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Photo: Universität Paderborn

Workshops:

Computer als Denkzeug

Jeder von uns nutzt jeden Tag Computer, ob er will oder nicht. Wir kommunizieren mit Hilfe von Computern, wir nutzen sie zum Spielen, zum Nachschlagen in Lexika, wir hören Musik mit unserem Handy, auch ein kleiner Computer, und nutzen den selben kleinen Computer, um unsere Freunde anzurufen. All diese Computer werden immer intelligenter! Sie lösen komplexeste mathematische Gleichungen, spielen besser Schach als die menschlichen Schachweltmeister, erkennen die Musik, die gerade im Radio läuft, leiten uns zielsicher um Staus und Baustellen und nehmen uns so manche Denkarbeit ab. Wer muss heute schon noch Kopfrechnen? Taschenrechner gibt's ja sogar schon als Werbegeschenke. Wer muss sich noch Termine merken? Unser Handy kennt sie, und wenn für den Rückweg vom Termin Regen angekündigt ist, dann warnt es uns sogar vor und empfiehlt gleich, einen Regenschirm mitzunehmen. Da ist es doch nur logisch, dass uns die Computer das Denken bald ganz abnehmen... oder doch nicht?

Um eine Antwort auf diese Frage zu finden, ergründen wir in unserem Workshop zunächst, was menschliches Denken ausmacht, was wir zum Denken brauchen und welche Rolle der Computer bei der ganzen Sache spielen kann. Danach fühlen wir dem Computer auf den Zahn und schauen uns an, wie er arbeitet und was das wiederum mit dem menschlichen Denken zu tun hat.

Smart to go - Navigation mit dem Smartphone

Die Navigation in Gebäuden ist mit zunehmender Verbreitung von Smartphones zu einem interessanten Forschungsthema geworden. Im Rahmen des Workshops werden den Teilnehmerinnen und Teilnehmern in offenen Diskussionsrunden technische Fragestellungen erläutert und in kleinen Experimenten Ansätze zur Positionsschätzung in Gebäuden vermittelt. Abschließend kann eine Navigationssoftware für Gebäude live von den Teilnehmern ausprobiert werden.

Magnetische Kräfte (verbunden mit Laborführung)

Magnetismus ist allgegenwärtig. Vom Kompass der Seefahrer bis zu modernen elektrischen Antrieben — ohne Magnetismus wäre all das undenkbar. Der Workshop am Fachgebiet LEA beschäftigt sich mit den verblüffenden Eigenschaften der magnetischen Felder. Wie schweben diamagnetische Stoffe? Was ist der Wirbelstromeffekt? Welche Kräfte ergeben sich durch magnetische Felder? Unterschiedliche Experimente laden zum Ausprobieren ein und ermutigen dazu, den theoretischen Grundlagen auf den Grund zu gehen.

Unsichtbar, aber messbar! - Praktische Versuchsreihen zur Strahlungsmesstechnik

Durch Industrie, Medizin, Kernkraftwerke und in der Umwelt vorkommende natürliche Strahlung sind wir verschiedenen Strahlungsarten ausgesetzt. Diese Strahlung ist unsichtbar und bei geringen Dosierungen nicht sofort wahrnehmbar. Wie können wir uns vor Röntgenstrahlung und Radioaktivität schützen? Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer messen die Strahlungsintensität am Beispiel eines in unserer Umwelt vorkommenden radioaktiven Strahlers und überprüfen die Wirksamkeit unterschiedlicher Schutzmaßnahmen in praktischen Versuchsreihen. Die Durchführung dieses Workshops folgt dem typischen Aufbau eines Seminars. Dadurch gewinnen die Schülerinnen und Schüler einen Einblick in die Anforderungen an Physik-Studierende.

Abzählbar, überabzählbar und unendlich

Dozentin: Dr. Kerstin Hesse

Kann man die Elemente einer unendlichen Menge durchnummerieren, so nennt man die Menge abzählbar. Ist dieses nicht möglich, so nennt man die Menge überabzählbar. Die natürlichen Zahlen und die ganzen Zahlen sind abzählbar, aber auch die rationalen Zahlen sind abzählbar. Wir zeigen dieses, und wir werden auch mit einem Widerspruchsbeweis zeigen, dass die reellen Zahlen überabzählbar sind. Dann werden wir einige Probleme mit abzählbaren Mengen betrachten.

