Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik

Astronomie-Kombikurs (Praktische Beobachtungen/Background)

Eine praktisch orientierte Weg-Zeit-Reise durch den Kosmos soll helfen, mit mehr Wissen durch die Welt zu gehen. Der Astronomiekurs ist für jedermann: Es wird sowohl Anfängern als auch Fortgeschrittenen der Horizont um Dimensionen erweitert.

In einer Lektion pro Woche erarbeiten wir die Grundlagen der Astronomie, die dann in den nächtlichen Beobachtungsabenden angewendet werden können. Beim *Stargazing*, welches auch Bestandteil des Kurses ist, lernt man, sich am Sternenhimmel zurechtzufinden und die Fernrohre zu bedienen, eigene Beobachtungen zu planen und durchzuführen sowie Himmelsobjekte mit Digitalkameras und CCD-Technik aufzunehmen und eigene Video-streams zu bearbeiten.

Good news: Die ohnehin gut ausgerüstete KSH-Sternwarte wird 2020 ein neues grosses Teleskop auf dem Dach der Schule mit einem halben Meter Durchmesser (!) einweihen und den Betrieb aufnehmen - somit werden bald noch bessere Möglichkeiten der Himmelsbeobachtung vor Ort geboten. Bist Du dabei, wirst Du einer der ersten sein, der vollumfänglich davon profitieren kann, eine wahrhaft galaktische Erfahrung…

Ergänzt wird dies durch eigene ferngesteuerte Profiaufnahmen mit einem Riesenteleskop auf dem Gornergrat von 3100m, zu dem wir Zugang haben. So ist man den Sternen, Galaxienhaufen oder farbigen Gasnebeln ein Stück näher!

Behandelt wird alles, was zwischen Erde und den entferntesten Galaxien und Quasaren liegt. Hierbei wird besonders auf spezielle Interessen der SuS und aktuelle Ereignisse wie der Physiknobelpreis 2019 in Astrophysik für die Entdeckung von Exoplaneten oder die Messung von Gravitationswellen zusammenstürzender Schwarzer Löcher, sowie Meldungen von Raumfahrt-Missionen eingegangen. Die Theorie wird mit vielen anschaulichen Modellen be-greifbar gemacht – ohne komplizierte Berechnungen.

Durch entsprechende Themenwahl können die aktuellen SuS mit eigenen Projekten weiter-fahren, als auch neue SuS hinzustossen…

Die Sternbilder lernt ihr am Himmel mit der drehbaren Sternkarte oder dem iPhone kennen. Dank des beeindruckenden digitalen Planetariums bekommt ihr eine gute Vorstellung der Bewegungen von Sternen und Planeten im Weltall. Durch erweitertes Wissen könnt ihr das Geschehen am Himmel selbst verfolgen und mit einem kleinen geliehenen Teleskop zu Hau-se zum Amateurastronom aufsteigen. Wir zeigen Euch, wie`s geht…Wir werden auch Astro-nomen in einer Exkursion zu Astro-Einrichtungen begegnen. Es bestehen Kontakte zu einem weltweiten Netzwerk von Observatorien, u.a. in Hawaii, aus denen spannende Gemeinschaftsprojekte entstehen können…

Projekte

Im Freifach Astronomie werden immer wieder kleinere Projekte verfolgt, denen meist die Beobachtung eines Phänomens zu Grunde liegt. Hier ist nun ein Platz geboten, um zu zeigen, was erreicht wurde. 

Sonnenfinsternis vom 20.03.2015

Untersuchung der Temperatur während der Sonnenfinsternis vom 20.03.2015

ein Projekt von Markus Köhler

Beim Beobachten der Sonnenfinsternis ist uns aufgefallen, dass es plötzlich gar nicht mehr so warm ist, wie zum Beginn der Finsternis. So wurden die Daten der hauseigenen Wetterstation ausgelesen und diese genauer studiert. Zur Veranschaulichung wurde folgendes Diagramm erstellt.

Es zeigte sich, dass die Temperatur bis ca. 10:05 kontinuierlich anstieg, wie das bei einem wolkenlosen Tag, wie dieser es war, auch zu erwarten ist. Da nun aber ein Teil der Sonne verdeckt wurde, reichte die ankommende Strahlung nicht mehr aus, die Temperatur zu halten oder sie gar zu erhöhen. Zusätzlich ist zu bemerken, dass das Temperaturminimum nicht bei der totalen Verdeckung liegt, sondern etwa 20 Minuten später. 

