Nr. 58 / 2016

21. März 2016 : Mit LEGO®-Bausteinen Physik verstehen: Fachbereich Physik präsentierte Open Research & Education Projekt »myphotonics« auf der Maker Faire Ruhr

Am Samstag und Sonntag, 12. und 13. März, stellte der Fachbereich Physik der Universität Osnabrück unter der Leitung des Experimentalphysikers Prof. Dr. Mirco Imlau sein Projekt »myphotonics« auf der Maker Faire Ruhr in Dortmund vor.

In Kooperation mit der Fachhochschule Südwestfalen wurden Experimente zur Messung von Laserleistung, Wellenlänge und Kohärenz auf Basis von Lego®-Bausteinen gezeigt. Ziel des Projektes ist die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Bereich der Optik & Photonik durch Einsatz kostengünstiger und verbreiteter Open Source Hardware Komponenten – dies ist insbesondere für das Lernen und Lehren im außerschulischen Bereich, aber auch für Maker von großem Interesse.  

Bereits 2013 starteten die Projektarbeiten mit der Realisierung eines Michelson-Interferometers in der Osnabrücker Forschungsgruppe durch Felix Lager und Stefan Klompmaker. Es konnte nachgewiesen werden, dass kleinste Längenunterschiede, die beispielsweise bei der thermischen Ausdehnung auftreten, mit einem optischen Aufbau aus Lego®-Bausteinen gemessen werden können. Die Kosten für das Interferometer belaufen sich auf weniger als 150 Euro und sind somit fast um den Faktor 20 geringer als bei professionellen Systemen. Mittlerweile können die Intensitätsänderungen im Interferometer auch mit einem eigens entwickelten Vier-Kanal-Photodiodenverstärker erfasst werden. Messelektronik und Android-basierte Ansteuersoftware basieren auf dem Arduino® Elektronikbaukasten und wurden von     Roman Schönfeld und Daniel Hausherr von der Fachhochschule Südwestfalen als Open Source Hardware für das Projekt entworfen und aufgebaut.  

Die Maker Faire Ruhr bot dem Projekt eine ideale Plattform, um die Experimente Kindern, Eltern und anderen Besuchern vorzustellen. Sie gilt als »Familien-Erfinder-Festival für Inspiration, Kreativität und Inspiration«, bei dem vor allem das Anfassen und Ausprobieren im Vordergrund stehen. Durch ihre Stände erhalten die Aussteller zugleich ein direktes Feedback und können sich mit Besuchern austauschen. Hinzu kommen Vorträge und Workshops, die spielerisch und kreativ das Interesse für Wissenschaft und Technik fördern sollen.  

Die Besucher waren vom Stand der Universität Osnabrück besonders begeistert. Auch für Schulen ist das Konzept von besonderem Interesse, da den Schülern so ein spielerisches und forschendes Lernen ermöglicht wird. »Der Do-it-yourself-Gedanke macht das Projekt zu etwas ganz Besonderem«, so Felix Lager. Die Schüler sind bei den entwickelten Komponenten schon in der Aufbauphase involviert, sodass Lehrer weniger Zeit zur Vorbereitung des Experimentes aufbringen müssen. Eine ungeübte Schülergruppe benötigt für den Aufbau eines Interferometers ungefähr 15-20 Minuten! Die aktive Mitarbeit steigert zudem die Motivation der Lernenden und führt infolgedessen zu einer massiven Lerneffektsteigerung. Eine Vergleichsstudie zeigt, dass bei gleicher Unterrichtszeit ein Grundkurs mit einem solchen Experiment bessere Leistungen als ein Leistungskurs mit professioneller Ausstattung erbringen kann.  

Zum 1. März wurden dem Projekt »myphotonics« finanzielle Mittel im Umfang von ca. 720.000 Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die nächsten drei Jahre zur Verfügung gestellt. In dieser Zeit sollen die Lern- und Ausbildungseffekte der Idee für die Bereiche Open Innovation, Open Education und Open Research in der Photonik erforscht und ausgeweitet werden. Dies umfasst die Erweiterung um die Baukastenplattformen fischertechnik®, Arduino und 3D-Druck. Gemeinsam mit der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Dirk Berben der Fachhochschule Südwestfalen, die über umfangreiche Kompetenzen in den Bereichen Elektro- und Messtechnik sowie Informatik verfügt, soll schließlich ein vollständiges Do-it-Yourself-Optik-Labor einschließlich photometrischer Komponenten entstehen und als Open Source Hardware zur Verfügung gestellt werden.

Erste Anleitungen für Komponenten und Experimente sowie Bauteilelisten werden bereits kostenfrei auf der Homepage veröffentlicht: http://www.myphotonics.eu Dort findet sich auch nähere Erläuterung des Projekts und die kostenfreien Anleitungen. Bausätze für optische Komponenten auf Basis von Lego®-Bausteine können bereits vereinzelt im Fachhandel erworben werden.    

Weitere Informationen für die Redaktionen:
Prof. Dr. Mirco Imlau, Universität Osnabrück
Fachbereich Physik
Barbarastraße 7, 49076 Osnabrück
Tel. +49 541 969 2654
mirco.imlau@uni-osnabrueck.de