Am 22. Februar besuchten die TUMKollegiatinnen und TUMKollegiaten des Jahrgangs 16/18 die zweite Veranstaltung zu wissenschaftlichem Schreiben an der TUM School of Education. Anschließend wurde ihnen die Fakultät selbst vorgestellt – zunächst theoretisch, dann durch Workshops zu Mathematikdidaktik und Ergonomie.
Da die meisten Schülerinnen und Schüler bereits ein Forschungsthema gefunden hatten, konnte im Teil zum wissenschaftlichen Schreiben, geleitet von Frau Heininger, bereits Vorarbeit für die anstehende Forschungsarbeit geleistet werden, beispielsweise durfte jeder eine Forschungsfrage formulieren. Die Forschungsfrage ist einer der bedeutendsten Teile der Arbeit, da sie das Thema präzise formuliert, womit sie eine zielgerichtete Arbeit erst überhaupt möglich macht.
Mit der Forschungsfrage hängt die Hypothese eng zusammen, also die eigene, vermutete Antwort. Am Ende der Arbeit wird die Hypothese entweder falsifiziert, also verworfen oder verifiziert, also bestätigt worden sein.
Ebenfalls wurde gutes Studiendesign, am Beispiel des berühmten Milgram Experimentes, vorgestellt. Neben der Betrachtung des eigentlichen Experimentes, wurden auch die ethischen Aspekte besprochen. Obwohl der Nutzen des Experimentes außer Frage steht, mussten die Menschen, die am Experiment teilgenommen haben, mit dem Bewusstsein leben, dass sie in der Lage wären jemanden zu töten. Heute wäre ein solches Experiment nicht mehr möglich, da alle Versuche mit Menschen erst von einer Ethikkomission genehmigt werden müssen.
Als nächstes stellte Frau Heininger die wichtigsten Aspekte des wissenschaftlichen Arbeitens vor und die Aufgaben die eine Forschungsarbeit erfüllen muss. Abgesehen von der Vorstellung der eigenen Ergebnisse, muss es diese nämlich auch ermöglichen, eine Studie exakt zu replizieren, damit unabhängige Quellen die Wahrhaftigkeit getroffener Aussagen bestätigen oder die Herangehensweise kritisieren können.
Zuletzt hat jeder einen Zeitplan für seine Forschungsarbeit erstellt. Obwohl bis zum Abgabetermin noch acht Monate bleiben, wurde klar, dass die Zeit trotzdem relativ knapp ist.
Im zweiten Teil dieses Tages stellte Frau Dr. Möhringer, die auch Schirmherrin des TUMKollegs ist, uns die TUM School of Education vor, also die Fakultät, die für die gesamte Lehrerbildung an der TUM verantwortlich ist, anders als bei vielen anderen Universitäten, wo diese auf alle Fakultäten verteilt ist, an denen man, im entsprechenden Fach, Lehramt studiert. Die Ausgliederung in eine einzige Fakultät gewährleistet, dass die pädagogische Ausbildung gleichrangig mit der fachlichen vermittelt wird.
Die Grundlage für kompetente Lehrerbildung bildet die Bildungsforschung, mit der sich ebenfalls an der TUM School of Education befasst wird. Uns wurden einige Fragestellungen aus diesem Gebiet präsentiert, beispielsweise womit man Schülerinnen und Schüler motivieren kann oder welche Auswirkungen Hausaufgaben auf den Lernprozess haben. Oft wird das gesamte Bildungssystem betrachtet: zum einen das Individuum, also die Schülerin oder der Schüler, aber auch die Schulklasse, der Kontext, also beispielsweise die Schule oder die Familie, und die Gesellschaft. Die Präsentation hat uns gezeigt, wie komplex die zunächst einfach scheinende Frage – Wie gestaltet man Bildung am besten? – wirklich ist und wie viel Aufwand stetig betrieben wird um das Bildungssystem zu verbessern.
