Bürgerwissenschaftliche Projekte: Naturwissenschaftliche und technische Kompetenzen für Schüler und Klassenzimmer

Wenn Sie gerade einen Unterrichtsplan erstellen, finden Sie hier eine kurze Zusammenfassung der Vorteile von Citizen-Science-Projekten:

• Echte Daten: Schüler tragen zu echten Datenbanken bei, die von NASA, NOAA und Universitäten genutzt werden.

• Kostengünstig: Die meisten Plattformen sind kostenlos; der Ausrüstungsbedarf ist oft minimal (Smartphones, Ausdrucke).

• Skalierbar: Geeignet für Beobachtungen in der Grundschule (Klasse 1–5) oder Datenanalysen in der Oberstufe.

• Sicherheit geht vor: Feldarbeit erfordert die Einhaltung strenger Schutzmaßnahmen und Sicherheitsvorkehrungen.

• Wichtige Plattformen: Zooniverse (virtuell), iNaturalist (Biodiversität) und GLOBE (Klima).

Als technische Redakteurin prüfe ich täglich Methoden. Ein Projekt gilt nur dann als Bürgerwissenschaft, wenn es wissenschaftlichen Standards entspricht. Es reicht nicht, einfach nach draußen zu gehen und ein Insekt zu beobachten. Der Wert liegt in der Standardisierung der Beobachtung.

Damit ein Projekt die Zeit Ihres Unterrichts wert ist, muss es drei Kriterien erfüllen:

1. Standardisiertes Protokoll: Das Projekt muss klare Anweisungen zur Datenerhebung enthalten. Wenn beispielsweise 30 Schüler den Durchmesser eines Baumes messen, müssen alle dieselbe Methode anwenden (z. B. Brusthöhendurchmesser, BHD).

2. Offener Datenzugang: Die erhobenen Daten sollten einsehbar sein. So können die Schüler ihren Beitrag im Kontext globaler Trends sehen.

3. Praxisbezug: Die Daten müssen eine konkrete wissenschaftliche Fragestellung beantworten, wie z. B. die Verfolgung von Vogelzugmustern oder die Überwachung der Wassertrübung.

Durch die Teilnahme an solchen Projekten vermitteln Sie Ihren Schülern die wichtigste Lektion in den MINT-Fächern: Integrität. Wenn die Daten nicht korrekt sind, ist die Wissenschaft fehlerhaft.

Umweltmonitoring ist das Rückgrat des praxisorientierten MINT-Unterrichts. Es erfordert von den Schülerinnen und Schülern die direkte Auseinandersetzung mit ihrem lokalen Ökosystem. Dies ist hervorragend für Umweltbildungsprojekte geeignet, da es Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge in Bezug auf Umweltverschmutzung und Ökologie vermittelt.

EarthEcho Water Challenge

Dies ist ein klassischer Einstieg in die Umweltbildung. Schülerinnen und Schüler untersuchen lokale Gewässer auf grundlegende Parameter wie pH-Wert, gelösten Sauerstoff, Temperatur und Trübung. Professionelle Testkits können zwar teuer sein, einfache Testkits mit Chemikalientabletten sind jedoch kostengünstig und unter Aufsicht für Schülerinnen und Schüler der Mittelstufe sicher.

Pädagogischer Wert:

• Vermittelt Techniken der chemischen Analyse.

• Stellt einen Zusammenhang zwischen lokaler Wasserqualität und globaler Gesundheit her.

• Sicherheitshinweis: Tragen Sie beim Umgang mit Wasserproben unbekannter Herkunft stets Nitrilhandschuhe, um eine biologische Verunreinigung zu vermeiden.

Soil Your Undies (Soil Health Institute)

Trotz des humorvollen Namens handelt es sich hierbei um einen seriösen Test der mikrobiellen Aktivität. Man vergräbt ein Paar Unterhosen aus 100 % Baumwolle in der Erde und gräbt sie 60 Tage später wieder aus. Der Zersetzungsgrad gibt Aufschluss über die biologische Gesundheit des Bodens.

