Ausflug in die Wissenschaft statt Klassenfahrt

Jugend forscht

Manchmal liegt das Gute ganz nah. Wenn geplante Klassenreisen oder Schulausflüge coronabedingt nicht stattfinden dürfen, kann es eine Alternative sein, im Unterricht und in Projektwochen die nähere Umgebung zu erforschen. Gelegenheit, an Forschungsprojekten mitzuarbeiten, wertvolle Anregungen und Materialien für Lehrerinnen und Lehrer bieten Citizen-Science-Projekte überall in Deutschland.

Plastiktüten, -folien und vieles mehr. Die Plastikpiratinnen und -piraten machen in der Kieler Förde leider reiche Beute. © BMBF/Wissenschaftsjahr 2016*17

Forschung ist nicht nur Sache von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Citizen-Science-Projekte beziehen auch interessierte Bürgerinnen und Bürger – also Citizens – in Forschungsvorhaben ein. Die Laien nehmen beispielsweise Proben und erheben an ihren Wohnorten Daten, die dann von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern für ihre Forschungsvorhaben ausgewertet werden. Die eigenen oder von anderen „Bürgerwissenschaftlern“ ermittelten Daten können auch für eigene Fragestellungen und Vorhaben genutzt werden. Denn Daten von Bürgerforschungs­projekten sind in der Regel frei zugänglich. 
Einen Überblick über Bürgerforschungs­projekte in Deutschland bietet die Internetplattform „Bürger schaffen Wissen“. Mehr als 125 aktuelle Forschungsvorhaben aus verschiedenen Wissenschaftsbereichen – von Archäologie bis Zoologie – sind auf dem vom Bundesministerium geförderten Portal derzeit registriert; die meisten werden von Universitäten und anderen wissenschaftlichen Einrichtungen durchgeführt und begleitet. 
Wo und wie in Berlin Eichhörnchen leben, wird ebenso erforscht und erfasst wie die Feinstaubbelastung an Straßen oder Inschriften auf Friedhöfen. An der Suche nach fremden Galaxien, nach kranken Bäumen und nach Plastikmüll an Fließgewässern können sich die Bürgerforscherinnen und -forscher ebenfalls beteiligen. Gut zwei Dutzend Projekte richten sich auch an Kinder und Jugendliche und sind für Schulklassen geeignet. Lehrkräfte können auf diese Weise Forschung an ihre Schule holen – und ihren Schülerinnen und Schülern erste Erfahrungen mit wissenschaftlichem Arbeiten ermöglichen.

Arbeitsgemeinschaft Citizen Science und Schule

Doch viele Lehrerinnen und Lehrer kennen und nutzen Citizen Science und diese Möglichkeiten, an wissenschaftlichen Projekten mitzuarbeiten, (noch) nicht. Um das zu ändern, hat Dr. Katrin Knickmeier, Leiterin der Kieler Forschungswerkstatt und des Citizen-Science-Projekts Plastikpiraten, mit ihren Kollegen Katrin Kruse und Tim Kiessling die Arbeitsgruppe „Citizen Science und Schule“ initiiert. Ziel ist, mehr Citizen-Science-­Projekte „schultauglich“ zu machen und Qualitätskriterien zu erarbeiten, die Projekte für Schulklassen oder Kurse erfüllen sollten. 
„Citizen-Science-Projekte können für Kinder und Jugendliche ein Türöffner zur Wissenschaft sein. Sie merken, dass es viel Spaß macht, wissenschaftlich zu arbeiten, auch wenn man mitunter viel Geduld und Durchhaltevermögen braucht“, weiß Dr. Katrin Knickmeier. 

Plastikpiraten

Im Rahmen des Projekts Plastikpiraten erforschen Schulklassen und Jugendgruppen seit 2016 bundesweit das Plastikmüllaufkommen an und in Fließgewässern. Die Proben müssen nach genau festgelegten Methoden entnommen, die Vorgehensweise muss protokolliert werden. „Nur so ist gewährleistet, dass die Daten nicht verfälscht werden und für wissenschaftliche Studien verwendet werden können“, erklärt die Meeresbiologin. Makroplastik wie zerrissene Tüten oder weggeworfene Flaschen wird ebenso gesucht, erfasst und dokumentiert wie Mikroplastik, die kaum mit dem bloßen Auge wahrnehmbaren Kleinstpartikel. Im Falle der Plastikpiraten handelt es sich um sogenanntes großes Mikroplastik von einem bis fünf Millimeter.

