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Neue Wege zur Gewässeranalyse

Will man die Qualität oder die Güte eines Gewässers bestimmen, so ist dies mit bloßem Auge kaum möglich, eine alternative sind aufwendige Laboruntersuchungen von Gewässerproben.

Doch ich möchte mit meinem Projekt einen anderen Weg gehen:

Mein Ziel ist es sich von den stationären Messungen loszulösen und ein mobiles System zu schaffen, mit dem Gewässeruntersuchungen auf anderem Wege möglich sind und damit besonders interessant für die längerfristige Beobachtung und den Vergleich von Gewässern.

Zur Messung dient mir ein Fahrzeug, welches sich frei auf der Wasseroberfläche bewegen kann, dies ist mit einem Ultraschallsystem ausgestattet, mit dem man die Wassertiefe bestimmen kann.

Von den gewonnenen Daten erhoffe ich mir eine schnelle und unkomplizierte Auswertung, um damit einen Beitrag zum Schutz und zur Erhaltung vieler kleiner Gewässer zu  leisten.

Projektteam

Das Projekt wurde geplant und umgesetzt von Philipp Behrendt.

Betreut wurde die Arbeit von Ralf Brüggemann

Kurzbeschreibung & Projektpräsentation

Umwelt- und Naturschutz einmal anders.

Es sieht aus wie ein unförmiges Gefährt und lässt sich unschwer als Boot identifizieren – der Prototyp zu diesem Projekt.
Ein kleines, aber imposantes Boot das sich über eine herkömmliche Wireless-LAN Verbindung in alle Richtungen über ein Gewässer steuern lässt.
Doch welcher wissenschaftliche Zweck steht hinter alle dem?
Viele Gewässer in Groß- und Kleinstädten sind stark belastet und dies vor allem durch Algen. Durch biochemische Prozesse setzt sich zunehmend Schlamm am Grund eines Gewässers ab und verändert so die Gewässertiefe.
Das randvoll mit aufwendiger Technik bepackte Boot misst Gewässertiefe und Position, speichert diese Daten und gibt Sie an einen Computer weiter.
Setzt man dieses Boot also regelmäßig auf ein Gewässer und fährt dieses ab, sollte sich die Entwicklung eines Gewässers beobachten lassen.
Hilfreich kann dies etwa sein, wenn man beobachten will, wie sich „Rettungsmaßnahmen“, wie etwa die Zugabe von Eisen-III-Chlorid in und auf Münsters Aasee, auf ein Gewässer auswirken.

Mehr als nur ein Boot

Umweltschutz von Gewässern und deren Dokumentation spielt in der heutigen Zeit eine immer größere Rolle. Dieses Projekt soll helfen Gewässer in der Zukunft zu schützen und eine schnellere und kostengünstigere Hilfe darstellen.
Die Umsetzung erfolgte für den Wettbewerb „Jugend-Forscht“, wo das Konzept mehrfach prämiert wurde.

...noch mehr?

Weitergehende Informationen zum kopmpletten Projekt, bezieungsweise die dazugehörige Arbeit erhalten Sie auf Anfrage.

Bau und Erprobung eines Sonnenbrunnens nach Heron

Ich habe mich mit dem Thema Solarbrunnen beschäftigt und mit Hilfe von verschiedenen Modellen die Wirkungsweise kennen gelernt sowie die Brunnenmodelle verbessert.

 

Projektteam

Das Projekt wurde geplant und umgesetzt von Lisa Hegemann, Kl. 7c.

Betreut wurde die Arbeit von Herrn Ralf Brüggemann.

Kurzbeschreibung

Ein Solarbrunnen ist ein Brunnen, der alleine durch die Sonne betrieben wird. Ziel der Arbeit war festzustellen, wie ein Solarbrunnen funktioniert und ob man ihn in der Natur wirkungsvoll einsetzen kann. Dazu habe ich verschiedene Modelle gebaut, die Ergebnisse festgehalten und Verbesserungen an den Modellen umgesetzt.