Nach einer Mittagspause folgte der letzte Teil des Tages. Wir wurden in 3 Gruppen aufgeteilt, die durch die 3 Workshops durchzirkulierten.
Im ersten Workshop befassten wir uns mit Ergonomie, genauer gesagt mit den optimalen Bedingungen, wie Temperatur, Beleuchtung, Windgeschwindigkeit, Lautstärke etc., die in einem Klassenzimmer herrschen sollten. Nach einem kurzen theoretischen Einstieg, haben wir uns, mit Messgeräten ausgestattet, auf die Suche nach einem optimalen Lernort im Fakultätsgelände gemacht. Ein guter Kandidat war der Aufzug, obwohl der CO2 Gehalt etwas hoch war.
Im zweiten Workshop wurden wir mit der Aufgabe konfrontiert zu überlegen, wie man jemandem die Rechnung 1/3 + 1/4 erklärt. Als Hilfsmittel hatten wir ein Blatt Papier und eine Schachtel voller Kreissegmente. Obwohl die Rechnung selbst einfach ist, ist die Erläuterung des Prinzips des Erweiterns überraschend anspruchsvoll. Dies hat uns gezeigt, wie schwer die Vermittlung von Wissen ist, auch wenn man es selbst beherrscht, was ja schließlich eine Aufgabe eines jeden Lehrers ist.
Im dritten Workshop haben wir an uns selbst eine Studie zur Bruchrechnung durchgeführt und ausgewertet. Die Antworten wurden in verschiedene Kategorien aufgeteilt. Jeder Antworttyp bekam eine Nummer, zum Beispiel hat eine Richtige Antwort bei der das Erweitern verwendet wurde eine andere Nummer bekommen, als eine Richtige Antwort bei der die Nenner verglichen wurden. Die Nummern wurden dann in den Computer eingepflegt, was unter Anderem gezeigt hat, dass wir überwiegend „feature based“ Strategien verwendet haben, also solche bei denen man Eigenschaften der Zahlen erkennt, im Gegensatz zu „rule based“, bei denen man einen Algorithmus anwendet. Anschließend wurde uns eine Lernsoftware gezeigt, die in einer Klasse angewandt wurde. An dieser Klasse wurde mit den Fragen die wir beantwortet haben auch eine Studie durchgeführt. Man konnte erkennen, dass viel mehr „feature based“ Strategien angewandt wurden als in der Vergleichsgruppe.
Somit hat uns dieser Tag einen interessanten Einblick in die Welt der Bildungsforschung gebracht.
Am 01.02.2017 hatten die Schülerinnen und Schüler des TUMKollegs 2017/18 die Möglichkeit einen Einblick in die komplexe und vielfältige Welt der Elektro- und Informationstechnik zu erlangen.
Die Elektro- und Informationstechnik ist laut Dekan Prof. Herchersdorf abhängig von Visionären! Gesellschaftliche Problemstellungen werden von Ingenieuren in Angriff genommen und mit Hilfe von modernster Technik immer mehr gelöst. „Wir brauchen junge Menschen, die über den Tellerrand hinausschauen können!“, so Prof. Herchersdorf. Nach einer kurzen Pause bekamen die Schülerinnen und Schüler durch Prof. Stechele einen kleinen Einblick in den Lehrstuhl für integrierte Systeme. Hierbei ging es zum einen um autonomes Fahren, zum anderen um Projekte aus der Robotik. Uns Schülern wurde deutlich, dass die Präzision eines Roboters, die des Menschen zwar um Einiges übertrifft, allerding ist der Mensch flexibler in seiner Anpassung.
Im letzten Vortrag des Tages von Prof. Wolfrum wurden den Schülern Themenbereiche der Zell-Chip-Kommunikation vorgestellt. Dieser Forschungsbereich beschäftigt sich damit technische und biologische Systeme zu verbinden, um dies beispielsweise für Biosensoren oder neuronale Prothesen nutzen zu können. Problem stellen sich jedoch dabei, die Schnittstelle von biologischen und elektrischen Systemen aufzudecken.
