Tagung Schule MIT Wissenschaft Thüringen in Weimar

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1 _ Tagung Schule MIT Wissenschaft Thüringen in Weimar Mündigkeit und Allgemeinbildung in Bezug auf Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) sind unabdingbar, um die Chancen und auch Risiken des Lebens in einer Gesellschaft wie der unseren erkennen, bewerten und nutzen zu können. MINT-Förderung kann damit nicht nur Spitzenförderung, sondern muss immer auch Breitenförderung sein. Breitenförderung in Kindergärten und Schulen, Exzellenzförderungen in den MINT-Spezialgymnasien sowie außerschulische Interessierten-, Talent- und Exzellenzförderung über Wettbewerbe und Schülerforschungszentren sind hierfür Ansatzpunkte. Mit der Initiative Jungforscher Thüringen verfolgt die Stiftung für Technologie, Innovation und Forschung Thüringen (STIFT) vor diesem Hintergrund gemeinsam und nachhaltig mit starken und engagierten Partnern das Ziel, frühzeitig Interesse und Talent von Kindern für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) zu wecken und über den gesamten Bildungsweg auszubauen. Deutlich wird, dass dieses Spektrum an Aktivitäten engagierte pädagogische Fach- und Lehrkräfte vor Ort in den Kindergärten und Schulen bedarf. Dieses Engagement gilt es zu würdigen. Speziell und exklusiv an die MINT-Fachlehrerinnen und -lehrer der weiterführenden Schulen richtet sich die Veranstaltung Schule MIT Wissenschaft in Thüringen. Das Konzept von Schule MIT Wissenschaft folgt dem traditionsreichen Science and Engineering Program for Teachers (SEPT) am Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, USA, in dessen Rahmen das MIT seit 1989 engagierte und motivierte Lehrkräfte aus allen Teilen der Welt für eine Woche einlädt, um sie an den neuesten Entwicklungen in den Natur- und Ingenieurwissenschaften teilhaben zu lassen. Dort erleben sie den einzigartigen Geist des MIT, der durch eine hohe gegenseitige Wertschätzung, einen offenen Austausch von Ideen, eine unabdingbare Anerkennung der Urheberschaft und eine hohe Interdisziplinarität gekennzeichnet ist. Um auch in Deutschland das besondere Ethos des MIT zu verbreiten wie auch eine fundierte Fortbildung für Lehrkräfte in Naturwissenschaften und Technik zu befördern, hat der MIT Club of Germany e.v. die bundesweite, deutschsprachige Veranstaltung Schule MIT Wissenschaft auf den Weg gebracht. Die Tagung findet zum 2. Mal ausschließlich für Thüringer Lehrerinnen und Lehrer statt. Mit einer abwechslungsreichen Folge von Vorträgen, Workshops und Erfahrungsaustauschrunden stellen führende Vertreter aus Astronomie, Biologie, Chemie, Physik und Technik ihre aktuellen Forschungsthemen vor und wollen die teilnehmenden Lehrkräfte aus Naturwissenschaften und Technik zu Diskussionen anregen, die auch der Entwicklung eigener Ideen für die Vermittlung dieser Themen im Unterricht dienen sollen. Seite 1 von 25

2 _ Teilnahme/Anmeldung Die Veranstaltung ist für Lehrerinnen und Lehrer aus dem Bereich der naturwissenschaftlichen Fächer von weiterführenden Schulen aus ganz Thüringen konzipiert. Die Anmeldung erfolgt online unter unter Angabe des Fächerkanons/ der MINT-Aktivitäten (z. B. Betreuer Jugend forscht, MINT-freundliche Schule). Die Anmeldung ist bis zum möglich. Die Teilnehmerzahl ist begrenzt. Die Teilnahme an der Veranstaltung dient auch als Anerkennung und Wertschätzung für Thüringer Lehrerinnen und Lehrer und ist für diese kostenfrei. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer erhalten eine Anmelde- und Teilnahmebestätigung. Kann der Teilnehmer an der Veranstaltung nicht teilnehmen, so hat er dies dem Veranstalter unverzüglich per an mitzuteilen. Bei Nichtteilnahme ohne Abmeldung und Stornierung der Übernachtung beim Veranstalter sind die Kosten für nicht in Anspruch genommene Übernachtungen (EZ pro Nacht 77,00, DZ pro Nacht 89,00 ) durch den angemeldeten Teilnehmer in voller Höhe zu tragen. Hinweise Für Landesbedienstete besteht die Möglichkeit der Reisekostenerstattung über das ThILLM. Hierfür werden durch den Veranstalter die Anmelde- und Kontaktdaten an das ThILLM übergeben. Die Genehmigung für Dienstreisen erteilen generell die Schulleiter bzw. die Staatlichen Schulämter. Die Einwilligung zur Speicherung der Daten, der Adresse sowie deren Nutzung für die Kontaktaufnahme kann jederzeit widerrufen werden. Seite 2 von 25

3 _ Veranstaltungsort (Tagung und Übernachtung) Leonardo Hotel Weimar Belvederer Allee Weimar Veranstalter Mitveranstalter, Partner und Unterstützer Mitveranstalter Partner Unterstützer Seite 3 von 25

4 _ Veranstaltungsablauf Der Veranstalter behält sich das Recht vor, einzelne Vorträge oder Workshops zu ersetzen oder entfallen zu lassen. Eine Verpflichtung zur Durchführung einzelner Programmpunkte besteht nicht. Geringfügige Änderungen im Ablauf sind möglich. Donnerstag, Zeit ab 15:00 Programm Bezug der Hotelzimmer 16:00 16:45 Registrierung der Tagungsteilnehmer (Atrium, Hotel Leonardo Weimar) 16:45 18:30 Stadtführungen Weimar Start: Hotel Leonardo Weimar Ende: Villa Haar - Bauhaus-Führung: Besichtigung Haus am Horn - Park an der Ilm: u. a. Römisches Haus, Schlangenstein, Künstliche Ruine und William-Shakespeare-Denkmal, Ruine des Tempelherrenhauses, Goethe- Gartenhaus (keine Innenbesichtigung) 19:00 22:00 Empfang Villa Haar, Dichterweg 2a, Weimar mit Wolfgang Tiefensee, Thüringer Minister für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft und Schirmherr Jungforscher Thüringen Dr. Sven Baszio, Geschäftsführender Vorstand, Stiftung Jugend forscht e. V. Andreas Boelter, Projektleiter, MIT Club of Germany e. V. Dr. Sven Günther, Geschäftsführer, Stiftung für Technologie, Innovation und Forschung Thüringen (STIFT) Seite 4 von 25