Leuchten, Messen Steuern - Mikrocontroller machen Licht

Wir befassen uns mit verschiedenen Facetten des Lichtes: Licht erzeugt Energie, es überträgt Information, ob nun sichtbar oder unsichtbar - begegnet es uns überall im Alltag. Mithilfe von Arduino-Mikrocontrollern wollen wir einfache Programmierungen ausprobieren und gleichzeitig verschiedene praktische Hardware-Komponenten, wie LED's oder Infrarot-Sensoren, ansteuern.

Schokolabor – Wir stellen Schokolade selber her

Dozentin: Dipl.-Ing. Ilona Stastny

Was muss man beim Zerkleinern von Kakao beachten? Was bedeutet conchieren? Wie entsteht der Geschmack der Schokolade während des Herstellungsprozesses? Welchen Einfluss hat die Partikelgröße, was ist das überhaupt und wie wird diese gemessen? In diesem Workshop werden wir zusammen Schokolade herstellen und dabei anhand der dazu notwendigen Prozessschritte die unterschiedlichen Gebiete der Verfahrenstechnik praktisch kennenlernen.

Vom Bildschirm zum Produkt - Wir drucken in 3D!

Dozent: M.Sc. Joahnnes Lohn

In diesem Workshop lernen Sie den innovativen 3D-Druck in der Praxis kennen. Sie werden eingeführt in die Thematik des dreidimensionalen Konstruierens, entwerfen am Computer selbstständig einfache Produkte und drucken diese Werkstücke anschließend mit dem 3D-Drucker aus.

Nanotechnologie erleben

Dozent: M.Sc. David Rasche

"Was sind eigentlich Nanoteilchen? Wie mache ich sie „sichtbar“ und welche Eigenschaften bringen sie mit sich? Wofür wird Nanotechnologie eigentlich verwendet und warum?
Diesen und anderen spannenden Fragestellungen widmet sich der Workshop Nanotechnologie erleben. Es werden unter anderem Nanopartikeln gezielt hergestellt und mit spezieller Messtechnik hinsichtlich ihrer Eigenschaften charakterisiert. Die Eigenschaften von herkömmlichen Materialen werden mit Hilfe von Nanoteilchen ganz definiert beeinflusst, um neue Funktionalitäten zu schaffen."

Vom Kunststoffgranulat zur Tüte

Dozent: M.Sc. Jan-Uve Walter

"Wie werden unsere Mülltüten, Planen und Agrarfolie hergestellt? Im Labormaßstab werden Kunststoffgranulate eingefärbt und dann in einem Verarbeitungsprozess zu Folien verarbeitet. Hier ist Mitmachen und Anfassen erwünscht, denn optimale Anlagenparameter sollen gefunden werden. Nach bestandenem Festigkeitstest werden Tragetaschen geschweißt. Außerdem werden Alltagsgegenstände unter die Lupe genommen. Welche Unterschiede bestehen zwischen dem Material von Joghurtbechern, PET-Flaschen & co.? Das klären wir in einer interessanten Untersuchung zur Bestimmung von der
Verformungstemperatur. Hier wird es heiß – denn ein Warmluftofen macht die Unterschiede sichtbar!"

Crash, bum, bang!

Dozent: Prof. Dr. rer nat. Thomas Tröster

"Jeder von uns ist täglich mit einem Kraftfahrzeug unterwegs. Sei es in einem Auto, einem Bus oder auch in der Bahn. Nur wenige machen sich wirklich Gedanken darüber, wie viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit in jeder einzelnen Komponente der Struktur steckt, um diesen Mobilitätsansprüchen gerecht zu werden. Jedes Detail ist durchdacht und zahlreiche Schadensszenarien durchgespielt. Ganz entscheidend dabei sind u.a. die Crashsimulationen und tatsächlich durchgeführten Crashversuche.
In diesem Workshop wird zunächst auf die Notwendigkeit einer ganzheitlichen Betrachtung des Crashszenarios eingegangen um im Anschluss daran an ausgewählten Bauteilen die resultierenden Erkenntnisse aus den Simulationen und den Versuchen zum Crashverhalten diskutieren zu können. Anschließend wird eine ausgewählte Struktur im praktischen Laborversuch an einem Crashprüfstand zerstört."

