Entwicklung eines Konzeptes für eine Lehrerfortbildung zum Thema Umweltchemie Wasser Examensarbeit...

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

33


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


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


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 %)

66


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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

rnet

Mes

sw.-E

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.

Sim./A

nimatio

n

Sonsti

ges

Tutor

progr

amm

e

Nen

nu

ng

en (

%)

Unterrichtsmethoden

Unterrichtsorganisation

Neue Medien

(Interview)

1919


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


FortbildungskonzeptFortbildungskonzeptInhalte:• Oberthema: Umweltchemie Wasser• Unterthemen (Kreislauf):

Ziel/Intention:• ganzheitliche Betrachtung des Themenkomplexes• Möglichkeit zur Vernetzung im Sinne des Spiralcurriculums

3030


FortbildungskonzeptFortbildungskonzeptVernetzung und Kumulatives Lernen:

• Horizontale Vernetzung:

fächerübergreifender Unterricht; gemeinsame Projekte

• Vertikale Vernetzung:

Verknüpfung der Inhalte innerhalb eines Faches (Spiralcurriculum; anknüpfen/erweitern/vertiefen)

3131


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


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


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


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


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


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


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


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


Sauerstoff-Bestimmung (Hofer)Sauerstoff-Bestimmung (Hofer)

Sauerstoff-Gehalt (Abschätzung; vereinfacht nach Hofer)

4040


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


Sauerstoff-SättigungSauerstoff-Sättigung

4242


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


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


Weitere VersucheWeitere VersucheBetrieb einer biologischen Modell-Kläranlage (V19)

4545


Weitere VersucheWeitere VersucheDemonstration eines Flockungshilfsmittels (Kläranlage) (V22)

4646


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)

4747



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)

4848



Themenbereich B: Trinkwasser

Station B1: Trinkwasser-Gewinnung

Station B2: Wasserhärte (Bestimmung)

Station B3: Wasserhärte (Ursprung)

Station B4: Nachteile von hartem Wasser / Enthärter

4949



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

5050



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

5151


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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