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Aktuelles
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Computational and Mathematical Modeling Program (CAMMP)

Was ist CAMMP?

CAMMP steht für Computational and Mathematical Modeling Program (Computergestütztes Mathematisches  Modellierungsprogramm) und ist ein Projekt des Karlsuher Institut für Technologie (KIT). CAMMP will die gesellschaftliche Bedeutung von Mathematik und Simulationswissenschaften der Öffentlichkeit bewusst machen. Dazu steigen Schüler/innen in verschiedenen Veranstaltungsformaten gemeinsam mit Lehrer/innen aktiv in das Problemlösen mit Hilfe von mathematischer Modellierung und Computereinsatz ein. Dabei erforschen sie reale Probleme aus Alltag, Industrie oder Forschung.

CAMMP ist ein Projekt, welches an der RWTH Aachen (Schülerlabor CAMMP ) entwickelt und mehrere Jahre erprobt wurde. Seit Januar 2018 wurde es auch am KIT eingeführt.

 

Idee
Mit CAMMP schlüpfen Schüler/innen in die Rolle von Wissenschaftler/innen und erleben so die Grundlagen der mathematischen Modellierung anhand von praktischen Beispielen. In kleinen Teams lösen die Schüler/innen herausfordernde reale Probleme und setzen dafür mathematische Methoden und Computersimulationen ein. Dabei werden sie von Wissenschaftler/innen unterstützt.

Mögliche Fragen mit denen sich die Schüler/innen beschäftigen, stammen aus den verschiedenen Bereichen, wie Finanzen, Luft- und Raumfahrt, Videospiel-Design, medizinischer Bildgebung sowie Ökologie. Um solche komplexe reale Probleme zu lösen, können mathematische Werkzeuge, wie die numerische und mathematische Modellierung, angewendet werden.

Quelle: CAMMP

CAMMP macht möglich, dass sich Mathematik und Informatik begeisterte Schüler/innen über die Theorie hinaus mit Problemlösung beschäftigen. Durch diese längere und intensivere Auseinandersetzung mit einem Problem erhaschen Schüler/innen einen Einblick in die Berufswelt von Mathematikern/innen, Informatikern/innen und Ingenieuren/innen.

Im Rahmen von CAMMP können verschiedene Angebote von Lehrer/innen gemeinsam mit Schüler/innen wahrnehmen werden:

  • CAMMP day: Computergestützte mathematische Modellierung, eintägig, am KIT, Karlsruhe
  • CAMMP week: Eine ganze Woche in einer Jugendherberge zum Thema Computergestützte mathematische Modellierung

In unserem Podcast External Link erfahren Sie noch mehr zur Idee von CAMMP!

 

Programmziele

CAMMP will einer breiten Öffentlichkeit die Bedeutung von Mathematik und Simulationswissenschaften für die gesamte Gesellschaft bewusst machen und dient gleichzeitig als Berufs- und Studienorientierung. CAMMP dient dadurch mit unter als perfekte Anknüpfungsstelle für das Fach IMP External Link (Informatik, Mathematik, Physik), da das Zusammenspiel dieser drei Fächer vollkommen ausgenutzt wird und im Vordergrund steht: 

Die Physik liefert die zugrunde liegenden Naturgesetze, die Mathematik das iterative Verfahren, und in der Informatik wird die Simulation auf dieser Basis realisiert. (, Stuttgarter Zeitung External Link, 14.08.2018)

CAMMP vermittelt spielerisch den Umgang mit mathematischer Modellierung und fördert damit auch die Kompetenzen in diesem Bereich. Die mathematische Modellierung umfasst in Anlehnung an den Lehrplan der Schulen folgende Schritte:

  • Übersetzen des in Umgangssprache formulierten Problems in ein mathematisches Modell
  • Lösung des Modells mittels vorhandener mathematischer Kenntnisse
  • Bewertung und Überprüfung der erhaltenen Lösung durch Interpretation der Ergebnisse und Beschreibung für den Anwender

 

Quelle: CAMMP

Die Schüler/innen erweitern durch die Arbeit in kleinen Teams zusätzlich weitere prozessbezogene Kompetenzen, wie Kommunikations- und Teamfähigkeit sowie das Nutzen von Hard- und Software-Werkzeugen zur Problemlösung.

