Недавно 18 увлечённых математикой и одарённых учащихся 6–13 классов гимназии «Штайнмюле» на собственном опыте убедились, что математика — это гораздо больше, чем просто сухое вычисление формул. В ходе трёхчасового семинара они глубоко погрузились в увлекательный мир теории игр и комбинаторики под руководством профессора Иштвана Хеккенбергера (факультет № 12 «Математика и информатика» Марбургского университета) и учителя математики Максимилиана Молла.

О поразительных стратегиях и беспомощных овцах

В центре внимания во второй половине дня были так называемые детерминистические игры — игры, в которых исход не зависит от удачи при броске кубика, а победу можно обеспечить с помощью математически совершенной стратегии. Среди прочего, подростки изучали:

• Игры NIM: как с самого начала спланировать победу, умело разделив спички на пачки по две и используя двоичные числа?
• Волки против овцы: почему четыре волка на шахматной доске могут гарантированно окружить овцу, используя «стратегию стены» без пробелов?
• «Четыре в ряд» и «Контроль пространства»: какая математическая сила скрывается за средней колонкой и как изменяются шансы на выигрыш при изменении количества колонок?

Помимо стратегических игр речь шла о таких явлениях, как нетранзитивные кубики (кубики, которые побеждают друг друга — подобно игре «ножницы, камень, бумага»), целенаправленное перечисление возможностей и математический поиск неизменных свойств (инвариантов).

Особенность этой группы заключалась в том, что широкий возрастной диапазон — от 6-го класса до старших классов — оказался настоящим преимуществом: при разработке сложных игровых стратегий идеи младших и старших учеников удачно дополняли друг друга.

Старт серии новых семинаров в других гимназиях Марбурга

Это мероприятие стало удачным началом серии семинаров «Марбург занимается математикой» — совместной инициативы Центра научных исследований школьников Средней Гессении (SFM) в сотрудничестве с 12-м факультетом Университета имени Филиппа в Марбурге.

Цель этой серии мероприятий — объединить любителей математики из региона и познакомить их с темами, выходящими далеко за рамки обычной школьной программы. Уже планируются дальнейшие мероприятия в других гимназиях Марбурга, а также в университете.

Если у вас возникнут вопросы или вы заинтересованы в предстоящих семинарах, просим обращаться к профессору Иштвану Хеккенбергеру и Максимилиану Моллу, которые с удовольствием ответят на ваши вопросы.

(Максимилиан Молл / Фото: Wikimedia)

Профессор доктор Хельге Боде, директор Марбургского института Макса Планка по terrestre микробиологии, вызвал большой интерес у слушателей во время своего недавнего доклада в «Штайнмюле».

На мероприятии присутствовали 85 учащихся 12-го и 13-го классов, изучающих биологию в качестве углубленного предмета, а также многочисленные учащиеся, изучающие биологию в рамках базового курса, и участники программы поддержки талантов «plus-MINT».

О чем шла речь?

Многие лекарственные вещества изначально производятся микроорганизмами

В своём докладе под названием «Новые антибиотики» г-н Боде пояснил, что многие из наших важнейших лекарственных средств, таких как антибиотики, иммунодепрессанты для трансплантации или химиотерапевтические препараты для лечения рака, изначально были получены не в химической лаборатории, а производятся микроорганизмами. В природе бактерии чаще всего используют эти вещества в качестве средств защиты от конкурентов.

Он далее пояснил, что бактерии синтезируют эти сложные активные вещества с помощью специальных молекулярных «конвейеров» (так называемых нерибосомных пептидсинтаз или поликетидсинтаз). Эти ферменты можно представить себе как кубики «Лего» или конструктор, в котором различные белки шаг за шагом собирают химические строительные блоки.

Все больше патогенов приобретают устойчивость

Была поднята проблема того, что всё больше патогенов приобретают устойчивость к традиционным лекарственным средствам, а значит, уже недостаточно просто искать новые вещества в природе. Исследования Хельге Бодес как раз и направлены на решение этой проблемы: его исследовательская группа расшифровывает генетические «конструкторы» бактерий, разделяет отдельные «кубики Лего» и заново собирает их в лаборатории. Благодаря такому «перепрограммированию» бактериальных производственных линий возникают совершенно новые искусственные молекулы, которых в природе никогда не существовало — индивидуально разработанные антибиотики для борьбы с резистентными микроорганизмами.

