Katinka Sauer, Gaby Schulemann-Maier, Sebastian König und Stefan Brunzel

Inhalt

1 Einleitung

Das Wissen über Arten und ökologische Zusammenhänge nimmt in der bundesdeutschen Bevölkerung und auch unter Akteuren aus dem Naturschutz ab ( Frobel, Schlumprecht 2014). Mit abnehmender Naturerfahrung und Kenntnis heimischer Tier- und Pflanzenarten nimmt aber auch die Bereitschaft der Menschen ab, sich für Belange des Natur- und Umweltschutzes einzusetzen ( Lindemann-Matthies 2002, 2005; Soga, Gaston 2016; Hergenröder et al. 2022), obwohl Naturzerstörung von der Bevölkerung als Bedrohung wahrgenommen wird ( BMUV, UBA 2022). Gleichzeitig ist die Kenntnis heimischer Tier- und Pflanzenarten für viele Fachkräfte im beruflichen Naturschutz eine Notwendigkeit, um bspw. Lebensräume und deren Veränderungen beurteilen und bewerten zu können ( Kühne et al. 2014). Damit ist Artenkenntnis insbesondere für das Management von Schutzgebieten, z. B. im Rahmen von Natura 2000, eine essenzielle Voraussetzung ( Schulte et al. 2019). Entsprechend wichtig ist es daher, der Bevölkerung und den Fachkräften Wissen über ökologische Zusammenhänge, Ursachen der Gefährdung von Arten und Lebensräumen sowie über Schutzmaßnahmen zu vermitteln. Dabei ist nicht zuletzt auch die Vermittlung von Artenkenntnis wichtig.

Wissensvermittlung geschieht zunehmend auch über digitale Formate ( Dotterweich 2020; Groß et al. 2022). In Bereichen wie der Automobilindustrie ist die Wissensvermittlung durch digitale Hilfsmittel, z. B. „erweiterte Realität“ (augmented reality, AR) und „virtuelle Realität“ (virtual reality, VR; Abb. 1) oder online abrufbare Videos ( Rademacher 2014), etabliert. In der Naturschutzbildung, ob im beruflichen Kontext oder im Freizeitbereich, ist sie jedoch oft noch unterrepräsentiert.

Digitale Formate, wie AR, VR und spielbasiertes digitales Lernen (game-based learning, GBL), z. B. auf mobilen Endgeräten, oder E-Learning-Plattformen, die Lehrmaterial (Videos, Tutorials) vorhalten, sollen weder analoge Lernangebote noch In-situ-Naturerfahrungen durch Exkursionen o. Ä. oder den realen Austausch mit Lehrenden, Fachexpertinnen und Fachexperten ersetzen ( Eckes et al. 2021). Sie können jedoch verschiedenartige Anreize schaffen und Erfahrungsmöglichkeiten bieten, die analog nicht oder nur eingeschränkt realisierbar sind. So können Detektoren Fledermausrufe für das menschliche Ohr hörbar machen ( Dotterweich, Lude 2021), VR kann Erkundungen an nicht oder nur schwer zugänglichen Orten wie Korallenriffen oder Naturschutzgebieten ermöglichen und diese bspw. für mobilitätseingeschränkte Menschen erschließen ( Eckes et al. 2021). Ebenso lassen sich abstrakte Prozesse visualisieren, bspw. die Folgen des Klimawandels für Korallenriffe anhand eines 360-Grad-Films (ebd.). E-Learning-Angebote haben den Vorteil, einen orts- und zeitunabhängigen Zugang zu Bildungsinhalten zu schaffen und sich flexibel in individuelle Lebensstile integrieren zu lassen ( Bacelar-Nicolau et al. 2009).

