Mobiles Erlebnislabor: Kristalle – vom Rohstoff zum Hightech

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Mobiles Erlebnislabor: Kristalle – vom Rohstoff zum Hightech-Material
1. Relevanz - Eine Lücke wird geschlossen
Kristalle – bei kaum einem anderen Wort klaffen gängige Vorstellung und wissenschaftliche Tatsache so weit
auseinander. Im Rahmen des vorliegenden Projekts wurden rund 20.000 SchülerInnen im Alter zwischen 6 und 19
Jahren befragt, was sie mit „Kristall“ verbinden. Zu über 99% wurden folgende Begriffe zur Beschreibung benutzt:
teuer – selten – glänzend – durchsichtig – hart – Schmuck – findet man in Höhlen. Diese Klischees treffen jedoch nur
in den seltensten Fällen zu. „Mineral“ wird praktisch ausschließlich mit schönen Steinen assoziiert, die laut gängiger
Meinung nichts Anderes als Sammelobjekte mit keinerlei Bedeutung für den Alltag sind. Tatsächlich besteht nicht
nur die Erdkruste fast gänzlich aus natürlichen Kristallen (=Mineralen), sondern auch wir selbst zu einem großen
Prozentsatz (v.a. Zähne, Knochen) aus Biomineralen. Mit der Zeit haben wir gelernt Rohstoffe abzubauen, Minerale
geschickt einzusetzen und auch künstliche Kristalle herzustellen. Heute begegnen sie uns auf Schritt und Tritt,
unsere moderne Welt wäre ohne sie nicht möglich: auf ihnen basiert unsere moderne Computer- und
Telekomtechnik, Energieerzeugung, Fortbewegung,...
29 Nobelpreise wurden für bahnbrechende Ergebnisse vergeben, die durch Untersuchungen an Kristallen
gewonnen wurden. Dank ihnen konnten wir nicht nur zahlreiche neue Materialien und Technologien entwickeln,
sondern auch die Struktur der DNS, Proteine, Viren,… entschlüsseln, gigantische Fortschritte in der Medizin und
generell im Verständnis unserer Welt machen. Heute wird diesbezüglich an vielen österreichischen
Forschungseinrichtungen internationale Spitzenforschung betrieben. Österreichische Unternehmen gehören zur
Weltspitze in Sachen Förderung und Verarbeitung von mineralischen Rohstoffen oder Entwicklung von Werkstoffen
und neuen Technologien.
Trotz der (künftig noch zunehmenden) Bedeutung in Wirtschaft und Forschung sind Mineralogie und
Kristallographie praktisch vollständig aus den österreichischen Lehrplänen verschwunden. Dadurch sind auch alle
daran angelehnten Studienrichtungen und Berufsbilder (von der Gesteinshüttenkunde bis zur Strukturbiologie)
praktisch unbekannt, trotz der häufig großen Nachfrage in der Wirtschaft. Diese Lücke wird durch das vorliegende
Projekt geschlossen.
2. Das Projekt
Es handelt sich um ein interaktives Erlebnislabor zur Vermittlung der Geo- und Materialwissenschaften, welches
direkt an die Bildungseinrichtungen zur Ergänzung des Regelunterrichts kommt. Das Projekt wurde über mehrere
Jahre entwickelt und in mehreren Teilprojekten zu unterschiedlichen Schwerpunkten realisiert:
•
Seit 2005 werden Teile des Erlebnislabors in wissenschaftlichen Projektstunden in Schulen verwendet
•
Im Rahmen des „Internationalen Jahrs des Planeten Erde“ (UNESCO) wurde das Erlebnislabor 2009 in einen
Roadshow-Truck eingebaut um barrierefreie Wissenschaftsvermittlung im öffentlichen Raum in ganz
Österreich durchzuführen. Als Abschluss der Tour bildete es einen Beitrag zur Langen Nacht der Forschung.
•
2014 bildete das Erlebnislabor den Kern der interaktiven Wanderausstellung zum „Internationalen Jahr der
Kristallographie“ (UNESCO), die durch alle österreichischen Bundesländer tourte.
