Die Unterrichtsreihe zur grünen Chemie „Von der Zuckerrübe zu Biokunststoffen“ ist modular aufgebaut: Die einzelnen Module können unabhängig voneinander oder kontinuierlich aufeinander folgend unterrichtet werden. Die Entwicklung der Unabhängigkeit der Module ist das Resultat von Diskussionen innerhalb der Aktionsforschergruppe, in der konstatiert wurde, dass eine Umsetzung der kompletten Unterrichtseinheit aufgrund der curricularen Ansprüche, der Komplexität und des Umfangs der Reihe bei den meisten Lehrkräften eher unwahrscheinlich ist, sondern dass eher nur einzelne Module aufgegriffen und im Unterricht eingesetzt werden. Im Laufe der fünfjährigen Erprobung sind daher die Module immer wieder auf Eigenständigkeit überprüft und optimiert worden.
Jedes einzelne Modul fokussiert dabei auf jeweils unterschiedliche Prinzipien der grünen Chemie, in der Gesamtheit der Module können aber alle 12 Prinzipien thematisiert und abgehandelt werden.
Die Reihe hat einen Umfang von etwa 24-28 Unterrichtsstunden á 45 Minuten, das entspricht einem zeitlichen Rahmen von ca. 8-12 Wochen. In der hier geschilderten fünfjährigen Modellphase wurde die Reihe immer in vollem Umfang in der Einführungsphase der SII unterrichtet, es liegen aber auch Erfahrungen von anderen Lehrkräften vor, die erfolgreich auch nur einzelne Bausteine in den
„traditionellen“, fachsystematisch orientierten Chemieunterricht eingebunden haben.
Die Unterrichtsreihe beginnt mit einer Einführung der Grundideen der grünen Chemie und ihrer 12 Prinzipien. Dieses erste Modul könnte aufgrund seines allgemeinen Charakters auch als Einstieg in andere nachhaltige Kontexte des Chemieunterrichts eingebettet werden. Die Module 2 und 3 betonen die Rolle von Kohlenhydraten und Milchsäure als nachwachsende Rohstoffe in der Synthesechemie. In den Modulen 4 und 5 werden verschiedene grüne Synthesen behandelt, etwa mit immobilisierten
Enzymen, mit einem Ultraschallprozessor oder mit einer Labor- und Haushalts-Mikrowelle (s. o.).
Schließlich mündet Modul 5 und 6 in der Herstellung von Polymilchsäure als Beispiel eines Biokunststoffes aus nachwachenden Rohstoffen und in die Bewertung von Kunststoffen mithilfe von Lebenszyklusanalysen (Zowada et. al., 2020). Modul 7 dient dem Abschluss der Reihe, in dem noch einmal alle Erkenntnisse der grünen Chemie zusammengetragen und auch die Wahrnehmungen und Einstellungen der Schülerinnen und Schüler kritisch reflektiert und in Bezug zur Ausgangslage gesetzt werden. Dies betrifft auch die Einflussnahme jedes Einzelnen auf eine nachhaltige Chemie durch das eigene Konsumverhalten.
Die konkrete Beschreibung der Module mitsamt aller Materialien findet sich in Linkwitz und Eilks (2019, Anhang A und B) und Linkwitz und Eilks (2021, Anhang A & B). Einen Überblick verschafft an dieser Stelle Tabelle 1:
Tab. 1 Übersicht der Unterrichtseinheit zur grünen Chemie
Unterrichtsinhalt Kerninhalte und Versuche (V) Modul 1 Einführung in das Themenfeld Green
Chemistry – die 12 Prinzipien und die Bedeutung nachhaltiger Entwicklung;
Begrenztheit von Ressourcen
• Geschichtlicher Hintergrund: Green Che-mistry und die 12 Prinzipien
Modul 2 Nachwachsende Rohstoffe und deren Bedeutung für Green Chemistry am Beispiel von Kohlenhydraten und Milchsäure
• Nachwachsende Rohstoffe am Beispiel der Milchsäure
• V Gewinnung und Nachweise von Milch-säure & Kohlenhydraten
Modul 3 Bedeutung biotechnologischer Prozesse für Green Chemistry – Chemie der
Carbonsäuren am Beispiel der Milchsäure
• Milchsäure
• V Biotechnologische Gewinnung von Milchsäure
Modul 4 Bedeutung von Enzymen für Green Chemistry
• Ökobilanzen und Lebenszyklusanalysen (LCA)
• Energieeffizienz und Ökobilanz bei der Synthese von Estern mittels Lipase
• V Modellversuch zur enzymatischen Syn-these eines Fruchtesters mittels Lipase Modul 5 Synthese von Lactatestern und deren
Verwendung – Anwendung verschiedener Prinzipien der Grünen Chemie