Synthese und Charakterisierung von Kunststoffen

Dauer: 4-5 Stunden

Kunststoffe (Polymere) sind aus unserem alltäglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Vom Autoreifen bis zur Zahnfüllung, überall sind Kunststoffe enthalten, die teils sehr verschiedene Anforderungen erfüllen müssen. Aber wodurch unterscheiden sich Kunststoffe auf molekularer Ebene von anderen Verbindungen? Aus welchen Bausteinen und über welche Reaktionen lassen sich Kunststoffe eigentlich herstellen? Wie lassen sich Kunststoffe auf molekularer Ebene untersuchen? Diese Fragestellungen werden im Rahmen eines experimentellen Workshops von den Schülerinnen und Schülern (SuS) bearbeitet.

Dieses Angebot ist für interessierte SuS der Oberstufe (Kl. 10-12) konzipiert. Die Größe der Schülergruppe sollte dabei ca. 10-20 Personen betragen. Eine Vor- und Nachbereitung der Thematik Kunststoffe sollte im Rahmen des Schulunterrichts erfolgen. Vorwissen über grundlegende funktionelle Gruppen in organischen Molekülen wird vorausgesetzt. Zudem sollten die SuS im Umgang mit Bunsenbrennern geübt sein und einen sicherheitsbewussten Umgang mit Gefahrstoffen pflegen.

Säuregehaltsbestimmung von Aceto Balsamico mit digitaler Messwerterfassung

Dauer: 3 Stunden

Das Angebot richtet sich an Grundkurse sowie auch Leistungskurse im Inhaltsfeld 2 Säuren, Basen und analytische Verfahren. Der inhaltliche Schwerpunkt liegt in der Konzentrationsbestimmung von Säuren und Basen durch eine Leitfähigkeitstitration bzw. pH- metrische Titration. Zudem wird eine Gegenüberstellung der Titrationsmethoden vorgenommen, sodass auch den inhaltlichen Schwerpunkten eines Leistungskurses Rechnung getragen werden kann.

Der Fokus des Workshops liegt auf der Beschreibung der Leitfähigkeitstitration sowie der graphischen Darstellung der Messdaten. Bei der Messwerterfassung kann auf aktuelle Messwerterfassungssysteme zurückgegriffen werden. In diesem Workshop wird mit dem CASSY-System gearbeitet. Hiermit können die Messwerte begleitend zur Analyse digital erfasst und anschließend ausgewertet werden. Die Lernenden erhalten zu Beginn des Workshops eine Einführung in das Gerät, falls dies an der Schule nicht vorhanden ist.

Gaschromatographie – ein modernes Analyseverfahren zur Bestimmung der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung von Substanzgemischen

Dauer: 2 Stunden

Im vorliegenden Workshop werden den Schülerinnen und Schülern die grundlegenden Trennprinzipien der Chromatographie nähergebracht und der Aufbau und die Funktionsweise eines Gaschromatographen erläutert.

Anhand verschiedener Substanzgemische werden sowohl die Möglichkeiten und Vorgehensweisen bei der qualitativen Analyse (Zusammensetzung der Mischung) als auch der quantitativen Analyse (Gehaltsbestimmungen) untersucht, dabei berücksichtigend, welche Parameter zur Optimierung der Trennprozesse eingestellt werden können.

Das Spiel mit Licht und Farbe – Einfluss und Bedeutung der Molekülstruktur auf die Farbigkeit von Stoffen

Dauer: 4 Stunden

Farbstoffe sind für uns selbstverständlich und allgegenwärtig. Doch wie sind sie aufgebaut, wie funktionieren sie und was passiert mit ihnen, wenn es „dunkel“ wird?

