Der Physikalisch-multidisziplinäre Begabungsstützpunkt ist ein besonderer Wahlkurs, der seit dem Schuljahr 2017/2018 am Dom-Gymnasium besteht. Dank der großzügigen Unterstützung unserer Ministerialbeauftragten, können sich bis zu 15 Schülerinnen und Schüler der Gymnasien aus dem Landkreis Freising und den benachbarten Landkreisen im zweiwöchentlichen Turnus fächerübergreifend mit einem besonderen Rahmenthema intensiv auseinandersetzen.

Auch im Schuljahr 2024/2025 findet am Dom-Gymnasium Freising wieder der physikalisch-multidisziplinäre Begabungsstützpunkt für Schülerinnen und Schüler der Jahrgangstufen 9 bis 12 statt.

Nach Themen wie „Licht“, „Big Data“, „Mensch Maschine Interaktion“ und „Quantencomputer“ werden wir im achten Jahr des Bestehens das hochaktuelle Thema Künstliche Intelligenz in den Naturwissenschaften und darüber hinaus aus unterschiedlichen Blickwinkeln beleuchten.

Geplante Themen 2024/2025:

  • Einführung in die theoretischen und technischen Grundlagen der Künstlichen Intelligenz (KI): Intelligenzbegriff; starke und schwache KI
  • Überblick über die wichtigsten Algorithmen des Machine Learnings (ML)
  • Grundlagen der KI-Programmierung mit Python
  • Anwendungen von KI (z.B. Messwerterfassung, Physik der KI, komplexe Systeme und KI, Bilderkennung, Spracherkennung und -ausgabe)
  • Programmierprojekt (z.B. Produkterkennung an der Supermarktkasse mithilfe von Kameras)
  • Geschichte der Künstlichen Intelligenz sowie aktuelle und zukünftige gesellschaftliche Auswirkungen
  • Chancen und Risiken (ethische Aspekte, Fragen des Datenschutzes und der Datensicherheit)

 

Rahmenbedingungen:

Die Treffen finden alle zwei Wochen freitags 14:00-17:00 Uhr in den Räumen des Dom-Gymnasiums in Freising bzw. online statt. Individuelle Anreisezeiten können nach Absprache berücksichtigt werden. Termine vor den Ferien entfallen. Vorwissen ist nicht erforderlich.
Bewerben können sich alle Schülerinnen und Schüler (Jahrgangsstufen 9 bis 12) der Gymnasien aus dem Landkreis Freising und den benachbarten Landkreisen.

Bewerbungsverfahren:

Interessierte Schülerinnen und Schüler bewerben sich auf dem Postweg oder unter bsp@dom-gymnasium.de. Ein kurzes Motivationsschreiben sowie eine Kopie des letzten Zeugnisses sollen beigefügt sein. Die Anzahl der Plätze ist auf 15 beschränkt.

Themen vergangener Schuljahre

Thema 2023/2024: „Quantencomputer und Künstliche Intelligenz “

Nach den Themen „Licht“, „Big Data“ und „Künstliche Intelligenz“ beleuchteten wir im siebten Jahr des Bestehens die hochaktuellen Themen Quantencomputer und Künstliche Intelligenz aus unterschiedlichen Blickwinkeln:

  • Einführung in die digitale Schaltungstechnik; High Performace Computing
  • Einführung in die Quantenmechanik und Quanteninformationstechnologie
  • Qubits, Verschränkung, Quantenkryptografie und -teleportation
  • Determinismus und freier Wille
  • Grundlagen des Quantencomputers; Grover-Algorithmus und Shor-Algorithmus
  • Anwendungen von KI und Quantencomputer in z.B. Robotik, Kryptografie etc.
  • physikalisch-technische Umsetzung von Quantencomputern; Dekohärenz
  • Einführung in die Künstliche Intelligenz (KI):
    Starke und schwache KI sowie Expertensysteme und Mustererkennung
  • Geschichte der Künstlichen Intelligenz sowie aktuelle und zukünftige gesellschaftliche Auswirkungen

Etwas zum Schnuppern:

