Goethe-Schülerlabor Physik, finanziert durch
die gemeinnützige STIFTUNG GIERSCH

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   Das Angebot
 
Das Goethe-Schülerlabor Physik ist ein Service-Angebot an Schulen aller Art der Region Frankfurt und darüber hinaus. Hier können Schulklassen anknüpfend an den Physikunterricht selbstständig experimentieren. Dabei wird u.a. auch mit dem Computer gemessen und zur Vertiefung des Verständnisses Simulationen durchgeführt. Inhaltlich wird an Schulwissen angeknüpft und dieses erweitert.
Die die Klassen begleitenden Lehrkräfte sowie die betreuenden Studierenden bekommen so auch Anregungen für den eigenen Unterricht. Studierende haben zudem die Möglichkeit, Erfahrungen im Umgang mit Schülern zu sammeln.
Das Goethe-Schülerlabor Physik wird vom Institut für Didaktik der Physik unter der Leitung von Prof. Dr. Thomas Wilhelm betrieben und finanziert durch die gemeinnützige STIFTUNG GIERSCH (7/2018 - 6/2022). Möglich wurde es durch eine Anschubfinanzierung durch die Adolf Messer Stiftung (9/2013 - 6/2018). Die Organisation liegt bei Jannis Weber, weber@physik.uni-frankfurt.de, Tel. 069/798-46452.

Seit 7/2019 fördert die STIFTUNG GIERSCH auch das Schülerlabor "Radioaktivität und Strahlung", das nun zum "Goethe-Schülerlabor Physik" gehört. Auch das hessische Kultusministerium unterstützt dies durch eine Teilabordnung. Die Organisation liegt bei Simon Cerny, simon.cerny@grb-online.net.
Die Experimente und die Ausstattung des Schülerlabors "Radioaktivität und Strahlung" wurden gestiftet vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt (Betrieb dort von 2003 bis 2015). Von Beginn an wurde es vom Hessischen Kultusministerum unterstützt und seit 2019 von der STIFTUNG GIERSCH gefördert.

Insgesamt wird das "Goethe-Schülerlabor Physik, finanziert durch die gemeinnützige STIFTUNG GIERSCH" von ca. 4.500 Schüler und Schülerinnen im Jahr besucht.

Angebotene Themen (Organisation Jannis Weber):

1. Schülerlabor „Magnetismus“ (Grundschule)
2. Schülerlabor „Auge“ (Sek. I)
3. Schülerlabor „Totalreflexion“ (Sek. I)
4. Schülerlabor „Einführung Mechanik“ (Sek. I)
5. Schülerlabor „Elektromobilität“ (Sek. I+II)
6. Schülerlabor „Kriminalistik“ (Ende Sek. I)
7. Schülerlabor „Biomechanik“ (E-Phase)
8. Schülerlabor „Dynamik“ (E-Phase)
9. Schülerlabor „Spiegel“ (Grundschule)
10. Schülerlabor „Geoelektrik“ (Sek. I)
und ca. ein Dutzend weitere Themen.

Schülerlabore zur Radioaktivität (Organisation StD a.D. Dr. Axel Gruppe):
1. BASIC-Labor
2. EXPERT-Labor

  

   Schülerlabor „Grundverständnis Magnetismus (ab Grundschule)“
  
1.  Schülerlabor „Grundverständnis Magnetismus“

Ablauf: Die Schüler bekommen zuerst einige Grundphänomene gezeigt (Magnete ziehen sich an und stoßen sich ab) sowie ein Erklärungsmodell vorgestellt („Eisen-Magnet-Modell“). In vielen kleinen Stationen können die Schüler das dann nachentdecken.
Inhalt: Magnetische Phänomene und das Eisen-Magnet-Modell zur Erklärung
Voraussetzungen: Ab Jahrgangsstufe 3. Obwohl für die Jahrgangstufe 4 konzipiert, ist es auch in den Jahrgangsstufen 3, 5 und 6 einsetzbar.

  

   Schülerlabor „Auge“
  
2.  Schülerlabor „Auge“

Ablauf: In mehreren Stationen lernen die Schüler in vielen Experimenten vieles über das Auge (Aufbau, Pupillengröße, Akkommodation, Strahlengänge, Fehlsichtigkeit, blinder Fleck etc.).
Inhalt: Biologisches, Physikalisches und Physiologisches zum Auge
Voraussetzungen: Die Grundlagen der Strahlenoptik (Lichtausbreitung, Brechung, Sammellinsen) sollten bereits behandelt sein, das Auge sollte noch nicht behandelt sein.

  

   Schülerlabor „Totalreflexion“
3. Schülerlabor „Totalreflexion“

Ablauf: Nach einer Wiederholung des Phänomens lernen die Schüler in Experimenten viele verschiedene technische Anwendungen der Totalreflexion kennen, wobei Simulationen zum Verständnis helfen.
Inhalt: Totalreflexion von Lichtstrahlen und Technik
Voraussetzungen: Die Grundlagen der Strahlenoptik (Lichtausbreitung, Reflexion, Brechung) sollten bereits behandelt sein, die Totalreflexion muss nicht bekannt sein.

  
    Schülerlabor „Videoanalyse zweidimensionaler Bewegungen“
 
4.  Schülerlabor „Videoanalyse zweidimensionaler Bewegungen“ zur Einführung in die Mechanik

Ablauf: Schüler filmen die Bewegung von Spielzeug (Lego-Eisenbahn, Carrera-Bahn, Darda-Bahn, Schiffschaukel) und werten diese qualitativ mit dem Videoanalyseprogramm measure dynamics aus.
Inhalt: Qualitatives Verständnis der Geschwindigkeit und Beschleunigung als gerichtete Größen, Videoanalyse
Voraussetzungen: Keine. Das Schülerlabor ist so konzipiert, dass es als Einstige in die Mechanik in Jahrgangsstufe 7 oder 8 verwendet werden kann.