3. Inhalt und Gliederung
3.1 Interaktive Grundlagenvermittlung
Den Eingang des Erlebnislabors bildet ein interaktiver Bereich, der Grundlagen vermittelt. Er behandelt Allgemeines
zu Aufbau und Eigenschaften von Kristallen sowie Querverweise zu Anwendung und Forschung. Er besteht aus 15
Tafeln (1200 x 980 cm) mit vorgelagert eingebauten Tischen. Auf Tafeln und Tischen befinden sich Erklärungen,
Modelle,
Spiele,
Anschauungsmaterial
und
viele
selbst
durchführbare
Versuche
und
Hands-on-
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Veranschaulichungen. Auf einem Messesystem basierend ist alles einfach und schnell aufstellbar. Elektrische
Geräte sind bereits installiert und müssen nur noch ans Stromnetz angeschlossen werden.
Die Stationen behandeln folgende Themen:
* Was ist ein Kristall, Mineral, Gestein, Biomineral,…?
* Morphologie
* Symmetrie
* Kristallstruktur und -chemie
* Spaltbarkeit und Bruch
* Dichte
* Elektrische Eigenschaften
* Magnetische Eigenschaften * Härte
* Optische Eigenschaften
* Thermische Eigenschaften
* Minerale und Kristalle im täglichen Leben
* Mineralogie in Österreich
* Farbe
3.2 Aktuelle Forschung – konkrete Anwendungen
Der zweite, angewandte Teil des Erlebnislabors behandelt die aktuelle Forschung, konkrete Anwendungen und
Zukunftstrends. Er bietet Displays, Versuche, viele frei liegende Exponate und Hands-on-Veranschaulichungen zum
BEGREIFEN der Materie sowie vier große Vitrinen für empfindlichere Schaustücke. Die Ausstellung fußt auf der
Kooperation mit österreichischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen, die viele ansonst kaum zugängliche
Exponate zur Verfügung stellen. Eine weitere Untergliederung zeigt folgende Schwerpunkte:
•
„Bodenschätze“ – Österreichische Rohstoff-Industrie und -Forschung (und globaler Vergleich)
•
„Von Faustkeil bis Weltraumkeramik“ – Beispiele der Anwendung von Materialien
•
„Proteinkristallographie und Biomineralogie“ – Einsatz in Biologie, Pharmazie und Medizin
•
„Moderne Materialforschung“
•
Übersicht über Studien- und Fortbildungsmöglichkeiten in Österreich
3.3 Workshops und Projektstunden
Ausgehend vom Erlebnislabor selbst werden zudem Workshops und Projektstunden angeboten. Diese sind
räumlich von der Ausstellung entkoppelt. Sie können nicht nur in anderen Klassenzimmern durchgeführt werden,
sondern auch an Schulen, die keine räumlichen oder zeitlichen Ressourcen für die gesamte Ausstellung haben.
Mittel der Projektstunden sind Multimedia-Präsentationen (u.a. mit interaktiven e-teaching Geräten) und
ausgewählte Exponate und Experimente aus dem Erlebnislabor. Die beliebtesten, bereits erprobten Themen:
•
„Die moderne Steinzeit – Minerale und Kristalle im heutigen Alltag“
•
„Katzengold und Silberfisch – Die Namen von Steinen und Tieren“
•
„Archäometrie – Durch Kristalle Rätsel der Geschichte lösen“
•
„Kristalle züchten – Bedeutung und Praxis der Synthese“
•
„Kristalle – Kunstwerke der Natur“
4. Praktische Umsetzbarkeit
Der modulare Aufbau und die hohe Mobilität von Versuchsstationen, Experimenten und Exponaten ermöglichen
es, das Erlebnislabor zugeschnitten auf jeden Schulstandort aufzubauen und auf Schwerpunkte einzugehen. Die
Umsetzung ist für jede Schule und jeden Kindergarten in Österreich möglich – in einer dieser Formen:
•
Das interaktive Erlebnislabor wird für einen gewünschten Zeitraum vollständig in einer Schule installiert.
Größe und Inhalt werden dabei flexibel den jeweiligen Wünschen und Möglichkeiten angepasst. Eine
mehrfache Nutzung, etwa durch Klassen anderer Bildungseinrichtungen (speziell in Schulzentren oder in
Ballungsräumen) und auch durch Schulexterne (Eltern, Geschwister, allgemeines Publikum,…) ist möglich
und bringt zusätzlichen Impakt (z.B. durchgeführt im BRG/BORG St. Pölten, Schulzentrum Frauenkirchen).