Einige Studien, in denen analoge, klassische Bildungsangebote mit Angeboten auf mobilen Endgeräten (Smartphone, Tablet) verglichen wurden, konnten zeigen, dass der Wissenserwerb bei den mobilen digitalen Angeboten vergleichbar (oder höher) war ( Ruchter et al. 2010; Crawford et al. 2017) und sie im Schulunterricht generell eine Bereicherung darstellen können ( Groß et al. 2022). Insbesondere in Hinblick auf fachfremde Personen und spezielle Kompetenzen wie Artenkenntnis verschaffen Apps wie Flora Incognita einen ersten Zugang zur Materie und erhöhen den Reiz und die Motivation, sich intensiver mit bisher unbekannten Themen zu beschäftigen ( Mäder et al. 2021). Andere Studien zeigen, dass z. B. bei GBL deutliche Unterschiede hinsichtlich des Lernerfolgs zwischen stationären und mobilen Endgeräten bestehen können ( Giannakas et al. 2018). Grundsätzlich können digitale Formate in der Naturschutzbildung didaktisch sinnvoll oder eher kontraproduktiv eingesetzt werden, dann mit im Vergleich zu rein analogen Formaten geringerem Lernerfolg ( Dotterweich 2020). In einem didaktischen Sinne kontraproduktiv sind digitale Formate z. B. immer dann, wenn sie technisch überladen zu einer Überforderung der Nutzerinnen und Nutzer führen ( Dunleavy, Dede 2014).

Der vorliegende Artikel befasst sich daher mit der Frage, welche Chancen und Risiken eine Digitalisierung der Naturschutzbildung bietet. Hierbei geht es speziell um die Nutzung digitaler Formate zur Vermittlung von Wissen über Natur und Naturschutz, nicht um Wissensvermittlung zu den digitalen Techniken an sich. Weiterhin wird im Folgenden unter dem Begriff „Naturschutzbildung“ Natur- und Umweltbildung zusammengefasst, da auch reine Naturwissensvermittlung Naturschutzbildung im weiteren Sinne ist. Hierzu werden beispielhaft unterschiedliche Ansätze und Projekte vorgestellt: der Einsatz von VR im E-Learning-Lehrgang „Natura-2000-Manager/in“, die Vermittlung von Artenkenntnis über Online-Schulungen der NABU|naturgucker-Akademie (NABU – Naturschutzbund Deutschland) sowie Flora Incognita, eine auf maschinellem Lernen basierende App zur Bestimmung von Pflanzen.

2 Digitalisierung in der Naturschutzbildung – Fallbeispiele

2.1 E-Learning und virtuelle Realität im Lehrgang „Natura-2000-Manager/in“

Der Lehrgang „Natura-2000-Manager/in“ dient der beruflichen Weiterbildung und bündelt umfänglich Fachinhalte zu Natura 2000 aus unterschiedlichsten Disziplinen, die für die Ausübung des komplexen Berufsbilds von Natura-2000-Managerinnen und -Managern relevant sind: von der Landwirtschaft über die Ökologie bis hin zu Projektmanagement und Kommunikationsstrategien. Diese interdisziplinäre Verschneidung unterschiedlichster Inhalte stellt damit ein Lehrangebot dar, das in der deutschsprachigen Naturschutzaus- und -weiterbildung bisher so nicht vorhanden ist.

Zielgruppe des Lehrgangs sind Studierende aus einschlägigen Studiengängen, v. a. aber Personen, die bereits im Naturschutz arbeiten und mit der Umsetzung von Natura 2000 befasst sind. Dies können Mitarbeitende aus biologischen Stationen sowie Natura-2000-Stationen, Naturschutzbehörden oder Planungsbüros sein. Der Lehrgang bietet damit die Möglichkeit einer freiwilligen, berufsbegleitenden Weiterbildungsmaßnahme.

Die derzeit 57 Lerneinheiten werden von über 40 Referentinnen und Referenten aus Hochschulen, Vereinen und Stiftungen bereitgestellt, zumeist als vertonte Vorlesungspräsentationen zum Selbstlernen. Einige Präsenzseminare, Exkursionen und Online-Konsultationen zum Austausch mit Teilnehmenden und Referierenden ergänzen das Angebot. Die Lehrinhalte verteilen sich auf 11 Themenblöcke:

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Grundlagen von Natura 2000,

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Ökologie,

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Kenntnisse über Arten der Fauna-Flora-Habitat(FFH)- und Vogelschutzrichtlinie,

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Renaturierungsökologie,

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Natura 2000 und Landwirtschaft,

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Natura 2000 und Wald,

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Natura 2000 und Gewässer,

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Natura 2000 und Freizeitnutzung,

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Projektmanagement,

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Presse- und Öffentlichkeitsarbeit und

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soziale Kompetenzen.