Im vorliegenden Workshop werden die Schülerinnen und Schüler die zwei fast identisch aufgebauten Farbstoffe Thymolphthalein und Fluorescein selber herstellen und mit Hilfe eines Spektrometers ihre Farbigkeit untersuchen. Die Ergebnisse sollen anschließend zur Erarbeitung der grundlegenden Aspekte der Farbigkeit und Fluoreszenz dienen. Die hierbei essentiellen dreidimensionalen Molekülstrukturen werden selber am Computer berechnet und visualisiert.

Das Massenspektrometer – Die genauste „Molekülwaage“ der Welt

Dauer: 2-3 Stunden

Der Workshop stellt die theoretischen Grundlagen, das Funktionsprinzip und den Aufbau ausgewählter Massenspektrometern vor. Hierbei wird auf ein Fokus auf Flugzeitspektrometer doppelfokussierende Massenspektrometer und Ionisationstechniken gelegt.

In einem zweiten Teil wird eine Messung praktisch durchgeführt und das Gerät vorgestellt. Die Schritte der Probenvorbereitung, die eigentlich Aufnahme und die Interpretation der Ergebnisse werden an einem ausgewählten Beispiel erläutert und gemeinsam diskutiert.

Synthese und Eigenschaften magnetischer Flüssigkeiten

Dauer: 3 Stunden

Am Beispiel von magnetischen Flüssigkeiten werden die Grundlagen des Magnetismus sowie verschiedene Aspekte des Magnetismus (Dia-, Para- und Ferromagnetismus) beleuchtet. Ferrofluide werden in Bezug auf ihren Aufbau, ihre Eigenschaften diskutiert und kolloidale Lösungen vorgestellt. Im praktischen Teil dürfen die Teilnehmenden selbst ein Ferrofluid synthetisieren und daran die magnetischen Eigenschaften anwenden.

Kachelungen: Schachbretter und Polyominos (Präsenz- oder Online-Variante)

Workshop für Schülerinnen und Schüler der Mittelstufe und Oberstufe
Dozentin: Dr. Kerstin Hesse
Vorkenntnisse: Unterstufenmathematik
Dauer: 2 bis 3 Stunden (Länge anpassbar)
Beschreibung: Vielfach bekannt ist das einfachste der Schachbrettprobleme: Wir schneiden die beiden gegenüberliegenden weißen Eckfelder aus einem Schachbrett aus. Kann man den Rest des Schachbretts mit Dominosteinen (die immer jeweils zwei Felder eines Schachbretts ohne Überlappung überdecken) kacheln? Wenn ja, wie geht es? Wenn nein, warum geht es nicht? - In diesem Workshop untersuchen wir weitere Kachelungsprobleme des Schachbretts, bei denen das Schachbrett mit bestimmten Polyominos gekachelt werden soll. Ein Polyomino ist ein Vieleck, das aus mehreren längs kompletter Kanten zusammengefügten gleich großen Quadraten besteht. Aus zwei Quadraten erhält man nur das Domino. Aus drei Quadraten kann man ein längliches Tromino (alle drei Quadrate liegen nebeneinander) oder ein eckiges Tromino (die Quadrate formen ein L mit gleich langen Seiten) bilden. - Alle betrachteten Kachelungsprobleme lassen sich mit elementarer Logik mit Hilfe einer geeigneten Nummerierung oder Einfärbung des Schachbretts lösen.

Primzahlen und Primzahlzwillinge (Präsenz- oder Online-Variante)

Workshop für Schülerinnen und Schüler der Mittelstufe und Oberstufe
Dozentin: Dr. Kerstin Hesse
Vorkenntnisse: Unterstufenmathematik
Dauer: 2 bis 3 Stunden (Länge anpassbar)
Bescheibung: Eine Primzahl ist eine natürliche Zahl größer oder gleich 2, die als einzige positive Teiler nur die Zahl 1 und sich selbst hat. Wir untersuchen, ob es unendlich viele Primzahlen gibt, und, wenn ja, wie diese sich verteilen. Weiter betrachten wir Primzahlzwillinge. - In diesem Workshop führen wir mit Anleitung auch mehrere interessante Beweise von einfachen Aussagen über Primzahlen durch.

