Über uns

Das Projekt NZONE: Visualisierung des Nanokosmos Wissenschaftsvermittlung von Plasmonenresonanzen durch Beobachtungen, Analogie- und Relationsbildung.

Projektpartner:

Team NZONE neben der ersten Ausbaustufe der digitalen/analogen multimodalen Lernumgebung. Das interdisziplinäre Projekt bestehend aus den Projektpartnern (hintere Reihe) Sierk Schmalzriedt (Kommunikationsdesign), Manuela Niethammer (Didaktik der Chemie) und Tobias A.F. König (Physikalische Chemie/King’s Lab). In der vorderen Reihe befindet sich der Doktorand aus der Didaktik Tino Kühne, Staatsexamensstudenten Anna Engelmann und Robert Gieske sowie die Doktorandin aus der Arbeitsgruppe König Olha Aftenieva.

In dem von der VolkswagenStiftung , dem Leibniz-Institut für Polymerforschung (IPF) Dresden e. V. und der Technischen Universität (TU) Dresden geförderten Projekt werden Konzepte und Prototypen für eine multimodale Lernumgebung zur Vermittlung von photochemischen Elementarprozessen entwickelt. In dieser interdisziplinären Zusammenarbeit konzentrieren wir uns auf einen Energietransferprozess bei metallischen Nanopartikeln, die sogenannten Partikelplasmonen oder lokalisierte Oberflächenplasmonen . 

Eine Plasmonenresonanz bei metallischen Nanopartikeln tritt dann auf, wenn das sichtbare Licht mit den freien Elektronen wechselwirken kann und diese zu einer Schwingung anregt. Für die Erarbeitung von Kommunikations- bzw. Vermittlungskonzepten dieser Plasmonenresonanz ist es entscheidend zum einen die Zielgruppe der Schülerinnen und Schüler zu analysieren, um zu verstehen wie sie sich dieses Wissen aneignen, verarbeiten und kommunizieren, und zum anderen die für das Thema verstehensrelevanten Inhalte zu analysieren und zu strukturieren. Auf dieser Grundlage konnten mögliche Lernzugänge und –wege antizipiert und eine adaptive, multimodale Lernumgebung entwickelt werden. Zugänge zur Auseinandersetzung mit dem Thema sind zum Beispiel möglich, indem Phänomene hinterfragt und begründet werden, neue Modellvorstellungen zum Aufbau der Stoffe präsentiert werden, die zum anwendungsbezogenen Weiterdenken auffordern, oder indem technische Anwendungsfelder problematisiert werden. Diese Lernwege und Leitideen werden systematisch charakterisiert und eine lernunterstützende Umgebung prototypisch entwickelt. Diese wurde zum einen in Form eines Science Day (Projektlernen) inszeniert, an dem Schülerinnen und Schüler der 11.und 12. Klassen mit einer Problemstellung konfrontiert werden, die sie bewältigen müssen. Hierfür können sie die verschiedenen Lernwege gehen, dafür bereitgestellte erkenntnisunterstützende Mittel nutzen, aber auch andere – vor allem online bereitgestellte – Medien/Materialien erkunden und einbringen. Zum anderen werden alle Konzepte und Bausteine in der Wissenschaftsplattform NZONE integriert. Diese dient der Kommunikation der Inhalte mit allen Vertreterinnen und Vertretern der Gesellschaft.

Unser Anspruch ist es das Lernen auf seine ursprüngliche Form zurückzuführen und an bedeutungsvolle Tätigkeiten der Lernenden, wie Erkenntnisgewinnung oder nachhaltige Gestaltung der Wirklichkeit, zu binden. Potenzielle aktivierende Fragen könnten sein: Warum kann ich mit Licht rechnen (siehe hierzu Freigeist-Projekt König)? Wie sehen die Rechner der Zukunft aus? Wie lässt sich rechnen mit Licht mit neuen optischen Materialien umsetzen? Was passiert, wenn Nanoteilchen im Spiel sind? Echte Forschungsinhalte verlassen so die sterile, theoretische Welt der Institutsschreibtische und Labore. Folgende Arbeiten wurden in der Projektphase zwischen Januar und September 2019 erreicht:

Zusammenarbeit der Fachbereiche

1.             Kreative Leitidee. Wir verstehen Lernen als Abenteuer. Hierfür steht NZONE. NZONE ist eine Learning-Plattform, auf der Inhalte und erste Ergebnisse der aktuellen Nanoforschung aufbereitet zur Verfügung gestellt werden. Die NZONE hat das Ziel, dass Anwenderinnen und Anwender verschiedene Frage-/Problemstellungen wählen und bearbeiten können und sich im Kontext dieser Auseinandersetzung neue wissenschaftliche Inhalte erschließen. Über NZONE wird eine Lernumgebung geschaffen, die Nutzerinnen und Nutzern die Beobachtung und Erkundung von Phänomenen ermöglicht. Hierzu werden analoge und digitale Medien als erkenntnisunterstützende Mittel zur Verfügung gestellt. Die Lernwege sind nicht vorgegeben und starr, sondern flexibel gestaltbar. Ganz individuell nach eigenen Interessenschwerpunkten können Nutzer auf unterschiedliche Weise eintauchen. Jeder Login wird zur eigenen Lernreise, zum eigenen Abenteuer. In der NZONE selbst wird so von allen aktiven Anwendern auch ein Wissensnetzwerk geflochten, das ständig in Bewegung, nie gleich ist und worüber immer mehr als ein Weg zum nächsten Schritt möglich ist. 

