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Eintauchen in die Welt der Quanten – Die Deutsche SchülerAkademie 2022

„Die Quantentheorie macht Vorhersagen, die dem gesunden Menschenverstand zu widersprechen scheinen: Wie kann sich ein Teilchen gleichzeitig entlang verschiedener Pfade bewegen? Wie können „verschränkte“ Teilchen über beliebige Distanzen perfekt synchronisiert sein?

Dennoch sind diese unmöglich klingenden Phänomene inzwischen experimentell nachgewiesen. Heute stehen wir wahrscheinlich am Anfang einer spannenden Epoche, in der die technische Nutzung dieser Quanteneffekte beginnt.

Die Quanteninformationstheorie erforscht die Frage, wie Quantensysteme zur Informationsverarbeitung genutzt werden können. Ein Quantencomputer etwa könnte die heutigen besten Verschlüsselungsverfahren effizient knacken, für die ein gewöhnlicher Computer mehrere tausend Jahre arbeiten müsste! Andererseits könnte mit Quantenkryptographie Kommunikation absolut abhörsicher verschlüsselt werden...“

– Kursbeschreibung des Kurses Q.1

Endlich Sommerferien! Es wird Zeit zum Chillen, Eis essen, ins Freibad gehen, für den Urlaub… oder aber auch für ein achttägiges digitales Seminar zur Quanteninformationstheorie auf dem Niveau von Master-Vorlesungen.

Vielleicht auf den ersten Blick nicht für jeden der ideale Zeitvertreib in den Ferien, war man jedoch einmal dabei, würde man am liebsten ständig wieder aufs Neue mitmachen.

Organisiert wird das Ganze im Rahmen der sogenannten „Deutschen SchülerAkademie“ für deutsche Jugendliche weltweit.

Die Deutsche SchülerAkademie bietet als Kernelement jährlich im Sommer verschiedene meist 16-tägige Präsenz-Akademien an verschiedenen Standorten in Deutschland an. Jede Akademie besteht dabei aus sechs thematisch teils völlig verschiedenen Kursen, mit jeweils 16 Teilnehmenden und zwei Kursleitern. Teilnahmeberechtigt sind Schüler der vorletzten zwei Jahrgangsstufen an Schulen, die zur allgemeinen Hochschulreife führen.

Die Schüler werden entweder von ihrer Schule empfohlen oder qualifizieren sich durch die erfolgreiche Teilnahme an bestimmten bundesweiten Schülerwettbewerben. Aus Kapazitätsgründen kann jedoch nur ein gewisser Teil der Bewerber angenommen werden.

Jeder Schüler kann grundsätzlich nur einmal am Programm teilnehmen. Während der Akademien arbeiten die Jugendlichen in Kursen zu verschiedenen wissenschaftlichen Themen auf Universitätsniveau zusammen, wobei thematisch natur-, ingenieur-, geistes-, rechts- und wirtschaftswissenschaftliche, sowie musisch-künstlerische Bereiche abgedeckt werden.

Darüber hinaus besteht außerhalb der Kurszeiten die Möglichkeit der Teilnahme an von den Teilnehmenden selbst organisierten kursübergreifenden Aktivitäten – sogenannten „KüAs“.

Bereits im vorletzten Schuljahr wurde ich von unserer damaligen Schulleitung für eine Teilnahme an einem Kurs der Deutschen SchülerAkademie vorgeschlagen. Nachdem ich das Bewerbungsverfahren erfolgreich bestanden hatte, führte ich meine nach Favoriten sortierte Kurswahl durch, hatte in dem anschließenden durch Kapazitäten bedingten Losverfahren jedoch leider kein Glück. Allerdings wurde mir eine Teilnahme im darauffolgenden Jahr garantiert, was schließlich auch geklappt hat.

In diesem Jahr gab es neben den regulären Präsenz-Akademien auch eine „nur“ achttägige „Digitale QuantenAkademie“, die mich direkt angesprochen hat. Sie setzte sich aus insgesamt vier Kursen zusammen, die allesamt die Quantentheorie entweder naturwissenschaftlich oder philosophisch behandelten.

Ich entschied mich letztendlich für den ersten und interessantesten dieser Kurse – Q.1 Quanteninformationstheorie.

Bevor der Online-Kurs jedoch starten konnte, galt es noch, Einiges vorzubereiten. So wurden wir etwa mit der Bedienung von Microsoft Teams, SharePoint, einer hauseigenen Website usw. vertraut gemacht. Dazu wurde uns auch noch ein 35-seitiges Vorbereitungsskript mit Einführungen und Aufgaben zu mathematischen Grundbegriffen, der Geschichte und Bedeutung der reellen Zahlen, den komplexen Zahlen sowie der Exponentialfunktion und Polardarstellung komplexer Zahlen übermittelt, das wir zu bearbeiten und unsere Lösungen mithilfe der Programmiersprache „LaTeX“ ein- sowie abzugeben hatten.