Neben den Schüler/innen können auch Mathematiklehrer/-innen von einer intensiven Beschäftigung mit mathematischer Modellierung profitieren. Schüler/innen empfinden es häufig sehr motivierend authetische Mathematik anhand von realen Beispielen zu erleben.

 

Historie
Schon seit 1993 bietet das Projekt KOMMS aus Kaiserslautern, ähnlich wie CAMMP, jeweils im Sommer eine Woche zum Thema Mathematische Modellierung in Rheinland-Pfalz an. Ins Leben gerufen wurde die Projektwoche von Professor Dr. Helmut Neunzert, dem ehemaligen Leiter des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Seitdem finden Veranstaltung dieser Art regelmäßig in ganz Deutschland, Österreich und Italien (Südtirol) statt.

2011 gründeten Prof. Dr. Ahmed Ismail1, Dr. Nicole Faber2 und Prof. Dr. Martin Frank3 CAMMP in Aachen und im Mai 2011 fand die erste CAMMP week statt, die seitdem jährlich ausgerichtet wird. Das Veranstaltungsformat CAMMP day, eintägige Modellierungstage, bei denen Klassen oder Kurse an einem Tag an der RWTH Aachen die mathematische Modellierung näher kennenlernen können, wurde 2012 ingeführt. Ein Jahr später wurde CAMMP offiziell als Schülerlabor anerkannt und gehört seitdem zu den EDULABS  der RWTH Aachen.

Im September 2015 verließ der Mitbegründer Prof. Dr. Ahmed E. Ismail das Schülerlabor, da dieser einem Ruf an die University of Virginia folgte. 2017 erweiterte sich CAMMP durch einen zweiten Standort in Karlsruhe, da Mitgründer Prof. Dr. Martin Frank im September 2017 ans KIT  wechselte und dort zusammen mit Maren Hattebuhr und Kirsten Wohak CAMMP aufbaut.

 

1 bis August 2015: Lehrstuhl für Molekulare Simulation und Transformation, RWTH Aachen; seit September 2015: Forschungsgruppe Molekulare Simulation, West Virginia University.
2 Graduiertenschule AICES, RWTH Aachen.
3 bis August 2017: MathCCES, RWTH Aachen; seit September 2017: SCC, KIT.

NEWS

Logo des Girls'Day – ein Zukunftstag für Mädchen.
Girls'Day 2019 am SCC


Ten girls from classes 6 to 10 visited SCC as participants of Girls'Day. The varied program gave the students interesting insights into the diverse work of a scientific computing and data center.

Mehr
 

Unsere Jugend forscht erfolgreich!

Am 26. und 27. Februar stellten sich zwei Schülerteams aus dem Projekt Simulierte Welten bei Jugend forscht den Fragen der Jury und einer interessierten Öffentlichkeit und präsentierten die Ergebnisse ihrer intensiven Forschungsarbeit.
Die glücklichen Gewinner des Regionalwettbewerbs Jugend forscht. Christian Beitzinger, Boyu Wu, Maren Hattebuhr (Betreuerin), Moritz Müller, Nils Rauscher (v. l.)

Am 26. und 27. Februar stellten sich zwei Schülerteams aus dem Projekt Simulierte Welten bei Jugend forscht[1] den Fragen der Jury und einer interessierten Öffentlichkeit und präsentierten die Ergebnisse ihrer intensiven Forschungsarbeit. Die Forschungsthemen hatten die Schülerteams auf der CAMMP week in Voeren in Belgien kennengelernt und waren nach einer Woche anstrengender Arbeit begeistert in die Schulen zurückgekehrt. „Man hat das Gefühl etwas Sinnvolles mit seinem Wissen zu tun!“, beschrieb Nils Rauscher sein Engagement, das er zusammen mit Moritz Müller, sowie Boyu Wu und Christian Beitzinger im Förderstipendium des Projekts Simulierte Welten betreut von Maren Hattebuhr fortsetzte. Ihre kreativen Ideen wurden bei Jugend forscht gelobt und belohnt. Insgesamt traten fast 100 Schülerinnen und Schüler in sieben verschiedenen Kategorien an.

