Swiss physical society SPS

Session Kond 3-4

Remote Controllable AFM for Science and Education
P. Fornaro, M. Guggisberg, Ch. Wattinger, E. Meyer and H. - J. Güntherodt, Institute of Physics, University of Basel

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We present a fully remote controllable atomic force microscope (RAFM), featuring a motorized four-axis sample stage. Within the scope of a virtual learning environment on nano-science (nano-world.org), we developed an easy to handle microscope that can be operated via the Internet. It allows students to perform different experiments anywhere, anytime remotely. The instrument is based on a commercial Easyscan AFM. It is placed on a robust and accurate robotics to allow the change of different samples online. Repositioning in the range of micrometers is supported too. For remote usage on a realistic level, live video-streams of the system can be monitored via a network. This combination of AFM and sample stage opens a wide range of new applications. The apparatus can be fully programmed, using a simple batch-like script language. This allows executing whole sets of measurements automatically. The major advantages of our instrument are its compactness, the programmability and the strong, open software interface.

Teaching Physics in the 21st Century

Low Cost Solutions mit LabView:
Demonstrationen und Praktika
P. Fornaro, H. Hidber und E. Meyer, Inst. für Physik, Universität Basel

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Wir präsentieren einen Physik-Experimentierkoffer, der an der Universität Basel zu Praktikumszwecken entwickelt wurde. Neben elementaren, elektrischen Mess- und Steueranschlüssen beinhaltet er ein beliebig erweiterbares Set von 10 Experimenten aus der Welt der Physik. Der Koffer verfügt über einen USB- Anschluss zum Datenaustausch mit einem PC. Das Experimentierset wird computerseitig mit LabView betrieben. Grundlegende, einfach zu bedienende Module, erlauben die Auswertung und Steuerung von physikalischen Experimenten mit dem Rechner. Die robuste "all-in-one" Bauweise ist ideal für Praktikumsversuche, lässt sich aber auch für Demonstrationen im Frontalunterricht einsetzen.

Der Experimentierkoffer enthält kurzschlusssichere Spannungsquellen, ein Drehspulinstrument und ein Elektronik-Steckbrett. Ausserdem wird eine Auswahl von Sensoren und Aktuatoren mitgeliefert. Damit können Experimente aus der Mechanik, Wärmelehre und Elektrizitätslehre, sowohl mit als auch ohne Computer, durchgeführt werden. Mit Hilfe eines Distanz-Sensors können Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung gemessen und in einem Diagramm aufgezeichnet werden. Das Elektronik-Steckbrett erlaubt die automatische Aufzeichnung von Charakteristika beliebiger elektronischer Bauteile. Die mitgelieferte Software LabView von National Instruments gilt als Industriestandard für Prozesssteuerungen. Die Programmierung erfolgt rein graphisch mit Struktogrammen. Die Software wird als zu erlernende Programmiersprache im Informatikunterricht am Gymnasium Münsterplatz in Basel bereits erfolgreich eingesetzt.

Lernen mit neuen Medien:
Das Nano-World Konzept
Martin Guggisberg, Departement Informatik, Universität Basel

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Lässt sich mit Hilfe Neuer Medien die Qualität des Lernens verbessern? Diese zentrale Frage wurde in zahlreichen Artikeln kontrovers diskutiert. Das Projekt Nano-World ermöglicht Studierenden, sich mit Hilfe der neuen Medien aktiv in die Rolle einer Forscherin oder eines Forschers zu versetzen und Experimente auf dem Gebiet der Nanowissenschaften selbständig oder kooperativ in kleinen Gruppen durchzuführen.

Die jungen Nanowissenschaften stehen in einem steten und schnellen Wandel. Das gleiche gilt für die Inhalte des Nano-World Lernportals sowie für die Simulationen, welche einfach verändert und erweitert werden können. Alle verwendeten Ressourcen unterliegen Open-Source Lizenzen und können für eigene Projekte eingesetzt werden.

Die ersten Evaluationen haben gezeigt, dass sich die neuen Medien bei richtiger Anwendung durchaus gewinnbringend in der Lehre einsetzen lassen.