• Green Chemistry und Sonochemie
• Green Chemistry und Mikrowellenchemie
• V Ultraschallsynthese eines Esters
• V Mikrowellensynthese eines Fruchtes-ters
Modul 6 Die Synthese und Verwendung von Polymilchsäure (PLA)
• Ökobilanzen verschiedener (Bio)-Kunststoffe im Vergleich
• Greenwashing
• V Enzymatische Synthese eines Polyesters
• V Synthese von PLA Modul 7 Abschluss der Reihe: Zusammenfassung
der Ergebnisse und Reflexion
• Produktion eines Werbefilms zu einem
„grünen“ Produkt
4 Reflektion und Evaluation des
Aktionsforschungsprojekts im Zeitraum 2016-2021
Die begleitende Evaluation der Unterrichtsreihe erfolgte durch verschiedene methodische Ansätze (Feldman et. al., 2018; Ralle & Di Fuccia, 2014). Zum einen wurden die Ideen und die unterschiedlichen Aspekte der Reihe (Unterrichtsgang, Arbeitsblätter, Experimente, Sozialformen, etc.) wie oben erwähnt nach dem Modell der Partizipativen Aktionsforschung kontinuierlich mit Lehrkräften und durch Rückmeldungen der Schülerinnen und Schüler bzw. durch Beobachtungen aus dem Unterricht reflektiert. Die Wirksamkeit der Maßnahmen/Materialien im Hinblick auf das Erreichen der operationalen Ziele wurde seitens der Schüler durch Leistungsüberprüfungen (in diesem Fall eine Abschlussklausur, s. o.) und auch durch darüberhinausgehende Schüler- und Lehrerbefragungen (Gruppendiskussionen, schriftliche Befragungen) überprüft. Zum anderen wurden Evaluationsdaten durch Prä/Post-Fragebogenstudien mit Schülerinnen und Schülern erhoben. Zusätzlich erfolgte nach einzelnen Stunden und Modulen eine Dokumentation der Lehr- und Lernprozesse und -fortschritte im Hinblick auf die Inhalte der grünen und nachhaltigen Chemie durch direkte Prozessbeobachtung und Aufzeichnungen im Anschluss an die Stunden (Altrichter & Posch, 2007).
An dieser Stelle sollen ausgewählte Ergebnisse der Fragebogenstudien und der Evaluation der involvierten Lehrkräfte der Aktionsforschergruppe diskutiert werden, indem die einzelnen Phasen/Zyklen des Projekts chronologisch in den Blick genommen werden. Eine ausführliche Diskussion findet sich in Weichelt (2018), Linkwitz und Eilks (2020, Anhang A) und Linkwitz und Eilks (2021, Anhang C). Es soll betont werden, dass sich das beschriebene Aktionsforschungsprojekt wie alle Aktionsforschungsprozesse durch eine hohe Komplexität, bedingt durch den einbezogenen Unterricht sowie die vielfältigen Interaktionen, auszeichnet. Dies hat eine geringe Formalisier- und Standardisierbarkeit zur Folge, so dass bei der Analyse des Projekts anstelle von quantitativen Methoden vor allen Dingen qualitative Methoden der Sozialforschung zum Tragen kamen (Ralle & Di Fuccia, 2014). In diesem Fall wurden folgende Gütekriterien der qualitativen Sozialforschung berücksichtigt (Mayring, 2016; Bortz & Döring, 2006):
• Intersubjektive Nachvollziehbarkeit: Die Nachvollziehbarkeit des Forschungsprozesses sollte durch eine größtenteils lückenlose Dokumentation durch teilnehmende Beobachtung, Gruppendiskussionen und Fragebögen für Schüler erzielt werden.
• Indikation des Forschungsprozesses: Die Festlegung der eingesetzten Forschungsinstrumente erfolgte einvernehmlich nach eingehender Diskussion.
• Empirische Verankerung: In diesem Fall wurden Prä/Posttest-Fragebogenstudien an den beteiligten Schülern sowie teilnehmende Beobachtungen und Gruppendiskussionen.
• Limitation: Aufgrund der speziellen schulischen und unterrichtlichen Bedingungen ist der beschriebene Aktionsforschungsprozess natürlich Einschränkungen unterworfen, die dazu führen, dass die Ergebnisse nur bedingt übertragbar sind. So konnte z. B. nicht mit Vergleichsgruppen gearbeitet werden und auch eine umfangreiche quantitative konnte aufgrund der geringen Stichprobengrößen nicht erfolgen.
• Relevanz: Die Arbeit und die Ergebnisse weisen auf eine starke Relevanz des Themas hin.
• Reflektierte Subjektivität