5 _ Freitag, Zeit Programm Referent 08:30 08:55 Ankommen mit Kaffee Registrierung der Tagungsteilnehmer, die erst jetzt anreisen 08:55 09:00 Begrüßung 09:00 09:45 Vortrag 1 Themenbereich: Charakterisierung komplexer biomineralisierter und archäologischen strukturellen Materialien zur Entwicklung nachhaltiger und stabilerer Baumaterialien Prof. Admir Masic Massachusetts Institute of Technology Cambridge, USA Laboratory for Multiscale Characterization and Materials Design [angefragt] 09:45 10:00 Fragen an den Referenten/ Diskussion 10:00 10:45 Vortrag 2 Ein anderes Bild der Erde Dr. Gerhard Thiele Lehrbeauftragter an der Rheinisch- Westfälischen Technischen Hochschule Aachen Ehemaliger Astronaut bei der European Space Agency 10:45 11:00 Fragen an den Referenten/ Diskussion 11:00 11:30 Kaffeepause 11:30 12:15 Vortrag 3 Ozean der Zukunft Prof. Dr. Colin Devey GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel Christian-Albrechts-Universität Kiel Exzellenzcluster Ozean der Zukunft 12:15 12:30 Fragen an den Referenten/ Diskussion Seite 5 von 25

6 _ 12:30 13:15 Vortrag 4 Rubine aus dem Chemielabor? Entwicklung einer chemischen Synthese für Edelsteine auf Basis von alpha-aluminiumoxid Christian Schärf Julius-Maximilians-Universität Würzburg Friedrich Wanierke (Thüringer Teilnehmer am Bundeswettbewerb Jugend forscht 2016, 1. Platz Chemie, angetreten für Albert-Schweitzer-Gymnasium mit Spezialschulteil MA/NW/IF, Erfurt) 13:15 13:30 Fragen an die Referenten/ Diskussion 13:30 14:15 Mittagspause Wechsel zu Workshop-Räumen 14:15 15:45 Workshop 1 Mathematische Experimente als Bereicherung für den Unterricht Workshop 2 Kreativität im naturwissenschaftlichen Unterricht?! Workshop 3 Grätzelzellen: Pflanzenfarbstoffe für die Energiegewinnung Workshop 4 Urknall und Expansion des Universums Wie sollen wir uns das vorstellen? Workshop 5 3D-Druck im Klassenzimmer Dr. Matthias Müller Schülerforschungszentrum Jena, Fakultät für Mathematik und Informatik Tanja Fendt Otto-Friedrich-Universität Bamberg StD Stefan Gagel Arnold-Gymnasium, Neustadt bei Coburg Dr. Christina Walther Schülerforschungszentrum Jena, witelo e. V. Dipl.-Phys. Thomas Kaiser Schülerforschungszentrum Gera, Abbe Center of Photonics Prof. Dr. Karl-Heinz Lotze Physikalisch-Astronomische Fakultät Steffen Zöller Geschäftsführer fabstone GmbH, Erfurt 3D-Consulting Seite 6 von 25

7 _ 15:45 16:15 Kaffeepause Wechsel zum Plenarraum Fototermin 16:15 17:00 Vortrag 5 Moderne Lichtmikroskopie ein Blick in die Nanowelt Prof. Dr. Rainer Heintzmann Leibniz Institut für Photonische Technologien, Jena 17:00 17:15 Fragen an den Referenten/ Diskussion 17:15 18:00 Vortrag 6 Polymerbasierte Batterien Prof. Dr. habil. Ulrich S. Schubert Lehrstuhl für Organische und Makromolekulare Chemie (IOMC) Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena) 18:00 18:15 Fragen an den Referenten/ Diskussion 18:15 18:30 Abschlussworte 19:00 22:00 Gemeinsames Abendessen Seite 7 von 25

8 _ Samstag, Zeit Programm Referent 08:30 08:55 Ankommen mit Kaffee 08:55 09:00 Begrüßung 09:00 09:45 Vortrag 7 Aktuelle biologische Forschung auf King George Island, Antarktis Dr. Hans-Ulrich Peter Institut für Ökologie Leiter der Arbeitsgruppe Polar- und Ornitho- Ökologie 09:45 10:00 Fragen an den Referenten/ Diskussion 10:00 10:45 Vortrag 8 Einblicke in das Leben und Forschen auf dem Mars Dr.-Ing. Christiane Heinicke Freiberufliche Autorin und Freie Wissenschaftlerin an der VU Amsterdam 10:45 11:00 Fragen an die Referentin/ Diskussion 11:00 11:30 Kaffeepause Wechsel zu Workshop-Räumen 11:30 13:00 Workshop 1 Mathematische Experimente als Bereicherung für den Unterricht Workshop 2 Kreativität im naturwissenschaftlichen Unterricht?! Workshop 3 Grätzelzellen: Pflanzenfarbstoffe für die Energiegewinnung Dr. Matthias Müller Schülerforschungszentrum Jena, Fakultät für Mathematik und Informatik Tanja Fendt Otto-Friedrich-Universität Bamberg StD Stefan Gagel Arnold-Gymnasium, Neustadt bei Coburg Dr. Christina Walther Schülerforschungszentrum Jena, witelo e. V. Dipl.-Phys. Thomas Kaiser Schülerforschungszentrum Gera, Abbe Center of Photonics, Seite 8 von 25

