entwicklung eines konzeptes für eine lehrerfortbildung zum thema „umweltchemie wasser“
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“. Examensarbeit Sven Tenhaven November 2005. Examensarbeit. Teil I: Lehrerfortbildung – Theorie und Konzeption a) Lehrerfortbildungssystem NRW (Überblick) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Entwicklung eines Konzeptes Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum für eine Lehrerfortbildung zum
Thema „Umweltchemie Thema „Umweltchemie Wasser“Wasser“
ExamensarbeitSven Tenhaven
November 2005
22
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
ExamensarbeitExamensarbeitTeil I: Lehrerfortbildung – Theorie und
Konzeption
a) Lehrerfortbildungssystem NRW (Überblick)
b) Lehrerfortbildung Chemie – Forschungsstand
c) Konzeption der Lehrerfortbildung (auf Basis der Forschungsergebnisse)
Teil II: Skript zur Lehrerfortbildung
a) Ziel, Inhalt und Konzeption der Fortbildung
b) Theorie zum Thema (Umweltchemie) „Wasser“
c) Methodik (Kumulatives Lernen, Lernen a Stationen)
d) Versuchsbeschreibungen
e) Zusatzmaterial
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
LehrerfortbildungLehrerfortbildung• In welchem Ausmaß werden Fortbildungen
besucht? Was sind die Gründe für Inaktivität?
• Welche Inhalte/Themen werden gewünscht?
• Was versprechen Lehrer(innen) sich von einer Fortbildung?
• Wie sollte die „perfekte“ Fortbildung aussehen?
Studie
(Bader, Melle, Höner 2004)
erprobte und evaluierte Fortbildungskonzepte
(Neu 1999, Scheuert 2002)
44
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Lehrerfortbildung – Studie Lehrerfortbildung – Studie (Bader, Melle, Höner 2004)(Bader, Melle, Höner 2004)
Lehrerfortbildungszentren Frankfurt, Dortmund und Braunschweig
Design:
1) Fragebogen:
- knapp 2000 Chemielehrer
- Sekundarstufen I und II an allgemein bildenden Schulen
- Bayern, Hessen, Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen und Sachsen
- Rücklauf: 852 Bögen (43%)
2) Interviews:
- 96 Probanden
Validierung der Fragebogen-Ergebnisse
differenziertere Informationen
55
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Studie: Allgemeine ErgebnisseStudie: Allgemeine Ergebnisse
• 50% männlich / 40 % weiblich (10%: unbekannt)
• der größte Teil ist über 45 Jahre alt ( allg. Überalterung des Kolleg.)
• Zweitfach: Biologie (56,7 %), Mathematik (30,2 %), Physik (17,4 %)
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
LehrerfortbildungLehrerfortbildung: : AktivitätAktivität
Annahme: Eine Fortbildungsveranstaltung pro Jahr und Fach ist praktikabel (entspricht fünf in den letzten fünf Jahren).
„fortbildungsaktiv“30,8
14,6
11,39,6
7,4 6,34,1
9,2
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5 6 >6
Anzahl der Fortbildungen (vergangene 5 Jahre)
An
teil
(%
)
77
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: AktivitätLehrerfortbildung: Aktivität
• knapp ein Drittel der Lehrer hat keine Veranstaltung besucht!
• nur 19,6% sind „fortbildungsaktiv“ (nach o. g. Definition)
• Durchschnitt: 2,8 / Median: 2 (Fortbildungen / 5 Jahren)
• Gymnasiallehrer sind aktiver als Lehrer an Real-, Haupt- und Mittelschulen: Ø 3,9 (Median: 3) gegenüber Ø 1,7 (Median: 1)
88
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Lehrerfortbildung: Gründe für NichtteilnahmeGründe für Nichtteilnahme
Fragebogen:
4,1
4
3,6
2,5
2
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
mangelnderSchulbezug
Unattraktivität derLehrerfortb.
Entfernung zumVeranstaltungsort
Schlechte Erfahr. beifrüheren Veranst.
