Stratosphärenflug der MINT Kurse am 07.09.2021

Schon seit Monaten hatten die beiden MINT-Kurse des 9. Jahrgangs alles für ihren Wetterballonflug in die Stratosphäre vorbereitet.

Hier der Bericht, wie wir es geschafft haben, eine Kamera und einen Schokokuss in 40 000 m Höhe zu bringen.

Video von der Onboard Kamera, den GPS-Daten und Bildern unseres Presseteams

Unser Lehrer Herr Bormann, der bereits am Anfang des Jahres durch einen Online-Workshop auf die Idee des Ballonfluges gekommen war, erzählte uns von dieser Idee und wir Schüler waren sofort Feuer und Flamme und legten direkt los. Zusammen mit dem Parallelkurs von Herrn Irmer begannen wir mit dem Projekt Stratosphärenflug.

Natürlich konnte dies aufgrund des coronabedingten Distanzunterrichts zuerst nur in theoretischer Form durch Arbeitsblätter und Videos stattfinden.

Doch trotz dieser ungewöhnlichen Form des Unterrichts machten wir uns recht schnell mit dem Wetterballon und seinen Daten vertraut und es konnten schon erste Berechnungen, die zum Beispiel mit der Füllmenge, der Flughöhe und der Platzhöhe des Ballons zusammenhängen, vorgenommen werden.

Nach einiger Zeit, wieder im Präsenzunterricht am Ratsgymnasium, ging es nach den Sommerferien mit dem praktischen Teil los.

Jeweils fünf Teams arbeiteten fleißig auf einen erfolgreichen Stratosphärenflug hin.

Das Startvorbereitungs Team	Mission Control Team

Das Startvorbereitungs Team baute die Sonde mit allem nötigen Equipment zusammen. Dazu gehörten unter anderem eine Kamera, ein GPS-Tracker sowie ein Datenlogger, der Temperatur, Luftdruck, Geschwindigkeit, Flughöhe, Luftfeuchtigkeit und Flugzeit misst.

Das Mission-Control-Team prüfte das Equipment auf seine Funktionsfähigkeit und kontrollierte regelmäßig die Wetterdaten. 

Das Bergungsteam	Das Auswertungsteam

Das Bergungsteam fertigte mithilfe eines Online-Rechners und den ihnen vorliegenden Daten erste mögliche Flugrouten an, um zu sehen, wo der Wetterballon landen könnte, um ihn dort dann anschließend zu bergen.

Das Auswertungsteam hat nach unserem Flug die Daten, welche der Datenlogger gesammelt hat, ausgewertet und verschiedene Grafiken erstellt.

Das alles wurde von dem Presseteam dokumentiert. Dieses hat Interviews mit den verschiedenen Teams geführt und Flyer mit den Informationen über den Start des Wetterballons im Ratsgymnasium ausgehängt. Außerdem haben die während der Vorbereitung erstellten Fotos und Interwies zu diesem Artikel geführt.

      Das Presse Team

Und dann ging es auch schon los! 

An einem sonnigen Dienstagmorgen, dem 07.09.2021 trafen sich alle Beteiligten des Stratosphärenfluges draußen auf dem Schulhof des Ratsgymnasiums.

Sogar das Radio und das Fernsehen waren vor Ort sowie ein Mitarbeiter der Firma Stratoflights, welche den MINT-Kurs bei dem Start des Wetterballons unterstützt hat. 

In einem abgeklebten Bereich auf dem Boden lagen bereits der riesige Ballon, der an einem Seil befestigte Fallschirm und die Ballongasflasche bereit. An der Sonde wurden noch die letzten Vorkehrungen getroffen:

Das Equipment wurde mit Zahnstochern gesichert, die Geräte eingeschaltet und die Verbindung überprüft. Schließlich wurde der Ballon mit Gas gefüllt, die Sonde angebracht und wir waren bereit für den Start. Auch die Schokoküsse, die das Abfallen des Atmosphärendrucks bei zunehmender Höhe anzeigen, indem sie immer größer werden, waren im Sichtfeld der Kamera befestigt.

Pünktlich um 9:30 Uhr startete dann endlich der große, weiße Ballon in den blauen Himmel unter dem Gejubel aller Zuschauer. Die Startfreigabe war zuvor vom Flughafen Bielefeld telefonisch erteilt worden. Unser „Luftfahrzeug“ musste für den Flug bei der Flugsicherung angemeldet werden und eine Versicherung besitzen. Darum hatten wir uns natürlich im Vorfeld gekümmert.

Die ersten 10 m sind geschafft!

Entgegen der Berechnungen ist unsere Ballon deutlich höher als die erwarteten 37 000 m und auch länger und weiter geflogen. Dies hängt damit zusammen, dass anscheinend eine geringere Menge Ballongas eingefüllt wurde, als wir berechnet hatten und so der Aufstieg bis zum Platzen des Ballons länger gedauert hat.