9 _ Workshop 4 Urknall und Expansion des Universums Wie sollen wir uns das vorstellen? Workshop 5 3D-Druck im Klassenzimmer Prof. Dr. Karl-Heinz Lotze Physikalisch-Astronomische Fakultät Steffen Zöller G Geschäftsführer fabstone GmbH, Erfurt 3D-Consulting 13:00 13:45 Mittagspause 13:45 14:30 Vortrag 9 Themenbereich: Ultraschnelle Optik und Gamma-Strahlung Prof. Franz Kärtner Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA Doppelprofessur: Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology Center for Free-Electron Laser Science, DESY, Hamburg [angefragt] 14:30 14:45 Fragen an den Referenten/ Diskussion 14:45 15:00 Abschlussworte 15:00 15:30 Ausklang mit Kaffee Seite 9 von 25

10 _ Referenten Vorträge Workshops Seite 10 von 25

11 _ Prof. Admir Masic Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA Laboratory for Multiscale Characterization and Materials Design [angefragt] Vortrag 1 Themenbereich: Charakterisierung komplexer biomineralisierter und archäologischen strukturellen Materialien zur Entwicklung nachhaltiger und stabilerer Baumaterialien (Freitag, , 09:00 Uhr) Text Zur Person Text Seite 11 von 25

12 _ Dr. Gerhard Thiele Lehrbeauftragter an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen Ehemaliger Astronaut bei der European Space Agency Vortrag 2 Ein anderes Bild der Erde (Freitag, , 10:00 Uhr) Vor mehr als einem halben Jahrhundert flog der erste Mensch in den Weltraum: am 12. April 1961 umrundete Juri Gagarin einmal die Erde. Heute leben sechs Menschen aus unterschiedlichen Regionen der Welt an Bord der Internationalen Raumstation und arbeiten und forschen gemeinsam in der Schwerelosigkeit. Der Vortrag zeigt am konkreten Beispiel der Shuttle Radar Topographie Mission (SRTM) auf, welche Fortschritte in der Raumfahrt in den vergangenen fünfeinhalb Jahrzehnten erreicht worden sind und wie der Blick auf die Erde unser Bild von der Erde verändert. Die Bedeutung der Raumfahrt liegt nicht alleine an ihren wissenschaftlichen Erfolgen und technischem Nutzen: Was treibt den Menschen eigentlich an in den Weltraum vorzustoßen und so eine Grenze zu überschreiten, die in vielen Köpfen auch heute noch als unüberwindlich gilt? Der Vortrag will aufzeigen, dass wissenschaftlichtechnischer Nutzen und kulturelle Aspekte sich ergänzen und ein ausgewogenes Urteil zur Raumfahrt erst durch die gemeinsame Betrachtung utilitärer wie trans-utilitärer Gesichtspunkte möglich ist. Zur Person verheiratet, Vater von vier Kindern Studium der Physik in München und Heidelberg 1985 Promotion mit einer Arbeit über die großräumige Zirkulation des Ozeans an der Universität Heidelberg 1986 Zweijähriger Aufenthalt als Visiting Fellow am Geophysical Fluid Dynamics Laboratory an der Universität Princeton, USA 1987 Berufung in das deutsche Astronautencorps des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) 1996 Beginn der Ausbildung zum Missionsspezialist bei der NASA in Houston 1998 Übernahme in das Europäische Astronautencorps der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) 2000 Teilnahme an der Shuttle Radar Topographie Mission 2001 Rückkehr an das Europäische Astronautenzentrum der ESA in Köln 2003 Ausbildung zum Bordingenieur für das Soyuz-Raumfahrzeug im Juri-Gagarin- Ausbildungszentrum im Sternenstädtchen bei Moskau 2005 Übernahme der Leitung der Astronautenabteilung der ESA 2009 Verantwortlicher für die Durchführung der letzten Astronautenauswahl der ESA 2010 Fellow am European Space Policy Institute (ESPI) in Wien 2013 Übernahme des Büros für Strategische Planung und Outreach im Direktorat für Bemannte Raumfahrt und Betrieb bei der ESA Seit 2016 Lehrauftrag an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule in Aachen Seite 12 von 25

13 _ Prof. Dr. Colin Devey GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel Christian-Albrechts-Universität Kiel Exzellenzcluster Ozean der Zukunft Vortrag 3 Ozean der Zukunft (Freitag, , 11:30 Uhr) Jeder Mensch hat mehr Kenntnisse über seine eigene Stadt (wie sieht sie aus, was passiert dort, wo kann man was finden, wie kommen die Bewohner von A nach B usw.) als die ganze Menschheit über die Tiefsee. Dennoch besteht mehr als 50 % der festen Oberfläche ( Kruste ) unseres Planeten aus Vulkangestein, das am Meeresboden an den sogenannten Mittelozeanischen Rücken aus dem Erdinneren gefördert wurde. Dabei werden sowohl Wärme als auch chemische Energie im Ozean freigesetzt, die u. a. die Grundlage für exotische Ökosysteme und die Bildung von Lagerstätten liefert. Nach ihrer Entstehung verweilt die Kruste im Durchschnitt ca. 65 Millionen Jahre am Meeresboden und wird ständig von oben (vom Meerwasser) und unten (aus dem Erdmantel) modifiziert. Chemisch gesehen agiert sie in dieser Zeit als ein gigantischer Redox-Reaktor, in dem die oxidierende Hydrosphäre mit der reduzierenden Lithosphäre reagiert. Welche Rolle spielt dieser globale Reaktor im Erdsystem auf geologischen Zeitskalen? Wird die Krustenproduktion von Klimaveränderungen beeinflusst oder umgekehrt? Wurde Meeresboden in der Vergangenheit ähnlich produziert wie heute? Um diese und ähnliche globale Fragen zu beantworten, müssen wir detaillierte Kenntnisse des Meeresbodens erlangen. Wie wir dies schaffen und welche spannenden Ergebnisse uns erwarten, wird im Vortrag nachgegangen. Zur Person Colin Devey erforscht die Physik und Chemie von Unterwasservulkanen um die globalen Stoffkreisläufe im Erdinneren zu verstehen. Seit 2004 ist er Professor für "Magmatische und Hydrothermale Systeme" am GEOMAR in Kiel. Davor war er für sechs Jahre Professor für "Petrologie der Ozeankruste" und Dekan des Forschungsbereiches "Geowissenschaften" an der Universität Bremen. Nach dem Studium der Geologie an der Royal School of Mines, University of London ( ) promovierte er über Vulkane in Westindien an der University of Oxford in Seine ersten Erfahrungen in der Meeresforschung machte er 1987 während eines Royal Society Post-Docs am Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques, Nancy, Frankreich, als er als Teil eines französischen Teams an Bord des deutschen Forschungsschiffes "SONNE" den Meeresboden um Tahiti untersuchen durfte. Mittlerweile hat er schon mehr als 30 Forschungsfahrten selbst konzipiert und geleitet. Er war Initiator und Leiter eines 6-jährigen Deutsche Forschungsgemeinschaft Schwerpunktprogramms zu Stoffflüssen durch Meeresbodenvulkane ( ). In den letzten Jahren hat er den Einsatz von Tieftauchrobotern für die deutsche Meeresbodenforschung etabliert und hofft, dass solche Roboter in nicht allzu ferner Zukunft alle Teile des Meeresbodens untersucht haben werden. In seiner Freizeit steht er gerne vor der Kamera, um in Sendungen wie Terra-X (ZDF) die Faszination der Geologie interessierten Zuschauern nahe zu bringen. Er lebt seit 1988 in Deutschland. Seite 13 von 25

