.) nieder und hat zu einer immer stärker wachsenden Zahl an Anfragen von Schülerinnen und Schülern geführt. Für das Fach Physik gibt es zur Zeit 75 Anmeldungen in 30 Projektgruppen, die personell und räumlich kaum noch angemessen versorgt werden können. Darüber hinaus besteht eine beständige Nachfrage nach Projekten auch in Chemie und Biologie. Aus diesem Grund soll die Arbeit im Physikclub jetzt auf die anderen Naturwissenschaften ausgeweitet werden. Dafür wird die Errichtung eines Schülerforschungszentrums (SFZ) angestrebt mit fachlich breiteren sowie besseren organisatorischen und räumlichen Bedingungen. Mit dem neuen SFZ könnten zudem Schülerinnen und Schüler eines größeren Umkreises angesprochen werden.
Im Physikclub konnten in den letzten Jahren wertvolle Erfahrungen mit der Betreuung von interessierten Jugendlichen im Bereich der Naturwissenschaften gesammelt werden, die im zukünftigen SFZ genutzt und weitergeführt werden sollen: Die Jugendlichen sollen gemeinschaftlich und eigenverantwortlich in anspruchsvollen, authentischen naturwissenschaftlichen Forschungsprojekten ihrer Wahl arbeiten. Die Arbeit soll fach-, klassen-, und schulformübergreifend organisiert sein.
Beispiele solcher Projektarbeiten:
Fach Technik:
- Entwicklung eines frei beweglichen Roboterarmes, der programmiert aber auch ferngesteuert über die „Schulter“ greifen kann,
- Entwicklung eines neuartigen autonomen lautlosen Unterwasserantriebs aus Nitinol, der den Bewegungen einer Kaulquappe nachempfunden ist,
-
Fach Physik:
- Untersuchung von Ein-Photonen-Experimenten mit Hilfe eines Picosekundenlasers,
- Sonische Modulation von Aerogelen,
- Untersuchung des Faraday-Effekts bei der Rubidium-Resonnanz,
Fach Chemie:
- Synthese und Untersuchung von Polyaminostyrol
Fach Biologie:
- Anwendung der Netzwerktheorie auf die Informationsrezeption im System von Dictyostelium discoideum,
Fach Informatik:
- Simulation und Entwicklung von Netzwerken,
Fach Geophysik:
- Untersuchung des Verwitterungsprozesses von Gesteinen,
- Untersuchung der Klimaschaukel zwischen Grönland und Antarktis.
Konzept
Die Förderung naturwissenschaftlicher Kompetenz in der Schule ist nicht erst seit TIMS und PISA zu einer bedeutenden Herausforderung des deutschen Bildungswesens geworden. Ein Desiderat des traditionellen Unterrichts in den Fächern Physik, Biologie und Chemie liegt darin, dass gerade besonders interessierte Schülerinnen und Schüler oft zu wenig Unterstützung und praktische Gelegenheit finden, um ihre spezifischen Begabungen zu entwickeln. Die Arbeit in einer fachlich hochwertig ausgestatteten und zugleich anregenden Lernumgebung wie dem Physikclub und künftig in dem geplanten SFN bietet diesen Schülerinnen und Schülern besonders förderliche Bedingungen für selbstständiges effektives Arbeiten und Lernen. Von zentraler Bedeutung ist dabei etwa, kontinuierliches Arbeiten im Labor an Experimenten zu ermöglichen, die über längeren Zeitraum durchgeführt werden können und nicht infolge anderweitiger Raumnutzung immer wieder ab- und dann erneut aufgebaut werden müssen.
Wie bereits beim Physikclub soll Arbeit im SFN in eigenverantwortlichen Forschungsteams organisiert sein. Die Jugendlichen erarbeiten sich dabei im Sinne eines konstruktivistisch organisierten Lernprozesses eigenständig das für ihre Forschungsfrage notwendige Wissen und wenden es zur Lösung ihres Forschungsproblems an. Die Projekte sollen mindestens ein Schuljahr dauern. Dies erfordert Durchhaltevermögen und die Organisation der Arbeit über lange Zeiträume hinweg, gleichzeitig aber auch adäquates Reagieren auf aktuelle Entwicklungen im Forschungsprozess. Die Forschungsprojekte der Schülerinnen und Schüler finden in einem räumlichen Zusammenhang statt, d.h. die Teams arbeiten nicht isoliert, sondern können vom Wissen und der Unterstützung der anderen Teams profitieren. Das Leitungsteam vermittelt darüber hinaus nicht nur Kontakte zu Wissenschaftlern sondern bietet auch direkte Unterstützung im Arbeitsprozess. Das bewirkt die hohe Identifikation mit dem SFN, was sich auch bislang bereits im Physikclub gezeigt hat.
Die Betreuung im SFN soll die experimentelle Arbeit der Schülerinnen und Schüler begleiten und sicherstellen, dass die Erfolge auch wirklich auf eigene Ideen und Anstrengung zurückgeführt werden können, und damit das Selbstwertgefühl steigt. Im Schülerforschungszentrum kann in einem risikoarmen Erprobungsstadium der Umgang mit Motivationsproblemen, Arbeitsbelastungen und Fehlschlägen gelernt werden. Auch dies ist Teil des Betreuungsprozesses.
Regelmäßige öffentliche Veranstaltungen, in den die Teilnehmer des SFN über ihre Projekte berichten, sollen zu einer verbesserten öffentlichen Sicht auf Naturwissenschaften und Forschung beitragen. Diese Präsentationen und Vorträge sollen möglichst in die Verantwortung der Projektteams gelegt werden, um damit weitere Fähigkeiten zu trainieren und zu lernen, adressatenbezogen zu referieren und zu diskutieren.
