Hector Seminar heißt die Hochbegabtenförderung der H.W. & J. Hector Stiftung (mit Sitz in Weinheim), die seit dem Schuljahr 2001 in Kooperation mit dem staatlichen Schulamt an den Standorten Mannheim, Heidelberg und Karlsruhe jeweils 20 Gymnasiasten pro Jahrgang die faszinierende Welt der MINT-Fächer näherbringt. MINT steht für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik – gerade in diesem Bereich besteht in Deutschland ein großer Mangel an überdurchschnittlich talentierten Nachwuchskräften. Auch deshalb wurde ab dem Schuljahr 2011/12 ein vierter Standort für das Hector Seminar in Pforzheim eröffnet.

Wissenschaftliche Untersuchungen belegen, dass etwa zwei bis drei Prozent eines Jahrgangs als hochbegabt einzuschätzen sind. Doch häufig kann im regulären Schulbetrieb dieses Potenzial nicht entsprechend gefördert werden. Hier setzt das Hector Seminar an. Es bietet den talentierten Schülern spannende Experimente, neue Herausforderungen, den altersgerechten Zugang zu mathematisch-naturwissenschaftlichen Themen und das Erlebnis, im Team knifflige Aufgaben zu lösen.

Seit dem Schuljahr 2012/13 ist das Hilda-Gymnasium Stammschule für das Hector Seminar in Pforzheim. Inzwischen gibt es sieben Kurse (Klasse 6 bis Kursstufe 1). Der Einzugsbereich des Hector-Seminars Pforzheim umfasst mit allen Pforzheimer Gymnasien und den Gymnasien in Bad Wildbad, Bretten, Calw, Königsbach-Stein, Maulbronn, Mühlacker, Neuenbürg und Remchingen derzeit 15 MINT-Schulen.

Die Kursleiter am Hector-Seminar, Standort Pforzheim

Aktuelle Schülerprojekte im Hector-Seminar, Februar 2021

Trotz der ständig wechselnden Rahmenbedingungen läuft der Betrieb im Hector-Seminar, Standort Pforzheim, vollständig, d. h. in allen Jahrgangsstufen und in vollem Zeitumfang, weiter. Das erste Halbjahr im Schuljahr 2020/21 wurde als online-Veranstaltung geplant und durchgeführt. Im zweiten Halbjahr werden die online-Veranstaltungen weitergeführt. Falls sich die Rahmenbedingungen unerwarteterweise ändern, können alternativ Anteile von Präsensunterricht bzw. Treffen mit SchülerInnen bzw. Eltern problemlos eingeplant werden. SchülerInnen, die Probleme mit der Ausstattung zum Fernunterricht hatten, wurden mit Laptops des Hector-Seminars versorgt. SchülerInnen haben zudem selbständig Möglichkeiten getestet, um durch die Kombination von PCs und Smartphones mit Bild und Ton teilnehmen zu können.

Die Inhalte wurden an den Fernunterricht angepasst, notwendige Kompetenzen für die Abschlussarbeit in der Kooperationsphase Klasse 11 vermittelt. Durch den kontinuierlichen Betrieb seit September 2021 laufen die Veranstaltungen anders als gewohnt, Corona-angepasst und reibungslos. Je nach Kurs und Partner werden unterschiedliche Plattformen problemlos für die online-Veranstaltungen genutzt.

Klasse 6. Seit Januar sind die neuen 6.-Klässler im Hector-Seminar angekommen, leider zunächst nur online. Es ging los mit einer Einführung mit mathematischen Knobelrätseln und in Präsentations- und Tabellenkalkulationssoftware. Als nächstes stehen Programmieren für Anfänger mit Scratch und online-Workshops mit der Klima Arena in Sinsheim auf dem Programm.

