Helmholtz-Gymnasium Karlsruhe

Das MINT-EC-Camp “Astroteilchenphysik” fand vom 23.10.2023 bis zum 26.10.2023 in Dresden unter der Leitung von Sandra Greißinger und mehreren Wissenschaftlern statt, die den Teilnehmenden jederzeit assistierten und unterstützend zur Seite standen.

Am Anreisetag wurden die Teilnehmer herzlich am Treffpunkt von Schülern aus ganz Deutschland sowie den betreuenden Personen empfangen. Diese führten die Schüler strukturiert durch das bevorstehende Programm der nächsten Tage. Zu Beginn gab es einen wissenschaftlichen Impulsvortrag, der das Interesse aller weckte und auf das Thema der Teilchenphysik in der Astronomie einführte. Anschließend stellten sich die beiden Hauptverantwortlichen, Hannes Nitzsche und Dr. Matthias Streller, vor. Sie gestalteten den Großteil des Programms und beantworteten gerne offene Fragen. Der Rest des Tages wurde mit dem Einchecken in der Jugendherberge und einem gemeinsamen Abendessen verbracht. Optional konnten die Teilnehmer sich danach noch mit anderen Schülern und Studierenden aus Dresden bei einem gemütlichen Spaziergang durch die Neustadt über Studium oder andere Themen austauschen.

Am folgenden Tag begann der ernsthafte Teil. Nach einer Stärkung in der Jugendherberge ging es zum Felsenkeller, einem ehemaligen Bergwerk, in dem heute ein Teilchenbeschleuniger steht. Dort erklärten die dort arbeitenden Wissenschaftler ausführlich die Einrichtungen und gewährten einen Einblick in den Alltag eines Astrophysikers. Des Weiteren konnten die Teilnehmer in einem interaktiven Vortrag mit den Wissenschaftlern über spannende aktuelle Themen diskutieren und ihr Wissen vertiefen. Am Nachmittag wurden die Schüler in zwei Gruppen aufgeteilt, jeweils unter der Leitung eines der beiden oben genannten Wissenschaftler. Die Gruppen konnten frei gewählt werden und unterschieden sich in einem für die Physik wesentlichen Punkt: Theorie und Praxis. Eine Gruppe führte im Schülerlabor Delta X spannende Experimente durch, um astronomische Vorgänge experimentell zu veranschaulichen. Die andere Gruppe nahm an einer Masterclass für nukleare Astrophysik teil, in der die aufregenden Vorgänge in Sternen theoretisch erklärt und anschließend anhand realer Messwerte verschiedene Eigenschaften von Sternen mithilfe eines speziellen Computerprogramms berechnet wurden. Am Abend kamen beide Teilgruppen wieder bei einem gemeinsamen Abendessen zusammen.

Der dritte Tag begann mit einem Vortrag von Studierenden an der TU Dresden, in dem die Vielfalt der möglichen Studiengänge nähergebracht wurde und das MINT-EC-Stipendium vorgestellt wurde, das durch verschiedene Aktivitäten im MINT-Bereich erlangt werden kann. Danach folgte ein Campusrundgang und nach dem Mittagessen wurden die Schüler wieder in ihre Gruppen vom vorherigen Tag aufgeteilt, um ihre wissenschaftliche Arbeit fortzusetzen und zu vertiefen. Am Abend hatten sie Zeit, das erlangte Wissen aus den Tagen im Camp zusammenzufassen und eine Abschlusspräsentation vorzubereiten, die am folgenden Tag gehalten werden sollte. Bei dieser Präsentation wurde darauf geachtet, dass jeder Teilnehmer ähnlich viel präsentieren konnte und die Möglichkeit hatte, sein erworbenes Wissen vor dem Publikum, bestehend aus Wissenschaftlern, Betreuern und anderen Interessierten, zu präsentieren.

Am letzten Tag wurden die vorbereiteten Präsentationen gehalten, gefolgt von einigen weiterführenden Fragen seitens der Wissenschaftler, um das Wissen der Schüler zu testen und zu erweitern. Abschließend gab es einen Mittagssnack, bevor die Schüler individuell abreisten.

Zusammenfassend war das MINT-EC-Camp in vielerlei Hinsicht sehr informativ und angenehm. Von den Mitschülern über die betreuenden Personen bis hin zum umfassenden und faszinierenden Inhalt erwies sich das Camp als äußerst wertvolle Erfahrung. Es ist jedem zu empfehlen, der Interesse an einem bestimmten Thema hat oder gerne außerhalb des Schulstoffes Neues lernen möchte.

