Dipl. Ökol . Nina Harsch Fachbereich Chemie und Pharmazie – Institut für Didaktik der Chemie

1. Dipl. Ökol. Nina Harsch FachbereichChemie und Pharmazie – InstitutfürDidaktikderChemie WestfälischeWilhelms-UniversitätMünster (Deutschland) Luft und Luftbelastung: Wissen und Fehlvorstellungen von Schülern der Sekundarstufe (und Lehramtsstudierenden) Eine empirische Erhebung von Nina Harsch Universität Münster Deutschland

2. 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] David Paul Ausubel [Wikipedia].

3. Welche Vorstellungen und Erfahrungen haben Schüler? • Alltagssprache: • „Hohe CO2-Konzentration“ • Eigene Beobachtungen: • „Die Sonne wärmt.“ • Reproduktion: • „Das Ozonloch liegt über der Antarktis.“

4. Zusammenfassung • => 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:

6. Auswertung

7. Auswertung • Wie ist der Test ausgefallen? • Fachwissen: 43 Items • 100 % richtig beantwortet: 43 Punkte => Score 1 • 0 % richtig beantwortet: 0 Punkte => Score 0 • Test-Score: • Personen-Scores • Mittelwert aller Personen-Scores

8. Background Motivation: Lern- bedingungen: Testergebnis: [0 ≤ x ≤ 1] Wer war am Besten? Score-Verteilung?

9. Test-Gesamtergebnis: FACHWISSEN

10. Fachwissen Teil 1: LUFT FRAGE 3: Wie ist die reguläre Zusammen- setzung von 1 Liter Luft? Auswahl: CO2, CH4, N2, O2 Wer wusste das? • Kategorien: ANTWORT: 780 ml N2 210 ml O2 < 10 ml CO2 < 10 ml CH4 Fehlvorstellung: • „Treibhausgase sind Hauptbestandteile der Luft.“

11. N2 / O2 Fachwissen Teil 1: LUFT • 55 % der Schüler FRAGE 2: Sind die folgenden Gase Treibhausgase? Auswahl: N2, O2, H2O, CO2, CH4, SO2, NOx • Wer wusste das? ANTWORT: N2 O2 H2O CO2 CH4 SO2 NOx nein nein ja ja ja nein nein • CO2 / CH4 H2O • SO2 / NOx • Kategorien: • 76 % der Schüler • 72 % 28 % • Fehlvorstellungen: • „Alle Luftschadstoffe sind Treibhausgase.“ • „Der Treibhauseffekt ist rein anthropogen.“

12. Fachwissen Teil 2: TREIBHAUSEFFEKT FRAGE 1a: Besteht ein Zusammenhang des Treibhauseffekts mit Strahlung und Temperatur? Wer wusste das? Wer wusste das? [%] ANTWORT: Ja, sowohl / als auch. FRAGE 4: Wie läge die mittlere Globaltemperatur, wenn wir allen Wasserdampf aus der Atmosphäre entfernen würden? ANTWORT: • Niedriger. • Mit Wasserdampf: • Tglob∅: +15 °C • Ohne Wasserdampf: • Tglob∅: – 18 °C Wer wusste das? FRAGE 1b: Wer beeinflusst den Treibhauseffekt? Mensch? Natur? ANTWORT: Mensch und Natur.

13. Fachwissen Teil 2: TREIBHAUSEFFEKT FRAGE 5: Wie funktioniert der Treibhauseffekt? ANTWORT: Abbildung B. • Schüler: 17 % • WWU: 29 % • ∅: 23 % „Die Treibhausgase lassen die Solarstrahlungdurch, halten aber die vom Bodenreflektierte Strahlung auf.“ • DE: 18 % • SP: 51 % • TW: 39 % • RU: 13 % • WWU: 33 % • ∅: 32 % „Die kurzwellige Solarstrahlungwird vom Boden absorbiert und danach als langwellige Wärmestrahlung emittiert. Die Treibhausgase absorbieren diese.“ 30 % „Durch das Ozonlochist die Erde der Sonne schutzlos ausgesetzt und erwärmt sich immer mehr.“ • Schüler: 6 % • WWU: 9 % • ∅: 8 % „DieSonnenstrahlung gelangt durch das Ozonlochauf die Erde. Dort wird sieam Boden und an der Ozonschichtreflektiertund bleibt so in der Atmosphäre.“ • Schüler: 39 % • WWU: 19 % • ∅: 29 %

14. Fachwissen Teil 2: TREIBHAUSEFFEKT FRAGE: Besteht zwischen Treibhauseffekt und Ozonloch ein Zusammenhang? Wer denkt das fälschlicherweise? ANTWORT:Nein. FRAGE 5: FRAGEN 1.3 und 7.7:

15. Fachwissen Teil 3: OZON (Stratosphäre) ANTWORT: Schutz vor schädlicher UV-Strahlung. (UV-C + Großteil UV-B) Wer wusste das? [%] FRAGE 7.3: Wozu dient uns die Ozonschicht? Wer wusste das? [%] FRAGE 7.1: Woraus entsteht Ozon in der Stratosphäre? ANTWORT: Aus Sauerstoff und UV-Strahlung. Wer wusste das? [%] FRAGE 7.8: Wodurch entsteht das Ozonloch? ANTWORT: FCKWs. FRAGE 8: Wo liegt das Ozonloch? Kategorien: ANTWORT: Antarktis. Fehlvorstellung: „Das Ozonloch liegt über den Ländern, die es verursachen.“

16. Fachwissen Teil 3: OZON (Troposphäre) Wer wusste das? [%] FRAGE 7.6: Gibt es in der Troposphäre Ozon? Wer wusste das? [%] ANTWORT: Ja. • Stratosphäre • aus O2 • Troposphäre • aus NOx • 75 % der • Schüler • 50 % der • Schüler • 21 %der • Schüler • 20 % der • Schüler FRAGE 7.2: Woraus entsteht Ozon in der Troposphäre? ANTWORT: Aus Stickoxiden und UV-Strahlung. Wer wusste das? [%] FRAGE 7.4: Ist Ozon schädlich für die Lunge? ANTWORT: Ja. • Kategorien: Fehlvorstellung: „Ozon gibt es nur in der Ozonschicht.“

17. Fachwissen Teil 4: SAURER REGEN FRAGE 10: Verursachen die folgenden Gase Sauren Regen? Auswahl: N2, CO2, CH4, O3, SO2, NOx • Wer wusste das? ANTWORT: N2 CO2 CH4 O3 SO2 NOx nein ja nein nein ja ja • Kategorien: • SO2 NOX CO2 • N2 CH4 O3 • 70 % 39 % 40 % • 66 % 59 % 53 % • Fehlvorstellungen: • „Saurer Regen ist rein anthropogen verursacht.“ • „Saurer Regen hat mit Ozon und Treibhauseffekt zu tun.“

18. Fachwissen Teil 4: SAURER REGEN ANTWORT: CO2 + H2O  H2CO3 SO2+ H2O H2SO32 SO2+ O2 2 SO3 SO3 + H2O  H2SO4 2 NO + O2 2 NO22 NO2+ H2O HNO2 + HNO3 FRAGE 11: Reaktions-gleichungen Saurer Regen. • Wer wusste das? • Vegetation / Gebäude / Seen • weiß nicht • Gesundheit FRAGE 12: Was sind die Folgen Sauren Regens? „Verätzungen, Todesfälle, Krebs, Hautkrankheiten, Haarausfall.“ • 35 % der Schüler • 33 % der Schüler • Fehlvorstellung: • 15 % der Schüler „Saurer Regen ist konzentrierte Säure.“

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