 

Versuch zur Messung der geförderten Wassermenge in Abhängigkeit zur Zeit

Projektpräsentation

Die Fragen:Wie funktioniert ein Sonnenbrunnen? Funktioniert er in der Natur und wie kann man ihn verbessern?

Bevor ich mit dem Bau des Solarbrunnens begonnen habe, verschaffte ich mir einen Überblick über die naturwissenschaftlichen Grundlagen des Sonnenbrunnens. Am leichtesten geht so etwas mit Hilfe von Beispielen und Versuchen.

Versuch 1: Was passiert beim Erwärmen der Luft? Dehnt sich warme Luft aus?

Luft besteht aus Molekülen, die sich durch mehr Wärme stärker bewegen und so weitere Abstände voneinander erhalten. Daher dehnt sich die Luft bei heißeren Temperaturen oder Erwärmen aus. Praktisch habe ich das mit Hilfe einer Flasche nachgeprüft. Weil man das Ausdehnen der Luft nicht sehen kann, habe ich die Flasche mit einem Luftballon verschlossen. Beim Erhitzen kann sich die Luft in der Flasche nicht ausdehnen, daher entweicht die heiße Luft in den Luftballon. Der Ballon füllt sich mit Luft.

Abb.1 Beim Erwärmen füllt sich der Ballon mit Luft

Versuch 2: Test eines einfachen Flaschenbrunnens     

Der einfache Flaschenbrunnen besteht aus einer Flasche, die oben durch einen Stopfen o.ä. verschlossen ist. Nur ein Strohhalm oder ein dünnes Rohr führt aus der Flasche heraus. Die Flasche ist mit etwas Wasser gefüllt. Wenn sich nun durch Wärmeeinstrahlung die Luft in der Flasche erhitzt, dehnt sie sich aus. Da sie nicht entweichen kann, drückt sie das Wasser durch das Rohr aus der Flasche hinaus.

 

Abb. 2 Einfacher Flaschenbrunnen

Dieser Versuch zeigt, dass das Grundprinzip des Sonnenbrunnens funktioniert. Aber wie kann man diesen Aufbau noch verbessern?

 Versuch 3: Funktion des Sonnenbrunnens in Abhängigkeit des Abstands von der Lampe und verbesserter Absorption

 Ich habe zwei Flaschenbrunnen vorbereitet: Einen, in den ich Kohlepapier herein getan habe, und einen ohne Kohlepapier. Dann wurde die Zeit gemessen, bis der erste Wassertropfen oben aus dem Glasrohr austritt. Dabei habe ich verschiedene Abstände benutzt und jeweils drei Mal die Zeit gemessen. Die Ergebnisse sind in dem folgenden Diagramm dargestellt.

Abb. 3: Zeit bis zum Austritt des ersten Tropfens abhängig von Absorption und Lampenentfernung

Versuch 4: Wie lange funktioniert ein Sonnenbrunnen? Mit diesem Versuch wollte ich feststellen, wie lange der Flaschenbrunnen läuft.

1. Versuch (25 cm Entfernung): 1 Stunde nach Beginn Experiment abgebrochen
2. Versuch (15 cm Entfernung): 53 Minuten.

 Das Wasser fliest ziemlich lange, aber nicht ewig. Die Luft kann sich nur bis zu einem bestimmten Punkt  ausdehnen. Bei einem geringeren Lampenabstand hört der Brunnen schneller auf zu fließen. Das liegt daran, dass sich die Luft schneller erhitzt, da sie näher an der Lampe ist. Daher hat sie auch früher den Punkt, an dem sie sich maximal ausdehnt, erreicht.

Ich möchte aber, dass der Brunnen später über einen längeren Zeitraum fließt. Mit einem nächsten Versuch wollte ich dann herausfinden, ob nach Abkühlen der Luft in der Flasche der Brunnen bei Erhitzen anschließend wieder funktioniert.