Ein erster Testlehrgang mit 46 Teilnehmerinnen und Teilnehmern begann am 12.11.2022, dauerte bis Ende Mai 2023 und wurde mit einer Prüfung Anfang Juni abgeschlossen. Der erste offizielle Lehrgang startet im November 2023 und wird sich, wie die zukünftigen Lehrgänge, über einen Zeitraum von 6 Monaten erstrecken. Ein Beirat, bestehend aus 17 Fachexpertinnen und Fachexperten, begleitet den Lehrgang inhaltlich und stellt auf diese Weise dessen Qualität sicher. Die digitale Umsetzung ermöglicht es den Teilnehmerinnen und Teilnehmern, sich orts- und zeitunabhängig im Selbststudium weiterzubilden und in Online-Konsultationen untereinander und mit Dozierenden auszutauschen.

In Hinblick auf Natura 2000 sowie die FFH-Richtlinie bilden die 360-Grad-Panoramen von 59 in Deutschland vorkommenden FFH-Lebensraumtypen in virtueller 3D-Realität ein Kernstück des Lehrgangs ( Abb. 2). Die Panoramen der Lebensraumtypen (LRT) sind mit Informationsfenstern, einem Drop-down-Element zu den jeweiligen lebensraumtypischen Pflanzenarten und mit der am Aufnahmeort für den Lebensraum typischen Geräuschkulisse ausgestattet. Der größte Teil der LRT-Panoramen ist bereits für Kursteilnehmerinnen und teilnehmer sowie alle Interessierten auf der Website https://www.natura2000manager.de frei zugänglich und kann mit VR-Brille in 3D begangen werden. Die Darstellung der FFH-LRT komplettiert das Lernangebot, da Exkursionen zu LRT von Alpen- bis Küstenregionen in diesem Umfang nicht stattfinden könnten.

2.2 Artenkenntnis erwerben mit der NABU|naturgucker-Akademie

Die NABU|naturgucker-Akademie schafft Online-Angebote zum Erwerb von Artenkenntnis mit stark motivationsorientierter Ausgestaltung. Mittels multimedial und allgemein verständlich aufbereiteter Schulungen möchten die gemeinnützige Genossenschaft naturgucker.de und der NABU eine möglichst große Bevölkerungsgruppe an klassische biologische Inhalte heranführen, Menschen für die Natur begeistern und einen neuen Zugang zu Wissen über Arten sowie Lebensräume bieten. Dafür wurde Anfang 2021 die NABU|naturgucker-Akademie ins Leben gerufen, deren kostenlos nutzbare E-Learning-Inhalte unter https://artenwissen.online zeitlich flexibel abrufbar sind. Durch das Kombinieren von E-Learning und Präsenzlernen nutzt die NABU|naturgucker-Akademie die u. a. durch Kraft (2003) hervorgehobenen Möglichkeiten des Blended Learning. Die Bedürfnisse der Lernenden stehen bei der Konzeption der Lerninhalte im Mittelpunkt. Naturinteressierte werden allgemein sowie hinsichtlich spezifischer Fragestellungen geschult. Das Lernen soll außerdem Freude bereiten. Aus Sicht der Betreibenden der NABU|naturgucker-Akademie lässt sich nur so nachhaltige Begeisterung für die Natur, deren Schutz und das Beobachten wecken – „Spaß an etwas zu haben“ gehört zu den wichtigsten intrinsischen Motivationen ( Richter et al. 2021).