Die Akademie begann schließlich mit einer kursübergreifenden gemeinsamen Einführungsveranstaltung am Mittwochabend der ersten Ferienwoche. Die folgenden drei Tage waren mit tagesfüllenden Vorlesungen gefüllt. Die Kurszeit ging von 9:00 Uhr morgens bis 17:00 Uhr abends, die KüAs begannen wieder um 18:30 Uhr und gingen bis offiziell 22:00 Uhr, wobei sie in Wirklichkeit gerne mal bis spät in die Nacht oder den kommenden frühen Morgen reichten.

Der Sonntag war ein etwas besonderer Tag. Als Mitte des Akademiezeitraums, sollte hier mithilfe einer „Quanten-Rallye“ ein wenig Abwechslung von dem rein theoretischen Inhalt geboten werden.

Am Montag stand eines der Highlights an: eine digitale Exkursion zu IBM, bei der uns in Form eines Livestreams die aktuelle Forschungsarbeit und Entwicklungsstände der IBM Quantencomputer vorgestellt sowie in einem anschließenden Workshop Grundlagen des Open-Source-Programmierens auf den Quantencomputern beispielsweise in New York erklärt wurden.

Die restlichen drei Tage beschäftigten wir uns in unserem Kurs, an den IBM Vortrag anknüpfend, mit der praktischen Anwendung der Quanteninformationstheorie, z.B. über den Deutsch-Jozsa oder Shor-Algorithmus.

Den Abschluss bildete ein „Bunter Abend“ am zweiten Mittwochabend, an welchem in einem unterhaltsamen Programm die Ergebnisse und Erlebnisse der KüAs und Kurszeiten im Laufe der Woche vorgestellt wurden.

Am darauffolgenden Tag endete nun schließlich eine aufregende, abwechslungsreiche Woche voller Input, Spaß und Action auf emotionale Weise über mehrere Stunden verteilt, mit viel Musik, rekapitulierenden Videoclips über die Akademie, Verabschiedungen usw.

Hoch anzurechnen ist es den Teilnehmenden und Kursleitern außerhalb Deutschlands, die trotz der teils enormen Zeitverschiebung standhaft und aktiv mitgewirkt hatten! So hatten wir nämlich auch deutsche Teilnehmer bzw. Kursleiter unter anderem aus Kolumbien, Namibia, Schweden, Finnland, Spanien, Australien und Japan.

Alle Teilnehmenden werden nun automatisch in den „CdE“, den „Club der Ehemaligen“ aufgenommen, welcher Ähnliches anbietet wie die Deutsche SchülerAkademie, jedoch nur für ehemalige Teilnehmende solcher Akademien.

Zum Schluss möchte ich mich noch bei unserer damaligen sowie heutigen Schulleitung, und dabei insbesondere bei Frau Ziese und allen anderen beteiligten Lehrkräften bedanken, die mir durch Vorschlag bei der DSA und entsprechende Empfehlungsschreiben diese tolle und einmalige Erfahrung überhaupt erst ermöglicht haben!

Ich kann jedem, der die Gelegenheit zur Teilnahme an der DSA hat, dies nur wärmstens empfehlen. 

DSA 2022

Dennis Schäfer, JG2

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Cyber-Mentorin aus Regensburg zu Besuch am HCG

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Am vergangenen Freitag durften die Schülerinnen des NWT1-Profils und des NWT-Profils der Klassenstufen 7-11 an einer Informationsveranstaltung der Uni Regensburg teilnehmen.

In einer eindrucksvollen Präsentation wurden die Möglichkeiten des Online-Mentoring-Programmes aufgezeigt.

Das Programm ist deutschlandweit vernetzt, je nach Interessensgebiet. Über eine geschützte Plattform erhalten interessierte Schülerinnen persönliche Mentorinnen zugeteilt und können so in einer Community zusammenarbeiten, sich austauschen und gemeinsam Projekte starten.