Versuch 5:Verbesserung der Laufdauer des Sonnenbrunnens

Wie ich in Versuch 4 festgestellt habe, läuft der Brunnen nur über etwa 1 Stunde. Ich will aber, dass mein Brunnen später über einen längeren Zeitraum fließt. Mit diesem Versuch wollte ich feststellen, ob man, wenn das Wasser nicht mehr fließt, weil sich die Luft nicht mehr weiter ausdehnen kann, die Luft abkühlen kann und so Luft durch den Strohhalm in die Flasche kommt. Dies bewies sich als richtig. Dieser Vorgang passiert, weil sich die Moleküle in der Luft, wenn sie sich abkühlen, auch wieder weniger bewegen und so weniger Raum brauchen. Dadurch entsteht in der Flasche ein Unterdruck, der die Luft durch das Glasrohr in die Flasche saugt.

Versuch 6: Stärke des Ausstroms in Abhängigkeit von der Zeit

Abb. 4: Vorrichtung, um den Ausstrohm in Abhängigkeit von der Zeit zu messen

Mit diesem Versuch 6 wollte ich herausfinden, wie viel Wasser jeweils in 10 Sekunden heraus fließt, also wie schnell sich die Luft ausdehnen kann. Die Luft dehnt sich am Anfang relativ schnell aus. Später kann sich die Luft nicht mehr so weit ausdehnen. Daher fließt nicht mehr so viel Wasser aus der Flasche.

 

Abb. 5: Der Ausstrohm des Sonnenbrunnens in Abhängigkeit von der Zeit

Versuch 7: Der Flaschenbrunnen als offenes System

 Schließlich habe ich ausprobiert, ob der Brunnen auch in der Natur funktioniert, also wenn das Wasser nicht mehr in der Flasche ist, sondern im Boden bzw. im Versuch in einem Aquarium.

 Dabei trat aber das Problem auf, dass das Wasser nicht nur durch das Glasröhrchen ausweichen kann, sondern auch dadurch, das es den Füllstand im Aquarium erhöht. Meine Lösung war, dass das Flaschenende, welches aufgeschnitten ist, genau zwischen zwei wasserundurchlässigen Schichten im Boden platziert wird. Um diese Idee zu testen, habe ich ein kleines Modell davon gebaut (Abb. 6). Tatsächlich trat nach einiger Zeit Wasser aus dem Röhrchen aus.

 

Abb. 6: Modell eines Brunnens, der das Wasser aus dem Raum zwischen 2 Sperrschichten bezieht.

Entwicklung eines Verfahrens zur Früherkennung von Pflanzenschädigungen über Chlorophyllfluoreszenzmessung

Ein Projekt von Lisa Schowe 

Momentan absolviere ich mein Abitur am Johann-Conrad-Schlaun Gymnasium. Die Realisierung des hier beschriebenen Projektes plane ich für die Zeit nach dem Abitur.

Bereits in den letzten zwei Jahren habe ich gemeinsam mit Anja Massolle, Schülerin des Hans-Böckler-Berufskollegs, an einer Vorstufe dieses Projektes gearbeitet. Die gemeinsame Arbeit wurde mehrfach auf nationaler und internationaler Ebene des Wettbewerbs „Jugend forscht“ prämiert.

Kurzbeschreibung

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines portablen Messgerätes zur Quantifizierung der Photosyntheserate über die Messung von Chlorophyllfluoreszenz, um so eine Früherkennung von Pflanzenschädigungen noch vor der sichtbaren Ausprägung von Krankheitssymptomen zu ermöglichen.

