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Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik

2023-03-15T13:44:29Z

Nfit: Aktualisierung Quellen.

===Beschreibung des Moduls===
Trotz der öffentlichen Wahrnehmung des Themas Feinstaub und den erzielten Fortschritten bezüglich moderneren Filteranlagen, gesetzter Grenzwerte und vielen weiteren Maßnahmen ist die Feinstaubbelastung – vor allem in Ballungsgebieten – immer noch als gesundheitsschädlich einzustufen. Es ist daher umso wichtiger, das Thema im Unterricht näher zu betrachten und einen relevanten und alltagsnahen Zugang zu schaffen, um die SchülerInnen für das Thema zu sensibilisieren.

Im Modul wird zunächst in die Thematik des Feinstaubs eingeführt. Es folgt eine Begriffsdefinition, die Zusammensetzung und Verursacher von Feinstaub sowie gesundheitliche Folgen. Im Folgenden werden verschiedene Unterrichtsstunden für das Thema Feinstaub aufgeführt. Die entsprechenden Arbeitsblätter sind am Ende des Unterkapitels zu finden (in Arbeit Stand Juli 2021). Die einzelnen Stunden können in nahezu beliebiger Reihenfolge bearbeitet bzw. ausgelassen werden. Begonnen wird lediglich mit einer Einführung in den Begriff des Feinstaubs.

Eine kurze Übersicht über die fachlichten Inhalte finden Sie auf der Hauptseite: [[Feinstaubanalyse]]

===Einstieg (generell)===
Die meisten SchülerInnen werden das Thema Feinstaub bereits in verschiedenen Kontexten gehört haben. Sei es durch Dieselfahrverbote, Feuerwerksverbote oder auch durch Feinstaubbelastungen durch Heizungsanlagen. Es bietet sich daher an, zunächst eine Mindmap im Klassenverband zu erstellen, um sich ein Überblick über den Kenntnis- und Interessensstand der Lernenden zu informieren. Als mögliches Beispiel könnte folgende Mindmap entstehen. Unter Umständen können nicht erwähnte Knoten zur Diskussion in den Klassenverband gestellt werden:
[[Datei:Mindmap Einstieg Feinstaub.png|zentriert|mini|647x647px]]

Es ist außerdem ersichtlich, dass die Mindmap auch schnell zu einer Conceptmap erweitert werden kann, um Zusammenhänge und Abhängigkeiten darzustellen.

Weitere Einstiege in die Thematik bilden z.B. die Themen Dieselfahrverbote oder generell Straßenverkehr, Feuerwerke oder im Allgemeinen Verbrennungsreaktionen, bei denen Feinstaub freigesetzt wird.

Folgende Medienberichte dienen als Anhaltspunkte:

- Straßenverkehr: https://www.sueddeutsche.de/auto/feinstaub-verkehr-bremsen-reifen-1.4427241 (06.05.2019)

- Silvesterfeuerwerk: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub/feinstaub-durch-silvesterfeuerwerk (27.11.2020)

- Allgemein/Verbrennungsreaktionen: https://www.ndr.de/ratgeber/gesundheit/Feinstaub-Gefahr-fuer-Lunge-Herz-und-Gefaesse,feinstaub134.html (19.11.2018)

https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-den-menschen/besondere-belastungssituationen/emissionen-aus-kleinfeuerungsanlagen-in#der-geruch-nach-winter-kann-gesundheitsschadlich-sein (16.12.2019)

Die oben aufgeführten Artikel bietet neben der generellen Motivation, dem Problem des Feinstaubs auf den Grund zu gehen, auch bereits erste Informationen rund um die Thematik. So werden Ursachen und Auswirkungen von hohen Feinstaubbelastungen näher erläutert oder bereits Lösungsvorschläge geliefert.Weitere Zugänge sind außerdem: Ein historischer Rückblick in die industrielle Nachkriegszeit oder sog. Holi-Festivals.