Aus Profihand werden Fragen wie:

  • Was ist ein schwarzes Loch, ein Quasar?
  • Woher kommen und gehen wir? Is there anybody out there?

von einer wahrlich höheren Warte aus betrachtet und fundiert diskutiert.

ASTRONOMIE made in KSH! TAKE A LOOK !

Komplexe Zahlen

Die komplexen Zahlen sind eine Erweiterung der reellen Zahlen, die uns ermöglichen, auch Probleme, die in den reellen Zahlen keine Lösungen haben, sinnvoll zu lösen. Denke z.B. daran, dass eine Wurzel aus einer negativen Zahl im Reellen nicht definiert ist, oder dass wir quadratische Gleichungen kennen, die keine reelle Lösung haben. Die einfachste ist x2=-1 .

Im Freifach „Komplexe Zahlen“ sollen diese imaginären Zahlen nun definiert und ihre Grundoperationen behandelt werden. Ausserdem betrachten wir einfache komplexe Funktionen, die aber geometrisch interessante Auswirkungen haben.

Anwendungen der komplexen Zahlen finden sich unter anderem in der Physik und der Elektrotechnik.

Zielgruppe

3. / 4. Klassen Gymnasium (ohne 3P und 4P)

Meeresbiologie Giglio

Ozeane bedecken über 70% der Erdoberfläche und bieten vielfältige und faszinierende Lebensräume für eine unvorstellbare Artenvielfalt. Viele Artengruppen sind überhaupt nur im Meer anzutreffen. Wir erkunden am Institut für Marine Biologie in Giglio verschiedene marine Lebensräume wie Felsenküsten oder Sandböden. Unsere Beobachtungen führen wir im Klassenzimmer des Instituts und auch schnorchelnd im Wasser durch. Wir untersuchen besondere Anpassungen, Verhaltensmuster und Interaktionen der verschiedenen Organismen mit den Gegebenheiten ihres Lebensraums. Wie beeinflussen Licht- und Strömungsverhält-nisse oder Konkurrenz die Organsimen? Ein nächtlicher Schnorchelgang bietet die Möglichkeit, dem Phänomen des Meeresleuchtens genauer auf die Spur zu kommen. Interessierte werden zudem die Gelegenheit haben, einen Schnuppertauchgang beim nahegelegenen Tauchzentrum Campese Diving Center zu absolvieren (bzw. einen Tauchgang für bereits brevetierte Taucher).

Zielgruppe

1.-3. Klassen (sichere Schwimmer)

Zeitpunkt

kompakte Blockwoche in der ersten Sommerferienwoche

Molekularbiologisches und gentechnologisches Praktikum

Schon seit Jahrtausenden wird das Erbgut vieler Pflanzen und Tiere durch den Menschen beeinflusst. Durch Züchtung haben wir Lebewesen mit ganz neuen Eigenschaften hervorgebracht ohne dabei zu verstehen, welche Mechanismen dahinterstecken. Doch seit einigen Jahrzehnten sind wir diesem Geheimnis sehr viel nähergekommen.

Die Molekularbiologie ist eine Wissenschaft aus dem Grenzbereich der Biologie und Chemie, welche in verschiedenen Gebieten wie zum Beispiel der Grundlagenforschung, der Medizin (Synthese von komplizierten Arzneimitteln oder Hormonen wie Insulin), der Kriminalistik (Spurensicherung und -analyse bei Verbrechen) oder der Pflanzenzucht Einzug gehalten hat. In den letzten Jahrzehnten wurden unglaubliche Fortschritte erzielt, was diesen Wissenschaftszweig zu einem eigentlichen Hoffnungsträger gemacht hat: zur Untersuchung von Krankheitserregern, zur Diagnose und Bekämpfung von Krankheiten, für Vaterschaftstests, zur Produktion von Medikamenten mit gentechnisch veränderten Organismen (GVO) u.a.

Das molekularbiologische und gentechnologische Praktikum verfolgt das Ziel, die Schülerinnen und Schüler mit dem gängigen Repertoire an Geräten und Methoden dieser Sparte vertraut zu machen. Der Kurs enthält spannende, praxisnahe Versuche mit Bakterien, welche wir mit Genen einer Qualle ausstatten, mit DNS, die wir einem Verdächtigen zuordnen können und mit Lebewesen, in denen wir fremde Gene ausfindig machen können.

Das Freifach richtet sich an Schülerinnen und Schüler, die sich für moderne naturwissenschaftliche Methoden und deren Anwendungen interessieren. Ausserdem profitieren zukünftige Studierende medizinisch-pharmazeutischer Fachbereiche von diesem Praktikum.

