Kontexte, Theorien und Inhalte der Themen - Ergebnisse eine Expertenbefragung

In diesem Beitrag wird ein Überblick über die aktuellen Forschungsbereiche zu den Themenfeldern Granulare Materie, Dissipative Strukturbildung und Selbstorganisation gegeben. Dabei wird unterschieden in Forschungsbereiche, die Modelle und Theorien umfassen, sowie in konkrete Kontexte, die sich auf Anwendungen und Phänomene beziehen. Diese Ergebnisse basieren auf einer Expertenbefragung

experimentelle Untersuchung von adhäsiven Haftpads

Der Beitrag beschreibt, wie ein Haftpad (auch bekannt als Anti-Rutsch-Pad oder Klebepad) in Bezug auf seine Haftkraft sowie die Mechanismen seiner Haftung untersucht werden kann. Dabei werden verschiedener Experimente und (Rasterkraft-) mikroskopische Untersuchungen vorgestellt. Es zeigt sich, dass eine experimentelle Bestimmung der Haftkraft schwierig ist, da sie von sehr vielen Parametern abhängt. Die Messunsicherheiten sind daher groß. Die maximale Haftkraft liegt im Bereich von 20 N/cm² (Plexiglas) bzw. 10 N/cm² (Aluminium). Die Untersuchungen legen den Schluss nahe, dass für die Haftung einerseits der Luftdruck und andererseits die van-der-Waals-Kräfte ursächlich sind und beide in vergleichbarer Größenordnung liegen. Über die experimentellen Erkenntnisse hinausgehend wird auch eine mögliche Eignung des Haft-pads als Thema für den Physikunterricht diskutiert. Dafür spricht, dass das Thema authentisch und anspruchsvoll ist und Raum für unterschiedliche Lösungswege bietet. Bei der unterrichtlichen Umsetzungen sollten aber die großen Messunsicherheiten und die Schwierigkeit eines stabilen experimentellen Aufbaus mit bedacht werden

Granulare Materie & Strukturbildung

Im Rahmen eines Promotionsprojektes zur Aufbereitung moderner Physik wurden zu den beiden speziellen Themenbereichen der Nichtlinearen Physik (Granulare Materie & Strukturbildung) bereits eine explorative Expertenbefragung (N=27) und eine Bedarfsanalyse unter Lehrkräften (N=108) durchgeführt. Auf Basis der Befunde wird nun ein Experimentierset für die Schule entwickelt. Dabei wird die theoretische Rahmung durch eine Didaktische Rekonstruktion gestellt, wobei die Arbeitsweise dem Ansatz des Design-based Research folgt. In diesem Beitrag sollen erste Einblicke in die laufende schulische Erprobung gegeben werden und Elemente des Experimentiersets vorgestellt werden

„Ich kleb’ dir eine“ Experimentelle Untersuchung von adhäsiven Haftpads

Der Beitrag beschreibt, wie ein Haftpad (auch bekannt als Anti-Rutsch-Pad oder Klebepad) in Bezug auf seine Haftkraft sowie die Mechanismen seiner Haftung untersucht werden kann. Dabei werden verschiedener Experimente und (Rasterkraft-) mikroskopische Untersuchungen vorgestellt. Es zeigt sich, dass eine experimentelle Bestimmung der Haftkraft schwierig ist, da sie von sehr vielen Parametern abhängt. Die Messunsicherheiten sind daher groß. Die maximale Haftkraft liegt im Bereich von 20 N/cm² (Plexiglas) bzw. 10 N/cm² (Aluminium). Die Untersuchungen legen den Schluss nahe, dass für die Haftung einerseits der Luftdruck und andererseits die van-der-Waals-Kräfte ursächlich sind und beide in vergleichbarer Größenordnung liegen. Über die experimentellen Erkenntnisse hinausgehend wird auch eine mögliche Eignung des Haftpads als Thema für den Physikunterricht diskutiert. Dafür spricht, dass das Thema authentisch und anspruchsvoll ist und Raum für unterschiedliche Lösungswege bietet. Bei der unterrichtlichen Umsetzungen sollten aber die großen Messunsicherheiten und die Schwierigkeit eines stabilen experimentellen Aufbaus mit bedacht werden

