Helmholtz-Gymnasium Karlsruhe

Die Teilnahme am MINT-EC Camp Innovative Pflanzen kam für mich überraschend. Nachdem ich eigentlich eine Absage für das Camp erhalten hatte, kam etwa zwei Wochen vor Beginn des Camps eine Email, dass ich von der Warteliste aufgerückt war. Nachdem noch schnell die Zugverbindung gebucht war und alle Lehrer informiert waren, ging es auch schon kurze Zeit später los mit dem Zug nach Göttingen. Treffpunkt war im Göttinger Experimentallabor, welches sich auch auf dem Campus der Universität Göttingen befand. Dort lernten wir sowohl die anderen Teilnehmer als auch unsere Betreuerin Sandra Greißinger kennen. Nach einer kurzen Begrüßung und Einführung der Wissenschaftlerin, die uns die nächsten Tage betreute, kennen und sie verteilte auch schon an alle ein kleines Quiz zum Thema des Camps und den Inhalten der folgenden Tage. Innovative Pflanzen bedeuten etwa soviel wie gentechnisch veränderte Organismen (GVO), die durch spezielle Züchtungsmethoden und Eingriffe ins Erbgut verändert wurden. In dem Camp beschäftigten wir uns mit ihrer Herstellung, Analyse und Anwendung in der grünen Gentechnik. Und während der Umfrage wurde vielen von uns klar, wie wenig wir letztendlich doch über diese Thematik wissen. Ich beantwortete zum Beispiel die Frage, ob wir gentechnisch veränderte Lebensmittel kaufen und zu uns nehmen können mit „Nein“, was sich später noch als falsch herausstellte. Nach einem sehr lehrreichen Nachmittag ging es dann auch zum gemeinsamen Pizzaessen. Dort trafen wir auf das parallel stattfindende MINT-EC Camp Experimentelle Physik, mit denen wir uns viel austauschten und die auch in der selben Jugendherberge untergebracht waren.  

Der nächste Tag startete dann mit der Protoplastenfusion, dabei beschossen wir Pflanzen mit einer Genkanone, genauer gesagt mit kleinen Goldkügelchen auf denen sich die Gene befanden. Um zu verstehen, wie das funktioniert, erklärte die betreuende Wissenschaftlerin Dr. Maram Bader uns in einem kurzen Theorieteil den Aufbau von Tier- und Pflanzenzellen und den Unterschied zwischen Eu- und Prokaryoten. Nach einer Mittagspause in der Mensa der Universität Göttingen hörten wir dann einen sehr interessanten Fachvortrag von Dr. Nora Wehner von der KWS, einem Saatgutunternehmen, über Methoden der Pflanzenzüchtung. Anschließend isolierten wir dann noch Soja-DNA für ein Experiment des folgenden Tages. Zurück in der Jugendherberge ließen wir den Tag noch mit „Siedler von Catan“ ausklingen.  

Der Donnerstag startete wieder mit einem kurzen Theorieteil und anschließend führten wir eine PCR und im Anschluss eine Agarosegel-Elektrophorese durch. Wir verglichen nämlich gentechnisch veränderte Soja, normale Soja und Futtersoja eines Bauern aus der Umgebung um herauszufinden, ob es sich bei der Futtersoja um gentechnisch veränderte Soja handelt. Das Ergebnis war eindeutig: Die Futtersoja ist wie so häufig gentechnisch verändert worden. Nach der Mittagspause untersuchten wir dann die Ergebnisse unserer Genkanone mithilfe von Fluoreszensmikroskopie. Bei einigen Ergebnissen ließen sich dabei auch gentechnisch veränderte Zellen feststellen. Weil bis zur Stadtführung am Abend dann noch Zeit übrig war war Frau Dr. Bader so nett uns noch ein wenig mit Stickstoff uns verschiedenen Materialien herumexperimentieren zu lassen. Sie hatte insgesamt viel Vertrauen in uns, ließ uns viele Dinge selber durchführen und war auch für spontane, kleine, themenunabhängige Experimente offen.  