Probleme bei derFreistellung
Bewertung
Interview (Nennungen):- Entfernung (fortb.aktiv: ca. 39 % / fortb.inaktiv: ca. 31 %) - Zeitpunkt der Fortbildung (ca. 39 % / ca. 52 %)
Skala:
1 = „keine Bedeutung“ bis
6 = „sehr hohe Bedeutung“
99
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Lehrerfortbildung: Lehrerfortbildung: Aktivität – ErgebnisseAktivität – Ergebnisse
- Fortbildungsinaktive Lehrer geben hauptsächlich an, dass die Veranstaltungen unterrichtsfern und unattraktiv seien
- Fortbildungsaktive (mindestens 5 Veranstaltungen in den letzten 5 Jahren) schätzen den Wert der Maßnahmen höher ein
Vermutung: selbst verstärkender Effekt; wird der Nutzen der Maßnahmen einmal erkannt, steigt die Aktivität
1010
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Auswahl von UnterrichtsinhaltenAuswahl von Unterrichtsinhalten
76,6
42,6
39,4
30,9
27,7
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Lehrplanbezug an 1. Stelle
Alltagsbezug
Spaß/Interesse
Aktuelles
Schülerversuche
Anteil (%)
1111
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Unterricht: ExperimenteUnterricht: Experimente
14,822,2
60,5
2,5
010203040506070
niedrig eher niedrig eher hoch hoch
Leh
rer
(%)
Wie hoch schätzen Lehrer den Stellenwert von Experimenten im Unterricht ein? (Interviews)
Die meisten Lehrer schätzen den Stellenwert hoch oder eher hoch ein.
1212
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Unterricht: ExperimenteUnterricht: Experimente
54 von 96 Probanden äußerten sich zum gewünschten Stellenwert:
68,5% von ihnen wünschen sich einen noch höheren Stellenwert.
Hinderungsgründe:
- Sicherheitsaspekte (33 %)
- Klassengröße (24,2 %; beides vor allem bei Schülerexperimenten)
- mangelhafte Ausstattung (15,4 %)
- Voraussetzungen der Schüler (15,4 %)
- Zeitmangel (12,1 %)
1313
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Notwendigkeit von FortbildungenNotwendigkeit von Fortbildungen
80,6
17,2
1,1 1,10
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
notwendig eher notwendig eher nichtnotwendig
nicht notwendig
An
teil
(%
)
(Interview) 93 von 96 Probanden äußerten sich zu dem Thema
krasser Gegensatz zum tatsächlichen Fortbildungsverhalten (auch die Interviews bestätigen: ca. 1/3 der Lehrer ist fortbildungsinaktiv!)
1414
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Lehrerfortbildung: Wünsche Lehrerfortbildung: Wünsche - Allgemein -- Allgemein -
5,3
4,9
4,9
4,8
4,6
4,3
4,2
0 1 2 3 4 5 6
Kennen lernen schulrelevanter Experimente
Bereitstellung von Materialien
Vermittlung neuer fachlicher Erkenntnisse
Vorstellung neuer Unterrichtsmethoden
Kommunikation mit Kollegen/innen
Selbstständuges Durchführen v. Experim.
Thematischer Lehrplanbezug
Bewertung
(Fragebogen)
Skala: 1 = „keine Bedeutung“ bis 6 = „sehr hohe Bedeutung“
1515
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Lehrerfortbildung: Wünsche Lehrerfortbildung: Wünsche - sonstiges / allgemein -- sonstiges / allgemein -
Sonstige Wünsche (Interviews):
• neue Inspirationen (88,5%)
• Umsetzbarkeit/Bezug Schule (61,5%)
• Durchführen von Experimenten (54,2%)
• Kommunikation mit Kollegen (43,8%)
• viel Praxis (34,4%)
• Bereitstellen von Unterrichtsmaterialen (28,1%)
• [Weitergabe von Kopien im Kollegium (53,2%)]
1616
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche Lehrerfortbildung: Wünsche - Themen/Inhalte -- Themen/Inhalte -
27,9
25
45,4
42,6
42,5
38,3
33,3
31,7
28,6
27,1
25,2
0 10 20 30 40 50
Anteil (%)
Sek. I/II-Themen
Sek. II-Themen
Sek. I-Themen
1717
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche Lehrerfortbildung: Wünsche - Themen/Inhalte -- Themen/Inhalte -
• das Thema „Umweltchemie“ (42,6%) wird (zusammen mit„Lebensmittelchemie“) am zweithäufigsten genannt (nach „Arzneimittel und Drogen“; 45,4%)
• bei den am häufigsten genannten Themen überwiegen stufenübergreifende (Sek. I/II) Themen
• einige andere genannte Themen lassen sich im Bereich der Umweltchemie erweitern / wiederholen / anwenden:
• Saure und alkalische Lösungen (Sek. I)
• Analytische Methoden (Sek. II)
• Chemisches Gleichgewicht (Sek. II)
• Biotechnologie (Sek. II)
• Fette/Seifen/Waschmittel (Sek. I/II)
1818
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche Lehrerfortbildung: Wünsche - Methoden, Medien, U-Organisation -- Methoden, Medien, U-Organisation -
010
203040
5060
7080
projektor. U
nterr.