Projektpräsentation

Zielsetzung

Angesichts wachsender Weltbevölkerung und drohender Nahrungsknappheit kommt der Landwirtschaft zunehmend mehr Bedeutung zu. Vor allem durch Ertragssteigerungen konnte in den vergangenen Jahren eine deutliche Produktivitätssteigerung der Anbauflächen erreicht werden. Möglich wurde das erst durch den Einsatz verschiedener Pflanzenschutzmaßnahmen. Aufgrund schwer einzuschätzender Langzeitfolgen für das Ökosystem und möglicher Gesundheitsrisiken für den Menschen sehen sich allerdings gerade Maßnahmen wie die Genmanipulation von Nutzpflanzen oder der Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel (z.B. Pestizide) zunehmend gesellschaftlicher Kritik ausgesetzt.

Mein Ziel ist es, den Einsatz dieser großflächigen Präventivmaßnahmen durch ein Frühwarnsystem einzuschränken. Wäre man in der Lage, Schädigungen der Pflanzen zu einem sehr frühen Zeitpunkt zu erkennen, bliebe ausreichend Zeit für gezielte Maßnahmen, die ursachenorientiert wirken.

Theoretischer Hintergrund

Intakte Pflanzen betreiben Photosynthese. Dabei wird Lichtenergie in chemische Energie umgesetzt. Liegt infolge erhöhten Stresses oder einer Schädigung eine Einschränkung der Photosynthese vor, kann nicht die gesamte absorbierte Lichtenergie photosynthetisch genutzt werden. Der Energieüberschuss wird unter anderem durch die Emission roter Chlorophyllfluoreszenz ausgeglichen.

Chlorophyll ist das grüne Blattpigment, das auch für die grüne Färbung der Blätter verantwortlich ist. Chlorophyll gehört zu den fluoreszierenden Verbindungen, d.h. Chlorophyll ist in der Lage, bei Absorption von Licht längerwelliges (energieärmeres) rotes Licht zu emittieren. Diese Fluoreszenz ist beispielsweise unter UV-Licht zu beobachten (Abb. 1).

Abb. 1: Fluoreszenz einer Rohchlorophylllösung unter UV-Licht

Da in vivo Photosynthese und Chlorophyllfluoreszenz konkurrieren, stellt die Chlorophyllfluoreszenz eine wichtige Größe bei der nicht-invasiven Messung photosynthetischer Vorgänge dar. Durch Messung der Fluoreszenz können Rückschlüsse auf die Photosyntheseaktivität - und somit auf die Stressbelastung einer Pflanze - gezogen werden. Vereinfacht lässt sich sagen, dass eine erhöhte Fluoreszenz auf eine geringe Photosyntheserate  hindeutet. Tatsächlich sind die Zusammenhänge noch etwas komplexer. Durch die zusätzliche Erfassung weiterer Größen wird es allerdings möglich, die Fluoreszenz als Maß für die Photosyntheseaktivität zu nutzen.

Ausblick

Ich plane die Entwicklung eines portablen Messgerätes, welches eine Quantifizierung der Photosyntheseaktivität durch Chlorophyllfluoreszenzmessung ermöglichen soll.

Ein solches Gerät wäre nicht nur für die Anwendung in der Landwirtschaft zur Früherkennung von Pflanzenschädigungen von Interesse, sondern würde auch einen Ausgangspunkt für weitergehende Forschung an Pflanzen bieten. So könnte zum Beispiel im Labormaßstab durch Simulation von Klimaveränderungen der Einfluss verschiedener Faktoren auf den pflanzlichen Organismus und die damit verbundene Reaktion von Pflanzen auf verschiedene Stressoren genauer untersucht werden.

In der Vergangenheit wurde das Verfahren der Chlorophyllfluoreszenzanalyse zunächst im Rahmen einer „Jugend forscht“-Arbeit allgemein erprobt und verschiedene Aufbauten entwickelt, um die Fluoreszenz in vivo anregen, messen und auswerten zu können. Dabei wurden auch unterschiedliche Einsatzgebiete des Verfahrens getestet. Es konnten beispielsweise Schädigungen bereits nach zwei Tagen detektiert werden, die selbst nach zwei Wochen noch zu keiner sichtbaren Veränderung der Pflanzen geführt haben. Zuletzt wurden auch erste Prototypen eines portablen Messgerätes entwickelt (Abb. 2).

