Kompetenzzentrum für mathematische Modellierung in MINT-Projekten in der Schule

Zertifizierungsfortbildung: Modellierung mit Arduino & Co

Technikprojekte mit Arduino & Co

Technische Fragestellungen bieten einen reichen Nährboden, um sich mit mathematischer Modellierung zu beschäftigen. Die interdisziplinäre Natur solcher Projekte bringt jedoch ihre ganz besonderen Herausforderungen mit sich. Ideen, die in der Planung einfach aussehen, entfalten ihre wahre Komplexität erst dann, wenn man versucht, sie in die Tat umzusetzen. Das kann abschreckend wirken, es kann aber auf Seiten der Schülerinnen und Schüler Kompetenzen fördern, die oftmals vernachlässigt werden.

neue Termine 2021

Die Fortbildung wird nun als digitale Veranstaltung durchgeführt, mit mehreren Terminen beginnend am 10. Mai.

Ziele und Inhalte der Fortbildung

Unser Ziel ist es, einerseits einen schnellen Einstieg in das Arbeiten mit Arduino zu ermöglichen. Die Veranstaltung ist im workshopcharakter konzipiert, d.h. die Teilnehmer werden selbst kleine Aufgaben bewältigen, um die Grundkonzepte (Dateneingabe- und Ausgabe steuern, einfachen Arduinocode schreiben) zu erlernen.

Zum anderen wollen wir aber auch eine Idee vermitteln, welche Projekte mit dem Arduino realisierbar sind und wo die Grenzen des Mikrocontrollers liegen. Wenn genügend Zeit bleibt, werden wir uns auch den Raspberry Pi anschauen, einen Minicomputer, der für ähnliche Aufgaben verwendet werden kann.

Termine und Ort

Die Veranstaltung findet als digitaler Kurs statt. Die Zugangsdaten zur Arbeitsumgebung werden wir kurz vor Veranstaltungsbeginn versenden. Um mit der Hardware arbeiten zu können, werden wir das Arbeitsmaterial per Post an die Teilnehmer versenden. Sie müssen anschließend dafür Sorge tragen, dass wir die Geräte wieder zurückerhalten.

Unsere Termine:

  • Montag 10.05. 14:30 bis 16:30
  • Freitag 14.05. 14:30 bis 16:30
  • Montag 17.05. 14:30 bis 16:30
  • Freitag 21.05. 14:30 bis 16:30
  • Montag 31.05. 14:30 bis 16:30
  • Freitag 04.06. 14:30 bis 16:30
  • Montag 07.06. 14:30 bis 16:30
  • Freitagg 11.06. 14:30 bis 16:30

Anmeldung

Anmeldung und Fragen per Mail an komms.fortbildung(at)mathematik.uni-kl.de.

Bitte melden Sie sich spätestens bis zum 30. April an und teilen Sie uns auch eine Adresse mit (Schuladresse oder Privatadresse), damit wir Ihnen das Arbeitsmaterial (Arduino und Elektronikbauteile) zusenden können.

Förderung

Die von KOMMS durchgeführten Fortbildungsveranstaltungen werden seit 2015 im Rahmen des Projekts Schulentwicklung für Mathematische Modellierung in MINT-Fächern (SchuMaMoMINT) durch das Ministerium für Soziales, Arbeit, Gesundheit und Demografie Rheinland-Pfalz aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds gefördert.

Ein Lernmodul zum Thema Europa und ich kann unter dem folgenden Link bearbeitet werden.

Mitteilungen & Aktuelles

MINT-EC Camp – Math-Talent-School 16.-19.11.2021


Team Sauklaue bei der Arbeit

Team Sauklaue bei der Arbeit

Arbeit mit Jupyter Notebooks zum Machine Learning

Unter Verwendung eines Jupyter Notebooks konnte ein Neuronales Netz trainiert werden, das auch selbst geschriebene Ziffern verarbeiten und erkennen kann.

Analyse eigener Szenarien mit Vadere

Das Bild zeigt ein von der Projektgruppe erzeugtes Evakuierungsszenario, welches in der Simulationssoftware Vadere analysiert werden konnte.