Существует острая необходимость в антибиотиках, разработанных с учетом индивидуальных особенностей пациента

Боде отметил, что эти новые антибиотики крайне необходимы, поскольку у людей — не в последнюю очередь из-за широкого применения антибиотиков в массовом животноводстве — всё чаще развивается резистентность к существующим антибиотикам.

По окончании часовой лекции из зала прозвучало множество интересных и глубоких вопросов, что побудило профессора Боде особо отметить способность учениц и учеников школы «Штайнмюлен» к концентрации внимания и их заинтересованность.

Этот доклад был частью цикла лекций «Microbes@School», инициированного Центром ученических исследований Средней Гессении.

(Gem) // Фотографии: MPI Марбург, Гайзель

В рамках 41-й «Лаборатории изобретателей» Центра химии (ZFC), прошедшей с 17 по 21 августа 16 старшеклассников из 16 школ земли Гессен, имеющих наилучшие оценки по предметам MINT, в течение недели проводили исследования в Марбургском университете имени Филиппа, посвящённые актуальным вопросам биотехнологии и разработки лекарственных препаратов. Эти выдающиеся учащиеся представили свои результаты в старинном актовом зале Университета имени Филиппа в Марбурге перед 170 гостями, среди которых присутствовал министр образования и культуры земли Гессен Армин Шварц. В состав исследовательской группы входил Ник Таджики из школы-интерната «Штайнмюле» в Марбурге. «Лаборатория изобретателей» одновременно стала торжественным мероприятием в рамках празднования «80 лет Гессену».

Когда вирусы помогают и защищают умирающие клетки:

Могут ли вирусы помочь в борьбе с опасными бактериями? Как можно целенаправленно воздействовать на опухолевые клетки? Можно ли упаковать активные вещества таким образом, чтобы они действовали именно там, где это необходимо? И могут ли подвергшиеся стрессу стволовые клетки защищать другие клетки? Ответы на эти вопросы представили восемь учениц и восемь учеников гостям из научных кругов, политики, школ и бизнеса. Местом проведения мероприятия стала Старая аудитория Университета имени Филиппа в Марбурге — историческое место, где на протяжении веков ведётся преподавательская и научно-исследовательская деятельность. Там молодые люди наглядно и лаконично представили результаты своей работы, полученные за неделю интенсивной лабораторной деятельности.

«Одних лишь научных знаний недостаточно. Необходимо уметь доносить их так, чтобы их значение понимали даже неспециалисты», — заявил д-р Томас Шнайдермайер, член правления ZFC. «В эпоху фейковых новостей нам сегодня как никогда нужна такая коммуникация знаний». Подростки работали не с упрощёнными школьными экспериментами, а в течение недели в исследовательских группах Университета имени Филиппа в Марбурге. Там они познакомились с научными методами, разрабатывали и проверяли собственные подходы к решению задач. Они также убедились, что исследования не всегда приводят к ожидаемому результату.

Взгляд на промышленное производство лекарственных средств

Лаборатория изобретателей не только способствует развитию одаренных учащихся, но и открывает конкретные перспективы для получения высшего образования и построения карьеры. В первый день недели семинаров в ходе экскурсии по предприятию Aenova в Марбурге молодые люди смогли познакомиться с процессами промышленного производства лекарственных средств и возможными сферами деятельности в фармацевтической отрасли. В Институте земной микробиологии имени Макса Планка директор проф. д-р Хельге Боде наглядным образом рассказал о методах научной работы и путях академической карьеры. «Именно эта сочетание научных исследований, коммуникации и профессиональной ориентации и составляет суть «Лаборатории изобретателей», — отметила Майке Йегер, также входящая в правление ZFC.

Эти 16 подростков прошли сложный отборочный процесс. Всего 196 успевающих учащихся старших классов из 115 школ Гессена подали заявки на участие в двух лабораториях изобретателей, организованных ZFC в этом году. При отборе ZFC, помимо академической успеваемости, уделяет внимание, в частности, сбалансированному соотношению полов и тому, чтобы учесть как можно больше различных школ
.

Установлена связь с повседневной жизнью

Насколько сильно нас затрагивают мутации гена PIM-1? Кто из вас когда-нибудь сталкивался с подобным пороком развития? Все ли вирусы так же опасны, как коронавирус? Могут ли умирающие стволовые клетки защищать другие клетки?

Именно с таких наглядных вопросов учащиеся начинали свои итоговые презентации. Уверенно и бегло они объясняли даже весьма сложные научные явления доступным языком и постоянно проводили параллели с повседневной жизнью слушателей. «Киназа PIM1 на самом деле является важным белком в наших клетках. Однако если она присутствует в мутировавшей, то есть дефектной форме, она может способствовать возникновению и росту опухолей», — пояснила одна из групп. «Это может коснуться каждого из нас». Тем более важно продолжать исследования в области новых методов лечения, на которые надеются и от которых зависят пациенты.