Die Stadtführung am Abend fand dann unter der Leitung einer sehr herzigen, älteren Dame statt, die uns viele interessanten Dinge erzählte, wie beispielsweise, dass die Universität Göttingen mit den Lebensläufen von über 40 Leuten verbunden ist. Außerdem führte sie uns durch die wunderschöne Altstadt und berichtete von vielen berühmten Persönlichkeiten, die in Göttingen gelebt, geforscht und gelehrt haben, wie den Gebrüdern Grimm oder dem Astronom, Mathematiker und Physiker Carl Friedrich Gauß. 

Nach der Stadtführung trafen sich noch einige zum Pizzaessen oder erkundigten weiter für sich die Innenstadt. 

Freitag war dann auch schon der letzte Tag des Camps. Wir führten zunächst noch eine Plasmolyse und diskutierten anschließend noch einmal ausführlich das Thema Gentechnik im Bereich der Lebensmittel und Pflanzen. Dabei hat man auch gemerkt, wie sehr der Wissenschaftlerin das Thema am Herzen liegt. Denn das eigentlich Unverständliche ist, dass wir tagtäglich gentechnisch veränderte Lebensmittel zu uns nehmen. Die meisten unserer Lebensmittel sind nämlich durch die sogenannte Mutationszüchtung entstanden. Dabei werden mithilfe von Chemikalien oder ionisierenden Strahlen zufällige und unbekannte Mutationen im Erbgut durchgeführt. Diese Methode wird seit Jahrzehnten in der Pflanzenzüchtung benutzt und mit Hilfe dieser Technik sind zahlreiche Pflanzen entstanden, wie auch fast alle Hartweizensorten. Laut der EU handelt es sich dabei zwar um gentechnisch veränderte Pflanzen, sie sind aber von den dafür vorgesehenen Bestimmungen ausgenommen. Im Gegensatz zu neueren Verfahren wie beispielsweise CRISPR/Cas, obwohl die Genschere nur einzelne, gezielte Mutationen hervorruft.  

Außerdem fehlt auch jegliche Logik bei der Tatsache, dass die Tiere, die wir essen mit gentechnisch veränderten Lebensmitteln gefüttert werden, wir aber selber keine gentechnisch veränderten Lebensmittel zu uns nehmen dürfen, weil das noch zu gefährlich sei.   

Nach der Diskussion folgte noch ein kurzes, sehr positives, Feedback und da wir schon schneller als geplant fertig waren, durften wir spontan noch DNA aus unserer Spucke extrahieren und als „Souvenir“ mit nach Hause nehmen. Damit endete auch eine sehr lehrreiche und ereignisreiche Woche und ich bin sehr dankbar, dass ich die Möglichkeit hatte an diesem Camp teilzunehmen.  

 Clara Wottge, K2 Leistungsfach Biologie

Vom 13. bis  17.11.2023 durften gleich zwei Schülerinnen des Helmholtz-Gymnasiums Emilia Schesternin (K1) und Zhiting Wang (K2) an dem MINT-EC Girls Camp zu Künstlicher Intelligenz in Delmenhorst, in der Nähe von Bremen, teilnehmen. In den fünf Tagen lernten 15 Schülerinnen die ethnischen und technischen Perspektiven Künstlicher Intelligenz kennen, während wir zugleich wertvolle Einblicke für unsere berufliche Orientierung in dem Bereich gewannen. Ich (Emilia) erhoffte mir aus dem Camp nicht nur Einsicht in die Gefahren der KI, sondern auch ein Verständnis für die Hintergründe vom Programmen wie ChatGPT und den richtigen Umgang mit solchen Technologien. Während ich (Zhiting) mit der Erwartung etwas über die allgemeinen Grundlangen der KI zu lernen nach Norddeutschland gefahren bin.