•
Bei geringeren räumlichen oder zeitlichen Ressourcen bzw. zur besonderen Vertiefung abseits der
Ausstellung können auch nur ausgewählte Experimente, Visualisierungen und Schaustücke für eine oder
mehrere Projektstunden in die Schule mitgebracht werden. Dies hat sich auch für den regelmäßigen Einsatz
in Volksschul-Forscherklassen (siehe Anhang) und für Kindergärten (die generell keine räumlichen
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Kapazitäten zur längeren Installation haben) sehr gut bewährt. (z.B. VS Brunn am Gebirge, KG Paradisgasse
Wien,…)
•
Installation der Ausstellung in einer öffentlich zugänglichen Einrichtung (Museum, Veranstaltungshalle,…)
mit freiem Zugang für Schulen und Kindergärten. Dies hat sich in der Vergangenheit sehr bewährt, spannt
Brücken zu den kommunalen Einrichtungen und zur allgemeinen Bevölkerung. (z.B. Rathaus Gmunden,
Schloss Spitz,…)
5. Eingesetzte Methoden
Das Erlebnislabor setzt auf höchstmögliche Interaktivität und modernste Techniken. Es zeichnet sich aus durch
eigenständig entwickelte und erprobte interaktive Hands-on-Veranschaulichungen, Experimente zum
Selbermachen, moderne Displays, seltene Exponate, viel Anschauungsmaterial zum BEGREIFEN, Animationen,
Modelle, Projektionen und Einsatz von e-teaching-Geräten. Die Ausstellung ist prinzipiell selbsterklärend und es
gibt eine gratis Begleitbroschüre (auch zur Nachbereitung für LehrerInnen zu verwenden). In der Praxis wurde von
den Schulen überwiegend eine Führung/Anleitung mit gemeinschaftlich durchgeführten Experimenten gewünscht.
6. Interaktivität und persönliche Betreuung
Die Erfahrung zeigt, dass Wissenschaft und Forschung am nachhaltigsten durch den persönlichen Kontakt mit
ForscherInnen vermittelt wird. Das Erlebnislabor setzt daher nicht nur auf individuell, von allen BesucherInnen
durchführbare Experimente, Hands-on-Material, interaktive Aktionen,… sondern auch ganz besonders auf eine
PERSÖNLICHE Betreuung, Führung und Begleitung. Dies hat vier große Vorteile:
•
Der erste liegt in höchstmöglicher Interaktion und Adaption an die jeweiligen Verhältnisse. Kein
Experimentierkoffer, kein Computerprogramm, kein Video,… kann eine Person ersetzen, die INDIVIDUELL
auf die Kinder und Jugendlichen eingehen kann, einer Person mit Expertenwissen, der man nach
Herzenslust Löcher in den Bauch fragen kann und die solange erklärt bis man es auch wirklich verstanden
hat. Eine Person kann das Erlebnis um ein Vielfaches steigern, indem auf die jeweilige HörerInnenschaft
angepasst Spannung aufgebaut wird und in Aha-Effekten kulminiert. Auf individuelle Interessen,
Kenntnisse, Altersanforderungen,… kann optimal eingegangen werden.
•
Der zweite Vorteil liegt im vermittelten Bild: Die ForscherIn steht greifbar vor den HörerInnen. Derart ist
Wissenschaft nicht abstrakt, sondern vermenschlicht, ist nichts Entrücktes an fernen Orten
(„Elfenbeinturm“), sondern physisch greifbar, zu Besuch und offen für Kommunikation. Eine bewusste
„Entvirtualisierung“ des Kontakts hinterlässt gerade in der heutigen Zeit, da man WissenschafterInnen fast
nur aus Fernsehen und Internet kennt, deutlich mehr Eindruck.
•
Ein dritter Vorteil liegt in der Praxisnähe (aus der heraus ganz andere Einblicke gegeben werden können)
und in der Spontaneität. Aktuelle Ereignisse und regionale Bezüge können problemlos eingearbeitet
werden.
•
Der wichtigste Vorteil: Interaktive Displays und Experimente werden vor allem von jenen SchülerInnen
genutzt, welche bereits eine gewisse Affinität für technische Themen mitbringen. Vor allem für Kinder und
Jugendliche aus bildungsfernen Schichten oder mit geringer Affinität zu Technik (z.B. viele rollensozialisierte
Mädchen) oder auch SchülerInnen mit Beeinträchtigungen oder mangelnden Sprachkenntnissen, ist es von
großem Vorteil, wenn individuell auf die Interessen und Kenntnisse eingegangen werden kann und die
große Hemmschwelle zur Forschung und Technik durch den direkten Kontakt auch langfristig abgebaut
wird.