14 _ Friedrich Wanierke (Mitte) Christian Schärf (rechts) Julius-Maximilians-Universität Würzburg Thüringer Teilnehmer Bundeswettbewerb Jugend forscht 2016 Vortrag 4 Rubine aus dem Chemielabor? Entwicklung einer chemischen Synthese für Edelsteine auf Basis von alpha-aluminiumoxid (Freitag, , 12:30 Uhr) Der Abbau von Edelsteinen schadet der Umwelt und findet oft unter menschenunwürdigen Bedingungen statt. Da beispielsweise Rubine und Saphire eine Mixtur von Aluminiumoxid und bestimmten Metallen sind, kann man sie womöglich selbst herstellen so die Idee von Christian Schärf, Paul Rathke und Friedrich Wanierke. Das Trio experimentierte mit verschiedenen Schmelz- und Kristallisationsverfahren, analysierte den Syntheseverlauf und die gewonnenen Pulverpartikel und Kristalle. Dabei mussten die Jungforscher feststellen, dass die Natur ein besonders fähiger Chemiker ist. Zwar gelang es den dreien, winzige Rubin-Einkristalle herzustellen. Der Weg zu einem großen Edelstein aus dem Labor aber ist schwieriger als gedacht. Im Rahmen des Vortrages stellen Friedrich Wanierke und Christian Schärf ihre Forschungsergebnisse vor und berichten von ihren Erfahrungen beim Wettbewerb Jugend forscht. Zu den Personen Friedrich Wanierke, Christian Schärf und Paul Rathke nahmen 2016 am Wettbewerb Jugend forscht teil. Über den Regional- und Landeswettbewerb schafften Sie es bis zum Bundeswettbewerb Jugend forscht 2016 in Paderborn. Mit Erfolg: Sie erhielten den 1. Preis - Bundessieg im Fachgebiet Chemie gestiftet vom Fonds der Chemischen Industrie und den Sonderpreis Einladung zum 28th European Union Contest for Young Scientists (EUCYS) gestiftet von der Europäischen Kommission sowie den Sonderpreis Europa-Preis für Teilnehmer am European Union Contest for Young Scientists (EUCYS) gestiftet von der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Nach ihrem erfolgreichen Schulabschluss am Staatlichen Gymnasium Albert Schweitzer mit Spezialschulteil Mathematik, Naturwissenschaften/Informatik in Erfurt im Jahr 2016 studiert Paul Rathke heute Chemie in Oxford, Friedrich Wanierke Materialwissenschaften in Jena und Christian Schärf Chemie in Würzburg. Jugend forscht Jugend forscht ist Deutschlands bekanntester Nachwuchswettbewerb. Ziel ist, Jugendliche für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik zu begeistern, Talente zu finden und zu fördern. Pro Jahr gibt es bundesweit mehr als 110 Wettbewerbe. Teilnehmen können Jugendliche ab der 4. Klasse bis zum Alter von 21 Jahren. Wer mitmachen will, sucht sich selbst eine interessante Fragestellung für sein Forschungsprojekt. Den Gewinnern winken attraktive Geld- und Sachpreise. Seite 14 von 25

15 _ In Thüringen gibt es sechs Regionalwettbewerbe sowie einen Landeswettbewerb. Im Jahr 2016 beteiligten sich in Thüringen 525 Jungforscherinnen und Jungforscher mit 249 Projekten aus fast 80 Schulen am Wettbewerb Jugend forscht konnten in Thüringen die guten Anmeldezahlen der Vorjahre erneut übertroffen werden. Insgesamt meldeten sich 693 (Vorjahr: 622) Jungforscherinnen und Jungforscher mit 323 (Vorjahr 297) Projekten an. Dies entspricht einer Steigerungsrate von 11,4 % bei den Teilnehmern und 9 % bei den Projekten. Der Mädchenanteil liegt mit 43,3 % in Thüringen weiterhin über dem Bundesdurchschnitt von 38,8 %. Seite 15 von 25