Zudem eröffnet die zum Konzept gehörende Teamsituation im Labor und bei den Experimenten vielfältige Möglichkeiten zum Erwerb sozialer Kompetenz in Arbeitszusammenhägen, was sich nach den bisherigen Erfahrungen bei nicht wenigen der Jugendlichen auch für die Persönlichkeitsentwicklung positiv auswirkt und gleichzeitig das fachliche Interesse stärkt. Durch die Möglichkeit hoher fachwissenschaftlicher Anforderungen können ferner Hochbegabte spezifische Arbeitstechniken erfahren, erproben und lernen, die für ihre weiterführenden Ausbildung wie auch schon im sonstigen Schulleben außerordentlich hilfreich sind. Beispiel: Ein Technikteam arbeitet sich in Bionik ein, entwickelt einen Antrieb aus Nitinol, der eine entsprechende Version einer amerikanischen Universität in Autonomie und Flexibilität übertrifft. Durch die Beobachtung dieser Arbeit wird einem der Schüler der Rat zum Überspringen der Jahrgangsstufe 10 gegeben, was er inzwischen erfolgreich durchgeführt hat. - Oder: Ein Team baut ein Labor für Aerogele auf, in dem nicht nur Aerogele hergestellt werden, sondern ein neues Verfahren zur sonischen Modulation von Aerogelen entwickelt und erprobt wird.
Über die fachlich intensive und methodisch anspruchsvolle Auseinandersetzung mit Naturwissenschaften hinaus ist ein besonderes Merkmal der Arbeit im geplanten SFZ, dass Ausdauer beim Arbeiten und Lernen sowie dieNachhaltigkeit des erworbenen Wissens vermittelt werden. Jugendliche wachsen heute in einer von schnell wechselnden Eindrücken geprägten Gesellschaft auf, in der oberflächliche Kenntnisse oft als ausreichend gerade in Naturwissenschaften angesehen werden. Dies ist kontraproduktiv zu den Anforderungen im Studien- und Berufsleben.
Die Teilnahme setzt keine besondere Begabung sondern in erster Linie ein besonderes Interesse und die Bereitschaft zum eigenständigen Arbeiten in der oben beschriebenen Weise voraus. Das SFZ versteht sich daher nicht als eine Institution der Hochbegabtenförderung, wenngleich besonders Begabte hier in besonderer Weise Unterstützung finden. Im Vergleich zum bisher einzigen deutschen SFZ in Saulgau (Baden-Württemberg) soll sich die Arbeit im nordhessischen SFZ auch nicht primär auf das Vorbereiten und Trainieren für die Teilnahme an Wettbewerben konzentrieren[1], wenngleich die Teilnahme an Wettbewerben durchaus erwünscht ist.
Das SFZ soll sich vornehmlich an Schüler und Schülerinnen der Jahrgangsstufen 7 bis 13 nordhessischer Schulen wenden. Es soll daher in Kassel an zentraler Stelle und leicht erreichbar mit öffentlichen Verkehrsmitteln (Straßenbahn, Zug) gelegen sein. Konkret soll die Arbeitsorganisation durch folgende Merkmale gekennzeichnet sein:
- Die Forschungsgruppen besitzen ständige Zugangsmöglichkeit zu ihren Arbeitsräumen und den Sammlungen – insbesondere auch abends, am Wochenende und während der Ferien.
- Die Betreuer für einzelne Fächer und Gebiete sind zu Kernzeiten anwesend, in denen die normale gemeinschaftliche Projektarbeit stattfindet.
- Die Themenwahl ist dynamisch, d.h. die Schülerinnen und Schüler können eigene Themenvorschläge einbringen oder aus einer Liste von möglichen Projekten auswählen.
- Die Projekte starten in der Regel mit Beginn eines Schuljahres und finden ihren Abschluss mit einer in die Ausbildung einbezogenen öffentlichen Präsentation.
- Betreuer, Mitarbeiter und/oder Projektteams ermöglichen Leistungskursschülern die Durchführung oder Vorführung besonders aufwändiger Experimente.
- Bei Bedarf wird ein Fortbildungsangebot für die Schülerinnen und Schüler bereitgestellt.
- Während der Projektpräsentationen und bei regelmäßigen öffentlichen Veranstaltungen, z. B. Vorträgen, ist das SFZ für eine interessierte Öffentlichkeit zugänglich.
In der eigenständigen Arbeit erwerben alle Jugendlichen Kompetenzen, die Ihnen einen Einstieg in ein künftiges naturwissenschaftliches Studium wesentlich erleichtern und sogar zu einer Verkürzung der Studienzeiten beitragen können. Ferner ist zu erwarten, dass das Interesse an der Aufnahme eines naturwissenschaftlichen oder technikwissenschaftlichen Studiums, durch die Arbeit an einer Einrichtung wie dem geplanten SFZ unterstützt deutlich gesteigert wird. Auch die enge Kooperation des SFN mit der Universität Kassel eröffnet den Schülerinnen und Schülern frühzeitig Kontakt zu universitärer Lehre und Forschung und ebnet den Weg in das Studium. So haben bislang alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer am Physikclub nach Ihrem Abitur naturwissenschaftliche oder technische Studienfächer gewählt – in Zeiten fehlender Fachkräfte in diesen Bereichen ein ebenfalls bedeutsamer Effekt.
Beispiel: Ein Schüler hat in einem Experiment, das nur mit einfachen Mitteln aufgebaut wurde, die Interpretation eines seit 100 Jahren bekannten zentralen Versuches der Physik widerlegt. Die dabei gemachten Erfahrungen haben bei ihm, trotz sehr guter Leistungen in der Schule, erstmals das Interesse für ein Physikstudium geweckt, das er zur Zeit sehr erfolgreich durchführt.
Die Arbeit im SFN ist als ein Zusatzprogramm zur schulischen Ausbildung gedacht, das jedoch nicht ohne Rückwirkung auf die Schulen bleiben soll. So hat die Arbeit im Physikclub nachweislich zu einer Verbesserung der Ausbildung und der allgemeinen schulischen Situation fast aller Teilnehmer und Teilnehmerinnen geführt[2]. Schon jetzt zeigt sich, dass die Bedeutung naturwissenschaftlicher Bildung in den beteiligten Schulen zugenommen hat, was sich mit dem breiter angelegten SZF noch deutlich steigern lassen wird. Die Wirkung des SFZ kann außerdem durch Einbeziehung in den regulären Unterricht verstärkt werden, indem die Teilnehmerinnen und Teilnehmer ihre Projekte im Rahmen ihres Fachunterrichts präsentieren. Leistungskurse können dabei aufwändige Experimente, die in den Projekten des SFZ entstanden sind, besichtigen und unter Betreuung in den Fachunterricht einbinden. Dies kann durch den Kursleiter bzw. die Kursleiterin, aber auch durch die Projektteams selbst geschehen, die damit weitere Möglichkeiten der Präsentationen erproben können. Damit werden auch Gelegenheiten eröffnet, Experimente, die mit den Schulsammlungen nicht durchführbar sind, schulnah und eingebunden in das Gesamtkonzept in den Fachunterricht zu integrieren. Schließlich können besondere Projekte für die Abiturprüfung schulübergreifend im SFZ angefertigt werden.
