Analyse komplexer Molekülspektren

Mit Hilfe der Spektroskopie lassen sich die Energiedifferenzen zwischen den verschiedenen Zuständen der Moleküle messen, nicht aber die Energien der Zustände selbst. Üblicherweise werden diese Daten ausgewertet, indem die Parameter eines Modells so angepasst werden, dass die Energiedifferenzen der vom Modell vorhergesagten Zustände zu den gemessenen passen. Die verwendeten Modelle setzen in der Regel voraus, dass die grundsätzliche Geometrie des Moleküls (zeitlich) konstant ist. Dies gilt für sog. floppy Moleküle aber nicht, weshalb es bislang kaum systematische Auswertungsverfahren für die Spektren solcher Moleküle gibt. CH5+ ist Prototyp eines floppy Moleküls, für dessen Quantenzustände es bisher keine analytische Beschreibung gibt. Deshalb beruht die Rekonstruktion dieser Zustände auf Methoden wie der Suche nach Häufungen von Kombinationsdifferenzen der Rovibrationsübergänge. Aufbauend auf den hochauflösenden Daten und der Methodik von Asvany et al. (O. Asvany, K. M. T. Yamada, S. Brünken, A. Potapov, S. Schlemmer: Experimental ground-state combination differences of CH5+ . Science Volume 347 Issue 6228, 2015, Seiten 1346–1349) wurde die Rekonstruktion verbessert, indem einerseits die bisherigen Methoden weiterentwickelt und andererseits neue entwickelt wurden. Zwei neue Sets von Kombinationsdifferenzen wurden gefunden und die bereits bekannten vervollständigt. Dabei konnten nicht nur größere Teile der Vibrationsgrundzustände rekonstruiert werden, sondern auch vibrationsangeregte Zustände

FROM LINES TO STATES WITHOUT A MODEL

%\begin{wrapfigure}{l}{0pt} %\includegraphics[scale=0.3]{fred.eps} %\end{wrapfigure} The fundamental Ritz combination principle % \footnote{W. Ritz, On a new law of series spectra, Astrophys. J. 28 (1908) 237.} % originally found for atoms has also been applied to molecules as a method to reconstruct the energy states from measured lines without relying on any model Hamiltonian. In 2006 Nesbitt and coworkers % \footnote{C. Savage, F. Dong, D.J. Nesbitt, Toward a quantum-mechanical understanding of the high-resolution infrared spectrum of CH$_5^+$, in: Contribution TA05, 61st International Symposium on Molecular Spectroscopy, Columbus, OH, USA, 2006.} % proposed to apply it to protonated methane, CH$_5^+$. We used this idea to reconstruct a part of its ground state energies employing spectra of combination differences (CDs) determined from very high resolution ro-vibrational data % \footnote{Oskar Asvany, Koichi M. T. Yamada, Sandra Brünken, Alexey Potapov, Stephan Schlemmer. Experimental ground-state combination differences of CH$_5^+$. Science, 347(6228):1346–1349, 2015.}. % Since then the method has been significantly improved % \footnote{S. Brackertz, S. Schlemmer, O. Asvany, Searching for new symmetry species of CH$_5^+$ – From lines to states without a model, J. Mol. Spectrosc. 342 (2017) 73–82.} % as the CD lines essentially represent kernel density estimations, a well-known tool in mathematics. Furthermore, a combinatorial approach has been developed to reconstruct vibrational ground states as well as vibrationally excited states from the CD spectra without relying on measurements at different temperatures. As a result, 1063 of the 2897 measured lines of CH$_5^+$ being part of four different symmetry species could be assigned. This allowed for a comparison of the measurements with the analytical model of Schmiedt et al. % \footnote{H. Schmiedt, P. Jensen, S. Schlemmer, Rotation-vibration motion of extremely flexible molecules – the molecular superrotor, Chem. Phys. Lett. 672 (2017) 34–46.} % as well as with the {\it ab initio} calculations of Wang and Carrington % \footnote{X.-G. Wang, T. Carrington, Calculated rotation-bending energy levels of CH$_5^+$ and a comparison with experiment, J. Chem. Phys. 144 (2016) 204304.}. %In this talk we explain the improved method, discuss why we think it %is more reliable than earlier attempts and present some ideas for %further improvements as well as for applications in other contexts

Lernen aus Widersprüchen – ein Ansatz für Universal Design

Das Lernen aus Widersprüchen ist ein im Seminar des Kölner Schülerlabors „Unser Raumschiff Erde“ entstandenes Konzept, das sich insbesondere auch bei heterogenen Lerngruppen als Alternative zu Binnendifferenzierung bewährt hat. Dieser Beitrag ordnet das Konzept in die Debatte über Binnendifferenzierung ein und stellt den Bezug zu den klassischen allgemein-didaktischen Konzepten insbesondere von Feuser und Klafki her. Diese Einordnung zeigt, dass es systematische Gründe für das Gelingen dieses Konzeptes im Schülerlabor gibt, die nicht dem konkreten Ursprungskontext geschuldet sind.Dies macht eine Übertragung in andere Kontexte vielversprechend

