Projekt 35811/01

EcoLab – Photometrie im Sinne der Umweltbildung verstehen und anwenden

Projektträger

Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU)
Gottlieb-Daimler-Str. 49
67663 Kaiserslautern
Telefon: 0631/2054044

Zielsetzung

Viele Umweltprobleme sind nicht monokausal zu erklären und ihre Diskussion bedarf naturwissenschaftlichen Fachwissens. Aufgrund der Komplexität, der bei der naturwissenschaftlichen Datenerhebung und Auswertung zum Einsatz kommenden Methoden, können diese häufig aber nicht im naturwissenschaftlichen Unterricht in der Schule behandelt werden. In der Folge ist ein kritisches Auseinandersetzen mit den Ergebnissen und ein Ableiten von Entscheidungen und eigenen Handlungen nicht möglich.
In den aktuellen Debatten ist die Gew√§sserbelastung durch Schadstoffe sehr pr√§sent. Trotzdem f√§llt es den Sch√ľler:innen schwer, die Daten, die die Grundlage von gesellschaftlichen Entscheidungen bilden, mit den Erfahrungen aus ihrem Lebensumfeld zu verkn√ľpfen. Gleichzeitig findet die Photometrie, die eine wichtige Analysemethode in der Umweltchemie darstellt, in der Schule nur wenig Beachtung. Dies liegt vor allem daran, dass Laborphotometer sich f√ľr Schulen als ungeeignet erweisen. Sie sind teuer, nicht transportabel und die Funktionsweise des Ger√§ts ist f√ľr Sch√ľler:innen nicht ersichtlich. Diese Umst√§nde verhindern, dass sie zu einer datenbasierten Entscheidung bef√§higt und zu einem nachhaltigen und umweltbewussten Handeln bewegt werden k√∂nnen.
Im Zentrum dieses Projektes steht die Idee, dass Sch√ľler:innen in direkt am Untersuchungsort durchgef√ľhrten Experimenten ein Gew√§sserprofil erstellen und auswerten. Parallel zu den experimentellen Protokollen soll ein didaktisch aufbereitetes, tragbares Photometer entwickelt werden, das sich f√ľr Feldversuche in diesem Kontext eignet. Indem sie die einzelnen Schritte, die zur Beantwortung einer Forschungsfrage n√∂tig sind, selbstst√§ndig durchf√ľhren, soll den Sch√ľler:innen die zentrale Kompetenz des wissenschaftlichen Arbeitens vermittelt werden. Dabei sollen durch die Integration eines Citizen Science - Ansatzes wissenschaftsprop√§deutische Kompetenzen erworben werden.
Dieser Prozess wird durch eine im Rahmen des Projektes entwickelte Webanwendung unterst√ľtzt. Diese bietet den Sch√ľler:innen die M√∂glichkeit, die eigenen Messergebnisse zu ver√∂ffentlichen und die Ergebnisse und Auswertungen anderer interaktiv darzustellen. Die enge Verkn√ľpfung mit curricularen Inhalten in mehreren Bundesl√§ndern und die Vernetzung der Projektpartner √ľber alle Phasen der Ausbildung der Lehrkr√§fte hinweg wird mit einem Veranstaltungsangebot zur Implementierung der Projektergebnisse im Regelunterricht verbunden.