  • Ein Interessantes Interview mit Hans Briegel, einem Pionier, der auf dem Gebiet der Quanteninformatik in Kombination mit Künstlicher Intelligenz forscht.
    Zum Artikel (Achtung: Weiterleitung zu derstandard.at)
  • Am 20.07.2023 um 14:15 Uhr bestand die Möglichkeit, eine Schnupperstunde zum Thema Virtuelle Realität in der Mensch-Maschine-Interaktion zu besuchen. Für das kommende Schuljahr wird es wieder einen „Schnuppertermin“ geben.
  • Zeitungsartikel über den Begabungsstützpunkt in der Süddeutschen Zeitung.
    Zum Artikel (Achtung: Weiterleitung zu sueddeutsche.de)
  • Zeitungsartikel über MINT-Unterricht im Landkreis Freising (inkl. Begabungsstützpunkt)
    Zum Artikel (Achtung: Weiterleitung zu sueddeutsche.de)

Spannende Links und Dokumente:

Der Grover-Algorithmus:

  • Problem: Suche in unstrukturierten Daten

Der Shor-Algorithmus:

  • Problem: Periodensuche

Thema 2022/2023: „KI – Mensch-Maschine-Interaktion“

Das hochaktuelle Thema „Künstliche Intelligenz“ stößt ungebrochen auf großes Interesse. Erklären lässt sich dies u.a. mit Neugierde, Technik-Faszination, möglichen Zukunftsutopien, aber auch mit vorsichtiger Skepsis. Das Thema knüpft problemlos humanistische Profil des Dom-Gymnasiums an; denn gerade ein „blinder Technikwahn“ soll nicht im Fokus stehen, sondern vielmehr der Mensch und damit verbunden die Frage: „Wie kann die Technik dem Menschen dienen?“ – Und nicht umgekehrt!

Auswahl Themen 2022/2023:

  • Einführung in die Künstliche Intelligenz (KI)
  • Starke und schwache KI sowie Expertensysteme und Mustererkennung
  • Maschine Learning und künstliche neuronale Netze
  • Robotik, Roboterdesign und Sympathie
  • Programmierung eines einfachen Sprachassistenzsystems
  • Virtual Reality (VR) in der Mensch-Maschine-Interaktion
  • Geschichte der Künstlichen Intelligenz sowie aktuelle und zukünftige gesellschaftliche Auswirkungen
  • Ethische Problemstellungen im Rahmen der künstlichen Intelligenz
  • Kooperations- und Exkursionspartner: TU München, Amazon, ….

Thema 2021/2022: „Künstliche Intelligenz 2.0“

Schon heute bedient sich das Forschungsgebiet „KI“ einer Vielzahl wissenschaftlicher Disziplinen. Informatik, Neurowissenschaften, Mathematik und Logik stellen wesentliche Säulen dar. Die Möglichkeit künstliches Leben und künstliche Intelligenz zu erschaffen fasziniert schon seit langer Zeit die Menschheit. 1950 schlug Alan Turing den berühmten, nach ihm benannten Test vor, mit dem er die Frage beantworten wollte: „Können Maschinen denken?“ Turing selbst vermutete, dass es bis zum Jahr 2000 möglich sein werde einen Computer zu programmieren, dessen Verhalten sich nicht mehr von dem eines Menschen unterscheiden lässt. Durch große Rechenkapazitäten ist es gelungen für Menschen unschlagbare Schach- oder Go-Computer zu bauen; doch bis heute hat keine Software den Turing-Test zufriedenstellend bestehen können.
Die Physik stellt eine mögliche Schnittstelle zwischen Künstlicher Intelligenz und der echten Welt dar. Moderne Roboter nutzen beispielsweise maschinelles Lernen, um komplexe Probleme zu lösen oder um mit Menschen gemeinsam, ohne Schutzvorrichtungen, als kollaborativer Roboter („Cobot“) zu arbeiten. Diese und weitere Themenfelder werden Inhalt des kommenden Begabungsstützpunkts sein.

Wenn dich der Inhalt dieses Videos fasziniert, dann solltest du darüber nachdenken dich zu bewerben!