Lernen aus Widersprüchen: Vom Schülerlabor zur Schulpraxis

Die Lernmethode „Lernen aus Widersprüchen“ – entwickelt im Schülerlabor der Universität zu Köln – wurde jetzt in den regulären inklusiven Physikunterricht übertragen und in einer 7. Klasse in Bonn erprobt und evaluiert. Dazu wurden im Rahmen einer Masterarbeit 5 Lerneinheiten zu je 3 Schulstunden zum Thema Optik entwickelt. Kern des Konzeptes ist, dass zu Beginn einer Lerneinheit von den Schülerinnen und Schülern (SuS) etliche Vermutungen zur Erklärung der Phänomene geäußert und an die Tafel geschrieben werden. Alle Vermutungen, auch die auf Fehlvorstellungen beruhenden, werden gleichwertig behandelt, sodass Widersprüche entstehen. Nach der „Vermutungsphase“ im Plenum arbeiten die SuS in Kleingruppen weiter (je 4 SuS), zunächst in einer Diskussionsphase, danach in der Experimentierphase, um so selbstständig die richtige Erklärung zu erarbeiten. Die 5 Unterrichtseinheiten sind „Sehvorgang“, „Reflexion und Streuung“, Bau eines „Schülerspektroskops“, „Farben“ und „Absorption“. Die Auswertung geschah durch Schülerfragebögen (Prä- und Post-Befragung) und durch aktive Beobachtung (2 unabhängige Beobachter) einer ausgewählten SuS-Gruppe. Es zeigte sich, dass die Arbeit mit Widersprüchen in Kombination mit Schülerexperimenten einerseits gut funktioniert; andererseits hat sich die Zusammenarbeit in Kleingruppen als unerwartet problematisch erwiesen. Ferner kann festgestellt werden, dass – im Gegensatz zum Frontalunterricht – nahezu alle SuS in den Lernprozess einbezogen waren. Das Konzept ist offenbar gut für den inklusiven Physikunterricht geeignet

Schülerlabore in Deutschland: Ein ideologiekritischer Blick

Gemäß Haupt et al. (Haupt, O. et al. (2013): Schülerlabor – Begriffsschärfung und Kategorisierung. In: Mathematischer und Naturwissenschaftlicher Unterricht, 66, 6, S. 324–330) ist das primäre Ziel von Schülerlaboren „bei Schüler/innen das Interesse an und das Verständnis für Natur- und Ingenieurwissenschaften“ zu wecken bzw. zu fördern und „im Hinblick darauf motivationale und möglichst auch kognitive Effekte [zu] erzielen.“ Trotz dieser Gemeinsamkeit gibt es Unterschiede, welche „Effekte“ intendiert sind, allein schon weil manche Schülerlabore von Umweltschutzinitiativen, andere von Chemie-Konzernen und wieder andere von Hochschulen betrieben werden.Nach einem ideologiekritischen Blick auf die deutsche Schülerlabor-Landschaft wird das Kölner Schülerlabor „Unser Raumschiff Erde“ eingeordnetEs ist in die Lehrer*innenausbildung eingebettet, ein Ort fachdidaktischer Forschung und bietet ganzen Klassen die Möglichkeit, sich mit außercurricularen Themen zu beschäftigen, die aber an den Schulunterricht anschlussfähig sind. Ziel ist es, einen Beitrag zu kritischer Mündigkeit und Neugierde zu leisten Grundlagen dafür zu legen, dass dies auch jenseits des Schülerlabors in der Breite gelingt.Fragen inklusiver Naturwissenschaftsdidaktik in den Blick genommen, auch im Hinblick auf die Inklusive Universitätsschule (IUS) Köln

Schülerlabore in Deutschland: Ein ideologiekritischer Blick

Gemäß Haupt et al. (Haupt, O. et al. (2013): Schülerlabor – Begriffsschärfung und Kategorisierung. In: Mathematischer und Naturwissenschaftlicher Unterricht, 66, 6, S. 324–330) ist das primäre Ziel von Schülerlaboren „bei Schüler/innen das Interesse an und das Verständnis für Natur- und Ingenieurwissenschaften“ zu wecken bzw. zu fördern und „im Hinblick darauf motivationale und möglichst auch kognitive Effekte [zu] erzielen.“ Trotz dieser Gemeinsamkeit gibt es Unterschiede, welche „Effekte“ intendiert sind, allein schon weil manche Schülerlabore von Umweltschutzinitiativen, andere von Chemie-Konzernen und wieder andere von Hochschulen betrieben werden.Nach einem ideologiekritischen Blick auf die deutsche Schülerlabor-Landschaft wird das Kölner Schülerlabor „Unser Raumschiff Erde“ eingeordnetEs ist in die Lehrer*innenausbildung eingebettet, ein Ort fachdidaktischer Forschung und bietet ganzen Klassen die Möglichkeit, sich mit außercurricularen Themen zu beschäftigen, die aber an den Schulunterricht anschlussfähig sind. Ziel ist es, einen Beitrag zu kritischer Mündigkeit und Neugierde zu leisten Grundlagen dafür zu legen, dass dies auch jenseits des Schülerlabors in der Breite gelingt.Fragen inklusiver Naturwissenschaftsdidaktik in den Blick genommen, auch im Hinblick auf die Inklusive Universitätsschule (IUS) Köln

Wie sieht die Struktur des Phyikstudiums aus?