В рамках исследовательских групп учащиеся работали с профессиональным лабораторным оборудованием — от хроматографии и масс-спектрометрии до растровой электронной микроскопии, а также методов культивирования клеток и флуоресцентных методов. Под руководством научных сотрудников они проводили сложные эксперименты, анализировали полученные результаты и таким образом получили реальное представление о повседневной работе современных исследований в области биологических наук.

«Оценивать новости с помощью знаний в области МИНТ»

По словам члена правления ZFC Томаса Шнайдермайера, знания в области естественных наук крайне необходимы для того, чтобы правильно оценивать общественные дискуссии и новости. «Сегодня знания в области МИНТ также являются своего рода защитным щитом от ложных или вводящих в заблуждение заявлений». На примере публичных заявлений о технологиях водорода
он продемонстрировал, насколько сложно бывает дать профессиональную оценку новостям. Те, кто самостоятельно проводит эксперименты с водородом и понимает основы естественных наук, могут более адекватно оценивать подобные заявления.

Шнайдермайер также затронул тему текущих дискуссий вокруг мРНК-вакцин. По его словам, целесообразность и безопасность этой технологии невозможно оценить на основании политических заявлений, а лишь в рамках диалога с учеными, ведущими исследования в данной области. Именно в связи с фейковыми новостями и искусственным интеллектом задача всего общества заключается в том, чтобы научить молодёжь критически анализировать и оценивать информацию, появляющуюся в СМИ.

Настоящие научные исследования в отличие от традиционных школьных занятий

Насколько иначе воспринимается настоящая научная работа по сравнению с традиционными школьными занятиями, рассказали сами подростки. «Самым ярким моментом для меня стал тот момент, когда синтез впервые удался и мы действительно держали наш продукт в руках», — сказал один из учащихся.

Одна из учащихся охарактеризовала свой опыт одним словом: «Самостоятельность». В то время как в ходе школьных экспериментов, как правило, точно предписывается, что именно нужно делать и какого результата ожидать, в лаборатории они могли самостоятельно определять приоритетные направления работы. «Мы были гораздо более гибкими и смогли установить совершенно иную связь с нашим проектом». Особое впечатление на них произвели также технические возможности профессиональной научной деятельности.

Еще одно открытие сделал один из учащихся по итогам этой недели: «В природе существует невероятно много решений наших проблем. Нам нужно лишь присмотреться повнимательнее, изучить их и использовать».

Лаборатория изобретателей открыла новые перспективы и в сфере выбора специальности и профессии. «Здесь можно познакомиться с людьми из самых разных областей знаний, учебных программ и профессий, а также получить опыт и советы из первых рук», — отметила одна из учениц.

Еще одна учащаяся также поделилась своими впечатлениями: «Беседы с учеными еще раз значительно расширили мой кругозор».

Марбург — научный центр с многолетними традициями

Государственный министр Армин Шварц высоко оценил Марбург как сильный научно-исследовательский центр, а 16 участников — как его новое поколение. «Лаборатория изобретателей» олицетворяет «таланты, идеи и инновации», а также умение задавать правильные вопросы. Обращаясь к молодым людям, Шварц сказал: «У нас есть молодые люди, которые что-то умеют, которые чего-то хотят, которые движут нас вперёд» — в научном и, следовательно, в экономическом плане.

Эвелин Дамер, вице-президент по студенческим вопросам Университета имени Филиппа в Марбурге, провела параллель с почти 500-летней научной традицией университета. По её словам, «Лаборатория изобретателей» символизирует «формирование нового поколения учёных». Здесь молодые люди могут непосредственно познакомиться с университетом, научной деятельностью и возможными направлениями обучения. В то же время передача знаний в экономику является важным фактором для региона Гессен.

«Нам нужны люди, которые отличаются любознательностью»

Д-р Янин Замейт из Министерства экономики, энергетики, транспорта, жилищного строительства и развития сельских районов земли Гессен уделила особое внимание связи между научными исследованиями и их практическим применением. По её словам, в Марбурге «химия и здравоохранение» сливаются воедино. На примере Эмиля фон Беринга и современной индустрии бионаук становится очевидным, как научные открытия могут быть преобразованы в медицинские разработки и способствовать экономическому развитию. «Нам нужны люди, которые отличаются любознательностью. Люди, стремящиеся к приобретению знаний и готовые приступить к делу», — заявила Самейт.

