Die globale Energiewende setzt zunehmend auf Solarenergie und Windkraft. Doch mit dem Ausbau erneuerbarer Energien entsteht eine bislang unterschätzte Herausforderung: Wie können die physischen Infrastrukturen dieser Technologien am Ende ihrer Lebensdauer umweltgerecht recycelt werden? Gerade im Fach Chemie bietet sich hier eine zentrale Schnittstelle, um Schüler:innen nicht nur naturwissenschaftliche Grundlagen zu vermitteln, sondern auch ein ganzheitliches Verständnis für Nachhaltigkeit und Ressourcenkreisläufe zu entwickeln.

Die physische Infrastruktur erneuerbarer Energien, wie beispielsweise bei Windkraftanlagen oder Solarmodulen, macht chemische Konzepte wie Redoxreaktionen, Materialzyklen und Energieumwandlung anschaulich und relevant. Durch Lebenszyklusanalysen (LZA) lassen sich Stoff- und Energieflüsse vom Rohstoff bis zur Entsorgung erforschen und mit Lehrplanthemen wie Nachhaltigkeit und Umweltchemie verknüpfen. Das Thema fördert kritisches Denken, datenbasierte Urteilsbildung und fächerübergreifende Kompetenzen. Auch Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) und Aspekte der Green Chemistry können an diesen Themen besprochen werden.

Folgende Schwerpunkte haben wir aktuell in diesem Forschungsbereich:

Die Prinzipien der Green Chemistry, entwickelt von Paul Anastas und John Warner, bieten nicht nur der chemischen Industrie, sondern auch dem Schulunterricht eine klare Orientierung: Chemie muss nachhaltig, effizient und verantwortungsvoll sein. In einer Zeit, in der Klimawandel, Ressourcenknappheit und Umweltverschmutzung zentrale gesellschaftliche Herausforderungen darstellen, ist es unerlässlich, Schülerinnen und Schüler nicht nur mit chemischen Grundlagen zu versorgen, sondern sie auch für die ökologischen und ethischen Dimensionen chemischer Prozesse zu sensibilisieren. Green Chemistry bietet hierfür den idealen Rahmen: Es geht um atomökonomische Synthesen, um die Vermeidung gefährlicher Substanzen, um erneuerbare Rohstoffe und um Energieeffizienz – Themen, die nicht nur in der aktuellen Forschung, sondern auch im Alltag der Lernenden relevant sind.

“Repräsentative Erfassung der Emissionen klimarelevanter Gase aus Mooren Baden-Württembergs (EmMo), Teil 3” gefördert durch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) als Projektträger des Landes Baden-Württemberg (Förderungszeitraum: 01.06.2012 bis 31.12.2014)

Organische Böden emittieren 98 % der bodenbürtigen, klimarelevanten Treibhausgase. Bis heute besteht jedoch nur eine unzureichende Datengrundlage, so dass diese Emissionen einen erheblichen Unsicherheitsfaktor innerhalb des nationalen Treibhausgasinventars im Rahmen der nationalen Klimaberichterstattung darstellen. Ziel des Projektes ist es einen Beitrag zur Verbesserung der Kenntnis über Zusammensetzung der Treibhausgasemissionen des Landes Baden-Württembergs zu leisten. Zurzeit ist es noch nicht möglich die Emissionen klimarelevanter Treibhausgase aus den organischen Böden zuverlässig zu quantifizieren. Um zukünftig die Emissionen klimarelevanter Treibhausgase aus organischen Böden zuverlässig schätzen zu können, werden im Rahmen dieses Projektes auf verschiedenen Standorten im badischen Moorgebiet Graben-Neudorf (Regierungsbezirk Karlsruhe) die Gasflüsse von CO₂, N₂O und CH₄ zwischen Pedos- und Atmosphäre mit Hilfe stationärer und dynamischer Haubenmessungen untersucht. Zusätzlich zu den Emissionsmessungen werden klimatische, hydrologische und bodenchemische Parameter erfasst. Wir erhoffen uns so ein besseres Verständnis über die die Gasflüsse zwischen Pedo- und Atmosphäre bestimmenden Prozesse sowie über die Bedeutung verschiedener Landnutzungen auf die Emission bodenbürtiger Treibhausgase.