16 _ Prof. Dr. Rainer Heintzmann Leibniz Institut für Photonische Technologien, Jena Vortrag 5 Moderne Lichtmikroskopie ein Blick in die Nanowelt (Freitag, , 16:15 Uhr) Optische Phänomene werden an Hand von Experimenten vorgestellt und deren Einsatz in der Lichtmikroskopie aufgezeigt. Anhand eines einfachen Experiments wird die von Ernst Abbe beschriebene Auflösungsgrenze des Mikroskops demonstriert. Schickt man violettes Licht durch eine Flasche Tonic Water, beobachtet man ein blaues Leuchten. Diese Fluoreszenz wird in der Fluoreszenzmikroskopie heute gezielt genutzt, um Details im Inneren von Zellen zu studieren. Mit Lichtblatt-Beleuchtung lassen sich millimetergroße Objekte mit tausendfach besserer Detailschärfe komplett 3-dimensional erfassen, so dass man z. B. die Anatomie kleiner Insekten ganz genau studieren kann (Abb.). Biologische Moleküle können ihren ganz spezifischen Fingerabdruck im an der Probe gestreuten Licht hinterlassen (Raman-Streuung), so dass man durch spektrale Untersuchung dieses Lichts messen kann, aus welchen Bestandteilen sich diese Moleküle zusammensetzen. Der Effekt der Interferenz bewirkt, dass sich Licht und Licht gegenseitig auslöschen kann. Man nutzt dies, um feinste kontrastreiche Beleuchtungsmuster für die strukturierte Beleuchtung im Mikroskop zu erzeugen. Dann überlagern sich diese feinsten Streifen mit feinen Details der Probe, ganz ähnlich dem, wie man es sieht, wenn eine Gardine in zwei Lagen übereinander hängt: Es ergeben sich grobe Hell-Dunkel Muster (Moiré Effekt). Da grobe Muster vom Mikroskop abgebildet werden können, ist es durch die strukturierte Beleuchtung möglich, auch feinste Probendetails zu erfassen und aus mehreren gemessenen Bildern ein hochaufgelöstes Bild zu errechnen. Dieser Vortrag soll Interesse für die Vielfalt optischer Methoden in der Mikroskopie wecken. Zur Person Rainer Heintzmann forscht und lehrt seit 2010 an der und am Institut für Photonische Technologien zu neuen optischen Mikroskopieverfahren. Hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie, insbesondere das Verfahren der strukturierten Beleuchtung stehen seit langem im Mittelpunkt des Forschungsinteresses. Von besonderem Interesse sind Computergestützte Mikroskopiemethoden. Die Grundlagen dazu wurden in der Gruppe von Prof. Dr. Dr. C. Cremer an der Universität Heidelberg gelegt, wo er im Graduiertenkolleg Tumordiagnostik und - Therapie zur Medizinischen Physik promovierte. Weitere Erfahrung in Mikroskopiebildgebung sammelte er in der Postdoc-Zeit am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie (Göttingen) in der Abteilung von Dr. Thomas Jovin bis Daraufhin leitete er von 2004 bis 2015 eine eigene Arbeitsgruppe am Kings College London mit Forschung zur hochauflösenden Mikroskopie. Rainer Heintzmann legte Grundlagen zur hochauflösenden Mikroskopie mit strukturierter Beleuchtung und zur Einzelmolekülmikroskopie (Poitillismus). Seite 16 von 25

17 _ Prof. Dr. habil. Ulrich S. Schubert Lehrstuhl für Organische und Makromolekulare Chemie (IOMC) Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena) Vortrag 6 Polymerbasierte Batterien (Freitag, , 17:15 Uhr) Im Zuge der stetig ansteigenden Nachfrage von Energie ergibt sich eine Vielzahl von Herausforderungen. So gilt es eine weite Spannbreite von Anwendungsmöglichkeiten zu versorgen. Hierbei sind insbesondere Anwendungen von Interesse, die nur geringe Energiemengen benötigen, aber dafür besonders kostengünstige und umweltfreundliche Batterien erfordern. Ebenso müssen geeignete Speichertechnologien für die Energiewende gefunden werden, da der stetige Ausbau von Wind- und Solarstrom unser Elektrizitätsnetz zunehmend vor Überlastungsprobleme stellt. Um die heute verbreiteten Batterietechnologien zu verbessern und zusätzlich gänzlich neue Anwendungsgebiete zu eröffnen, werden am Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena) polymerbasierte Batterien erforscht. Bei diesen dienen organische synthetische Polymere als Energieträger und ersetzen klassische Metalle, wie sie heute noch in Lithium-Ionen- und Bleiakkumulatoren eingesetzt werden. Dabei liegt der Fokus auf der Synthese, Charakterisierung und Anwendung elektrochemisch aktiver Polymere die auf ihr entsprechendes Anwendungsgebiet maßgeschneidert sind. Zur Person Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, geboren 1969 in Tübingen, studierte Chemie in Frankfurt und Bayreuth sowie an der Commonwealth University in Virginia, Richmond (USA). Seine Doktorarbeit fertigte er bei Prof. C. D. Eisenbach (Bayreuth) und Prof. G. R. Newkome (South Florida, USA) an. Nach einem Postdoktorat bei Prof. Dr. J.-M. Lehn (Nobelpreis 1987) an der Universität Straßburg wechselte er zur TU München und wurde dort 1999 habilitiert. Zwischen 1999 und 2000 war er Vertretungsprofessor am Center for NanoScience (CeNS) an der LMU München und danach bis 2007 Professor an der TU Eindhoven. Seit 2007 ist er Professor an der und Gründungsdirektor des Jena Center for Soft Matter (JCSM) sowie des Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena). Seite 17 von 25

