Projekt 34467/01

Seltene Erden & Co in der digitalen Nachhaltigkeitsbildung: Lernen mit und über den nachhaltigen Einsatz von Tablets in der Schule

Projektdurchführung

Universität Konstanz
Universitätsstr. 10
78464 Konstanz

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Implementation von Schülerbildungs? und Schülerexperimentierangeboten zur Umwelt? und Nachhaltigkeitsbildung rund um das digitale Medium Tabletcomputer. Die Bildungsangebote haben eine Ausrichtung an mediendidaktischen, chemischen und physikalisch?technischen Themen mit Nachhaltigkeits- oder Umweltbezug. Die Angebote werden im Schülerlabor der Universität Konstanz entwickelt und zusätzlich auch im Schülerlabor „FreiEx“ an der Universität Bremen implementiert. Die Angebote richten sich an die Jahrgangsstufen 7-13 der allgemein- und berufsbildenden Schulen der Sekundarstufen I + II.

Alleinstellungsmerkmal dieses Angebots ist die Instrumentalisierung eines digitalen Mediums auf zweierlei Ebenen: zum einen bildet die Hardware der Tablets selbst den Lerngegenstand und wird hinsichtlich einer nachhaltigen Nutzung und eines effektiven Recyclings des anfallenden Elektroschrotts in das Zentrum des Lernens gestellt. Zum anderen wirken die Tablets als Lernwerkzeuge bzw. Lernbegleiter, um neue mediendidaktische Zugänge bei der Behandlung des Themas „Recycling von Tablets“ zur Förderung eines breiten Spektrums an Kompetenzen zu entwickeln.

Durch die Corona-Pandemie wird parallel zu dem Schülerlaborangebot als Präsenzpraktikum ein besonderer Fokus auf kleine digitale Bildungsangebote gelegt, die einen niederschwelligen, corona-unabhängigen Zugang des relevanten Themas ermöglicht.
Extrem durch die Corona-Pandemie und die dadurch bedingten Schulschließungen katalysiert, wurden Tablets in großem Stil für Lehrkräfte und für Schulen angeschafft. D.h. inhaltlich hat das Projekt an Relevanz deutlich zugewonnen. Wie von uns prognostiziert wurden tatsächlich überwiegend die Apple Geräte iPad angeschafft.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Präsenz und Nutzung elektronischer Geräte und Steuerungsmodule ist allgegenwärtig, die Kenntnis über deren Aufbau, Funktionsweise und Inhaltsstoffe ist hingegen nur partiell vorhanden. Die Komplexität eines Tabletcomputers mit seinen fast 40 enthaltenden Elementmetallen, verschiedenen organischen Substanzen (z.B. Kunst-, Farb-, Klebstoffe) und dem Werkstoff Glas bietet bundeslandübergreifend eine Fülle inhaltlicher Zugänge zu curricularen chemiebasierten Themen in den Sekundarstufen I + II sowie in der Lehramtsausbildung. Hier sind u.a. die Themen Metalle, Kunststoffe, Elektrochemie, Säuren und Basen, Farbstoffe zu nennen. Im Zentrum der zu entwickelnden Bildungsangebote sollte vor allem die Rückgewinnung technisch als auch ökonomisch wichtiger Rohstoffe aus alten Tabletcomputern stehen. Vor allem bei Edelmetallen (Au, Pt, Pd) und seltenen Erden (wie Ta, Ir, Nb, Dy) gilt es die Recyclingquoten zu erhöhen und damit Versorgungsrisiken und -kosten zu minimieren (u.a. Forschungsinstitut Edelmetalle & Metallchemie, 2011; UBA ÖkoRess I, 2017).

Zur Einführung in die Problemstellung E-Schrott und effizienter Wertstoffrückgewinnung sollte die Demontage defekter iPad´s als eine herausfordernde „Pflicht“-Station unseren modularen Angeboten vorangestellt werden. Die Bedienung der mobilen Devices stellt kein Problem dar, Kenntnis über ihren detaillierten Aufbau fehlen dagegen. Um einen Eindruck über die Zeitbedarfe und die notwenige motorische Geschicklichkeit bei der Demontage zu vermitteln, sollten ausgediente iPads unterschiedlicher Baureihen zusammengetragen und für die sichere Bearbeitung durch die Lernenden präpariert werden (u.a. Lösen der Verklebungen am Display, Austausch der originalen Akkus gegen Kunststoffattrappen). Mit Hilfe digitaler oder analoger step-for-step-Anleitungen sollen die Lernenden die Tabletcomputer zerlegen, die Gewichte einzelner Bauteile bestimmen und das iPad anschließend wieder montieren.

Fokussiert wurden die fünf wesentlichen Bausteine eines iPads – Akku, Platine, Gehäuse, Lautsprecher, Display - und ein Modul der sogenannten „K-Stoffe“, das sich mit Kunst- und Klebstoffen befasst. Die theoretischen und experimentellen Angebote in den Bausteinen 1-5 sollten für Schulklassen ab der Jahrgangsstufe 9 konzipiert sein. Durch einen modularen Aufbau der Lernangebote sollte es gelingen, die sowohl theoretisch als auch labortechnisch fordernden Lerninhalte den unterschiedlichen Leistungsniveaus der Lerngruppen anzupassen. Der Baustein 6 Display sollte zwei Teilthemen umfassen, die sich bezüglich ihrer theoretischen Komplexität und technischen Anforderung (mehrstufige Synthesen als optionale Ergänzung) unterscheiden: ein LED-Angebot sollte ab Jahrgangsstufe 9 leistbar sein, der OLED-Teil sollte für die Oberstufenkurse konzipiert werden.