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Die Betreuung erfolgt durch den Antragsteller, der u.a. hierdurch qualifiziert ist:
(Näheres im Lebenslauf im Anhang)
- Doktorat der Naturwissenschaften (Erdwissenschaften), abgeschlossen sub auspiciis Praesidentis
- Forschung als Gast an der Universität Wien
- Vorlesetätigkeit an der Universität Wien (darunter in der Ausbildung für LehramtskandidatInnen) und KinderUni
Wien
- Selbstständiger Wissenschaftskommunikator – u.a.: seit 2003 zahlreiche Projekte mit Schulen und Kindergärten
in allen österreichischen Bundesländern
Im Krankheitsfalle oder bei großem Andrang steht ein eingeschultes Team aus qualifizierten FachkollegInnen bereit.
7. Zugang
Der größte Vorteil dieses Vermittlungswerkzeugs liegt darin, dass es die Forschung ZU den Kindern und
Jugendlichen bringt. Sie müssen nicht in ein entferntes Museum fahren, sondern es kommt zu ihnen. Viele bisherige
Austragungen wurden absichtlich fernab der Metropolen durchgeführt. Dies ermöglicht auch den Zugang für die
Landbevölkerung, auch für niedere soziale Schichten, für SchülerInnen, die nicht die Möglichkeit oder das Geld
haben auf Wien-Woche zu fahren. Durch den betreuten, adaptiven Charakter ist eine optimale Anpassung der
Vermittlung auch für fremdsprachige Kinder oder auch Kinder mit Beeinträchtigung oder Behinderung möglich
(bereits erfolgreich erprobt).
Besonders hervorzuheben ist der generierte Zugang für Mädchen zu Naturwissenschaft, Forschung und Technik,
die aufgrund vorherrschender Sozialisation und Genderstereotypien häufig nicht oder nur wenig in Kontakt mit
dieser Materie kommen. Das vorliegende Projekt eignet sich besonders dazu bereits im frühen Kindesalter Interesse
zu wecken, Barrieren abzubauen und die großen Chancen in MINT-Berufswegen aufzuzeigen.
8. Charakter
Die Ausstellung ist nicht auf kommerziellen Gewinn ausgelegt, Einnahmen dienen der Erhaltung und Fortführung.
Das gesamte Erlebnislabor ist selbstfinanziert. Die Kooperation mit Unternehmen beinhaltet lediglich den
Informationsaustausch und das zur Verfügung stellen von Exponaten. Es besteht somit keine finanzielle
Abhängigkeit von Firmen, was eine völlig objektive Berichterstattung erlaubt – nicht aus bezahlter Werbung,
sondern allein wegen ihrer Leistung, Bedeutung und Relevanz.
9. Ergebnisse
Das Erlebnislabor hat in den vergangenen Jahren eine große Zahl von Kindern und Jugendlichen begeistert.
Zahlreiche Medienbeiträge und Gästebucheintragungen zeugen davon (siehe Auswahl im Anhang). Im Folgenden
eine kurze Auflistung der bisherigen Erfolge:
•
Anzahl der Bundesländer in denen gezeigt:
9
•
Anzahl der Gemeinden in denen gezeigt:
37
•
Unterschiedliche Standorte:
75
•
SchülerInnen und Kindergartenkinder erreicht: ca. 30.000
•
BesucherInnen aus allgemeiner Bevölkerung: ca. 20.000
Die Qualität wurde u.a. durch die Auszeichnung mit dem „Lupe“-Preis bei der Langen Nacht der Forschung 2009
bestätigt: Als Station „Sind Minerale mehr als nur ein schöner Anblick?“ wurde es durch Fachjury und Publikum mit
dem 1. Platz als bester Beitrag in Wien (mit 159 Stationen) ausgezeichnet.
10. Ziel und Ausblick
Aus den vorangegangenen Projekten wurden Unterrichtsmaterialien und Experimente angepasst für jede
Schulstufe entwickelt und es ist erklärtes Ziel auch weiter viele SchülerInnen zu begeistern und das Interesse für
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Forschung und deren Stellenwert zu vermitteln. Die Ausstellung und Experimente werden laufend erweitert und
aktualisiert. Eine Ergänzung um moderne Techniken (QR-Codes, Bluetooth, verlinkte Videos,…), die zur Zeit der
Erstinstallation noch nicht verfügbar waren, ist in Planung.