2.             Ausdifferenzierung des multimodalen Ansatzes in drei Lernwege. Der Zugang zum Thema kann über Phänomene, Modelle oder Anwendungen motiviert werden. Diese Zugänge wurden exemplarisch, konzeptionell untersetzt und in den Science Day sowie die NZONE integriert. Sie regen dazu an, faszinierende Phänomene zu hinterfragen, abstrakte Modellvorstellungen zu Erklärung derselben zu entwickeln und neuartige Anwendungsfelder zu eruieren. 

3.             Zielgruppenanalyse. Grundlage für die Wissenschaftsvermittlung an Schulen bildet unser Gespräch mit Schülern an dem Martin-Andersen-Nexö-Gymnasium Dresden sowie die Identifikation der Lerntypen und potenzieller Lernwege.

4.             Prototypische Umsetzungen des multimodalen Ansatzes. Es wurde ein adaptives, problemorientiertes Lernprojekt entwickelt und erprobt. Die dafür nötigen erkenntnisunterstützenden Lehr-Lern-Mittel (Experimente, Animationen, Videos usw.) wurden erarbeitet, wobei verschiedene Umsetzungsstufen bislang erreicht wurden. Eine animierte Infografik vermittelt z. B. die Interaktion von Lichtwelle und Elektronen im Valenzband von Gold (https://nzone.info/gold-gegenwelle). In einer interaktiven Infografik können Anwender auf einem Touchscreen mit unterschiedlich großen Goldnanopartikel Fenstersegmente einfärben und weiterführende grafisch aufbereitete Hintergrundinformationen ansteuern. Der Touchscreen wurde bei der Langen Nacht der Wissenschaft in Dresden ausgestellt. (https://nzone.info/interaktion-nanofenster)

5.             Identität und Kommunikation. Entwicklung von Name, Logo und der Aufbau unseres Weblogs. Auf der Website www.nzone.info präsentieren wir die Entwicklung des Projekts.

In dieser Projektphase konnten wir durch unsere interdisziplinäre Zusammenarbeit die Identität der Wissenschaftsvermittlung aufbauen, wozu auch die Entwicklung mehrere Prototypen gehört. Ein integraler Bestandteil dabei ist, dass die Zielgruppe selbst an der wissenschaftlichen Arbeit beteiligt war. Das Projekt wurde von der Schülerin Antonia Meyer durch eine wissenschaftliche Jahresarbeit, Besonderen Lernleistung und der Teilnahme bei Jugend Forscht (3 Platz in der Chemie) erfolgreich begleitet. Antonia Meyer studiert seit dem Wintersemester 2019 Nanotechnologie an der TU Bergakademie Freiberg. 

In der Didaktik der Chemie wurde ein Lernkonzept erarbeitet, erprobt und evaluiert. In diesem Konzept werden Lernende der 11. bzw. 12. Klasse über verschiedene Lernzugänge motiviert das Thema zu erschließen, wobei die Phänomene mit Modellvorstellungen zur Erklärung derselben, die über das Schulwissen hinausgehen, sowie mit innovativen Anwendungen verknüpft werden. Es sind folgende wissenschaftlichen Arbeiten entstanden bzw. sie entstehen gegenwärtig: Tino Kühne, Dissertation zu den Potenzialen von analogen und digitalen Medien an außerschulischen Lernorten sowie eine Staatsexamensarbeit zur sachlogischen Analyse und Strukturierung der verstehensrelevanten Inhalte (Robert Gieske) und eine Staatsexamensarbeit zur Gestaltung von Lehr-Lern-Settings, die adaptiv für die Unterstützung individualisierter Lernwege sind (Anna Engelmann) . 

Das interdisziplinäre Team um den Kommunikationsdesigner Sierk Schmalzriedt (Ansprechperson) – Dr. Johannes Riesterer (Mathematik und Software), Sandra Walzer (Storytelling), Chiharu Schmalzriedt (Kunst und Inszenierung), Christian Nold (Musik, Tontechnik und Sounddesign) – entwickelte die Identität der NZONE sowie drei Prototypen um die Möglichkeiten einer multimodalen Lernumgebung zu explorieren.

Gegenwertig arbeiten wir an einem Folgeprojekt. Das Ziel für die Fortführung des Projektes ist die Gestaltung einer autarken multimodalen Lernumgebung auf Basis didaktischer Lernkonzepte.