Abb. 2: Prototyp eines Gerätes zur Analyse der Chlorophyllfluoreszenz

Da die Intensität der Fluoreszenz allerdings unabhängig von der Photosyntheseaktivität auch von einer Reihe anderer Faktoren (z.B. von der Chlorophyllkonzentration oder Schichtdicke) abhängig ist, gilt es, auch diese in die Messung einzubeziehen. Dieser Schritt stellte sich bei den in der Vergangenheit gebauten portablen Geräten als Problem heraus.

Ich möchte künftig ein neues Messprinzip realisieren und erproben, welches eine Analyse der Chlorophyllfluoreszenz unter Einbezug dieser und weiterer Faktoren ermöglichen soll. Bisher stand dabei die Projektplanung im Vordergrund. Es bestehen mittlerweile genaue Vorstellungen und Pläne bezüglich des Aufbaus des Messgerätes. Auch habe ich bereits erste Software zur späteren Analyse der Daten am Computer entwickelt.

Jetzt geht es an die technische Realisierung des von mir geplanten Analysegerätes. Um diese zu ermöglichen, möchte ich mich hiermit um einen KICK-Förderpreis bewerben.

Dem Kugelblitz auf der Spur

Ein Projekt von Silas Denz, Vinoshan Kogulan und Fabian Fastenrath

Kurzbeschreibung

Schon seit der Antike gibt es Überlieferungen von "Feuerbällen", die in freier Natur durch die Luft schwirren. Viele Menschen behaupten, sie hätten schon einmal während eines Gewitters einen dieser "Kugelblitze" gesehen, doch wurde nie bestätigt, ob es dieses Naturphänomen wirklich in dieser Form gibt.

In unserem Projekt wollen wir dem Kugelblitz auf die Spur kommen.

Plasmaball aus einem Streichholz

Projektpräsentation

Um genauer herauszufinden, was es mit dem geheimnisvollen Kugelblitz auf sich hat, führten wir anfangs eher einfache Versuche durch.

Durch Medien erfuhren wir, dass es Forschern aus Israel und Japan gelungen ist mit Hilfe von Mikrowellen wandernde Plasmakuglen über längere Zeit am Leben zu halten. Diese "Kugelblitze" konnten sie unter anderem auch durch Keramik und Glas führen. Demnach fragten wir uns, ob es denn nicht vielleicht auch möglich wäre, in einer handelsüblichen Haushaltsmikrowelle Kugelblitze zu erzeugen. Zwar haben die Mikrowellen der Forscher viel mehr Kraft als die Haushaltsgeräte, dennoch gab es verschiedene Versuche, die sich mit ihr durchführen ließen.

Versuche in der Mikrowelle

In der Mikrowelle konnten wir mit brennenden Streichhölzern und Grafitminen Leuchterscheinungen und Plasmakugeln hervorrufen, die auch mehrere Sekunden lang in einem Becherglas tanzten.

Wir stellten ein brennendes Streichholz in die Mikrowelle, stülpten ein großes Becherglas darüber und starteten sie auf höchster Stufe (650 Watt). Schon nach wenigen Sekunden fängt es an Funken zu sprühen. Daraufhin kommt es oft dazu, dass ein Plasmaball von der brennenden Spitze des Streichholzes aus, senkrecht nach oben steigt und im Becherglas mehrere Sekunden bestehen bleiben kann.

Die Erklärung dafür ist, dass die Mikrowelle, wie man es vielleicht aus dem Haushalt kennt, leitfähige Materialien wie z.B. Alufolie extrem stark erhitzt und an ihnen Blitze entstehen lässt. Aufgrund des Becherglases kommt es nur zur unvollständigen Verbrennung und es wird viel CO freigesetzt. CO ist ein leitender Stoff und wird deshalb von der Mikrowelle enorm stark erhitzt. Ab einer gewissen Temperatur entsteht ein Plasma, was als eine kugelförmige Leuchterscheinung sichtbar wird.