Nicht zuletzt soll das SFZ allen drei Phasen der Lehrerbildung (Studium, Referendariat, Fortbildung) die Gelegenheit für Erfahrungen mit eigenständiger Projektarbeit im Sinne von Werkstattpädagogik bieten. Dazu sollen Seminare und Vorträge angeboten werden sowie Studierenden und Referendaren die Möglichkeit gegeben werden, die Arbeit zu begleiten. Seitens der Universität Kassel besteht hohes Interesse an einer Kooperation mit dem künftigen SFN. Als konkrete Formen der Mitwirkung an der Lehrerbildung kommen in Betracht:
- Vorträge, Workshops, Kurse als Fortbildungsveranstaltungen für Lehrerinnen und Lehrer der Naturwissenschaften in Nordhessen,
- im Rahmen des Einführungssemesters können Referendarinnen und Referendare bei Hospitationen die Arbeit des SFZ kennenlernen,
- Angebot eines Moduls über naturwissenschaftliche Projektarbeit und evtl. Begabtenförderung – ebenfall im Referendariat,
- Studierende der Universität Kassel können Schulpraktische Studien am SFN absolvieren und in forschungsorientierten Seminaren zur Gestaltung von Lernumgebungen für fachlich anspruchsvollen Unterricht die Arbeit des SFN begleiten.
Da die Arbeit im SFN in verschiedener Hinsicht didaktisches und methodisches Neuland sein wird, sollte sie kontinuierlich durch Begleitforschung ausgewertet und gefördert werden.
Beteiligte Institutionen
An den Planungen zur Vorbereitung des SFN in Kassel sind gegenwärtig folgende Institutionen beteiligt:
- Physikclub Kassel, insbesondere Studiendirektor K.P. Haupt,
- Albert-Schweitzer-Schule Kassel
- 17 weitere Schulen aus Nordhessen
- Studienseminar für das Lehramt an Gymnasien Kassel,
- Hessisches Kultusministerium,
- Staatliches Schulamt für Stadt und Landkreis Kassel,
- Stadt Kassel,
- Landkreis Kassel,
-
- Fachbereich Naturwissenschaften der Universität Kassel, insbesondere, die Fachgebiete Didaktik der Physik (Frau Prof. Dr. Wodzinski) und Genetik (Prof. Dr. Nellen im Rahmen des Projekts Science Bridge), Institut für Physik (Prof.Dr. Baumert)
- Institut für Solare Energieversorgungstechnik sowie die Fachbereiche Maschinenbau und Elektrotechnik der Universität Kassel .
- Sternwarte Calden des Astronomischen Arbeitskreises Kassel e.V.,
- Kasseler Kinder- und Jugendakademie. Kinder- und Jugendakademie im Raum Kassel.
Ressourcenbedarf
Die folgende Zusammenstellung der zur Realisierung des SFN erforderlichen Ressourcen ist vorläufig und bedarf im Verlauf der Planung noch ständiger Uberprüfung und Konkretisierung.
Betriebskosten
- Ca.10.000 € pro Jahr für die Ausstattung der Projekte; diese Mittel sollten von der Stadt Kassel sowie den beteiligten Landkreisen übernommen werden.
- Ca.20.000 € pro Jahr Zuwendungen von Sponsoren für die Ausstattung der Projekte.
Personalkosten
- 2 Lehrerstellen zur Betreuung der Schülerinnen und Schüler sowie zur Leitung des SFN (ca. ½ Stelle) bereitgestellt durch Abordnungsstellen seitens der HKM,
- ca. 5 Werkverträge für studentische Mitarbeiter (à 2 Wochenstunden bei jeweils ca. 1.500 € p.a.); davon sollte einer weiterhin von der Kasseler Kinder- und Jugendakademie übernommen werden, die übrigen seitens des HKM – evtl. ergänzt durch Mittel aus Betriebskosten ,
- Verwaltungs- und Koordinationsstelle
Promotionsstellen
Promotionsvorhaben zu Themen des SFN insbes. im Bereich der naturwissenschaftlichen Fachdidaktik sollten aus Drittmitteln, Mitteln der Universität Kassel und des Hessischen Kultusministeriums finanziert werden.
Raumbedarf
Um die im Physikclub erfolgreich entstandene Arbeitsatmosphäre auch im SFN zu erreichen, sollten die im Folgenden genannten Räumlichkeiten unmittelbar zusammen liegen und in der Regel Internetzugang besitzen:
- 15 Arbeitsräume à 12 m² mit verstellbaren Trennwänden
- 3 Sammlungsräume à 25 m²
- Ca. 10 zusätzliche Räume, die während der gemeinsamen Arbeit aller Projekte genutzt werden können (z.B. Klassenräume in erreichbarer Nähe, die nachmittags zur Verfügung stehen)
- Bibliotheksraum ca. 12 m²
- Teeküche
- Toiletten
- Vortrags- und Ausstellungsraum
- Begehbare Dachfläche (für Teleskope, Messvorrichtungen, Radioteleskop).
Eine dem Bedarf besonders entsprechende Lösung wäre ein Neubau für das SFN. Dieser könnte auf dem Gelände der Albert-Schweitzer-Schule in Kassel neben dem bereits vorhandenen Schulneubau errichtet werden, dessen Räume das SFZ zu bestimmen Zeiten mitbenutzen könnte. (Die Realisierungsmöglichkeiten sowie eine vorläufige Kostenkalkulation für diesen Bau werden gegenwärtig mit dem Kasseler Amt für Liegenschaftsverwaltung zu klären versucht.) .
Der Neubau könnte nicht nur exakt auf den Raumbedarf des SFN zugeschnitten werden. Mit der zentralen Lage in Kassel auf dem Gelände der Albert-Schweitzer- Schule wäre er auch von allen Kasseler Gymnasien gut zu erreichen und läge zudem für Schülerinnen und Schüler aus dem Kasseler Umland in geringer Entfernung des Hauptbahnhofs.
