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MINT Academy am Schülerforschungszentrum Berchtesgadener Land

Vom 10. bis zum 14. Juli 2017 fand erstmals die MINT Academy des Schülerforschungszentrums Berchtesgadener Land statt. MINT steht dabei für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft (Biologie, Chemie, Physik) und Technik. Zu Themen aus diesen Fachgebieten arbeiteten und forschten 28 Schülerinnen und Schüler der 8.-10. Jahrgangsstufe von Realschulen und Gymnasien des Landkreises eine Woche am Schülerforschungszentrum. Die Schülerinnen und Schüler wurden dafür vom Unterricht an ihren Schulen freigestellt.

Die Academy bot einen Einblick in die wissenschaftliche Arbeit, die Präsentation von Ergebnissen und somit eine hervorragende Basis für den Einstieg in die Jugendforschung. Betreut wurden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer von Experten des jeweiligen Fachgebietes.

Die Forschergruppe Chemie (eine reine Mädchengruppe) beschäftigte sich mit Nanopartikeln (NP), also Teilchen mit einer Größe im Bereich von einem Milliardstel Meter. Die jungen Forscherinnen haben dabei magnetische Magnetit und Silber NP mit verschiedenen Methoden hergestellt und deren Anwendung untersucht. Beide Materialien sind Gegenstand aktuellster Forschung in Materialwissenschaften, Chemie, Physik und Medizin.

Mit den magnetischen NP konnten Schwermetalle wie Kupfer, Blei, Eisen sehr einfach und effizient (mit einem Magnet) aus Wasser entfernt und die Partikel wieder regeneriert werden. Sie könnten somit eine kostengünstige und einfache Möglichkeit zur Reinigung von Abwässern, etwa in Entwicklungsländern, darstellen. Funktionalisierung der Oberflächen der NP, die angewandte Synthesemethode und der pH-Wert spielen dabei eine entscheidende Rolle hinsichtlich deren Effizienz zur Abwasserreinigung.

Daneben wurde eine magnetische Flüssigkeit hergestellt und die bekannte Rosensweig- oder Stachelinstabilität hervorgerufen.

An den Silber NP konnte deutlich gezeigt werden, dass NP sich im Allgemeinen stark von ihren größeren Geschwistern unterscheiden. So ist Nano-Silber zum Beispiel gelb und nicht silbern. Das Syntheseverfahren ist dabei entscheidend für die Größe und somit auch den Farbton und die weiteren Eigenschaften der NP. Die antibiotische Wirkung der Silber NP wurde an der Hefegärung überprüft und bestätigt. 

Bei beiden Typen von hergestellten Nanomaterialien wurde deutlich, dass einer der wesentlichsten Vorteile von NP in ihrer enormen Oberfläche liegt. Effekte und Bedeutung von Oberflächen wurden durch begleitende spektakuläre Versuche verdeutlicht. 

In der Gruppe Biologie ging es um die Frage:  „Sind unsere Bienen gesund?“

Analysiert wurden die Krankheitserreger Varroa, Kalkbrut und Nosema. Doch wie kann man die Erreger erkennen? Bei der Varroa-Milbe sieht man gewöhnlich am Boden des Bienenstockes - im Gemüll - nach, ob man kleine runde Milben erkennen kann. Wenn sie dort in großer Zahl vorkommen, ist es für Gegenmaßnahmen schon sehr spät. Wie kann ich einen Varroa-Befall also frühzeitig erkennen? Bei Kalkbrut handelt es sich um einen Pilz, der die Larven befällt und bei Nosema um einen Einzeller, der bei erwachsenen Bienen Durchfall verursacht. Beide sind in ihren frühen Befallsstadien kaum zu erkennen. Was also tun? Hier bieten sich Erbgutanalysen an, die sehr deutliche Ergebnisse auch schon bei den frühen Befallsstadien geben. Und wie geht das - eine Erbgutanalyse? Nachdem die Schüler in die Problematik eingeführt und Proben aus den SFZ-Bienenvölkern entnommen waren, erklärte Dr. Helms zunächst wie man Erbgut aus Bienen isoliert. Dies wurde dann auch praktisch durchgeführt. Anschließend wurde dieser Extrakt der DNA der Biene und allen weiteren (Krankheits-) Organismen, die sich in der Probe befanden, für den Erregernachweis genutzt. Mit einer Methode namens "PCR" ließ sich nun ganz spezifisch die DNA des gesuchten Organismus nachweisen. Glückte der Nachweis sprach dies für einen Befall durch den nachgewiesenen Krankheitserreger, gelang der Nachweis nicht, war die untersuchte Biene gesund. Während der MINT-Akademie wurden von 10 Schülerinnen und Schülern 17 Proben aus ca. einem Dutzend Völkern auf die drei Krankheitserreger untersucht - mit Positiv- und Negativkontrollen wurden 72 PCR-Ansätze gefahren und ausgewertet - eine höchst beachtliche Leistung für eine Gruppe, die zu Beginn kaum wusste, was DNA ist, und am Schluss eine veritable Abschlusspräsentation vorlegte.