Läuft das Physikstudium im deutschsprachigen Raum im Großen und Ganzen überall auf die gleiche Art ab oder sind die Strukturen von Standort zu Standort verschieden? Wie lässt sich die Ähnlichkeit von Studiengangsstrukturen feststellen?Zur Beantwortung dieser Fragen lassen sich von der Zusammenkunft der deutschsprachigen Physikfachschaften (ZaPF) und der jungen Deutschen Physikalisch Gesellschaft (jDPG) schon länger organisierten und durchgeführten Umfragen nutzen. Sie bieten unter anderem Informationen zur inhaltlichen Schwerpunktsetzungen der Studiengänge. Aus den Debatten des Studienreformforums ist nun die Notwendigkeit erwachsen, mehr noch die Struktur des Studiengänge in den Blick zu nehmen; zeitgleich ist ein Vorschlag für deren Darstellung entstanden.Im letzten Jahr ist angesichts dessen ein öffentlich zugängliches Online-Tool entstanden, das es erlaubt, diese Darstellung halbautomatisiert aus den Informationen der Modulhandbücher zu erstellen. Die so erzeugten Darstellungen sollen nicht nur der Beforschung der Studiengänge dienen, sondern gleichzeitig für die Arbeit in den Fachbereichen nutzbar sein. Mittelfristig sollen die Datenerfassung der Umfragen und dieses Tools zusammenwachsen.Dieser Beitrag beschreibt das Tool und die Ideen dahinter und regt hoffentlich zur Nutzung an

Wie sieht die Struktur des Phyikstudiums aus?

Läuft das Physikstudium im deutschsprachigen Raum im Großen und Ganzen überall auf die gleiche Art ab oder sind die Strukturen von Standort zu Standort verschieden? Wie lässt sich die Ähnlichkeit von Studiengangsstrukturen feststellen?Zur Beantwortung dieser Fragen lassen sich von der Zusammenkunft der deutschsprachigen Physikfachschaften (ZaPF) und der jungen Deutschen Physikalisch Gesellschaft (jDPG) schon länger organisierten und durchgeführten Umfragen nutzen. Sie bieten unter anderem Informationen zur inhaltlichen Schwerpunktsetzungen der Studiengänge. Aus den Debatten des Studienreformforums ist nun die Notwendigkeit erwachsen, mehr noch die Struktur des Studiengänge in den Blick zu nehmen; zeitgleich ist ein Vorschlag für deren Darstellung entstanden.Im letzten Jahr ist angesichts dessen ein öffentlich zugängliches Online-Tool entstanden, das es erlaubt, diese Darstellung halbautomatisiert aus den Informationen der Modulhandbücher zu erstellen. Die so erzeugten Darstellungen sollen nicht nur der Beforschung der Studiengänge dienen, sondern gleichzeitig für die Arbeit in den Fachbereichen nutzbar sein. Mittelfristig sollen die Datenerfassung der Umfragen und dieses Tools zusammenwachsen.Dieser Beitrag beschreibt das Tool und die Ideen dahinter und regt hoffentlich zur Nutzung an

Vorstellung des Studienreformforums: Bisherige Arbeit und aktuelle Beiträge

Das Studienreform-Forum befasst sich einerseits mit der Systematisierung von Studienreformen und Studienreform-Vorhaben, andererseits mit Grundsatzfragen der Studienreform. Beides zusammen bildet die Grundlage zur Weiterentwicklung von Studiengängen.Im Jahr 2020 hat das Studienreform-Forum erneut zur Einsendung von Beiträgen zu diesen Fragen aufgerufen. Angesichts der Pandemie wurde dieser Aufruf verlängert und parallel eine Initiative zur Dokumentation und Auswertung der Lehre unter Pandemiebedingungen gestartet, deren Ergebnisse mittelfristig mit den übrigen Beiträgen in Bezug gesetzt werden sollen.Dieser Artikel dokumentiert die auf den Call for Papers eingesandten Beiträge

Workshop: Hochschuldidaktische Konsequenzen aus zwei Semestern Krisenlehre

Die Umstellung des Lehrbetriebs an den Hochschulen auf Online-Lehre hat nicht nur technische, sondern vor allem auch didaktische Herausforderungen mit sich gebracht, die vielfältig – und zum Teil sehr unterschiedlich – beantwortet wurden. An einer systematischen hochschulübergreifenden Auswertung fehlt es bislang aber noch. Im hir dokumentierten Workshop wurde der aktuelle Stand exemplarisch vorgestellt und diskutiert, wie es gelingen kann, dass die wertvollen Erfahrungen dieser Zeit nicht mit der Rückkehr zur Präsenzlehre verloren gehen