Die Finanzierung dieses Neubaus müsste von der Stadt Kassel, dem Land Hessen sowie in größerem Umfang von einem oder mehreren Sponsoren getragen werden.
[1] Von den 30 Projekten, in denen zur Zeit im PhysikClub gearbeitet wird, nehmen nur 30% an Wettbewerben teil. Der Erfolg dieser Arbeiten auf Landes- und Bundesebene ist aber mehr als vergleichbar mit denen von Zentren, die sich hauptsächlich der Wettbewerbsvorbereitung widmen.
[2] Ergebnis einer Evaluation im Rahmen einer Seminararbeit und zahlreiche persönliche Rückmeldungen
Schülerforschungszentrum Nordhessen:
Die begrenzte Raumkapazität, aber auch die verstärkte Nachfrage nach Projekten aus dem Bereich Biologie und Chemie, aber auch die Notwendigkeit weiterer Betreuer führte zur Idee eines Schülerforschungszentrums (SFZ), das in mehreren Stufen aufgebaut werden sollte.
Erste Ausbaustufe:
Die erste Stufe ist eigentlich mit dem PhysikClub so schon erreicht, und es bedarf vielleicht nur einer Namensänderung, die im Laufe des kommenden Schuljahres beabsichtigt ist.
In dieser ersten Stufe sind schon die folgenden Aspekte realisiert:
- Bearbeitung umfangreicher, weit über die Schule hinausgehende Themengebiete
- Forschungen im Team
- Eigenständiges Arbeiten mit metakognitiver und fachlich anspruchsvoller Betreuung
- Begabtenförderung mit Beratungen über die schulische Arbeit und Laufbahn
- Umfangreiche, über die Schulphysik hinausgehenden experimentellen Möglichkeiten
- Öffentliche Präsentationen und Vorträge
- Zusammenarbeit mit Universitäten und anderen außerschulischen Einrichtungen
- Betreuung von besonderen Lernleistungen für die Abiturprüfung
- Betreuung bei der Teilnahme an Wettbewerben
In einem SFN, das nach den Prinzipien des PhysikClubs arbeitet, geht es uns besonders um das Erlernen von Forschungsstrategien, um die Motivation sich über den Unterricht hinaus mit Naturwissenschaften zu beschäftigen. Hinter unserer Arbeit steht nicht nur die Betreuung von Jugendlichen, die sich eigentlich schon für eine solche Arbeit entschieden haben, oder schon die Teilnahme an einem Wettbewerb planen und nur eine Betreuung und Unterstützung suchen. Wir wollen neugierigen Jugendlichen einen Weg zeigen, Spaß und Interesse an eigener Forschung zu entwickeln und sie bei diesem Lernprozess unterstützen und beraten. Dabei soll das didaktisch-methodische Konzept immer auf den Regelunterricht übertragbar sein, so dass auch der „normale“ naturwissenschaftliche Unterricht von unserer Arbeit profitieren kann. Wir legen Wert darauf, dass nicht nur gestellte Aufgaben (mit letztlich bekannten Lösungen) nachvollzogen werden, sondern dass eigene offene Forschungsstrategien verfolgt werden.
Ein SFN institutionalisiert natürlich auch die bisherige Tätigkeit und macht sie stärker von einzelnen Personen unabhängig,. Dazu muss es aber räumlich als eigenständiges Institut wahrnehmbar sein: Es benötigt somit sehr bald einen eigenen Gebäudetrakt oder ein eigenes kleines Gebäude.
Mit erscheint es dabei sehr wichtig, dieses SFZ auch räumlich an eine Schule anzubinden.
Die Albert-Schweitzer-Schule (ASS) bietet sich dafür nicht nur an, weil der PhysikClub dort stattfindet und etabliert ist: Da ein Teil der PhysikClubler auch aus dem Umland kommt, ist die Nähe der ASS zum Hauptbahnhof und dessen Anbindung an das Regiotram-System von großem Vorteil.
Der Synergieeffekt bei der gemeinsamen Nutzung von Sammlungen und Fachräumen ist sowohl für Schule als auch SFZ von Bedeutung, die ASS könnte eine „Leuchtturmschule“ für Naturwissenschaften werden. Eine entsprechende Zielvorstellung soll in den nächsten Monaten in das Schulprogramm der ASS aufgenommen werden und vom Kultusministerium genehmigt werden.
Sonntag:
Pünktlich um 12.00 Uhr fuhr unser Bus Richtung Rostock. Dort um 19.00 Uhr angekommen, war unsere Zufahrt zum Liegeplatz wegen des Hanse-Sail-Festes blockiert. Aber freundliche Minibusfahrer und viele kräftige Hände brachten das Gepäck, Essen und Getränke für 40 Personen und 5 Tage an Bord.
Wir mussten auch (ein Dank an das Küchenteam) für 40 Personen kochen und alle Aufgaben der Mannschaft eines Drei-Mast-Großseglers erfüllen.
Montag:
Martin, unser Kapitän und sein Steuermann und sein Maat gaben uns einen Crashkurs im Segeln.....und schon waren wir auf der Ostsee und setzten alle Segel. Das schöne Wetter war gut für die Seele aber schlecht für den Wind...und so wurden nach einigen Stunden die Segeln eingeholt und mit Motorkraft ging es in den nächsten Hafen.
Eine erste längere AG Sitzung unter den erstaunten Hafenbesuchern (sie hielten uns für Kadetten bei der Marineausbildung...) schloss den Abend ab.
Dienstag:
Heute ging es mit Segel- und Motorkraft um Fehmarn herum. Mehrmals täglich haben die AGs sich getroffen und intensiv gearbeitet, immer unterbrochen durch die typischen Aufgaben einer Schiffsmannschaft. Wind kam auch auf...und die ersten Tabletten gegen Seekrankheit machten ihre Runde...
Mittwoch:
Über Kiel ging es in den Nord-Ostsee-Kanal, den wir bis 1.00 Uhr durchfahren haben. Die Arbeitsgruppen haben ihre Ergebnispräsentation vorbereitet und alle Teilnehmer haben sich in neuen Gruppen gegenseitig von ihren Ergebnissen unterrichtet.