Stationenlernen
Übungen im Ch.-U
nterr.
Internet
Sim./Animation
Messw.-E
rfass.
Nen
nu
ng
en (
%)
Unterrichtsmethoden
Unterrichtsorganisation
Neue Medien
(Fragebogen)
11,5
7,3 6,34
9,46,3
20,8
8,38,37,3
0
5
10
15
20
25
Statio
nenler
nen
Sonsti
ges
Grupp
enpu
zzle
proje
ktor.
Unterr.
Unterr.
-Org
. (div.
)
Inte
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rfass
.
Sim./A
nimatio
n
Sonsti
ges
Tutor
progr
amm
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Nen
nu
ng
en (
%)
Unterrichtsmethoden
Unterrichtsorganisation
Neue Medien
(Interview)
1919
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche Lehrerfortbildung: Wünsche - Methoden, Medien, U-Organisation -- Methoden, Medien, U-Organisation -
Methoden:
• Projektorientierter Unterricht (++)
• Stationenlernen (+++)
Unterrichtsorganisation:
• Übungen im Chemieunterricht (++; Fragebogen)
Medien:
• Internet (+++)
• Simulation / Animation (++)
• Messwerte-Erfassung (+)
2020
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche Lehrerfortbildung: Wünsche - Umfang, Zeitpunkt -- Umfang, Zeitpunkt -
2,1 2,2
12,9
55,6
29,417,5
56,8
23,5
0
20
40
60
nachmittags eintägig 2-3 -tägig 4-5 -tägig
An
teil
(%) weiblich
männlich
Regionale Veranstaltungen (< 50 km):
1,7
37,1
1,8
52,0
9,2
52,9
14,530,7
0
20
40
60
nachmittags eintägig 2-3 -tägig 4-5 -tägig
An
teil
(%) weiblich
männlich
Überregionale Veranstaltungen (> 50 km):
(Fragebogen)
Beliebteste Wochentage:
- Montag bis Donnerstag (59,4% bis 64,0%)
- Freitag (41,0%)
- Samstag (15,3%)
- Sonntag (3,2%)
2121
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche Lehrerfortbildung: Wünsche - Aufbau -- Aufbau -
(Fragebogen)
darf auf Grund von Befragungen unter den Teilnehmern der Essener Fortbildungen bezweifelt werden (soziale Erwünschtheit?)
Allgemein:
Verbindung aus (großem) praktischem Anteil und Theorie-Vermittlung
2222
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Fazit / AusgangslageFazit / Ausgangslage
• Trotz der Einsicht der Notwendigkeit von Fortbildungen ist die tatsächliche Aktivität allgemein sehr gering
• Als Grund für Inaktivität wird vor allem mangelnder Schulbezug, schlechte Anwendbarkeit und Desinteresse am Thema genannt; dies überraschenderweise hauptsächlich von Inaktiven
• gerade im Hinblick auf die Debatte um den NaWi-Unterricht (schlechtes Abschneiden bei TIMSS, PISA) erscheint
Lehrerfortbildung wichtig
• These: Interessante, an den Wünschen der Lehrer orientierte, Maßnahmen könnten wieder mehr Lehrer in das Fortbildungssystem integrieren (vgl. Melle et al. 2004).
