Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik – die sogenannten MINT-Fächer – sind langweilig und machen Schüler:innen wenig Spaß? Zu wenige Jungs und vor allem Mädchen streben ein Studium oder eine Karriere in diesen Fächern an – Stichwort: Fachkräftemangel. Durch Freude an der Bewegung wollen wir das ändern!

cosinuss° ist einer der Partner im „STEM* on the Move“-Forschungs- und Innovationsprojekt, um die Fächer Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik für Schüler:innen praxisnah, interessant, lustig und anschaulich zu gestalten. Das Ziel des Projekts ist es, vier Bewegungsmodule mit MINT-Inhalten für Schulen zu gestalten:

  • Wurf-Modul: Wurfgegenstände, wie beispielsweise schwere Bälle zum Kugelstoßen, werden ausgestattet mit Sensoren, um die verschiedenen Wurfparameter aufzuzeichnen und diese auf einem Tablet oder Smartphone zu visualisieren. Das Ganze soll dazu dienen, die Physik des Werfens und der Biomechanik anschaulich und aktiv zugleich zu gestalten und den Schüler:innen spielerisch näher zu bringen.
  • SchwimmModul: Ein wasserdichter In-Ear Sensor wird verwendet, um physikalische und biologische Parameter während des Schwimmens aufzuzeichnen und diese anschließend visuell darstellen zu können. Mit Hilfe der gemessenen Daten werden den Schüler:innen biologische Vorgänge sowie physikalische Inhalte wie beispielsweise das Kraftgesetz näher gebracht. Darüber hinaus können Schüler:innen ihren Schwimmstil analysieren und spielerisch, nach dem “learning-by-doing” Prinzip, Methoden zum effizienteren Schwimmen entwickeln.
  • Radfahr-Modul: In diesem Modul sollen Schüler:innen lernen, sowohl Fahrrad zu fahren, als auch Fahrräder zu reparieren, um die Physik und Mechanik dahinter besser zu verstehen.

Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. cosinuss° arbeitet dabei insbesondere an der Entwicklung des Schwimm-Moduls mit Partnern des internationalen Sport-Innovations-Netzwerk (SINN-i) zusammen. Für diesen speziellen Zweck hat cosinuss° einen neuen Sensor entwickelt, der nicht nur wasserdicht ist, sondern auch zuverlässige Daten während des Schwimmens messen kann.

Das internationale Sport-Innovations-Netzwerk (SINN-i) ist ein Netzwerk aus enthusiastischen Erfindern, Innovatoren und kompetenten Partnern, die gemeinsam Innovationen in den Bereichen Bewegung, Gesundheit und „Healthstyle“ anregen und hervorbringen. Das Hauptaugenmerk liegt darauf, mehr Freude an der Bewegung zu schaffen – weltweit. Am „STEM on the Move“ Projekt nehmen verschiedene Partner aus Wirtschaft und Forschung aus Deutschland, Spanien, Großbritannien, Japan und Südafrika teil.

Bundesministerium für Bildung und Forschung      International Sports-Innovation-Network

Update 2021: STEM on the move – cosinuss° bleibt am Ball

Unter dem Motto “Schwimm dich schlau – MINT im Wasser” war für Anfang November ein Schwimmtag im Olympiabad mit Schüler:innen aus der neunten Jahrgangsstufe geplant, bei dem auch cosinuss° mit einer Lernstation vertreten sein sollte. Aufgrund der aktuellen pandemischen Lage musste der geplante Termin kurzfristig buchstäblich “ins Wasser fallen”, jedoch ist ein Ersatztermin bereits für April 2022 festgelegt. Um das STEM Projekt dennoch voranzutreiben, fand ein Corona-konformer runder Tisch statt, organisiert von der Innovationsmanufaktur, die ein weiterer Partner im STEM on the Move Projekt ist.

