Projekt 20240/01

Entwicklung und Erprobung von Lehr- und Lernmitteln für eine nachhaltig-zukunftsfähige praktische Ausbildung im Hochtechnologiebereich

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Unter den Aspekten der Nachhaltigkeit ist es erforderlich, die Kompatibilität von akademischer und beruflicher Ausbildung in den Bereichen der Naturwissenschaften und Hochtechnologien zu verbessern. In dem Projekt wird das Curriculum für einen inhaltlich und methodisch neu zu konzipierenden Kursus für eine nachhaltige organisch-synthetische Ausbildung in den naturwissenschaftlichen Laborberufen erarbeitet. Dieser Kursus soll sich konzeptionell an den Grundideen, Versuchsvorschriften und theoretischen Erläuterungen des bereits von der DBU geförderten Projektes Erarbeitung eines Organisch-chemischen Praktikums für die akademische Ausbildung orientieren. Die darin erarbeiteten Versuchsvorschriften sollen methodisch-didaktisch an die Ausbildung von Facharbeitern in den Laborberufen angepasst, optimiert und in einzelnen Bereichen auch erweitert werden. Ziel ist die Erarbeitung und Herausgabe einer begrenzten Sammlung von Praktikumvorschriften für eine am Nachhaltigkeitsgedanken orientierte Berufsausbildung von Laboranten/innen im Kontext mit den Ausbildungsverordnungen. Die erarbeiteten Materialien sollen auf andere Berufsgruppen (Chemiekanten, UT-Berufe) sinnvoll übertragbar sein und im Rahmen des Bildungsverbundes Sachsen für Chemie- und chemiebezogene Berufe verbreitet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden- Festlegung von chemischen (Stoffklassen, Reaktionstypen, Arbeitstechniken), ökologischen (Toxizität, Energiebedarf, Abfall) ökonomischen und methodisch-didaktischen Auswahlkriterien für die durchzuführenden organischen Synthesen in Kooperation mit den o. g. Partnern
- Auswahl der für die Ausbildung von Laborantinnen und Laboranten geeigneten Synthesen
- Technische Vorbereitung (Auswahl und Bereitstellung der Laborausrüstung)
- Durchführung der ausgewählten Synthesen (ggf. Lehrlingsaustausch zwischen den Partnern und gemeinsame Versuchsdurchführung) Zeitraum: 03/03 - 10/03
- Versuchsauswertung und Interpretation der Ergebnisse, insbesondere Vergleiche mit klassischen Synthesen unter Zuhilfenahme der im Projekt Nachhaltiges Organisch-chemisches Praktikum erarbeiteten Texte und Methoden (z. B. EATOS, ggf. Elemente von Ökoeffizienzanalysen)