2323
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Neue FortbildungskonzepteNeue Fortbildungskonzepte- Neu 1999 (Frankfurt) -- Neu 1999 (Frankfurt) -
Das flexibel-strukturierte Fortbildungsmodell
• flexible Organisationsstruktur:• mehrere Fortbildungsblöcke innerhalb eines Schuljahres; Lehrer können an einem oder mehreren eintägigen Terminen kommen (umfangreiches Angebot komplett abarbeiten oder Schwerpunkte setzen) • kurzfristige telefonische Anmeldung; kleine Gruppen (10-15 Personen); getrennt nach Schularten; Betreuung durch Institut
• flexible inhaltliche Gestaltung:• weit gefasstes, experimentell ausgerichtetes Rahmenthema
• flexible methodische Gestaltung:• Begleitmaterial, Versuchsvorschriften, wichtige Fachliteratur (Kopien)• einleitender Vortrag zur Vermittlung der wichtigsten Inhalte• Praktikum in Partner-/Kleingruppenarbeit; Schwerpunktsetzung
möglich (reichhaltiges Versuchsangebot); Austausch
2424
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Neue FortbildungskonzepteNeue Fortbildungskonzepte- Neu 1999 (Frankfurt) -- Neu 1999 (Frankfurt) -
Das flexibel-strukturierte Fortbildungsmodell
• Basis: Studie zu Fortb.-Verhalten und -Wünschen (Melle/Neu 1998)
• Durchführung und Evaluation über zwei Schuljahre (6 Blöcke / 5 Themen)
• Das Konzept wird gut angenommen und fast durchweg positiv bewertet
• offene Zusatzangebote bzw. ein offenes Alternativkonzept mit Selbststudium und Nutzung der Instituts-Infrastruktur werden
nicht gut angenommen (Vermutung (vgl. Neu 1999): traditionelle, verkrustete Fortbildungsstrukturen werden nur langsam überwunden)
• Stammklientel: Viele Lehrer kommen immer wieder (verschiedene Blöcke/Themen)
• auch Lehrer, die vorher wenig fortbildungsaktiv waren, werden erreicht und bilden sich regelmäßig fort
2525
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Neue FortbildungskonzepteNeue Fortbildungskonzepte- Scheuert 2002 (Essen) -- Scheuert 2002 (Essen) -
Lehrerfortbildung zum Konzept der Alltagschemie
• Dreitägige Fortbildung
• Thema: „Textilien/Kleidung – sich richtig kleiden lernen“
• unterschiedliche Methodik:
• Vortrag/Demonstrationsexperimente mit anschließender Diskussion und Praxisphase (Versuche selbst ausprobieren)
• Vortrag mit anschließender Diskussion und/oder Erarbeitung eigener Ideen (Seminar-Form)
• Lernen an Stationen (offene Methode; Verbindung Theorie/Praxis)
2626
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Neue FortbildungskonzepteNeue Fortbildungskonzepte- Scheuert 2002 (Essen) -- Scheuert 2002 (Essen) -
Lehrerfortbildung zum Konzept der Alltagschemie
• dreimalige Durchführung und Evaluation (1999/2000)
• positive Bewertung der abwechslungsreichen Methodik
• Lernen an Stationen gut geeignet zur Verbindung von Praxis und Theorie (vgl. Melle/Neu 1998; auch Melle et al. 2004)
• Lernen an Stationen beliebt, da es die Möglichkeit bietet, neue Inhalte und eine neue Methode gleichzeitig kennen zu lernen
(wird aber nicht als alleinige Methode bei mehrtägigen Maßnahmen gewünscht)
2727
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
FortbildungskonzeptFortbildungskonzeptauf Basis der Forschungsergebnisseauf Basis der Forschungsergebnisse
Thema (vorgegeben):
• Umweltchemie Wasser (gute Wahl ; vgl. Melle et al. 2004)
Dauer (vorgegeben):
• Ein Tag regionale Veranstaltung (vgl. Melle et al. 2004)
• Evtl. mehrere Alternativ-Termine (vgl. Neu 1999)
Methodik:
• Lernen an Stationen; evtl. einleitender Vortrag (vgl. Neu 1999, Scheuert 2002, Melle et al. 2004)
2828
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
FortbildungskonzeptFortbildungskonzept
Inhalte:
• Theorie-Vermittlung: „Umweltchemie Wasser“
• Projekt: „Analyse von Fließgewässern“
• Durchführung von Experimenten (nutzbar für Projekte und „normalen“ Unterricht)