cosinuss STEM Meeting

Diese Gelegenheit nutze cosinuss°, vertreten durch Katharina Adams (Abteilung “Business Development”) und Fiona von der Straten (Abteilung “Elektrotechnik”), um das geplante Schwimm-Modul mit dem neu entwickelten Im-Ohr-Sensor vorzustellen. Unter bunt durchgemischten Teilnehmern aller möglichen Interessensgruppen befand sich unter anderem Herr Harald Fisch, Geschäftsführer von “MINT Zukunft schaffen”, der seine Begeisterung und Unterstützung für das Projekt zum Ausdruck brachte. Letztlich waren sich jedoch alle Anwesenden einig, dass insbesondere in aktuellen Zeiten die Entwicklung neuartiger Lernmethoden zum besseren Verständnis von Technik und Wissenschaft, aber auch zum Motivieren zur Bewegung für Schüler und Schülerinnen wichtiger ist denn je. cosinuss° bleibt dabei mit am Ball und freut sich nicht nur auf den Schwimmtag im April, sondern auch auf geplante Kooperationen mit Schulen in Madrid und Menorca, mit denen ebenfalls eine Umsetzung des Schwimm Moduls geplant ist.

Update 2022: Schwimm-Projekte

Nachdem die Herausforderungen der Wasserfestigkeit des Sensors, der Datenübertragung beim Schwimmen und der Anpassung der Algorithmen an die komplexen Bewegungen des Schwimmens gemeistert waren, hatte cosinuss° Ende April alles vorbereitet, um endlich in die Schulen zu gehen und die Idee des Projekts “STEM on the move” zu verbreiten.

cosinuss° international unterwegs – STEM auf Menorca, Spanien

Nach monatelanger Vorbereitung und enger Zusammenarbeit mit dem IES Josep Miquel Guàrdia Gymnasium in Menorca (Spanien), war das cosinuss° Team endlich bereit, die Koffer zu packen, um einen Schwimmtag mit den menorquinischen Schüler:innen zu organisieren. Zu diesem Zweck schickte cosinuss° nicht nur sein eigenes Team – Shabnam Motamedirad (Software Engineer), Katharina Adams (Business Development / Project Manager), Clara Piris Burgos (Electrical & Information Technology) und Fiona von der Straten (Electrical & Information Technology) – sondern auch den Sportbiologen und Triathlon-Trainer Dr. Martin Schönfelder, der als Dozent an der Technischen Universität München (TUM) tätig ist, um bei der Vermittlung von MINT-Inhalten sowie beim Schwimmtraining zu helfen.

cosinuss° Team on Menorca for STEM project

Nach letzten Vorbereitungen und Testläufen im Schwimmbad von Alaoir kam das cosinuss°-Team am frühen Morgen des 26. Aprils am IES-Gymnasium an. Vor 40 Schüler:innen startete cosinuss° mit einer Präsentation des Projekts STEM in the move, gefolgt von einem Vortrag von Dr. Martin Schönfelder über die Wissenschaft und Biologie hinter dem Schwimmsport.

Im Anschluss daran fand ein von cosinuss° vorbereiteter Workshop mit den Im-Ohr Sensoren statt. In verschiedenen Situationen wie Sitzen, Gehen und intensivem Springen konnten die Schüler:innen Veränderungen ihrer Pulsfrequenz, der Körperkerntemperatur sowie der SpO2-Werte (Sauerstoffsättigung) beobachten, die in der cosinuss°-App auf ihren Handys angezeigt wurden. Mit großem Enthusiasmus untersuchten die Schüler:innen die Veränderungen der Vitalparameter und sprinteten sogar durch das Klassenzimmer, um ihre Herzfrequenz so weit wie möglich zu erhöhen.

Der technische Aufbau im Schwimmbad Alaoir war bereits vom cosinuss°-Team vorbereitet worden. Das Schwimmtraining wurde in vier Stationen organisiert, die von cosinuss° betreut wurden. Die Schüler:innen wurden in Gruppen eingeteilt, eine Gruppe pro Station, die sich nach 20 Minuten abwechselten. Bei den Stationen „Tauchen“, „Geschwindigkeitsintervalle“ und „Abstoßen“ trugen die Schüler:innen einen cosinuss° Im-Ohr Sensor zur Visualisierung ihrer Vitalparameter in Echtzeit, aber auch zur Aufzeichnung der Vitaldaten sowie der Beschleunigungsdaten. Die vierte Station wurde von Dr. Martin Schönfelder betreut, der den Fokus auf die Schwimmfähigkeiten der Schüler:innen legte und diese individuell korrigierte. Ein lustiger Wettkampf zwischen den Gruppen rundete den Schwimmtag ab.