18 _ Dr. Hans-Ulrich Peter Institut für Ökologie der Leiter der Arbeitsgruppe Polar- und Ornitho-Ökologie Vortrag 7 Aktuelle biologische Forschung auf King George Island, Antarktis (Samstag, , 09:00 Uhr) Das empfindliche antarktische Ökosystem wird zunehmend durch direkte anthropogene Einflüsse wie zunehmender Flugverkehr, Stationsaktivitäten, Tourismus und Wissenschaft beeinflusst, daneben aber auch durch den vom Menschen außerhalb der Antarktis verursachten Klimawandel. Im Vortrag werden die Auswirkungen u. a. auf die Pinguine aufgezeigt, die im Bereich der westlichen Antarktischen Halbinsel durch einen Temperaturanstieg im Winter von bis zu 5 C in 50 Jahren besonders betroffen sind. Veränderungen lassen sich u.a. an der Zahl der brütenden Pinguine nachweisen. Da Zählungen über längere Zeiträume insbesondere in schwer erreichbaren Gebieten kaum realisierbar sind, setzen die Jenaer Ökologen auf den Einsatz von Drohnen, die Fotos über den Pinguinkolonien machen, und auf die Auswertung von Satellitenaufnahmen, die die Ausdehnung von Kolonien durch den Pinguin-Guano erkennen lassen. Moderne Technik wird aber auch zur Lösung weiterer Fragestellungen an verschiedenen Vogelarten eingesetzt. Die Zugwege der Südpolarskua, einer Raubmöwenart, in den Nordatlantik und Nordpazifik konnten mit GLS-Loggern verfolgt werden, während die Nahrungsflüge in bis zu 100 km entfernte Gebiete mit GPS-Loggern registriert werden konnten. Zur Person Hans-Ulrich Peter hat vor wenigen Wochen seine 28. Antarktisexpedition beendet. Er und sein Team forschen seit 1983 auf der Insel King George, die zu den South Shetland Islands gehört. Schwerpunkt der Forschung der letzten Jahre waren die Auswirkungen des Klimawandels insbesondere auf Pinguine, aber auch andere Seevögel, Robben und die Vegetation der Antarktis. Daneben werden aber auch die direkten anthropogenen Einflüsse auf das empfindliche antarktische Ökosystem untersucht. Im Mittelpunkt stehen außerdem Langzeit-Untersuchungen zur Populationsökologie verschiedener Vogelarten. Die Forschungen werden insbesondere von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Umweltbundesamt finanziert bzw. sind Bestandteil von Kooperationsprojekten mit Kollegen aus Südkorea, China, Russland, Großbritannien und anderen Ländern. H.-U. Peter ist in verschiedenen nationalen und internationalen Gremien verankert, u. a. war er Vizepräsident der Deutschen Ornithologen-Gesellschaft, deren Ehren-Mitglied er heute ist, und ist Mitglied des Internationalen Ornithologischen Komitees sowie Chief Officer der Remote Sensing Action Group des Scientific Committee on Antarctic Research. Für mehrere Jahre hat er das Außenund Umweltministerium in Antarktis-Fragen beraten. In Jena ist er seit Ende der 1970er Jahre in die Ausbildung von Bachelor- und Masterstudenten involviert und lehrt u. a. Natur- und Umweltschutz, Polarökologie und Ökologie der Vögel. (Foto: Jan-Peter Kasper/FSU) Seite 18 von 25

19 _ Dr.-Ing. Christiane Heinicke Freiberufliche Autorin und Freie Wissenschaftlerin an der VU Amsterdam Vortrag 8 Einblicke in das Leben und Forschen auf dem Mars (Samstag, , 10:00 Uhr) Eine Reise zum Planeten Mars scheint heute zum Greifen nahe, sowohl Raumfahrtbehörden als auch private Unternehmen arbeiten fieberhaft an der technischen Umsetzung. Doch wie fühlt es sich eigentlich an, weit entfernt von der Heimat in einer Umgebung zu leben, die man nur im Schutzanzug betreten kann? Mit seinen Arbeitskollegen auf engstem Raum zu leben und zu arbeiten, über Monate hinweg? Und was passiert, wenn der dringend benötigte Inkubator seinen Geist aufgibt, der nächste Nachschub aber erst in ein paar Monaten erwartet wird? Dr. Christiane Heinicke hat diese Bedingungen in der Forschungsstation HI-SEAS am eigenen Leib erfahren und ein Jahr lang unter Bedingungen gelebt wie auf dem Mars. Sie wird von ihrem "normalen" Alltag dort berichten - und von nicht ganz so alltäglichen Erlebnissen. Zur Person Studium der Technischen Physik an der TU Ilmenau (B. Sc.), dabei Teilnahme am Wettbewerb Jugend forscht 2006, Landessiegerin Thüringen im Fachgebiet Mathematik/Informatik Studium der Geophysik an der Uppsala Universitet (M. Sc.) Promotion zur Dr.-Ing. an der TU Ilmenau Forschungsaufenthalt in Helsinki, dabei zwei Wochen in einer Marsstation in Utah Teilnahme an HI-SEAS IV seit 2106 aktuell Freiberufliche Autorin Freie Wissenschaftlerin an der VU Amsterdam Seite 19 von 25

20 _ Prof. Franz Kärtner Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA Doppelprofessur: Electrical Engineering and Computer Science Center for Free-Electron Laser Science, DESY, Hamburg [angefragt] Vortrag 9 Themenbereich: Ultraschnelle Optik und Gamma-Strahlung (Samstag, , 13:45 Uhr) Text Zur Person Text Seite 20 von 25

21 _ Dr. Matthias Müller Schülerforschungszentrum Jena, Fakultät für Mathematik und Informatik Workshop 1 Mathematische Experimente als Bereicherung für den Unterricht (Freitag, , 14:15 Uhr und Samstag, , 11:30 Uhr) Obwohl das forschend-entdeckende Lernen im regulären Mathematikunterricht nicht den überwiegenden Teil der Unterrichtszeit einnimmt, ist es doch von entscheidender Bedeutung für den Unterricht. Die Aneignung von Heuristiken ist für die Kompetenzentwicklung der Lernenden immanent wichtig. Das experimentelle Arbeiten birgt eine hohe Motivation für die Lernenden, die sie nachhaltig und anhaltend für ein Thema begeistern kann. Aus diesen Gründen ist es wichtig, den Lernenden auch im regulären Mathematikunterricht Raum zum Experimentieren, Forschen und Entdecken zu geben. In dem Workshop sollen Beispielexperimente vorgestellt und ausprobiert werden. Die Einsatzmöglichkeiten sollen skizziert und Grenzen diskutiert werden. Dabei werden Anknüpfungspunkte zum Thüringer Lehrplan genauso wie zu den Bildungsstandards Mathematik thematisiert. Zur Person Dr. Matthias Müller ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Didaktik für Mathematik und Informatik an der. Er studierte Lehramt Mathematik für Gymnasium und promovierte zum Thema der Schülerzentrierung im Mathematikunterricht mit Computeralgebra- Systemen. Sein zweites Staatexamen absolvierte er erfolgreich am Immanuel-Kant-Gymnasium Wilthen. Zurzeit ist er verantwortlich für das Mathematikangebot des Schülerforschungszentrums Jena. Seite 21 von 25