Klasse 7. Wenn dir das Leben eine Zitrone gibt, dann mach Limonade draus. Da die SchülerInnen der siebten Klassen in jeder Online-Sitzung vor dem PC sitzen, stand für den Kurs zunächst Programmieren auf der Tagesordnung. In kurzen, aufeinander aufbauenden Lerneinheiten konnte einer sog. Turtle-Grafik mittels Python-Online-Editor Leben eingehaucht werden. Die Aufgaben wurden mit der Zeit komplexer und die Hector-SchülerInnen immer geübter im Umgang mit der Programmier­sprache.

Am Ende der Program­mier­einheit durften die SchülerInnen ihrer Kreati­vi­tät freien Lauf lassen, und die Schildkröte konnte bald Figuren, wie in nebenstehender Abbildung dargestellt, zeichnen.

Anschließend verlagerte sich unser Fokus auf optische Täuschungen und den dahinterlie­genden Prinzipien. Die Folgen selektiver Wahrnehmung bei gestellten Beobachtungsaufgaben sorgten das ein oder andere Mal für Verwunderung. Waren die Prinzipien erst einmal erkannt und beschrieben, konnten die SchülerInnen wieder zeigen, was ihre kreativen Köpfe hervor­zubringen im Stande waren. Dokumentiert wurden die Lösungen durch kurze Videos oder Bilder, die auf Moodle hochgeladen wurden. Ganz nebenbei schulten sie den Umgang mit digitalen Medien.

Da die Haptik im Erkenntnisprozess eine entscheidende Rolle spielt, bearbeiteten die SchülerInnen im Anschluss architektonische Problemstellungen. Hier wurden Podeste und Türme gebaut, die eine gewisse Stabilität und Beschaffenheit aufweisen mussten. Die Ma­te­ri­alien waren frei wählbar. Zu Beginn der Einheit holten sich die SchülerInnen Inspiration aus der Natur und machten hierbei bemerkenswerte Entdeckungen. Zum Beispiel reicht ein fin­ger­dickes Spinnenseil aus, um ein Flugzeug zu tragen.

Insgesamt lässt sich feststellen, dass die SchülerInnen unter erschwerten Bedingungen vollen Einsatz zeigten. Der soziale Aspekt einer weitestgehend homogenen Gruppe kam allerdings, dem Online-Format geschuldet, leider etwas zu kurz.

Klasse 8. In der 8. Klasse findet beim Hector-Seminar traditionell der Robotik-Wettbewerb mit großem Finale im Technoseum in Mannheim statt. Darauf mussten wir in diesem Jahr leider verzichten. Stattdessen wurden die gesamte Vorbereitung und der Wettbewerb vollständig online durchgeführt. Ein Teil der Hector-Schüler programmierte zuhause mit Python, während andere Team-Mitglieder die Programme zuhause auf Lego EV3 Robotern testeten. Die EV3s wurden vom Hector-Seminar zur Verfügung gestellt. Unterstützt wurde der Wettbewerb in diesem Jahr von der First Lego League, deren Aufgaben die Hector-Schüler zu lösen hatten. Am Wettbewerbstag streamten die Hector-Schüler von zuhause die Fahrten ihrer EV3s ins Netz. Schiedsrichter und Juroren von der FLL schauten sich die Ergebnisse live an und vergaben ihre Wertung. Der gesamte Wettbewerb lief online von morgens 9 Uhr bis um 17 Uhr in Echtzeit, bis die letzten Preise verteilt waren. Dabei war das Team Pforzheim zweimal auf dem ersten Platz: einmal für den Team-Pokal und für das Robot-Design.

Damit beschritten das Hector-Seminar und die First Lego League gemeinsam völlig neue Wege bei der Ausrichtung eines Wettbewerbes. Glücklicherweise lief alles wie geplant, und die Technik ließ uns nicht im Stich. Trotzdem das Fazit: In Präsenz vor Ort mit hunderten Zuschauern ist eben doch besser.

