Neue interaktive Lernmodule für den Unterricht

Das QOOOL Sensing Projekt neigt sich dem Ende zu. Damit beginnt zugleich die nächste Phase: Die im Projekt entwickelten und mit Schülerinnen und Schülern erprobten Lerninhalte wurden nun in Form mehrerer interaktiver Lernkurse veröffentlicht: https://qoool-sensing.org/de/quantum-interactive/lernmaterialien/

Was zuvor vor allem in der direkten Interaktion mit den Teilnehmenden vermittelt, gemeinsam erarbeitet und getestet wurde, wird damit dauerhaft als Lernangebot zugänglich.

Hier ein kurzer Überblick über die drei neuen Kurse:

1. Neuronales Feuern – Magnetfelder im Gehirn sichtbar machen

Wie lässt sich vermitteln, warum Magnetfeldmessungen mit NV-Magnetometern überhaupt relevant sind? Unsere Erfahrung zeigt: Für viele Schülerinnen und Schüler ist die Bedeutung dieser Technologie zunächst nicht unmittelbar greifbar. Der Kurs „Neuronales Feuern“ setzt deshalb bei einer Anwendung an, deren Bedeutung unmittelbar einleuchtet: der Messung elektrischer Aktivität im Gehirn. Gehirnströme spielen eine wichtige Rolle in der medizinischen Diagnostik und Therapie – doch wie lassen sie sich messen, ohne dafür Leiter zu durchtrennen oder klassische Strommessgeräte einzusetzen? Hier kommt die Magnetfeldmessung ins Spiel. Elektrische Ströme erzeugen Magnetfelder, und genau diese lassen sich mit einem NV-Magnetometer erfassen. Begleitet von einem Experiment führt der interaktive Kurs die Lernenden Schritt für Schritt von einer vertrauten Fragestellung hin zur Quantenphysik hinter der Messmethode. So entsteht ein anschaulicher und experimenteller Einstieg in die Welt der NV-Magnetometrie.

2. Leiterbahnenanalyse – Quantenphysik in der Industrie

Die einzelnen Kurse sind weitgehend unabhängig voneinander. Eine besondere Rolle nimmt jedoch der Kurs „Leiterbahnenanalyse“ ein: Er zeigt, wie NV-Magnetometer bereits heute für industrielle Anwendungen interessant sind. Im Mittelpunkt stehen Leiterplatten – Produkte, die uns im Alltag ständig begegnen, über deren Herstellung und Funktionsweise wir aber meist kaum nachdenken. Der Kurs gibt Einblicke in die industrielle Fertigung und stellt Zusammenhänge zur Entwicklung immer leistungsfähigerer Computerchips her. Damit wird Quantenphysik aus dem Schulbuch unmittelbar mit einer hochaktuellen technologischen Entwicklung verbunden: von den Grundlagen der Magnetfeldmessung bis hin zu Elektronik, Computerchips und Anwendungen im Umfeld der künstlichen Intelligenz. Auch experimentell wird es konkret: In der Rolle eines Leiterplattenherstellers begeben sich die Lernenden auf die Suche nach versteckten Produktionsfehlern. Als Messinstrument dient dabei wie auch in den anderen Kursen das QOOOL Kit Magneto, das wie ein Sensorstift über die Leiterplatte geführt wird.

3. Geopositioning – Vom Kompass zur Quantenmessung

Während die ersten beiden Kurse vor allem die Intensität der NV-Fluoreszenz als Zugang zur Magnetfeldmessung nutzen, geht „Geopositioning“ physikalisch zunehmend in die Tiefe. Der Kurs beginnt ganz alltäglich: mit dem Kompass. Die Lernenden entdecken, dass sich ein Kompass nicht überall auf der Erde gleich verhält und dass beispielsweise in Südamerika die Ausrichtung des Kompasses deutlich langsamer erfolgen kann. Daraus entwickelt sich die Frage, wie präzise sich die Position auf der Erde eigentlich bestimmen lässt – und welche Rolle dabei magnetische Messungen spielen können. Von dort führt der Kurs Schritt für Schritt zu moderneren Positionierungsverfahren und schließlich zu den physikalischen Grundlagen der ODMR-Messung. Eine kleine 3D-gedruckte Erdkugel begleitet dabei den experimentellen Teil und macht die Zusammenhänge auch räumlich erfahrbar.

Mit diesen drei Kursen können Lernende verschiedene Anwendungen von NV-Magnetometern kennenlernen - von medizinischen Fragestellungen über industrielle Qualitätskontrolle bis hin zu Navigation und Geopositionierung. Diese sind in ihrer Reihenfolge bewusst lose miteinander verbunden und ermöglichen es, je nach Interesse unterschiedliche Aspekte der NV-Magnetometrie und der zugrunde liegenden Quantenphysik zu erkunden. Wer anschließend tiefer einsteigen möchte, kann weitere Anwendungen ausprobieren oder sich mit den physikalischen Grundlagen beschäftigen.

Wir wünschen viel Spaß beim Ausprobieren!