Bürger schaffen Wissen …

… ist die zentrale Plattform für Citizen-Science-­Projekte in Deutschland. Sie präsentiert, vernetzt und unterstützt seit November 2013 Citizen-Science-Projekte. Ziel ist es, die Bürgerforschung in Deutschland weiterzuentwickeln, bekannter zu machen und Menschen über Projekte zum Mitforschen zu informieren.

Plastikpiraten gibt‘s nicht nur am Meer. Mit dem Mikroskop entdecken sie selbst kleinste Mikroplastikteile – hier im Wasser der Ruhr. © BMBF/Wissenschaftsjahr 2016*17 Christopher Rausch

Lehrkräfte, die mit ihren Klassen oder Kursen bei den Plastikpiraten mitmachen, können zur Vorbereitung des Unterrichts ein „Rundum-sorglos-Paket“ – die Materialien inklusive Mikroplastiknetz und -sieb – bestellen oder die Materialien downloaden. Das Handbuch für Lehrkräfte enthält neben wichtigen Hintergrundinformationen zum Thema Meere und Ozeane auch didaktische und methodische Hinweise sowie Arbeitsblätter, die ohne lange Vorbereitung im Unterricht eingesetzt werden können – mit Aufgaben für die ganze Klasse. 
„Wichtig ist, dass alle Schülerinnen und Schüler beschäftigt und einbezogen werden“, erklärt Dr. Katrin Knickmeier. In den Aktionsheften werden die einzelnen Arbeits­schritte genau erklärt. Außerdem können die Schülerinnen und Schüler darin die Ergebnisse notieren und protokollieren, bevor sie dann in die Datenbank hochgeladen werden. Die Netze zum Sammeln der Mikro­plastikteile können bestellt oder selbst gebaut werden. Anleitungen für den Bau gibt‘s auf der Website. 
Klassen können die Aktion jederzeit durchführen; wissenschaftlich ausgewertet werden im Rahmen des Projekts allerdings nur Proben, die in den offiziellen Zählzeiträumen vom 1. Mai bis zum 30. Juni und vom 15. September bis zum 15. November gesammelt und gezählt werden. 
Mit dem Hochladen der Daten endet der Kontakt zu den Schulen für Katrin Knick­meier und ihr Team nicht: Lehrkräfte und Schüler werden regelmäßig per Mail über den aktuellen Stand des Projekts informiert. „Es ist wichtig, mit den Schulen zu kommunizieren. Die Kinder und Jugendlichen sollen sich nicht als Datenknechte fühlen. Sie erfahren, was mit den Daten weiter geschieht – und zu welchen Ergebnissen ihr Einsatz führt“, erklärt die Wissenschaftlerin. Und sie lernen so den naturwissenschaft­lichen Erkenntnisweg kennen.
Die von den Klassen hochgeladenen Daten werden direkt auf einer digitalen Deutschlandkarte veröffentlicht und von der Kieler Forschungswerkstatt ausgewertet. „Wir untersuchen zum Beispiel, welche Flussabschnitte besonders stark mit Plastik verschmutzt sind und wie sich die Belastung von der Quelle bis zur Mündung eines Flusses entwickelt. Die Ergebnisse aus den ersten beiden Aktionszeiträumen 2016 und 2017 können auf einer Website eingesehen werden. Außerdem gibt es eine wissenschaftliche Veröffentlichung der Kieler Forschungswerkstatt in der renommierten Zeitschrift Environmental Pollution von 2019, die auf den von den Plastikpiraten gesammelten Daten basiert“, berichtet Dr. Katrin Knickmeier. Auch die nächste Veröffentlichung ist schon in Arbeit.

https://www.forschungs-werkstatt.de/aktuelles/plastikpiraten-waren-unterwegs/

Bitte beachten: Ab Herbst 2020 werden die Plastikpiraten unter dem neuen Titel "Plastic Pirates – Go Europe!" weitergeführt. Nähere Informationen finden Sie unter: www.plastic-pirates.eu. Der nächste Probenahmezeitraum findet vom 15. September bis 15. November 2020 statt.

