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Das Burghardt-Gymnasium Buchen (BGB) ist ein allgemeinbildendes Gymnasium mit naturwissenschaftlichem Profil, sprachlichem Profil und Sportprofil, auf dem etwa 946 Schülerinnen und Schüler von etwa 75 Lehrerinnen und Lehrern unterrichtet werden. Das BGB ist eines der 44 Gymnasien im Land Baden-Württemberg, an dem man das Abitur wahlweise in acht oder neun Jahren ablegen kann.

 

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2018 04 09 21 48 48(Hs) Beim Landeswettbewerb "Mikro-makro-mint" der Baden-Württemberg Stiftung haben sich unsere Schüler vom BGB und ZGB mit ihrem Projekt zum Bau einer Analytik-Drohne gegen fast 200 Forscherteams aus ganz Baden-Württemberg durchgesetzt. Bereits 2016 fällte ein von der Baden-Württemberg Stiftung eingesetztes Expertengremium diese positive Entscheidung für unsere Schüler. Mit großer Freude vernahmen Jonathan Wehner (BGB) und Dominik König (ZGB) diesen Bescheid und die Förderzusage über die bereitgestellten finanziellen Mittel des Landes. Über einen Zeitraum von knapp zwei Jahren entwickelten sie ihren „Datacopter“, einen flugfähigen Prototyp zur Messung der Luftqualität.

Das Bild zeigt v.l.n.r: Thomas Haas (Betreuer, BGB), Matthias Geiger (Kooperationspartner, Binder Elektronik), Jonathan Wehner (Nachwuchsforscher, BGB), Dominik König (Nachwuchsforscher, ZGB), Eva Raff (Abteilungsleiterin MINT, BGB)

 

Das rege Interesse an Programmierung und Mikrocontrolling veranlasste unsere Schüler bereits im Jahr 2016 sich beim Förderprogramm "mikro makro mint" der Baden-Württemberg Stiftung zu bewerben. Mit ihrem „Datacopter“, einem flugfähigen Prototyp zur Messung der Luftqualität, setzten sie sich souverän gegen die Vielzahl der Anträge anderer Forschungsgruppen durch.

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Das Projekt sah den Bau einer Drohne zur Schadstoffmessung in der Luft bei verschiedenen Höhenprofilen vor. Da die Drohne aber nicht nur als mobile Wetterstation betrachtet werden sollte, implementierten die Schüler weitere spezielle Sensormodule wie sie routinemäßig auch in der Umweltanalytik zum Einsatz kommen. Das Herzstück der Drohne ist dabei eine Kammer mit speziellen Sensormodulen, die über den Mikrocontroller Arduino angesteuert werden. Schon hier waren besondere Kenntnisse erforderlich: Sie mussten Programme selbst schreiben und die Software der Messelektronik selbst austesten und kalibrieren. Zur Modellierung der benötigten Gehäuseteile nutzten sie die schulinterne CAD-Software und den 3D-Drucker.

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Als Messeinheiten wurden spezielle Sensoren der Luftqualitätsmessung verwendet. Es kamen hier vor allem der Kohlenstoffdioxid-, der Ozon-, und der Feinstaubsensor zum Einsatz. Der Messaufbau erlaubte den Schülern somit Aussagen über die wichtigsten Luftparameter zu treffen und konnte zu Vergleichsmessungen herangezogen werden.

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Unsere Schüler arbeiten stets selbstständig und projektorientiert an der Umsetzung und Realisierung ihrer Forschungsarbeit. In regelmäßigen wöchentlichen Treffen wurden Informationen und Fachwissen zur Umsetzung ausgetauscht. Hier widmeten sie sich den aktuellen technischen Problemen und fanden fast immer gemeinsam eine zielführende Lösung. Bei größeren technischen Problemen oder Unklarheiten in der Software wurden manchmal auch einzelne Bauteile und Module von den Schülern mit nach Hause genommen um längere Zeit daran zu arbeiten und sie im Selbststudium zu überdenken. Die Planung sowie die Konstruktion der Drohne koordinierten die Schüler weitgehend eigenständig. Die Beschaffung der benötigten Baugruppen übernahm ihr Betreuer Thomas Haas. Für die Feldversuche am fertigen Objekt bekamen die Schüler von Dennis Häfner und dessen Familie ein mehrere Hektar großes landwirtschaftliches Wiesengrundstück zur Verfügung gestellt. Dies war notwendig um mögliche Sach- und Personenschäden beim Jungfernflug schon im Vorfeld zu vermeiden. Die Eignung der Drohne als Sensor zur semiquantitativen Charakterisierung der Luftqualität wurde von den Schülern in vielen Feldversuchen auf der Buchener Gemarkung untersucht und bestätigt.

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Bei der Umsetzung und Realisierung der Forschungsarbeit gab es natürlich auch einige Rückschläge und scheinbar unüberwindbare Herausforderungen. Glücklicherweise stand hier den Schülern Herr Matthias Geiger, der Leiter der Ausbildungsabteilung und des F&E-Labors der Firma Binder Elektronik, als externer Fachmann zur Seite. Bei schwerwiegenden Fragestellungen und Problemen konnte er den Schülern stets hilfreiche Tipps und Empfehlungen geben und sie konnten ihn jeder Zeit in konstruktiven Meetings in der Firma zu Rate ziehen.

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Auch nach dem Ende des Projekts wollen die Schüler in weiterführenden Untersuchungen die Kalibrierung der Sensorik noch genauer abstimmen und feinjustieren. Für eine genormte und quantitative Erfassung der Parameter der Luftqualität wollen sie die Daten verlässlicher detektieren umso beispielsweise gezielt Emmisionsmessungen an regional außergewöhnlichen Orten zu machen. Gerade in Bezug auf den Schutz der Gesundheit der Bevölkerung möchten sie noch mehr Arbeit in die Untersuchungen des Feinstaubs investieren.

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