Insgesamt war der Schwimmtag auf Menorca ein voller Erfolg! Die Schüler:innen hatten viel Spaß und baten das Team von cosinuss°, ab sofort jede Woche den Sportunterricht zu übernehmen, um den Unterricht noch spannender und lustiger zu gestalten.

Doch mit diesem Schwimmtag auf Menorca war die Zusammenarbeit noch nicht beendet. Zurück in München angekommen, bereitete das cosinuss°-Team ein weiteres Online-Meeting mit der IES-Schule vor, um die beim Schwimmen gesammelten Daten zu präsentieren. Gemeinsam mit den Schüler:innen analysierte das cosinuss°-Team die Vitalparameter und Beschleunigungsdaten und erläuterte so die Wissenschaft hinter den Erfahrungen, die die Schüler:innen eine Woche zuvor beim Schwimmen im Pool gesammelt hatten. cosinuss° ist zuversichtlich, dass zumindest im IES-Gymnasium auf Menorca der Grundstein für weiteren Unterricht im Sinne von STEM on the move gelegt wurde.

cosinuss° in München „Schwimm dich schlau“ – Schwimmtag im Olympiabad

Am 28. April hat cosinuss° die Initiative ergriffen und ist der Einladung der Innovationsmanufaktur gefolgt, an einem Schwimmtag im Olympiabad in München (Deutschland) teilzunehmen. An diesem Tag konnten Schüler:innen verschiedener Schulen Wissenschaft erleben und gleichzeitig verschiedene Aktivitäten im Wasser durchführen. cosinuss° bereitete eine von mehreren Arbeitsstationen für die Schüler:innen vor. An dieser Station trugen die Schwimmer:innen den cosinuss° Im-Ohr Sensor bei verschiedenen Schwimmaktivitäten unterschiedlicher Intensität. Die Vitalparameter wurden in Echtzeit in der cosinuss° App visualisiert und zeigten z.B. Veränderungen der Herzfrequenz nach anstrengenden Geschwindigkeitsintervallen an.

Der Fokus lag jedoch nicht nur auf der Interpretation der Vitaldaten der Schüler:innen, sondern auch darauf, ihnen einige Schwimmfertigkeiten zu vermitteln und ihre Freude an dieser Sportart zu wecken. Im Nachhinein freut sich cosinuss° über das begeisterte und positive Feedback der Schüler:innen, die das cosinuss°-Team gebeten haben, in jeder ihrer Schulen einen Schwimmwettbewerb mit den cosinuss° Im-Ohr Sensoren zu organisieren.

Fazit: Technischer Aufbau für verschiedene Anwendungsfälle geeignet

Neben dem positiven Feedback der Studenten konnte cosinuss° wertvolle Erkenntnisse über den technischen Aufbau gewinnen und verschiedene Herausforderungen meistern. Letztere bestanden vor allem darin, den Im-Ohr Sensor wasserdicht zu machen, valide Messwerte im Wasser zu erzielen und eine kontinuierliche Datenübertragung beim Schwimmen zu gewährleisten. So wurden zum einen Änderungen an der Hardware notwendig: Der Im-Ohr Sensor wurde mit einem Gießharz-Verguss versehen. Außerdem wurde eine dreifarbige LED in den PPG-Sensor integriert (rot, infrarot, grün), um eine stabile Messung auch bei starken Kopfbewegungen zu gewährleisten (siehe auch: Messung von Vital- und Beschleunigungsparametern beim Schwimmen). Zum anderen wurde die cosinuss°-Software optimiert und an die Anforderungen angepasst. Da die Schüler:innen beim Schwimmen häufig den Kopf untertauchen und dadurch die Bluetooth-Verbindung verloren geht, wurde das Bluetooth-Protokoll für die Übertragung der Vital- und Beschleunigungsdaten angepasst. Zusätzlich erfolgte eine Integration der Messwerte mehrerer Gateways auf der cosinuss° Health Platform, um eine vollständige Abdeckung des Schwimmbadbereichs zu erreichen.