Treechecker

So viel können nicht alle Projekte leisten. Hendrika van Waveren hat das Projekt Tree­checker am Schulbiologiezentrum Hannover initiiert und betreut es fast alleine – ehrenamtlich. 
„Kinder und Jugendliche hören so viel von  Umweltverschmutzung und Klimawandel. Oft fühlen sie sich hilflos ausgeliefert. Treechecker fördert die Handlungskompetenzen und die Selbstwirksamkeit im Rahmen der Bildung für Nachhaltige Entwicklung“, sagt die ehemalige Biologielehrerin am Erich Kästner Gymnasium in Laatzen und am Schulbiologiezentrum in Hannover.
Bäume gibt es überall – in der Stadt und auf dem Land. Und so können bei Treechecker Kinder und Jugendliche in ganz Deutschland mitmachen – einzeln, mit der Klasse beispielsweise im Biologie-, Erdkunde- oder Sozialkundeunterricht oder im Rahmen einer Projektwoche. „Unter Anleitung können bereits Schulkinder ab Klasse 5 Bäume bestimmen und kartieren“, weiß Hendrika van Waveren aus Erfahrung.
Ziel ist, möglichst viele Bäume zu erfassen, zu bestimmen und herauszufinden, wie gesund sie sind. Denn je mehr Bäume erfasst und in die Datenbank eingetragen werden, desto aussagekräftiger sind die Ergebnisse. Auf diese Weise kann beispielsweise ermittelt werden, welche Bäume sich besonders für die Stadt eignen, welche Stadtbäume besonders oder weniger anfällig für Pflanzenkrankheiten, Trockenstress oder große Hitze sind oder ob und wie man die Ausbreitung von Schädlingen erkennen und gegebenenfalls verhindern kann.  
Die Schülerinnen und Schüler lernen, Bäume zu bestimmen und Krankheiten zu erkennen. „Wir beschränken uns dabei auf einige wenige, gut erkennbare Pflanzenkrankheiten“, erklärt die Biologielehrerin. Entsprechende Beobachtungsbögen gibt es als Download auf der Website des Projekts. Die Ergebnisse können ganz klassisch auf Papier erfasst und später am PC in die Datenbank auf der Website eingetragen werden oder mit einem Smartphone direkt vor Ort. „Eine App, mit der das offline geschehen könnte, gibt es leider noch nicht“, bedauert Hendrika van Waveren. Um sie zu entwickeln, fehlt das Geld. 

 

 

Senseboxen können in vielen Unterrichtsfächern eingesetzt werden. © Sergey Mukhametov, Reedu GmbH & Co. KG

Die eingetragenen Bäume und ihr Gesundheitszustand werden sofort auf einer Karte angezeigt. Schülerinnen und Schüler können die frei zugängliche Datenbank beispiels­weise für Facharbeiten oder Wettbewerbe wie Jugend forscht nutzen. Eine Jugend-forscht-Arbeit ist auf diese Weise schon entstanden – sie steht als Download auf der Treechecker-Website. 
„Dabei hat sich gezeigt, dass es – anders als vermutet – in der Stadt weniger kranke Bäume gibt als auf dem Land“, sagt Hendrika van Waveren. Doch das liegt möglicherweise weniger an den besseren Umweltbedingungen als vielmehr daran, dass kranke Bäume in der Stadt schneller gefällt werden, weil sie Menschen und Autos gefährden. 
Bei der Auswertung der Daten ist die Biologielehrerin ebenfalls noch weitgehend auf sich allein gestellt. „Wir versuchen, auf der Website zum Jahresende eine einfache deskrip­tive Statistik zu präsentieren.“