====Einstieg (historische Betrachtung):====
z.B.

https://www.nach-gedacht.net/reiseberichte/espenhain/espenhain.htm 

====Einstieg (Holi-Festival):====
[[Datei:Holi Festival.webp|zentriert|mini|465x465px|https://pixabay.com/de/photos/feier-holi-gl%c3%bccklich-sommer-4926252/]]
 
[[Datei:Feinstaub.png|zentriert|mini|470x470px|https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/styles/300w300h/public/medien/378/bilder/mikroskop_holi_brillianto_sky_blue_radius_schrift_mehr_pixel.png?itok=Htp8-A3V&c=68f3d25da15800a4070309d527c42c3e]]

Weitere Infos: https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-den-menschen/holi-festivals-color-runs

===Der Begriff Feinstaub===
Für die Begriffsklärung bietet sich am besten eine Internetrecherche an. Hier finden sich aktuelle Informationen des Bundes und von z.B. Umweltorganisationen, die in einer verständlichen Weise aufbereitet sind. Möchte man den SchülerInnen direkt passende Quellen zur Verfügung stellen, so bieten sich die Seiten des Umweltbundesamtes oder des BUND e.V an.

'''Umweltbundesamt:'''

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub

'''BUND e.V.:'''

https://www.bund.net/themen/mobilitaet/schadstoffe/feinstaub/

Hierbei werden auch schon Verursacher oder gesundheitliche Risiken aufgezeigt – Themen, die in den weiteren Stunden vertieft werden. Es kann daher immer wieder auf die oben genannten Quellen zurückgegriffen werden.

====''Passende Arbeitsaufträge''====

*Recherchiere den Begriff "Feinstaub". Formuliere eine Definition des Begriffs in 3 bis 4 Sätzen.
*Im Zusammenhang mit dem Begriff Feinstaub werden oft die Angaben PM10 und PM2.5 genannt. Erkläre diese Angaben.

 

===Hauptkomponenten und Verursacher von Feinstaub===
Um unter anderem Lösungsansätze für die Feinstaubthematik zu entwickeln, müssen zunächst Komponenten und Verursacher für Feinstaub identifiziert werden. Dazu kann folgende Abbildung verwendet werden:
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|zentriert|mini|534x534px]]

====''Passende Arbeitsaufträge Teil 1''====

*Nenne die Hauptkomponenten des Feinstaubs mithilfe der Abbildung.
*Erkläre, welche Verursacher zur Komponente des elementaren Kohelenstoffs beitragen können.

Nach diesen beiden Arbeitsaufträgen kann mit der nächsten Abbildung fortgefahren werden:
[[Datei:Emission Feinstaub nach Quellgruppen.png|zentriert|mini|506x506px|Daten nach Statista 2019]]

Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten.

Der zweite Teil der Stunde beschäftit sich intensiver mit der Feinstaubbelastung durch Verkehr. Als Beispiel für einen Feinstaub-Hauptverursacher kann der Verkehr gewählt werden. Dieser bietet sich an, da die Schülerinnen und Schüler bereits in ihrem Alltag mit der Problematik von Abgasen und auch mit Schutzmaßnahmen wie Fahrverboten, Umweltplaketten und ähnlichem in Kontakt gekommen sind und demnach über Vorwissen (auch aus anderen Fächern wie Erdkunde) verfügen.

Als kiritsche Betrachtung des Themas Verkehr kann ein Zitat von Kurt Sigl verwendet werden:

''„Vor allem in den verkehrsbelasteten Metropolen unseres Landes kann das Elektro[auto] wesentlich zur Feinstaub- und Lärmreduktion sowie zur langfristigen Mobilitätserhaltung beitragen.“'' - Kurt Sigl (Präsident des Bundesverband eMobilität BEM)

====''Passende Arbeitsaufträge Teil 2''====

*Nimm Stellung zu Kurt Sigls Zitat.
*Beurteile die Aussage von Kurt Sigl in Bezug zur gänzlichen Umstellung des Verkerhs auf Elektromobilität. Entfällt damit der verursachte Feinstaub duch den Verkehr?

Da nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten, kann nicht gefolgert werden, dass der Umstieg auf Elektromobilität das Feinstaubproblem im Straßenverkehr lösen. Selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, wäre immer noch eine deutliche Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar. Dennoch können Elektroautos helfen, die Feinstaubbelastung zu verringern.

===Gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub===
Die gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub stellen eine zentrale Problematik der Thematik dar, die die Schüler*innen in ihrer Lebenswelt unmittelbar betrifft und die das Thema auch mit unter erst bedeutend macht.

Informationen können die Scdhüler*innen anhand der bereits genannten Links selbst recherchieren. Die Informationen sind dort prägnant zusammengefasst:

'''Umweltbundesamt:'''

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub

'''BUND e.V.:'''

https://www.bund.net/themen/mobilitaet/schadstoffe/feinstaub/

Je kleiner Feinstaub-Partikel sind, desto tiefer dringen sie in den Körper ein und desto gesundheitsschädlicher sind sie. Damit wird ein biologischer Fächerschwerpunkt gewählt. Hierbei kann der Aufbau und die Funktion der Lunge wiederholt oder auch vertieft werden. Es gibt folgende Größen von Feinstaubpartikeln: Größer als 10 μm, kleiner als 10 μm, kleiner 2,5 μm und kleiner als 1 μm.