Magische Quadrate (Präsenz- oder Online-Variante)

Workshop für Schülerinnen und Schüler ab der 8. Klasse

Dozentin: Dr. Kerstin Hesse

Dauer: 90, 120 oder 180 Minuten

Beschreibung: Ein magisches Quadrat ist ein quadratisches Zahlenschema, in welchem die Summe der Zahlen in jeder Zeile und in jeder Spalte sowie in jeder der beiden Diagonalen den selben Wert ergibt. Beispiele für magische Quadrate sind das Dürer 4x4-Quadrat, welches als ein Detail in Albrecht Dürers (1471–1528) Kupferstich Melancolia zu sehen ist, und das aus China stammende mindestens seit 650 v. Chr. bekannte Lo-Shu 3x3-Quadrat. – Wir werden in diesem Workshop magische 2x2-Quadrate, magische 3x3-Quadrate und ggf. magische 4x4-Quadrate untersuchen. Insbesondere konstruieren wir mit Hilfe logischer Überlegungen (also nicht einfach durch Ausprobieren) alle magischen 3x3-Quadrate mit den neun verschiedenen Einträgen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Eines dieser magischen 3x3-Quadrate ist das Lo-Shu 3x3-Quadrat.

Pentominos und ähnliche Puzzles (Präsenz- oder Online-Variante)

Workshop für Schülerinnen und Schüler ab der 8. Klasse

Dozentin: Dr. Kerstin Hesse

Dauer: 90 bis 120 Minuten

Beschreibung: Der Mathematiker Solomon W. Golomb schuf 1953 in Anlehnung an den Begriff Domino, die Bezeichnungen Tromino, Tetromino, Pentomino, Hexomino, ... für aus drei, vier, fünf, sechs ... Quadraten gebildete rechteckige Anordnungen, bei denen die Quadrate immer entlang ganzer Kanten aneinander gefügt sind. Allgemein werden alle diese „Puzzleteile“ als Polyominos bezeichnet. – Wir untersuchen in diesem Workshop, ob es möglich ist, Rechtecke passender Größen mit Tetrominos oder Pentominos zu parkettieren. Dabei spielen sowohl mathematische Überlegungen zum Finden passender Parkettierungen oder zum Nachweis ihrer Nicht-Existenz als auch Kreativität beim Experimentieren eine Rolle.

Pythagoräische Tripel (Präsenz- oder Online-Variante)

Workshop für Schülerinnen und Schüler der Oberstufe

Dozentin: Dr. Kerstin Hesse

Dauer: 180 Minuten

Vorkenntnisse: Mittelstufenstoff

Beschreibung: Die Fermatsche Vermutung, dass es keine natürlichen Zahlen a, b, c gibt, die a^n + b^n = c^n mit einer natürlichen Zahl mit n > 2 erfüllen, wurde bereits 1637 von Pierre de Fermat aufgestellt, aber erst 1995 von Andrew Wiles bewiesen. Diese ist eines der berühmtesten und sehr lange ungelösten Probleme der Mathematik. Wir wollen uns in diesem Mathezirkel-Treffen mit dem einfacheren Fall n = 2 befassen. Natürliche Zahlen a, b c, die a^2 + b^2 = c^2 erfüllen, nennt man Pythagoräische Tripel. Gibt es Pythagoräische Tripel, und, wenn ja, sind es endlich viele oder unendlich viele? Gibt es einen Algorithmus, mit dem man (alle) Pythagoräischen Tripel finden kann? Diese Fragen werden wir gemeinsam beantworten.

Co-Construction Workshops: Künstliche Intelligenz entdecken

Dauer: 3 Stunden

Was verbirgt sich eigentlich hinter künstlicher Intelligenz (KI)? In unseren Co-Construction Workshops (CCWS) können Schüler*innen intelligente Systeme erforschen. Dabei lernen sie nicht nur, wie sie funktionieren, sondern auch, welche Möglichkeiten und Gefahren der Umgang mit KI mit sich bringt.

In diesem Workshop-Angebot erhalten Schüler*innen einen Einblick in ein KI-System, das auf Basis von Messdaten der Umgebung wie Temperatur und Luftqualität eine Empfehlung zum Lüften gibt. Ziel ist es, die Details und Funktionen des Systems zu betrachten sowie den Einfluss von Daten und Messfehlern auf die Entscheidungen der KI zu ergründen.

The University for the Information Society