• Methodik (Theorie und Praxis): „Lernen an Stationen“
• Methodik (Theorie): „Kumulatives Lernen“
2929
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
FortbildungskonzeptFortbildungskonzeptInhalte:• Oberthema: Umweltchemie Wasser• Unterthemen (Kreislauf):
Ziel/Intention:• ganzheitliche Betrachtung des Themenkomplexes• Möglichkeit zur Vernetzung im Sinne des Spiralcurriculums
3030
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
FortbildungskonzeptFortbildungskonzeptVernetzung und Kumulatives Lernen:
• Horizontale Vernetzung:
fächerübergreifender Unterricht; gemeinsame Projekte
• Vertikale Vernetzung:
Verknüpfung der Inhalte innerhalb eines Faches (Spiralcurriculum; anknüpfen/erweitern/vertiefen)
3131
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
FortbildungskonzeptFortbildungskonzeptVernetzung und Kumulatives Lernen:
• Kumulatives Lernen:
Aufbau vielfach verknüpfter Wissensstrukturen; Anknüpfen an Vorwissen
• Methoden:
- Wissensnetze / Concept-Maps
- Anlegen von Basiswissen-Katalogen
- Abfrage- / Lernkärtchen; Quiz-Spiele
3232
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
FortbildungskonzeptFortbildungskonzeptInhalte: LehrplanbezugSekundarstufe I
Jahrgangsstufe 7:
- Trennverfahren (Sieben, Filtrieren, Absetzen); praxisorientiertes Beispiel
- Wasser als Lösemittel (z. B. Sauerstoffgehalt, Wasserhärte)
- Wasserverschmutzung, Abwasserreinigung (Kläranlage: v. a. mechanische Reinigungsstufe)
- Trinkwasser-Aufbereitung
Jahrgangsstufe 9/10:
- Salze, Ionen-Nachweise, Leitfähigkeit
- Thema: Fette - Seifen - Waschmittel (Umweltaspekte: z. B. Gewässerbelastung)
3333
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
FortbildungskonzeptFortbildungskonzeptInhalte: LehrplanbezugSekundarstufe II
Jahrgangsstufe 11:
- Stoffkreislauf in der Natur (Stickstoff-, Phosphat-, Kohlenstoff-dioxid/Carbonat-Kreislauf)
fachübergreifend: Gewässergüte-Bestimmung, Abwasserreinigung / Selbst- reinigung von Gewässern (Bakterien) und Düngemittel (Nitrat / Phosphat)
Jahrgangsstufe 12:
- Themenfeld B: Reaktionswege zur Herstellung von Stoffen in der organischen Chemie (z. B. Herstellung eines Ionenaustauscher-
Harzes)
- Themenfeld C: Analytische Verfahren zur Konzentrationsbestimmung
(z. B. Säure-Quantifizierung mittels Titration, potentiometrische Ionen- Bestimmung in Gewässern, Puffer / Puffersysteme)
Jahrgangsstufe 13:
- Themenfeld I: Umweltchemie Wasser (Luft, Boden)
- Themenfeld F: Analytische Verfahren in der Anwendung (z. B. Photometrie)
3434
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
FortbildungskonzeptFortbildungskonzeptInhalte: Lehrplanbezug (fächerübergreifend)Biologie:
- Bakterien in der (Ab-) Wasserreinigung, Gewässergüte-Bestimmung mittels Zeigerorganismen bzw. Saprobien, Düngemittel, Landwirtschaft
Geographie:
- Standortfaktoren für Kläranlagen, Kartographie, Entstehung / Veränderung von Gewässern, Landwirtschaft
Physik:
- Schwimmen, Schweben, Sinken (mechanische Abwasserreinigung)
Informatik:
- Computersimulation zur Abwasser-Behandlung, Messwert-Erfassung und
-Verarbeitung
Sozialwissenschaften / Politik:
- Gesetzliche Grundlagen der Trinkwassergewinnung und Abwasserreinigung, Betrachtung der kommunalen Wasserwirtschaft
3535
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Versuche IVersuche INr. Versuchstitel Einsatz Quelle
1 Bestimmung der Gesamthärte nach Boutron-Boudet (mit Seifen-Lösung)
T, W Pfeifer & Pfeifer 2003 (verändert)
2 Titrimetrische Bestimmung der Gesamthärte (mit Na-EDTA)
T, W Wiskamp 1996
3 Bestimmung der Carbonathärte (temporäre Härte) T, W Wiskamp 1996
4 Lösen und Austreiben von CO2 in bzw. aus Wasser T, W Chemie heute S I 2001 (verändert)Pfeifer & Pfeifer 2003
5 Einleiten von CO2 in Kalkwasser T, W Cahay et al. 2002(verändert)
6 Nachteile harten Wassers: Kalkseife, -ablagerungen