Nach einer sechsstündigen Zugfahrt vom Karlsruher nach Delmenhorst, trafen wir dort die anderen Mädchen und machten uns gemeinsam auf eine Tour durch die kleine aber feine Stadt. Diese Gelegenheit nutzen wir, nicht nur um die Sehenswürdigkeiten zu entdecken, sondern auch, um uns besser untereinander kennenzulernen. Als wir am Abend in unserem Hotel eintrafen, aßen wir zu Abend, kegelten und spielten ,,Werwolf‘‘. In den nächsten zwei Tagen tauchten wir in die Welt der künstlichen Intelligenz ein: Wir lernten die zentralen Begriffe, bekamen praktische Anwendungsbeispiele und passende Programmierübungen und anschließend die Zusammenhänge von KI, Machine Learning, Deep Learning und Big Data aufgezeigt. Mithilfe von Anwendungen, die Scratch ähnelten, begannen wir mit der Programmierung und vertieften unser Verständnis weiter, indem wir uns mit Python vertraut machten und entsprechende Übungen durchführten. Außerdem schauten wir uns ChatGPT genauer an, um zu verstehen was hinter diesem neuartigen Programm steckt. ChatGPT wird mit umfangreichen Datenmengen aus dem Internet trainiert (Machine Learning). Hierbei kommen verschiedene Algorithmen und Modelle zum Einsatz, wie z.B. neuronale Netze. Künstliche neuronale Netze sind Modelle, die durch die Struktur des menschlichen Gehirns inspiriert sind. Mit diesen ist ein Computer dazu im Stande, komplexe Aufgaben in unterschiedlichen Bereichen zu lösen. Nach dem Training mit den Daten kann die KI Muster erkennen und Vorhersagen treffen. Diese Funktionsweise haben wir in verschiedenen Beispielen genauer betrachtet. Wir besuchten nämlich das Transferzentrum, so wie das deutsche Forschungszentrum für künstliche Intelligenz in Bremen. Dadurch lernten wir wie KI aktiv genutzt wird, um Forschung zu betreiben, z.B. bei Unterwasser Robotern sowie Robotern, die Forschungen auf dem Mond betreiben könnten. Mithilfe von KI können wir menschliche Grenzen überschreiten, da künstliche Intelligenz in der Lage ist, Forschungen in Bereichen zu betreiben, die für uns Menschen schwer oder unmöglich zugänglich sind. Somit eröffnen sich uns neue Horizonte in der Forschung.

Zudem haben wir auch die mit der KI verbundenen ethischen Herausforderungen, wie beispielsweise die Frage der Privatsphäre und Datensicherheit, Stichwort Big Data bei der Anwendung von KI-Technologien kennengelernt.

MINT-EC Camps haben den Vorteil, dass man einen Einblick in die Praxis bekommt und sich Vieles selber erarbeiten kann. Geräte und Technologien, die in Schulen nicht verfügbar sind, können die Schülerinnen in diesen Camps verwenden. Wir durften mit bestimmten KI-Programmen arbeiten und Roboter programmieren sowie steuern. In Gruppen konnten wir auch eigene Apps oder Dienstleistungen entwickeln, durch die Nutzung von künstlicher Intelligenz. Neben dem täglichen Input hatten wir auch Freizeit, in der wir unterschiedliche Dinge unternahmen zum Beispiel gemeinsame Gesellschaftsspiele, besuchten gemeinsam ein Restaurant oder das Kino. Außerdem besichtigten wir auch Bremen und sagten den bekannten Bremer Stadtmusikanten „hallo“. Durch das Camp lernten wir das Berufsfeld des ,,Data Scientist‘‘ und die Fraunhofer-Gesellschaft näher kennen. Datenwissenschaftlerinnen aus ganz Deutschland erklärten uns, wie vielseitig ihr Beruf ist und dass man mit unterschiedlichen Studiengängen (z.B. Mathematik, Informatik oder Biologie) in dem Bereich erfolgreich tätig werden kann. 