Nachfolgende Abbildung verdeutlicht den Sachverhalt. Die Abbildung kann wahlweise beschriftet werden.
[[Datei:Feinstaub Atemwege.png|zentriert|mini|543x543px| [https://pixabay.com/de/vectors/anatomie-lunge-atmung-mensch-145696/ verändert nach: https://pixabay.com/de/vectors/anatomie-lunge-atmung-mensch-145696/]]]

Als Vertiefung bietet sich an, die Auswirkungen auf einer tieferen Ebene, auf Ebene der Lungenbläschen, erklären zu lassen. Hierbei kann wahlweise auch mit Modellen gearbeitet werden.
[[Datei:Lungenbläschen.png|zentriert|mini|565x565px]]

''Passende Arbeitsaufträge Teil 3:''

*Beschrifte die Abbildung des menschlichen respiratorischen Systems.
*Kennzeichne die Eindringungstiefe der Feinstaubpartikel.
*Erläutere die schädliche Wirkung von sehr kleinen Feinstaubpartikel auf die Lungenbläschen mithilfe nachfolgender Abbildung.

Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik

2023-03-15T13:38:11Z

Nfit: /* Einstieg (historische Betrachtung): */

===Beschreibung des Moduls===
Trotz der öffentlichen Wahrnehmung des Themas Feinstaub und den erzielten Fortschritten bezüglich moderneren Filteranlagen, gesetzter Grenzwerte und vielen weiteren Maßnahmen ist die Feinstaubbelastung – vor allem in Ballungsgebieten – immer noch als gesundheitsschädlich einzustufen. Es ist daher umso wichtiger, das Thema im Unterricht näher zu betrachten und einen relevanten und alltagsnahen Zugang zu schaffen, um die SchülerInnen für das Thema zu sensibilisieren.

Im Modul wird zunächst in die Thematik des Feinstaubs eingeführt. Es folgt eine Begriffsdefinition, die Zusammensetzung und Verursacher von Feinstaub sowie gesundheitliche Folgen. Im Folgenden werden verschiedene Unterrichtsstunden für das Thema Feinstaub aufgeführt. Die entsprechenden Arbeitsblätter sind am Ende des Unterkapitels zu finden (in Arbeit Stand Juli 2021). Die einzelnen Stunden können in nahezu beliebiger Reihenfolge bearbeitet bzw. ausgelassen werden. Begonnen wird lediglich mit einer Einführung in den Begriff des Feinstaubs.

Eine kurze Übersicht über die fachlichten Inhalte finden Sie auf der Hauptseite: [[Feinstaubanalyse]]

===Einstieg (generell)===
Die meisten SchülerInnen werden das Thema Feinstaub bereits in verschiedenen Kontexten gehört haben. Sei es durch Dieselfahrverbote, Feuerwerksverbote oder auch durch Feinstaubbelastungen durch Heizungsanlagen. Es bietet sich daher an, zunächst eine Mindmap im Klassenverband zu erstellen, um sich ein Überblick über den Kenntnis- und Interessensstand der Lernenden zu informieren. Als mögliches Beispiel könnte folgende Mindmap entstehen. Unter Umständen können nicht erwähnte Knoten zur Diskussion in den Klassenverband gestellt werden:
[[Datei:Mindmap Einstieg Feinstaub.png|zentriert|mini|647x647px]]

Es ist außerdem ersichtlich, dass die Mindmap auch schnell zu einer Conceptmap erweitert werden kann, um Zusammenhänge und Abhängigkeiten darzustellen.

Weitere Einstiege in die Thematik bilden z.B. die Themen Dieselfahrverbote oder generell Straßenverkehr, Feuerwerke oder im Allgemeinen Verbrennungsreaktionen, bei denen Feinstaub freigesetzt wird.