Weiters ist ein Projekt in Ausarbeitung, welches sich speziell der Ausbildung der Lehrenden widmen soll.
Gemeinsam mit BAKIP-SchülerInnen ist geplant Teile des Erlebnislabors speziell für den Einsatz in der
Kleinkindpädagogik zu adaptieren. Dabei lernen die SchülerInnen nicht nur selbst die Faszination der Erforschung
und Anwendung der Materialien kennen, sondern erarbeiten auch gemeinsam mit ForscherInnen und
MuseumspädagogInnen didaktisch-pädagogische Konzepte, um schon die Kleinsten für Naturwissenschaft und
Forschung zu begeistern.
11. Anhang: Zusammenarbeit mit österreichischen Unternehmen und Forschungseinrichtungen
Das Projekt zeichnet sich durch sehr intensive Kooperation mit Wirtschaft und Forschung aus um die aktuellsten
Themen aufzugreifen, Exponate und Veranschaulichungen zu entwickeln und einen Überblick über die
österreichische Wirtschaft und Forschungslandschaft zu geben. Der Kontakt reicht über die klassischen Methoden
des wissenschaftlichen Austauschs (Überblick über die aktuelle Literatur, Mitgliedschaften in wissenschaftlichen
Gesellschaften, Teilnahme an Tagungen) hinaus: Es gibt regelmäßige Treffen, persönlichen Austausch und aktive
Informationsbeschaffung sowohl mit den relevanten Forschungsgruppen an den österreichischen Universitäten als
auch Wirtschaftsunternehmen und kommerziellen Forschungseinrichtungen.
Bisherige Partner aus der Wirtschaft umfassen:
AIT, AMAG AUSTRIA METALL, ANTON PAAR, ASPANGER BERGBAU UND MINERALWERKE, BAUKONTOR GAADEN,
BEKRA, BENDA LUTZ-WERKE, BOSCH, BRAUUNION, BRUKER, CERAMTEC, DLR, ECM ENGINEERED CERAMIC
MATERIALS, EUROPERL, EUROQUARZ, GOSAUER SCHLEIFSTEINBRUCH, GREIN TEC, HERAEUS, HÄUSLER, HEAD,
HENKEL, HERAKLITH, HOFFMANN MINERAL, ISOVOLTA, KAMIG, KÄRTNER MONTANINDUSTRIE, KEIMFARBEN
AUSTRIA, KNAUF, KYOCERA, LEICA, MANUFAKTUR AUGARTEN, MAUKNER, MC AEORSPACE, MEDISCAN, MÜNZE
ÖSTERREICH, NESMUK, OMYA, ÖSTERREICHISCHER EMAIL-VERBAND, PANALYTICAL, PHILIPS, PORSCHE,
POSCHACHER, QUARZWERKE ÖSTERREICH, RADO, RIGIPS AUSTRIA, RIESS, NAINTSCH MINERALWERKE, RHI,
SALINEN AUSTRIA, SIGNITY, SONAX, SONY, SWAROVSKY, TALCUS, TIGER, THERMAX, TREIBACHER INDUSTRIE AG,
TYROLIT, VA-ERZBERG, VETROPACK, VITA, WIENERBERGER, WOLFRAM BERGBAU MITTERSILL, XELLA, ZEISS, ZEOTECH.
Kooperationen mit Forschungseinrichtungen, Museen, wissenschaftlichen Gesellschaften:
Universität Wien, Universität Graz, TU Graz, TU Wien, BOKU Wien, Montanuniversität Leoben, Universität Linz,
Universität Innsbruck, Universität Salzburg, Naturhistorisches Museum Wien, Geologische Bundesanstalt, AIT,
Kunsthistorisches Museum Wien, Bundesdenkmalamt, Technisches Museum Wien sowie mehreren kleinen
Museen, Österreichische Mineralogische Gesellschaft, Österreichische Geologische Gesellschaft, Österreichische
Gemmologische Gesellschaft, Österreichische Paläontologische Gesellschaft, Deutsche Gesellschaft für
Kristallographie, Deutsche Mineralogische Gesellschaft, European Geosciences Union, Earth Science Matters
Foundation, International Union of Crystallography u.a.
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