Dieser Versuch ist vergleichbar mit der Situation, dass ein Blitz in einen Baum einschlägt.

Ein ähnliches Verfahren können wir auch bei handelsüblichen Grafitminen für den Druckbleistift erkennen. Dabei wird die Grafitmine an den Enden stark erhitzt und es wird auch wieder ein leitfähiges Gas freigesetzt.

Sogar mit einer Weintraube ist es möglich, in der Mikrowelle Kugelblitze zu erzeugen. Wenn man die Weintraube richtig anschneidet, sodass man zwei Hälften bekommt, die gerade noch so aneinander hängen, können Funkenüberschläge bei laufender Mikrowelle stattfinden und Plasmabälle aufsteigen.

 

 

Kugelblitz aus dem Wasserglas
Kugelblitz im Wärmebild

Kugelblitz aus dem Wasserglas

Da ein Gewitter häufig mit einem Regen verbunden ist, könnte ein Blitz auch ich eine Pfütze einschlagen. Um dieses Szenario nachzustellen, benutzten wir Hochspannung, die wir in einem großen Becherglas entluden.

Der Strom aus der Steckdose reicht alleine natürlich nicht aus um einen Kugelblitz entstehen zu lassen. Wir müssen zunächst die Steckdosenspannung mit einem Trafo auf Hochspannung transformieren. Mit dem in Gleichspannung umgewandelten Strom laden wir dann Kondensatoren auf (5kV; 450µF).

Wenn wir den Hochspannungsschalter betätigen fließt der Strom zu zwei Elktroden im Wasser. Eine Elektrode stellt die Erde dar und befindet sich auf dem Boden des mit Wasser gefüllten Becherglas (5 l), die andere Elektrode ist an der Wasseroberfläche und ist gegen den Rest des Wassers isoliert, aber immernoch nach oben geöffnet. An dieser Stelle gibt es eine Enladung im und auf dem Wasser und ein Feuerball Steigt empor.

Dieser aufsteigende Kugelblitz lebt etwa 0,3 s bis er sich in der Luft auflößt. Ab einer Entladung von 3 kV können kleine Kugelblitze entstehen bei 7 kV hat der Kugelblitz allerdings schon wieder seine Kugelform verloren und zerfällt schnell in der Luft. Nach verschieden Versuchen mit Chemikalien, die für ihre Flammfärbung bekannt sind (Barium, Kalium und Strontium) und Spaktralanalyse konnten wir den Vorgang genau nachvollziehen. Wir stellten fest, dass in einem Teil des Wassers Elektrolyse stattfindet, d. h. Wasser wurde in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Diese Gasmischung ist hochentzündlich und brennt in Form eines Kugelblitzes ab. Die Entstehung der Kugelform ist ähnlich mit der eines Atompilz. Die flammfärbenden Chemikalien färbten auch den Kugelblitz. Es gab rote, grüne, gelbe und oragnene, zum Teil auch bei verwendung der gleichen Chemikalie. Die Chemikalie reagiert aber nicht unbedingt nur in einer Wellenlänge, sodass mal eine kurzwellige (grün) oder eher langwellige (rot) Flammfärbung zu sehen ist. Außerdem besteht die "Feuerkugel" auch wie bei den Versuchen in unserer Mikrowelle aus Plasma. Ein Wärmebild und Wärmemessung zeigt, dass unser Kugelblitz auch sehr heiß ist. Die Temperatur weit über 1000 °C reicht aus um genügend Wasser zu ionisieren.

