Dipl. Ökol. Nina HarschFachbereich Chemie und Pharmazie – Institut für Didaktik der ChemieWestfälische Wilhelms-Universität Münster (Deutschland)

Luft und Luftbelastung:Wissen und Fehlvorstellungen

von Schülern der Sekundarstufe(und Lehramtsstudierenden)

Eine empirische Erhebung

von

Nina HarschUniversität Münster

Deutschland

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]

a) Alltagssprache:• „Hohe CO2-Konzentration“

b) Eigene Beobachtungen:• „Die Sonne wärmt.“

c) Reproduktion:• „Das Ozonloch liegt über der Antarktis.“

Welche Vorstellungen und Erfahrungen haben Schüler?

Zusammenfassung

Konzept Mögliche Folge

Alltagssprache Fehlvorstellungen

Beobachtungen Präkonzepte

Reproduktion Unverständnis

=> Verwirrung beim Schüler Überlastung / Abschalten Zurückgreifen auf eigene Konzepte „Parallele Denkweisen“ / „Tauschwissen“

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

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:1. Personen-Scores2. Mittelwert aller Personen-Scores

Auswertung

WWURUTWSPDE

Background

Deutschland Spanien Taiwan Russland WWU

Umweltschutz ist mir wichtig 80 % 97 % 93 % 98 % 90 %

LerninteresseThema Umwelt 40 % 60 % 40% 26 % 82 %

Deutschland Spanien Taiwan Russland WWU

Woher hast du dein Wissen zum Thema Luft und Luftbelastung?

MedienGeoChem

45 %36 %33 %

NaturwBio/GeoPhy/Chem

61 %47 %39 %

ChemMedienBio

95 %87 %79 %

ChemMedienKonv

35 %21 % 16 %

ChemMedienUni

71 %45 %39 %

Wann hast Du im Unterricht etwas zu diesen Themen gelernt?

JGS 8JGS 9JGS 10

21 %26 %27 %

JGS 9JGS 11JGS 12

50 %45 %46 %

JGS 8JGS 9JGS 10

39 %33 %50 %

JGS 5JGS 9> JGS 9

23 %40 % ?

JGS 9JGS 10JGS 11

31 %31 %29 %

Motivation:

Lern-bedingungen:

Testergebnis:[0 ≤ x ≤ 1] Wer war am

Besten? Score-Vertei lung?

Test-Gesamtergebnis: FACHWISSEN

 Schüler

  JGS 10 JGS 12 gesamt

Deutschland 0,38 0,46 0,40

Spanien 0,38 0,52 0,44

Taiwan – 0,71 –

Russland ? ? 0,50

Studierende Uni Münster(LA Chemie)

– – 0,64

Wer wusste das?

Fachwissen Teil 1: LUFT

FRAGE 3:Wie ist die reguläre Zusammen-setzung von 1 Liter Luft?Auswahl:CO2, CH4, N2, O2

ANTWORT:780 ml N2

210 ml O2

< 10 ml CO2

< 10 ml CH4

[%] DE SP TW RU WWU ∅N2 26 25 88 65 86 58

O2 35 27 85 67 90 61

CO2 26 22 85 67 90 58

CH4 50 34 90 86 94 71∅ 34 27 87 71 90

N2 / O2

• 20 % der Schüler

CO2 / CH4

• 42 % der Schüler

weiß nicht

• 38 % der Schüler

Fehlvorstellung:

Kategorien:

„Treibhausgase sind Hauptbestandteile der Luft.“

Fachwissen Teil 1: LUFT

FRAGE 2:Sind die folgenden Gase Treibhausgase?Auswahl:N2, O2, H2O, CO2, CH4, SO2, NOx

ANTWORT:N2

O2 H2O CO2 CH4 SO2 NOx

neinneinjajajaneinnein

[%] DE SP TW RU WWU ∅N2 31 39 93 69 76 62O2 57 53 85 56 84 67

H2O 22 35 90 23 33 41CO2 81 86 98 74 96 87CH4 64 56 100 22 92 67SO2 25 20 53 79 31 42NOx 24 26 45 19 12 25∅ 43 45 81 49 61  

- „Alle Luftschadstoffe sind Treibhausgase.“

- „Der Treibhauseffekt ist rein anthropogen.“

Wer

wus

ste

das?

N2 / O2

• 55 % der Schüler

CO2 / CH4 H2O 72 % 28 %

SO2 / NOx

• 76 % der Schüler

Kategorien:

Fehlvorstellungen:

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:Tglob : ∅ +15 °C

Ohne Wasserdampf:Tglob : ∅ – 18 °C

DE 29

∅ 37SP 24TW 50RU 42

WWU 41

FRAGE 1b:Wer beeinflusst den Treibhauseffekt?Mensch? Natur?

ANTWORT:Mensch und Natur.

Wer wusste das?[%] DE SP TW RU WWU ∅

Mensch 70 49 58 37 84 60Natur 34 40 58 53 39 45

∅ 52 45 58 45 62

FRAGE 1a:Besteht ein Zusammenhang des Treibhauseffekts mit Strahlung und Temperatur?

ANTWORT:Ja, sowohl / als auch.

Wer wusste das?[%] DE SP TW RU WWU ∅

Strahlung 68 60 83 74 86 74Temperatur 67 86 100 74 92 84

∅ 68 73 92 74 89  

FRAGE 5: Wie funktioniert der Treibhauseffekt?

