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14 Inhaltsverzeichnis Projektthema „Nanotechnologie“ Schülerinnen und Schüler präsentieren die Faszination der Nanowelten Dr. Ralf Ricken 1. Organisatorischer Rahmen 2. Anbindung des Projektthemas „Nanotechnologie“ an Aspekte des Sachbereichs „Radioaktivität und Kernenergie“ 3. Einbindung des Werkbuchs „Faszination Nanowelten“ 4. Geplanter Ablauf 1. Organisatorischer Rahmen Die folgenden Ausarbeitungen sind im Rahmen der Vorbereitung einer Projektarbeit zum Thema „Nanotechnologie“ am Hardtberg-Gymnasium der Stadt Bonn entstanden. Das Projektthema „Nanotechnologie“ war dabei Bestandteil eines größeren fächerübergreifenden Projekts zum Themenfeld „Kernenergie und Kernwaffen“, welches mit den Schülerinnen und Schülern der 10. Jahrgangsstufe durchgeführt wurde. Zeitlich bildete dieses viertägige Gesamtprojekt einen zusammenfassenden, fächerübergreifenden und vertiefenden Abschluss der Reihe „Radioaktivität und Kernenergie“, welche als obligatorisches Sachgebiet in den Richtlinien und Lehrplänen Physik für die Sekundarstufe I an Gymnasien in Nordrhein- Westfalen ausgewiesen ist. 2. Anbindung des Projektthemas „Nanotechnologie“ an Aspekte des Sachbereichs „Radioaktivität und Kernenergie“ Das Themenfeld „Nanotechnologie“ umfasst in seiner gesamten Breite natürlich weitaus mehr Bereiche als der hier vorgestellte Bezug zum Sachbereich „Radioaktivität und Kernenergie“. Beispielsweise würde der genannte Sachbereich den großen Teilgebieten der Mikro- und Nanoelektronik kaum gerecht werden. Bei der Anbindung des Projektthemas „Nanotechnologie“ an das Gesamtprojekt wurde also nach Schnittstellen zum Sachbereich „Radioaktivität und Kernenergie“ gesucht. Die folgende Auswahl an Schnittstellen erscheint in diesem Zusammenhang sinnvoll zu sein: a) Größenordnungen und Atombau b) Beobachtungsverfahren c) Medizinische und technische Anwendungen und kritische Betrachtung der Nutzen und Risiken Im folgenden Abschnitt werden diese Schnittstellen näher erläutert und mit dem Werkbuch „Faszination Nanowelten“ in seiner Funktion als grundlegendes Projektmaterial in Zusammenhang gebracht. 3. Einbindung des Werkbuchs „Faszination Nanowelten“ Das Projekt wurde zum Abschluss der Reihe „Radioaktivität und Kernenergie“ durchgeführt. Die Schülerinnen und Schüler besaßen also in der Regel grundlegende Vorkenntnisse in den angesprochenen Themenbereichen. Eine stichwortartige Aufl istung der hier relevanten Vorkenntnisse zeigt der linke Teil der Tabelle auf den Seiten 17/18. Im rechten Teil der Tabelle sind jedem Themenbereich die entsprechenden Abschnitte im
Werkbuch „Faszination Nanowelten“ zugeordnet. Die inhaltlichen Schwerpunkte dieser Abschnitte wurden mit Blick auf die Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler in wiederholende, vertiefende/ ergänzende und erweiternde/neue Lerngegenstände eingeteilt. 4. Geplanter Ablauf Die folgenden Planungsaspekte beziehen sich auf eine Gruppengröße von etwa 15 Schülerinnen und Schülern und einen zeitlichen Rahmen von vier Schultagen mit einem abschließenden Besuch der Lernstationen zur Nanotechnologie im Deutschen Museum Bonn. Als Ziel der Projektarbeit wird die Erstellung einer CD-ROM zum Thema „Nanotechnologie“ ausgegeben. Schwerpunkte sollen dabei das Anfertigen und Vorstellen von aspektorientierten „Power-Point“-Präsentationen sein. Die Entwicklung kleiner „Hand-outs“ und zusammenfassender Poster soll zudem für zusätzliche Transparenz sorgen. Angelehnt an die drei oben genannten Themenbereiche mit ihren aufgezeigten Verknüpfungen zum Werkbuch „Faszination Nanowelten“ werden die folgenden drei Präsentationstitel mit Strukturierungshilfen und Literaturquellen vorgegeben. Bemerkung: Im Deutschen Museum Bonn ist das Rastertunnelmikroskop zentraler Bestandteil einer Lernstation. Eine Demonstrationsversion der zugehörigen Messsoftware zur Simulation eines realen Oberfl ächenscans kann auf der Internetseite http://www. nanosurf.ch/eline_demo.htm heruntergeladen werden. Zur Vorbereitung auf den Museumsbesuch werden Schülerinnen und Schüler der 1. Gruppe im Rahmen ihrer Projektarbeit zu „Experten“ für diese Software ausgebildet. 1. Gruppe: „Wie sehen Atome aus?“ Das Rastertunnelmikroskop • Vorstellungen vom Aufbau der Materie im zeitlichen Wandel • Geschichte der Mikroskopie und ihre grundlegenden Prinzipien • Funktionsprinzip des Rastertunnelmikroskops • Das Rastertunnelmikroskop im Einsatz • Zukunft der Rastertunnelmikroskopie Vorgeschlagene Quellen Grundlegend: Werkbuch „Faszination Nanowelten“ Messgröße Tunnelstrom: http://www.quantum-physics.polytechnique. fr/en/index.html „Tunneln“ von Wellenpaketen: http://webphysics.davidson.edu/Applets/ qtime4/default.html Optische Instrumente: www.fmc.uni-karlsruhe.de/~timo/ Aufl ösungsvermögen: http://www.physics.otago.ac.nz/Physics100/ simulations/Game/an/java/slitdiffr/ index.html Lupe und Mikroskop: http://www.schulphysik.de/java/physlet/ applets/optik1.html Weitere Suchbegriffe: Atommodelle, Orbitalmodell, Rastertunnelmikroskop 15
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