Хайке Блаум из Ассоциации химической промышленности (VCI) земли Гессен назвала Марбург «идеальным местом» для проведения исследований в области биотехнологии и лекарственных средств. По её словам, город уже давно ассоциируется с наукой и фармацевтическими разработками, однако в то же время ему приходится постоянно решать новые задачи
. «Для этого нужны умные люди», — сказала г-жа Блаум: люди, которые принимают активное участие в формировании будущего, берут на себя ответственность и совместно разрабатывают решения.

Существует ли типичная карьерная траектория?

Йоханна Люкке, студентка Университета имени Филиппа в Марбурге, в ходе беседы, посвящённой вопросам выбора специальности и профессиональной ориентации, рассказала о том, насколько разнообразны могут быть программы естественнонаучных специальностей. Она выбрала фармацию, поскольку хотела объединить свой интерес к естественным наукам с медициной и изучением действия лекарственных средств. «Фармацевтика — это сочетание многих дисциплин: медицины, химии, биологии и даже немного физики», — сказала она.
На примере своей собственной карьеры д-р Кристоф Вегшайд-Герлах, директор Chemikum Marburg, продемонстрировал, что профессиональный путь не обязательно должен быть прямолинейным. Сначала он хотел изучать химию, но затем поступил на фармацевтический факультет, защитил докторскую диссертацию, после чего работал в фармацевтической промышленности, а позже вернулся в университет. Сегодня он сочетает фармацию, преподавание, поддержку молодых учёных и научную коммуникацию. Его вывод:
Естественнонаучные специальности открывают гораздо больше возможностей, чем можно предположить, исходя из классических представлений о профессиях. «Изучайте информацию, пробуйте разные направления и не позволяйте себе отпугнуть», — посоветовал он молодым людям.

Государственный министр Армин Шварц: «Я кое-чему научился»

Государственный министр Армин Шварц остался под впечатлением от презентаций молодых людей. По его словам, они рассмотрели сложные и чрезвычайно актуальные для общества вопросы и изложили результаты сложных исследований таким образом, что даже аудитория, не имеющая отношения к данной области, смогла извлечь из этого много полезного. «Я узнал для себя кое-что новое», — сказал Шварц. По его словам, молодые люди олицетворяют «чистую инновацию» и «чистое любопытство».

Анке Хундт, руководитель отдела MINT в Министерстве культуры, образования и равных возможностей земли Гессен, подчеркнула, насколько доступно подростки изложили свои исследования. Особенно удачным шагом стало вовлечение аудитории в обсуждение с самого начала с помощью наглядного вопроса, а также объяснение порядков величин с помощью сравнений из повседневной жизни.

Перевод специализированной терминологии на доступный язык

Хайке Блаум из VCI Гессена после доклада о фагах испытала схожие чувства. По её словам, ранее она не знала, что такое фаги, однако эта презентация позволила ей, не будучи специалистом в области естественных наук, понять их важность. Она особо отметила, что молодые люди постоянно переводили термины из области естественных наук на понятный всем язык.

Д-р Янин Замейт из Министерства экономики земли Гессен после презентации также отметила важность использования юмора. Однако особенно важным было то, что молодые люди открыто показали, что эксперименты не всегда проходят так, как запланировано. Именно в таких случаях необходимо формулировать новые вопросы на основе неожиданных результатов.

«MINTIES» в ZFC: наука между шортами и релами

Доступное изложение научных знаний также является целью проекта «MINTIES» Центра ZFC. Бывшие участники «Лаборатории изобретателей» создают видеоролики с объяснениями, короткие ролики и релы для YouTube, Instagram и TikTok. На сегодняшний день в сети доступно более 220 публикаций. Тематический спектр охватывает широкий диапазон — от «зелёной» стали и водородной мобильности до искусственных тканевых структур, напечатанных на 3D-принтере. Например, совместно с Клариссой Кореа да Сильва, известной по телепередаче «Sendung mit der Maus», участники программы «MINTIES» проводили эксперименты, посвящённые водороду и топливным элементам, и наглядно продемонстрировали эту технологию, в частности, на водородном автомобиле «
».

О том, насколько близки друг к другу «Лаборатория изобретателей» и программа MINTIES, продемонстрировала и Элизе Бек: в прошлом году она сама была участницей «Лаборатории изобретателей», а в этот раз в качестве ведущей красноречиво вела итоговое мероприятие. Будучи участницей программы MINTIES, она одновременно объясняет перед камерой научные темы, например, как с помощью стволовых клеток и так называемых «биочернил» в процессе 3D-печати могут создаваться трехмерные клеточные структуры.