Diskussion und Ausblick

Wir konnten mit unseren verschiedenen Versuchen erfolgreich viele Leuchterscheinungen erzeugen.
Einige davon kommen den Zeugenberichten von z.B. Seneca, Tesla und Bohr oder aktuell
den Berichten aus Neuruppin über Kugelblitze sehr nahe.
Bei den Mikrowellenversuchen bildet sich jeweils ein Plasma mit organischen Bestandteilen (z.B.
Ruß), wie es auch in der Natur bei Blitzeinschlägen vorkommen könnte. Das Plasmaleuchten lässt
sich in der Mikrowelle über mehrere Sekunden aufrecht erhalten. Allerdings erlischt es sofort,
wenn die Mikrowelle abgeschaltet wird. In der Natur kann es zwar in Begleitung eines Blitzes
ebenfalls Mikrowellenstrahlung geben, aber nur solange der Blitz existiert. So lassen sich also keine
natürlichen Kugelblitze mit Lebensdauern von mehreren Sekunden erklären.
Beim Versuch „Kugelblitz aus dem Wasser“ herrschen Bedingungen, wie sie auch in der Natur
vorkommen: ein Blitz könnte beim Auftreffen auf die Erde eine Pfütze treffen – da die Blitz-Energie
um 10er Potenzen größer ist, könnte auch mehr Wasser reagieren – und eine aus Wasser, Wasserstoff
und Sauerstoff bestehende Plasmakugel erzeugen. Allerdings lag die Lebensdauer der
von uns erzeugten Kugelblitze bei max. 0,4 s, Zeugen berichten aber von mehreren Sekunden.
Auch sollen sich die Kugelblitze meist horizontal und nicht nur aufsteigend bewegt haben.
Aufgrund der Vielzahl an unterschiedlichen Zeugenberichten bzgl. Größe, Lebensdauer, Farbe und Bewegung, die auch in unseren Versuchen variierten, könnte es aber gut sein, dass es nicht nur einen möglichen Entstehungsprozess für das Phänomen Kugelblitz gibt.

Naturwissenschaft im Kindergarten

Ein Projekt von Lisa Schowe

Kurzbeschreibung

Derzeitig erarbeite ich ein Konzept, wie bereits im Vorschulalter kindgerecht an Naturwissenschaften und Technik herangeführt werden könnte. Für die Zukunft plane ich, selbst Kindergärten und Kitas zu besuchen, um dort projektorientiert mit den Kindern zu arbeiten.


Projektpräsentation

Motivation und Zielsetzung

Nicht zuletzt aufgrund der - in Bezug auf die Entwicklung von Jugendlichen - zeitlich ungünstigen Einführung der Naturwissenschaften an weiterführenden Schulen, entwickeln sich diese Fächer für viele Schülerinnen und Schüler leider sehr schnell zu so genannten „Hassfächern“. Die Wenigsten haben die Chance, zu erfahren, was es tatsächlich bedeutet, selbst zu forschen, seiner Neugierde nachzugehen und dabei vielleicht sogar auf überraschende neue Beobachtungen zu stoßen.

In meinen Augen sind allerdings gerade diese persönlichen Erfahrungen von größtem Wert, um eine offene Einstellung gegenüber naturwissenschaftlichen und technischen Themen und Fragestellungen zu schaffen. Aus diesem Grund plane ich, Kindern bereits im Vorschulalter die Möglichkeit zu geben, sich mit diesen Bereichen auseinanderzusetzen. Durch projektorientierte Arbeit soll eine Atmosphäre geschaffen werden, die es ermöglicht, der in diesem Alter stark ausgeprägten kindlichen Neugier gerecht zu werden.

Wie soll das konkret aussehen?

Den Kindern soll die Möglichkeit gegeben werden, ihrer natürlichen Neugier nachzugehen und beim spielerischen Experimentieren selbst Antworten auf verschiedene Alltagsphänomene zu finden.

Um eine jahreszeitliche Unabhängigkeit zu erreichen, sollen dabei vor allem Aspekte der unbelebten Umwelt im Vordergrund stehen. Während gerade bei biologischen Themen (die später vermehrt im Sachkundeunterricht der Grundschule aufgegriffen werden) oftmals nur die Rolle des Beobachters eingenommen wird, soll hier stattdessen das aktive Schaffen der Kinder im Vordergrund stehen.

