Project

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Biotinkering for Youth

English title Robotics and digital learning in plant science engagement
Applicant Santelia Diana
Number 200184
Funding scheme Agora
Research institution Institut für Integrative Biologie Departement Umweltsystemwissenschaften ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Molecular Biology
Start/End 01.04.2021 - 30.09.2023
Approved amount 199'999.00
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All Disciplines (8)

Discipline
Molecular Biology
Geochemistry
Other disciplines of Environmental Sciences
Genetics
Mechanical Engineering
Cellular Biology, Cytology
Information Technology
Biochemistry

Keywords (7)

STEM-rich tinkering, STEM-education; Computational thinking; Robotics; Design-thinking; Interdisciplinary; Natural-digital; Critical thinking

Lay Summary (German)

Lead
Das Kompetenzzentrum für Pflanzenwissenschaften entwickelt Biotinkering-Workshops in Zusammenarbeit mit Expert*innen aus den Bereichen Design (ZHdK Zürich), MINT-Bildung/ Pädagogik / Informatische Bildung (PH Zürich), Informatik (ABZ ETH Zurich), Robotik (ETH Zürich), AI und Machine Learning (Universität Zürich). Verschiedene Schulen, Ferienlager, Gemeindezentren und Science Learning Centers werden die Workshopaktivitäten erproben und regelmässig anbieten. Dieses Projekt wird mehr als 1200 Kinder und Jugendliche fördern. Darüber hinaus werden wir durch Open-Access-Lernmaterialien, Video-Tutorials und Präsentationen an Konferenzen für Wissenschaftskommunikation, einen Beitrag zur Entwicklung neuer MINT-Aktivitäten und kreativer Lernräume leisten.
Lay summary

Pflanzen sind lebenswichtig für unserer Erde. Sie haben erstaunliche Mechanismen entwickelt, um sich an unterschiedliche Umweltbedingungen anzupassen. Wir Wissenenschaftler*innen sind erst am Anfang der Entdeckungsreise. Es gibt noch viel zu erforschen, insbesondere im Hinblick auf den Klimawandel und den Verlust der Artenvielfalt. Dieses Projekt bezieht sich auf die aktuelle Forschung in den Bereichen Pflanzenentwicklung und Physiologie, Umweltsystemwissenschaft, Robotik und Datenanalyse. Gemeinsam mit Kindern und Jugendlichen (8-16 Jahre) werden wir in die Datenwelt der Pflanzen eintauchen und Forschungsinstrumente erkunden und selbst bauen. Wir entwickeln Workshops und Projektwochen, die ein prozessorientiertes Experimentieren mit Materialien und Instrumenten ermöglichen. Wir nennen diesen kreativen Prozess «Biotinkering». Im Zentrum steht die Verknüpfung von Naturwissenschaften, Technologie, Kunst und Design. Wir kombinieren wissenschaftliche Fragestellungen mit ästhetischen Erfahrungen. Letztere wecken Emotionen und Einfühlungsvermögen, intensivieren das Engagement und erleichtern ein reflektierendes und forschungsbasiertes Lernen. Durch Bastelaktivitäten (=Tinkering) mit Pflanzen, Elektronik, Robotik und Programierung können die Kinder und Jugendlichen Datenkompetenzen und rechnerisches Denken aufbauen und gleichzeitig in der Natur verankern. Kompetenzen wie Kreativität, Teamarbeit, Kommunikations- und Problemlösungsfähigkeiten werden gefördert und stärken das Selbstvertrauen und kritische Denken. Dieser ganzheitliche Ansatz ermöglicht einzigartige Lernerfahrungen und entspricht der steigenden Nachfrage unserer sich wandelnden Gesellschaft, junge Menschen bei der Entwicklung von wissenschaftlichen und digitalen Kompetenzen und kreativer Belastbarkeit zu unterstützen.

Direct link to Lay Summary Last update: 22.03.2021

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
184762 Towards a mechanistic understanding of the role of the OCTOPUS gene family in phloem development and sink growth 01.02.2020 Project funding (Div. I-III)
152817 Acceleration of complex motor learning by skill level-dependent feedback design and automatic selection 01.04.2014 Interdisciplinary projects
182538 Explore the ‘upper hidden half’ of trees: The influence of crown position on the seasonal dynamics of biological processes in the canopy of a temperate mixed forest 01.02.2019 Project funding (Div. I-III)
185831 Improving Plant Root Interactions with Beneficial Microbes: The role of Plant Immunity and Metabolite Exudation 01.03.2020 PRIMA
189249 Plant Responsiveness to Microbiota Feedbacks 01.01.2020 Project funding (Div. I-III)
169671 The structure, robustness, and functioning of the web of life 01.05.2017 Project funding (Div. I-III)
185241 Rewiring starch metabolism for plant environmental adaptation 01.10.2019 Project funding (Div. I-III)
182625 Encoding, regulation and decoding of early plant receptor kinase signaling 01.01.2019 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Plants are fundamental components of the earth system. They have evolved amazing mechanisms to adapt to different environmental conditions, yet there still remains a lot to discover, especially in light of climate change, biodiversity loss and food security. This project relates to current research in plant development and physiology, environmental system science, robotics and data analytics (image processing, predictive modelling and machine learning). This project will immerse youth (age 8-16) in the data world of plants and explores research tools, such as sensors and imaging technologies. What data are hidden in plants and how do plant scientists make use of them? What is plant intelligence and how can it be investigated? We will embrace these questions and investigate them within a creative context. We will develop and run Biotinkering workshops which enable process-oriented experimentation with materials and tools. Central to our ethos is the fusion of scientific questioning with aesthetic experiences - enabling emotion and empathy, intensifying engagement and facilitating reflexive-, and inquiry-based learning. Learning takes place through the physical construction of artefacts - learning by making with the hands. Future skill competences, such as creativity and problem-solving, framing the activities with natural phenomena and environmental narratives will foster self-efficacy and critical-thinking. Tinkering activities incorporating coding will enable children aged 8-16 to build up data literacy and computational thinking, while grounding them in nature. This holistic approach to science engagement is unique and responds to the emerging demand of our transforming society to enable young people in developing scientific and digital literacy and creative resilience.We have the knowledge and ability to undertake this project as we are a competence center for Plant Sciences with a strong record of delivering innovative science engagement. We combine our knowledge of science, and access to research resources, with collaborators in design, STEM-education, computer science and robotics to create unique learning experiences. Diverse schools, organizers of holiday camps, community centers and science learning centers have committed to integrate the workshop activities into their regular programs. The outcomes will be different workshop activities that can be offered individually at science festivals or combined in school class project weeks and holiday camps. The expected impact and public value embraces: (i) the development of new STEM-activities engaging youth with cross-disciplinary projects involving natural sciences, technology, art and design; and (ii) building capacities for creative learning ecosystems enabling young people to develop future-proof skills. This project will directly benefit 1200+ children and adolescents, not including the reach gained by teacher and facilitator training in tinkering methods (80+). Furthermore, we will contribute to the national and international science engagement community through conference presentations and Open Access learning materials and video tutorials.
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