Datenanalyse:

• Hoher Zersetzungsgrad = hohe mikrobielle Aktivität (gesunder Boden).

• Niedriger Zersetzungsgrad = steriler oder chemisch belasteter Boden.

| Projekt | Schwerpunkt | Klassenstufe | Benötigte Ausrüstung |

| :--- | :--- | :--- | :--- |

| EarthEcho | Wasserchemie | 4.–12. Klasse | Testtabletten, Probenröhrchen |

| Soil Your Undies | Bodenbiologie | K.–12. Klasse | Baumwollstoff, Schaufel, Marker |

| Debris Tracker | Verschmutzungskartierung | 6.–12. Klasse | Smartphone (GPS) |

Biologische Erhebungen stoßen oft an ihre Grenzen, da die Wissenschaftler nicht überall gleichzeitig sein können. Hier kommen Ihre Schüler ins Spiel: Sie nutzen Werkzeuge und Apps zur Naturkunde.

iNaturalist & Seek

iNaturalist, ein Projekt der California Academy of Sciences und National Geographic, gilt als Goldstandard für die Erfassung der Artenvielfalt. Schüler fotografieren Pflanzen oder Tiere, und eine KI (unterstützt von einer Experten-Community) identifiziert die Arten.

• Für die Klassenstufen K-5: Nutzen Sie die App Seek. Sie gestaltet das Lernen spielerisch und erfasst keine Standortdaten der Nutzer, wodurch sie den Datenschutzbestimmungen für jüngere Schüler entspricht.

• Für die Klassenstufen 9-12: Nutzen Sie die vollständige Plattform iNaturalist. Lassen Sie Ihre Schüler die geografische Ausbreitung invasiver Arten in ihrer Region analysieren.

eBird

Dieses vom Cornell Lab of Ornithology entwickelte Projekt erfasst die Häufigkeit und Verbreitung von Vögeln. Es ist einer der größten existierenden Datensätze zur Artenvielfalt.

Umsetzungsstrategie:

1. Kalibrierung: Die Schüler lernen, fünf häufige einheimische Vogelarten zu bestimmen, bevor sie ins Gelände gehen.

2. Stationäre Zählung: Die Schüler sitzen zehn Minuten lang still da (eine sogenannte „Punktzählung“) und notieren alles, was sie sehen.

3. Dateneingabe: Die Zählung wird in die Datenbank hochgeladen.

Wichtiger Hinweis zur Ethik: Ich weise meine Teams stets an, Störungen zu minimieren. Wir beobachten Wildtiere, wir stören sie nicht. Bitte benutzen Sie Ferngläser, nicht Ihre Hände.

Klimawissenschaft kann für Schülerinnen und Schüler abstrakt wirken. Die praktische Anwendung auf lokaler Ebene macht sie greifbar. Das von der NASA geförderte Programm Global Learning and Observations to Benefit the Environment (GLOBE) bietet einige der anspruchsvollsten Möglichkeiten, Klimawissenschaft für Schülerinnen und Schüler zu betreiben.

GLOBE Observer: Wolken

Satelliten beobachten Wolken von oben; Schülerinnen und Schüler sehen sie von unten. Durch den Abgleich von Bodenbeobachtungen mit Satellitendaten kann die NASA ihre Instrumente kalibrieren.

• Die Aufgabe: Schülerinnen und Schüler beobachten Wolkenart, Bedeckungsgrad und Opazität zu bestimmten Zeitpunkten (meist während eines Satellitenüberflugs).

• Das Tool: Die GLOBE Observer App führt Schülerinnen und Schüler durch den Bestimmungsprozess.

• Kostengünstig: Die App ist kostenlos. Man benötigt lediglich freie Sicht zum Himmel.

Städtischer Wärmeinseleffekt

Schülerinnen und Schüler können mit Infrarotthermometern die Oberflächentemperaturen verschiedener Materialien (z. B. Asphalt vs. Gras) messen. Diese Daten helfen Stadtplanern zu verstehen, wie Städte Wärme speichern. Dies ist eine besondere Form der Materialwissenschaft – das Verständnis der Wärmespeichereigenschaften von Baustoffen.

