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Dipl. Ökol. Nina Harsch Fachbereich Chemie und Pharmazie – Institut für Didaktik der Chemie Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Deutschland) Luft.

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1 Dipl. Ökol. Nina Harsch Fachbereich Chemie und Pharmazie – Institut für Didaktik der Chemie Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Deutschland) Luft und Luftbelastung: Wissen und Fehlvorstellungen von Schülern der Sekundarstufe (und Lehramtsstudierenden) Eine empirische Erhebung von Nina Harsch Universität Münster Deutschland

2 David Paul Ausubel [Wikipedia]. Warum Fehlvorstellungen untersuchen? Aller Unterricht hat bei der Erfahrung der Kinder anzufangen. Alle neuen Erfahrungen, die die Schüler im Unterricht machen, werden mit Hilfe bereits bekannter Vorstellungen organisiert. [D.P. Ausubel, 1974]

3 a)Alltagssprache: Hohe CO 2 -Konzentration b)Eigene Beobachtungen: Die Sonne wärmt. c)Reproduktion: Das Ozonloch liegt über der Antarktis. Welche Vorstellungen und Erfahrungen haben Schüler?

4 Zusammenfassung KonzeptMögliche Folge AlltagsspracheFehlvorstellungen BeobachtungenPräkonzepte ReproduktionUnverständnis => Verwirrung beim Schüler Überlastung / Abschalten Zurückgreifen auf eigene Konzepte Parallele Denkweisen / Tauschwissen

5 Empirische Erhebung Teilnehmer: 1.500 Schüler der Jahrgangsstufen 10 und 12 –Deutschland, Spanien, Taiwan, Russland 50 Lehramtsstudierende (Bachelor und Master) Fragebogen: Einstellung und Lernbereitschaft Motivation Luft, Treibhauseffekt, Ozon, Saurer Regen Fachwissen Spezialisierung, Lernbedingungen Statistik

6 Auswertung

7 Wie ist der Test ausgefallen? –Fachwissen: 43 Items 100 % richtig beantwortet: 43 Punkte => Score 1 0 % richtig beantwortet: 0 Punkte => Score 0 –Test-Score: 1.Personen-Scores 2.Mittelwert aller Personen-Scores Auswertung WWU RU TW SP DE

8 Background DeutschlandSpanienTaiwanRusslandWWU Umweltschutz ist mir wichtig 80 %97 %93 %98 %90 % Lerninteresse Thema Umwelt 40 %60 %40%26 %82 % DeutschlandSpanienTaiwanRusslandWWU Woher hast du dein Wissen zum Thema Luft und Luftbelastung? Medien Geo Chem 45 % 36 % 33 % Naturw Bio/Geo Phy/Chem 61 % 47 % 39 % Chem Medien Bio 95 % 87 % 79 % Chem Medien Konv 35 % 21 % 16 % Chem Medien Uni 71 % 45 % 39 % Wann hast Du im Unterricht etwas zu diesen Themen gelernt? JGS 8 JGS 9 JGS 10 21 % 26 % 27 % JGS 9 JGS 11 JGS 12 50 % 45 % 46 % JGS 8 JGS 9 JGS 10 39 % 33 % 50 % JGS 5 JGS 9 > JGS 9 23 % 40 % ? JGS 9 JGS 10 JGS 11 31 % 29 % Motivation: Lern- bedingungen: Testergebnis: [0 x 1] Wer war am Besten? Score-Verteilung?

9 Test-Gesamtergebnis: FACHWISSEN

10 Wer wusste das? Fachwissen Teil 1: LUFT FRAGE 3: Wie ist die reguläre Zusammen- setzung von 1 Liter Luft? Auswahl: CO 2, CH 4, N 2, O 2 ANTWORT: 780 ml N 2 210 ml O 2 < 10 ml CO 2 < 10 ml CH 4 [%] DESPTWRUWWU N2N2 262588658658 O2O2 352785679061 CO 2 262285679058 CH 4 503490869471 3427877190 Fehlvorstellung: Kategorien: Treibhausgase sind Hauptbestandteile der Luft.