Nach fast 3 Stunden und einer maximale Flughöhe von 40.736 m landete der Ballon in einem Wald in Warstein in einem Baum in ca. 5 m Höhe. Nur durch die Kletterkünste von Nils Sauer, der in den Baum kletterte, konnte die Sonde mit einer Teleskopstange geborgen werden.

Der Wetterballonflug in die Stratosphäre am Ratsgymnasium Bielefeld war für die beiden MINT-Kurse und alle Beteiligten ein voller Erfolg!

Schon am Abend unserer Mission sendete die WDR Lokalzeit einen kurzen Bericht mit Aufnahmen aus unserer Sonde im Fernsehen. Eine Kamerafrau des WDR hatte das Bergungsteam den ganzen Nachmittag begleitet. Auch der Held des Tages, Nils Sauer, wurde abends per Telefon im WDR 5 Radio Kiraka interviewt und berichtete von der erfolgreichen Bergung.

Hier der Beitrag der WDR Lokalzeit.

Bei der Auswertung der Flugdaten konnte man neben der maximalen Flughöhe von 40.736 m eine Minimaltemperatur von -51 °C in bereits 12 000 m Höhe, einen minimalen Luftdruck von 1,9 hPa, eine maximale Geschwindigkeit von 129,4 km/h sowie eine minimale Luftfeuchtigkeit von 0,4 % entnehmen. Sämtliche Daten wurden mit den Aufnahmen der Kamera zu einem Film verarbeitet.

Besonders interessant ist der Temperaturverlauf im Außenbereich der Sonde beim Aufsteigen des Ballons, da nicht, wie vielleicht erwartet, die Temperatur mit zunehmender Höhe immer weiter abnimmt. In einem Bereich zwischen 13 000 m und 25 000 m ist die Außentemperatur der Sonde vom Minimum -51°C wieder angestiegen. Die dort befindliche Ozonschicht wandelt die ultraviolette UV-C-Strahlung der Sonne in Wärmestrahlung um und erwärmt die Sonde wieder bis auf -20°C in 25 km Höhe. Insofern wurde auch die Dicke der Ozonschicht während unseres Fluges gemessen. Die Dicke  und Zusammensetzung der Ozonschicht ist dabei mit verantwortlich für die Klimaerwärmung durch den Treibhauseffekt.  Der durch den Menschen verursachte CO2- Anteil hat daran einen maßgeblichen Anteil.

Außentemperatur der Sonde im Höhenverlauf

Diesen Zusammenhang hat Prof. Klaus Hasselmann bereits in den 1990er Jahren in seinem Klimamodell berücksichtigt, wofür er den diesjährigen Physiknobelpreis zusammen mit Syukuro Manabe und Giorgio Parisi erhält.

Ein großes Dankeschön geht an unsere Sponsoren, den VDI (Verein Deutscher Ingenieure), der unsere Ausstattung gesponsort hat, und den Förderverein des Ratsgymnasiums, der für die Starthilfe der Firma Stratoflights und die Versicherung aufgekommen ist. Mit den gesammelten Erfahrungen des ersten Fluges  werden sicherlich weitere Stratosphärenflug-Projekte mit kommenden Kursen folgen.

Giulia Luge, Oktober 2021

Digitale Endgeräte wie zum Beispiel Tablets oder Laptops sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Dementsprechend ist es auch immer wichtiger geworden, dass Kinder frühzeitig den verantwortungsvollen Umgang mit ihnen erlernen. Darüber hinaus bieten sie durch technische Weiterentwicklungen und neue Apps enormes pädagogisches Potenzial: Recherchen werden um ein Vielfaches leichter, weil bei der Verwendung elektronischer Datenbanken riesige Informationsmengen in Sekundenschnelle zur Verfügung stehen. Durch die Verwendung von Augmented Reality (deutsch: erweitere Realität) oder Simulationssoftware lassen sich Sachverhalte auf ganz neue Art und Weise veranschaulichen. Mit Hilfe interaktiver Apps können Zusammenhänge erkundet werden. In das digitale Unterrichtsheft können neben den üblichen Mitschriften Tondateien oder sogar ganze Videos eingebunden werden.
Aufgrund der großen Vielfalt an Möglichkeiten, die der Einsatz digitaler Endgeräte bietet, haben die Lehrkräfte, Eltern und Vertreter:innen der Schülerschaft im Rahmen der Schulkonferenz beschlossen, ab dem Schuljahr 2021/22 Tablets für alle Schüler:innen der Klasse 8 einzuführen. Wir sind optimistisch, dass sich dadurch Unterrichtsvorhaben noch interessanter gestalten lassen und unsere Schüler:innen neben dem Umgang mit verschiedenen Unterrichts-Apps vor allem die üblichen Unterrichtsinhalte noch besser lernen und verinnerlichen können.