Thema 2020/2021: „Künstliche Intelligenz 1.0“

Einen natürlichen Anknüpfungspunkt an das spannende und umfangreiche Gebiet „Daten“ stellt das Thema „Künstliche Intelligenz“ dar. „KI“ ist derzeit höchstaktuell und omnipräsent; niemand kann sich den Techniken, den damit verbundenen Chancen aber auch den Gefahren entziehen. Deshalb werden wir uns in diesem Schuljahr im Begabungsstützpunkt damit auseinandersetzen.

Thema 2019/2020: „Big Data 2.0“

Daten sind das neue Öl,
aber Informationen sind das neue Gold.

Nicht erst dieses vielzitierte Bild aus Politik und Volkswirtschaftslehre zeigt:

Alles dreht sich um Daten. Unsere Daten!

Was genau sind Daten und warum sind sie so wertvoll?
Welche Informationen lassen sich aus großen Datenmengen gewinnen?
Welche Bedeutung haben diese Informationen für uns persönlich?

Im zweiten Jahr in Folge beschäftigten wir uns mit dem Thema Daten bzw. Big Data. Ausgehend von Messprozessen und anderen Datenerhebungen in der Physik wurden dabei im Rahmen des Begabungsstützpunktes unterschiedliche Aspekte, Verarbeitungs- und Auswertungsverfahren für „Daten“, aber auch deren Gefahren und Probleme ausgelotet.

Auswahl Themen 2019/2020:

  • Data Mining anhand praktischer Beispiele
  • Neuronale Netze 2.0
  • Weitere statistische und numerische Verfahren in den Naturwissenschaften
  • Videoanalyse und Bilderkennung
  • Einführung in eine Statistiksoftware
  • Statistische Verfahren in der Wirtschaft
  • Datenskandale

Thema 2018/2019: „Big Data 1.0“

Auswahl Themen 2018/2019:

  • Datenerhebung in der Physik und Messgenauigkeiten
  • Darstellung und Auswertung von Messdaten; (lineare) Regression u.a.; Einführung in die Statistikfunktionen von Excel
  • Auswertung einer großen Datenmenge anhand eines anschaulichen Beispiels (Fußball-Statistik)
  • Überlebenszeitanalyse in medizinischen Studien
  • Kodierung (u.a. ASCII/ISBN/Barcode/QR-Code)
  • Theorie der verlustfreien und verlustbehafteten Kompression
  • Datenkompressionsverfahren für Bild (v.a. JPEG) und Audio (v.a. MPEG2 Audio Layer III) unter Berücksichtigung der Verarbeitung der „Daten“ im Gehirn (Wahrnehmung)
  • Erschließung, Aufbereitung und Auswertung einer Datenquelle im Internet (Playlisten/Beliebtheit unterschiedlicher Radiosender) und Einführung in Pivot-Tabellen
  • Rechtliche und wirtschaftliche Aspekte der Datenerhebung, -analyse und -vorhaltung

Viele (eigentlich geplante) Aspekte des Themas „Daten“ wurden aufgrund der Fülle der eingebrachten Vorschläge noch gar nicht behandelt. Deshalb und wegen der anhaltend großen Begeisterung möchten wir den Begabungsstützpunkt im Jahr 2019/2020 unter gleichen Vorzeichen zum gleichen Thema „Daten 2.0“ fortsetzen.

Thema 2017/2018: „Das Phänomen Licht“

Auswahl Themen 2017/2018:

  • Klassische Optik: Linsen, Teleskope und Abbildungsfehler
  • Elektrodynamik und Maxwell-Gleichungen
  • Quantenoptik: Quanteneigenschaften des Lichts
  • Einführung Laserspektroskopie
  • Absolute Sicherheit: Quantenkryptografie
  • Zeitmessung mit Licht: Der Frequenzkamm
  • Relativitätstheorie
  • Astronomie
  • Energie aus Licht (Erneuerbare Energien)
  • Kulturgeschichte des Lichts (von den Griechen/Chinesen über Goethe/Newton hin zu Planck/Einstein)