  
   Schülerlabor „Elektromobilität“
 
5.  Schülerlabor „Elektromobilität“

Ablauf: Es wird die Funktionsweise der haushaltsüblichen Stromwendermotore und der Drehstrom-Synchronmotore von Elektroautos in Experimenten und Simulationen kennengelernt und ein Stromwendermotor gebaut (Basisteil).
Dann sind verschiedene Ergänzungen möglich: 1. Besuch des Schülerlabors Chemie zu Akkutechnologie (Oberstufe) und 2. Besuch des Schülerlabors Soziologie zur Akzeptanz von Elektroautos (Oberstufe), 3. Drehstrom-Asychronmotore (Voraussetzung: Induktion ist behandelt).
Inhalt: Je nach gewählter Alternative
Voraussetzungen: Für den Basisteil und die Ergänzung 4 genügt es zu wissen, dass sich gleichnamige Magnete abstoßen und ungleichnamige anziehen. Ergänzung 3 setzt die Induktion voraus und Ergänzung 5 die Drei-Finger-Regel.

 
   Schülerlabor „Kriminalistik“
 
6.  Schülerlabor „Kriminalistik“

Ablauf: Den Schülern wird ein Kriminalfall „Mord im Museum“ präsentiert, den sie mit Hilfe kriminaltechnischer Untersuchungen lösen sollen. Zum Verständnis der durchzuführenden Untersuchungen müssen sie jeweils zuerst die genutzte Physik in Experimenten und Anleitungen kennenlernen.
Inhalt: Thematisch gibt es einen Querschnitt durch die Physik (Optik, Mechanik, Elektrostatik, Atomphysik, Elektronik), was für Schüler z.T. eine Wiederholung, z.T. ein Vorausblick ist.
Voraussetzungen: Das Schülerlabor wird ab Jahrgangsstufe 9 empfohlen. Es sollte Vorkenntnisse in Optik und Elektrostatik vorhanden sein.

 
   Schülerlabor „Biomechanik“
 
7.  Schülerlabor „Biomechanik“

Ablauf: Mit Hilfe von Videoanalyse, Kraftmessplatte und Beschleunigungssensor nehmen die Schüler Messwerte eigener Bewegungen (Springen, Gehen, Sprinten) auf und werten diese aus.
Inhalt: Kinematik und Dynamik komplexer Bewegungen
Voraussetzungen: Die Kinematik und Dynamik der Oberstufe (E-Phase) sollte bereits behandelt sein. Sie wird hier angewandt und vertieft. Das Schülerlabor wird nur als Ganztagesangebot in Kombination mit der Biologie und der Sportpädagogik angeboten.

 
   Schülerlabor „Dynamik“
 
8.  Schülerlabor „Dynamik“

Ablauf: Mit Hilfe von Videoanalyse oder mathematischer Modellbildung untersuchen die Schüler verschiedene Bewegungen (Fallbewegung mit Luftreibung, Bewegung auf der Fahrbahn, Katapult, Kreisbewegung).
Inhalt: Dynamik von Bewegungen
Voraussetzungen: Die Kinematik und Dynamik der Oberstufe (E-Phase) sollte bereits behandelt sein. Sie wird hier angewandt und vertieft. Das Schülerlabor ist ideal für die zweite Jahreshälfte der E-Phase.

 

   Schülerlabor „Spiegel“
  
9.  Schülerlabor „Spiegel“

Ablauf: Die Schüler lernen sowohl die Eigenschaften des Spiegelnbildes kennen, als auch die Reflexion von Licht am Spiegel.
Inhalt: Spiegelpänomene
Voraussetzungen: Ab Jahrgangsstufe 3. Obwohl für die Jahrgangstufe 4 konzipiert, ist es auch in den Jahrgangsstufen 3, 5 und 6 einsetzbar.

 
   Radioaktivitäts-Schülerlabor „BASIC“
  
A.  Schülerlabor Radioaktivität „BASIC“

Ablauf: Die Schüler führen an neun identischen Experimentiersets diverse Experimente mit einem Geiger-Müller-Zählrohr und einem Ra-226-Strahlerstift durch, wobei eine Differenzierung nach Arbeitstempo, Interesse und Leistungsfähigkeit möglich ist.
Zielgruppe: Jahrgangsstufe 9/10

  

   Radioaktivitäts-Schülerlabor „EXPERT“
  
B.  Schülerlabor Radioaktivität „EXPERT“

Ablauf: Die Schüler erhalten an acht unterschiedlichen, fest installierten Experimentierplätzen einen Einblick in die Vielfalt moderner Nachweistechniken der Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik: Alphaspektroskopie, Halbwertszeit, Beta-Spektrometer, Nachweis und Spektroskopie von Gammastrahlung, Rutherfordstreuung, Gamma-Gamma-Koinzidenz, Atomstrahlexperiment von Otto Stern (im Aufbau).
Zielgruppe: Jahrgangsstufe 9/10

  

  

| Prof. Dr. Thomas Wilhelm, Institut für Didaktik der Physik, Universität Frankfurt, Max-von-Laue-Str. 1, 60438 Frankfurt am Main |
| vorher: Didaktik der Physik, Universität Augsburg |
| ehemals: Lehrstuhl für Physik und ihre Didaktik, Universität Würzburg |