Moderne Physik im Unterricht: Forschungsdesign zur Didaktischen Rekonstruktion der Themen Granulare Materie und Strukturbildung

Um Inhalte und Themen aus der aktuellen physikalischen Forschung in den Schulunterricht zu holen, braucht es Elementarisierungen und didaktische Unterrichtskonzepte, die neue Erkenntnisse, Ansätze und Methoden der modernen Physik für diesen Zweck aufarbeiten. Als problematisch erweist sich dabei häufig die Komplexität oder Abstraktheit der Inhalte aus der aktuellen Forschung. Im Rahmen eines Forschungsprojektes zur Didaktischen Rekonstruktion der Themenbereiche Granulare Materie und Strukturbildung wurden in einem ersten Schritt bereits Fachexpert_innen zum aktuellen Forschungsstand befragt. In einem zweiten Schritt werden Lehrer_innen zu vorhandenen Umsetzungsmöglichkeiten und Umsetzungsschwierigkeiten befragt. Darauf aufbauend sollen in einem weiteren Schritt exemplarisch sowohl Unterrichtsmedien als auch Konzepte entwickelt und erprobt werden. In diesem Beitrag wird das Forschungsdesign des Gesamtprojektes vorgestellt

„Ich kleb’ dir eine“ Experimentelle Untersuchung von adhäsiven Haftpads

Der Beitrag beschreibt, wie ein Haftpad (auch bekannt als Anti-Rutsch-Pad oder Klebepad) in Bezug auf seine Haftkraft sowie die Mechanismen seiner Haftung untersucht werden kann. Dabei werden verschiedener Experimente und (Rasterkraft-) mikroskopische Untersuchungen vorgestellt. Es zeigt sich, dass eine experimentelle Bestimmung der Haftkraft schwierig ist, da sie von sehr vielen Parametern abhängt. Die Messunsicherheiten sind daher groß. Die maximale Haftkraft liegt im Bereich von 20 N/cm² (Plexiglas) bzw. 10 N/cm² (Aluminium). Die Untersuchungen legen den Schluss nahe, dass für die Haftung einerseits der Luftdruck und andererseits die van-der-Waals-Kräfte ursächlich sind und beide in vergleichbarer Größenordnung liegen. Über die experimentellen Erkenntnisse hinausgehend wird auch eine mögliche Eignung des Haftpads als Thema für den Physikunterricht diskutiert. Dafür spricht, dass das Thema authentisch und anspruchsvoll ist und Raum für unterschiedliche Lösungswege bietet. Bei der unterrichtlichen Umsetzungen sollten aber die großen Messunsicherheiten und die Schwierigkeit eines stabilen experimentellen Aufbaus mit bedacht werden

Ergebnisse einer Bedarfsanalyse zur unterrichtlichen Aufbereitung der Nichtlinearen Physik

Es werden die Ergebnisse einer Umfrage zur Nichtlinearen Physik in der Schule vorgestellt, bei der Berliner Lehrer_innen befragt wurden (N = 108). Dabei wurde untersucht, ob es (aus Sicht der Lehrer_innen) einen Bedarf an didaktischen Aufbereitungen zu aktuellen Themen der Physik und Themen der Nichtlinearen Physik in der Schule gibt. (Beides wurde bejaht.) Weitergehend wurde untersucht, welche Formen der Aufbereitungen attraktiv sind und tatsächlich auch genutzt werden. So erscheinen experimentelle Aufbereitungen am attraktivsten, gefolgt von Fortbildungen, Computersimulationen und Materialien (Prüfungsmaterialien und Unterrichtsentwürfe). Die Einsatzhäufigkeit verläuft analog zur Attraktivität, mit Ausnahme von Computersimulationen, die häufiger eingesetzt werden. Weiter wird dargestellt, dass ein kleiner Anteil der Lehrer_innen bereits Elemente der Nichtlinearen Physik unterrichtet hat (ca. 15 %), dies aber hauptsächlich aus eigenaktiver Beschäftigung mit dem Gegenstand stammt

Moderne Physik im Unterricht: Forschungsdesign zur Didaktischen Rekonstruktion der Themen Granulare Materie und Strukturbildung