Inhaltliche Schwerpunkte:

  • Umgang mit Werkzeugen der Molekularbiologie: massgeschneiderte Enzyme, die DNA in Fragmente trennen (Restriktion) und vervielfachen (PCR-Verfahren), Auftrennung von DNA-Fragmenten mittels Gel-Elektrophorese, Arbeiten mit Kleinstmengen dank Mikropipetten, Steriltechniken
  • DNA-Fingerprinting (Restriktion von DNA und Gel-Elektrophorese zur Auftrennung der DNA-Fragmente nach der Grösse etwa für Verwandtschaftstests und für Täternachweise)
  • Transformation von Bakterien mit einem fremden Gen für ein grün fluoreszierendes Protein (GFP) aus Quallen: Züchtung von Bakterien; Transformation der Bakterien mit Plasmid-DNA, welche das Gen für das Protein enthält
  • Expression: Produktion des fremden Proteins durch die Bakterien und Aufreinigung dessel-ben mittels Säulenchromatographie

Quantenchemie

"I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics." Mit diesen Worten des berühmten US-amerikanischen Physikers und Nobelpreisträgers R. Feynman (1965 zu Arbeiten auf dem Gebiet der Quantenelektrodynamik) scheint eigentlich alles gesagt zur Quantenmechanik, einer Theorie, deren Grundlagen zu Beginn des 20. Jahrhunderts erarbeitet worden waren. Umso erstaunlicher, dass viele Erzeugnisse der modernen Welt wie zum Beispiel der Laser, Transistor, Computer, das Rastertunnelmikroskop oder auch die Kernspintomographie auf quantentheoretischen Grundlagen beruhen.

In 20 Lektionen soll die Quantenmechanik auf chemische Fragestellungen angewandt werden. Wir werden zu Beginn Eigenschaften von Wellen mit denjenigen von Elektronen und Atomen vergleichen. Damit schaffen wir es, mit dem Orbitalmodell ein präziseres Atommodell einzuführen, als es das Bohrsche Schalenmodell darstellt. Dies wiederum ist die Grundlage für die Erklärung einiger Phänomene: angefangen bei der Tatsache, dass gewisse Ele-mente aus 2-atomigen Molekülen bestehen (H2, O2 N2, …), über die Funktionsweise von Leuchtdioden oder Solarzellen bis hin zu Polarlichtern. Das Orbitalmodell vermag die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie, also die Farbentstehung, zu erklären, genauso wie die Funktionsweise von Leuchtdioden oder Solarzellen oder die Chemie der Nebengruppenelemente wie Kupfer, Eisen oder Gold.

Folgende Fragen können den Kurs abrunden: Was meint Einstein, wenn er die Existenz eines Objektes von der Existenz eines Beobachters abhängig zu machen scheint? Was hat es mit Schrödingers Katze auf sich? Und was soll die Heisenbergsche Unschärferelation?

Der Kurs richtet sich an SuS, die sich dem Verständnis der für die gegenwärtigen Technologien verantwortlichen Theorie annähern möchten. Nützen dürfte dieses Verständnis insbesondere all denjenigen, die ein medizinisches, naturwissenschaftliches oder technisches Studium anstreben.

Zielgruppe

4. Klassen Gymnasium (ohne 4N und EF C/B-C)

Raspberry Pi

Der Raspberry Pi ist ein kreditkartengrosser Kleinstcomputer der von einer gleichnamigen britischen Stiftung seit 2012 entwickelt wird. Er besteht aus Komponenten, welche man bei Handys verwendet und wird mit open source Betriebssystemen gesteuert. Entsprechend sind die Geräte sehr günstig (35-65 Fr., je nach Ausführung und Speicher). Im Kurs lernen wir einen solchen Computer mit dem Betriebssystem Linux aufzusetzen. Linux hat eine graphische Benutzeroberfläche wie die bekannten Betriebssysteme von Microsoft und Apple. Es wird aber effizient auch direkt über Textbefehle genutzt. Wir lernen die wichtigsten dieser Befehle kennen und einzusetzen. Wir schauen uns an, wie man den Raspberry Pi als Webserver, Multimedia-Server, Cloud-Datenbank oder für vieles andere mehr einsetzt. Weiter lernen wir im Hauptteil des Kurses Programmiersprachen kennen, mit denen man Sensoren (z.B. die Temperatur) abfragen und Geräte steuern kann. Damit eröffnen sich interessante Möglichkeiten für eine zukünftige Maturaarbeit.

