Implementation of a RISC-V-based Kernel
Im Rahmen meiner Maturaarbeit befasste ich mich mit den grundlegenden Funktionen (Kernel) eines Betriebssystems. Konkret bedeutet dies die Ansteuerung diverser HardwareKomponenten, wie SD-Karten, Kommunikationsmodule, Speicher (RAM) und Grafikausgabe, durch Software.
Der grösste Teil der Arbeit wurde damit verbracht, die diversen Schnittstellen zu implementieren. Dies benötigte das Einlesen in eine Vielzahl technischer Spezifikationen und Datenblätter und das nachfolgende Umsetzen der daraus entnommenen Informationen. Für die Entwicklung wurde die Programmiersprache C verwendet, mit gewissen Teilen direkt in Assembly (Maschinensprache) geschrieben.
Was also mit dem simplen Ansteuern einer LED begann, endete nach hunderten von Stunden Arbeit in einem funktionsfähigen System, welches Programme von einer SD-Karte ausführen und Grafik auf einem angeschlossenen Bildschirm darstellen kann. Das Ganze wurde auf einem Einplatinencomputer mit einem RISC-V Prozessor realisiert.
Die RISC-V Prozessorarchitektur befindet sich noch in sehr jungen Jahren, aber dennoch beginnt sie langsam an Fahrt aufzunehmen und sich zu verbreiten. Mehrere namhafte Hersteller haben bereits Produkte basierend auf dieser Architektur angekündigt. Sie hoffen dabei, in Zukunft kostengünstige und stromsparende Prozessoren herstellen zu können.
Das Ziel der Arbeit war es, mich mit dem mir noch unbekannten Thema der hardware-nahen Programmierung auseinanderzusetzen. Ich habe mir bewusst eine herausfordernde Aufgabe gestellt, denn zu diesem spezifischen Thema gibt es wenige Ressourcen und das meiste musste ich selbst erarbeiten.
Gian Marco Beltrame
gianmarco.beltrame@kantiwattwil.ch
Wie der Bildschirm uns krank macht
In meiner Maturaarbeit untersuchte ich den Zusammenhang zwischen problematischen Internetgebrauch (PUI), Schlaf und seelischer Gesundheit. Hierfür machte ich eine Umfrage bei 635 SchülerInnen an verschiedenen Schulen der 4.- 12. Klasse. In der Umfrage habe ich den PUI mit einem Fragenbogen der Psychiatrischen Universitätsklinik Zürich, den Schlaf mit einem Fragebogen zu Schlafstörungen (Insomnia Severity Index) und das mentale Wohlbefinden mit einem WHO-Fragebogen gemessen. Zusätzlich stellte ich zusätzliche Fragen zur Bildschirmzeit, Freizeitgestaltung, Schule, Körper und Suizidalität.
Die Datenerfassung erfolgte mit einem Onlinefragebogen. Die Auswertung erfolgte mit dem Statistikprogramm SPSS. Neben der deskriptiven Statistik verwendete ich vor allem Regressionsmodelle, um die Einflussfaktoren auf den PUI zu untersuchen. Die erste Analyse zeigt, dass die Faktoren Medienzeit unter der Woche, Einsamkeit und soziale Ängste Risikofaktoren, während sportliche Aktivitäten ein Resilienzfaktor für die Entwicklung eines PUI darstellen.
Zudem neigen Frauen eher dazu, sozialen Medien zu nutzen, während Männer eher Videospiele spielen. Die zweite Analyse zeigt ein Zusammenhang zwischen Mediengebrauch und Schlafstörungen. Das Gesamtmodell unter Einbezug aller erfassten Faktoren konnte 38% von der Varianz der Schlafstörungen erklären konnte, wobei ein PUI allein für 11% von der Varianz der Schlafstörungen verantwortlich war.
Die dritte Analyse konnte keinen Zusammenhang zwischen einem PUI und Suizidalität oder nichtsuizidalem selbstverletzenden Verhalten zeigen. Hingegen zeigt sich das Suizidalität und NSSV mit häufigem Telefonieren, Einsamkeit und Risikoverhalten im Internet assoziiert ist. Weiter konnte gezeigt werden, dass sportliche Aktivitäten und an keiner psychischen Krankheit zu leiden, wichtige Schutzfaktoren darstellen. Die Ergebnisse passen gut zum Joinermodell der Suizidalität, wo ein verzerrtes Zugehörigkeitsgefühl und das Gefühl eine Last zu sein als zentrale Faktoren angesehen werden, ein Suizid(versuch) zu machen.