Цель видеороликов с объяснениями, коротких роликов и Reels заключается в том, чтобы донести результаты научных исследований, проводимых в университетах и промышленности, до тех мест, где молодежь проводит часть своего свободного времени, а также изложить сложные темы, касающиеся будущего, таким образом, чтобы они были понятны и вне рамок предметных уроков
.

Это становится возможным благодаря преданным своему делу партнерам

Реализация проекта «Лаборатория изобретателей» стала возможной благодаря тесному сотрудничеству между вузами, научно-исследовательскими институтами, спонсорами и партнёрами. «Я выражаю особую благодарность всем, кто сделал эту неделю возможной», — сказал д-р Томас Шнайдермайер. Многолетнее и доверительное сотрудничество позволяет непосредственно вовлекать учащихся в реальную научно-исследовательскую деятельность.

В заключение Майке Йегер вновь уделила особое внимание 16 молодым людям. После недели напряжённой работы и их итоговых презентаций именно им следует выразить самую искреннюю благодарность: «Вы — главные герои этого мероприятия».

В заключение д-р Кристоф Вегшайд-Герлах подчеркнул, что от такого обмена выигрывают и курирующие рабочие группы. Вопросы и взгляды молодёжи могут открыть новые ракурсы. «Таким образом, от этого выигрывают обе стороны», — сказал он.

В знак признания их достижений 16 участников в заключение получили годовую подписку на журнал «Spektrum der Wissenschaft», что даст им возможность и после завершения программы «Лаборатория изобретателей» следить за последними научными исследованиями.

Знания в области МИНТ против фейковых новостей

Лаборатории изобретателей являются частью инициативы ZFC «Школа 3.0 — MINT for Future». Их цель — более тесно связать актуальные для общества темы, такие как цифровизация, искусственный интеллект, защита климата, энергетический переход и разработка лекарственных препаратов, с основной учебной программой школ. Молодые люди должны научиться понимать научные взаимосвязи, правильно классифицировать информацию по предметным областям и знакомиться с перспективами получения высшего образования и построения карьеры. Кроме того, инициатива призвана помочь учащимся распознавать и оценивать целенаправленно распространяемые в сети фейковые новости с помощью знаний в области МИНТ.

О Центре химии

Подводя итоги второго полугодия, мы хотели бы рассказать о некоторых других ярких событиях школьной жизни.

Наши ученики, как всегда, с большим энтузиазмом представляли нашу школу на различных олимпиадах по естественным наукам, математике, информатике и техническим дисциплинам.

Например, компания Steinmühle добилась успехов в конкурсе на соискание премии MarBiNa для молодых специалистов. Эта аббревиатура означает «Марбургская премия в области био- и нанотехнологий».

Основной темой конкурса было «Питание». Обе участвовавшие в конкурсе группы школы «Штайнмюле» — из 11-го и 5-го классов — смогли одержать победу и в ближайшее время примут участие в экскурсии на предприятии MULTIVAC в Даутфетале и в Институте земной микробиологии имени Макса Планка соответственно.

Обзор столовой, желе, ананас и киви

Группа «Mahlzeit-Matritzen», в состав которой входили Ян Конверски, Лиза Мари Шрайер и Эмануэль Миндреску (все — участники программы plusMINT из 11d), занималась темой «Проверка столовой».

Вторая группа, в состав которой входили Мариетере Швабе и Аурелия Вильд (из 5i) из проекта StoneMINT, занялась темой «Желе с ананасом и киви — возможно ли это?».

В конце статьи два плаката дают представление о том, над какими именно вопросами работали учащиеся.

Цель — пробудить интерес к предметам в области МИНТ

Цель конкурса — пробудить у детей и подростков всех возрастных групп и из всех типов школ города и округа интерес к предметам MINT: математике, информатике, естественным наукам и технике.

Партнерами мероприятия являются округ Марбург-Биденкопф, «Chemikum Marburg», университетский город Марбург, а также Центр научных исследований школьников Средней Гессении.

На наших фотографиях запечатлены победившие рабочие группы школы «Штайнмюле», в том числе вместе с главой округа Йенсом Вомельсдорфом и мэром Марбурга д-ром Томасом Шписом, а также все участники нашей школы вместе с руководителем проекта д-ром Юттой Тёль-Борсдорф.

(Хайнм)