Folgende Medienberichte dienen als Anhaltspunkte:

- Straßenverkehr: https://www.sueddeutsche.de/auto/feinstaub-verkehr-bremsen-reifen-1.4427241 (06.05.2019)

- Silvesterfeuerwerk: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub/feinstaub-durch-silvesterfeuerwerk (27.11.2020)

- Allgemein/Verbrennungsreaktionen: https://www.ndr.de/ratgeber/gesundheit/Feinstaub-Gefahr-fuer-Lunge-Herz-und-Gefaesse,feinstaub134.html (19.11.2018)

https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-den-menschen/besondere-belastungssituationen/emissionen-aus-kleinfeuerungsanlagen-in#der-geruch-nach-winter-kann-gesundheitsschadlich-sein (16.12.2019)

Die oben aufgeführten Artikel bietet neben der generellen Motivation, dem Problem des Feinstaubs auf den Grund zu gehen, auch bereits erste Informationen rund um die Thematik. So werden Ursachen und Auswirkungen von hohen Feinstaubbelastungen näher erläutert oder bereits Lösungsvorschläge geliefert.Weitere Zugänge sind außerdem: Ein historischer Rückblick in die industrielle Nachkriegszeit oder sog. Holi-Festivals.

====Einstieg (historische Betrachtung):====
z.B. https://www.nach-gedacht.net/reiseberichte/espenhain/espenhain.htm

====Einstieg (Holi-Festival):====
[[Datei:Holi Festival.webp|zentriert|mini|465x465px|https://pixabay.com/de/photos/feier-holi-gl%c3%bccklich-sommer-4926252/]]
 
[[Datei:Feinstaub.png|zentriert|mini|470x470px|https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/styles/300w300h/public/medien/378/bilder/mikroskop_holi_brillianto_sky_blue_radius_schrift_mehr_pixel.png?itok=Htp8-A3V&c=68f3d25da15800a4070309d527c42c3e]]

Weitere Infos: https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-den-menschen/holi-festivals-color-runs

===Der Begriff Feinstaub===
Für die Begriffsklärung bietet sich am besten eine Internetrecherche an. Hier finden sich aktuelle Informationen des Bundes und von z.B. Umweltorganisationen, die in einer verständlichen Weise aufbereitet sind. Möchte man den SchülerInnen direkt passende Quellen zur Verfügung stellen, so bieten sich die Seiten des Umweltbundesamtes oder des BUND e.V an.

'''Umweltbundesamt:'''

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub

'''BUND e.V.:'''

https://www.bund.net/themen/mobilitaet/schadstoffe/feinstaub/

Hierbei werden auch schon Verursacher oder gesundheitliche Risiken aufgezeigt – Themen, die in den weiteren Stunden vertieft werden. Es kann daher immer wieder auf die oben genannten Quellen zurückgegriffen werden.

====''Passende Arbeitsaufträge''====

*Recherchiere den Begriff "Feinstaub". Formuliere eine Definition des Begriffs in 3 bis 4 Sätzen.
*Im Zusammenhang mit dem Begriff Feinstaub werden oft die Angaben PM10 und PM2.5 genannt. Erkläre diese Angaben.

 

===Hauptkomponenten und Verursacher von Feinstaub===
Um unter anderem Lösungsansätze für die Feinstaubthematik zu entwickeln, müssen zunächst Komponenten und Verursacher für Feinstaub identifiziert werden. Dazu kann folgende Abbildung verwendet werden:
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|zentriert|mini|534x534px]]

====''Passende Arbeitsaufträge Teil 1''====

*Nenne die Hauptkomponenten des Feinstaubs mithilfe der Abbildung.
*Erkläre, welche Verursacher zur Komponente des elementaren Kohelenstoffs beitragen können.

Nach diesen beiden Arbeitsaufträgen kann mit der nächsten Abbildung fortgefahren werden:
[[Datei:Emission Feinstaub nach Quellgruppen.png|zentriert|mini|506x506px|Daten nach Statista 2019]]

Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten.

Der zweite Teil der Stunde beschäftit sich intensiver mit der Feinstaubbelastung durch Verkehr. Als Beispiel für einen Feinstaub-Hauptverursacher kann der Verkehr gewählt werden. Dieser bietet sich an, da die Schülerinnen und Schüler bereits in ihrem Alltag mit der Problematik von Abgasen und auch mit Schutzmaßnahmen wie Fahrverboten, Umweltplaketten und ähnlichem in Kontakt gekommen sind und demnach über Vorwissen (auch aus anderen Fächern wie Erdkunde) verfügen.

