MINT Akademie 2019

Artikel aus dem Berchtesgadener Anzeiger vom 15. Juli 2019

Artikel aus dem Reichenhaller Tagblatt vom 17. Juli 2019

RFO-Beitrag, 19. Juli 2019

Diese Themen wurden behandelt:

Mathematik

Selbstähnlichkeit und Iteration

Ein Romanesco, ein Kinderbilderbuch, in dem ein Mensch sitzt, der dieses Bilderbuch in der Hand hält, in dem ein Mensch sitzt, der wiederum dieses Bilderbuch in der Hand hält, usw.  –  welche Art von Mathematik steckt da drin?
Mit den Prinzipien, Iteration und Selbstähnlichkeit, haben sich die Mitglieder der Arbeitsgruppe Mathematik befasst. Mit folgenden Themen setzten sich die TeilnehmerInnen dabei vertieft auseinander:
Bei einer geometrischen Figur werden nach einer festgelegten Vorschrift wiederholt Teilfiguren ausgeschnitten oder angefügt, die ähnlich zur Ausgangsfigur sind. Wie verändern sich Form, Fläche und Umfang dieser Figur, wenn dieser Vorgang unendlich oft wiederholt wird? Eine Gruppe untersuchte diese Fragestellung am Beispiel von Sierpinski – Dreieck, Sierpinski – Teppich und Mengerschwamm. Ausgehend von der Erkenntnis, dass nicht ohne weiteres klar ist, welche Dimension die dabei entstehenden Gebilde haben, setzten sich die TeilnehmerInnen mit dem Begriff der Ähnlichkeitsdimension auseinander.

In diesem Zusammenhang entwickelte ein Teilnehmer eine interaktive Simulation des Chaosspiels, eines Zufallsexperiments, bei dem bei hinreichend großer Zahl von Versuchen die Entstehung selbstähnlicher Figuren beobachtet werden kann.

Wie verhalten sich Zahlen, wenn man eine Funktion immer wieder nacheinander auf sie anwendet?  Ausgehend von dieser Fragestellung untersuchte eine weitere Gruppe die Mandelbrotmenge und deren Bildungsgesetz. Sie untersuchten  den Zusammenhang zwischen der graphischen Veranschaulichung dieser Menge und den dahinterstehenden Zahlenfolgen und deren mathematischen Eigenschaften und Besonderheiten.

Die dritte Gruppe arbeitete an einer Fragestellung weiter, die sich aus ihrem Vorjahresthema ergab. Sie beschäftigte sich damit, den Zusammenhang zwischen Sierpinskidreieck und Pascal‘schem Dreieck in der Ebene auf den Pascal‘schen – Tetraeder im dreidimensionalen zu übertragen. Dabei werden verschiedenen Punkten im Pascal‘schen – Tetraeder Zahlenwerte zugeordnet. Ziel war es die Gesetzmäßigkeiten zu verstehen und eine Formel zu Berechnung dieser Zahlenwerte zu finden.

Betreuer:
Markus Beyl (Rottmayr Gymnasium Laufen)

Informatik

IT Security & Hacking

Hacker klauen unsere Daten. Doch wie machen sie das? Sind E-Mails vielleicht gar nicht so sicher, wie die meisten Leute denken? Unter welchen Umständen kann man einer Webseite trauen?

In der Arbeitsgruppe Informatik haben die Teilnehmerinnen und Teilnehmer erfahren, wie häufig verwendete Hacker-Angriffe funktionieren. Angefangen beim Mitlesen von E-Mails, über das Übernehmen fremder Computer bis zum Knacken von Passwörtern gibt es viele Möglichkeiten, die die Jugendlichen auch selbst durchführen konnten.

Denn nur wenn man weiß wie Angriffe funktionieren, kann man sich davor schützen.

Betreuer:

FH-Prof Dr. Andreas Unterweger (Fachhochschule Salzburg)
Thomas Schmuck (Fachhochschule Salzburg)

Biologie I

Wie tolerant bist du? – Untersuche deine eigene DNA auf Milchverträglichkeit

Laktoseintoleranz wird immer präsenter in den Medien und endlich passen auch Discounter Supermärkte ihrer Produktpalette an. Doch was genau verbirgt sich hinter dem Begriff? Wie funktioniert die Laktose-Verdauung und warum haben manche Menschen starke Symptome und andere nicht? Wie können Milchprodukte industriell Laktose-frei werden?