Die Elektro- und Informationstechnik birgt eine vielfältige Zukunftsperspektive und spielt in vielen Bereichen unseres Lebens eine immer wichtiger werdende Rolle.
Am 11.01.2017 besuchte das TUMKolleg die TUM School of Education und die Universitätsbibliothek am Stammgelände in München. An der TUM School of Education hat uns Frau Susanne Heininger mit einem kurzen Kennenlernspiel begrüßt. Danach hat sie ihren Vortrag über das Schreiben einer wissenschaftlichen Arbeit mit wissenschaftlichen Grundbegriffen begonnen. Sie uns beispielsweise den Unterschied zwischen Deduktion und Induktion dargelegt und uns Tipps gegeben, eine gute Aussage zu treffen.Der zweite Themenbereich der Präsentation handelte über die verschiedenen Typen der Fragestellungen, da diese für die Forschungsarbeit wichtig sein wird.Der dritte Themenbereich umfasste dann das Finden einer Fragestellung. Dort hat uns Frau Heininger erläutert, wie man forscht, und uns ein paar Forschungszentren gezeigt. Anschließend hat sie uns dann den Weg hin zur richtigen Fragestellung dargelegt. Daraufhin hat sie uns erklärt, aus welcher Art von Themen man am leichtesten Fragestellungen finden kann. Dieses hat sie uns mit einem Beispiel über einen Forscher deutlich gemacht, welcher die Wahrscheinlichkeit ausgerechnet hat, dass er seine Traumfrau findet. Als nächstes ging es um den Forschungsablauf und das Forschungsprotokoll, welches sie uns davor vorgestellt hat. Daraufhin sollte sich jeder Schüler eine Fragestellung zu seiner Forschungsarbeit überlegen und auch eine Art der Durchführung.
Nach dem Vortrag sind wir zum Stammgelände der TUM gefahren und haben uns dort die Bibliotheksausweise besorgt. Wir bekamen eine kleine Führung durch die Bibliothek und das Lager der Bibliothek, wo uns alles von Bücher ausleihen über wichtige Texte scannen bis hin zum Lagersystem im Keller gezeigt wurde.Als letzte Aktion des Tages hatten wir noch einen Workshop zum Thema Literaturrecherche und bekamen dabei eine Erklärung der Bibliothekswebsite. In diesem Workshop haben wir uns in vier kleine Gruppen aufgeteilt und in diesen Gruppen bestimmte Aufgaben zu Themen im Zusammenhang mit der Website bearbeitet. In den Kleingruppen haben wir Themen, wie das Suchen von Büchern im Internet, das Suchen von Datenbanken, Vorschläge für die Suche von Informationen und das Bestellen von Büchern außerhalb der TUM Bibliothek durchgenommen. Nachdem alle fertig waren, haben wir uns gegenseitig die Ergebnisse vorgestellt und besprochen.
Campus Garching. Zuerst hielt Herr Dr. Himstedt für uns einen Vortrag über Verschlüsselung, eine Technik, die in unserem Alltag meist unbemerkt eine große Rolle spielt. Ob beim Online-Shopping, Geldabheben oder irgendeiner Passworteingabe, ständig bedient man sich der Verschlüsselung, um geheime Informationen zu schützen.
Der wohl bekannteste Algorithmus ist die historische „Caesar-Verschiebung“: Von jedem Klartextbuchstaben aus geht man im Alphabet eine festgelegte Anzahl an Stellen weiter, und erhält so den Geheimtextbuchstaben. Der Empfänger, der die Verschiebung kennt, kann dies wieder rückgängig machen, um den Klartext zu erhalten. Problematisch ist jedoch, dass ein Angreifer, der versucht, die Nachricht abzufangen, nur bis zu 25 Verschiebungen durchprobieren muss, bis er den Klartext erhält. Anschließend könnte er den Inhalt der Nachricht sogar verfälschen.
