MINT Akademie 2018
Diese Themen wurden behandelt:
Mathematik
Fraktale
Fraktale gehören zu den faszinierendsten mathematischen Objekten. Kein Wunder also, dass sie sofort Interesse weckten: Ein Romanesco, das Mosaik eines Sierpinskidreiecks im Fußboden einer Kirche, ein Faltexperiment zur Drachenkurve – schnell wurde klar, dass fraktale Strukturen oft recht naheliegend in unserer Umwelt zu finden sind. Es zeigte sich jedoch, dass gar nicht so leicht mit einer allgemein verständlichen und anschaulichen aber dennoch exakten mathematischen Definition zu klären war, was genau ein Fraktal ist. Und so näherte sich die Gruppe dem Phänomen über die Beschreibung zentraler Eigenschaften wie z.B. der Selbstähnlichkeit, des Bildungsgesetzes und der fraktalen Dimension. In zwei Teams wurden die Hilbertkurve, die Drachenkurve und die Sierpinski – Pyramide genauer untersucht. Dabei stellte sich ein Team die Frage nach dem Zusammenhang zwischen der Sierpinski – Pyramide und dem pascalschen Tetraeder (eigentlich kein Fraktal) und wie dieser veranschaulicht werden kann – eine Fragestellung, die sie über die MINT – Akademie hinaus beschäftigt.
Betreuer:
Markus Beyhl (Rottmayr Gymnasium Laufen)
Informatik
Wie bringe ich meinem Computer das Lernen bei?
Eine Forscherin und drei Forscher gingen als erstes der Frage nach, was eigentlich lernen ist. Dabei diskutierten sie anhand verschiedener Beispiele wie wir Menschen lernen und wie uns die Erfahrung lehrt, ob bspw. ein Glas beim Sturz auf einen Steinboden zu Bruch gehen wird.
Sie erfuhren, dass der Computer ganz ähnlich lernen kann, indem er mit Hilfe von Trainingsdaten (bspw. Wetter-Informationen) eine Gegebenheit einzuschätzen lernt und nach einer Trainingsphase in der Lage ist, neue Situationen anhand des „Gelernten“ zu beurteilen.
Nachdem sie sich mit der Funktionsweise von neuronalen Netzen vertraut gemacht hatten, programmierten sie selbst ein Perzeptron mittels der blockbasierten Programmiersprache scratch. Mithilfe dieses selbstgeschriebenen Programms waren ihre Computer nun in der Lage zu lernen.
Betreuer:
Michael Talbot (Technische Universität München)
Biologie I
Molekularbiologischer Gesundheitscheck bei der Honigbiene
In diesem Projekt wurde der Frage, ob unsere örtlichen Honigbienen von regelmäßig auftretenden Krankheitserregern wie Varroa-, Nosema- und/oder Kalkbrut befallen waren. Dazu entnahmen wir Proben aus den Völkern des SFZ, extrahierten daraus DNA und amplifizierten daraus mit erregerspezifischen Primern entsprechende Markersequenzen. Jeder Primerkombination entsprach eine Vorhersage der entstehenden Amplikonlänge, die in einer anschließenden Gelelektrophorese verifiziert wurde. Die PCR-Methode ist grundsätzlich anfällig für Fehlsignale aufgrund von Kontaminationen. Entsprechende Tests, sogenannte Leerproben wurden in die Analysen einbezogen. Um die Bedeutung fehlender Banden zu ermitteln wurden Positivkontrollen durchgeführt. Das Fehlen einer Bande heißt nämlich nicht automatisch, dass der entsprechende Krankheitserreger abwesend ist, d.h. dass die Bienen gesund waren, – eine fehlende Bande kann auch ganz einfach durch fehlerhaftes Experimentieren bedingt sein.
So konnten wir zeigen, dass wir a) grundsätzlich fehlerarm experimentiert haben, b) Nosema die höchste Prävalenz hatte, c) der Nachweis von Varroa mit molekularbiologischen Methoden schlechter war als mit konventionellen Methoden und d) die zwei verschiedenen Primerkombinationen für den Kalkbruterreger zu deutlich verschiedene Ergebnissen führten.
Betreuer:
Dr. Gert Helms (CJD Gymnasium Berchtesgaden)
Biologie II
Messung von Feinstaubwerten als Luftverschmutzer und Vergleich mit weltweiten Echtzeit-Messungen. Bestimmung der eigenen Lungenfunktion.
Die Arbeitsgruppe Biologie II hat sich mit dem Thema Feinstaub bzw. Feinstaubbelastung auseinandergesetzt. Dabei haben die Schüler gelernt, wie Feinstaub überhaupt entsteht, welche Arten es davon gibt und welche gesundheitlichen Auswirkungen er auf den menschlichen Organismus hat.