„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.“

„Die kurzwell ige Solarstrahlung wird vom Boden absorbiert und danach als

langwell ige Wärmestrahlung emittiert. Die Treibhausgase absorbieren diese.“

Schüler: 17 %WWU: 29 % ∅: 23 %

Fachwissen Teil 2: TREIBHAUSEFFEKT

Schüler: 6 %WWU: 9 %

∅: 8 %

Schüler: 39 %WWU: 19 % ∅: 29 %

DE: 18 %SP: 51 %TW: 39 %RU: 13 %WWU: 33 %∅: 32 %

30 %

ANTWORT: Abbildung B.

Wer denkt das fälschlicherweise?

Fachwissen Teil 2: TREIBHAUSEFFEKT

FRAGE: Besteht zwischen Treibhauseffekt und Ozonloch ein Zusammenhang?ANTWORT: Nein.

FRAGE 5: [%] DE SP TW RU WWU ∅5.1: Abb. C/D 24 20 23 26 10 205.2: Begründung Ozon 30 30 5 ? 19 21

∅ 27 25 14 26 15

FRAGEN 1.3 und 7.7:

[%] DE SP TW RU WWU ∅1.3: THE beeinflusst Ozonloch 71 78 40 49 77 637.7.: Ozonloch beeinflusst THE 72 61 5 63 71 54

∅ 72 70 23 56 72

Wer wusste das? [%]

Fachwissen Teil 3: OZON (Stratosphäre)

FRAGE 7.1:Woraus entsteht Ozon in der Stratosphäre?

ANTWORT:Aus Sauerstoff und UV-Strahlung.

DE SP TW RU WWU ∅23 29 70 79 61 52

FRAGE 7.3:Wozu dient uns die Ozonschicht?

ANTWORT:Schutz vor schädlicher UV-Strahlung.(UV-C + Großteil UV-B)

Wer wusste das? [%]

DE SP TW RU WWU ∅68 82 100 95 90 87

Wer wusste das? [%]FRAGE 7.8:Wodurch entsteht das Ozonloch?

ANTWORT:FCKWs. DE SP TW RU WWU ∅

40 49 100 26 68 57

Kat

egor

ien:

FRAGE 8:Wo liegt das Ozonloch?

ANTWORT:Antarktis.

[%] DE SP TW RU WWU ∅Antarktis, Australien (A, F) 45 65 98 41 67 63

Industrienationen (B, C, D) 20 12 0 23 8 13

Südamerika (E) 5 3 0 8 0 3

weiß nicht 30 19 3 30 24 21

„Das Ozonloch liegt über den Ländern, die es verursachen.“

Fehlvorstellung:

Wer wusste das? [%]

Fachwissen Teil 3: OZON (Troposphäre)

FRAGE 7.2:Woraus entsteht Ozon in der Troposphäre?

ANTWORT:Aus Stickoxiden und UV-Strahlung.

DE SP TW RU WWU ∅22 20 20 9 29 20

FRAGE 7.6:Gibt es in der Troposphäre Ozon?

ANTWORT:Ja.

Wer wusste das? [%]

DE SP TW RU WWU ∅20 8 5 2 49 17

Wer wusste das? [%]FRAGE 7.4:Ist Ozon schädlich für die Lunge?

ANTWORT:Ja. DE SP TW RU WWU ∅

22 25 73 26 55 40

Kategorien: Stratosphäre

75 % der Schüler

aus O2

50 % derSchüler

Troposphäre

21 % derSchüler

aus NOx

20 % derSchüler

„Ozon gibt es nur in der Ozonschicht.“

Fehlvorstellung:

Fachwissen Teil 4: SAURER REGEN

FRAGE 10:Verursachen die folgenden Gase Sauren Regen?Auswahl:N2, CO2, CH4,O3, SO2, NOx

ANTWORT:N2

CO2 CH4 O3 SO2 NOx

neinjaneinneinjaja

[%] DE SP TW RU WWU ∅N2 34 35 88 78 71 61

CO2 42 49 100 26 86 61CH4 44 39 73 56 80 58O3 47 47 98 74 73 68

SO2 68 73 100 77 96 83NOx 34 43 75 51 57 52∅ 45 48 89 60 77  W

er w

usst

e da

s?

SO2 NOX CO2

70 % 39 % 40 % N2 CH4 O3

66 % 59 % 53 %

- „Saurer Regen ist rein anthropogen verursacht.“- „Saurer Regen hat mit Ozon und

Treibhauseffekt zu tun.“

Kategorien:

Fehlvorstellungen:

Fachwissen Teil 4: SAURER REGEN

FRAGE 11:Reaktions-gleichungen Saurer Regen.

Wer wusste das? [%] DE SP TW RU WWU ∅CO2 3 5 10 26 18 12SO2 6 19 78 0 27 26NOx 2 13 15 56 0 17∅ 4 12 34 27 15  

ANTWORT:

a) CO2 + H2O H2CO3

b) SO2 + H2O H2SO3 2 SO2 + O2 2 SO3 SO3 + H2O H2SO4

c) 2 NO + O2 2 NO2 2 NO2 + H2O HNO2 + HNO3

Vegetation / Gebäude / Seen

• 35 % der Schüler

weiß nicht

• 33 % der Schüler

Gesundheit

• 15 % der Schüler

„Verätzungen, Todesfälle,

Krebs, Hautkrankheit

en, Haarausfall.“„Saurer Regen ist konzentrierte

Säure.“

Fehlvorstellung:

FRAGE 12:Was sind die Folgen Sauren Regens?

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