Pflanzenbau im Zuge von Klimawandel und Energiewende – ein Forschungsprojekt für Schüler*innen
Projektdurchführung
Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig
Karl-Liebknecht-Str. 134
04275 Leipzig
Zielsetzung
Die Energiewende beeinflusst unser aller Leben, gleichzeitig ist ein Bevölkerungswachstum neben Raum- und Ressourcenknappheit zu vernehmen. Um eine Verbindung zweier bedeutsamer Themen zur Grundversorgung der Bevölkerung herzustellen, beschäftigte sich das Projekt mit einer gemeinsamen Flächennutzung der Landwirtschaft und regenerativer Energieerzeugung mittels Photovoltaik – der Agri-Photovoltaik.
Zusammen mit Studierenden und Wissenschaftler*Innen lernten Schüler*Innen und Auszubildende eigene Forschungsfragen zu entwickeln und in der Praxis Antworten zu finden. Hierzu wurden den Schüler*Innen verschiedene Angebote gemacht, die je nach Altersgruppe unterschiedlich strukturiert sind. Zu den Wichtigsten gehörten die den Schulalltag begleitenden Angebote, wie das Ganztagsangebot (GTA) oder die Begleitung von Schülerforschungsprojekten im Rahmen einer besonderen bzw. komplexen Lern Leistung (BeLL bzw. KOL) oder Jugend Forscht (JuFo). Diese richteten sich primär an Schüler*Innen ab der Klassenstufe 7 (GTA) sowie 11-12 (BeLL, KOL, JuFo). Weitere Angebote umfassten Projektwochen, Fachtage, Projektstände sowie Exkursionen, die ab der Klassenstufe 5 angeboten werden sollen. Dabei sollten Schüler*Innen aus verschiedenen Ausbildungsrichtungen und Fachgebieten, z.B. Gymnasiast*Innen vom Wilhelm-Ostwald- und Kant-Gymnasium in Leipzig sowie Berufsschüler*Innen im Fachbereich Gartenbau vom Berufsbildungswerk Leipzig, durch einen entsprechenden Wissens- und Erfahrungsaustausch voneinander profitieren.
Den Schüler*Innen und Auszubildenden steht ein auf der Dachterrasse eines HTWK-Gebäudes ein Agri-Photovoltaik Versuchsstand zur Verfügung an welchem eigene Experimente durchgeführt werden konnten. So konnten die zur Pflanzenüberwachung und zum Insektenmonitoring entwickelten Messsysteme am Versuchsaufbau getestet werden. Es war geplant, dass die Schüler*Innen die Messaufbauten später an verschiedenen Orten, wie Schulgarten, heimischer Garten/ Kleingarten, Botanischer Garten etc., unter verschiedenen Bedingungen und Pflanzen applizieren. Die gewonnenen Daten sollten zentral an der HTWK gemeinsam mit den Projektpartnern ausgewertet werden. Dabei wurden die Schüler*Innen technisch geschult und dazu angehalten, eigene Ideen und Konzepte zu entwickeln, einzubringen und umzusetzen. Durch die Thematisierung von Fragestellungen zum Klimawandel, der Nahrungsmittelversorgung und Energiegewinnung ging das Projekt auf aktuelle Probleme praktisch ein.
Arbeitsschritte
AP1 Projektvorstellung (Q1/23): Das Projekt wurde an Schulen und dem Berufsbildungswerk vorgestellt. Mit Plakaten, Flyern und Workshops wurde hier Interesse geweckt. Der Start erfolgte zunächst mit dem WOG, ab Mitte September arbeiteten alle Partner gemeinsam im neuen Schuljahr mit.
AP2 Einführungsworkshop (Q2/23): In einem gemeinsamen Auftaktformat mit Lehrkräften, Studierenden und weiteren Partnern wurden Projektziele geschärft, Rollen verteilt und eine langfristige Zusammenarbeit vorbereitet.