Abschließend sollte den Lernenden die Thematik der Ökobilanzierung in vereinfachter Form nahegebracht werden. Die reflektierte Betrachtung des Lebenszyklus eines Tablets soll zur Förderung von Alltagskompetenzen im nachhaltigen Umgang mit diesen Geräten sowie von Beurteilungs- & Bewertungskompetenz im gesellschaftlichen Kontext beitragen. Dadurch sollte das Orientierungswissen über die Relevanz der Chemie in Umwelt- und Nachhaltigkeitsfragen gefördert werden.

Zur methodischen Umsetzung der Arbeit sollte eine differenzierende Lernumgebung im Sinne des Lernens an Stationen im klassischen Schülerlaborbetrieb entwickelt werden. Die Lernangebote sollten zu umwelt- und nachhaltigkeitsrelevanten Fragestellungen mit Bezug zum Aufbau, zur Funktionalität sowie Nutzung von Tabletcomputern enthalten, um die Einbindung des Tablets als Lern-Instrument zur Durchführung von Lernstationen über das Tablet als Lernobjekt zu ermöglichen. Unser Konzept enthielt im realen als auch virtuellem Labor Experimentier- und Theoriestationen, die die Lernenden frei oder nach bestimmten Regeln (Pflicht-, Wahl- und Wahlpflichtstationen, Vorgaben oder Offenheit in der Reihenfolge, zeitliche Vorgaben) oder Rahmenbedingungen (Sicherheitsaspekte, Zeit, Mindestanzahl) absolvieren. Der Umfang der Stationen sollte dabei in Dauer, Anspruch und abgestuften Lernhilfen so gestaltet sein, dass sich eine geöffnete und differenzierende Lernumgebung ergibt.

Das zunächst auf 3 Jahre ausgelegte Projekt wurde wesentlich durch die pandemiebedingten Schulschließungen geprägt, so dass gleich zwei Verlängerungen der Laufzeit auf letztendlich knapp 5 Jahre erforderlich wurden, um die prognostizierten Teilnehmerzahlen zu erreichen. Gleichwohl hatte die Corona-Zeit auch katalytische Effekte: Durch Veränderungen im inhaltlichen Zugang konnten die entwickelten digitalen Elemente dazu genutzt werden, eine Brücke zum erfolgreichen Distance Learning zu schlagen. So gelang es, auch auf Lernende abzuzielen, die keinen Zugang zu Schülerlaboren hatten, sei es aus Gründen der Reichweite oder pandemie-bedingten Zugangsbeschränkungen.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Projektinhalte und -ergebnisse werden und wurden in einschlägigen Fachmedien für Fachdidaktik und naturwissenschaftlichen Unterricht publiziert werden. Ergebnisse aus dem Projekt werden auch über die Projektlaufzeit hinaus Gegenstand von Lehrerfortbildungen an den beteiligten Chemielehrerfortbildungszentren und auf einschlägigen Tagungen für Lehrkräfte der Naturwissenschaften sein. Insbesondere von der Kooperation mit den außerschulischen Bildungspartnern versprechen wir uns eine Sichtbarkeit des Projekts auch über den Bereich von Schule sowie den einschlägigen fachlichen und fachdidaktischen Medien hinaus. Das Projekt wurde bereits auf diversen Vortragsveranstaltungen, u.a. in Aachen und Weingarten präsentiert. Die Materialien werden online auf der sich gerade im Aufbau befindlichen Plattform „SDG interactive“ zur Verfügung gestellt.

Ausgewählte Publikationen:

Huwer, J., Barth, C., Siol, A., & Eilks, I. (2023). Learning With Digital Media About the Chemistry Behind the Recycling of Digital Hardware. In Y. Dori, C. Ngai, & G. Szteinberg (Eds.), Digital Learning and Teaching in Chemistry (pp. 0). The Royal Society of Chemistry. https://doi.org/10.1039/9781839167942-00081

Huwer, J., Barth, C., Siol, A., & Eilks, I. (2021). Nachhaltigkeitsbildung und Digitalisierung gemeinsam denken – Lernen mit und über den nachhaltigen Einsatz von Tablets am Beispiel einer Augmented-Reality-Lernumgebung. ChemKon, 28(6), 235-240. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/ckon.202100004

Kanbur, C., Huwer, J., Fetzer, D., Siol, A., & Eilks, I. (2022). Wie man mit Tablets über Seltenerdelemente in Tablets lernen kann. PlusLucis(1), 30-32.

Huwer, J., Siol, A., & Eilks, I. (2022). Seltene Erden & Co: Digitales Lernen in Unterricht, Schülerlabor und Lehrer*innenbildung über die stofflichen Auswirkungen der zunehmenden Nutzung digitaler Medien. In J. Weselek, F. Kohler, & A. Siegmund (Eds.), Digitale Bildung für nachhaltige Entwicklung (pp. 227-237). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-662-65120-9_19

Huwer, J., Barth, C., Siol, A., & Eilks, I. (2021). Titelbild: Nachhaltigkeitsbildung und Digitalisierung gemeinsam denken – Lernen mit und über den nachhaltigen Einsatz von Tablets am Beispiel einer Augmented-Reality-Lernumgebung (CHEMKON 6/2021). ChemKon, 28(6), 231-231. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/ckon.202180601