Die Teilnehmenden kaufen sich einen eigenen Raspberry Pi und einiges Zubehör (wird zentral vom Kursverantwortlichen eingekauft). Von der Schule werden auch Sensoren und Interfaces zur Verfügung gestellt. So entstehen für die Teilnehmenden Kosten zwischen 50 und 120 Franken. Der genaue Betrag hängt auch von Entscheidungen zu Anwendungen der Teilnehmenden während des Kurses ab.

Zielgruppe

2./3. Klassen Gymnasium

Spieleprogrammierung mit Java

Als in den frühen 70er-Jahren in den Spielhallen zwei weisse, vertikale Balken auf einem schwarzen Bildschirm rauf- und runtergeschoben wurden, um einen Punkt (den "Ball") über den Bildschirm zu jagen, wurde das erste erfolgreiche Videospiel namens PONG gespielt. In den darauffolgenden Jahrzehnten hat sich die Welt der Computerspiele zwar stark weiter-entwickelt, sodass dieses Spiel nun sehr primitiv erscheint. Doch schon anhand dieses ein-fachen Beispiels lassen sich einige wichtige Fragestellungen aus der Spieleprogrammierung ableiten:

  • Wie bringe ich den Balken überhaupt dazu, auf mein Kommando rauf- und runterzufahren?
  • Woher weiss der Ball, wie er sich (physikalisch korrekt) bewegen soll?
  • Was genau soll passieren, wenn der Ball einen Balken trifft? Wie bringe ich das dem Com-puter bei?
  • Wie soll der Punktestand gezählt werden? Wann genau bekommt der Spieler einen Punkt? Wie erkennt das der Computer?
  • Und wie kann man das Spiel gewinnen? Was soll dann genau passieren?

In diesem Kurs erhalten die TeilnehmerInnen einen Einblick in die OOP (Objektorientierte Programmierung) anhand der Programmiersprache Java. Dazu verwenden wir die Klassenbibliotheken von Greenfoot und Gamegrid, die speziell für die Spieleentwicklung erstellt wurden. Die TeilnehmerInnen werden mit Problemstellungen aus der Spieleprogrammierung konfrontiert, wie sie oben erwähnt wurden. Die fortgeschrittenen und schnelleren TeilnehmerInenn können auch versuchen, ihr Spiel auf ein Handy oder Tablet (mit Android-Betriebssystem) zu übertragen.

Der Kurs ist für ProgrammieranfängerInnen ausgelegt. Es sind also keine grossen Vorkenntnisse nötig, allerdings ist logisch-analytisches Denkvermögen sehr wichtig.

Zielgruppe

3./4. Klassen Gymnasium

Stochastik

Das Freifach «Stochastik» erweitert und vertieft Kenntnisse, Fertigkeiten und Erfahrungen aus dem Grundlagenfach Mathematik. Das Hauptgewicht liegt auf der Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik, also der mathematischen Beschreibung des Zufalls. Aufbauend auf dem Grundlagenfach wird die Wahrscheinlichkeitsrechnung vertieft und darüber hinaus wird in die Statistik mit ihren interessanten und wichtigen Anwendungen eingeführt.

In diesem Kurs beschäftigen wir uns mit Problemen und Fragestellungen der folgenden Art:

  • Im kleinen District Beaumont-Hague befindet sich die Wiederaufbereitungsanlage La Hague, in welcher abgebrannter Kernbrennstoff aus Atomkraftwerken getrennt wird. In diesem District gab es zwischen 1972 und 1992 vier Fälle von Kinderleukämie – verglichen mit dem nationalen Durchschnitt hätten es jedoch nur 1.4 Fälle sein dürfen. Ist eine solche Abweichung vom Durchschnitt statistisch aussagekräftig?
  • Meinungsumfragen: Ist es nicht erstaunlich, dass nur ca. 1000 Personen befragt werden müssen, um eine zuverlässige Prognose über das Abstimmungsverhalten von mehreren Millionen Personen zu erstellen? 
  • Medizin: Nehmen wir an, 0.5% der Gesamtbevölkerung leide an einer bestimmten Krankheit. Zwar zeigt ein Schnelltest bei 96% aller erkrankten Testpersonen die Krankheit an, aber fälschlicherweise auch bei 2% der gesunden. Muss eine Person beunruhigt sein, bei welcher der Test die Krankheit diagnostiziert?
  • Untersuchung an der Sprachgrenze: Besteht zwischen der Muttersprache und der Sprache am Arbeitsplatz ein Zusammenhang? Wird die Berufswahl beeinflusst?
  • Optionspreisberechnung: Wie wird der Preis eines Derivats mit den Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung geschätzt?