22 _ Tanja C. Fendt Otto-Friedrich-Universität Bamberg, Didaktik der Naturwissenschaften StD Stefan Gagel Arnold-Gymnasium Neustadt, Schülerforschungszentrum Oberfranken Workshop 2 Kreativität im naturwissenschaftlichen Unterricht?! (Freitag, , 14:15 Uhr und Samstag, , 11:30 Uhr) Kreativität ist nicht nur in Kunst, Musik und Literatur, sondern auch in den Naturwissenschaften vor dem Hintergrund unserer Technologiegesellschaft eine wichtige Komponente. So wird Kreativität in vielen Bereichen der Berufswelt und insbesondere in der Forschung als eine Voraussetzung für die Entwicklung von Innovationen und Problemlösungen der Zukunft gesehen. Als Potenzial jedes Individuums entwickelt sich Kreativität in einem Zusammenspiel von kognitiven und personalen Faktoren wie zum Beispiel Wissen, Motivation oder Anstrengungsbereitschaft und einer unterstützenden Umgebung. Über die schulische Lernumgebung kann somit die Entfaltung der kreativen Fähigkeiten der SchülerInnen positiv beeinflusst werden. Im Sinne des Bildungsauftrags von Schule, der sowohl die Persönlichkeitsbildung als auch die Vorbereitung auf Studium und Beruf zum Ziel hat, ist Kreativitätsförderung damit eine wichtige Aufgabe, die im pädagogischen und fachbezogenen Kontext verankert werden kann. Wenn Lehrkräfte SchülerInnen zum naturwissenschaftlichen Forschen anleiten, kommt der Aspekt der Kreativität möglicherweise eher implizit zum Tragen. Auch schätzen viele Jugendliche ihr kreatives Potenzial als eher gering ein. Vor diesem Hintergrund stellt der Workshop die Rolle der Kreativität im naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozess dar und sensibilisiert für die Bedeutung einer kreativitätsfördernden Lernumgebung. Wir zeigen dazu exemplarisch Methoden und Unterrichtsbeispiele aus den Fächern Biologie und Chemie. Neben kurzen vorgetragenen Impulsen sind die TeilnehmerInnen zum Mitmachen und kreativen Ausprobieren eingeladen. Zu den Personen Tanja C. Fendt unterrichtete die Fächer Biologie und Chemie am Gymnasium. Nach zehnjähriger Leitung des Referats für Biologie und Chemie an der Akademie für Lehrerfortbildung und Personalführung Dillingen erfolgt seit 2014 eine lehrende und forschende Tätigkeit in der Didaktik der Naturwissenschaften an der Otto-Friedrich-Universität Bamberg. Stefan Gagel ist seit 1999 Gymnasiallehrer für Biologie und Chemie. Im Jahr 2001 gründete er mit Partnern aus der Wirtschaft den Regionalwettbewerb Jugend forscht Oberfranken, den er 14 Jahre lang leitete. Um die beteiligten Partner im Sinne der Förderung interessierter SchülerInnen in Oberfranken noch stärker zu vernetzen, gründete er mit verschiedenen Partnern im Jahre 2015 das Schülerforschungszentrum Oberfranken. Damit SchülerInnen möglichst frühzeitig gefördert werden können, entstand mit einem Team Bayerischer Lehrer (u. a. Tanja Fendt) im Jahr 2014 die Lehrerhandreichung Förderung von Kreativität im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht, die die Grundlage des Workshops bildet. Seite 22 von 25

23 _ Dr. Christina Walther Schülerforschungszentrum Jena, witelo e. V. Dipl.-Phys.Thomas Kaiser Schülerforschungszentrum Gera, Abbe Center of Photonics, Workshop 3 Grätzelzellen: Pflanzenfarbstoffe für die Energiegewinnung (Freitag, , 14:15 Uhr und Samstag, , 11:30 Uhr) Die von Michael Grätzel entwickelte Solarzelle nutzt ein der Photosynthese ähnliches Prinzip: Energiekonservierung durch Pflanzenfarbstoffe. In dem Workshop erfolgt eine kurze theoretische Einführung zum Aufbau und zur Funktionsweise von Grätzelzellen. Anschließend können die Teilnehmer selbst eine solche Pflanzensolarzelle herstellen und auf ihre Funktion und Leistungsfähigkeit testen. Der Workshop umfasst Inhalte aus Physik, Biologie und Chemie und ist daher gut für den Einsatz im fachübergreifenden Unterricht geeignet. Zur Personen Dr. Christina Walther studierte Biochemie in Leipzig und Cork (Irland). Nach der Promotion 2002 begann sie, im Bereich der naturwissenschaftlichen Früherziehung Konzepte und Angebote für Experimentierkurse und Fortbildungen zu entwickeln. Bei der Imaginata Jena und als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Schulpädagogik und Schulentwicklung der Friedrich-Schiller-Universität Jena übernahm sie 2007 die pädagogische Betreuung des Imaginata-Stationenparks, wo sie u. a. Workshops und unterrichtsbegleitende Angebote konzipierte. Seit 2012 ist sie Projektleiterin und Koordinatorin des Netzwerks wissenschaftlich-technischer Lernorte in Jena (witelo) und seit 2015 Leiterin des Schülerforschungszentrums Jena. Thomas Kaiser studierte Physik an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena mit Nebenfach Astrophysik und Informatik. In seiner Diplomarbeit beschäftigte er sich mit optischer Fasermesstechnik auf Basis digitaler holografischer Verfahren. Seit 2009 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Angewandte Physik, das jetzt zum Abbe Center of Photonics gehört. In der Arbeitsgruppe Nanooptik manipuliert er Licht auf Größenskalen, die viel kleiner sind als dessen Wellenlänge. Seit 2016 leitet er auch das Schülerforschungszentrum Gera und hat viel Freude dabei, Schülern in Ostthüringen Naturwissenschaften zu vermitteln. Seite 23 von 25