Unter dem Dach des Felix-Klein-Zentrums fand in den letzten Tagen die zweite Math-Talent-School dieses Jahres statt – aus gegebenem Anlass noch einmal in der Online-Variante. 20 Schülerinnen und Schüler von Schulen des MINT-EC Netzwerks haben dabei zu vier unterschiedlichen Themen ihre mathematischen Kenntnisse erweitert und im Rahmen einer mehrtägigen Projektarbeit in Kleingruppen bei der Lösung eine konkreten Problems umgesetzt. Neben dieser zentralen Projektarbeit gab es auch Einführungen in die Programmiersprache Python bzw. R, ein Online-Escape-Game sowie Informationen zum Mathematikstudium im Gespräch mit Studierenden. Finanziert wurde die Veranstaltung von der Fraunhofer-Gesellschaft.

Neben den zwei Projekten Einführung in Quantencomputing und Kreditvergabe unterstützen mit Maschinellem Lernen, die von Kolleginnen und Kollegen des Fraunhofer ITWM betreut wurden, hat auch das KOMMS zwei Fragestellungen beigesteuert und betreut. Nach intensiver Arbeit ging die Veranstaltung heute am frühen Nachmittag zu Ende, als alle Projektgruppen im Plenum die Ergebnisse ihrer Beschäftigung mit einer der vier Fragestellungen vorstellten und diskutierten. 

Einen kleinen Einblick in die zwei vom KOMMS beigesteuerten Projekte möchten die folgenden Kurzberichte geben:

Sauklaue vs. Machine Learning

Manchmal kann man seine eigene Schrift nicht mehr lesen, aber vielleicht hat der Computer noch eine Chance? Im Projekt Erkennen von Handschriften: Sauklaue vs. Machine Learning haben sich die Teilnehmenden gemeinsam mit den Betreuern von KOMMS – Corinna Zurloh und Luca Schäfer – die MNIST-Datenbank, die aus 70.000 Bildern von handgeschriebenen Ziffern besteht, angeschaut. Anhand dieser Datenbank konnten sie einen Eindruck davon gewinnen, wie neuronale Netze prinzipiell funktionieren und welche Rolle die Mathematik dabei spielt. Im Anschluss hat das Team mit Hilfe von Jupyter Notebooks in der Sprache Python ein eigenes Netz zur Ziffernerkennung trainiert und dieses zum Schluss auch an selbst per Hand geschriebenen Ziffern erfolgreich auf die Probe gestellt.

Die letzten Tage waren zwar arbeitsintensiv, aber am Ende waren sich alle einig, dass sie viel gelernt haben und das Wissen über Python und Machine Learning Basics woanders wieder verwenden können.

Evakuierungsprozesse untersuchen

Feueralarmübungen werden an Schulen in regelmäßigen Abständen durchgeführt und berühren somit unmittelbar den Erfahrungshorizont von Schülerinnen, Schülern und Lehrpersonen. Wenn ein solcher Alarm losgeht, müssen die Personen das Gebäude schnellstmöglich verlassen. Diese Übungen sind wichtig, um Evakuierungen des Schulgebäudes im Alarmfall möglichst schnell durchführen zu können, damit Menschenleben gerettet und Unfälle verhindert werden. Der Ablauf einer Evakuierung kann durch zahlreiche Faktoren beeinflusst werden. Diese Faktoren können mithilfe mathematischer Modelle untersucht werden.

Eine Gruppe hat sich im Rahmen der Math-Talent-School mit dem spannenden Thema Evakuierungsprozesse auseinandergesetzt. Mithilfe der Simulationssoftware Vadere, entwickelt von der Hochschule München, haben die Schülerinnen und Schüler Evakuierungssituationen erstellt und analysiert. Dabei nutzten sie unterschiedliche mathematische Modelle, wie z.B. das Optimal Steps Model oder das Social Force Model. Diese Modelle werden auch in der aktuellen wissenschaftlichen Evakuierungsforschung verwendet. Die Projektbetreuerinnen Lynn Knippertz und Lisa Schneider sind mit den erarbeiteten Ergebnissen der Gruppe sehr zufrieden und loben die gute Zusammenarbeit.

Kontakt

Technische Universität Kaiserslautern, Fachbereich Mathematik
Gottlieb-Daimler-Straße
Gebäude 48
67663 Kaiserslautern

Postfach 3049
67653 Kaiserslautern

E-Mail: komms@mathematik.uni-kl.de

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