Seit den Sommerferien gibt es ein neues Unterrichtsfach am Ratsgymnasium: In „DigIT“ tauchen die Schüler:innen der 8. Klassen ein Halbjahr lang in die spannende Welt der Bits und Bytes ein. Der Unterricht ist in verschiedene Module unterteilt, die jeweils ein Thema besonders vertiefen. In allen Modulen steht vor allem die Freude an der praktischen Umsetzung der Gedanken im Vordergrund – sei es durch selbst gestaltete Grafiken, fahrende Roboter oder sogar fertige Produkte aus dem 3D-Drucker!

Modul 1: Algorithmen und Daten

Das Schuljahr beginnt mit einem Einblick in das Gebiet „Algorithmen und Daten“. Hier untersuchen die Jugendlichen, wo ihnen in ihrem Alltag Algorithmen (also Handlungsvorschriften, die es ermöglichen, Prozesse automatisch ablaufen zu lassen) begegnen. Dabei stellen sie schnell fest: Algorithmen sind in unserem täglichen Leben praktisch überall zu finden. Ob im Navigationssystem, der Ampelsteuerung, Sprachassistenten oder bei der Wetter-App – ohne Algorithmen wären viele Abläufe heutzutage nicht mehr vorstellbar. Natürlich dürfen unsere Schüler:innen auch eigene Algorithmen entwerfen. Besonderen Spaß macht es dabei, die Mitschüler:innen zu steuern wie einen lebenden Roboter. Außerdem werden erste eigene kleine Computerprogramme entworfen. Zum Beispiel kann man mit dem folgenden Programm die rechts abgebildete Grafik erstellen:

Abbildung: Programmcode und Grafik

Modul 2: 3D-Druck

Mittlerweile ist es möglich, verschiedenste Gegenstände und Bauteile am Computer zu entwerfen und mit Hilfe eines 3D-Druckers herzustellen. Sogar ganze Wohnhäuser werden schon auf diese Weise gebaut. Im Unterricht erleben unsere Schüler:innen diesen Prozess hautnah mit: Sie entwerfen ein 3D-Modell ihres Wunschgegenstands am Computer, das dann mit Hilfe einer geeigneten Software zum Druck vorbereitet wird. Ist das Ergebnis in der Simulation zufriedenstellend, wird es mit Hilfe des 3D-Druckers hergestellt.
Auf diese Weise können Objekte aus dem realen Leben nachgebaut oder ganz eigene Kreationen produziert werden. Sowohl die Modellierung, als auch die spätere Umsetzung im 3D-Drucker faszinieren und begeistern unsere Schüler:innen immer wieder aufs Neue.
In den Abbildungen sieht man zunächst den Programmcode und anschließend das 3D-Modell eines von Schüler:innen entworfenen Anhängers. Auf den übrigen Fotos sind fertige Produkte aus unserem 3D-Drucker zu sehen.

Abbildung: Programmcode zum Erstellen eines Ketten-Anhängers

Abbildung: 3D-Modell des Anhängers

Abbildung: Fidget Spinner

Abbildung: Zahlenwürfel

Modul 3: Robotik

Roboter haben inzwischen in viele Bereiche unseres Lebens Einzug gehalten: Sie saugen die Wohnung, mähen den Rasen oder erleichtern Fertigungsprozesse. Im Modul „Robotik“ versetzen sich unsere Schüler:innen in die Rolle von Programmierer:innen. Zu verschiedenen Problemstellungen entwerfen sie geeignete Lösungen, die dann von den Robotern umgesetzt werden.
Zur Programmierung wird eine Programmiersprache benutzt, die gut zu erlernen und denen in den vorangegangenen Modulen benutzten sehr ähnlich ist. Die Programme werden dann von unseren brandneuen mBots umgesetzt, die speziell für den Unterrichtseinsatz konzipiert wurden (s. Foto).

Abbildung: mBots

Modul 4: Projekt zur App-Programmierung

Ein besonderes Highlight erwartet unsere Schüler:innen am Ende des Halbjahres: Im Rahmen eines mehrtägigen „Programmier-Camps“ lernen sie, eine eigene App für ihr eigenes Smartphone zu programmieren. Dabei dürfen sie eine App ihrer Wahl entwerfen und anschließend umsetzen.

