Die folgenden Kurse haben inhaltliche Bezüge zum Berliner Rahmenplan und eignen sich auch als AG an ihrer Schule.
Jeder ist einzigartig und doch sind wir fast alle gleich.
Mit dem RaspberryPi Pico soll in diesem Kurs die Programmiersprache Python (MicroPython) in einem ansprechenden Projekt den Schülern näher gebracht werden.
Es stehen ausreichend RaspberryPi Picos zur Verfügung, sodass in einzelnen Zweiergruppen experimentiert werden kann.
Mit dem RaspberryPi Pico lassen sich verschiedene Projekte realisieren, wie z.B. eine Funkwetterstation(hier abgebildet: Luxmeter-analoger Photoresistor, digitales Piezoresistives Barometer und Temperatursensor-BMP280, digitales kapazitives Hygrometer und Thermistor(NTC)-DHT11, OLED-Display, 433MHz RF-Sender&Empfängermodul).
Der Microprozessor des RaspberryPi Picos (Taktfrequenz 125MHz) kann leicht über Thonny-IDE programmiert werden. Über seine GPIO-Pins (Abkürzung: General Purpose Input/Output) könnnen verschiedene analoge, digitale Sensoren ( drei ADC-Inputs) und Funktionsmodule über verschiedene serielle Kommunikationsprotokolle (SPI(synchron), I2C(synchron), UART(asynchron)) gesteuert werden. Außerdem können als Output durch PWM- fein steuerbar - Spannungen von 0-3,3V zur Ansteuerung von ICs und diskreten Elektronikbauteilen ausgesteuert werden (Funktionsgenerator).
Der RaspberryPi mit PiCamera (8MP) ist ein kostengünstiger Desktop-PC und Server, mit dem sich die Welt von Linux und Python eröffnet.
Die mutualistische Wechselbeziehung zwischen einem Pilz und einer Pflanzenwurzel wird als Mykorrhiza bezeichnet.
Diese Form der Symbiose tritt bei 90% der Landpflanzen auf und ist für die Landwirtschaft von großer Interesse. Die Bedeutung der Mykorrhizapilze wird durch ein oft in der Forschung erwähntes Zitat unterstrichen:
“The study of plants without their mycorrhiza is the study of artefacts. The majority of plants, strictly speaking, do not have roots; they have mycorrhizas.” ( Schüßler et al. 2009).
Die biomolekulare Charakterisierung anhand von genetischen Sequenzvergleichen ist hierbei das Hilfsmittel der Wahl, wofür sich die Region der small subunit (SSU) rDNA eignet.
Dank der Mobilen Elektrophoresekammern und PCR-Thermocycler kann
im Unterricht das biomolekulare Experimentieren gezeigt werden
und für eine Positiv- und Negativkontrolle exemplarisch der PCR-Nachweis
durchgeführt werden.Die Schüler und Schülerinnen lernen auch den
Umgang mit der Eppendorfpipette kennen.
Verleih von Geräten:
Es steht auch ein Set von MiniPCR-Thermocyclern, Eppendorfpipetten und Elektrophoresekammern zum Verleih bereit (Monatl. Leihgebür: 77,00 Euro).
Draußen zu forschen und biomolekulare Experimente durchzuführen verknüpft anschaulich die Theorie mit der Praxis (Kooperation mit der Staatlichen Technikerschule Berlin, 2022).
Anderes Experiment aber gleiche Vorgehensweise: Die aus dem Mastermix zusammen pipettierten Ansätze werden in den Thermocycler gestellt und die Zyklen, bei denen eine exponentielle Vervielfachung der Template-DNA stattfindet, als Simulation am Bildschirm verfolgt.
Die Lernenden führen praktisch eine Agarose-Gelelektrophorese zur Charakterisierung der Basenlängen ihres PCR-Amplifikats durch und lernen nebenbei auch das Prinzip der Elektrophorese kennen.
Mit den mobilen Elektrophoresekammern von MiniPCR und eigenen Einsätzen, die
es erlauben, Papier und Celluloseacetat-Elektrophoresen durchzuführen, ist es
möglich, gefahrlos im Unterrichtsraum elektrophoretische Experimente zu machen.