Arbeitsschritte

Im Verlauf des Projekts ‚ÄúECOLAB - Photometrie im Sinne der Umweltbildung verstehen und anwenden‚ÄĚ, umbenannt in "Gew√§sserCampus", wurde ein Citizen Science-Werkzeugkasten (Abbildung 1) entwickelt, mit dem eine Untersuchung der √∂kologischen Gew√§sserg√ľte im MINT-Unterricht erm√∂glicht wird. Die Projektergebnisse umfassen einfach durchzuf√ľhrende Laborprotokolle, mit deren Hilfe, in Kombination mit dem didaktisch aufbereiteten und tragbaren Photometer, direkt am Untersuchungsort photometrische Experimente zur Quantifizierung der f√ľr den chemischen Gew√§sserzustand charakteristischen Parameter pH-Wert, Phosphat, Nitrat, Nitrit, Ammonium, Sulfat, Gel√∂stsauerstoff- und Chlorophyll-a-Gehalt erfolgen kann. Erg√§nzend dazu vermitteln die begleitenden Unterrichtsmaterialien die wichtigsten theoretischen Hintergr√ľnde sowie zu den verwendeten Nachweisreaktionen. Die erarbeiteten Unterrichtsmaterialien beinhalten auch leicht verst√§ndliche, bebilderte Anleitungen zur Durchf√ľhrung der Experimente und eine Erkl√§rung und Anleitung f√ľr die Berechnung chemischer Gew√§sserg√ľteindizes: den BACH-Index (Flie√ügew√§sser) und den Trophie-Index (stehender Gew√§sser). Die chemische Gew√§sserg√ľte wird dabei auch im Kontext der Gew√§sserstrukturg√ľte und der biologischen Gew√§sserg√ľte betrachtet, deren Bestimmung ebenfalls unterst√ľtzt wird. Alle entwickelten Materialien sind √∂ffentlich einsehbar und k√∂nnen von interessierten Lehrkr√§ften im Regelunterricht als auch in extracurricularen Projekten eingesetzt werden.
Die bei der Gew√§sseranalyse erhaltenen Messergebnisse k√∂nnen von den Sch√ľler:innen in einer im Projekt entwickelten Open-Source-Webanwendung (app.gewaessercampus.de), ausgewertet und ver√∂ffentlicht werden. Durch die Datenerhebung tragen die Sch√ľler:innen als Citizen Scientists zur Erstellung und Vervollst√§ndigung eines Gew√§sserprofils auf Grundlage einer realen Datenbasis bei und k√∂nnen alle Phasen des wissenschaftlichen Prozesses der Erkenntnisgewinnung an einem authentischen Projekt erleben und lernen.
Im Zusammenhang mit der Entwicklung der Laborprotokolle wurde eine Gew√§sserCampus-Experimentierkiste zusammengestellt, die in das bestehende Verleihsystem des Lehrgebiets der Bioverfahrenstechnik der Rheinland-Pf√§lzisch Technischen Universit√§t Kaiserslautern-Landau (RPTU) aufgenommen wurde. √úber die Projektzeit hinaus k√∂nnen die f√ľr eine photometrischen Gew√§sseranalyse notwendigen Materialien kostenlos von Lehrkr√§ften ausgeliehen werden.

Ergebnisse

Ein Ziel des Projekts war es, Vorschriften zur photometrischen Bestimmung des pH-Wertes, des Phosphat-, Nitrat-, Nitrit-, Ammonium-, Sauerstoff- und Chlorophyll-a-Gehalts von Gew√§sserproben auszuarbeiten. Im Laufe des Projektes hat sich es aufgrund der R√ľckmeldung der beteiligten Lehrkr√§fte als vorteilhaft erwiesen, den Bach- und den Trophie-Index zur Ermittlung des Gew√§sserzustands zu verwenden. Bei der Entwicklung der Versuchsprotokolle wurden wissenschaftlich verwendete Protokolle angepasst, Chemikalien, wenn n√∂tig ausgetauscht und fachliche Inhalte didaktisch reduziert. Zur besseren Verst√§ndlichkeit f√ľr die Sch√ľler:innen wurden die Versuchsvorschriften in Form bebilderter Anleitung gestaltet (Abbildung 2). Au√üerdem wurden Unterrichtsmaterialien sowie eine Handreichung f√ľr Lehrkr√§fte mit anpassbaren Unterrichtsreihen f√ľr die F√§cher Biologie und Chemie erstellt.
Parallel zu den Versuchen wurde ein didaktisch aufbereitetes, tragbares und kosteng√ľnstiges Photometer entwickelt (Abbildung 3), das sich f√ľr Feldversuche eignet. Im Fokus der didaktischen Aufbereitung des Photometers stand das Verstehen der Methode der Photometrie und den zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien. Die Kalibrierung und Messung werden dabei durch die Sch√ľler:innen aktiv und eigenst√§ndig durchgef√ľhrt, um sie f√ľr die Vergleichbarkeit und Aussagekraft von Messergebnissen zu sensibilisieren.
Die Ver√∂ffentlichung und der Vergleich mit anderen Ergebnissen sind ein wichtiger Teil der Wissenschaft. Daher sollte auch ein wissenschaftsprop√§deutisches Angebot diese Prozesse abbilden. Um den Sch√ľler:innen diese M√∂glichkeit √ľber ihre Klassengemeinschaft hinweg zu bieten, wurde im Rahmen dieses Projektes eine Webanwendung entwickelt, das eine interaktive Darstellung und Auswertung der von den verschiedenen Sch√ľler:innengruppen erhobenen Daten erm√∂glicht. Die Webanwendung ist unter app.gewaessercampus.de online erreichbar und wurde bereits aktiv genutzt.
Um den Einsatz der im Projekt entwickelten Materialien im Schulalltag zu erleichtern, wurden im Laufe des Projekts Fortbildungsveranstaltungen als Online-Veranstaltung sowie in Pr√§senz zum Thema Gew√§sser√∂kologie und Photometrie f√ľr Lehrkr√§fte und Referendar:innen geplant und durchgef√ľhrt. Es wurden insgesamt 77 Lehrkr√§fte auf diesen Veranstaltungen fortgebildet.
Außerdem wurde eine GewässerCampus-Experimentierkiste konzipiert, die zur im Leihsystem des Lehrstuhls Bioverfahrenstechnik der RPTU in Kaiserslautern inkludiert wurde (Abbildung 4).