Gießgerechte Konstruktion

Schon seit langer Zeit werden vielfältigste Produkte durch Gießen hergestellt. Dabei wird flüssiges Metall in eine Form gegossen und abgekühlt. Gerade bei Formen mit großen Wandstärkendifferenzen können Hohlräume entstehen, die die Stabilität des Gusses negativ beeinflussen. Um solche Schwachstellen automatisch erkennen zu können entwickelten Boyu Wu und Christian Beitzinger ein Verfahren, das dem Konstrukteur bereits vor dem Gießen anzeigt, wo die Gussformüberarbeitet werden muss. Zum Testen erhielten die Schüler von der Firma Magma aus Aachen Daten von Gussformen sowie eine Referenzzeit, die die momentan genutzte Software von Magma zur Beurteilung benötigt. Ihre Arbeit reichten die beiden Schüler in der Kategorie Mathematik/Informatik ein. Boyu und Christian wurden mit dem 1. Preis, gestiftet von der Fraunhofer-Gesellschaft, geehrt und dürfen damit nun am Jugend forscht-Landeswettbewerb Baden-Württemberg teilnehmen. „Ihre Idee ist mathematisch sehr pfiffig. Das Projekt ist praxistauglich und spart viel Arbeit beim Experimentieren.“, lobte der Juror Herr Professor Seiler die beiden Schüler. Wir gratulieren zu ihrem Sieg und wünschen ihnen viel Erfolg in der nächsten Auswahlrunde.

Optimale Verladestrategie

Internetshopping ist weit verbreitet. Allein in Deutschland kaufen 68% Privatkunden online ein[2]. Aber auch Firmen, die im Groß- und Sanitärhandel tätig sind, bestellen Produkte bei Großhändlern, die wiederum Speditionen beauftragen, die Waren auszuliefern. Um die Auslieferung möglichst effizient zu gestalten, werden die Transportwege optimiert und einzelne Kundenbestellungen zu Touren zusammengefasst. Aber passt die Ware überhaupt auf einen Lkw? Unter „passen“ versteht man hier nicht nur, dass die Produkte das zulässige Maximalvolumen und -gewicht nicht überschreiten dürfen, sondern auch, dass die sie in der vorgegebenen Auslieferreihenfolge abgeladen werden können ohne andere später auszuliefernde Waren bewegen zu müssen. Erschwert wird dieses Problem dadurch, dass die Produkte nicht beliebig übereinandergestapelt werden dürfen. Bislang werden die Lkw einfach in entgegengesetzter Auslieferungsreihenfolge beladen. Nicht selten wird dabei festgestellt, dass für die Touren mehrere Fahrzeuge benötigt werden. Moritz Müller und Nils Rauscher kamen zu der Überzeugung, dass dies optimiert werden kann. Sie schrieben ein Programm, in die die Daten der Touren eingelesen werden können und innerhalb weniger Sekunden ausgegeben wird, ob diese Tour möglich ist und wie der Lkw bestmöglich beladen werden sollte. Getestet wurde die Effizienz auf Basis echter Daten, die ihnen von der Firma INFORM aus Aachen zur Verfügung gestellt wurden. Die beiden Schüler überzeugten durch ihre kreative Herangehensweise und die Umsetzung. „Das ist ein sehr wichtiges Projekt, was direkt in die Anwendung gehen kann!“, staunte ein Gast, der die beiden Jungforscher am Öffentlichkeitstag kennenlernte. Für ihre Arbeit wurden Moritz und Nils mit dem 2. Preis im Fachgebiet Arbeitswelt geehrt und waren damit das beste Team ihres Fachgebiets. Der Preis wurde vom Bundesministerium für Arbeit und Soziales gestiftet. Wir gratulieren ihnen herzlich!

Kontakt zur Betreuung von „Jugend forscht“-Projekten: Maren Hattebuhr
Autoren: Maren Hattebuhr, Marco Berghoff

 

[1] Im Februar begannen die Wettbewerbe der 54. Runde von Jugend forscht. Die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler präsentierten ihre Forschungsprojekte zunächst auf 89 Regionalwettbewerben im ganzen Bundesgebiet einer Jury und der Öffentlichkeit. Für die diesjährige Runde von Deutschlands bekanntestem Nachwuchswettbewerb haben sich insgesamt 12150 junge MINT-Talente angemeldet. Auf Regional-, Landes- und Bundesebene werden die Wettbewerbsveranstaltungen von mehr als 150 Unternehmen sowie öffentlichen und privaten Institutionen ausgerichtet. [Quelle: https://www.jugend-forscht.de/presse/pressemitteilungen/archiv/kommende-woche-starten-in-ganz-deutschland-die-wettbewerbe-der-54-runde-von-jugend-forscht.html]

[2] Quelle: Eurostat 2019