Mit Mathematikangeboten der besonderen Art wollen das Fraunhofer ITWM und die TU Kaiserslautern Schüler für das Studium eines MINT-Fachs begeistern. Dass die Nachfrage mittlerweile das Angebot übersteigt, liegt wohl vor allem am Praxisbezug der Aufgaben. So lassen sich in der »Mathematischen Modellierungswoche« komplexe Alltagsfragen beantworten. Im Programm Fraunhofer-MINT-EC-Talents steigt der Nachwuchs über mehrere Jahre in die Forschung ein.

Es gibt Gleichungen, die wollen einfach nicht aufgehen. Das Gesetz der Energieerhaltung beispielsweise und das Prinzip eines Perpetuum Mobile: Sie lassen sich genauso wenig in ein positives Verhältnis setzen wie ein Science-Fiction-Raumflug mit mehrfacher Lichtgeschwindigkeit und Einsteins Relativitätstheorie. Leider gehört zu diesen, durch Erkenntnis belegten Ungleichheiten, auch eine aus dem schulischen Alltag. Nämlich die schiere Unmöglichkeit Mathematikunterricht mit Schülermotivation gleichzusetzen. Dass sich dieses »Naturgesetz« aber widerlegen lässt, zeigen seit über zehn Jahren der Fachbereich Mathematik der TU Kaiserslautern und das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, die unter dem Dach des Felix-Klein-Zentrum in Kaiserslautern zweimal im Jahr die »Mathematische Modellierungswoche« anbieten.

Im Mittelpunkt steht das Lösen mathematischer Probleme mit Hilfe von Modellierung und Computersimulationen. »Im Unterschied zum Regel-Mathematikunterricht geschieht dies nicht auf Basis abstrakter Aufgaben, sondern auf Grundlage von Herausforderungen, die aus unterschiedlichsten Bereichen des öffentlichen Lebens stammen«, erklärt Dr. Martin Bracke vom Fachbereich Mathemantik an der TU Kaiserslautern. So geht es um die Frage, ob und wann es sich lohnt zu lügen, um sein Ziel zu erreichen, um die »optimale Ampelschaltung für Mainz«, die »richtige Taktik für eine schnelle Laufstaffel« oder eine »Trassenplanung für die Eifelautobahn«. »In der eben abgeschlossenen Mathematischen Modellierungswoche haben wir unter anderem Berechnungen angestellt, wie der Druckprozess eines Fliesendruckers auf Keramik möglichst ›verschmierfrei‹ gesteuert werden kann. Eine entsprechende Konstruktion haben wir dann an die Firma weitergegeben«, erinnert sich Bracke. Letztlich aber spiele die Wahl des Themas während der »Hochphase« der Berechnungen nur eine untergeordnete Rolle. »Denn dann geht es um Mathematik pur«.

Während der Projektwoche, die von Sonntagabend bis Freitagnachmittag dauert, bearbeiten je sechs Oberstufenschüler und zwei Lehrer eine Fragestellung, die sie sich aus einem vorbereiteten Pool an »Lebensproblemen« heraussuchen können. Unterstützt werden die insgesamt acht Gruppen dabei von Doktoranden und Mitarbeitern des Fraunhofer ITWM oder der Hochschule. Ergänzt wird die Woche durch gemeinsame Aktivitäten wie beispielsweise den Besuch des Fraunhofer-Instituts.  Die Ergebnisse präsentieren die Gruppen am Ende der Woche im Plenum. Schüler sind in dieser Zeit vom Unterricht freigestellt, für Lehrer wird die Veranstaltung als Fortbildung anerkannt. Mittlerweile ist die Veranstaltung so bekannt und gegehrt, dass es deutlich mehr Bewerber als Plätze gibt.