Um Inhalte und Themen aus der aktuellen physikalischen Forschung in den Schulunterricht zu holen, braucht es Elementarisierungen und didaktische Unterrichtskonzepte, die neue Erkenntnisse, Ansätze und Methoden der modernen Physik für diesen Zweck aufarbeiten. Als problematisch erweist sich dabei häufig die Komplexität oder Abstraktheit der Inhalte aus der aktuellen Forschung. Im Rahmen eines Forschungsprojektes zur Didaktischen Rekonstruktion der Themenbereiche Granulare Materie und Strukturbildung wurden in einem ersten Schritt bereits Fachexpert_innen zum aktuellen Forschungsstand befragt. In einem zweiten Schritt werden Lehrer_innen zu vorhandenen Umsetzungsmöglichkeiten und Umsetzungsschwierigkeiten befragt. Darauf aufbauend sollen in einem weiteren Schritt exemplarisch sowohl Unterrichtsmedien als auch Konzepte entwickelt und erprobt werden. In diesem Beitrag wird das Forschungsdesign des Gesamtprojektes vorgestellt

Mutations in GDF5 Reveal a Key Residue Mediating BMP Inhibition by NOGGIN

Signaling output of bone morphogenetic proteins (BMPs) is determined by two sets of opposing interactions, one with heterotetrameric complexes of cell surface receptors, the other with secreted antagonists that act as ligand traps. We identified two mutations (N445K,T) in patients with multiple synostosis syndrome (SYM1) in the BMP–related ligand GDF5. Functional studies of both mutants in chicken micromass culture demonstrated a gain of function caused by a resistance to the BMP–inhibitor NOGGIN and an altered signaling effect. Residue N445, situated within overlapping receptor and antagonist interfaces, is highly conserved among the BMP family with the exception of BMP9 and BMP10, in which it is substituted with lysine. Like the mutant GDF5, both BMPs are insensitive to NOGGIN and show a high chondrogenic activity. Ectopic expression of BMP9 or the GDF5 mutants resulted in massive induction of cartilage in an in vivo chick model presumably by bypassing the feedback inhibition imposed by endogenous NOGGIN. Swapping residues at the mutation site alone was not sufficient to render Bmp9 NOG-sensitive; however, successive introduction of two additional substitutions imparted high to total sensitivity on customized variants of Bmp9. In conclusion, we show a new mechanism for abnormal joint development that interferes with a naturally occurring regulatory mechanism of BMP signaling

LSST: from Science Drivers to Reference Design and Anticipated Data Products

(Abridged) We describe here the most ambitious survey currently planned in the optical, the Large Synoptic Survey Telescope (LSST). A vast array of science will be enabled by a single wide-deep-fast sky survey, and LSST will have unique survey capability in the faint time domain. The LSST design is driven by four main science themes: probing dark energy and dark matter, taking an inventory of the Solar System, exploring the transient optical sky, and mapping the Milky Way. LSST will be a wide-field ground-based system sited at Cerro Pach\'{o}n in northern Chile. The telescope will have an 8.4 m (6.5 m effective) primary mirror, a 9.6 deg$^2$ field of view, and a 3.2 Gigapixel camera. The standard observing sequence will consist of pairs of 15-second exposures in a given field, with two such visits in each pointing in a given night. With these repeats, the LSST system is capable of imaging about 10,000 square degrees of sky in a single filter in three nights. The typical 5$\sigma$ point-source depth in a single visit in $r$ will be $\sim 24.5$ (AB). The project is in the construction phase and will begin regular survey operations by 2022. The survey area will be contained within 30,000 deg$^2$ with $\delta<+34.5^\circ$, and will be imaged multiple times in six bands, $ugrizy$, covering the wavelength range 320--1050 nm. About 90\% of the observing time will be devoted to a deep-wide-fast survey mode which will uniformly observe a 18,000 deg$^2$ region about 800 times (summed over all six bands) during the anticipated 10 years of operations, and yield a coadded map to $r\sim27.5$. The remaining 10\% of the observing time will be allocated to projects such as a Very Deep and Fast time domain survey. The goal is to make LSST data products, including a relational database of about 32 trillion observations of 40 billion objects, available to the public and scientists around the world.Comment: 57 pages, 32 color figures, version with high-resolution figures available from https://www.lsst.org/overvie