Klasse 9. Bei Klasse 9 finden wöchentliche Treffen auf Moodle mit dem Videokonferenztool BigBlueButton statt. Verschiedene Projekte wurden bereits durchgeführt. Dabei wurden die Inhalte den SchülerInnen u. a. in Form von Skripten zur Verfügung gestellt. Dies war für die SchülerInnen ungewohnt, wird aber allmählich als hilfreich angenommen. In der ersten Einheit wurde anhand der Optimierung eines Alltagsgegenstandes, d. h. genauer eines Kom­pres­sionsstrumpfes, gezeigt, wie ein Industriestandard eines Tabellenkal­kulations­pro­grammes zur Auswertung von Experimenten genutzt werden kann. Ziel war die Bestimmung von Materialparametern (Materialeigenschaften: E-Modul) und Objektparametern (Feder­kon­stante) anhand verschiedener Materialgesetze für Materialien und Prüfkörper. Das Modul umfasste Aufgaben und interaktive Simulationen, die in den Sitzungen und zu Hause erledigt und auf Moodle hochgeladen wurden.

Im Rahmen dieses Projekts wurde weiterhin ein Experiment zum Dehnungsverhalten eines Therabandes als mp4-Datei zur Verfügung gestellt. Aus dem Video wurden Messdaten ge­won­nen und anschließend mit einem Tabellenkalkulationsprogramm bearbeitet. Die Aus­wertung umfasste nicht nur die tabellarische und die graphische Darstellung der Mess­daten, sondern auch die Auswertung im Hinblick auf statistische Kenngrößen, ein­schließlich Re­gres­sions­kurven und Fehleranalyse (Abb. 1). Abschließend wurde die Erstellung eines Ab­schlussberichtes als Dokumentation in Gruppenarbeit zur Vorbereitung des wis­sen­schaft­lichen Arbeitens, insb. in der Kooperationsphase Klasse 11, geübt. BigBlueButton bietet hier­für mit den sog. Breakout-Räumen (Gruppenräumen) ein nützliches Tool.

Ein weiteres Projekt war „Die Physik des Schwebens, Sinkens und Steigens“. Dabei lag der Fokus auf dem experimentellen Arbeiten der Hector-SchülerInnnen. Mit einfachen Haushalts­mit­teln (wie Wasser, verschließbares Glas) führten sie eigene Experimente durch und „er­spür­ten“ dabei im wahrsten Sinne des Wortes den hydrostatischen Druck und den Auftrieb in Flüs­sig­keiten und Gasen. Zur Vertiefung der physikalischen Theorie erledigten die SchülerInnen verschiedene Aufgaben und interaktive Simulationen. Zum Abschluss stellten sie einen Kartesischen Taucher her und erklärten seine Funktionsweise.

Aktuell wird ein Projekt zur Programmierung eines Mikrocontrollers mit C in Zusammenar­beit mit der Hochschule Pforzheim (Laboringenieur Joachim Hampel) durchgeführt. Damit die SchülerInnen nicht nur virtuell mit einem Simulator experimentieren können, sondern auch real, wurde jedem Schüler ein „Baukasten“ mit Mikrocontroller plus elektronischem und elek­trischem Zubehör für die Einheit zu Verfügung gestellt. Dies wurde wegen Corona posta­lisch zugestellt. Außerdem hat Herr Hampel ein Labor-Skript erstellt, das begleitend durch die Einheit führt.

Klasse 10. Humanoiden Robotern menschliche Bewegungen beizubringen ist immer noch proble­ma­tisch. Das Zusammenspiel von Skelett und Muskulatur gleicht einem nahezu perfekt eingeübten Sympho­nieorchester mit hunderten Beteiligten. Um sich dem Thema zu nähern, beschäftigen wir uns in Klasse 10 mit den Zusammenhängen von Physik und Sport. Zu diesem Zweck werden verschiedene Bewegungen von Sportlern (z. B. Skispringer, Turnerin, Leichtathlet) oder von Sportgeräten (wie Basketball, Tischtennisball, Speer) analysiert. Anschließend stellen wir einen Zusammenhang mit den Gesetzen der Physik und somit den theoretischen Grundlagen her. Die Analyse der Bewegungen erfolgt mit Hilfe computergestützter Videoanalyse, die u. A. physikalische sich nach der Analyse und der physikalischen Beschreibung der Bewegungen zum Ziel gesetzt, diese zu simulieren. Somit kann zusätzlich eine Optimierung stattfinden, und die Ergebnisse können möglicher­weise zur Verbesserung sportlicher Techniken und Leistungen herangezogen werden. Die SchülerInnen erlangen tieferes Verständnis von Bewegung und von wissenschaftlichem Vorgehen bei modellhaftem Vorgehen, nicht zuletzt durch das Analysieren auftretender Abweichungen von der Theorie.