Die Forschergruppe Mathematik beschäftigte sich mit dem Thema „Unendlichkeit und unendliche Mengen“.

Eine Forscherin und drei Forscher wagten einen mathematischen Blick ins Unendliche.  Dabei untersuchten sie, ob man unendliche Mengen hinsichtlich ihrer Mächtigkeit miteinander vergleichen kann, beschäftigten sich mit der Fibonnacci – Folge und untersuchten Eigenschaften der Kochschen Schneeflockenkurve. Dabei erkannten sie, dass unendlich nicht gleich unendlich ist und man zu logisch nachvollziehbaren Erkenntnissen kommen kann, auch wenn diese dem Bauchgefühl widersprechen und schwer vorstellbar sind.

So besitzt beispielsweise die Schneeflockenkurve (theoretisch) eine unendlich lange Begrenzungslinie aber einen begrenzten Flächeninhalt.

Die Gruppe Physik beschäftigte sich in mehreren Teams mit dem Bau und der Programmierung eines Messwerterfassungs- und Auswertungssystems für physikalische Größen. Nachdem die neun Teilnehmer das Beispielsystem mit einem Temperatursensor, durch den Betreuer geführt, nachgebaut und erprobt hatten, ging es bereits am Montagabend an die Planung des eigenen Systems. Dabei nimmt ein Mikrocontroller mit Hilfe von Sensoren verschiedene Messwerte auf und übermittelt diese an den PC. Dieser stellt die Messwerte dann in Echtzeit graphisch dar. Die Teilnehmer experimentierten eigenständig mit ihren Systemen, erprobten die Schaltungen auf Steckplatinen, erweiterten sie um LEDs, welche den Status des Systems anzeigen, programmierten den Mikrocontroller und tüftelten an der graphischen Darstellung. Nachdem alles funktionierte machten sie sich daran, ihre Schaltungen auf Lochrasterplatinen zu löten.

Mit Unterstützung der Betreuer entwarfen die Teilnehmer die Gehäuse für ihre Hardware am Computer und setzten sie mit Hilfe unseres Lasercutters in die Realität um. Den Donnerstag nutzten die Teams zur Vorbereitung ihrer Präsentation für die Abschlussveranstaltung.

Diese fand am Freitag im Sparkassensaal in Bad Reichenhall statt. Vor zahlreich erschienenen Gästen aus Politik und Wirtschaft sowie vielen anwesenden Eltern präsentierten die Gruppen ihre Ergebnisse. Prof. Dr. Peter Hubwieser, wissenschaftlicher Leiter des Schülerforschungszentrums, sprach allen Teilnehmerinnen und Teilnehmern ein großes Lob für die geleistete Arbeit aus. „Die Academy ist der Einstieg in die Projektarbeit und zeigt das Idealleben eines Wissenschaftlers“, so Hubwieser.

Ziele der künftig jährlich stattfindenden Academy sind die Motivation, Förderung und Vernetzung von Jugendlichen mit besonderen Talenten und Engagement im MINT-Bereich, deren nachhaltige Begeisterung für MINT-Forschung und die Arbeit mit Gleichgesinnten. Freude am Experimentieren und Tüfteln standen während der Woche im Vordergrund. Die Academy bot dabei einen Einblick in die wissenschaftliche Arbeit, die Präsentation von Ergebnissen und somit eine hervorragende Basis für den Einstieg in die Jugendforschung und wird.

 

 

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