Als kiritsche Betrachtung des Themas Verkehr kann ein Zitat von Kurt Sigl verwendet werden:

''„Vor allem in den verkehrsbelasteten Metropolen unseres Landes kann das Elektro[auto] wesentlich zur Feinstaub- und Lärmreduktion sowie zur langfristigen Mobilitätserhaltung beitragen.“'' - Kurt Sigl (Präsident des Bundesverband eMobilität BEM)

====''Passende Arbeitsaufträge Teil 2''====

*Nimm Stellung zu Kurt Sigls Zitat.
*Beurteile die Aussage von Kurt Sigl in Bezug zur gänzlichen Umstellung des Verkerhs auf Elektromobilität. Entfällt damit der verursachte Feinstaub duch den Verkehr?

Da nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten, kann nicht gefolgert werden, dass der Umstieg auf Elektromobilität das Feinstaubproblem im Straßenverkehr lösen. Selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, wäre immer noch eine deutliche Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar. Dennoch können Elektroautos helfen, die Feinstaubbelastung zu verringern.

===Gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub===
Die gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub stellen eine zentrale Problematik der Thematik dar, die die Schüler*innen in ihrer Lebenswelt unmittelbar betrifft und die das Thema auch mit unter erst bedeutend macht.

Informationen können die Scdhüler*innen anhand der bereits genannten Links selbst recherchieren. Die Informationen sind dort prägnant zusammengefasst:

'''Umweltbundesamt:'''

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub

'''BUND e.V.:'''

https://www.bund.net/themen/mobilitaet/schadstoffe/feinstaub/

Je kleiner Feinstaub-Partikel sind, desto tiefer dringen sie in den Körper ein und desto gesundheitsschädlicher sind sie. Damit wird ein biologischer Fächerschwerpunkt gewählt. Hierbei kann der Aufbau und die Funktion der Lunge wiederholt oder auch vertieft werden. Es gibt folgende Größen von Feinstaubpartikeln: Größer als 10 μm, kleiner als 10 μm, kleiner 2,5 μm und kleiner als 1 μm.

Nachfolgende Abbildung verdeutlicht den Sachverhalt. Die Abbildung kann wahlweise beschriftet werden.
[[Datei:Feinstaub Atemwege.png|zentriert|mini|543x543px]]

Als Vertiefung bietet sich an, die Auswirkungen auf einer tieferen Ebene, auf Ebene der Lungenbläschen, erklären zu lassen. Hierbei kann wahlweise auch mit Modellen gearbeitet werden.
[[Datei:Lungenbläschen.png|zentriert|mini|565x565px]]

''Passende Arbeitsaufträge Teil 3:''

*Beschrifte die Abbildung des menschlichen respiratorischen Systems.
*Kennzeichne die Eindringungstiefe der Feinstaubpartikel.
*Erläutere die schädliche Wirkung von sehr kleinen Feinstaubpartikel auf die Lungenbläschen mithilfe nachfolgender Abbildung.

Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik

2021-12-04T21:47:16Z

Nfit: /* Einstieg (historische Betrachtung): */

===Beschreibung des Moduls===
Trotz der öffentlichen Wahrnehmung des Themas Feinstaub und den erzielten Fortschritten bezüglich moderneren Filteranlagen, gesetzter Grenzwerte und vielen weiteren Maßnahmen ist die Feinstaubbelastung – vor allem in Ballungsgebieten – immer noch als gesundheitsschädlich einzustufen. Es ist daher umso wichtiger, das Thema im Unterricht näher zu betrachten und einen relevanten und alltagsnahen Zugang zu schaffen, um die SchülerInnen für das Thema zu sensibilisieren.

Im Modul wird zunächst in die Thematik des Feinstaubs eingeführt. Es folgt eine Begriffsdefinition, die Zusammensetzung und Verursacher von Feinstaub sowie gesundheitliche Folgen. Im Folgenden werden verschiedene Unterrichtsstunden für das Thema Feinstaub aufgeführt. Die entsprechenden Arbeitsblätter sind am Ende des Unterkapitels zu finden (in Arbeit Stand Juli 2021). Die einzelnen Stunden können in nahezu beliebiger Reihenfolge bearbeitet bzw. ausgelassen werden. Begonnen wird lediglich mit einer Einführung in den Begriff des Feinstaubs.