Das Telefonieren werte ich als einen Versuch mit diesen beiden Gefühlen umzugehen,
während die Einsamkeit diese Gefühle verstärkt. Zusammenfassend gibt meine Maturaarbeit Hinweise, dass es für die Entwicklung der Kinder und Jugendlichen wichtig ist, dass sie einen gesunden Lebensstil mit einem kompetenten Umgang mit Medien entwickeln, der sie vor den negativen Folgen des Internets und der Medien schützt. Besonders sollten die Medienzeiten unter der Woche begrenzt werden, ein gesunder Schlaf und körperlicher Aktivität für eine gesunde Entwicklung gefördert werden. Die Eltern sollten darauf achten, dass ihre Kinder und Jugendlichen altersgerecht im Umgang mit den Medien begleitet und gefördert werden.
Besonders wichtig scheint mir, dass Aktivitäten im realen Leben trotz
der Medien nicht vernachlässigt werden. Die Eltern und Schulen brauchen hier Unterstützung, dass sie altersgerechte Angebote im gesunden Umgang mit Medien in ihren schulischen, aber auch familiären Alltag einbauen.
David Berger
david.berger@kantiwattwil.ch
Time Machine - Das Vertonen von einem Tag und anderen Werken
Die Musik schafft es immer uns Menschen zu bewegen. Gefühle und Zeit werden durch verschiedene Tempi, Instrumenten, Songtexten und Harmonien ausgedrückt.
Der Song erhält einen spezifischen Charakter, sodass sich Zuhörer*innen in der Musik wiederfinden mit ihren eigenen Gedanken und Emotionen. Dieses Phänomen nahm ich während dem Schreiben meiner Maturaarbeit genauer unter die Lupe.
Als Endprodukt, lässt sich mein Album namens “Time Machine” oder auf Deutsch eben “Zeitmaschine”, auf allen Musikplattformen unter meinem Künstlernamen “Virág Búza” anhören.
Die ersten sechs Songs, welche ich geschrieben habe, führen uns durch einen ganzen
Tag hindurch. Wie es sich bei einem Konzeptalbum gehört, stehen die Songs alle in Beziehung zueinander. Jeder Song verkörpert einen Tagesabschnitt. Wir hören von ruhigen Klavierklängen, gestapelte Gesangstimmen bis zu treibenden Hip-Hop Beats, eine grosse Auswahl von musikalischen Mitteln, welche den jeweiligen Tagesabschnitt Wiederspiegeln.
Nebst diesen Songs befinden sich auch noch fünf andere Werke auf dem Album, welche bereits geschrieben und nur noch neu aufgearbeitet wurden. Auch da finden wir eine Verbindung mit der Zeit, da ich mit dem bearbeiten der alten Musik meine Entwicklung als Musikerin und Mensch wahrnehmen konnte.
Nebst dem schreiben der Songs, beschäftigte ich mich auch intensiv mit der Produktion und Mischen der Musik. Mit einem guten Freund, welcher als Tonmeister und Produzent tätig ist, konnte ich laut dem Motto “Learning by Doing”, meine Songs somit auf das nächste Level bringen.
Mit dieser Arbeit brachte ich nicht nur mir, sondern auch meinen Mitmenschen die Musik ein Stück näher. Ich begab mich auf eine Reise von Erlebnissen und Gefühlen, welche ich während einem Jahr in diesem Album verarbeitet habe und ihnen nun mit viel Stolz und Herzblut zeigen möchte.
Laura Virág Búza
lauravirag.buza@kantiwattwil.ch
Computergestützte Quantenchemie
Erstellen eines Python-Pakets zur Berechnung von Molekülen und Atomen anhand der Closed-Shell-Restricted-Hartree-Fock-Methode.
Warum ausgerechnet Quantenchemie? Weil dieses Thema Mathematik, Informatik, Chemie und Physik in für mich in idealer Weise vereint. Die Quantenchemie befasst sich mit dem Verhalten der kleinsten Teilchen der Welt: Elektronen, Protonen, aber auch Materie, die daraus aufgebaut ist, also Atome und Moleküle. Viele hochrangige Forscher, wie Max Planck, Erwin Schrödinger, Niels Bohr und Werner Heisenberg haben verschiedene physikalische Modelle aufgestellt, um das Verhalten von Quantenteilchen zu berechnen.
Mit Hilfe der Schrödingergleichung, einer der wichtigsten Gleichungen der Quantenchemie, lässt sich unter anderem die Energie von Atomen und Molekülen sowie die geometrische Anordnung der Atome in Molekülen ermitteln. Und jetzt kommt meine Arbeit ins Spiel: Ich wollte in meiner Maturaarbeit diese Modelle anwenden und damit die Physik der kleinsten Teilchen verstehen und in Form eines eigenen Programms anwenden.
Hierzu habe ich die Schrödingergleichung für Atome und Moleküle mit vollständig besetzen Orbitalen (z.B. Helium, Neon, Argon, H2O, CO2…) aufgestellt und numerisch gelöst. Nachdem ich alle notwendige Theorie nachvollzogen hatte, konnte ich mit Hilfe der Programmiersprache «Python» ein Programm entwickeln, das es jedem ermöglicht, die Energie von Atomen und Molekülen oder deren Form zu berechnen. Das Programm ist nun open source verfügbar.