11 Fachwissen Teil 1: LUFT FRAGE 2: Sind die folgenden Gase Treibhausgase? Auswahl: N 2, O 2, H 2 O, CO 2, CH 4, SO 2, NO x ANTWORT: N 2 O 2 H 2 O CO 2 CH 4 SO 2 NO x nein ja nein [%] DESPTWRUWWU N2N2 313993697662 O2O2 575385568467 H2OH2O 223590233341 CO 2 818698749687 CH 4 6456100229267 SO 2 252053793142 NO x 242645191225 4345814961 Alle Luftschadstoffe sind Treibhausgase. Der Treibhauseffekt ist rein anthropogen. Wer wusste das? N 2 / O 2 55 % der Schüler CO 2 / CH 4 H 2 O 72 % 28 % SO 2 / NO x 76 % der Schüler Kategorien: Fehlvorstellungen:

12 Wer wusste das? [%] Fachwissen Teil 2: TREIBHAUSEFFEKT FRAGE 4: Wie läge die mittlere Globaltemperatur, wenn wir allen Wasserdampf aus der Atmosphäre entfernen würden? ANTWORT: Niedriger. Mit Wasserdampf: T glob : +15 °C Ohne Wasserdampf: T glob : – 18 °C DE29 37 SP24 TW50 RU42 WWU41 FRAGE 1b: Wer beeinflusst den Treibhauseffekt? Mensch? Natur? ANTWORT: Mensch und Natur. Wer wusste das? [%]DESPTWRUWWU Mensch 704958378460 Natur 344058533945 5245584562 FRAGE 1a: Besteht ein Zusammenhang des Treibhauseffekts mit Strahlung und Temperatur? ANTWORT: Ja, sowohl / als auch. Wer wusste das? [%]DESPTWRUWWU Strahlung 686083748674 Temperatur 6786100749284 6873927489

13 FRAGE 5: Wie funktioniert der Treibhauseffekt? Ozonloch Durch das Ozonloch ist die Erde der Sonne schutzlos ausgesetzt und erwärmt sich immer mehr. Die Sonnenstrahlung gelangt durch das Ozonloch auf die Erde. Dort wird sie am Boden und an der Ozonschicht reflektiert und bleibt so in der Atmosphäre. Die Treibhausgase lassen die Solarstrahlung durch, halten aber die vom Boden reflektierte Strahlung auf. kurzwellige Solarstrahlung langwellige Wärmestrahlung Die kurzwellige Solarstrahlung wird vom Boden absorbiert und danach als langwellige Wärmestrahlung emittiert. Die Treibhausgase absorbieren diese. kurzwellige Solarstrahlung langwellige Wärmestrahlung Die kurzwellige Solarstrahlung wird vom Boden absorbiert und danach als langwellige Wärmestrahlung emittiert. Die Treibhausgase absorbieren diese. Schüler:17 % WWU: 29 % : 23 % Schüler:17 % WWU: 29 % : 23 % Fachwissen Teil 2: TREIBHAUSEFFEKT Schüler: 6 % WWU: 9 % : 8 % Schüler: 6 % WWU: 9 % : 8 % Schüler:39 % WWU: 19 % : 29 % Schüler:39 % WWU: 19 % : 29 % DE: 18 % SP: 51 % TW: 39 % RU: 13 % WWU: 33 % : 32 % DE: 18 % SP: 51 % TW: 39 % RU: 13 % WWU: 33 % : 32 % 30 % ANTWORT: Abbildung B.