Um diese Freude am Lernen zu unterstützen, wird auf einen hohen Bild- und Videoanteil gesetzt ( Abb. 3). Die mehr als 25 Kursautorinnen und -autoren stellen in Videos die Inhalte der einzelnen Kapitel vor. Bei der Wissensvermittlung wird u. a. auf vertonte Bildschirmpräsentationen und stark auf „gamification“ zur Motivationssteigerung und potenziellen Verbesserung der Lernerfolge gesetzt ( Kalogiannakis et al. 2021). Zum Einsatz kommen interaktive Elemente, wie Hotspot-Bilder zum Anklicken für mehr Informationen und Lückentexte ( Abb. 4). Damit können die Lernenden auf spielerische Weise Wissen am Bildschirm erarbeiten und informell ihren Lernfortschritt prüfen.

Derzeit umfasst das Angebotsspektrum der NABU|naturgucker-Akademie hauptsächlich niederschwellige Inhalte (Grundwissen). Darauf aufbauende Lerneinheiten zum Vermitteln von Spezialwissen (Aufbauwissen) sind in Planung bzw. teils bereits in Arbeit. Diese stufenweise Konzeption, wie sie z. B. in der Schweiz seit 2010 im Rahmen öffentlicher Zertifizierungsmöglichkeiten in der Feldbotanik erfolgreich eingesetzt wird ( Kuss et al. 2021), unterstützt die Lernenden in deren eigenständig gelenktem Lernprozess. Inhaltlich werden drei Segmente abgedeckt: Organismengruppen, Lebensräume sowie allgemeine Themen, die Naturschutz und Naturbeobachtung betreffen.

Ferner können sich die Nutzerinnen und Nutzer auf Wunsch am Ende vieler Lernangebote einer Abschlussprüfung unterziehen, um Zertifikate zu erlangen. Diese orientieren sich am Zertifizierungssystem des Bundesweiten Arbeitskreises der staatlich getragenen Umweltbildungsstätten im Natur- und Umweltschutz (BANU) (Silbernagl 2022). Des Weiteren werden zu den meisten Lernthemen mindestens einmal jährlich ergänzende Online-Seminare durchgeführt. Kooperationen unterhält die NABU|naturgucker-Akademie mit der Naturschutz-Akademie Hessen (NAH), dem BANU, der Fachhochschule Erfurt, der Deutschen Gesellschaft für Mykologie (DGfM) sowie mit den Projekten KennArt (bundesweite Initiative zur Ausbildung von Artenkennerinnen und -kennern) und FörTax (Förderung taxonomischen Wissens als Grundlage für den Naturschutz), die ein anderes Zielpublikum adressieren (Fachleute bzw. junge Erwachsene).

2.3 Artenbestimmung mit der Flora-Incognita-App

Das Projekt Flora Incognita wurde 2014 gemeinsam von der Technischen Universität Ilmenau sowie dem Max-Planck-Institut für Biogeochemie Jena begonnen. Die gleichnamige App zur Pflanzenbestimmung wurde 2018 in allen gängigen App-Stores veröffentlicht. Derzeit verzeichnet die App mehr als 2 Mio. Installationen. Viele Millionen Beobachtungen wurden bisher erstellt ( Flora Incognita 2014; Mäder et al. 2021). Im Rahmen des Projekts wurde ein Verfahren zur interaktiven, automatischen Pflanzenbestimmung mit Smartphones entwickelt. Die konsequente Nutzung neuester Ansätze des maschinellen Lernens in Kombination mit der weitreichenden Verfügbarkeit mobiler Endgeräte wie Smartphones und Tablets macht es möglich, die Bestimmung von Pflanzen deutlich zu vereinfachen (vgl. Beitrag von Schneider et al. 2023 in dieser Ausgabe). Mit der Kamera des Smartphones wird die Blüte einer Pflanze fotografiert, dann ggf. das Blatt und in Sekundenschnelle erhält man einen Vorschlag zum Namen der Pflanze sowie weiterführende Informationen ( Flora Incognita 2014). Die zugrunde liegenden Methoden des maschinellen Lernens haben inzwischen eine Qualität erreicht, dass die App zunehmend auch für professionelle, wissenschaftliche Anwenderinnen und Anwender interessant werden wird ( Pärtel et al. 2021).

