Interaktive Forschungssimulation - Quantum@School

In Österreichs Schulen werden Themen der modernen physikalischen Grundlagenforschung bislang wenig thematisiert. Die Arbeit in der Gruppe Quantennanophysik an der Universität Wien ist zwar bereits in mehreren Schulbüchern in Form von Texten, Grafiken und Formeln vertreten, ein interaktiver Zugang bleibt Schülerinnen und Schülern jedoch weitgehend verwehrt. Aufgrund der hohen Kosten für die eingesetzten Technologien in der experimentellen Quantenphysik sind Schulexperimente für diesen Themenbereich kaum realisierbar. Im Rahmen des hier vorgestellten Projektes soll daher ein aktuelles, weltweit einzigartiges und vom FWF substantiell gefördertes Experiment für Quanteninterferenz mit Molekülen als interaktive Forschungssimulation (InFoS) aufbereitet werden, die sich speziell an Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II richtet. InFoS sind komplexe interaktive Simulationen von real existierenden Experimenten der modernen Grundlagenforschung. Mit ihrer authentischen fotorealistischen Visualisierung und ihrem hohen Grad an Interaktivität dienen sie als Werkzeug für aktives Lernen der Physik des 21. Jahrhunderts. Die Interaktion in InFoS ist an die Möglichkeiten im realen Labor gebunden, dadurch rückt das Erleben näher an die Realität als mit bisherigen Lernressourcen für moderne Physik. Missverständnisse, die oft durch abstrakte Visualisierungen entstehen, sollen vermieden und zugleich ein Eindruck in die Abläufe moderner Wissenschaft gegeben werden. Eine erste InFoS für Studierende wurde bereits entwickelt und wird derzeit mit Studierenden an der Universität evaluiert. Aufbauend auf den entwickelten Technologien soll das Konzept auf den Schulunterricht übertragen werden, um auch Schülerinnen und Schülern ein aktives Erleben von moderner Naturwissenschaft zu ermöglichen. Im Rahmen des Projektes sollen Schülerinnen und Schüler über mehrere Veranstaltungen erreicht werden. Einerseits sollen die entwickelten Medien direkt in den Schulen eingesetzt werden. Andererseits bieten sich auch außerschulische Orte für die Kommunikation mit der breiten Bevölkerung an. Die Teilnahme an Wissenschaftskommunikationsveranstaltungen ist ebenso geplant wie Workshops und Vorträge für Schülerinnen und Schüler an der Universität Wien. Dieses Projekt hat mit InFoS das Potential, moderne Grundlagenforschung einer großen Zahl von Jugendlichen interaktiv zugänglich zu machen.

Quantum@School hat als Wissenschaftskommunikationsprojekt die Forschungsgruppe Quantennanophysik an der Universität Wien begleitet. Dabei sollten insbesondere SchülerInnen an höheren Schulen und Studierende der ersten Semester erreicht und über zentrale Forschungsresultate informiert werden. In Österreichs Schulen werden Themen der modernen Grundlagenforschung oft nur wenig thematisiert. Manche Phänomene der modernen Quantenphysik sind zwar in Schulbüchern in Form von Texten, Grafiken und Formeln vertreten - ein anschaulicher Zugang blieb bislang jedoch weitgehend verwehrt: Aufgrund der hohen Gerätekosten der experimentellen Forschung sind Schulexperimente oft kaum realisierbar. Im Rahmen des Projektes Quantum@School wurde ein an der Universität Wien vom FWF gefördertes Experiment zur Beugung komplexer Moleküle als interaktive Forschungs-simulation (InFoS) aufbereitet. Dieses Experiment ist inzwischen Teil des Schulunterrichts in vielen Ländern der Welt, insbesondere auch im deutschsprachigen Raum. Quantum@School richtete sich im Maß der Komplexität vor allem an SchülerInnen der Sekundarstufe II. Dabei galt es, eine Brücke zu schlagen, zwischen einer motivierenden fotorealistischen Visualisierung, der Ermöglichung vieler komplexer Wechselwirkungen und einer wissenschaftlich korrekten Simulation aller Beobachtungen, die auf allen Flash-kompatiblen Computerplattformen web-basiert funktioniert. Die Wechselwirkungen in Quantum@School sind an die Möglichkeiten im realen Labor gebunden. Dadurch rückt das Erleben näher an die Realität als mit bisherigen Lernressourcen der modernen Physik. Missverständnisse, die oft durch abstrakte Visualisierungen und Vereinfachungen entstehen, werden so vermieden. Eine interaktive Forschungssimulation schafft zugleich eine neuartige Lernplattform und einen authentischen Einblick in die technische Realisierung und die Abfolgen moderner Wissenschaft. Quantum@School kann somit leicht zur Veranschaulichung im Schulunterricht eingebaut werden. Im Rahmen des Projektes wurden viele Tausend Personen in Österreich und Deutschland erreicht. Durch die freie Verfügbarkeit in einer web-basierten Anwendung können die Resultate dieses Projekts zudem dauerhaft und überall in der Welt von SchülerInnen, StudentInnen und der allgemeinen Öffentlichkeit genutzt werden. Zu diesem Zweck wurde die Lernplattform auch zweisprachig, in Deutsch und Englisch implementiert. Die Kombination aus Faktoren konnte viele junge Menschen zur Beschäftigung mit aktueller Forschung motivieren, sie in der Simulation engagiert halten und so spielerisch mit modernen Ergebnissen der Quantenphysik vertraut machen. Quantum@School zeigt, dass interaktive Forschungssimulationen realisierbar sind und ein attraktives neues Lehr- und Lernwerkzeug sein können.