Fakultät Informatik

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Vom Klassenzimmer in die Informatikpraxis

Robotik-Workshop der Fakultät Informatik an der HTWG: Schülerinnen und Schüler des Ellenrieder Gymnasiums konfigurieren eine Robotersteuerung.

Technik ist in Schulen ein wichtiges Thema. Die Schülerinnen und Schüler des Ellenrieder Gymnasiums haben in den Informatik-Workshops nicht nur die Informationstechnologie kennengelernt.

Die heutige Generation der Schüler wächst mit sehr viel Informationstechnologie auf. Doch wollen und können Sie sich mit den Technologien inhaltlich auseinandersetzen? Die Schülerinnen und Schüler des Ellenrieder Gymnasiums haben sich dieser Herausforderung an der HTWG Konstanz gestellt.

Mobile Robotik – Theorie & Beispiele
Mobile Roboter sind mittlerweile ein fester Bestandteil unserer Gesellschaft. Die Einsatzbereiche für mobile Roboter reichen von Staubsaugerrobotern über Assistenzsysteme in der Pflege und autonomes Fahren bis hin zu Weltraumrobotern. Die grundlegenden Funktionsweisen des Robot Operating Systems (ROS) und die dafür benötigte Theorie einschließlich Grundlagen der Programmiersprache Python erläuterte Jürgen Keppler, technischer Mitarbeiter der Informatik, den Teilnehmerinnen und Teilnehmern.

Mobile Roboter – Praxis
Neben der Theorie vermitteln die Workshops auch Praxiserfahrung. Ergänzend zu den industriellen Beispielen sahen die Schülerinnen und Schüler auch Robotik-Projekte von Studierenden, wie z.B. den Münzsortierer. Danach waren die Teilnehmerinnen und Teilnehmern gefragt: Sie haben das Open-Source-Betriebssystem Ubuntu kennengelernt und selbst die Robotersteuerung eines 2-Rad-Roboters konfiguriert und anschließend in Betrieb genommen. Dabei wurden sie sowohl von Herrn Keppler als auch von der Informatikstudentin Kira Koch unterstützt. Im Studium würde es dann inhaltlich weitergehen. Mit Hilfe einer RGB-D Kamera oder anderen Sensoren erfasst der Roboter die Umgebung. Dadurch verfügt er über alle Daten, die zur Erstellung einer Karte und zur Navigation benötigt werden. Letztlich wird somit das autonome Fahren mobiler Roboter möglich.

Gesundheitsinformatik – Grundlagen & Hilfsmittel
Wie eng maschinelles Lernen, künstliche Intelligenz und Gesundheits-Apps zusammenhängen, hat der Workshop der Gesundheitsinformatik von Prof. Dr. Dambe den Teilnehmerinnen und Teilnehmern gezeigt. Mobile Geräte und Apps ermitteln den Fitness- und Gesundheitszustand und geben auch heute schon teilweise mögliche Diagnosen. Die Schülerinnen und Schüler wendeten verschiedene medizinische Geräte zur Bestimmung ihrer Vital- und Körpermesswerten an und erfuhren die damit verbundenen medizinischen Hintergründe. Darüber hinaus lernten sie grundlegende Funktionsweisen des maschinellen Lernens kennen und erfuhren, wie man die Sensoren von Smartphones zur Aktivitätsanalyse einsetzen kann.