Diesen Fragestellungen konnten die Teilnehmer(innern) der Arbeitsgruppe Biologie I nachgehen.

Einerseits wurde mit biotechnologischen Methoden der modernen medizinischen Diagnostik die eigene DNA hinsichtlich Laktase-Persistenz analysiert. Andererseits konnte das Enzym Laktase, welches das Schlüsselelement der Laktose-Verdauung ist, in Alginat immobilisiert werden. Dadurch wurde im Kurs Laktose-freie Milch unter verschiedenen Bedingungen hergestellt und der Erfolg mit chemischen Nachweismethoden bestätigt.

Betreuerinnen:

Dr. Patricia Schöppner (Technische Universität München)
Sara Großbruchhaus (Technische Universität München)

Biologie II

Ökologische und molekularbiologische Untersuchungen von Raufußhühnern im Nationalpark Berchtesgaden

Die Arbeitsgruppe Biologie II beschäftigte sich mit dem Thema Ökologie und Genetik am Beispiel der Raufußhühner. Konkret wurde mittels molekularbiologischer Untersuchungen der Fragestellung nachgegangen, ob die hiesigen Raufußhühner von bestimmten Parasiten der Gattung Eimeria befallen sind.

Alle vier in Europa heimischen Raufußhuhnarten kommen in den Berchtesgadener Alpen vor und sind streng geschützt.

Die Schülerinnen und Schüler lernten zunächst, während einer Exkursion, Wesentliches über die Ökologie der Tiere – als sogenannte Bioindikatoren gibt das Vorhandensein der Vögel gleichzeitig Aufschluss über die Biodiversität und die Struktur der Umgebung. An Hand von Losungs- und Federproben wurden anschließend im Labor, per DNA-Extraktion, PCR (Polymerase-Kettenreaktion) und Gelelektrophorese die Arten exakt bestimmt und auf das Vorkommen von Eimeria Erregern untersucht. Es konnten dabei sowohl befallene Birk- als auch Auerhühner nachgewiesen werden.

Abschließend ergaben sich aus den Ergebnissen neue Fragestellungen für die Zukunft wie beispielsweise: „Welchen Einfluss hat der Parasitenbefall auf die Populationen vor Ort?“

Betreuer:
Dr. Gert Helms (CJD Gymnasium Berchtesgaden)
Barbara Schuhwerk (Technische Universität München)

Chemie

Wer keine Komplexe hat der macht sie selbst! Tauch ein in die faszinierende Welt der Komplex-Verbindungen von Übergangsmetallen

Warum ist wässrige Lösung von Kupfer(II)-sulfat leicht blau? Und warum ändert sich die Farbe bei Zugabe von Ammoniak zu intensiver dunkelblau?

Mit dieser Frage wurde der Einstieg in ein großes Gebiet der Chemie gewagt, nämlich in die Welt der Metallkomplexe. Bei diesen Verbindungen binden kleine Ionen oder gar größere organische Moleküle, die als Ligand bezeichnet werden, an ein Metallatom oder -ion, wie eben Kupfer(II) Cu2+.

Die Arbeitsgruppe setzte zunächst für die Herstellung des Liganden einmal Glyoxal mit 2-Aminopyridin und ein weiteres Mal Glyoxal mit Glycin um. Die so hergestellten Ethylendiimin-Liganden wurden noch im Wässrigen mit verschiedenen Metall-Kationen (Mn2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Cu2+) vermischt, wobei sich auch farbige Lösungen ergaben, die mit einem UV / Vis-Spektrometer untersucht wurden. Damit wurde gezeigt unter welchen pH-Bedingungen der hergestellte Ligand an das jeweilige Metall-Ion koordiniert, quasi ein Komplex aus den beiden zustande kommt.

Betreuer:
Dr. Gergely Rozsa (Technische Universität München)

Physik

Eiskalt erwischt?

In Physik und Thermodynamik wird in der Regel nur der Begriff “Wärme” v verwendet. Umgangssprachlich versteht jedoch jeder den Begriff der “Kälte” – als Gegenteil bzw. Abwesenheit von Wärme, auch wenn er zumeist unscharf und uneinheitlich verwendet wird. Wir haben uns der “Kälte” über einfache Experimente ganz praktisch genähert und dabei Versuche zu Wirkungsweisen, Funktionsprinzipien und Effektivität von Kältemischungen und Kältemaschinen durchgeführt.