Im Laufe der Zeit fand man zwar auch prinzipiell „unknackbare“ Verfahren, jedoch musste dabei immer zuerst ein Schlüssel auf sicherem Wege zwischen Sender und Empfänger ausgetauscht werden.
Erst 1977 gelang Ronald L. Rivest, Adi Shamir und Leonard M. Adleman der Durchbruch mit dem nach ihnen benannten RSA-Verfahren, welches das erste Public-Key-Verfahren ist. Das bedeutet, dass kein geheimer Schlüsselaustauch nötig ist: Der Empfänger der Nachricht erzeugt ein Schlüsselpaar, von dem der Absender einen, nämlich den öffentlichen Schlüssel, auf ungesichertem Wege erhalten kann. Dieser öffentliche Schlüssel kann nur zum Verschlüsseln verwendet werden, zum Entschlüsseln ist allerdings der private Schlüssel nötig, welcher nur dem Empfänger bekannt ist.
Mathematisch beruht das System darauf, dass man zwei Primzahlen sehr einfach miteinander multiplizieren kann, jedoch aus dem Produkt nur mit großem Rechenaufwand diese Primfaktoren ermitteln kann. Die beiden Primzahlen benötigt man, um den privaten Schlüssel zu berechnen, das Produkt sowie eine zu ihm teilerfremde Zahl hat man als öffentlichen Schlüssel. Viel Spaß dem Angreifer beim Faktorisieren einer 600-stelligen Dezimalzahl.
Teil 2: Vorführung: Fraktale durch optische Rückkopplung
Nach einer einstündigen Mittagspause zeigte uns Herr M. Sc. Montag vom Lehrstuhl für Geometrie und Visualisierung Fraktale, indem er eine Kamera auf den Bildschirm richtete, der ihr Bild mehrfach in verschiedenen Größen, Drehungen und Verschiebungen anzeigte. So erhielten wir ein Bild, das nach einiger Zeit sich selbst – nur kleiner – glich. Das Prinzip wird an den folgenden Bildern deutlich. Dabei steht die blaue Linie für das Bild selbst (anfangs eine dicke weiße Linie), und die grünen Linien für dasselbe im nächsten Bild – nur kleiner, gedreht und verschoben.
Wie lang kann so eine Linie wohl werden?
Mit jedem Verfeinerungsschritt werden alle Linien durch mehrere andere ersetzt. Dabei wird die Gesamtlänge mit dem Faktor „Neue Länge geteilt durch alte Länge“ multipliziert. Nach n Schritten ergibt sich:
Gesamtlänge = Faktor ^ n
Wenn der Faktor größer eins ist, geht die Gesamtlänge gegen Unendlich, ist er kleiner, so geht sie gegen Null.
Die Fläche dieses Fraktals ist Null.
Um die „Größe“ eines solchen Fraktals zu messen, muss man seine Dimension herausfinden. Dieses Fraktal ist 1,365212389-dimensional, also irgendetwas zwischen Linie und Fläche. Nur in dieser Dimension ergibt sich eine Größe, die nicht Unendlich oder Null ist.
Dieses Fraktal ist dagegen zweidimensional, es nimmt eine Fläche ein (bei „Depth: ∞“).Ein anderes Fraktal Es entstand bei einer nichtlinearen Verzerrung.
Der Besuch hat uns gezeigt, dass Mathematik doch mehr ist als Rechnen. Selbst einfachste Regeln können sich zu beeindruckender Schönheit entwickeln.
Am 6. Dezember 2016 hat das TUMKolleg die Fakultät Informatik am Campus Garching-Forschungszentrum besucht.
Nach der Begrüßung durch Hr. Robert Heininger sollten wir zunächst einen Fragebogen ausfüllen. Dieser stellte einen Selbsteinschätzungsbogen dar, der viele Aspekte des Studiums angesprochen und potentielle Probleme aufgezeigt hat.
