Neues ETS-Projekt: Mit dem Smartphone gemeinsam den Untergrund erkunden

06/10/2020

Successful applications from the specialist group in the Exploratory Teaching Space (ETS) in 2020

  Awardees of ETS  

Der Exploratory Teaching Space, kurz ETS, wurde im Rahmen des Zukunftskonzepts für die Lehre – aufbauend auf den positiven Erfahrungen in der Forschung – im Jahr 2009 an der RWTH Aachen eingerichtet. ETS verfolgt das Ziel, eine Plattform für eine kreative Ideengenerierung im Bereich der Lehre an der RWTH zu schaffen. Die Aufrufe finden einmal jährlich statt. Die eingereichten Anträge werden RWTH-intern begutachtet und anschließend durch das ETS-Auswahlgremium, bestehend aus dem ETS-Lenkungsgremium und je einem Vertreter der wissenschaftlichen Mitarbeiter und der Studierenden, ausgewählt.

In 2020 wurden erfreulicherweise zwei Anträge aus der Fachgruppe Geowissenschaften und Geographie ausgezeichnet:

  1. ETS 455: GeoPhyphox - Mit dem Smartphone gemeinsam den Untergrund erkunden von Prof. Florian Wagner und Dr. Norbert Klitzsch

  2. ETS 439: Base Friction Table von Prof. Florian Amann, Dr. Pooya Hamdi und Dr. Anja Dufresne

ETS 455: GeoPhyphox - Mit dem Smartphone gemeinsam den Untergrund erkunden von Prof. Florian Wagner und Dr. Norbert Klitzsch

Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung geophysikalischer Experimente mit dem Smartphone, mit denen Studierende in Vorlesungen erworbene Kenntnisse, z.B. zur Lokalisierung von Erdbeben, durch gemeinsame experimentelle Feldarbeiten vertiefen können. Weiterhin sollen die Experimente dazu dienen, praxisnahe Aspekte wie Logistik im Gelände, Qualitätskontrolle der Messdaten vor Ort und anschließende Datenverarbeitung und -visualisierung zu vermitteln, welche im Hörsaal meist zu kurz kommen. Ein geophysikalisches Geländepraktikum kann bisher aufgrund der geringen Anzahl vorhandener Messgeräte und des logistischen Aufwands nur für eine sehr kleine Gruppe von Studierenden angeboten werden, ist jedoch ein wesentlicher Aspekt der Geophysikausbildung.

In diesem Projekt wollen wir geophysikalische Experimente mithilfe der in Aachen entwickelten App phyphox konzipieren, welche es ermöglicht, Sensoren in Smartphones anzusteuern. Sie wird bereits vielfach für Experimente in der Physik an Schulen und Universitäten eingesetzt - jedoch bisher nicht in der Geophysik. Die Nutzung für geophysikalische Experimente im Gelände erfordert Weiterentwicklungen, die wir Rahmen dieses Projekts realisieren wollen. Wenn geophysikalische Experimente mit dem Smartphone möglich sind, können sie in mehreren Lehrveranstaltung im B.Sc.- und M.Sc.-Bereich eingesetzt werden und die Studierenden können selbständig Versuche durchführen, die gewonnenen Messergebnisse mithilfe von interaktiven webbasierten Dokumenten (Jupyter Notebooks) prozessieren, hinsichtlich ihrer Genauigkeit analysieren, visualisieren und interpretieren. Diese Arbeitsschritte sind elementar im späteren Beruf von Geophysiker*innen (z.B. bei der Rohstoffsuche), ihre frühe und breite Vermittlung ist aufgrund o.g. logistischer Herausforderungen jedoch nicht möglich. Ferner sollen die Entwicklungen in diesem Projekt dazu dienen, der Öffentlichkeit geophysikalische Themen wie z.B. induzierte Seismizität näherzubringen (z.B. bei der RWTH-Wissenschaftsnacht) und insbesondere Schüler*innen für ein geowissenschaftliches Studium zu begeistern.

ETS 439: Base Friction Table von Prof. Florian Amann, Dr. Pooya Hamdi und Dr. Anja

An essential part of practical engineering geology is the translation of geological information into
construction design or engineering-geological assessments and prognoses. This concerns in
particular tunnel design and construction, and assessment of slope stability. These important tasks
of engineering geology are central in our teaching. Of particular relevance is the interaction
between the orientations of geological interfaces with the construction axis, respectively with a
natural/artificial slope. Depending on the geometric constellation, degrees of freedom result, which
determine the fracture mechanism. For example, in the simplest case, a rock slope will tilt when
the geological interfaces collapse against the slope or slide when they collapse with the slope.
Our goal is to improve student understanding of failure mechanisms and fracture processes
significantly by simulating them physically with a mobile Base Friction Table (Fig. 1). Motivated by
the positive experiences in previous classes (Amann at ETH Zürich), we designed learning
concepts tailored to our courses. The Table can be used in a variety of settings, e.g. during
lectures by projecting the simulation onto the screen or for small group work during exercises and
tutorials. By providing practical live examples of the complex topics taught theoretically we can
convey these processes much more vividly. Furthermore, students can autonomously test their
own ideas, investigate increasingly complex geometric constellations, and compare the
experiments with, respectively validate the numerical models taught in exercises. We intend to
implement the Base Friction Table for in-class demonstration in the BSc course Rock and Soil
Mechanics (~100 students) and as hands-on, small-group exercises in the MSc courses
Underground Excavation (~50 students) and Landslide and Rock Slope Analysis (~40 students).

Allgemeine Informationen