T Cahay et al. 2002
7 Verringerung der Wasserhärte (durch verschiedene Zusätze)
T Wiskamp 1996(verändert)
8 Verringerung der Wasserhärte durch Torf T, W Blume et al. 1996
3636
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Versuche IIVersuche II 9 Ammoniumionen-Nachweis T, W, A Pfeifer & Pfeifer 2003
10 Nitrationen / Nitritionen -Nachweis (kombiniert) T, W, A Blume & Bader 1990Schmidt, R. 2004
11 Phosphationen-Nachweis T, W, A Blume & Bader 1990Schmidt, R. 2004
12 Sauerstoff-Bestimmung (vereinfacht: nach Hofer) T, W, A Pfeifer & Pfeifer 2003 (verändert)
13 Sauerstoff-Bestimmung (nach Winkler) T, W, A Wiskamp 1996
14 Bestimmung des biologischen Sauerstoff-Bedarfs (BSB) T, W, A Prigge 1993, 1997
15 Bestimmung des chemischen Sauerstoff-Bedarfs (CSBMn
bzw. Pseudo-CSB)
T, W, A Schöneich 1999
16 Leitfähigkeitsbestimmung T, W, A Pfeifer & Pfeifer 2003
17 Modellversuch zur mechanischen Reinigung (Kläranlage) A (,W) Becks 1999(verändert)
18 Modellversuch zur biologischen Reinigung: Enzymatische Harnstoff-Spaltung
A, W Pfeifer & Pfeifer 2003
19 Betrieb einer biologischen Modell-Kläranlage A Blume et al. 1996
3737
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Versuche IIIVersuche III20 Phosphat-Fällung in der chemischen Reinigungsstufe
(Kläranlage)A Blume et al.
1996
21 Modellversuch zur Flockung von Kolloiden (Kläranlage) A Blume et al. 1996, Blume & Bader 1990
22 Demonstration eines Flockungshilfsmittels (Kläranlage) A Blume & Bader 1990
23 Wasserverschmutzung: Verdünnungsreihe mit Dieselöl T, W, A Blume et al. 1996
24 Binden von Mineralöl durch Polyurethan- (PU-) Schaum T, W Blume et al. 1996
25 Aktivkohle gegen Dieselöl-Verschmutzung T, W, A Blume et al. 1996
26 Emulsionstrennung durch Elektroflotation / Ionen-Zusatz A Blume et al 1996
27 Synthese eines (chelatisierenden) Ionenaustauschers T, A Blume et al. 1996
28 Demonstration und Regeneration des (chelatisierenden) Ionenaustauschers
T, A Blume et al. 1996
3838
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Demonstration einiger VersucheDemonstration einiger Versuche
• Bestimmung des Sauerstoffgehalts einer Wasserprobe (nach Hofer/Winkler; V12 / V13)
• Phosphationen-Nachweis (qualitativ bzw. „halbquantitativ“) (V11)
• Modellversuch zur biologischen Reinigung: Enzymatische Harnstoff-Spaltung (V18)
3939
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Sauerstoff-Bestimmung (Hofer)Sauerstoff-Bestimmung (Hofer)
Sauerstoff-Gehalt (Abschätzung; vereinfacht nach Hofer)
4040
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Sauerstoff-Bestimmung (Winkler)Sauerstoff-Bestimmung (Winkler)
Sauerstoff-Gehalt (iodometrisch; nach Winkler):
„System. Lsg.“: 1 mL Thiosulfat-Titer entspricht 20 mg/L Sauerstoff
Manganchlorid + Lauge: Mn2+ + 2 OH- Mn(OH)2 (weiß-rosa)
Bei Anwesenheit von Sauerstoff: 2 Mn(OH)2 + O2 2 MnO(OH)2 (braun)
Ansäuern: MnO(OH)2 + Mn2+ + 4 H+ 2 Mn3+ + 3 H2O
Reduktion von Iodid: 2 Mn3+ + 2 I- 2 Mn2+ + I2
Titration mit Thiosulfat: I2 + 2 S2O32- 2 I- + S4O6
2- (blau farblos)
Sichtbarmachen des elementaren Iods als blauer Iod-Stärke-Komplex
4141
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Sauerstoff-SättigungSauerstoff-Sättigung
4242
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Phosphationen-NachweisPhosphationen-Nachweis
HPO42- + 23 H+ + 3 NH4
+ + 12 MoO42-
(NH4)3[P(Mo3O10)4 · aq] + 12 H2O
Ortho-Phosphate werden in saurer Lösung durch Ammoniummolybdat als Ammoniummolybdophosphat gefällt (gelbes, schwerlösliches Salz der Molybdophosphorsäure):
Durch Ascorbinsäure wird dieses Salz in statu nascendi zum anorganischen Farbstoff Molybdänblau reduziert:
Genaue Zusammensetzung unbekannt:
Es enthält Molybdän in den Oxidationsstufen +VI bis + IV: z. B. als
MonO3n-1 mit n = 4,5,8,9 oder MoO3-x(OH)x mit x = 0, 1 ,2.