Diese wenigen Beispiele geben dir einen Hinweis auf die grosse Bedeutung der Stochastik in der Praxis. Selbstverständlich darfst du auch eigene Fragestellungen und Probleme in den Kurs einbringen.

Fragen aus dem Gebiet der Stochastik kommen in allen Fächern der Naturwissenschaften und den Ingenieurwissenschaften vor. Gute Stochastik-Kenntnisse sind aber auch für das Medizinstudium und für die meisten geistes- und sozialwissenschaftliche Studiengänge von Vorteil.

Vorbereitungskurs auf Eignungstests für Medizinstudien EMS

Medizinische Studiengänge

Anmeldung und Zulassung

Die universitären Studienplätze in Medizin (Humanmedizin, Zahnmedizin, Veterinärmedizin, Chiropraktik) sind an den meisten Schweizer Universitäten kontingentiert (ebenso Plätze für medizinische Ausbildungen an Fachhochschulen wie z.B. Physiotherapie, Ergotherapie). Deswegen müssen Bewerber sich früh zum Medizinstudium anmelden. Wo die Anzahl der Anmeldungen die Kontingente übersteigt, werden die Kandidaten über einen Schweizerischen Eignungstest zum Medizinstudium an Universitäten (EMS) bzw. Eignungsabklärungsverfahren (EAV) für Fachhochschulen ausgelesen.

Aktuelle Termine, beispielsweise jener des schweizweiten Anmeldeschlusses für universitäre Medizinstudien, listet der Verbund Swissuniversities auf, wo auch das Online-Anmeldeformular für universitäre Studiengänge für die Anmeldung aufgeschaltet ist, mitsamt Merkblatt. (Üblicherweise sind Anmeldungen möglich in der Zeit von Ende November bis im Februar.) Nach der Anmeldung erhalten alle Kandidaten eine persönliche Einladung zum Eignungstest, falls dieser wieder durchgeführt werden muss.

Üblicherweise wird der EMS im Juli durchgeführt, zu Beginn der Sommerferien. Der Entscheid darüber, für welche Institutionen und Disziplinen ein Eignungstest absolviert werden muss, kann erst nach Eingang der Anmeldungen gefällt werden. Testorte waren beispielsweise 2011 Aarau-Suhr, Basel, Bellinzona, Bern, Chur, Freiburg, Genf, Luzern, St. Gallen und Zürich (woran sich seither nicht viel geändert hat).

Eine Übersicht über das Prozedere findet sich auch auf der Site des Zentrums für Testentwicklung und Diagnostik der Universität Fribourg, aber jeweils erst im Herbst aktualisiert, unter Termine & Ablauf
Medtest listet das ganze Verfahren sehr übersichtlich auf, inklusive Gebühren. 

Zu beachten ist, dass für Ausbildungsgänge an Fachhochschulen andere Termine gelten, weil deren Zulassungsprüfung in der Regel früher durchgeführt wird. Ablauf und Termine hierzu listet offiziell die Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften auf unter Aufnahmeverfahren (Physiotherapie).  (Anmeldeschluss war in den vergangenen Jahren im Januar; das Aufnahmeverfahren startete dann im Februar.) Anmeldeformulare für Fachhochschulen können bei diesen selbst elektronisch bezogen werden.

Kursinhalte

Im Rahmen des Freifachs zur Vorbereitung auf den EMS sind etwa 4 Termine an der KSH vorgesehen: eine Vorbesprechung, mindestens zwei gemeinsame Übungsrunden sowie ein Probelauf unter realistischen Bedingungen.

Vor den Übungsrunden sollten alle Teilnehmer frühzeitig eine ältere Schweizer Vorbereitungsbroschüre selbständig durchgearbeitet haben (d.h. je nach gewünschtem Studium Test Info für das Medizinstudium bzw. die Übungsversion einer Eignungsabklärung für das Physiotherapiestudium).

Kursleitung

Dieter Burkhard (FG Biologie) oder Patrik Good (FG Chemie)

Zielgruppe

Schülerinnen und Schüler der vierten Klassen sowie Maturi und Maturae

Kurstermine

Die Termine werden mit den Kandidaten an der Vorbesprechung vereinbart. Jener für die Vorbesprechung selbst wird den Teilnehmern vor Jahreswechsel per Mail mitgeteilt. Die Anmeldung ist verbindlich.