GewässerCampus - WebanwendungGewässerCampus - ExperimentierkisteLehrerportal zum Herunterladen der Unterrichtsmaterialien

√Ėffentlichkeitsarbeit

Insgesamt wurden w√§hrend der Projektlaufzeit allein √ľber die Fortbildungen und die projektbegleitende Evaluation ca. 80 Lehrkr√§fte und √ľber 300 Sch√ľler:innen erreicht. Um auch nach Abschluss des F√∂rderzeitraums die Projektergebnisse zu bewerben, stehen die zur Teilnahme notwendigen Informationen sowohl auf der Projektwebsite (www.gewaessercampus.de) als auch in Form verschiedener Printmaterialien zur Verf√ľgung (Abbildung 5).
Um eine zuk√ľnftige Vernetzung mit weiteren Citizen Science-Projekten zu erm√∂glichen, wird das Projekt auch bei der Citizen Science Plattform B√ľrger schaffen Wissen (https://www.buergerschaffenwissen.de/) registriert werden und das Projekt wurde zur Teilnahme an der Woche der Umwelt 2024 der DBU eingereicht.
Dar√ľber hinaus wird in zuk√ľnftigen Fortbildungen f√ľr Lehrkr√§fte, durchgef√ľhrt von beiden Projektpartnern, die photometrische Gew√§sseranalyse und das Gew√§sserCampus-Projekt vorgestellt und die M√∂glichkeiten zur Teilnahme aufgezeigt. Einige der an der Projektevaluation und der projektbegleitenden Studie teilnehmenden Schulen haben zum Gew√§sserCampus-Projekttag einen Bericht auf ihrer Schulhomepage oder in Zusammenarbeit mit einer lokalen Zeitung einen Artikel dazu ver√∂ffentlicht.

GewässerCampus - Homepage

Fazit

Zum Projektende steht ein Citizen Science-Werkzeugkasten zur Beurteilung der Gew√§sserg√ľte im MINT-Unterricht zur Verf√ľgung. Durch die fr√ľhe Einbindung und Expertise der Lehrkr√§fte, deren Feedback beispielsweise an den durchgef√ľhrten Lehrkr√§fteveranstaltungen erfasst wurde, konnten die Materialien bei der Entwicklung f√ľr den Schulunterricht und die Bed√ľrfnisse der Lehrkr√§fte und Sch√ľler:innen angepasst werden. Dass die begleitenden Unterrichtsmaterialien f√ľr die F√§cher Biologie und Chemie inhaltlich an den Lehrpl√§nen orientiert sind, wurde von den Lehrkr√§ften positiv hervorgehoben. Die im Projektantrag beschriebene Vorgehensweise hat sich damit bew√§hrt.

Die in den Fokus gestellte praktische Umsetzbarkeit und die speziell an die Rahmenbedingungen des naturwissenschaftlichen Unterrichts angepassten Materialien haben sich als entscheidend f√ľr die Akzeptanz und damit die m√∂gliche Skalierung der Projektergebnisse gezeigt. Die Integration eines Citizen Science-Ansatzes zur Vermittlung wissenschaftsprop√§deutischer Kompetenzen trifft auf ein starkes Interesse der Lehrkr√§fte und Sch√ľler:innen. Die Flexibilit√§t durch die vielseitigen Kombinationsm√∂glichkeiten der einzelnen Inhalte sowie die Kombination bereits vorhandener Materialien mit der Nutzung der praktischen Angebote erm√∂glicht ein nachhaltiges Lernen auf der Grundlage der Motivation der Sch√ľler:innen, eigene Fragestellungen aus ihrem lokalen Umfeld beantworten zu k√∂nnen.

√úbersicht

Fördersumme

124.849,00 ‚ā¨

Förderzeitraum

09.11.2020 - 30.06.2023

Bundesland

Rheinland-Pfalz

Schlagwörter

Umweltkommunikation
Umwelttechnik