Abbildung: Mögliche Beispiele für Apps (Quelle: www.appcamps.de)

C. Jansen, 12.10.21

Digitaler Markt der Möglichkeiten der Bielefelder Bindungsakteur/innen

Beitrag des Ratsgymnasiums zur Unterstützung des Bielefelder Netzwerkangebotes

Die digitale Bielefelder Bildungskonferenz am 07. Oktober 2021 nimmt sich den Fragen der Bildungsgerechtigkeit im Zeitalter der Digitalisierung und damit verbunden den Teilhabemöglichkeiten an Bildungsangeboten aller Bielefelder/innen in der Region an. Um bereits etablierte Lösungen und Chancen aus dem regionalen Bildungsnetzwerk aufzeigen zu können, wurde dazu in diesem Jahr ein digitaler Markt der Möglichkeiten ins Leben gerufen. Bildungsakteur/innen und Bildungsinstitutionen aus dem Bielefelder Raum präsentieren dabei bewährte Konzepte zur Förderung der Bildungsgerechtigkeit. Auch das Ratsgymnasium Bielefeld wird mit einem Beitrag das Bildungsnetzwerk unterstützen und Einblick in entwickelte Angebote und Initiativen aus dem Schulleben gewähren. Über Kurzvideos und Projektbeispiele wird Auskunft zu unterschiedlichen Strategien zur Umsetzung gerechter Bildungschancen unter den vorhandenen Rahmenbedingungen der Schule gegeben. Der Beitrag wird ab dem 07. Oktober 2021 über die Homepage der Bielefelder Bildungsregion zu finden sein.

Knapp vor der Bundestagswahl fand am Freitag eine Podiumsdiskussion der drei Parteien, die einen Kanzlerkandidaten stellen, in der Aula des Ratsgymnasiums statt. Die Schülervertretung hatte in Zusammenarbeit mit einigen Lehrkräften der Schule dabei die Organisation übernommen. Die Direktkandidaten in Bielefeld Wiebke Esdar (SPD) und Angelika Westerwelle (CDU) sowie der Grünen-Direktkandidat des Kreises Gütersloh Sebastian Stölting, der seine Kollegin Britta Haßelmann vertrat, stellten sich den Fragen der Elftklässler Zoe Klee und Niclas Conrad vor den Augen der Schülerinnen und Schüler aus der 12. Jahrgangsstufe. Aus der Aula heraus wurde die Debatte in die Klassenräume übertragen, sodass auch die restlichen Oberstufenschüler der Schule coronakonform der Debatte folgen konnten. Neben Klimawandel und Zukunft der Rente standen auch schülernahe Themen wie die Einführung der Fächer Recht und Wirtschaft, die Wehrpflicht und BaföG auf der Tagesordnung.

Ähnlich den Triellen im TV hatten die Schülerinnen und Schüler sich verschiedene Formate einfallen lassen, so mussten die drei Politikerinnen und Politiker Sätze beenden und Positionierungen zu vorgegebenen Thesen per roter oder grüner Karte vornehmen. Natürlich wurde auch die Redezeit der einzelnen Teilnehmer gemessen. Bei den Positionierungen zeigten sich dann die deutlichsten Unterschiede zwischen CDU auf der einen und SPD und Grünen auf der anderen Seite, als es zum Beispiel um die Einführung einer Dienstpflicht für Jugendliche (Grüne, SPD dagegen, CDU dafür) oder das Tempolimit auf Autobahnen (CDU dagegen, SPD und Grüne dafür) ging.
Hinsichtlich des Klimawandels fragte das Moderatorenteam kritisch nach, wie es denn gelingen könnte, den Kampf gegen den Klimawandel mit Deutschlands Rolle als Industrieland und dem Erhalt von Arbeitsplätzen in Einklang zu bringen.
Dazu betonte Angelika Westerwelle am Beispiel der Automobilindustrie die Chancen der Unternehmen, die diese durch den Austausch der Autoflotten in Zukunft entstehen. Eine Regulierung über die Bepreisung von CO2-Preis und der Bau von Klimaparks führte Sebastian Stölting als Beispiele an. Zudem bremse der Staat zu sehr, beispielsweise bei der Zulassung von Phovoltaik bei Unternehmen Diese wollten und müssten von sich aus nachhaltig sein, um wettbewerbsfähig zu bleiben, betonte der Grüne und verwies auf Vorbilder in Sachen CO2-Bepreisung, z.B. Kalifornien. Wiebke Esdar sah den Ausbau erneuerbarer Energien als zentral an. Am Beispiel Mitsubishi Paper machte sie den immensen Energieverbrauch der Industrie deutlich und wies darauf hin, dass sich Co2- Einsparungen hier enorm lohnten und eine Umstellung auf erneuerbare Energien besonders wirke. Zudem sei es wichtig, Anreize für Forschung und Entwicklung in der Wirtschaft zu geben. Auch Einwanderung und der demografische Wandel wurden kontrovers diskutiert. Am Ende hatten auch die Schülerinnen und Schüler im Publikum Gelegenheit, Fragen zu stellen.

 M. Karmann, 24.09.21