Zwei Beispiele des technischen Aufbaus beim Schwimmen:

  • Fünf Im-Ohr Sensoren wurden zusammen mit drei Gateways verwendet, die entlang des Beckens positioniert waren, um eine maximale Abdeckung zu erreichen. Bei dieser Station wurden Herzfrequenz- und Beschleunigungsdaten kontinuierlich und über das gesamte Becken hinweg aufgezeichnet.
  • Es wurden fünf Im-Ohr Sensoren und ein Gateway verwendet. Für diese Station war kein Internet erforderlich, da die Daten auf dem Gateway gespeichert werden konnten.

Mit den verschiedenen technischen Setups für Schwimmveranstaltungen konnte cosinuss° zeigen, dass Verbindungsabbrüche, die durch viel Bewegung, große Räumlichkeiten und die Absorption bzw. Abschirmung von Funkwellen durch Wasser entstehen können, erfolgreich verhindert werden können. Solche Setups können nicht nur für die Überwachung von Vitaldaten beim Schwimmen, sondern auch für andere Anwendungsfälle, insbesondere im medizinischen Bereich, genutzt werden. So kann beispielsweise die Überwachung von Vitalparametern von Patienten in Krankenhäusern von einem solchen Mesh-Netzwerk, das aus mehreren Gateways besteht, profitieren: Auf diese Weise können Patienten kontinuierlich überwacht werden, auch wenn sie sich bspw. von einem Stockwerk zum anderen bewegen. Auch für die Überwachung in Alten- und Pflegeheimen, in denen sich einige Bewohner oft in einem großen Radius durch die Räume und Einrichtungen bewegen, ist dieser technische Aufbau hilfreich.

“STEM on the move”-Datenbank

cosinuss° hat eine Website als Datenbank für die gemeinsame Nutzung und den Austausch von Lernmodulen zu MINT-Inhalten entwickelt. Dazu gehören Vorschläge für ganze Unterrichtseinheiten sowie einzelne Stunden für Fächer – von Mathematik und Physik über Biologie und Informatik bis hin zum Sportunterricht. Die Kerninhalte der MINT-Module basieren auf den Aktivitäten Radfahren, Schwimmen und Werfen. Zusätzlich werden Materialien und Einblicke von Profisportlern zur Verfügung gestellt, um das Interesse und die Motivation der Schüler:innen für verschiedene Sportarten und die Wissenschaft dahinter zu wecken. Diese Austauschplattform bietet den internationalen Partnern und MINT-Enthusiasten die perfekte Möglichkeit, ihr eigenes Material zu teilen und sich für die Weiterentwicklung des Schulalltags im Sinne von STEM on the move inspirieren zu lassen.

*STEM (engl. für MINT) steht für Science, Technology, Engineering & Mathematics

Autor*innen / Authors

  • Als Sportwissenschaftlerin und Ergonomin kümmert sich Melanie um alle Arten von Forschungsprojekten und wissenschaftlichen Studien. Sie liebt alle Arten von Sport und den Aufenthalt im Freien. // As a Sport Scientist and Ergonomist Melanie is taking care of all kinds of research projects and scientifc studies. She loves all kinds of sports and being outdoors.

  • M.A. Kommunikationswissenschaft und Online-Marketing-Expertin mit Schwerpunkt auf Gesundheits- und Wissenschaftskommunikation. // M.A. Communication Studies and online marketing expert with a focus on health and science communication.

  • Fiona studiert Elektrotechnik (TUM) mit Fokus auf Bioengineering and Life Science. Die Sport-Enthusiastin freut sich, dass bei ihrer Masterarbeit Sport, Medizin und Technik miteinander vereint werden. // Fiona is studying electrical engineering (TUM) with a focus on bioengineering and life science. The sports enthusiast is happy that her master's thesis combines sports, medicine and technology.