Eine kurze Übersicht über die fachlichten Inhalte finden Sie auf der Hauptseite: [[Feinstaubanalyse]]

===Einstieg (generell)===
Die meisten SchülerInnen werden das Thema Feinstaub bereits in verschiedenen Kontexten gehört haben. Sei es durch Dieselfahrverbote, Feuerwerksverbote oder auch durch Feinstaubbelastungen durch Heizungsanlagen. Es bietet sich daher an, zunächst eine Mindmap im Klassenverband zu erstellen, um sich ein Überblick über den Kenntnis- und Interessensstand der Lernenden zu informieren. Als mögliches Beispiel könnte folgende Mindmap entstehen. Unter Umständen können nicht erwähnte Knoten zur Diskussion in den Klassenverband gestellt werden:
[[Datei:Mindmap Einstieg Feinstaub.png|zentriert|mini|647x647px]]

Es ist außerdem ersichtlich, dass die Mindmap auch schnell zu einer Conceptmap erweitert werden kann, um Zusammenhänge und Abhängigkeiten darzustellen.

Weitere Einstiege in die Thematik bilden z.B. die Themen Dieselfahrverbote oder generell Straßenverkehr, Feuerwerke oder im Allgemeinen Verbrennungsreaktionen, bei denen Feinstaub freigesetzt wird.

Folgende Medienberichte dienen als Anhaltspunkte:

- Straßenverkehr: https://www.sueddeutsche.de/auto/feinstaub-verkehr-bremsen-reifen-1.4427241 (06.05.2019)

- Silvesterfeuerwerk: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub/feinstaub-durch-silvesterfeuerwerk (27.11.2020)

- Allgemein/Verbrennungsreaktionen: https://www.ndr.de/ratgeber/gesundheit/Feinstaub-Gefahr-fuer-Lunge-Herz-und-Gefaesse,feinstaub134.html (19.11.2018)

https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-den-menschen/besondere-belastungssituationen/emissionen-aus-kleinfeuerungsanlagen-in#der-geruch-nach-winter-kann-gesundheitsschadlich-sein (16.12.2019)

Die oben aufgeführten Artikel bietet neben der generellen Motivation, dem Problem des Feinstaubs auf den Grund zu gehen, auch bereits erste Informationen rund um die Thematik. So werden Ursachen und Auswirkungen von hohen Feinstaubbelastungen näher erläutert oder bereits Lösungsvorschläge geliefert.Weitere Zugänge sind außerdem: Ein historischer Rückblick in die industrielle Nachkriegszeit oder sog. Holi-Festivals.

====Einstieg (historische Betrachtung):====
[[Datei:Einstieg Hist.png|zentriert|mini|525x525px]]
 

====Einstieg (Holi-Festival):====
[[Datei:Holi Festival.webp|zentriert|mini|465x465px|https://pixabay.com/de/photos/feier-holi-gl%c3%bccklich-sommer-4926252/]]
 
[[Datei:Feinstaub.png|zentriert|mini|470x470px|https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/styles/300w300h/public/medien/378/bilder/mikroskop_holi_brillianto_sky_blue_radius_schrift_mehr_pixel.png?itok=Htp8-A3V&c=68f3d25da15800a4070309d527c42c3e]]

Weitere Infos: https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-den-menschen/holi-festivals-color-runs

===Der Begriff Feinstaub===
Für die Begriffsklärung bietet sich am besten eine Internetrecherche an. Hier finden sich aktuelle Informationen des Bundes und von z.B. Umweltorganisationen, die in einer verständlichen Weise aufbereitet sind. Möchte man den SchülerInnen direkt passende Quellen zur Verfügung stellen, so bieten sich die Seiten des Umweltbundesamtes oder des BUND e.V an.

'''Umweltbundesamt:'''

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub

'''BUND e.V.:'''

https://www.bund.net/themen/mobilitaet/schadstoffe/feinstaub/

Hierbei werden auch schon Verursacher oder gesundheitliche Risiken aufgezeigt – Themen, die in den weiteren Stunden vertieft werden. Es kann daher immer wieder auf die oben genannten Quellen zurückgegriffen werden.

====''Passende Arbeitsaufträge''====

*Recherchiere den Begriff "Feinstaub". Formuliere eine Definition des Begriffs in 3 bis 4 Sätzen.
*Im Zusammenhang mit dem Begriff Feinstaub werden oft die Angaben PM10 und PM2.5 genannt. Erkläre diese Angaben.

 

===Hauptkomponenten und Verursacher von Feinstaub===
Um unter anderem Lösungsansätze für die Feinstaubthematik zu entwickeln, müssen zunächst Komponenten und Verursacher für Feinstaub identifiziert werden. Dazu kann folgende Abbildung verwendet werden:
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|zentriert|mini|534x534px]]

====''Passende Arbeitsaufträge Teil 1''====

*Nenne die Hauptkomponenten des Feinstaubs mithilfe der Abbildung.
*Erkläre, welche Verursacher zur Komponente des elementaren Kohelenstoffs beitragen können.

