Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema

Entwicklung eines Konzeptes für
eine Lehrerfortbildung zum Thema
„Umweltchemie Wasser“
Examensarbeit
Sven Tenhaven
November 2005
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Examensarbeit
Teil 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
2
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung
• 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)
3
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung – Studie
(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
4
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Studie: 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 %)
5
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Aktivität
Annahme: Eine Fortbildungsveranstaltung pro Jahr und Fach ist
praktikabel (entspricht fünf in den letzten fünf Jahren).
 „fortbildungsaktiv“
35
30,8
30
Anteil (%)
25
20
14,6
15
11,3
10
9,6
7,4
9,2
6,3
4,1
5
0
0
1
2
3
4
5
6
>6
Anzahl der Fortbildungen (vergangene 5 Jahre)
6
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: 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)
7
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung:
Gründe für Nichtteilnahme
Fragebogen:
Probleme bei der
Freistellung
Skala:
2
Schlechte Erfahr. bei
früheren Veranst.
1 = „keine
Bedeutung“ bis
2,5
Entfernung zum
Veranstaltungsort
6 = „sehr hohe
Bedeutung“
3,6
Unattraktivität der
Lehrerfortb.
4
mangelnder
Schulbezug
4,1
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
Bewertung
Interview (Nennungen):
- Entfernung (fortb.aktiv: ca. 39 % / fortb.inaktiv: ca. 31 %)
- Zeitpunkt der Fortbildung (ca. 39 % / ca. 52 %)
8
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung:
Aktivität – 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
9
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Auswahl von Unterrichtsinhalten
Schülerversuche
27,7
Aktuelles
30,9
Spaß/Interesse
39,4
Alltagsbezug
42,6
76,6
Lehrplanbezug an 1. Stelle
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Anteil (%)
10
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Unterricht: Experimente
Lehrer (%)
Wie hoch schätzen Lehrer den Stellenwert von Experimenten im
Unterricht ein? (Interviews)
70
60
50
40
30
20
10
0
60,5
22,2
14,8
2,5
niedrig
eher niedrig
eher hoch
hoch
 Die meisten Lehrer schätzen den Stellenwert hoch oder eher hoch
ein.
11
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Unterricht: 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 %)
12
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Notwendigkeit von Fortbildungen
100
90
80,6
80
Anteil (%)
70
60
50
40
30
17,2
20
10
1,1
1,1
eher nicht
notwendig
nicht notwendig
0
notwendig
eher notwendig
(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!)
13
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche
- Allgemein Thematischer Lehrplanbezug
4,2
Selbstständuges Durchführen v. Experim.
4,3
Kommunikation mit Kollegen/innen
4,6
Vorstellung neuer Unterrichtsmethoden
4,8
Vermittlung neuer fachlicher Erkenntnisse
4,9
Bereitstellung von Materialien
4,9
5,3
Kennen lernen schulrelevanter Experimente
0
1
2
3
4
5
6
Bewertung
(Fragebogen)
Skala: 1 = „keine Bedeutung“ bis 6 = „sehr hohe Bedeutung“
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche
- 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%)]
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche
- Themen/Inhalte AtB
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Sek. I/II-Themen
18
25
Sek.
Sek.I/II-Themen
II-Themen
18,4
25,2
Sek.
Sek.II-Themen
I-Themen
Sek. I-Themen
18,4
27,1
18,9
19,1
27,9
20,1
28,6
20,5
31,7
20,7
33,3
21
21
38,3
21,4
42,5
21,8
42,6
23,7
45,4
24,2
0
5
0
10
15
10
20
25
30
20
30
Anteil (%)
Anteil (%)
35
40
40
45
50
50
16
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche
- 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)
17
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Nennungen (%)
Nennungen (%)
Lehrerfortbildung: Wünsche
- Methoden, Medien, U-Organisation 80
25
70 20,8
20
60
50
15
40
11,5
30
10
20
105
0
Unterrichtsmethoden
Unterrichtsmethoden
Unterrichtsorganisation
Unterrichtsorganisation
Neue Medien
Neue Medien
9,4
7,3
8,3
8,3
7,3
6,3
4
0
I
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6,3
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sw
s
Me
(Fragebogen)
(Interview)
18
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche
- Methoden, Medien, U-Organisation Methoden:
• Projektorientierter Unterricht (++)
• Stationenlernen (+++)
Unterrichtsorganisation:
• Übungen im Chemieunterricht (++; Fragebogen)
Medien:
• Internet (+++)
• Simulation / Animation (++)
• Messwerte-Erfassung (+)
19
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche
- Umfang, Zeitpunkt Regionale Veranstaltungen (< 50 km):
55,6 56,8
Anteil (%)
60
weiblich
40
29,4 23,5
männlich
12,9 17,5
20
2,1 2,2
0
nachmittags
eintägig
2-3 -tägig
4-5 -tägig
Überregionale Veranstaltungen (> 50 km):
Anteil (%)
weiblich
37,1
40
30,7
männlich
14,5
20
- Montag bis
Donnerstag
(59,4% bis
64,0%)
- Freitag (41,0%)
52,0 52,9
60
Beliebteste
Wochentage:
- Samstag (15,3%)
- Sonntag (3,2%)
9,2
1,7 1,8
0
nachmittags
(Fragebogen)
eintägig
2-3 -tägig
4-5 -tägig
20
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Lehrerfortbildung: Wünsche
- Aufbau Praktischer
Anteil:
43,8%
Seminar:
28,1%
Vortrag:
28,1%
(Fragebogen)
 darf auf Grund von Befragungen unter den Teilnehmern der
Allgemein:
Essener Fortbildungen bezweifelt werden (soziale Erwünschtheit?)