Diagnostik & maschinelles Lernen – Praxis
In einem ersten Experiment haben die Schülerinnen und Schüler ihre eigenen Körpermesswerte wie Größe, Gewicht, Puls, Blutdruck sowie Sauerstoffsättigung des Bluts ermittelt und damit verschiedene Algorithmen gefüttert. Ziel dieses Experiments war es, nach dem Trainieren der künstlichen Intelligenz mit Testdaten, die Algorithmen das Geschlecht der Schüler anhand der gegebenen Werte bestimmen zu lassen. Gemeinsam wurde überlegt, auf welche anderen Gebiete sich diese Funktionalität übertragen ließe, um Mehrwerte für Gesunde und Patienten zu schaffen. Dabei erfuhren die Schülerinnen und Schüler neben Möglichkeiten und Grenzen der Methodik unter anderem, welche mathematischen Ansätze hinter den Algorithmen der künstlichen Intelligenz stecken. Auch ethische Aspekte wurden andiskutiert.
In einem zweiten Experiment nutzten die Schülerinnen und Schüler die App "phyphox" auf ihrem Smartphone, um eigene Daten zu produzieren. Sie zeichneten die Daten der drei Beschleunigungssensoren ihres Smartphones während den Tätigkeiten Stehen, Gehen, Rennen und Hinken auf, um Lerndaten zu generieren. Mit Hilfe der gesammelten Daten konnten sie dann bei unbekannten Daten ermitteln, welche Bewegungsart ausgeführt wurde.
Da in den Experimenten nicht immer gleich das richtige Ergebnis herauskam, sahen die Schülerinnen und Schüler anschaulich die Auswirkung von Veränderung im Setting des Experiments. Dies führte zu Diskussionen über Nachteile, Risiken und Sicherheitsaspekte solcher Datenerhebungen und Auswertungen.

Gesundheitsinformatik an der HTWG live erleben: Die Schülerinnen und Schüler des Ellenrieder Gymnasiums bestimmen ihre persönlichen Parameter wie Körperfettanteil (links) und Sauerstoffsättigung im Blut (rechts), um Daten für das maschinelle Lernen zu generieren.

Gründe für die Teilnahme
Die Teilnahme an einem Workshop an der HTWG ist freiwillig. Dennoch waren die Kurse ausgebucht. Die Gründe für die Teilnahme sind unterschiedlich. So überwiegt bei einigen Teilnehmerinnen und Teilnehmern das Interesse an Technik allgemein, bei anderen das Thema Gesundheit oder ganz konkret die Fragestellung zu den Hintergründen von Gesundheits-Apps. Nina Höllgartner, Studentin der Gesundheitsinformatik, war als Unterstützung und Ansprechperson beim Workshop dabei und ergänzt: „Die Schüler hatten viel Spaß und ich finde, das Mitmachen und Miterleben kann zur Orientierung bei der Studienwahl beitragen. Mir selbst hätte der Workshop als Schülerin sehr geholfen.“

Stimmen der Teilnehmer/innen
Die praktische Anwendung und aktive Mitarbeit stehen sehr hoch im Kurs, wie die Teilnehmer Alessandra Herbst und Tobias Ebelt bestätigen. Die Schülerin Lisa Lindner ergänzt, dass ihr die verschiedenen Wege vom Erfassen der Daten in den Experimenten bis hin zum Ergebnis im Workshop der Gesundheitsinformatik besonders gefallen haben.

Orientierungsmöglichkeit
Die Praxis der Workshops soll den Schülerinnen und Schülern eine Orientierung bei der Berufs- oder Studienwahl bieten. Einen Überblick über die verschiedenen Hochschularten und Studienmöglichkeiten an der HTWG bot zudem Frau Wolf von der Zentralen Studienberatung. Weiterer Pluspunkt für die Teilnehmerinnen und Teilnehmer: Sie lernen die Hochschule vor Ort kennen, schnuppern Hochschul-Atmosphäre und können Lehrenden und Studierenden individuelle Fragen stellen.

Bildungspartner
Das Ellenrieder Gymnasium ist Bildungspartner der HTWG Konstanz. Die Schülerinnen und Schüler mit dem Schwerpunkt Naturwissenschaft und Technik haben in der 10. Klasse die Möglichkeit, verschiedene Workshops an der HTWG zu belegen. Der anschauliche Bezug sowie die praktische Anwendung von technischen Themen stehen im Mittelpunkt der Workshops.