24 _ Prof. Dr. Karl-Heinz Lotze Physikalisch-Astronomische Fakultät Workshop 4 Urknall und Expansion des Universums Wie sollen wir uns das vorstellen? (Freitag, , 14:15 Uhr und Samstag, , 11:30 Uhr) Unterricht über Kosmologie kann auf der natürlichen Neugier der Schüler aufbauen, muss ihnen aber oft einschneidende Veränderungen ihrer Vorstellungen, z. B. über den Urknall oder die Geometrie des Raumes, zumuten. Typische Fragen von Schülern, die deren (Fehl-) Vorstellungen über den Urknall und die Expansion des Universums zum Ausdruck bringen, lauten u. a.: Hat das Universum einen Rand? Kommt jenseits davon der unendliche, leere Raum? Befindet sich der Beobachter im Zentrum der Expansion des Universums? Ist die Rotverschiebung in den Spektren der Galaxien ein Doppler-Effekt, wie wir ihn vom Schall her kennen? Woher wissen wir, dass das Universum expandiert, wenn doch die Maßstäbe mitexpandieren? Wann und wo fand der Urknall statt? Welche Ursache hatte er? Begann alles mit der Explosion eines dichten Materieklumpens irgendwo im vorher existierenden Raum? Fliegen seither Bruchstücke in diesen Raum hinein? Wie groß ist das beobachtbare Universum? Warum können wir die kosmische Hintergrundstrahlung noch empfangen, warum ist sie "nicht längst weg"? Anhand von Modellvorstellungen vom Universum als elastisches Band, als elastische Membran und als Ballon werden schrittweise Vorstellungen über die Raumstruktur und die physikalische Natur der Hubble-Expansion erarbeitet. Dass der Rotverschiebungs-Entfernungs-Zusammenhang kosmologischer Modelle in gröbster Näherung mit der klassischen Doppler-Formel übereinstimmt, begründet nämlich noch längst nicht die Gleichheit der physikalischen Effekte. Als nur kleine Rotverschiebungen messbar waren, hat uns diese Übereinstimmung lediglich davor bewahrt, falsch zu rechnen. Heute, da wir große Rotverschiebungen messen können, müssen wir nicht nur anders rechnen. Wir sollten auch die richtigen Bilder in den Köpfen erzeugen, zumal dies in didaktischer Hinsicht keineswegs schwieriger ist, als den Doppler-Effekt zu erläutern. Zur Person Professor Dr. Karl-Heinz Lotze hat seine akademischen Qualifikationen auf dem Gebiet der Theoretischen Physik erworben. Von 1996 bis 2016 war er Leiter der Arbeitsgruppe Physik- und Astronomie-Didaktik an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Seit dem 1. Oktober 2016 hat er daselbst eine Wilhelm und Else Heraeus-Seniorprofessur inne. Seite 24 von 25

25 _ Steffen Zöller Geschäftsführer fabstone GmbH, Erfurt 3D-Consulting Workshop 5 3D-Druck im Klassenzimmer (Freitag, , 14:15 Uhr und Samstag, , 11:30 Uhr) Sie ist aktuell wohl eine der revolutionärsten Entwicklungen im Produktionsbereich weltweit: die 3D-Drucktechnologie. Das digital gestützte Verfahren wird schon in vielen Wirtschaftszweigen - von Automobilindustrie bis Kommunikationstechnik - erfolgreich eingesetzt. Auch für Forschung und Medizin eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten - bis hin zur künstlichen Herstellung transplantationsfähiger Organe für den Menschen durch sogenannte Bioprinter. Doch nicht nur in Forschung und Technik können 3D- Drucker wertvolle Beiträge leisten. Sie eröffnen auch neue Wege des praxisnahen Lernens in der Schule. Im Workshop erhalten Sie Informationen, wie sich 3D-Drucker in Thüringer Bildungseinrichtungen einsetzen lassen. Von den kreativen Anwendungsmöglichkeiten der 3D-Drucktechnologie können Schülerinnen und Schüler jeden Alters und jeder Schulart profitieren. Sie lässt sich nicht nur in klassischen Kreativfächern wie Kunst einsetzen, sondern macht auch z. B. Architektur oder naturwissenschaftliche Theorie buchstäblich tastbar und so völlig neu erlebbar: Mathematik: geometrische Konstruktionen können physisch nachvollzogen werden Biologie: unkomplizierte Herstellung unterschiedlichster Modelle - vom Einzeller bis zum kompletten Organ Chemie: Atome und Moleküle werden ausdruckbar Zur Person Steffen Zöller ist 1970 in Erfurt geboren. Seit 1993 ist er Geschäftsführer eines Familienbetriebs im Handwerk und Ausbilder an der Handwerkskammer Erfurt. Seit 2014 ist Steffen Zöller maßgeblich am Aufbau und der Gründung des Unternehmens fabstone beteiligt. Unternehmensgegenstand ist der Aufbau und die Entwicklung eigener 3D-Drucker sowie die Erarbeitung von wissenschaftlich fundierten Lernkonzepten im 3D-Druck. Um den Einstieg in die 3D-Technologie für Lehrpersonal wie Schülerschaft so einfach und günstig wie möglich zu machen, wurde ein 3D-Lernset speziell für Bildungseinrichtungen entwickelt. Fabstone ist Mitglied in der Forschungsgruppe NEXT. Diese beschäftigt sich mit der Entwicklung von Betondruckern auf Basis eines 3D-Druckers unter Verwendung von Bioprintmaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen. Steffen Zöller ist Konsortialführer für das Landesprojekt Digitale Plattform für 3D-Druck/Bildung und Referent für 3D-Druck/Education der Akademie der Wissenschaften der Schweiz. Seite 25 von 25