Donnerstag:
Zum letzten Mal werden die Segel gesetzt und es geht Richtung Cuxhaven. Leider macht ein aufziehender Sturm einen weiteren Segeltörn auf die Nordsee unmöglich und so findet die Präsentation der restlichen AG-Ergebnisse im Hafen von Cuxhaven statt. Das Käptensdinner beendet den Abend...
Freitag:
Früh am Morgen verlassen wir das Schiff und fahren zum Institut für Mikrogravitation in Bemen (Fallturm). Nach einem Vortrag, einer Institutsführung und einem Stadtbummel durch Bremen kommen wir pünktlich um 18.00 Uhr in Kassel an.
Fazit:
Eine abwechslungsreiche Reise von der Ostsee zur Nordsee, bei nahezu idealem Wetter, viele Eindrücke, sehr aktive und konzentriert arbeitende AGs und eine intensive Ergebnispräsentation (Gruppenpuzzle). Viel Spaß an Bord und im Meer!
Wie immer: ein tolles Team aus Jugendlichen und Erwachsenen!
Nächstes Jahr geht es in die Alpen...(1. Woche Herbstferien).
Schülerforschungszentrum SFZ “ ScienceClub“
-Vorbereitungsstand August 2007-
Ziel: Vom Physikclub zum SFN
Seit 2002 gibt es den „Physikclub Kassel“ – ein Kooperationsprojekt der Stadt Kassel, des Staatlichen Schulamts und mehrer Kasseler Schulen. Hier können Schülerinnen und Schüler eigenständig an physikalischen Projekten arbeiten und lernen. Zum Kern des Konzepts gehört das experimentelle Arbeiten im Labor und im Team - gesteuert vom Interesse am Versuch ohne Begrenzung durch den Zeittakt des Stundenplans.
Der Erfolg dieser Arbeit schlägt sich in zahlreichen Auszeichnungen und Preisen (Jugend forscht, MINT Award 2006, Nominierung zum NaTWorking Preis 2006 etc.) nieder und hat zu einer immer stärker wachsenden Zahl an Anfragen von Schülerinnen und Schülern geführt. Für das Fach Physik gibt es zur Zeit 75 Anmeldungen in 30 Projektgruppen, die personell und räumlich kaum noch angemessen versorgt werden können. Darüber hinaus besteht eine beständige Nachfrage nach Projekten auch in Chemie und Biologie. Aus diesem Grund soll die Arbeit im Physikclub jetzt auf die anderen Naturwissenschaften ausgeweitet werden. Dafür wird die Errichtung eines Schülerforschungszentrums (SFZ) angestrebt mit fachlich breiteren sowie besseren organisatorischen und räumlichen Bedingungen. Mit dem neuen SFZ könnten zudem Schülerinnen und Schüler eines größeren Umkreises angesprochen werden.
Im Physikclub konnten in den letzten Jahren wertvolle Erfahrungen mit der Betreuung von interessierten Jugendlichen im Bereich der Naturwissenschaften gesammelt werden, die im zukünftigen SFZ genutzt und weitergeführt werden sollen: Die Jugendlichen sollen gemeinschaftlich und eigenverantwortlich in anspruchsvollen, authentischen naturwissenschaftlichen Forschungsprojekten ihrer Wahl arbeiten. Die Arbeit soll fach-, klassen-, und schulformübergreifend organisiert sein.
Beispiele solcher Projektarbeiten:
Fach Technik:
- Entwicklung eines frei beweglichen Roboterarmes, der programmiert aber auch ferngesteuert über die „Schulter“ greifen kann,
- Entwicklung eines neuartigen autonomen lautlosen Unterwasserantriebs aus Nitinol, der den Bewegungen einer Kaulquappe nachempfunden ist,
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Fach Physik:
- Untersuchung von Ein-Photonen-Experimenten mit Hilfe eines Picosekundenlasers,
- Sonische Modulation von Aerogelen,
- Untersuchung des Faraday-Effekts bei der Rubidium-Resonnanz,
Fach Chemie:
- Synthese und Untersuchung von Polyaminostyrol
Fach Biologie:
- Anwendung der Netzwerktheorie auf die Informationsrezeption im System von Dictyostelium discoideum,
Fach Informatik:
- Simulation und Entwicklung von Netzwerken,
Fach Geophysik:
- Untersuchung des Verwitterungsprozesses von Gesteinen,
- Untersuchung der Klimaschaukel zwischen Grönland und Antarktis.
Konzept
Die Förderung naturwissenschaftlicher Kompetenz in der Schule ist nicht erst seit TIMS und PISA zu einer bedeutenden Herausforderung des deutschen Bildungswesens geworden. Ein Desiderat des traditionellen Unterrichts in den Fächern Physik, Biologie und Chemie liegt darin, dass gerade besonders interessierte Schülerinnen und Schüler oft zu wenig Unterstützung und praktische Gelegenheit finden, um ihre spezifischen Begabungen zu entwickeln. Die Arbeit in einer fachlich hochwertig ausgestatteten und zugleich anregenden Lernumgebung wie dem Physikclub und künftig in dem geplanten SFN bietet diesen Schülerinnen und Schülern besonders förderliche Bedingungen für selbstständiges effektives Arbeiten und Lernen. Von zentraler Bedeutung ist dabei etwa, kontinuierliches Arbeiten im Labor an Experimenten zu ermöglichen, die über längeren Zeitraum durchgeführt werden können und nicht infolge anderweitiger Raumnutzung immer wieder ab- und dann erneut aufgebaut werden müssen.
Wie bereits beim Physikclub soll Arbeit im SFN in eigenverantwortlichen Forschungsteams organisiert sein. Die Jugendlichen erarbeiten sich dabei im Sinne eines konstruktivistisch organisierten Lernprozesses eigenständig das für ihre Forschungsfrage notwendige Wissen und wenden es zur Lösung ihres Forschungsproblems an. Die Projekte sollen mindestens ein Schuljahr dauern. Dies erfordert Durchhaltevermögen und die Organisation der Arbeit über lange Zeiträume hinweg, gleichzeitig aber auch adäquates Reagieren auf aktuelle Entwicklungen im Forschungsprozess. Die Forschungsprojekte der Schülerinnen und Schüler finden in einem räumlichen Zusammenhang statt, d.h. die Teams arbeiten nicht isoliert, sondern können vom Wissen und der Unterstützung der anderen Teams profitieren. Das Leitungsteam vermittelt darüber hinaus nicht nur Kontakte zu Wissenschaftlern sondern bietet auch direkte Unterstützung im Arbeitsprozess. Das bewirkt die hohe Identifikation mit dem SFN, was sich auch bislang bereits im Physikclub gezeigt hat.