Jakob Mostert
jakob.mostert@kantiwattwil.ch
Mangelhafter Wissensstand der Schweiz über Hirnschlag – it is time to act!
Eine quantitative Analyse des Wissensstandes der Schweizer Bevölkerung und Hirnschlagpatienten.
Der Hirnschlag ist weltweit die häufigste Ursache für eine erworbene Behinderung im Erwachsenenalter und die zweithäufigste Todesursache. Der medizinische Fortschritt ermöglicht eine wirksame Akuttherapie, die jedoch dringlich in den ersten Stunden nach einem Hirnschlag erfolgen sollte. Eine korrekte Symptomerkennung und rechtzeitiges Handeln sind deshalb eine zentrale Voraussetzung für den Zugang zur Akuttherapie.
Dies wiederum setzt einen angemessenen Kenntnisstand über Hirnschlag voraus.
Diese Studie untersuchte in erster Linie den Wissensstand der Bevölkerung über Hirnschlag. Zugleich wurde auch ein Vergleich des Kenntnisgrades mit Hirnschlagpatienten angestrebt und deren Zufriedenheit bezüglich der medizinischen Aufklärung ermittelt. Es wurden insgesamt 150 Erwachsene (100 Probanden, 50 Hirnschlagpatienten) im persönlichen Gespräch über Hirnschlag befragt und die Ergebnisse statistisch ausgewertet.
Der Kenntnisstand der Allgemeinbevölkerung war sehr niedrig, insbesondere bezüglich der Warnzeichen und Risikofaktoren. Bei Hirnschlagpatienten zeigte sich ein ähnlicher Trend.
Knapp einem Drittel aller Befragten war nicht bewusst, dass bei einem Hirnschlag die Sanität zu alarmieren ist. Der Kenntnisgrad wurde signifikant von soziodemografischen Faktoren beeinflusst. Bei Hirnschlagpatienten waren 42% unzufrieden mit der medizinischen Aufklärung durch die Ärzte, was einen direkten Zusammenhang mit dem Wissensstand der Patienten hatte.
Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl in der Allgemeinbevölkerung als auch unter Hirnschlagpatienten beträchtliche Bildungslücken vorliegen, weswegen eine umfangreiche Aufklärung in der Bevölkerung dringend notwendig ist. Auch sind Optimierungsmassnahmen bei der medizinischen Aufklärung der Patienten nach einem Hirnschlag erforderlich.
Selinay Sarikaya
selinay.sarikaya@kantiwattwil.ch
Connected – Ein Tanzkurzfilm über Jugendliche im Lockdown
Die Auswirkungen der Covid-19-Pandemie beeinflussten das Leben von uns allen. Besonders die Jugendlichen wurden durch die Massnahmen massiv geprägt, da die Jugendzeit sehr bedeutend für die Entwicklung eines Menschen ist. Aufgrund von verschiedenen Grundvoraussetzungen erlebte jedoch jeder den Lockdown anders.
Es wurden positive wie auch negative Erfahrungen gesammelt - genau diese wollten wir in Form eines Tanzkurzfilmes festhalten. Der Ausdruckstanz eignete sich ideal zur Vermittlung der gesammelten Erfahrungen. Die, während der Covid-19-Pandemie durchlebten Emotionen konnten durch das Zusammenspiel von Tanz, Musik und Kameraführung optimal transportiert werden.
Geschickte Filmbearbeitung in der Postproduktion mittels des Schneideprogrammes «DaVinci Resolve» liess aus einzelnen Aufnahmen ein fertiges Produkt entstehen. Innerhalb von drei Episoden stellten drei Protagonistinnen verschiedene Umgangsweisen mit dem Lockdown dar.
Die Namen der Episoden können alle dem Wort «isoliert» gleichgestellt werden, was
zeigen soll, dass alle vom gleichen Lockdown betroffen waren. Dies bestärkt auch die vierte und finale Episode, welche den Namen «connected» trägt. Somit setzt sich der Kurzfilm aus den insgesamt vier Episoden, «trapped», «isolated», «chained» und «connected» zusammen.
Das Projekt als Ganzes bot die Möglichkeit, sich durch praktisches Arbeiten einen Einblick in die verschiedensten Bereiche der Filmproduktion zu verschaffen. Auf kreative Art und Weise konnten Erfahrungen und Emotionen einer prägenden Zeit festgehalten werden.
Durch die Veröffentlichung des Filmes konnte ein Zielpublikum berührt und zum Reflektieren gebracht werden. Der wohl grösste Pluspunkt dieser Arbeit in unseren Augen, war die Zusammenarbeit vieler talentierter junger Leute.
Noemi Suwanda & Naomi Untersander
noemi.suwanda@kantiwattwil.ch, naomi.untersander@kantiwattwil.ch
Toggenburg24 gratuliert herzlich zu dieser gelungenen Leistung!