Hier könnten Sie eine Bildergalerie einbauen. Im Original ist das auch so.

Da diese beim Umzug aber den Bezug zu den Image-IDs verliert, ist das hier entfernt.

Kurzbeschreibung

Im Projekt ChemAktiv wird das Lehr-Lernpotenzial von Simulationen im Kontext Chemie genutzt, um submikroskopische Vorgänge für Lernende erfahrbar zu machen. Dazu dienen bestehende interaktive Visualisierungen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz als Ausgangsmaterial für die Entwicklung und Erforschung neuer Lehr-Lern-Materialien zum Thema chemisches Gleichgewicht.

Promotionsvorhaben Chemie ist für Lernende oft schwer zu begreifen. Eine Erklärung hierfür liegt in der Gegebenheit, dass chemische Prozesse auf submikroskopischer Ebene ablaufen und somit von Lernenden nicht direkt erfahrbar sind. Wirksame Werkzeuge, die dieser Problematik entgegenwirken können, indem sie die submikroskopische Ebene visualisieren und somit erfahrbar machen, sind interaktive Simulationen. Daher werden im Projekt ChemAktiv Simulationen als zentraler Lerngegenstand bei der Erstellung neuer Lehr-Lernmaterialien zum Thema chemisches Gleichgewicht genutzt. Die eingesetzten Simulationen leiten sich dabei aus bereits bestehenden interaktiven Webseiten von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ab. Durch didaktische Aufarbeitung und methodische Erweiterung dieser Grundlage wurden drei digitale Lerneinheiten zum Thema chemisches Gleichgewicht entwickelt. Im Rahmen des Projekts werden die Materialien in einem qualitativen Setting mittels leitfadengestützter Interviews mit (inter)aktiven Arbeitsphasen und Think-Aloud Protokollen beforscht und durch qualitative Inhaltsanalyse nach Mayring ausgewertet. Dazu werden Studienanfänger:innen im ersten und zweiten Semester interviewt

Leitung: Prof. Dr. Carsten Streb (Anorganische Chemie), Dr. Annabel Pauly (Didaktik der Chemie)
Mitarbeiterin: Leonie Baumgarten-Thomas

ChemAktiv – das Material

Im Rahmen des Projekts wurden drei so benannte Microeinheiten zum chemischen Gleichgewicht entwickelt. Diese zeichnen sich durch ihre Prägnanz, innere Abgeschlossenheit und simulationsbasiertes Design aus.

So behandelt jede Microeinheit ein Schwerpunktthema innerhalb des Themenkomplexes „chemisches Gleichgewicht“. Basierend auf einer zentralen Simulation werden anhand konkreter, simulationsbasierter Aufgaben Zusammenhänge aufgedeckt und von den Lernenden erkundet, welche anschließend in Auswertungsaufgaben angewendet und gesichert werden. Die Einheiten sind darauf ausgelegt, alternativen Konzepten vorzubeugen oder ihnen entgegenzuwirken. Das Material ist flexibel einsetzbar und eignet sich sowohl zum Üben und Vertiefen in der Schule als auch als interaktive und Konzeptverständnis fördernde Wiederholung in der Studieneingangsphase.

Link Microeinheit 1: https://interaktiv.chemie.uni-mainz.de/chemaktiv-test/equilibrium/

Link Microeinheit 2: https://interaktiv.chemie.uni-mainz.de/chemaktiv-test/equilibrium/teil2.html

Link Microeinheit 3: https://interaktiv.chemie.uni-mainz.de/chemaktiv-test/equilibrium/teil3.html

Link Simulationen Interaktiv Chemie: https://interaktiv.chemie.uni-mainz.de/ac/index/