Kirsten Boncol

Green Days 2022

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Saisonal und regional, unter diesem Motto startete die Umwelt AG mit Helfer*innen motiviert in die Planung und Durchführung der Greendays. Wie schon letztes Jahr eine wahre Herausforderung ohne Schulküche oder richtigen Verkaufsstand und vor allem unter coronabedingten Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz der Gesundheit aller Lernenden und Lehrenden des HCG`s. Die Planung startete sinngemäß mit dem Sammeln gemeinsamer Rezept- und Umsetzungsideen. Die ganze Umsetzung des Projektes „Greendays“ konnte dank Hilfe unseres Lehrers Herr Allig und unserer Zusammenarbeit innerhalb der Umwelt AG stattfinden. Dank letztem Jahr mussten wir wesentlich weniger austesten, denn wir hatten schon eine Auswahl an gesunden, veganen und einfach umsetzbaren Rezepten. Trotzdem eine Herausforderung, ein Sortiment an Produkten anzubieten die regional, saisonal und vegan sind und trotzdem allen Schülern schmecken. Am Ende haben wir uns auf 4 Rezepte geeinigt, nämlich die schon letztjährig verkauften: Zucchiniburger, einen frischen Obstsalat, Gemüsechips und veganen Keksteig mit Schokochips. Ausschlaggebend bei der Auswahl war vor allem die Nachhaltigkeit. Alle Rezepte sind zu 100% vegan bei Auswahl der Früchte wurde besonders auf Saisonalität geachtet und wenn möglich aus einer Herkunft aus Deutschland. Bei nichtregionalen Früchten, wie Wassermelonen und Erdbeeren, achteten wir darauf, dass diese wenigstens in der EU gewachsen sind. Produkte und Zutaten hat uns netterweise der Edeka Oberstenfeld zukommen lassen. Eine riesige Erleichterung, nicht alles selbst einkaufen zu müssen.  Da unsere Schule sich zu dem Zeitpunkt immer noch renoviert wurde und wir somit auch keinen Zugang zur Schulküche hatten, mussten wir die Rezepte zuhause zubereiten. Unter coronabedingtem Personenmangel bereiteten wir folglich alle Rezepte in unseren privaten Küchen zu, dass wir vor dem Verkauf diese nur noch anrichten mussten. Beim Anrichten und verkaufsbereit machen lag uns vor allem die „Verpackung“ sehr am Herzen. Wir wollten auf jeden Fall auf Wegwerf-Teller und Plastikbesteck verzichten und haben deswegen mit einem Pfandsystem gearbeitet. Wie im letzten Jahr haben wir unsere Gerichte in Mehrwegschüsseln der Schule aus Melanin-Plastik verkauft und somit auf jede Form von Einmalgeschirr verzichtet.

Wie jedes Jahr waren die Greendays ein Erfolg: Ein sehr planungsbedürftiges, aber lohnendes Projekt. Doch es geht bei diesem Projekt keinesfalls um die Rentabilität. Wir als Umwelt AG wollen vermitteln, dass regional, saisonal und vegan einkaufen und kochen nicht teuer ist. Das nachhaltig und gesund essen nicht eklig oder „Öko“, sondern wichtig ist, sowohl für unsere Gesundheit als auch unseren Planeten. Wer sich vegan ernährt spart zwei Tonnen Treibhausgase jährlich ein. Das entspricht 8 Flügen zwischen London und Berlin. Niemand muss jetzt direkt zum Veganer werden, aber die Signifikanz, die unserer Ernährung auf das Klima hat, steigt und deswegen reichen auch schon kleine Schritte, wie zum Beispiel unsere Greendays, um gemeinsam ein Schritt gegen den Klimawandel zu machen.

Pauline Keck

Lennox Hauser (5d) erreicht die zweite Runde der internationalen JuniorScienceOlympiade 2022

 

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Seit 2008 wird die internationale JuniorScienceOlympiade (IJSO) in einem vierstufigen Auswahlwettbewerb vom IPN – Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik, Kiel organisiert. Die Aufgaben und Experimente umfassen Themen aus Biologie, Chemie und Physik.

In der ersten Runde hat Lennox vier einfache Experimente rund um das Thema „Hör mal“ durchgeführt und Aufgaben dazu beantwortet.

Im ersten Experiment wurde Popcorn zubereitet und beobachtet, wie Maiskörner aufploppen. Eine Expedition ins Ohr versprach das zweite Experiment. Dabei wurde überprüft, welchen Weg der Schall durch das Mittelohr nimmt. Dazu wurde aus Haushaltsgegenständen wie einer Springform, einem Trinkhalm und Frischhaltefolie ein Modell des Mittelohrs gebaut und auf seine Funktion untersucht. Lennox2.jpgLennox3.jpg

Mithilfe einer Chipsdose und einem Luftballon wurden im dritten Experiment Salzkörner zum Tanzen gebracht. Dazu hat Lennox Laute in hohen und tiefen Stimmlagen erzeugt. Mithilfe der Phyphox-App wurden dann die entsprechenden Tonhöhen notiert und deren Auswirkung auf die Klangdose untersucht. Im letzten Experiment galt es Gläser zum Klingen zu bringen. Diese wurden mit unterschiedlichen Mengen an Wasser befüllt und mit einem feuchten Finger über den Rand gestrichen. Mit der Phyphox-App wurden die Frequenz und die Periode der erzeugten Töne gemessen. Seine Experimentier- und Rechercheergebnisse hat Lennox in einem Protokoll zusammengestellt, welches die Grundlage für das Erreichen der nächsten Runde war.