Der Fernunterricht ermöglichte uns zudem an den Science Days, digital teilzunehmen. Die Vorträge über das Universum, Fernerkundung und Drohneneinsatz wurden von verschiedenen Gastdozenten interessant aufgearbeitet und präsentiert.

Klasse 11. Die Kooperationsphase wird vollumfänglich mit unterschiedlichen Partnern verwirklicht. Wir treffen uns mit den SchülerInnen und den PartnerInnen in Videokon­fe­ren­zen. Das funktioniert sehr gut und ermöglicht uns u. A., mit PartnerInnen in Zweibrücken, Karlsruhe, Freiburg, Stuttgart, Pforzheim und der University of Texas zusammenzuarbeiten. Die Fragestellungen der Arbeiten sind an die Corona-Bedingungen angepasst worden. Dies setzt sowohl bei den SchülerInnen als auch bei den Partnern die Bereitschaft zu schnellem Umdenken und Umplanen voraus.

Dies hat zur Konsequenz, dass zum Einen der Anteil der theoretischem Arbeiten (Simula­tionen, Software) dieses Jahr zugenommen hat. Zum Anderen haben einige SchülerInnen Versuchs­aufbauten zu Hause mit Hilfe des Hector-Seminars realisieren können.

Gegenwärtig wird die Kooperationsphase 2021/22 vorbereitet. Glücklicherweise sind aus­reichend PartnerInnen aus der Industrie und bei Hochschulen bereit, mit uns auch in Corona-Zei­ten zusammenzuarbeiten. Um weiteren Beschränkungen durch die Pandemie zu begegnen, wer­den die Projekte intensiv geplant. Interessierte, leistungsbereite SchülerInnen nutzen bereit­willig diese Vorteile und starten ihre Projekte auch früher als gewohnt.

Klasse 12. In Klasse 12 werden SchülerInnen, die bei JugendForscht „virtuell“ teilnehmen auf den Wettbewerb vorbereitet. Auch hierzu werden Videokonferenzen zur Präsentation und Diskussion genutzt.

Fazit: Corona hat unseren Alltag im Hector-Seminar stark verändert. Videokonferenzen, Moodle und auch das „alte“ Email bieten Möglichkeiten zur erfolgreichen Durchführung von Kursen und zur effektiven Betreuung von Projektarbeiten, die unser „Portfolio“ deutlich aufwerten. Beispielsweise haben sich kurze Videokonferenzen zur Beantwortung von Fragen bei Problemen in den Projektarbeiten als sehr hilfreich erwiesen. Darüber hinaus können PartnerInnen aus der nicht unmittelbaren Umgebung zur Mitarbeit an für die SchülerInnen interessanten Themen gewonnen werden.

Unser Blog

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Kooperationspartner

Kooperationspartner des Hector-Seminars am Standort Pforzheim für Projektarbeiten sind die Hochschule Pforzheim, Hochschule für Technik Stuttgart, KIT (Fakultäten für Chemie, Elektrotechnik, Physik), Admedes GmbH, G. Rau GmbH & Co. KG, STÖBER Antriebstechnik GmbH + Co. KG, Bavaria Fluid Systems GmbH, dm-drogerie markt GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Carl Gustav Carus-Institut, Niefern-Öschelbronn, Max Rubner-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel, Karlsruhe, ptv Planung Transport Verkehr AG, Karlsruhe, und ELMAKO GmbH, Iffezheim.

Weitere Informationen finden Sie auf der Website des Hector Seminars.