4343
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Modellversuch zur biologischen Reinigung:Modellversuch zur biologischen Reinigung:Enzymatische Spaltung von HarnstoffEnzymatische Spaltung von Harnstoff
NH2CONH2 + H2O 2 NH3 + CO2
Harnstoff (Urea) wird durch Urease (harnstoffspaltendes Enzym) zu Ammoniak und Kohlenstoffdioxid abgebaut:
Der Abbau wird gezeigt durch:
• beginnende elektrische Leitfähigkeit (Ionen)
NH3 + H2O NH4+ + OH-
• Ammoniumionen-Nachweis: Vermehrtes Ausgasen von Ammoniak durch Zugabe von Lauge; Ammoniak wird im feuchten pH-Papier nach obiger Gleichung über
Hydroxidionen- Bildung nachgewiesen
NH4+ + OH- NH3 + H2O
4444
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Weitere VersucheWeitere VersucheBetrieb einer biologischen Modell-Kläranlage (V19)
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Weitere VersucheWeitere VersucheDemonstration eines Flockungshilfsmittels (Kläranlage) (V22)
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Aufbau des PraktikumsAufbau des Praktikums
Vier Themenbereiche:
A (Roh-) Wasser (7 Stationen)
B Trinkwasser (4 Stationen)
C Abwasser (5 Stationen)
D Themenübergreifende Stationen (4 Stationen)
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Aufbau des PraktikumsAufbau des Praktikums
Themenbereich A: (Roh-) Wasser
Station A1: Wassergüte-Bestimmung (allgemein / chemisch)
Station A2: Gewässergüte-Bestimmung (biologisch)
Station A3: Ammoniumionen und Leitfähigkeit
Station A4: Nitrat- / Nitritionen
Station A5: Phosphationen
Station A6: Sauerstoff-Bestimmung
Station A7: Chemischer Sauerstoff-Bedarf (CSB)
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Aufbau des PraktikumsAufbau des Praktikums
Themenbereich B: Trinkwasser
Station B1: Trinkwasser-Gewinnung
Station B2: Wasserhärte (Bestimmung)
Station B3: Wasserhärte (Ursprung)
Station B4: Nachteile von hartem Wasser / Enthärter
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Aufbau des PraktikumsAufbau des Praktikums
Themenbereich C: Abwasser (Abwasserreinigung)
Station C1: Kläranlage (Überblick) & Kläranlage: mechanische Reinigung
Station C2: Kläranlage: biologische Reinigung
Station C3: Kläranlage: chemische Reinigung und Flockung
Station C4: Besondere Abwässer I: Emulsionstrennung
Station C5: Besondere Abwässer II: Ionenaustausch
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Aufbau des PraktikumsAufbau des Praktikums
Themenbereich D: Themenübergreifende Stationen
Station D1: Lehrfilme zum Thema „Umweltchemie Wasser“
Station D2: Computergestützte Auswertung von Gewässeruntersuchungen
Station D3: Multimediale Präsentationen zum Thema „Umweltchemie Wasser“
Station D4: Kumulatives Lernen durch umweltchemische Themen
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!