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Girls' Day 2015

Das MINT-Kolleg bot zum bundesweiten Aktionstag Girls' Day am Donnerstag, 23. April 2015, Workshops zum Experimentieren und Ausprobieren in den Fächern Mathematik, Informatik und Physik an

 

Muster und Puzzles
Bild: © MINT-Kolleg

Workshop Mathematik: Zweidimensionale Muster und Puzzles
Formen und Muster kommen in unserem Alltag überall vor: Beispielsweise in aus einzelnen Fliesen zusammengelegten Mosaiken oder als Ornamente auf Stoffen oder Tapeten. Wir empfinden Muster als ästhetisch, wenn sie sich spiegeln oder immer wieder in den gleichen Anordnungen aneinanderreihen. Auch ihren faszinierenden wie verwirrenden Effekt kennen wir aus der Natur, beispielsweise aus Labyrinthen, deren geometrische Ordnung dazu führen kann, dass wir dennoch den Überblick verlieren und uns leicht verlaufen. Wie lassen sich diese Effekte von Formen und Mustern mathematisch untersuchen und erklären?

In diesem Workshop wurden Schülerinnen ab der siebten Klasse kreativ: Mit geometrischen roten und blauen Fliesen aus einem leichten Verbundwerkstoff erstellten sie eigene Muster und untersuchten anschließend deren mathematische Eigenschaften. Eine  zentrale Fragestellung war, wie es gelingen kann, lückenlose Muster oder Parkettierungen zu legen und welche Eigenschaften die einzelnen Fliesenstücke haben müssen, damit dies möglich wird. Das Legen unregelmäßiger Muster, bekannt unter dem Begriff "Penrose-Parkettierungen", war weiterer Bestandteil des Workshops. Penrose-Parkettierungen gehen auf den Mathematiker und Physiker Roger Penrose zurück, der Regeln erfunden hat, mit denen ein unregelmäßiges und doch lückenloses Muster gelegt werden kann. So setzten sich die Teilnehmerinnen in dieser Aufgabe zunächst mit der Frage auseinander, was "Unregelmäßigkeit" bedeutet und überlegten in einem weiteren Schritt, welche mathematischen Regeln es gibt, um diese Unregelmäßigkeiten in Mustern und Parkettierungen zu erzeugen. Außerdem lernten sie technische Anwendungen von Formen und Mustern kennen: In der Industrie etwa werden Filter wie Schwämme oder Katalysatoren aus porösen, gleichförmig aufgebauten Stoffen enwickelt.

 

KryptographieBild: © MINT-Kolleg

Workshop Informatik:  Kryptographie – Geheimcodes schreiben
Nachrichten senden, die keiner lesen kann – außer dem Absender und seinen Empfängerinnen und Empfängern? Möglich wird dies mit der Kryptographie, zum Beispiel durch ein jahrtausendealtes Verschlüsselungsverfahren, das auch in der Funktechnik im zweiten Weltkrieg eingesetzt wurde. Der Kryptographie kommt aber auch heute eine besondere Bedeutung zu – so dient sie als Schutzmechanismus bei der Übertragung vertraulicher Daten im Internet, beispielsweise über E-Mails oder bei finanziellen Transaktionen.

Dieser Workshop führte Schülerinnen ab der neunten Klasse in die Grundlagen des Verschlüsselungsverfahrens ein: Sie lernten zunächst wichtige Grundbegriffe sowie die Decodierung einfacher Zahlenfolgen. Wie die alten Römer bereits streng geheime Nachrichten vor feindlichem Zugriff schützten, demonstrierte die "Cäsar-Verschlüsselung", ein Geheimalphabet, bei dem alle Buchstaben des Standardalphabets um eine bestimmte Anzahl von Stellen verschoben werden. So codierten die Teilnehmerinnen selbst erstellte Kurztexte und decodierten im Anschluss die Botschaften der untereinander ausgetauschten Cäsarchiffrate. Wie kryptographische Verschlüsselungsverfahren arbeiten, erfuhren die Teilnehmerinnen im letzten Teil des Workshops, in dem sie Codierungen, Cäsar- und Substitutionschiffren mit einem Softwaretool analysierten.

 

RoboterBild: © MINT-Kolleg

Workshop Physik: Einen Roboter konstruieren
Einen kleinen Roboter aus wenigen Bauteilen konstruierten Schülerinnen im Workshop „Einen fahrbaren Roboter bauen“. Zunächst löteten, schraubten und steckten die Teilnehmerinnen die Einzelteile der Bausätze wie Platinen, Sicherungen, Widerstände, Schalter, Kondensatoren, Sockel und Räder zusammen.

Im Anschluss lernten sie, wie sie das Verhalten des Roboters durch eine einfache Anpassung der Schaltung verändern können, ohne ihn am Computer programmieren zu müssen: Operationsverstärker steuern die Motoren des Roboters, die über Steckplätze, Kondensatoren, Dioden und Widerstände beschaltet werden können. So orientiert sich der analog angepasste Roboter über lichtempfindliche Sensoren im vorderen Bereich selbständig an Markierungen auf dem Boden, kann Helligkeit und Dunkelheit relativ wahrnehmen, Hindernisse vermeiden oder anderen Robotern im Schwarm folgen.