Flora Incognita ist es gelungen, den Erwerb von Artenkenntnis mit dem vom überwiegenden Teil der Bevölkerung genutzten Smartphone zu verbinden und somit auf spielerische Weise Interesse an Artenkenntnis zu wecken ( Flora Incognita 2014; Mäder et al. 2021). Flora Incognita deckt hierbei zwei aus didaktischer Sicht geforderte Schlüsselaspekte ab ( Dotterweich 2020; Horn 2022): Einbindung von Gamification-Elementen und von Citizen Science. Ein Gamification-Element (Abzeichen mit verschiedenen Levels) sorgt bei Flora Incognita dafür, dass die Nutzerinnen und Nutzer gezielt nach Arten Ausschau halten, die noch nicht auf der eigenen Beobachtungsliste stehen, und soll auf diese Weise die Begeisterung für das Pflanzensammeln erhöhen. Gepaart mit der gezielten Vermittlung von Pflanzenwissen und den aktuellen Forschungsneuigkeiten in den App-Stories versucht Flora Incognita Nutzerinnen und Nutzer in eine aktive Citizen Science Community zu integrieren (https://floraincognita.de/flora-incognita-plusplus/). Schnittstellen zu anderen Naturbildungs-Apps wie „beeactive“, die den Bestimmungsalgorithmus von Flora Incognita nutzen, schaffen durch diese Vernetzung einen weiteren didaktischen Mehrwert.

3 Diskussion

Die „extinction of experience“, also der Verlust von Naturerfahrung ( Soga, Gaston 2016), und eine damit einhergehende problematische Entfremdung von der zu schützenden Natur beruhen nicht nur auf dem Verlust unmittelbarer In-situ-Erfahrungen, sondern generell auf einer mangelnden Auseinandersetzung mit der Natur. So konnten Glaab, Heyne (2019) und Hergenröder et al. (2022) zeigen, dass Lehreinheiten zu gefährdeten Arten auch indoor, z. B. an Tierpräparaten, nicht nur das Wissen über die Arten, deren Ökologie und Gefährdung erhöhen, sondern gleichzeitig und langfristig auch die Einstellung zum notwendigen Schutz dieser Arten befördern. Ebenso und darüber hinausgehend können digitale Formate indoor die Vermittlung von Wissen auf Grund ihrer freien, raum- und zeitunabhängigen Zugänglichkeit, ihrer Komplexität und nicht zuletzt ihrer spiel- und technikbasierten Attraktivität erheblich verbessern, insbesondere bei fachfremden Laien und digital versierten Jugendlichen ( Dunleavy, Dede 2014; Crawford et al. 2017; Giannakas et al. 2018; Mäder et al. 2021).

Grundsätzlich lassen sich „Draußen-Erfahrungen“ weder durch Indoor-Naturbildung noch durch Verwendung digitaler Hilfsmittel völlig ersetzen. So werden gerade draußen im Zusammenspiel unterschiedlicher Sinneseindrücke umfassende „Erfahrungsmehrwerte“ geschaffen: Selbst in einer technisch hoch entwickelten VR riecht es nicht, man hört keine wechselnden Geräusche, erlebt keine variierenden Windverhältnisse, bekommt keine nassen Füße und auch keinen Adrenalinstoß wie z. B. bei einer Begegnung mit einem Rothirsch in der realen Welt. Alle haptischen und taktilen Eindrücke fehlen oder lassen sich nur stereotyp und sehr aufwendig nachstellen. Die Grenzen digitaler Formate in der Bildung werden zum Teil auch in einer möglichen Reizüberflutung der Lernenden gesehen. So weisen Dunleavy, Dede (2014) und Hans, Crasta (2019) darauf hin, dass vor allem VR und AR auf Grund der Komplexität und Dichte der Inhalte und Eindrücke zu Überforderung, Ablenkung und mangelnder Konzentrationsfähigkeit hinsichtlich der Inhalte führen können. Daneben ist immer noch zu beachten, dass nicht an jedem Ort und für jede und jeden eine gute Zugänglichkeit zum Internet und damit zu digitalen Formaten gewährleistet ist.