Nicht jede Mikroschule oder jeder Homeschooling-Kurs hat Zugang zu einem Wald oder Feuchtgebiet. Zudem können Zugänglichkeitsprobleme manche Schüler von Feldarbeit in unwegsamem Gelände abhalten. Hier kommen virtuelle Exkursionen und digitale Bürgerwissenschaft ins Spiel.

Zooniverse

Dies ist die weltweit größte Plattform für nutzergenerierte Forschung. Sie ermöglicht es Schülern, Daten zu verarbeiten, die Computer noch nicht perfekt bewältigen können.

• Galaxienzoo: Galaxienformen anhand von Hubble-Teleskopbildern klassifizieren.

• Schwimmende Wälder: Kelpwälder auf Satellitenbildern identifizieren.

• Pinguinbeobachtung: Pinguine auf Fotos von Wildkameras zählen.

Diese Projekte eignen sich ideal für Regentage oder Umgebungen mit eingeschränktem Zugang ins Freie. Sie vermitteln Mustererkennung und die Bedeutung der Stichprobengröße (N) in der Statistik. Kostentechnisch benötigen Sie lediglich einen Internetanschluss.

Ein häufiger Fehler bei Wissenschaftswettbewerben ist, sich auf die Demonstrationsphase zu beschränken (z. B. „Schaut her, ein Vulkan bricht aus!“). Ein echtes Experiment erfordert eine Hypothese und eine Datenanalyse. Datenbanken für Bürgerwissenschaftsprojekte liefern das Rohmaterial für erfolgreiche Projekte.

So gelingt der Übergang zur Analyse: Anstatt nur Daten beizusteuern, lassen Sie die Schüler die Daten von diesen Plattformen herunterladen, um eine Frage zu beantworten.

• Beispiel für eine Hypothese: „Korreliert die Häufigkeit der Kardinalsichtungen auf eBird mit dem durchschnittlichen monatlichen Temperaturrückgang in [Ihrer Stadt]?“

• Methode: Laden Sie eBird-Daten der letzten 5 Jahre herunter. Laden Sie Wetterdaten herunter. Stellen Sie die Daten in einem Diagramm dar.

• Fazit: Statistische Analyse realer Trends.

Dieser Ansatz vermittelt Datenkompetenz und Tabellenkalkulationskenntnisse (Excel/Google Sheets), die wohl zu den gefragtesten MINT-Kompetenzen zählen, die Schüler erwerben können.

Ich kann eine Anleitung nicht freigeben, ohne die Sicherheitsbestimmungen zu berücksichtigen. Im Labor haben wir Abzüge. Im Gelände ist man der Witterung ausgesetzt. Vor der Durchführung von Bürgerwissenschaftsprojekten muss ein Sicherheitsprotokoll erstellt werden.

Checkliste für persönliche Schutzausrüstung (PSA)

Auch für eine Bio-Aktion im eigenen Garten gelten Standards:

1. Augenschutz: Beim Durchqueren von dichtem Gebüsch schützen Polycarbonat-Schutzbrillen (ANSI Z87.1-zertifiziert) vor Hornhautverletzungen durch Zweige.

2. Handschutz: Nitrilhandschuhe für Wasserproben; Leder- oder Synthetikhandschuhe zum Bewegen von Steinen/Baumstämmen.

3. Umweltschutz: Sonnenschutzmittel und Insektenschutzmittel gehören zur PSA. Behandeln Sie sie entsprechend.

Situationsbewusstsein

Bringen Sie den Schülern den „10-Sekunden-Scan“ bei. Bevor sie sich auf einen Bildschirm oder eine Probe konzentrieren, müssen sie ihre Umgebung (360°) auf Gefahren (Verkehr, Wildtiere, Geländebeschaffenheit) absuchen. Die Wissenschaft hört auf, wenn die Sicherheit gefährdet ist.