»Gerade für Lehrer ist die Rolle, die sie in dieser Woche einnehmen, meist sehr ungewohnt. Sie arbeiten abseits des bekannten Lehrplanes und werden mit einer frischen und oft auch ›erfrischenden‹ Sichtweise auf mathematische Probleme konfrontiert. Deshalb können wir sowohl bei den Schülerinnen und Schülern als auch bei den Lehrkräften einen regelrechten ›Motivationsschub‹ für den Schulalltag feststellen«, resümiert Bracke. Und die Veranstalter können die Werbetrommel für die Mathematik und Informatik rühren. Letztlich, so Bracke, »rechne« sich das Angebot also für alle.

Ähnliches gilt auch für das Programm Fraunhofer-MINT-EC-Talents, dass die Fraunhofer-Gesellschaft und der Verein MINT-EC vor zwei Jahren ins Leben gerufen haben. Ziel ist die frühzeitige und kontinuierliche Förderung von mathematisch talentierten und interessierten Schülerinnen und Schülern, die zu Programmbeginn in die 10. Klasse (G8) beziehungsweise in die 11. Klasse (G9) gehen. Und das über einen Zeitraum von zweieinhalb Jahren hinweg.

In dieser Zeit werden insgesamt fünf mehrtägige Workshops angeboten, in denen rund 20 Schüler gemeinsam mit Mathematikern an verschiedenen MINT- Forschungsprojekten arbeiten. Darüber hinaus gibt es – ebenso untypisch wie entscheidend für die Talentförderung im Bereich Mathematik – »Qualifizierungsmodule« wie Projekt- und Zeitmanagement oder Präsentations- und Kommunikationstrainings. Je nach den Anforderungen der Forschungsprojekte stehen auch mathematische Mini-Workshops sowie Software-Schulungen auf dem Langzeit-Programm.

»Das MINT-EC-Talents-Programm ist ein exklusives und nachhaltiges Instrument der MINT-Talentförderung. Im Fokus stehen insbesondere die Mathematik und die Chemie. In der ersten Runde des Programms konnten sich jeweils zwölf Talente von Schulen bewerben, die Mitglied im Verein MINT-EC sind«, sagt Martin Bracke. MINT-EC ist das nationale Excellenz-Netzwerk von Schulen mit Sekundarstufe II und ausgeprägtem Profil in Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik. Ähnlich wie die »Mathematische Modellierungswoche« werden die Aufgaben im MINT-EC-Programm vom Fraunhofer ITWM und dem Fachbereich Mathematik der TU Kaiserslautern übernommen. Das Felix-Klein-Zentrum für Mathematik in Kaiserslautern hat koordinative Aufgaben. »Weil das Programm über einen so langen Zeitraum läuft können wir auch größere und nochmals deutlich komplexere Aufgaben anbieten«, sagt Bracke. Zudem könnten sich die begleitenden Experten besser auf die Suche nach speziellem Datenmaterial oder auf aktuelle Fragestellungen vorbereiten, um beim nächsten Zusammentreffen gezielt Recherchematerial und Expertenwissen zur Verfügung zu stellen. Bei den eben abgeschlossenen Projekten ging es beispielsweise um Suchalgorithmen, um autonom fahrende Saugroboter zu möglichst effizienten Putzarbeiten anzuhalten. Oder um eine automatisierte Punkteerkennung für Dartspiele, beziehungsweise die Berechnung einer sinnvollen Strategie, wie Anfänger ihre Spiele gewinnen können.

Neben der Langzeit-Erfahrung und dem damit verbundenen Entwicklungspotenzial legen die Veranstalter auch Wert auf die Vernetzung der Schüler über die Grenzen der Bundesländer hinweg. Für ihre Kommunikation können und sollen sie deshalb das »myTalent-Portal« der Fraunhofer Gesellschaft nutzen. Zudem können sie exklusiv an Nachwuchsprogrammen von Fraunhofer teilnehmen, die sie bei der Studienfachwahl gezielt unterstützen und in der Studienanfangsphase begleiten.

Im April 2014 startet ein zweiter Durchgang dieses bundesweit einmaligen Programms. Die Erfahrungen der neuen Mathe-Talente können dann auch dazu dienen, Beiträge für den Wettbewerb Jugend forscht 2016 zu entwickeln. (hen)

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