Die Betreuung im SFN soll die experimentelle Arbeit der Schülerinnen und Schüler begleiten und sicherstellen, dass die Erfolge auch wirklich auf eigene Ideen und Anstrengung zurückgeführt werden können, und damit das Selbstwertgefühl steigt. Im Schülerforschungszentrum kann in einem risikoarmen Erprobungsstadium der Umgang mit Motivationsproblemen, Arbeitsbelastungen und Fehlschlägen gelernt werden. Auch dies ist Teil des Betreuungsprozesses.
Regelmäßige öffentliche Veranstaltungen, in den die Teilnehmer des SFN über ihre Projekte berichten, sollen zu einer verbesserten öffentlichen Sicht auf Naturwissenschaften und Forschung beitragen. Diese Präsentationen und Vorträge sollen möglichst in die Verantwortung der Projektteams gelegt werden, um damit weitere Fähigkeiten zu trainieren und zu lernen, adressatenbezogen zu referieren und zu diskutieren.
Zudem eröffnet die zum Konzept gehörende Teamsituation im Labor und bei den Experimenten vielfältige Möglichkeiten zum Erwerb sozialer Kompetenz in Arbeitszusammenhägen, was sich nach den bisherigen Erfahrungen bei nicht wenigen der Jugendlichen auch für die Persönlichkeitsentwicklung positiv auswirkt und gleichzeitig das fachliche Interesse stärkt. Durch die Möglichkeit hoher fachwissenschaftlicher Anforderungen können ferner Hochbegabte spezifische Arbeitstechniken erfahren, erproben und lernen, die für ihre weiterführenden Ausbildung wie auch schon im sonstigen Schulleben außerordentlich hilfreich sind. Beispiel: Ein Technikteam arbeitet sich in Bionik ein, entwickelt einen Antrieb aus Nitinol, der eine entsprechende Version einer amerikanischen Universität in Autonomie und Flexibilität übertrifft. Durch die Beobachtung dieser Arbeit wird einem der Schüler der Rat zum Überspringen der Jahrgangsstufe 10 gegeben, was er inzwischen erfolgreich durchgeführt hat. - Oder: Ein Team baut ein Labor für Aerogele auf, in dem nicht nur Aerogele hergestellt werden, sondern ein neues Verfahren zur sonischen Modulation von Aerogelen entwickelt und erprobt wird.
Über die fachlich intensive und methodisch anspruchsvolle Auseinandersetzung mit Naturwissenschaften hinaus ist ein besonderes Merkmal der Arbeit im geplanten SFZ, dass Ausdauer beim Arbeiten und Lernen sowie dieNachhaltigkeit des erworbenen Wissens vermittelt werden. Jugendliche wachsen heute in einer von schnell wechselnden Eindrücken geprägten Gesellschaft auf, in der oberflächliche Kenntnisse oft als ausreichend gerade in Naturwissenschaften angesehen werden. Dies ist kontraproduktiv zu den Anforderungen im Studien- und Berufsleben.
Die Teilnahme setzt keine besondere Begabung sondern in erster Linie ein besonderes Interesse und die Bereitschaft zum eigenständigen Arbeiten in der oben beschriebenen Weise voraus. Das SFZ versteht sich daher nicht als eine Institution der Hochbegabtenförderung, wenngleich besonders Begabte hier in besonderer Weise Unterstützung finden. Im Vergleich zum bisher einzigen deutschen SFZ in Saulgau (Baden-Württemberg) soll sich die Arbeit im nordhessischen SFZ auch nicht primär auf das Vorbereiten und Trainieren für die Teilnahme an Wettbewerben konzentrieren[1], wenngleich die Teilnahme an Wettbewerben durchaus erwünscht ist.
Das SFZ soll sich vornehmlich an Schüler und Schülerinnen der Jahrgangsstufen 7 bis 13 nordhessischer Schulen wenden. Es soll daher in Kassel an zentraler Stelle und leicht erreichbar mit öffentlichen Verkehrsmitteln (Straßenbahn, Zug) gelegen sein. Konkret soll die Arbeitsorganisation durch folgende Merkmale gekennzeichnet sein:
- Die Forschungsgruppen besitzen ständige Zugangsmöglichkeit zu ihren Arbeitsräumen und den Sammlungen – insbesondere auch abends, am Wochenende und während der Ferien.
- Die Betreuer für einzelne Fächer und Gebiete sind zu Kernzeiten anwesend, in denen die normale gemeinschaftliche Projektarbeit stattfindet.
- Die Themenwahl ist dynamisch, d.h. die Schülerinnen und Schüler können eigene Themenvorschläge einbringen oder aus einer Liste von möglichen Projekten auswählen.
- Die Projekte starten in der Regel mit Beginn eines Schuljahres und finden ihren Abschluss mit einer in die Ausbildung einbezogenen öffentlichen Präsentation.
- Betreuer, Mitarbeiter und/oder Projektteams ermöglichen Leistungskursschülern die Durchführung oder Vorführung besonders aufwändiger Experimente.
- Bei Bedarf wird ein Fortbildungsangebot für die Schülerinnen und Schüler bereitgestellt.
- Während der Projektpräsentationen und bei regelmäßigen öffentlichen Veranstaltungen, z. B. Vorträgen, ist das SFZ für eine interessierte Öffentlichkeit zugänglich.
In der eigenständigen Arbeit erwerben alle Jugendlichen Kompetenzen, die Ihnen einen Einstieg in ein künftiges naturwissenschaftliches Studium wesentlich erleichtern und sogar zu einer Verkürzung der Studienzeiten beitragen können. Ferner ist zu erwarten, dass das Interesse an der Aufnahme eines naturwissenschaftlichen oder technikwissenschaftlichen Studiums, durch die Arbeit an einer Einrichtung wie dem geplanten SFZ unterstützt deutlich gesteigert wird. Auch die enge Kooperation des SFN mit der Universität Kassel eröffnet den Schülerinnen und Schülern frühzeitig Kontakt zu universitärer Lehre und Forschung und ebnet den Weg in das Studium. So haben bislang alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer am Physikclub nach Ihrem Abitur naturwissenschaftliche oder technische Studienfächer gewählt – in Zeiten fehlender Fachkräfte in diesen Bereichen ein ebenfalls bedeutsamer Effekt.