Auch die smartphone-gestützte Pflanzenbestimmung mit der sogar für Fachleute sehr gut funktionierenden Flora-Incognita-App stößt hier und da (noch) an ihre Grenzen. So gibt es bei Gräsern (Poaceae) häufig noch Fehlbestimmungen, insbesondere wenn die Art nicht vor einem homogenen Hintergrund fotografiert wird. Auch die Angabe von „Trefferwahrscheinlichkeiten“ – bspw. die Angabe, dass die vorgeschlagene Art mit 80 %iger Wahrscheinlichkeit erkannt wurde – ist wichtig, gibt aber keine abschließende Antwort auf die Frage, um welche Pflanzenart es sich handelt. Gerade die algorithmen- und technikbedingte Angabe von Wahrscheinlichkeiten macht die Grenzen dieser App klar: App-unabhängige Kenntnisse über die Merkmale einer Art sind nötig, um aus wahrscheinlichkeitsbasierten Angaben der App „sicheres“ Wissen zu formen.

Selbstverständlich kann aber auch mit Kenntnis der Merkmale einer Pflanze und der richtigen Anwendung eines Bestimmungsschlüssels eine Fehlbestimmung einer unbekannten Pflanze resultieren. Eine grundsätzliche Kritik an allein durch automatisierte Fotoerkennung erworbener Artenkenntnis besteht darin, dass diese gegenüber durch Bestimmungsschlüssel erworbener Artenkenntnis u. U. nicht nachhaltig sei und dass die Frage, welche Merkmale dazu führen, dass es diese Art und keine andere ist, nicht beantwortet werde (vgl. Horn 2022). Ob diese Kritik zutreffend ist, kann im Moment nicht abschließend beurteilt werden. Denn es fehlen in Hinblick auf Apps wie Flora Incognita, die mit automatischer Artbestimmung arbeiten, solide empirische Studien, die den tatsächlichen Lerneffekt untersuchen. Hier besteht Forschungsbedarf. Wir sind jedoch aus eigener Erfahrung und der Erfahrung anderer Fachleute der Auffassung, dass die Artbestimmung durch Expertinnen und Experten ebenfalls zu einem großen Teil auf Bilderkennung und weniger auf Bestimmungsschlüsselmerkmalen basiert. Es erscheint daher möglich, dass das zerebrale Erkennungssystem von Artenkennerinnen und Artenkennern ähnlich funktioniert wie die automatisierte Fotoerkennung von Flora Incognita.

4 Fazit

Angesichts der erodierenden Naturkenntnisse allgemein und Artenkenntnisse im Besonderen ist jede Art von Bildungsformat wichtig, das dazu beiträgt, Interesse an Natur und Arten zu entfachen und Kenntnisse über Natur und Naturschutz – und seien sie noch so kurzlebig und gering – zu vermitteln. Es lässt sich jedoch festhalten, dass Lehrinhalte auch in der Naturschutzbildung wahrscheinlich besonders effektiv und attraktiv in einer geeigneten Mischung (Blended Learning) aus analogen und digitalen Formaten vermittelt werden können ( Kraft 2003). Hinsichtlich digitaler Formate wird von Horn (2022) unter Nennung besonders geeigneter Apps darauf hingewiesen, dass Gamification-Elemente und Bezüge zu Citizen Science – z. B. die Einspeisung von Informationen über Pflanzen, die mit Smartphone-Apps bestimmt wurden, in Datenbanken – zur Verstetigung des erworbenen Wissens und zur Steigerung des didaktischen Mehrwerts digitaler Formate beitragen.

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Förderung und Dank

Die Autorinnen und Autoren bedanken sich für die Förderung des Projekts E-Learning-Lehrgang „Natura-2000-Manager/in“ bei der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (Förderkennzeichen 35435/01-43/0) und dem Thüringer Ministerium für Umwelt, Energie und Naturschutz (Förderkennzeichen 0901-46-8698/26-2-18123/2021). Die Autorinnen und Autoren bedanken sich ebenso für die Förderung der NABU|naturgucker-Akademie im Rahmen des Bundesprogramms Biologische Vielfalt durch das Bundesamt für Naturschutz mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (Förderkennzeichen 3520685030).