14 Wer denkt das fälschlicherweise? Fachwissen Teil 2: TREIBHAUSEFFEKT FRAGE: Besteht zwischen Treibhauseffekt und Ozonloch ein Zusammenhang? ANTWORT: Nein. FRAGE 5: [%]DESPTWRUWWU 5.1: Abb. C/D 242023261020 5.2: Begründung Ozon 30 5?1921 2725142615 FRAGEN 1.3 und 7.7: [%]DESPTWRUWWU 1.3: THE beeinflusst Ozonloch 717840497763 7.7.: Ozonloch beeinflusst THE 72615637154 7270235672

15 Wer wusste das? [%] Fachwissen Teil 3: OZON (Stratosphäre) FRAGE 7.1: Woraus entsteht Ozon in der Stratosphäre? ANTWORT: Aus Sauerstoff und UV-Strahlung. DESPTWRUWWU 232970796152 FRAGE 7.3: Wozu dient uns die Ozonschicht? ANTWORT: Schutz vor schädlicher UV-Strahlung. (UV - C + Großteil UV - B) Wer wusste das? [%] DESPTWRUWWU 6882100959087 Wer wusste das? [%] FRAGE 7.8: Wodurch entsteht das Ozonloch? ANTWORT: FCKWs. DESPTWRUWWU 4049100266857 Kategorien: FRAGE 8: Wo liegt das Ozonloch? ANTWORT: Antarktis. [%] DESPTWRUWWU Antarktis, Australien (A, F) 456598416763 Industrienationen (B, C, D) 2012023813 Südamerika (E) 530803 weiß nicht 30193302421 Das Ozonloch liegt über den Ländern, die es verursachen. Fehlvorstellung:

16 Wer wusste das? [%] Fachwissen Teil 3: OZON (Troposphäre) FRAGE 7.2: Woraus entsteht Ozon in der Troposphäre? ANTWORT: Aus Stickoxiden und UV-Strahlung. DESPTWRUWWU 2220 92920 FRAGE 7.6: Gibt es in der Troposphäre Ozon? ANTWORT: Ja. Wer wusste das? [%] DESPTWRUWWU 208524917 Wer wusste das? [%] FRAGE 7.4: Ist Ozon schädlich für die Lunge? ANTWORT: Ja. DESPTWRUWWU 222573265540 Kategorien: Stratosphäre 75 % der Schüler aus O 2 50 % der Schüler Troposphäre 21 % der Schüler aus NO x 20 % der Schüler Ozon gibt es nur in der Ozonschicht.Fehlvorstellung:

17 Fachwissen Teil 4: SAURER REGEN FRAGE 10: Verursachen die folgenden Gase Sauren Regen? Auswahl: N 2, CO 2, CH 4, O 3, SO 2, NO x ANTWORT: N 2 CO 2 CH 4 O 3 SO 2 NO x nein ja nein ja [%] DESPTWRUWWU N2N2 343588787161 CO 2 4249100268661 CH 4 443973568058 O3O3 47 98747368 SO 2 6873100779683 NO x 344375515752 4548896077 Wer wusste das? SO 2 NO X CO 2 70 % 39 % 40 % N 2 CH 4 O 3 66 % 59 % 53 % Saurer Regen ist rein anthropogen verursacht. Saurer Regen hat mit Ozon und Treibhauseffekt zu tun. Kategorien: Fehlvorstellungen:

18 Fachwissen Teil 4: SAURER REGEN FRAGE 11: Reaktions- gleichungen Saurer Regen. Wer wusste das? [%] DESPTWRUWWU CO 2 3510261812 SO 2 6197802726 NO x 2131556017 412342715 ANTWORT: a)CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 b)SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 c)2 NO + O 2 2 NO 2 2 NO 2 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 Vegetation / Gebäude / Seen 35 % der Schüler weiß nicht 33 % der Schüler Gesundheit 15 % der Schüler Verätzungen, Todesfälle, Krebs, Hautkrankheiten, Haarausfall. Saurer Regen ist konzentrierte Säure. Fehlvorstellung: FRAGE 12: Was sind die Folgen Sauren Regens?

19 Schlussbetrachtung und Ausblick Mittelwerte deutsche Schüler [ 0 x 1 ] : Interesse am Thema:0,68 Wissen (Unterricht):0,56 Medien: 0,66 Testergebnis: 0,50 Zahlreiche Wissenslücken und Fehlvorstellungen. Ausblick: Unterrichtskonzept Entwicklung (Datenbasis) Anwendung (Sekundarstufe) Auswertung (Pre- & Post-Test) Optimierung


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