Nach diesen beiden Arbeitsaufträgen kann mit der nächsten Abbildung fortgefahren werden:
[[Datei:Emission Feinstaub nach Quellgruppen.png|zentriert|mini|506x506px|Daten nach Statista 2019]]

Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten.

Der zweite Teil der Stunde beschäftit sich intensiver mit der Feinstaubbelastung durch Verkehr. Als Beispiel für einen Feinstaub-Hauptverursacher kann der Verkehr gewählt werden. Dieser bietet sich an, da die Schülerinnen und Schüler bereits in ihrem Alltag mit der Problematik von Abgasen und auch mit Schutzmaßnahmen wie Fahrverboten, Umweltplaketten und ähnlichem in Kontakt gekommen sind und demnach über Vorwissen (auch aus anderen Fächern wie Erdkunde) verfügen.

Als kiritsche Betrachtung des Themas Verkehr kann ein Zitat von Kurt Sigl verwendet werden:

''„Vor allem in den verkehrsbelasteten Metropolen unseres Landes kann das Elektro[auto] wesentlich zur Feinstaub- und Lärmreduktion sowie zur langfristigen Mobilitätserhaltung beitragen.“'' - Kurt Sigl (Präsident des Bundesverband eMobilität BEM)

====''Passende Arbeitsaufträge Teil 2''====

*Nimm Stellung zu Kurt Sigls Zitat.
*Beurteile die Aussage von Kurt Sigl in Bezug zur gänzlichen Umstellung des Verkerhs auf Elektromobilität. Entfällt damit der verursachte Feinstaub duch den Verkehr?

Da nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten, kann nicht gefolgert werden, dass der Umstieg auf Elektromobilität das Feinstaubproblem im Straßenverkehr lösen. Selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, wäre immer noch eine deutliche Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar. Dennoch können Elektroautos helfen, die Feinstaubbelastung zu verringern.

===Gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub===
Die gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub stellen eine zentrale Problematik der Thematik dar, die die Schüler*innen in ihrer Lebenswelt unmittelbar betrifft und die das Thema auch mit unter erst bedeutend macht.

Informationen können die Scdhüler*innen anhand der bereits genannten Links selbst recherchieren. Die Informationen sind dort prägnant zusammengefasst:

'''Umweltbundesamt:'''

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub

'''BUND e.V.:'''

https://www.bund.net/themen/mobilitaet/schadstoffe/feinstaub/

Je kleiner Feinstaub-Partikel sind, desto tiefer dringen sie in den Körper ein und desto gesundheitsschädlicher sind sie. Damit wird ein biologischer Fächerschwerpunkt gewählt. Hierbei kann der Aufbau und die Funktion der Lunge wiederholt oder auch vertieft werden. Es gibt folgende Größen von Feinstaubpartikeln: Größer als 10 μm, kleiner als 10 μm, kleiner 2,5 μm und kleiner als 1 μm.

Nachfolgende Abbildung verdeutlicht den Sachverhalt. Die Abbildung kann wahlweise beschriftet werden.
[[Datei:Feinstaub Atemwege.png|zentriert|mini|543x543px]]

Als Vertiefung bietet sich an, die Auswirkungen auf einer tieferen Ebene, auf Ebene der Lungenbläschen, erklären zu lassen. Hierbei kann wahlweise auch mit Modellen gearbeitet werden.
[[Datei:Lungenbläschen.png|zentriert|mini|565x565px]]

''Passende Arbeitsaufträge Teil 3:''

*Beschrifte die Abbildung des menschlichen respiratorischen Systems.
*Kennzeichne die Eindringungstiefe der Feinstaubpartikel.
*Erläutere die schädliche Wirkung von sehr kleinen Feinstaubpartikel auf die Lungenbläschen mithilfe nachfolgender Abbildung.