Beispiel: Ein Schüler hat in einem Experiment, das nur mit einfachen Mitteln aufgebaut wurde, die Interpretation eines seit 100 Jahren bekannten zentralen Versuches der Physik widerlegt. Die dabei gemachten Erfahrungen haben bei ihm, trotz sehr guter Leistungen in der Schule, erstmals das Interesse für ein Physikstudium geweckt, das er zur Zeit sehr erfolgreich durchführt.
Die Arbeit im SFN ist als ein Zusatzprogramm zur schulischen Ausbildung gedacht, das jedoch nicht ohne Rückwirkung auf die Schulen bleiben soll. So hat die Arbeit im Physikclub nachweislich zu einer Verbesserung der Ausbildung und der allgemeinen schulischen Situation fast aller Teilnehmer und Teilnehmerinnen geführt[2]. Schon jetzt zeigt sich, dass die Bedeutung naturwissenschaftlicher Bildung in den beteiligten Schulen zugenommen hat, was sich mit dem breiter angelegten SZF noch deutlich steigern lassen wird. Die Wirkung des SFZ kann außerdem durch Einbeziehung in den regulären Unterricht verstärkt werden, indem die Teilnehmerinnen und Teilnehmer ihre Projekte im Rahmen ihres Fachunterrichts präsentieren. Leistungskurse können dabei aufwändige Experimente, die in den Projekten des SFZ entstanden sind, besichtigen und unter Betreuung in den Fachunterricht einbinden. Dies kann durch den Kursleiter bzw. die Kursleiterin, aber auch durch die Projektteams selbst geschehen, die damit weitere Möglichkeiten der Präsentationen erproben können. Damit werden auch Gelegenheiten eröffnet, Experimente, die mit den Schulsammlungen nicht durchführbar sind, schulnah und eingebunden in das Gesamtkonzept in den Fachunterricht zu integrieren. Schließlich können besondere Projekte für die Abiturprüfung schulübergreifend im SFZ angefertigt werden.
Nicht zuletzt soll das SFZ allen drei Phasen der Lehrerbildung (Studium, Referendariat, Fortbildung) die Gelegenheit für Erfahrungen mit eigenständiger Projektarbeit im Sinne von Werkstattpädagogik bieten. Dazu sollen Seminare und Vorträge angeboten werden sowie Studierenden und Referendaren die Möglichkeit gegeben werden, die Arbeit zu begleiten. Seitens der Universität Kassel besteht hohes Interesse an einer Kooperation mit dem künftigen SFN. Als konkrete Formen der Mitwirkung an der Lehrerbildung kommen in Betracht:
- Vorträge, Workshops, Kurse als Fortbildungsveranstaltungen für Lehrerinnen und Lehrer der Naturwissenschaften in Nordhessen,
- im Rahmen des Einführungssemesters können Referendarinnen und Referendare bei Hospitationen die Arbeit des SFZ kennenlernen,
- Angebot eines Moduls über naturwissenschaftliche Projektarbeit und evtl. Begabtenförderung – ebenfall im Referendariat,
- Studierende der Universität Kassel können Schulpraktische Studien am SFN absolvieren und in forschungsorientierten Seminaren zur Gestaltung von Lernumgebungen für fachlich anspruchsvollen Unterricht die Arbeit des SFN begleiten.
Da die Arbeit im SFN in verschiedener Hinsicht didaktisches und methodisches Neuland sein wird, sollte sie kontinuierlich durch Begleitforschung ausgewertet und gefördert werden.
Beteiligte Institutionen
An den Planungen zur Vorbereitung des SFN in Kassel sind gegenwärtig folgende Institutionen beteiligt:
- Physikclub Kassel, insbesondere Studiendirektor K.P. Haupt,
- Albert-Schweitzer-Schule Kassel
- 17 weitere Schulen aus Nordhessen
- Studienseminar für das Lehramt an Gymnasien Kassel,
- Hessisches Kultusministerium,
- Staatliches Schulamt für Stadt und Landkreis Kassel,
- Stadt Kassel,
- Landkreis Kassel,
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- Fachbereich Naturwissenschaften der Universität Kassel, insbesondere, die Fachgebiete Didaktik der Physik (Frau Prof. Dr. Wodzinski) und Genetik (Prof. Dr. Nellen im Rahmen des Projekts Science Bridge), Institut für Physik (Prof.Dr. Baumert)
- Institut für Solare Energieversorgungstechnik sowie die Fachbereiche Maschinenbau und Elektrotechnik der Universität Kassel .
- Sternwarte Calden des Astronomischen Arbeitskreises Kassel e.V.,
- Kasseler Kinder- und Jugendakademie. Kinder- und Jugendakademie im Raum Kassel.
Ressourcenbedarf
Die folgende Zusammenstellung der zur Realisierung des SFN erforderlichen Ressourcen ist vorläufig und bedarf im Verlauf der Planung noch ständiger Uberprüfung und Konkretisierung.
Betriebskosten
- Ca.10.000 € pro Jahr für die Ausstattung der Projekte; diese Mittel sollten von der Stadt Kassel sowie den beteiligten Landkreisen übernommen werden.
- Ca.20.000 € pro Jahr Zuwendungen von Sponsoren für die Ausstattung der Projekte.
Personalkosten
- 2 Lehrerstellen zur Betreuung der Schülerinnen und Schüler sowie zur Leitung des SFN (ca. ½ Stelle) bereitgestellt durch Abordnungsstellen seitens der HKM,
- ca. 5 Werkverträge für studentische Mitarbeiter (à 2 Wochenstunden bei jeweils ca. 1.500 € p.a.); davon sollte einer weiterhin von der Kasseler Kinder- und Jugendakademie übernommen werden, die übrigen seitens des HKM – evtl. ergänzt durch Mittel aus Betriebskosten ,
- Verwaltungs- und Koordinationsstelle
Promotionsstellen
Promotionsvorhaben zu Themen des SFN insbes. im Bereich der naturwissenschaftlichen Fachdidaktik sollten aus Drittmitteln, Mitteln der Universität Kassel und des Hessischen Kultusministeriums finanziert werden.