Der Frauenanteil im Berufsfeld Data Science beträgt aktuell nur 15 bis 22 Prozent. Um diesen Anteil in Zukunft zu erhöhen und auch Frauen die Chance zu geben, diesen Bereich näher kennenzulernen, waren ausschließlich Schülerinnen teil des Camps. Uns wurde erklärt, dass sich viel mehr männliche Schüler an MINT-EC Camps bewerben und dass es daher auch Girls Camps gibt, bei denen nur Schülerinnen teilnehmen dürfen. 

Unsere anfänglichen Vorurteile gegenüber dem Berufsfeld der Datenwissenschaft, wie die Annahme von zu viel abstraktem Denken, ständiger Programmierung und zu theoretischer Ausrichtung, haben sich relativiert. Wir haben entdeckt, dass die Arbeit in der Datenwissenschaft eine gute Balance zwischen praktischer Anwendung sowie kreativem Denken ist. Künstliche Intelligenz ist zu einem unverzichtbaren Bestandteil in der Forschung und des täglichen Lebens geworden, wobei ihre stetig wachsende Bedeutung eine wichtige Rolle in zukünftigen Entwicklungen einnehmen wird. Besonders in Erinnerung ist auch geblieben, dass zwei Künstlerinnen Wiebke Heeren und Nicola Bremer zu unserem Workshop dazugekommen sind. Diese Künstlerinnen arbeiten nämlich mit Künstlicher Intelligenz. Interessant war zu hören, wie die Kunstschaffenden immer wieder im Austausch mit der Künstlichen Intelligenz ein Bild gemeinsam erschaffen haben, indem sie auch häufig selber beim Prozess zum echten Stift gegriffen haben, da die KI nicht das herausgeben hatte was sie sich vorstellten. Später durften wir das Ganze selber ausprobieren und kamen selbst an dem Punkt, wo wir das Bild von der KI gerne noch durch Eigenarbeit verbessern wollte.

Wir sind beide froh am diesem MINT-EC Camp teilgenommen zu haben, da es uns nicht nur ermöglichte, vielfältige Erkenntnisse zu gewinnen, sondern uns auch praxisnahe Einblicke in die Welt der Künstlichen Intelligenz verschaffte. Wir durften eine neue Stadt kennen lernen, in der wir beide noch nie waren, sowie neue Freundschaften schließen. Von der Ethik bis zur praktischen Anwendung der KI haben wir wertvolles Wissen erworben, unsere Erwartungen wurden weit übertroffen.

Emilia Schesternin, K1 und Zhiting Wang, K2

Erfolgreiche Teilnahme an der Internationalen Biologie Olympiade: Drei Helmholtz-Schülerinnen sichern sich Platz in Runde 2

Wir freuen uns, dass Zhiting Wang, Sarah Wioska und Clara Wottge (K2) erfolgreich die erste Runde der Biologie Olympiade absolviert haben! Die Biologie Olympiade ist ein renommierter, internationaler Wettbewerb, dessen Ziel es ist, das Interesse an den Biowissenschaften zu fördern und talentierten Nachwuchsforscherinnen und -forschern eine Plattform zu bieten, um ihre Kenntnisse in diesem Fachgebiet zu vertiefen. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Biologie Olympiade werden in mehreren Runden auf ihre Kenntnisse in verschiedenen Bereichen der Biologie geprüft. Die Wettbewerbsfragen sind anspruchsvoll und erfordern ein tiefes Verständnis der biologischen Konzepte sowie die Fähigkeit, diese in praktischen Fragestellungen und Experimenten anzuwenden. In den Sommerferien bearbeiteten Zhiting, Sarah und Clara die Themen und reichten dann jeweils ihre Lösungen als Dokumentation ein. Dabei bewiesen die Schülerinnen des Leistungsfaches Biologie nicht nur großes Engagement, sondern haben auch ihre Fähigkeit, komplexe biologische Konzepte zu verstehen und anzuwenden demonstriert und tolle Leistungen gezeigt. Wir freuen uns, dass es alle drei Teilnehmerinnen in die zweite Runde geschafft haben und wünschen viel Erfolg für die kommende Runde der Biologie Olympiade!