Dazu wurden selbständige Messungen mit einem professionellen portablen Feinstaub Messgerät durchgeführt. Zu diesem Zweck war die Gruppe auch im Freien unterwegs um Feinstaubwerte direkt an der Bundesstraße in Berchtesgaden aufzuzeichnen.
Auch wurden weltweite Echtzeit-Messdaten zu diesem Thema analysiert, ausgewertet und mit den gesammelten Messdaten verglichen. Die eigene Lungenfunktion wurde mit einem medizinischen Lungenfunktionsmessgerät gemessen und die Schüler haben sich mit dem Thema Luftqualität und Aufbau bzw. Funktion der Lunge auch in der Theorie beschäftigt.
Betreuerin:
Dr. Renata Sanovic (Novogenia GmbH, Salzburg)
Empirische Sozialforschung und Statistik
Entwurf eines Fragebogens, Erhebung von Daten und Auswertung der Ergebnisse
Im Rahmen eines psychologischen Experiments beschäftigten sich zwei Schülerinnen während der MINT-Woche intensiv mit der Frage, welche Wirkung (humanoide) Roboter auf uns Menschen haben können. Ihre Forscherreise führte die beiden somit ins „Uncanny Valley“ – das unheimliche Tal. Dieses Phänomen beschreibt, dass bei einem steigenden Grad an Realismus von künstlichen Figuren ein Punkt erreicht wird, an dem diese Figuren nicht mehr als realistisch akzeptiert werden und beim Zuschauer Unbehagen auslösen. Im Zentrum ihrer Untersuchung stand für die Teilnehmerinnen dementsprechend die Suche nach geeigneten Messinstrumenten für menschliche Stress-/Angstzustände. In unterschiedlichen experimentellen Settings konnte der emotionale Zustand realer Versuchspersonen mittels eines Fragebogens und durch die Messung des Hautleitwerts aufgezeichnet werden. So konnte am Ende einer spannenden Woche ein Vergleich subjektiver und objektiver Messverfahren mit überraschendem Ausgang angestellt werden.
Betreuerin:
Sophia Gabler (Technische Universität München)
Chemie
Die Größe macht’s! Herstellung, Untersuchung und Anwendung von magnetischen, fluoreszierenden und Edelmetall-Nanoteilchen
Die Arbeitsgruppe Chemie beschäftigte sich mit der Herstellung und Untersuchung von Nanoteilchen.
Magnetische Fe3O4-Nanoteilchen wurden aus wässriger Lösung gefällt und ihre Kapazität zur Adsoption von Schwermetall-Ionen in Trinkwasser am Beispiel von Mangan und Eisen untersucht. Daneben wurde eine magnetische Flüssigkeit hergestellt, die im Magnetfeld die typische Rosensweig-Instabilität zeigte.
Gold-Nanoteilchen verschiedener Größe wurde aus einer Gold-Chlorid-Lösung synthetisiert und ihr Absoptionsverhalten mit dem UV-VIS Spektrometer untersucht. Die Teilchen wurden außerdem mit Silber ummantelt um ihre Kapazität zur Funktionalisierung zu veranschaulichen.
Zitronensäure bzw. Orangensaft bildeten den Ausgang für die Herstellung von Nanoteilchen aus Kohlenstoff im Autoklaven. Diese weisen eine intensiv blaue bzw. grün-blaue Fluoreszenz auf. Abhängig von organischen Molekülen an der Oberfläche der Teilchen konnten deren Eigenschaften verändert werden. Es wurden spektroskopische Untersuchungen zur Änderung der Fluoreszenzstärke bei Anwesenheit verschiedener Schwermetall-Ionen durchgeführt.
Betreuer:
Dr. Stefan Lebernegg (Technische Universität München)
Co-Betreuerin:
Sara Großbruchhaus (Technische Universität München)
Physik
Von leuchtenden Bananen zum Röntgenblitz – Lumineszenz von Stoffen
Mit Hilfe einfacher Modelle der modernen Festkörperphysik und vielen Experimenten näherte sich die Arbeitsgruppe Physik dem spannenden Thema der Photonen-Emission bei Atomen, Molekülen und Festkörpern. Die jungen Physiker(innen) brachten mit viel Elan und selbstständigem Arbeiten Licht ins Dunkle vieler wissenschaftlicher Fragestellungen zum Thema Lumineszenz. Dabei wurden Bananen zum Leuchten gebracht und die Thermolumineszenz von Fluorit spektroskopisch untersucht. Auch im Bereich hoher Energien wurde Lumineszenz beobachtet, als schlussendlich ein Röntgenblitz durch Abrollen von Tesafilm in einem selbst gebauten Röntgengenerator erzeugt werden konnte.
Betreuerin:
Dr. Miriam Ewald (Smiths Detections Wiesbaden)
Co-Betreuer:
Matthias Bothe (Rottmayr Gymnasium Laufen)