Ergebnisse und Diskussion

Mit dem Projekt wurden an der Sächsischen Bildungsgesellschaft für Umweltschutz und Chemieberufe Dresden mbH ausgewählte und konkrete Beiträge zu einer an den Prinzipien der Nachhaltigkeit orientierten präparativ-synthetischen Ausbildung in den naturwissenschaftlichen Laborberufen geleistet. Verschiedene für ein universitäres Projekt erarbeitete Praktikumvorschriften wurden methodisch-didaktisch an die Ausbildung von Facharbeitern in den Laborberufen angepasst, optimiert und z. T. auch erweitert. Auf der Grundlage eines inhaltlichen und methodischen Konzeptes für die präparativen Kurse erfolgte die Auswahl von Versuchsvorschriften nach Stoffklassen, Reaktionstypen, Arbeitsmethoden/-techniken, Zeitbedarf und Schwierigkeitsgrad.
Der Schwerpunkt lag dabei eindeutig in der praktischen Versuchsdurchführung sowie den dabei erzielbaren Resultaten, wie Optimierung von Ausbeute und Qualität. Die Auszubildenden konnten sich mit Möglichkeiten auseinander setzen, Stoffsynthesen im Labor- und Produktionsmaßstab durch Implementierung von Elementen der Biotechnologie umweltverträglicher zu gestalten.
Die Aufgabe der Optimierung einer Versuchsanleitung zur Herstellung von Ricinolsäuremethylester wurde im Zuge eines Folgeprojektes von Chemielaboranten-Lehrlingen des dritten Lehrjahres der SBG mit Lehramts-Studenten der Technischen Universität Dresden gelöst. Die Lernenden erhielten dabei einen komplexen Kundenauftrag, der in Gruppenarbeit innerhalb von drei Tagen bewältigt werden musste. Im Rahmen einer In- und Output-Analyse wurde eine Ökobilanz erstellt. Die Lehrlinge warfen selbst-ständig Fragen hinsichtlich der Kompatibilität der Versuche und Präparationsvorschriften mit den Kriterien der Nachhaltigkeit auf. Sie stellten Methoden zur Analyse und Charakterisierung zusammen und führten Recherchen zu möglichen Einsatzgebieten für den hergestellten Ester durch. Alle Ergebnisse wurden sorgfältig dokumentiert. Zum Projektabschluss wurde eine Präsentation zu den Ergebnissen und dem Prozess zur Lösung des Problems erarbeitet.
Dieses durch Studenten und Lehrlinge durchgeführte Projekt hatte als Modellprojekt das Ziel, eine Multiplikatorfunktion zu erfüllen. Sein methodisch-didaktisches Konzept lässt sich verallgemeinern und auf andere Versuche übertragen.
Im Rahmen der Zielstellungen des Projektes - Verbindung chemischer und biotechnologischer Prinzipien als Element der Hochtechnologie und der Nachhaltigkeit in der beruflichen Ausbildung von Laborantinnen und Laboranten - nahmen Durchführung und Auswertung des Versuches Kultivierung von Saccharomyces cerevisiae im Fermenter, Probenahme und Aufarbeitung von Fermentationsprodukten eine zentrale Stellung ein. Die notwendige gerätetechnische Ausstattung stand durch die Unterstützung seitens der DBU zur Verfügung, vor allem ein 3 l-Rührfermenter mit geeigneter Prozessführung und Software.
Das Ziel des Versuches war dabei das Kennenlernen und Beherrschen von Fermentationen sowie das Erstellen einer Wachstumskurve für den jeweiligen Organismus unter definierten Bedingungen sowie die quantitative Bestimmung der bei der Fermentation auftretenden Stoffwechselprodukte.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die im Projekt erarbeiteten Inhalte werden in den kommenden Jahren fester Bestandteil der Lehre sein. So werden z. B. regelmäßig Seminare zum Struktur-Wirkungs-Denken mit Prof. Jastorff, Universität Bremen, stattfinden.
Die Materialien sollen in den kommenden Monaten im Sinne einer Projektnachnutzung im Rahmen der von der SBG koordinierten Bildungsverbunde verbreitet werden. Die Projektergebnisse können so von Biologie- und Chemielaboranten auf andere Berufsgruppen, wie Chemiekanten oder Fachkräfte für Wasser, Abwasser, Kreislauf- und Abfallwirtschaft übertragen werden. Auf diesem Wege wird auch ein Wissenstransfer im Sinne der Nachhaltigkeit in klein- und mittelständische Unternehmen der Chemie- und Biowirtschaft unterstützt, der auch Rückkopplungseffekte erwarten lässt.
Darüber hinaus können die Ergebnisse in der Fort- und Weiterbildung genutzt werden, z. B. für Industrie meister der Fachrichtungen Chemie und Pharmazie.


Fazit

Ein Schwerpunkt des Projektes lag in der Gestaltung und Vermittlung der Erkenntnis- und Kommunikationsprozesse, die sich innerhalb der 18-monatigen Projektlaufzeit vollzogen. Die Lehrlinge konnten Kooperationen zu Wissenschaftlern verschiedener Universitäten sowie zu Lehrerstudenten aufbauen. Diese Aktivitäten und Eindrücke bewirkten für die Laboranten-Lehrlinge einen deutlichen Effekt hinsichtlich der Verständnisentwicklung für die Aspekte der Nachhaltigkeit und der Fähigkeiten zur projektbezogenen Teamarbeit im Labor.