Das Prinzip der Elektrophorese ist einfach und anschaulich, um den Lernenden zu zeigen,
dass geladene Teilchen im elektrischen Feld von ungleichnamigen Polen angezogen werden.
Außerdem kann verdeutlicht werden, wie sich die Nettoladung einer Brønsted-Säure
oder einer Base -mit einer deprotonierbaren bzw. protonierbaren Gruppe -in Abhängigkeit
vom äßeren pH-Wert ändert.
Umfang: In Absprache mit der Lehrkraft kann im Kurs zunächst
experimentell die Chromatographie und im Anschluss die Elektrophorese angeboten werden.
Der zeitliche Umfang beträgt zwei Doppelstunden für die Chromatographie und
zwei Doppelstunden für das Thema Elektrophorese.
Mittels kleiner Elektrophoresekammern können Papier-Elektrophoretische Trennverfahren durchgeführt werden und anschaulich die Nettoladung der Teilchen demonstriert werden.
Bessere Ergebnisse lassen sich mit Celluloseacetat-Papier erreichen.
Alternativ kann auch eine Gel- oder Kieselgel-Elektrophorese durchgeführt werden. Füer eine Gel-Elektrophorese verwenden wir Agarose und Polyacrylamidgele.
Geladene Teilchen lassen sich in einem elektrischen Feld abhängig von ihrer Mobilität trennen. Gut zu sehen ist schon nach einer 1 Stunde, wie sich die Farbstoffe in ihrer Mobilität unterscheiden.
Die logarithmische Doppelspirale ist ein beeindruckendes Muster
in der heiligen Geometrie.
Ihr Vorkommen in der Natur offenbart eine fundamentale Ordnung, die von der mikroskopischen Ebene
bis in die Weiten des Kosmos reicht.
In der Botanik finden wir sie, wo sich Blätter oder Samen oft abwechselnd um einen Stamm anordnen ( siehe linke Fotos).
Mathematisch wird diese Form durch die Fibonacci-Folge und den Goldenen Schnitt (Phi, φ ≈ 1.618) beschrieben.
Jede einzelne Spirale der Doppelspirale folgt dieser logarithmischen Wachstumssequenz, bei der jedes Glied der Folge die Summe der beiden vorhergehenden ist (0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13…). Der Quotient aufeinanderfolgender Fibonacci-Zahlen nähert sich dem Goldenen Schnitt an. Dieser proportionale "göttliche" Schnitt ist der Schlüssel zur Effizienz und Harmonie dieser Form.
Quelle:
In der Sonnenblume verbirgt sich die Doppelspirale in der Anordnung ihrer Kerne. Betrachtet man das Blüteninnern, erkennt man nicht eine, sondern zwei sich überlagernde Systeme von Spiralarmen. Diese entstehen, weil sich jedes neue Samenkorn in einem bestimmten, festen Winkel zum vorherigen bildet – dem Goldenen Winkel von etwa 137,5 Grad. Dieser Winkel gewährleistet die effizienteste Packung. Zählt man die Spiralen, stellt man Erstaunliches fest: Die Anzahl der Spiralen, die im Uhrzeigersinn verlaufen, und jene, die gegen den Uhrzeigersinn verlaufen, sind immer zwei aufeinanderfolgende Fibonacci-Zahlen. Typischerweise sind es 34 und 55 oder 55 und 89.Quelle:
Auf den ersten Blick erscheint das Blütenköpfchen der Kamille als ein schlichter, weiß-gelber Tupfer in der Wiese. Doch wer genauer hinsieht, entdeckt im gelben, röhrenförmigen Blütenkorb ein Meisterwerk mathematischer Effizienz und natürlicher Schönheit.
In der Kunst, insbesondere in den Kirchenfenstern der Gotik (Quelle:), wird diese natürliche Form aufgegriffen. Die Baumeister sahen in der mathematischen Ordnung der Natur keinen Zufall, sondern die Handschrift des Schöpfers.
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