AP3 Pflanzen, Wasser & Licht (Sommer 23): Auf Grundlage von Bodenanalysen und Gesprächen mit Fachleuten entstanden individuelle Dünge- und Pflanzpläne. Praktische Laborübungen zu TOC-, pH- und Nährstoffwerten brachten wissenschaftliche Standards in den Schulalltag.
AP4 Versuchsaufbau Wasser & Licht (Herbst 23): Es wurde ein Low-Cost-NDVI/PRI-Sensor mit LED-Technik entwickelt, ergänzt durch Kameramodule und Datenübertragung an ein webbasiertes Dashboard. In einer Ferienhochschule programmierten Schülerinnen Sensorik mit Solarstromversorgung.
AP5 Pflanzen, Insekten & Wildkräuter (Winter 23/24): Auf Basis des Open-Source-Projekts „KInsecta“ arbeiteten Teilnehmende an Klassifikationsalgorithmen und der Gestaltung insektenfreundlicher Bepflanzung. Zwei BeLL-Arbeiten vertieften das Thema praxisnah.
AP6 Versuchsaufbau Insekten & Wildkräuter (Frühjahr 24): An verschiedenen Standorten, darunter das Gründach der HTWK und Flächen im BBW, wurden Insektenmonitoringsysteme mit Kamera, Mikrofon und Umweltsensorik installiert. Weitere Standorte wurden vorbereitet.
AP7 Ergebnisübertragung (Sommer 24): Es wurden Regenwassersammelrinnen mit ToF-Sensoren und automatisierter Tröpfchenbewässerung konstruiert. Diese Systeme führten zu effizienterem Wassereinsatz und liefern gleichzeitig wertvolle Monitoringdaten zur Pflanzengesundheit.
AP8 Verstetigung (Q3/24): Ein modularer Workshopbaukasten wurde konzipiert und erfolgreich erprobt. Erste Pilotformate zeigten, wie sich Inhalte langfristig in Bildungseinrichtungen integrieren lassen.
AP9 Dokumentation (laufend): Sämtliche Materialien – von Messsystemen bis zu Unterrichtseinheiten – wurden strukturiert gesammelt und in einer digitalen Projektumgebung bereitgestellt.
Das Projekt übertraf klassische schulische Formate deutlich, indem es eigenständige Forschung, Digitalisierung und Umweltbildung miteinander verknüpfte. Die Ergebnisse zeigen, wie technische Innovationen zu einer ressourcenschonenden, zukunftsfähigen Bildung beitragen können.
Ergebnisse
Das Projekt brachte vielfältige praxisnahe Erkenntnisse hervor. Durch gezielte Bodenverbesserung mit Kalk und Nitraten wurde deutlich, dass optimale Wachstumsbedingungen mehr als bloßes Einsetzen von Pflanzen erfordern. Der Anbau verschiedener Arten statt Monokulturen förderte das Verständnis für Biodiversität und pflanzliche Wechselwirkungen. Mischkulturen wie Karotte und Zwiebel reduzierten Schädlingsbefall und verdeutlichten Potenziale nachhaltiger Anbaumethoden. Ertragsmessungen zeigten, dass Bohnen und Erbsen unter Photovoltaikmodulen besonders ertragreich waren, ein Effekt der beschatteten und temperaturoptimierten Bedingungen. Süßkartoffeln hingegen erzielten auf Freiflächen höhere Erträge. Die automatische Bewässerung mit gesammeltem Regenwasser trug zur Ressourcenschonung bei. Ein LED-Sensor zur Pflanzenüberwachung sowie ein bildbasiertes Insektenmonitoring stärkten digitale Kompetenzen und das Verständnis für ökologische Zusammenhänge. Die Zusammenarbeit zwischen Schüler*innen und Auszubildenden, etwa bei der Entwicklung einer Wurmkiste zur Kompostierung, förderte praxisnahes Lernen und interdisziplinären Austausch. Auch der selbstentwickelte Nistkasten mit integrierter Sensortechnik eröffnete neue Perspektiven im Bereich Naturschutz und Datenerhebung.