Nach dem Ausfüllen des Fragebogens wurde die Fakultät Informatik näher beleuchtet. Grundsätzlich werden vier Bachelorstudiengänge angeboten: Informatik, Games Engineering, Bioinformatik und Wirtschaftsinformatik. Nach dem Bachelorstudium kann man die diversesten Masterstudiengänge absolvieren, unter denen die meisten sehr spezifisch sind, wie etwa M. Automotive Software Engineering. Man kann zwar bereits nach dem Bachelorstudium in diverse Arbeitsfelder einsteigen, ein spezialisierter Fachinformatiker ist jedoch in dem Fachbereich sehr gefragt.
In der Forschung konzentriert man sich hauptsächlich auf die Entwicklung von Soft- und Hardware, die die Probleme der Klienten, sei es bei der Regierung oder in einer Firma, möglichst effektiv und effizient zu lösen.
Nach diesem Vortrag haben wir eine Einführung in die SAP-Software SAP ERP bekommen, eine Wirtschaftssoftware, die die Wirtschaftslage einer Firma zentral darstellen kann.
Nun stand noch ein Wirtschaftsplanspiel auf dem Programm, wobei alle Teams gleiche Waren und Voraussetzungen hatten. Es war das Ziel, so viel Ware wie möglich zu verkaufen, wobei der Markt eine konstante Kapazität hatte. Die Teams konnten den Preis der Ware und die Ausgaben des Marketings der Ware festlegen.
Insgesamt fand das TUMKolleg diesen Besuch sehr interessant und bedankt sich für die Chance, einen Einblick in diese Fakultät erhalten zu haben.
Am Mittwoch, den 14.12.2016, besuchte das TUMKolleg das Universitätsklinikum „Rechts der Isar“ der TU München. Nach einer kurzen Begrüßung stellte uns Frau Dr. Raulefs kurz ihr Forschungsgebiet, den Pankreas, vor. Der Pankreas bzw. die Bauchspeicheldrüse bildet wichtige Hormone und Verdauungsenzyme. Menschen können an einem sogenannten Pankreaskarzinom bzw. Bauchspeicheldrüsenkrebs erkranken, das oft erst sehr spät entdeckt wird. Am Klinikum „Rechts der Isar“ wird aktuell Pankreas-Grundlagenforschung betrieben, langfristiges Ziel ist es jedoch eines Tages Pankreaskarzinome frühzeitig diagnostizieren zu können.
Wie diese Pankreasforschung betrieben wird, erfuhren wir in Kleingruppen im Labor bei Frau Dr. Raulefs und Medizinstudenten. Geforscht wird an Mäusen, die die verschiedenen Entwicklungsstufen von Pankreaskarzinomen widerspiegeln. Hierzu werden Labormäuse künstlich mit Pankreaskarzinomen „infiziert“. Anschließend wird der Pankreas der Mäuse in einem speziellen Verfahren für genauere mikroskopische Untersuchungen vorbereitet. Dieses Verfahren durften wir selber ausprobieren. Zunächst wird der entnommene Mäusepankreas in Paraffin-Wachs eingebettet. Nach dem Aushärten des Wachses werden, mit Hilfe eines rotierenden Messers, hauchdünne Scheiben des sich im Wachsblock befindlichen Mäusepankreas abgeschnitten. Anschließend wird der Schnitt auf einen Objektträger aufgezogen, das Wachs entfernt und die Proben mittels HE-Färbung angefärbt. Dabei macht man sich die Einzigartigkeit von Antikörpern zu Nutze. An diese werden Enzyme gekoppelt, die später sichtbar gemacht werden können. Da unterschiedliche Antikörper an unterschiedliche Zellen bzw. deren Antigene binden, können so bestimmte Gewebebereiche gezielt sichtbar gemacht werden. Mittels Mikroskop konnten wir dadurch eindrucksvoll gesunde Pankreaszellen von Krebszellen unterscheiden (vgl. Abbildung 1). Im Anschluss durften wir noch das Pipettieren mit manuellen Mikroliterpipetten üben, z. B. in die Taschen von Gelelektrophorese-Platten (vgl. Abbildung 2).
