MINT Berichte

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.

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.

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!

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.

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.

»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.

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.

Komm, mach MINT! Junge Studierende der Universität Tübingen gaben am Donnerstag, 23.06.2022, einen ganz persönlichen Einblick in ihren Studienalltag. Alle Schüler*innen der Klassenstufe 10 mit NwT-Profil lernten dabei die Vielseitigkeit der MINT-Studiengänge Nano-Science, Physik, Geoökologie und Medizintechnik kennen.

Während der 90-minütigen Veranstaltung kamen sie mit den MINT-Studienbotschafter*innen auf Augenhöhe ins Gespräch und erhielten persönliche Ratschläge und Tipps für die Studien- und Berufsorientierung. Highlight der Veranstaltung waren die vier Hands-on-Aktivitäten, auf welche sich die Schüler*innen im Anschluss an motivierende Impuls-Vorträge frei aufteilen durften, um selbst aktiv zu werden:

Zusammen mit Melena tauchten sie in die faszinierende Welt der Nano-Science ein und ätzten mikroskopische Strukturen auf eine Platine - mit der Technik der optischen Lithographie, über die moderne Sensortechnik kosteneffektiv und schnell in großer Stückzahl gefertigt wird.

Mit Max (Physik) erlebten sie bei der Video-Untersuchung von Fallschirmsprüngen, wie gezieltes Experimentieren und physikalische Modellbildung mit digitalen Tools zu neuen Erkenntnissen führt.

Die vielfältigen Tätigkeitsfelder von Geoökolog*innen erkundeten sie mit Carla im Wettlauf gegen die Zeit in einem Exit-Game rund um das afrikanische Land Namibia an den interaktiven Stationen zu globalen Kreisläufen, Karten, Geologie und Klima, Evolution, Küstenmodellierung und Biogeographie.

Und bei Anja und Julian (Medizintechnik) vollzogen sie den Entwicklungsprozess eines Gelenk-Implantats nach, um die optimale Lösung zu finden. Dazu mussten sie die Materialeigenschaften von Kupfer, Stahl und Titan experimentell untersuchen und sich Expertenwissen zu Gelenken aneignen.

Allen Schüler*innen haben die Aktivitäten sichtlich Spaß gemacht, denn es gab viel selbst zu entdecken, zu experimentieren und zu diskutieren. Dabei wurde den Schüler*innen deutlich: Ein Studium im MINT-Bereich eröffnet vielfältige Perspektiven, um aktiv an der Entwicklung von Lösungen zu zentralen Problemen des 21. Jahrhunderts mitzuarbeiten. Mit ihren am HCG Beilstein erworbenen Kenntnissen aus den Naturwissenschaften sowie ihrem in NwT erarbeiteten Können in den Bereichen Programmierung, 3D-Konstruktion, Elektronik und Energietechnik sind sie bestens auf ein Studium im MINT-Bereich vorbereitet.

„Dass niemand etwas sicheres von der Astronomie erwartet, denn nichts Wahres bietet sie uns an. Wenn jemand diese Disziplin verlässt, wird er wahnsinniger enden als beim Einstieg.“

Mit diesem Zitat des weltberühmten, revolutionären Astronomen Nicolaus Copernicus begannen die nationalen Vorentscheid-Runden hin zur Ernennung des deutschen Nationalteams für die diesjährige „International Olympiad on Astronomy and Astrophysics“ (IOAA).

Der seit 2007 jährlich stattfindende internationale Schülerwettbewerb, an welchem Deutschland erst seit 2019 als eines von insgesamt 48 Ländern teilnimmt, entstand als Abspaltung von und damit Erweiterung der bereits länger existierenden „Internationalen Astronomie-Olympiade“ (IAO).

Teilnehmen darf jede*r, die*der im Jahr der eigentlichen Olympiade das 20. Lebensjahr noch nicht vollendet hat.

Der deutsche Auswahlprozess zur Bestimmung des Nationalteams für die Olympiade setzt sich aus drei Runden zusammen.

Bei der ersten Runde handelt es sich um eine sogenannte „Hausaufgabenrunde“, bei der die Schüler*innen insgesamt fünf theoretische Aufgaben aus den Bereichen der Astronomie und Astrophysik in Eigenregie zu Hause bearbeiten und lösen müssen, wobei bestimmte Hilfsmittel sowie Recherche erlaubt sind, was jedoch nicht unbedingt einen Vorteil verschafft.

Für die zweite Runde qualifizieren sich lediglich die 50% der besten Teilnehmer*innen deutschlandweit sowie diejenigen, die mindestens die Hälfte der Punktzahl erreicht haben. Auch Teilnehmende der Bundesrunde der „Internationalen Physik-Olympiade“ (IPhO) qualifizieren sich automatisch für die zweite Runde.

Die zweite Runde – das Halbfinale – findet kurz nach der ersten Runde in Form einer Online-Klausur statt. Man bekommt hier nach dem Upload der Klausur einen Zeitraum von ein paar wenigen Stunden zur Verfügung gestellt, um so viele Aufgaben wie möglich so gut wie möglich zu bearbeiten. Auch hier sind zwar wieder Hilfsmittel und Recherche erlaubt, das zentrale Problem ist jedoch die Zeit.