Mit einfachen Mitteln wie Bechergläsern, Papierhandtüchern, Aluminumfolie und Druckgaspatronen für das Fahrrad haben wir einen Tiefkühlschrank  bis unter minus 25°C  gebaut. Mit verschiedenen Kältemischungen haben wir sogar Temperaturen bis -80°C erzeugt. Wir haben untersuchtzt wie sich die Eigenschaften von Stoffen bei so tiefen Temperaturen verändern. Einer unserer Versuche über magnetische Kühlung kann in einem Demonstrationsvideo auf dem YouTube-Channel des SFZ angeschaut werden.

Betreuer:
Dr. Helge Rosner (Max-Planck Institut für Chemische Physik fester Stoffe Dresden)

Robotik

Robothon – Nutze auf kreative Art und Weise einen intelligenten und feinfühligen Roboterarm, um dich und andere bei spannenden
Aufgabenstellungen zu unterstützen


Während der MINT Akademie haben die Schüler in der Arbeitsgruppe Robotik einen Einblick in die moderne Robotik bekommen und den Umgang mit dem intelligenten und feinfühligen Roboterarm Panda kennen gelernt. Mit Hilfe von Panda sowie 3D-Druck ging es in der Woche grundsätzlich um die Aufgaben in Kooperation mit dem Menschen Limonade und Guacamole herzustellen.

Hierfür wurden Konzepte die Aufgaben robotisch zu erledigen ausgearbeitet und umgesetzt. Die Schüler haben gelernt ein Konstruktionsprogramm (CAD-Programm) zu nutzen, um Ideen digital zu modellieren und dann durch einen 3D-Drucker Wirklichkeit werden zu lassen. Zusammen mit den gedruckten Elementen, die auf einem Tisch und am Roboter angebracht werden können, sowie einigen weiteren Utensilien wurde dann der Roboterarm Panda programmiert, um die geplante Aufgabe zu erledigen. Hierbei musste nicht alles vom Roboter durchgeführt werden, sondern es konnte auch gemeinsam mit dem Menschen die Aufgabenstellung angegangen werden.

Schlussendlich haben die Schüler es geschafft kollaborativ mit dem Roboter eine leckere Limonade und Guacamole herzustellen.

Betreuer:
Dennis Knobbe (Technische Universität München)
Johannes Ringwald (Technische Universität München)

Geologie

Zeitreise in die letzte Eiszeit – die Flora und Fauna von Berchtesgaden bevor die Gletscher kamen

Die Teilnehmer bekamen zu Beginn der fünf Tage eine Einführung über die quartäre Geschichte der nördlichen Alpen und ihres Vorlandes; Schwerpunkte waren die Veränderungen des Klimas (mehrfache Wechsel zwischen Eis- und Warmzeiten), die damit zusammenhängende Veränderung der Flora und Fauna, die Gestaltung der Landschaft durch Gletscher und ihre Schmelzwässer und das geologische Arbeiten, um aussagekräftige und belastbare Daten im Gelände sowie im Labor sammeln zu können.

Der Dienstag wurde im Gelände verbracht, wo die am Vortag gelernten Fakten direkt beim Erschließen und „Lesen“ eines Klimaarchieves im Gelände Anwendung fanden. Hierzu wurde die im Nesseltalgraben aufgeschlossene Schichtfolge aufmerksam analysiert und bei der detaillierten Untersuchung von Gesteinsproben Holzreste und Organismusresiduen gefunden. Aus den höffigsten Schichten wurden horizontierte Proben entnommen, die dann Stoff für die genauen Untersuchungen am Mikroskop in den Folgetagen wurden. Die Proben wurden direkt im Anschluss an den Geländeaufenthalt für das Schlämmen am nächsten Tag vorbereitet.

Dieses wurde am Mittwoch durchgeführt und das gewonnene Material wurde verwendet, um die Schüler in die Methoden der Mikroskopie einzuarbeiten, mit welchen es ihnen am Vormittag des Folgetages möglich war genauere Gattungen und Arten zu bestimmen. Die gesamten Informationen wurden am Donnerstagmittag zusammengetragen und interpretiert. Dadurch war es möglich, die Umweltbedingungen, die dort einst herrschten, zu rekonstruieren.

Mit diesem Wissen und gefunden Handstücken aus dem Gelände wurden eine Präsentation sowie zwei Poster entworfen und am Freitag präsentiert.

Betreuer:

Dr. Bernhard Lempe (Technische Universität München)
Dr. Christoph Mayr (Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg)
Dominic Hildebrandt (Technische Universität München)
Martin Schommer (Technische Universität München)