Verbindung aus (großem) praktischem Anteil und Theorie-Vermittlung
21
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Fazit / 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).
22
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Neue Fortbildungskonzepte
- 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
23
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Neue Fortbildungskonzepte
- 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
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Neue Fortbildungskonzepte
- 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)
25
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Neue Fortbildungskonzepte
- 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)
26
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Fortbildungskonzept
auf 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)
27
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Fortbildungskonzept
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“
28
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Fortbildungskonzept
Inhalte:
• Oberthema: Umweltchemie Wasser
• Unterthemen (Kreislauf):
Ziel/Intention:
• ganzheitliche Betrachtung des Themenkomplexes
• Möglichkeit zur Vernetzung im Sinne des Spiralcurriculums
29
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Fortbildungskonzept
Vernetzung und Kumulatives Lernen:
•
Horizontale Vernetzung:
 fächerübergreifender Unterricht; gemeinsame
Projekte
•
Vertikale Vernetzung:
 Verknüpfung der Inhalte innerhalb eines Faches
(Spiralcurriculum; anknüpfen/erweitern/vertiefen)
30
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Fortbildungskonzept
Vernetzung und Kumulatives Lernen:
•
Kumulatives Lernen:
 Aufbau vielfach verknüpfter Wissensstrukturen;
Anknüpfen an Vorwissen
• Methoden:
- Wissensnetze / Concept-Maps
- Anlegen von Basiswissen-Katalogen
- Abfrage- / Lernkärtchen; Quiz-Spiele
31
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Fortbildungskonzept
Inhalte: Lehrplanbezug
Sekundarstufe 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)
32
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Fortbildungskonzept
Inhalte: Lehrplanbezug
Sekundarstufe II
Jahrgangsstufe 11:
- Stoffkreislauf in der Natur (Stickstoff-, Phosphat-, Kohlenstoffdioxid/Carbonat-Kreislauf)
fachübergreifend: Gewässergüte-Bestimmung, Abwasserreinigung / Selbstreinigung 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 IonenBestimmung in Gewässern, Puffer / Puffersysteme)
Jahrgangsstufe 13:
- Themenfeld I: Umweltchemie Wasser (Luft, Boden)
- Themenfeld F: Analytische Verfahren in der Anwendung (z. B. Photometrie)33
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Fortbildungskonzept
Inhalte: 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
34
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Versuche I
Nr. 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
35
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Versuche II
9
Ammoniumionen-Nachweis
T, W, A
Pfeifer & Pfeifer 2003
10
Nitrationen / Nitritionen -Nachweis (kombiniert)
T, W, A
Blume & Bader 1990
Schmidt, R. 2004
11
Phosphationen-Nachweis
T, W, A
Blume & Bader 1990
Schmidt, 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
36
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Versuche III
20
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
37
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Demonstration 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)
38
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Sauerstoff-Bestimmung (Hofer)
Sauerstoff-Gehalt (Abschätzung; vereinfacht nach Hofer)
39
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
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
Sichtbarmachen des elementaren Iods als blauer Iod-Stärke-Komplex
Titration mit Thiosulfat: I2 + 2 S2O32-  2 I- + S4O62- (blau  farblos)
40
Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Sauerstoff-Sättigung
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Phosphationen-Nachweis
Ortho-Phosphate werden in saurer Lösung durch
Ammoniummolybdat als Ammoniummolybdophosphat gefällt (gelbes,
schwerlösliches Salz der Molybdophosphorsäure):
HPO42- + 23 H+ + 3 NH4+ + 12 MoO42 (NH4)3[P(Mo3O10)4 · aq]  + 12 H2O
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.
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Modellversuch zur biologischen Reinigung:
Enzymatische Spaltung von Harnstoff
Harnstoff (Urea) wird durch Urease (harnstoffspaltendes Enzym) zu
Ammoniak und Kohlenstoffdioxid abgebaut:
NH2CONH2 + H2O  2 NH3 + CO2
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 HydroxidionenBildung nachgewiesen
NH4+ + OH-  NH3 + H2O
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Weitere Versuche
Betrieb einer biologischen Modell-Kläranlage (V19)
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Weitere Versuche
Demonstration eines Flockungshilfsmittels (Kläranlage) (V22)
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Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema „Umweltchemie Wasser“ (S. Tenhaven)
Aufbau 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 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 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 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 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!
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