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Nach dem Lennox Runde eins erfolgreich bestanden hatte, musste er sein naturwissenschaftliches Wissen in der zweiten Runde bei 24 Multiple-Choice-Aufgaben in 45 Minuten unter Beweis stellen. Die Fragen beschäftigen sich unter anderem mit Themen wie Magnetismus, Geheimtinte, Elektrostatik, Atomaufbau und Kabeljaubeständen im 20. Jahrhundert. Nur äußerst knapp verfehlte Lennox die dritte Runde! Dennoch lautet Lennoxs Fazit zur internationalen JunioScienceOlympiade wie folgt:

„Mit hat das IJSO-Projekt sehr viel Spaß gemacht, vor allem die Durchführung der Experimente mit Frau Nickol. Die Aufgaben waren gut zu bearbeiten und es war ein tolles Erlebnis daran teilzunehmen.“

Wir gratulieren Lennox Hauser (5d) ganz herzlich zur erfolgreichen Teilnahme an der internationalen JuniorScieneOlympiade und dem Erreichen der zweiten Runde! Das war eine großartige Leistung!

Einfach digital – digital ganz einfach!

Eine eigene Fitness-App, ein selbst entwickelter Filmprojektor und ein Blick hinter die Kulissen des maschinellen Lernens: Zehn besonders interessierte Schülerinnen und Schüler der Klassen 9b und 9c erwartete am Freitag, 1. Juli 2022, ein abwechslungsreicher Tag in der experimenta, an dem sie in drei spannenden Workshops einen Einblick in verschiedene Berufsfelder der Zukunft erhielten und unterschiedliche digitale Technologien selbst ausprobieren durften.Einfach_digital_Workshop_2.jpg

Einen sportlichen Start legten Julian und Lukas direkt im ersten Workshop hin, in dem sie ihre erste eigene Fitness-App programmierten: Wer schüttelt sein iPad am schnellsten hin- und her und knackt so den Highscore? Dazu mussten sie Beschleunigungssensoren auslesen und die Werte auf dem iPad-Display ausgeben. Auch die Auseinandersetzung mit den physikalischen Hintergründen der Bewegungserkennung kam nicht zu knapp, was besonders die begleitenden Physik-Lehrkräfte Frau Schmelcher und Herrn Fingerhut freute.Einfach_digital_Workshop_1.jpg

»Keine Angst vor künstlicher Intelligenz!« war die zentrale Botschaft eines unterhaltsamen Impulsvortrags, in dem deutlich wurde, dass künstliche Intelligenz (KI) bereits heute viele Aufgaben unseres Alltags übernimmt und erleichtert, zum Beispiel in Form von Sprachassistenten oder selbstfahrenden Autos. Dahinter stecken oft neuronale Netze, die große Mengen an Daten wie beispielsweise Fotos analysieren und auswerten.

Nach der Mittagspause mit einem leckeren Buffet erweckten Jahir und Yigit mit ihrem Zoetrop aus Arduino, Drehtrommel und Motor wie bei einem Daumenkino eine Reihenfolge von Einzelbildern zum Leben. Dazu mussten sie das Zoetrop aus einer Schablone aufbauen, eine elektrische Schaltung zur Ansteuerung des Motors stecken und einen kurzen Programmcode schreiben.

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Bereits vor dem dritten Workshop hatten alle durch die gesammelten Erfahrungen viel gelernt. Doch wie lernt eigentlich eine künstliche Intelligenz (KI), um »schlauer« und besser zu werden? Dieser Frage gingen Oda und Matilda spielerisch nach, indem sie in die Rolle einer KI schlüpften, um ein »Äffchenspiel« (Schach auf 3x3 Feldern mit je 3 Bauern) zu gewinnen. Und nach wenigen Minuten Training eines Regelsystems hatten die Äffchen gegen die Roboter keine Chance.

Um 17 Uhr ging schließlich ein sogleich lehrreicher wie spaßiger Tag zu Ende. Eine Kugel Eis zum Abschluss rundete den Ausflug am Abend ab, bevor es mit dem Bus zurück nach Beilstein ging.

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