Ab Sommer 2009 möchte ich verschiedene Kindertageseinrichtungen in Münster besuchen. So sollen entweder feste „Forschertage“ im Wochenplan oder in regelmäßigen Abständen stattfindende Projektwochen etabliert werden.

Die einzelnen Experimentiereinheiten sollen jeweils ein den Kindern aus ihrem täglichen Leben bekanntes Alltagsphänomen behandeln. Um die Kinder nicht zu überfordern und die Konzentration während des Experimentierens halten zu können, sollte eine Einheit nicht mehr als etwa eine halbe Stunde in Anspruch nehmen. Auch sollte eine Gruppengröße von 5 bis 6 Kindern nicht überschritten werden, da sonst eine individuelle Betreuung der Kinder nicht zu ermöglichen ist. Die Teilnahme an den einzelnen Einheiten ist selbstverständlich freiwillig.

Die Zusammenstellung der einzelnen Experimente soll nicht zufällig erfolgen. Die Versuche müssen für die Kinder vollkommen ungefährlich und selbstständig durchzuführen sein. Um Misserfolge und Enttäuschung zu vermeiden, sollten sie zuvor gut erprobt und ein Gelingen abgesichert sein. Durch einen gegebenen Alltagsbezug soll das Interesse der Kinder gewonnen werden. Desweiteren ist zu beachten, dass die verwendeten Materialien preiswert und leicht erhältlich sind, um beispielsweise eine Wiederholung der Versuche zu Hause oder zu einem späteren Zeitpunkt in der Kindertageseinrichtung zu ermöglichen.

Den neben dem spielerischen Experimentieren wohl wichtigsten Punkt stellt eine kindgerechte Deutung der beobachteten Phänomene dar. Keinesfalls soll der Eindruck von Zauberei oder Magie vermittelt werden. Der Ausgang eines Experiments soll als erklär- und kalkulierbar, nicht als willkürlich wahrgenommen werden. Ein aufzeigen erkennbarer Zusammenhänge soll das Lernen in Kausalbeziehungen (wenn…, dann…) zu ermöglichen. Zusätzlich kann durch die Deutung eines Phänomens auch die Erinnerungsfähigkeit unterstützt werden. Die einzelnen Versuche bleiben länger präsent.


Ausblick

Zusätzlich zu meinen eigenen Besuchen in verschiedenen Einrichtungen soll eine Materialsammlung mit Anleitungen für verschiedene Experimente, sowie zusätzlichen Hintergrundinformationen und kleinen Alltagsgeschichten, in denen die Experimente eingebettet werden können, erstellt werden. Diese könnte zum Beispiel den Kindertageseinrichtungen zur Verfügung gestellt werden, um dort auf längere Sicht auch durch die Erzieherinnen und Erzieher betreute Forscherwerkstätten zu ermöglichen.

Zusätzlich wäre auch der Aufbau eines lokalen Netzwerkes in Münster denkbar, um so eine Basis zum Ideen-, Erfahrungs- und Meinungsaustausch aller Beteiligten zu schaffen. Vielleicht ließen sich auch Kooperationen mit anderen Organisationen und Stiftungen schließen, wie z.B. mit dem „Haus der kleinen Forscher“, einer bundesweit agierenden Stiftung, die über lokale Netzwerke organisiert wird.

Neben der bereits laufenden Zusammenstellung und Aufbereitung verschiedener Experimente müssen vor dem Projektstart im Spätsommer 2009 auch einige Materialien für die eigentliche Versuchsdurchführung beschafft werden. Teil meines Konzeptes ist es zwar, die Experimentierkosten so gering wie möglich zu halten, dennoch würde ich mich sehr über die Unterstützung durch einen KICK-Förderpreis freuen.