Neuer GeoMINT-Kurs am THEO - (natur-)wissenschaftliche und digitale Methoden für reale Fragen

Ob Verhaltenssimulation, Analyse von Gewässerproben oder die Exploration umweltbezogener Daten und künstliche Intelligenz: Heutzutage bieten immer stärker zugängliche digitale Tools und Methoden die Möglichkeit, eigene realitätsbezogene und gesellschaftlich relevante Fragestellungen direkt zu erkunden.

Im neu entwickelten GeoMINT-Kurs der Jahrgangsstufe 10 haben Schüler:innen (SuS) des THEO diese Methoden kennengelernt und auf realweltliche Kontexte angewandt, bevor sie in einer Projektarbeit mit ihren neu erworbenen Fähigkeiten eigenen Fragen nachgehen konnten. GeoMINT steht dabei für Geographie, Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik.

Der Kurs gliederte sich in vier Module, die jeweils eine Methode anhand eines realweltlichen Problems vermittelten.

• Modul 1: "Verhaltenssimulation"

Die SuS beobachteten das Verhalten der Stabschrecke und programmierten dieses anschließend mit einem Roboter in der Programmiersprache Python "nach". Dabei lernten sie sowohl Grundlagen der Robotik als auch das Reaktionsverhalten der Tiere kennen.

• Modul 2: "Nitratanalyse"

In diesem Modul bestimmten die SuS den Nitratgehalt der Pader experimentell. Die Auswertung erfolgte in einem interaktiven Jupyter Notebook in der Programmiersprache Python, das Programmcode, Visualisierung der Messdaten, deren Auswertung (mittels linearer Regression) und erklärende Texte kombinierte und eine Diskussion der Nitratbelastung ermöglichte.

• Modul 3: "(Künstliche) Intelligenz"

Hier ging es um die drei grundlegenden KI-Lernverfahren – überwachtes, unüberwachtes und bestärkendes Lernen – und deren Bezug zu neuronalen Netzwerken, menschlicher Intelligenz und Lernverhalten. Die SuS erkundeten oder erstellten eigene KI-Modelle - einen Entscheidungsbaum zur Klassifikation von Lebensmitteln in „eher empfehlenswert“ und „eher nicht empfehlenswert“¹, ein Verfahren zur Optimierung von U-Bahn-Stationen mit möglichst kurzen Wegen für die Haushalte einer Stadt² sowie das Training einer Spiel-KI für „Bauernschach“³.

• Modul 4: "Umweltanalyse"

Mithilfe der CODAP-Software analysierten die SuS Temperatur- und CO2-Daten der letzten ca. 100 Jahre und verglichen sie mit historischen Daten aus Eiskernbohrungen in der Antarktis. Mithilfe von Versuchen stellten die SuS Zusammenhänge zwischen den analysierten Daten, dem Treibhauseffekt und dem Klimawandel her. Zusätzlich gab es eine Challenge zwischen den beiden GeoMINT-Kursen, die sich auf die Nenana-Ice-Classic Wettbewerb bezieht⁴. Hierbei wird jedes Jahr der Zeitpunkt geschätzt, an dem ein auf dem (gefrorenen) Tanana River in Alaska aufgestellter Tripod durch das Schmelzen des Eises in den Fluss gefallen und 100 Fuß weit flussabwärts getrieben ist. Beide Kurse legten sich im Vorfeld auf einen Zeitpunkt fest, indem sie zuvor eine Datenanalyse der Challenge-Daten aus den letzten Jahren durchführten. Der Gewinner-Kurs lag mit einer Schätzung auf den 27.04. um 14:30 Uhr sehr nah an dem tatsächlichen Zeitpunkt (27.04. um 15:56 Uhr).

In der abschließenden Projektphase entwickelten die SuS dann eine eigene Fragestellung und beantworteten diese durch die Analyse von frei zugänglichen Daten. Die Themen reichten dabei von der Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Klimaveränderungen und der Ausbreitung tropischer Krankheiten bis hin zur Analyse der Auswirkungen von Fast Fashion auf die Umwelt. Wie auch im Modul "Umweltanalyse" haben die SuS ihre (zwischenzeitlichen) Erkenntnisse in einem Social-Media-Post festgehalten, hier dargestellt zu den Themen "Zusammenhang zwischen Frühlingstemperatur und Blütezeit von Apfelbäumen" (Erik), "Einfluss von Milanković-Zyklen auf die Durchschnittstemperatur" (Lea) und "Anstieg des Meeresspiegels" (Ryana).⁵