TH Köln: Schulexperiment für smart gesteuertes Wachstum

Um Schülerinnen und Schüler an Technikthemen mit aktuellem Forschungsbezug heranzuführen, möchten die Universitäten Köln und Düsseldorf innovative Experiment-Setups für den Unterricht entwickeln.

Die im Projekt RhizoTech entwickelten Sensoren werden rund zehn Zentimeter tief in die Erde gesteckt und sammeln Informationen zu Lufttemperatur, Bodenfeuchte, Lichtintensität oder Luftdruck. Bild: Heike Fischer/TH Köln.

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Um Schülerinnen und Schüler praktisch an Technikthemen mit aktuellem Forschungsbezug heranzuführen, möchte ein gemeinsames biodidaktisches Projekt der Technischen Hochschule Köln und des Exzellenzclusters CEPLAS für Pflanzenzüchtungsforschung (Universitäten Köln und Düsseldorf) innovative Experiment-Setups für den Unterricht entwickeln. Das Projekt „RhizoTech – Forschend-entdeckendes Lernen und Lehren in Biologie und Technik zur Ökologie des Wurzelraums der Pflanze“ wird von der RheinEnergie-Stiftung für eine Laufzeit von drei Jahren gefördert. Der Botaniker Professor Dr. Marcel Bucher von der Universität zu Köln erklärt, dass die Schülerinnen und Schüler die Wurzeln einer Pflanze und den sie umliegenden Raum untersuchen und ansteuern werden: „Die sogenannte Rhizosphäre ist der Raum, der sich in der Erde im Einflussbereich rund um eine Wurzel befindet. In der Rhizosphäre steht die Pflanze in Wechselwirkung mit dem Boden und mit Lebewesen wie Millionen von Mikroorganismen. Seine gesunde Balance ist entscheidend für das Pflanzenwachstum.“

Zur Entwicklung einer didaktischen Einheit werden die Forscherinnen und Forscher der beteiligten Hochschulen zunächst einen Roboter-Prototypen entwickeln, dessen Sensoren sämtliche Umweltparameter in der Erde aufzeichnen sollen. Diese Informationen sollen auf Basis von Cloud-Technologie ausgewertet werden, um eine automatisierte bedarfsgerechte Bewässerung von Pflanzen herbeizuführen.

Um auf einfache Weise Informationen über die Rhizosphäre zu sammeln, hat ein Team um Professor Dr. Uwe Dettmar vom Institut für Nachrichtentechnik der TH Köln, unterstützt durch das CEPLAS-Team, bereits einen Prototyp entwickelt, der aus mehreren Komponenten besteht: Dazu zählen Sensoren, die rund zehn Zentimeter tief in die Erde gesteckt werden und Informationen zu Luft- und Bodentemperatur, Luft- und Bodenfeuchte, Lichtintensität sowie Luftdruck sammeln. „Die Sensordaten werden per Kabel an die sogenannte Sensorbox und per Funk weiter an einen zentralen Server übertragen. Dort erfolgt die Analyse und grafische Aufbereitung der Messdaten. Auf Grundlage dieser Daten kann später ein automatisierter Agrar-Roboter gesteuert werden, der die Pflanzen etwa gezielt bewässert oder düngt“, so Dettmar.

Am Exzellenzcluster CEPLAS entwickeln Lehramtsstudierende regelmäßig im Berufsfeldpraktikum Unterrichtsmaterialien und Experimente, mit denen das Interesse von Schülerinnen und Schülern für die Biologie geweckt werden soll. In dem RhizoTech-Projekt können mit dem Prototyp Versuchsszenarien aufgebaut werden, um zu erkunden, wie eine Pflanze auf Trocken- oder Überflutungsstress reagiert und was beim Einsatz von Dünger passiert. Nicht nur Schulen, auch künftige Forschungsprojekte am CEPLAS profitieren von der neuen Technologie. „Durch die Sensoren können wir sehr zuverlässig messen, welche Umweltbedingungen im Freiland herrschen. Das ermöglicht uns, auch im Gewächshaus die Wirklichkeit möglichst gut zu simulieren und dann unter kontrollierten Bedingungen Experimente durchzuführen“, so Marcel Bucher. Das Forschungsprojekt „RhizoTech“ liefert Schülerinnen und Schülern künftig Einblicke in das Internet of Things, die Arbeitsweise von Sensoren und die Übertragung, Sammlung und Verarbeitung von Daten. So wird ihnen schon früh ein praktischer Zugang zu MINT-Themen ermöglicht.

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