Für die dritte Runde – das Finale – qualifizieren sich die besten 20 Teilnehmenden sowie alle, die mehr als 75% der Punkte erzielt haben. Die Ergebnisse werden bereits einen Tag später veröffentlicht.

Bei der Finalrunde handelt es sich ebenfalls um ein Online-Klausur-Format, sie setzt sich jedoch aus insgesamt zwei Klausuren zusammen, bei welchen man wieder einen Zeitrahmen erhält, dieses Mal jedoch über eine Videokonferenz von den Veranstaltern überwacht wird. Hier sind nun lediglich wenige bestimmte Hilfsmittel zulässig.

Bei der ersten Final-Klausur handelt es sich um eine reine Theorie-, bei der zweiten um eine Data Analysis und Beobachtungs-Klausur, die also auch die praktischen Elemente der Astronomie umfasst, ähnlich wie bei der tatsächlichen Olympiade.

Die besten fünf Teilnehmenden der Finalrunde stellen nun das Nationalteam, welches über die nächsten Monate hinweg in verschiedenen Camps und Seminaren für die Olympiade vorbereitet wird.

Insgesamt erinnert dieser Aufbau stark an den aller anderen Science-Olympiaden, wie etwa in Physik oder Biologie.

Ähnlich wie bei meiner Teilnahme an der Physik-Olympiade gestaltete sich die Teilnahme an der IOAA als recht spontan und kurzfristig.

Bei den Aufgaben der ersten Runde musste ich hierbei etwa mithilfe der heutigen Koordinaten des ehemaligen Polarsterns des Alten Ägyptens – „Thuban“ (α Draco) – die Präzessionsdauer der Erdachse, also die Dauer der Richtungsänderung unserer Erdachse im Raum aufgrund bestimmter Kreiselgesetzte, berechnen.

Des Weiteren sollte man die Effektivität der künftigen ESA-NASA-Mission AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment) anhand der Veränderung der Umlaufdauer des kleineren Asteroiden Dimorphos um seinen größeren Nachbarn Didymos durch Impulsübertragung beim Einschlag der NASA-Sonde DART (Double Asteroid Redirection Test) prüfen.

Bei einer weiteren Aufgabe ging es darum, zu bestimmen, welche Himmelskörper man am Tag mit dem bloßen Auge sehen könnte, würde sich unser Sonnensystem in eine riesige Gaswolke, genannt die „Lokale Blase“, begeben, und unsere Sonne daher aufgrund der interstellaren Extinktion – also der Abschwächung von Licht beim Durchlaufen interstellarer Materie – zehnmal dunkler erscheinen.

Bei den letzten Aufgaben ging es einmal darum, anhand gegebener Masse und Temperatur sowie Helligkeitsschwankung eine Theorie zu überprüfen, nach der der pulsierende Rote Riese „Y Canum Venaticorum“ („La Superba“) regelmäßig Masse in Form von Schockwellen durch seine Pulsation verliere, sowie durch Spektralanalyse zweier verschiedener Seyfert-Galaxien in Hinblick auf beispielsweise Dopplerverbreiterungen etwa bei Wasserstoff- und Helium-Emissionslinien herauszufinden, bei welchem Spektrum der Inklinations-, also Betrachtungs-Winkel größer war.

Die Teilnahme am Astronomie-Kurs von Herrn Haug hat mir bereits viele Grundlagen zur Bearbeitung dieser Aufgaben geliefert, auch wenn ich sehr vieles noch recherchieren und mir selbst aneignen musste.

Hier merkt man erst einmal, wie umfassend diese Wissenschaftsdisziplin ist.

Die erste Runde habe ich schließlich mit 18,5 von 25 Punkten erfolgreich bestanden und mich so für die zweite Runde qualifiziert, an welcher ich dann auch teilnahm.

Die Aufgaben in dieser Runde jedoch waren deutlich schwerer als die der ersten Runde, und mir fehlten hier leider tatsächlich schlichtweg die Grundlagen.

Äußerst knapp verfehlte ich daher die Qualifikation zum Finale, konnte jedoch extrem viel Neues und Spannendes dazulernen, was mich auch dazu motivierte, Astronomie und hier besonders den praktischen Teil zu meinem neuen Hobby zu machen.

Die IOAA kann ich jedem*jeder wärmstens empfehlen, der*die dazu bereit ist, viel Zeit darin zu investieren, sich in die verschiedensten Bereiche der Astronomie und Astrophysik einzuarbeiten, und so über den Wettbewerb hinaus auch allgemein ein besseres Verständnis dafür zu kriegen, was da draußen im All alles so geschieht; es lohnt sich so oder so!

Daran anknüpfend kann ich auch den Astronomie-Kurs von Herrn Haug für die Kursstufe empfehlen, da man hier die wichtigsten Grundlagen einer großen Bandbreite an Themen abarbeitet.

„Was wir wissen ist ein Tropfen, was wir nicht wissen ist ein Ozean.“ (Isaac Newton)

Dennis Schäfer, JG1