Das Lehrprojekt EXPlore zielt auf eine schülerorientierte Planung und Reflexion von Show- und Demonstrationsexperimenten durch Lehramtsstudierende ab. Ausgangspunkt ist die Herausforderung, chemische Experimente nicht nur fachlich korrekt, sondern auch adressatengerecht zu gestalten. Die Studierenden entwickeln im fachdidaktischen Laborpraktikum eigene Show- und Demonstrationsexperimente – bislang jedoch ohne Rückmeldung durch das Zielpublikum. Um authentische Schüler:innenkontakte und einen Austausch zwischen den angehenden Lehrkräften und den Lernenden zu fördern, ist ein zentrales Element von EXPlore der gemeinsame Besuch einer (externen) Science-Show mit eingeladenen Schulklassen. Im Anschluss diskutieren Studierende, Schüler:innen und Lehrkräfte in Kleingruppen über die Wirkung der Experimente. Diese Rückmeldungen fließen in die Überarbeitung der Experimente ein. Ergänzend dokumentieren die Studierenden ihre Erfahrungen in einem Lehrportfolio und führen die eigenen Experimente am Tag der offenen Tür für interessierte Lernende durch. Das Projekt stärkt die professionelle Wahrnehmung, die didaktische Kompetenz und die Fähigkeit zur Perspektivübernahme.

Förderung: Gutenberg Lehrkolleg (GLK)
Leitung: Dr. Annabel Pauly
Mitarbeiterin: Josie Kopper

Innovative Unterrichtskonzeptionen gelten als zentrale Impulsgeber für die Weiterentwicklung des schulischen Chemieunterrichts. Ihre erfolgreiche Implementierung hängt jedoch nicht allein von fachlicher Relevanz ab, sondern entscheidend von ihrer didaktischen Anschlussfähigkeit, ihrer Anpassung an die realen Rahmenbedingungen des Schulalltags sowie von der Akzeptanz und Nutzungsbereitschaft der Lehrkräfte. Gerade bei modularen Konzepten, die aufgrund ihrer Flexibilität in der Praxis besonders häufig eingesetzt werden, stellt sich die Frage, inwieweit zentrale fachliche Kernideen trotz selektiver Nutzung oder Adaptation erhalten bleiben.

Vor diesem Hintergrund verfolgt das vorliegende Projekt das Ziel, eine modulare Unterrichtskonzeption zu farbstoffsensibilisierten Solarzellen (dye-sensitized solar cells, DSSC) zu entwickeln, zu pilotieren und zu evaluieren, die sowohl den curricularen Anforderungen als auch den modularen Nutzungsvorlieben von Lehrkräften gerecht wird. Dabei steht die Frage im Mittelpunkt: Welche Nutzungsstrategien und Adaptionsmuster zeigen Lehrkräfte bei der Implementierung einer modularen DSSC-Konzeption – und welche Faktoren beeinflussen ihre Entscheidung, das Konzept vollständig zu nutzen, teilweise anzuwenden oder zu vermeiden?

Die Konzeption wird im Rahmen der curricularen Innovationsforschung (Tausch, 2004) entwickelt und berücksichtigt dabei sowohl fachliche als auch didaktische und organisatorische Rahmenbedingungen. Sie ist in klar strukturierte, inhaltlich aufeinander abgestimmte Module gegliedert. Dabei wird besonderer Wert auf die Verknüpfung von Fachwissen, experimenteller Erfahrung und nachhaltigkeitsbezogener Reflexion gelegt.

In der Pilotierungsphase wird die Konzeption in ausgewählten Gymnasien im regulären Unterricht eingesetzt. Die Nutzung und Adaption durch die Lehrkräfte werden mittels qualitativer Interviews erfasst, die auf die Erfahrungen, Herausforderungen und Entscheidungskriterien der Nutzer:innen fokussieren. Die Auswertung erfolgt durch systematische Inhaltsanalyse, um Nutzungsmuster, Adaptionsstrategien und Einflussfaktoren zu identifizieren.

Die gewonnenen Erkenntnisse dienen nicht nur der iterativen Weiterentwicklung der DSSC-Konzeption, sondern auch der Ableitung allgemeiner Gestaltungsprinzipien für den Transfer curricularer Innovationen in den Chemieunterricht. Dabei wird insbesondere untersucht, wie Modularität mit inhaltlicher Kohärenz und Lehrplananschluss vereinbar ist und wie Innovationen so gestaltet werden können, dass sie nicht nur fachlich überzeugen, sondern auch in der Praxis nachhaltig verankert werden.