Abbildung 1
Abbildung 2
Außerdem besuchten wir in Kleingruppen die Endoskopie-Station mit Frau PD Dr. Bachmann, Dr. Calavrezos und Prof. von Delius. Dort durften wir bei einer Magenspiegelung einer Patientin zusehen, die Probleme mit dem Magenschließmuskel und somit häufiges Sodbrennen bzw. Reflux hat.Ihr wurde unter Vollnarkose ein Gastroskop durch den Mund eingeführt. Dieses besitzt verschiedene Funktionen, die wir im Anschluss an einem aufgeblasenen Einweghandschuh ausprobieren durften. Das Gastroskop verfügt über eine Lampe, eine Kamera, ein Pumpe (um z. B. den Magen für Untersuchungen mit Gasen aufzublähen) und eine Absaugfunktion. Ferner durften wir bei einer Darmspiegelung und einer Untersuchung des Magen-Darm-Traktes mittels Endoskopes zusehen. Im Anschluss besichtigten wir noch den Aufwachraum, in den die Patienten, die vorher ein Narkose- bzw. Schlafmittel erhalten haben, nach der Untersuchung für einige Zeit zum Aufwachen gebracht wurden. Dort werden permanent die Vitalfunktionen der Patienten kontrolliert. Auch hier durften wir verschiedenen Geräte selber ausprobieren, z. B. ein Pulsmessgerät oder ein Gerät zur Messung der Sauerstoffsättigung des Blutes. Außerdem erläuterte uns Frau Dr. Bachmann vieles über den Einsatz, die Dosierung, aber auch die Risiken und mögliche Nebeneffekte verschiedener Narkosemittel.
Die dritte Station, die wir an diesem aufregenden Tag besuchten, war das „Skill-Lab“ sowie den OP bei und mit Herrn Dr. Neumann und Frau Dr. Prokopchuk. Im „Skill-Lab“ hielt Herr Dr. Neumann zunächst einen kurzen Vortrag zum Thema Chirurgie. Danach durften wir an Modellen aus Schaumstoff und mit Hilfe von echten Chirurgie-Werkzeugen und Nähutensilien das Nähen verschiedener Wunde üben (vgl. Abbildung 3). Außerdem übten wir mittels Kamera und verschiedenen Chirurgie-Werkzeugen Plastikringe, die sich in einem dem menschlichen Oberkörper nachempfundenen Modell befanden, auf verschiedene Nägel, die auf einer Platte befestigt waren, zu legen (vgl. Abbildung 4).
Abbildung 3
Abbildung 4
Danach folgte für viele von uns das absolute High-Light des Tages: die Besichtigung eines OPs. Dafür mussten wir uns komplett mit OP-Klamotten einkleiden und einen Mund- und Haarschutz anziehen. Auf der Station sahen wir zum Beispiel, wie Patienten umgebettet wurden. Über eine Art Schleuse ging es in den OP. Dort wurde gerade ein Patient operiert, der einen Narbenbruch erlitten hatte. Über Bildschirme und auf Zehenspitzen konnten wir den Ärzten direkt beim Operieren zusehen. Sie hatten einen Teil der Bauchdecke entfernt, um den Patienten optimal operieren zu können. Im Anschluss legten sie in das „Loch“ in der Bauchdecke eine Art Schwamm, um die Wundheilung der Bauchdecke zu unterbinden und dadurch den Patienten in einigen Tagen erneut versorgen zu können. Danach trafen sich die Kleingruppen noch zu einer kurzen Evaluation des rundum gelungenen Tages und im Anschluss machten wir uns auf den Heimweg nach Garching bzw. Gauting.
Alles in allem hat uns der Tag im Klinikum „Rechts der Isar“ ausgesprochen gut gefallen und wir möchten uns noch einmal herzlich bei allen Menschen bedanken, die sich so viel Mühe gemacht haben, um uns diesen einmaligen Tag zu ermöglichen.