Raumbedarf
Um die im Physikclub erfolgreich entstandene Arbeitsatmosphäre auch im SFN zu erreichen, sollten die im Folgenden genannten Räumlichkeiten unmittelbar zusammen liegen und in der Regel Internetzugang besitzen:
- 15 Arbeitsräume à 12 m² mit verstellbaren Trennwänden
- 3 Sammlungsräume à 25 m²
- Ca. 10 zusätzliche Räume, die während der gemeinsamen Arbeit aller Projekte genutzt werden können (z.B. Klassenräume in erreichbarer Nähe, die nachmittags zur Verfügung stehen)
- Bibliotheksraum ca. 12 m²
- Teeküche
- Toiletten
- Vortrags- und Ausstellungsraum
- Begehbare Dachfläche (für Teleskope, Messvorrichtungen, Radioteleskop).
Eine dem Bedarf besonders entsprechende Lösung wäre ein Neubau für das SFN. Dieser könnte auf dem Gelände der Albert-Schweitzer-Schule in Kassel neben dem bereits vorhandenen Schulneubau errichtet werden, dessen Räume das SFZ zu bestimmen Zeiten mitbenutzen könnte. (Die Realisierungsmöglichkeiten sowie eine vorläufige Kostenkalkulation für diesen Bau werden gegenwärtig mit dem Kasseler Amt für Liegenschaftsverwaltung zu klären versucht.) .
Der Neubau könnte nicht nur exakt auf den Raumbedarf des SFN zugeschnitten werden. Mit der zentralen Lage in Kassel auf dem Gelände der Albert-Schweitzer- Schule wäre er auch von allen Kasseler Gymnasien gut zu erreichen und läge zudem für Schülerinnen und Schüler aus dem Kasseler Umland in geringer Entfernung des Hauptbahnhofs.
Die Finanzierung dieses Neubaus müsste von der Stadt Kassel, dem Land Hessen sowie in größerem Umfang von einem oder mehreren Sponsoren getragen werden.
[1] Von den 30 Projekten, in denen zur Zeit im PhysikClub gearbeitet wird, nehmen nur 30% an Wettbewerben teil. Der Erfolg dieser Arbeiten auf Landes- und Bundesebene ist aber mehr als vergleichbar mit denen von Zentren, die sich hauptsächlich der Wettbewerbsvorbereitung widmen.
[2] Ergebnis einer Evaluation im Rahmen einer Seminararbeit und zahlreiche persönliche Rückmeldungen
Schülerforschungszentrum Nordhessen:
Die begrenzte Raumkapazität, aber auch die verstärkte Nachfrage nach Projekten aus dem Bereich Biologie und Chemie, aber auch die Notwendigkeit weiterer Betreuer führte zur Idee eines Schülerforschungszentrums (SFZ), das in mehreren Stufen aufgebaut werden sollte.
Erste Ausbaustufe:
Die erste Stufe ist eigentlich mit dem PhysikClub so schon erreicht, und es bedarf vielleicht nur einer Namensänderung, die im Laufe des kommenden Schuljahres beabsichtigt ist.
In dieser ersten Stufe sind schon die folgenden Aspekte realisiert:
- Bearbeitung umfangreicher, weit über die Schule hinausgehende Themengebiete
- Forschungen im Team
- Eigenständiges Arbeiten mit metakognitiver und fachlich anspruchsvoller Betreuung
- Begabtenförderung mit Beratungen über die schulische Arbeit und Laufbahn
- Umfangreiche, über die Schulphysik hinausgehenden experimentellen Möglichkeiten
- Öffentliche Präsentationen und Vorträge
- Zusammenarbeit mit Universitäten und anderen außerschulischen Einrichtungen
- Betreuung von besonderen Lernleistungen für die Abiturprüfung
- Betreuung bei der Teilnahme an Wettbewerben
In einem SFN, das nach den Prinzipien des PhysikClubs arbeitet, geht es uns besonders um das Erlernen von Forschungsstrategien, um die Motivation sich über den Unterricht hinaus mit Naturwissenschaften zu beschäftigen. Hinter unserer Arbeit steht nicht nur die Betreuung von Jugendlichen, die sich eigentlich schon für eine solche Arbeit entschieden haben, oder schon die Teilnahme an einem Wettbewerb planen und nur eine Betreuung und Unterstützung suchen. Wir wollen neugierigen Jugendlichen einen Weg zeigen, Spaß und Interesse an eigener Forschung zu entwickeln und sie bei diesem Lernprozess unterstützen und beraten. Dabei soll das didaktisch-methodische Konzept immer auf den Regelunterricht übertragbar sein, so dass auch der „normale“ naturwissenschaftliche Unterricht von unserer Arbeit profitieren kann. Wir legen Wert darauf, dass nicht nur gestellte Aufgaben (mit letztlich bekannten Lösungen) nachvollzogen werden, sondern dass eigene offene Forschungsstrategien verfolgt werden.
Ein SFN institutionalisiert natürlich auch die bisherige Tätigkeit und macht sie stärker von einzelnen Personen unabhängig,. Dazu muss es aber räumlich als eigenständiges Institut wahrnehmbar sein: Es benötigt somit sehr bald einen eigenen Gebäudetrakt oder ein eigenes kleines Gebäude.
Mit erscheint es dabei sehr wichtig, dieses SFZ auch räumlich an eine Schule anzubinden.
Die Albert-Schweitzer-Schule (ASS) bietet sich dafür nicht nur an, weil der PhysikClub dort stattfindet und etabliert ist: Da ein Teil der PhysikClubler auch aus dem Umland kommt, ist die Nähe der ASS zum Hauptbahnhof und dessen Anbindung an das Regiotram-System von großem Vorteil.
Der Synergieeffekt bei der gemeinsamen Nutzung von Sammlungen und Fachräumen ist sowohl für Schule als auch SFZ von Bedeutung, die ASS könnte eine „Leuchtturmschule“ für Naturwissenschaften werden. Eine entsprechende Zielvorstellung soll in den nächsten Monaten in das Schulprogramm der ASS aufgenommen werden und vom Kultusministerium genehmigt werden.