Text: Dr. Doris Wolff

Kreative Technologien für den Schulalltag 

Am Helmholtz Gymnasium in Karlsruhe fanden für zwei 9. Klassen mit NwT-Profil am 4. und 5.12.2023 Hackdays statt. Am Anfang der Hackdays trafen sich die Schülerinnen und Schüler am KIT, hier fand die Identifizierung und Formulierung eines oder mehrerer Probleme, die von den Schülerinnen und Schüler im eigenen Schulumfeld beobachtet wurden statt. Studierende ermutigten die Schülerinnen und Schüler ihre Schulumgebung zu gestalten und ihre kreativen Ideen mithilfe von Technologien wie Arduino und 3D-Druck in die Tat umzusetzen. Der eigentliche „Hack“ fand anschließend in den NwT-Räumen des Helmholtz-Gymnasiums statt. „Hack“ steht dabei für kreatives Tüfteln und Probleme lösen. Im NwT-Unterricht haben die Jugendlichen bereits eine Bandbreite an digitalen und elektronischen Lösungswegen kennengelernt. Erweitert wurde das technische Know-how der Teilnehmenden durch die individuelle Unterstützung durch erfahrene Fachleute. Das Projekt förderte auch Fähigkeiten in den Bereichen Teamarbeit und Problemlösung. Wenn es darum geht, einen kreativen Marathon durchzustehen, sind Pizza, Süßigkeiten und Vitamine in Form von Obst die unschlagbare Kombination, um die Energie hoch und die Ideen sprudelnd zu halten. 

 Die Projekte, die im Laufe der zwei Tage entstanden, waren so vielfältig wie die kreativen Köpfe, die dahinterstanden. Zwei Teams entwickelten eine intelligente Lösung für die Transparenz im Schulgebäude. Mithilfe von Arduino und digitalen Sensoren wurde eine Anzeigetafel geschaffen, die in Echtzeit anzeigt, ob sich Lehrkräfte im Lehrerzimmer aufhalten. Ebenso wurde eine innovative Lösung für die Mensa entwickelt – eine digitale Anzeige, die den Schülern anzeigt, wie viele Plätze noch in der Mensa verfügbar sind. Zwei Teams arbeiteten an einem besonders futuristischen Projekt: der Entwicklung eines Roboteraufzugs, der Bestellungen aus dem Kiosk sammeln und sie direkt ins Klassenzimmer liefern soll. Die Schülerinnen und Schüler waren sich auch der Bedeutung eines ruhigen und ordentlichen Lernumfelds bewusst. Damit die Tische, z.B. nach dem Essen im Klassenzimmer wieder gesäubert werden haben sie einen automatischen Tischputzroboter programmiert und gebaut. Ein anderes Team überwacht den Geräuschpegel im Klassenzimmer mit einer selbstgebauten Lärmampel.  Eine andere Gruppe baute einen automatisch verstellbaren Stuhl.  Ein weiteres Team entwickelte einen Detektor, der feststellen konnte, ob auf den Toiletten mit E-Zigaretten geraucht wird. Als Reaktion darauf soll ein Farbraucherspray ausgelöst werden, der den unerwünschten Aktivitäten ein farbiges Ende setzt.   

Am Ende der Hackdays präsentierten die Schülerinnen und Schüler stolz ihre Projekte in der Aula, vor einem Publikum das aus Vertretern vom KIT, einigen Lehrkräften und Schülerinnen und Schülern einer 9. und einer 7. Klasse des Helmholtz Gymnasiums bestand. Die Organisatoren lobten nicht nur die technische Umsetzung, sondern auch das Engagement der Schülerinnen und Schüler und ihre Fähigkeit, komplexe Probleme kreativ anzugehen.  

Unterstützt wurden die Hackdays von der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik und dem Zentrum für Mediales Lernen, sowie von “Make Your School”, der Klaus Tschira Stiftung und der Vector Stiftung.  

Text und Bilder: Dr. Doris Wolff