www.treechecker.de

Sensebox ermittelt Umweltdaten

Wie hoch ist die Feinstaubbelastung auf dem Schulhof? Wie laut ist es im Klassenzimmer? Exakte Umweltdaten über Klima, Luftqualität, Verkehrsaufkommen, Lärmbelästigung und vieles mehr können Schülerinnen und Schüler mithilfe von sogenannten Senseboxen ermitteln. „Mit dem Do-it-yourself-Bausatz lassen sich stationäre und mobile Sensorstationen bauen“, erklärt Thomas Bartoschek vom Institut für Geoinformatik an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. 
Für Schulen gibt es das Baukastensystem als Klassenkiste. Neben genauen Anleitungen zum schrittweisen Aufbau und Tipps zur Programmierung können Lehrkräfte auf der Website Tipps zum Einsatz der Sensebox, Arbeitsblätter für verschiedene Fächer, Klassen und Schulformen, Lernkarten, aber auch komplette Unterrichtsreihen abrufen. „Wir haben außerdem verschiedene Lernvideos für den Schulunterricht erstellt. Und wenn es gewünscht wird, begleitet das Sensebox-Team den Einstieg in die Messungen und Daten­erfassung bei Projekttagen“, sagt Thomas Bartoschek.
Etwa 1.000 Schulen in Deutschland arbeiten mit der Sensebox – und zwar in verschiedenen Fächern. Im Physikunterricht lernen die Schülerinnen und Schüler daran, wie Schaltkreise und elektronische Geräte funktionieren, im Informatikunterricht können sie die Sensorstationen programmieren. Im Bio- und Erdkundeunterricht werden die Boxen dann praktisch eingesetzt, um beispielsweise Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Feinstaubbelastung und ihren Einfluss auf lokale Umweltphänomene zu messen.
Die Stationen können mobil eingesetzt oder an einem festen Standort aufgebaut werden. „Etwa 500 Schulen sammeln dauerhaft Daten und übertragen sie ins Internet; etwa 250 Geräte sind fest auf Schulen montiert“, weiß Bartoschek.
Die Daten helfen, den Einfluss von Klima, Umweltbelastungen oder Verkehr zu ermitteln. Das Hochladen in die Datenbank verhindert, dass die Messergebnisse verloren gehen. Die Daten werden im Internet als Open Data bereitgestellt, das heißt, sie sind frei zugänglich. Auf einer Karte ist abzulesen, wo welche Werte ermittelt wurden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können die Daten für Forschungsprojekte ebenso abrufen wie interessierte Bürger oder Politikerinnen, die wissen wollen, wo in ihrem Ort die Lärm- oder Feinstaubbelastung am größten ist – und welche Auswirkungen dies hat. 

https://sensebox.de

Was ist Citizen Science?

Heinrich Schliemann, der Entdecker von Troja war einer, Benjamin Franklin, der Erfinder des Blitzableiters, oder Charles Darwin ebenfalls – auch wenn es den Begriff zu ihren Zeiten noch nicht gab. Denn sie alle hatten die Wissenschaften, die sie berühmt machten, nicht studiert. 
Das Oxford English Dictionary definiert Citizen Science als „wissenschaftliche Arbeit, die von Mitgliedern der allgemeinen Öffentlichkeit vorgenommen wird, oft in Zusammenarbeit mit oder unter der Führung von professionellen Wissenschaftlern oder wissenschaftlichen Institutionen“.
Neu ist die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern und Menschen, die nicht hauptberuflich in einem wissenschaftlichen Bereich arbeiten, nicht: Das erste organisierte Citizen-Science-Projekt soll der von der National Audubon Society initiierte Christmas Bird Count im Jahr 1900 gewesen sein. Die Vogelzählung wird seitdem in jedem Jahr durchgeführt, um den Bestand bestimmter Arten zu erfassen. 
In Deutschland gibt es das Citizen-­Science-Projekt des Naturschutzbunds Deutschland (NABU) seit 16 Jahren. An der Stunde der Gartenvögel beteiligten sich laut NABU in diesem Jahr so viele Menschen wie nie, nämlich mehr als 150.000.