Christoph Karle

In der Eingangshalle der Experimenta trafen sich alle Teilnehmer, und nach einer kurzen Begrüßung ging es dann auch schon in das Labor. Zu Beginn gab es zunächst einmal die obligatorische Sicherheitsbelehrung, und wir lernten die überaus sympatischen zwei Wissenschaftler kennen, welche uns die kommenden Tage betreuten. Außerdem folgte für alle, die mit der Laborarbeit bisher nicht wirklich Kontakt hatten, eine kleine Pipettierübung und schließlich ein kurzer Therorieteil zu CRISPR/Cas. Gegen Abend liefen wir dann gemeinsam den kurzen Weg zur Jugendherberge zurück, wo wir zu Abend aßen und den restlichen Abend zur freien Gestaltung zur Verfügung hatten.  

Am nächsten Morgen, um kurz vor 9 Uhr gingen wir gemeinsam los zum Labor.  

Dort führten wir eine PCR einer Plasmid-DNA durch. Dabei wurde die Plasmid-DNA vervielfältigt und die Kopien für die weiteren Experimente aufgehoben. Nachdem das erledigt war, ging es für uns auch schon in die Mittagspause. Dabei hatten wir den Luxus, dass wir mit Essensgutscheinen in dem Restaurant der Experimenta Mittagessen durften. Nach einer ausgedehnten Mittagspause ging es dann auch wieder zurück an die Arbeit. Jetzt stand die Agarose Gelektrophorese an. In diesem Schritt wurde überprüft, ob die passenden DNA-Fragmente bei der PCR entstanden sind und ob die Plasmide isoliert wurden. Anschließend endete der erste Labortag auch schon, da Nachmittags noch eine Stadtführung anstand. Dabei führte uns ein Stadtführer durch die wunderschöne Altstadt und wir durften vom Turm einer Kirche aus einen Blick auf ganz Heilbronn werfen. Den restlichen Abend verbrachten wir selbstständig mit Spielen, Spazieren gehen und ähnlichem.  

Der nächste Tag startete dann gleich mit einem Frühstück und dem gemeinsamen Weg zum Labor der Experimenta. Dort verbrachten wir den Vormittag mit weiterer Laborarbeit und lernten viele neue Labortechniken kennen, wie beispielsweise das Autoklavieren: Dabei werden Proben und Materialien in einem Autoklav 20 Minuten lang bei 121 °C und einem Druck von 2 bar gelagert, um sie zu sterilisieren und alle möglichen Keime abzutöten. Nach einer weiteren Mittagspause im Restaurant ging es auch schon weiter und wir veränderten gentechnisch unsere E. Coli Bakterien, indem wir unser PCR-Produkt in einem Vektor in die Bakterien transformierten. Um 17 Uhr endete dann der Laborteil, und ich nutzte den restlichen Abend noch um bei einer Joggingrunde Heilbronn ein wenig zu erkundigen. 

Am letzten Labortag beschäftigten wir uns vormittags mit den CRISPR/Cas Designs. Nach der Mittagspause besuchten wir dann gemeinsam die sehr zu empfehlende Science Dome Show der Experimenta. Anschließend folgte noch ein kurzer Laborteil und dann ging es auch schon zurück zur Jugendherberge. Da wir fantastisches Wetter hatten beschlossen wir uns vor dem Abendessen noch kurz gemeinsam draußen an das Ufer des Neckars zu setzen und die ethischen Hintergründe  zu CRISPR/Cas zu diskutieren. Nach einer angeregten Diskussion ging es dann auch zum Abendessen. Abends versammelten wir uns noch zu einer kleinen Feedbackrunde, die übrigens sehr positiv ausfiel, und ließen dann den Abend mit Werwolf ausklingen. 

Freitag war dann auch schon der Abreisetag. Aufgrund von Bauarbeiten wurden alle Wasserleitungen im Labor abgestellt und wir mussten deswegen den Laborteil schon Donnerstagnachmittag beenden. So verabschiedeten wir uns nach dem Frühstück alle voneinander und jeder stieg in seinen Zug nach Hause. 

Insgesamt war das Camp eine unglaublich schöne Erfahrung für mich. Wir hatten extrem nette Betreuer, die uns sowohl auf wissenschaftlicher Ebene super betreut haben und sich sehr über Nachfragen gefreut, als auch gerne persönliche Fragen zu Beruf und Studium beantwortet haben. Des Weiteren war der Laborteil super strukturiert, wir haben gemeinsam die Inhalte und den Stoff erarbeitet und durften außerdem fast alles selber machen. Auch außerhalb des Labors durften wir uns größtenteils selbstständig bewegen und unsere Nachmittage und Abende gestalten. Für mich persönlich war das Camp eine tolle Möglichkeit mal eine Woche dem Schulalltag zu entfliehen und in die Welt der Wissenschaftler einzutauchen. 

Clara Wottge K2 Leistungsfach Biologie

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