Die angestrebten Projektziele wurden insgesamt weitgehend erreicht. Besonders erfolgreich war die Verbindung von nachhaltigem Pflanzenbau und technologischen Anwendungen. Der Austausch zwischen Schulen, Hochschule und weiteren Einrichtungen ermöglichte intensiven Wissenstransfer, interdisziplinäre Perspektiven sowie das Aufzeigen von Studien- und Berufswegen im naturwissenschaftlich-technischen Bereich. Die Entwicklung eines kostengünstigen Messsystems gelang, jedoch konnten geplante Varianten und die didaktische Aufbereitung für weitere Lernorte nicht vollständig umgesetzt werden.
Gründe für Abweichungen lagen unter anderem in personellen Wechseln, begrenzten Kapazitäten sowie Terminproblemen mit Partnerschulen. Daraus ergab sich eine strategische Fokussierung auf den Botanischen Garten Leipzig, wo ein funktionierendes Gesamtsystem aufgebaut und im Rahmen von Bildungsangeboten dauerhaft integriert wurde. Die Kooperation mit dem Wilhelm Ostwald Gymnasium, dem Kant Gymnasium, dem Botanischen Garten und dem Berufsbildungswerk Leipzig war durchgehend konstruktiv und zentral für den Projekterfolg. Einzelne Kooperationszusagen konnten aus organisatorischen Gründen nicht umgesetzt werden.
Öffentlichkeitsarbeit
Die Inhalte des Projektes wurden regelmäßig an der HTWK z. B im Rahmen von öffentlichen Veranstaltungen wie Lange Nacht der Wissenschaften, Girsday oder dem Hochschulinformationstag vorgestellt.
Weiterhin wurde und wird interessierten Schulkassen, sowie einzelnen Schüler*Innen in Form kleiner Workshops, Praktika oder Vorstellungen an der HTWK ein Einblick in das Projekt gegeben. Generell ist das Projekt für alle interessierten Schüler*Innen offen.
Werbematerialien stehen in Form von Flyern und Sticker zur Verfügung und können bei Interesse angefragt werden.
Für den weiteren Verlauf ist geplant im Projekt erarbeitete Inhalte aufzuarbeiten und in Form von Anleitung bzw. Sammlungen für Workshops oder Projekttage zur Verfügung zu stellen und damit zum Nachmachen anzuregen.
Fazit
Das Projekt setzte auf kooperatives, praxisnahes Lernen: Schülerinnen erforschten Pflanzenbau, Klimawandel und Energiewende in selbst konzipierten Versuchen, begleitet von Fachleuten aus Hochschule, Botanischem Garten und Berufsbildungswerk. Diese interdisziplinäre Zusammenarbeit weckte Entdeckerfreude und stärkte Problemlösefähigkeit, Selbstorganisation, Verantwortungsbewusstsein und Teamarbeit. Gruppen aus zwei Leipziger Gymnasien sowie dem Gartenbau Fachbereich des Berufsbildungswerks arbeiteten gemeinsam, profitierten voneinander und fanden neue Zugänge zu MINT Themen, wodurch individuelle Stärken sichtbar wurden. Gleichzeitig vernetzte das Projekt Akteur*innen aus Wissenschaft, Bildung und Gesellschaft; der kontinuierliche Austausch brachte vielfältige Perspektiven ein, sicherte den Erfolg und liefert Impulse für Folgeprojekte.
Die übergeordneten Ziele erwiesen sich als tragfähig und wurden weitgehend erreicht. Einzelne Teilziele, etwa die geplante Entwicklung mehrerer Low Cost Messsysteme sowie deren didaktische Aufbereitung zur Weitergabe an andere Lernorte, konnten im Projektverlauf nicht vollständig umgesetzt werden. Für eine mögliche Fortführung empfiehlt sich daher eine frühzeitigere Abstimmung mit externen Partnern sowie eine gezielte Stärkung der bildungsdidaktischen Komponente, um Synergien noch besser nutzen und Inhalte nachhaltiger verankern zu können.