Datei:Feinstaub.png

2021-12-04T21:46:01Z

Nfit: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/styles/300w300h/public/medien/378/bilder/mikroskop_holi_brillianto_sky_blue_radius_schrift_mehr_pixel.png?itok=Htp8-A3V&c=68f3d25da15800a4070309d527c42c3e

== Beschreibung ==
https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/styles/300w300h/public/medien/378/bilder/mikroskop_holi_brillianto_sky_blue_radius_schrift_mehr_pixel.png?itok=Htp8-A3V&c=68f3d25da15800a4070309d527c42c3e

Datei:Holi Festival.webp

2021-12-04T21:42:10Z

Nfit: https://pixabay.com/de/photos/feier-holi-gl%c3%bccklich-sommer-4926252/

== Beschreibung ==
https://pixabay.com/de/photos/feier-holi-gl%c3%bccklich-sommer-4926252/

Datei:Einstieg Hist.png

2021-12-04T21:39:51Z

Nfit:

Historischer Einstieg zur Feinstaubproblematik

Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik

2021-12-04T21:26:12Z

Nfit: /* Gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub */

===Beschreibung des Moduls===
Trotz der öffentlichen Wahrnehmung des Themas Feinstaub und den erzielten Fortschritten bezüglich moderneren Filteranlagen, gesetzter Grenzwerte und vielen weiteren Maßnahmen ist die Feinstaubbelastung – vor allem in Ballungsgebieten – immer noch als gesundheitsschädlich einzustufen. Es ist daher umso wichtiger, das Thema im Unterricht näher zu betrachten und einen relevanten und alltagsnahen Zugang zu schaffen, um die SchülerInnen für das Thema zu sensibilisieren.

Im Modul wird zunächst in die Thematik des Feinstaubs eingeführt. Es folgt eine Begriffsdefinition, die Zusammensetzung und Verursacher von Feinstaub sowie gesundheitliche Folgen. Im Folgenden werden verschiedene Unterrichtsstunden für das Thema Feinstaub aufgeführt. Die entsprechenden Arbeitsblätter sind am Ende des Unterkapitels zu finden (in Arbeit Stand Juli 2021). Die einzelnen Stunden können in nahezu beliebiger Reihenfolge bearbeitet bzw. ausgelassen werden. Begonnen wird lediglich mit einer Einführung in den Begriff des Feinstaubs.

Eine kurze Übersicht über die fachlichten Inhalte finden Sie auf der Hauptseite: [[Feinstaubanalyse]]

===Einstieg (generell)===
Die meisten SchülerInnen werden das Thema Feinstaub bereits in verschiedenen Kontexten gehört haben. Sei es durch Dieselfahrverbote, Feuerwerksverbote oder auch durch Feinstaubbelastungen durch Heizungsanlagen. Es bietet sich daher an, zunächst eine Mindmap im Klassenverband zu erstellen, um sich ein Überblick über den Kenntnis- und Interessensstand der Lernenden zu informieren. Als mögliches Beispiel könnte folgende Mindmap entstehen. Unter Umständen können nicht erwähnte Knoten zur Diskussion in den Klassenverband gestellt werden:
[[Datei:Mindmap Einstieg Feinstaub.png|zentriert|mini|647x647px]]

Es ist außerdem ersichtlich, dass die Mindmap auch schnell zu einer Conceptmap erweitert werden kann, um Zusammenhänge und Abhängigkeiten darzustellen.

Weitere Einstiege in die Thematik bilden z.B. die Themen Dieselfahrverbote oder generell Straßenverkehr, Feuerwerke oder im Allgemeinen Verbrennungsreaktionen, bei denen Feinstaub freigesetzt wird.

Folgende Medienberichte dienen als Anhaltspunkte:

- Straßenverkehr: https://www.sueddeutsche.de/auto/feinstaub-verkehr-bremsen-reifen-1.4427241 (06.05.2019)

- Silvesterfeuerwerk: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub/feinstaub-durch-silvesterfeuerwerk (27.11.2020)

- Allgemein/Verbrennungsreaktionen: https://www.ndr.de/ratgeber/gesundheit/Feinstaub-Gefahr-fuer-Lunge-Herz-und-Gefaesse,feinstaub134.html (19.11.2018)

https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-den-menschen/besondere-belastungssituationen/emissionen-aus-kleinfeuerungsanlagen-in#der-geruch-nach-winter-kann-gesundheitsschadlich-sein (16.12.2019)

Die oben aufgeführten Artikel bietet neben der generellen Motivation, dem Problem des Feinstaubs auf den Grund zu gehen, auch bereits erste Informationen rund um die Thematik. So werden Ursachen und Auswirkungen von hohen Feinstaubbelastungen näher erläutert oder bereits Lösungsvorschläge geliefert.Weitere Zugänge sind außerdem: Ein historischer Rückblick in die industrielle Nachkriegszeit oder sog. Holi-Festivals.

====Einstieg (historische Betrachtung):====
in Arbeit (Stand Juli 2021)

====Einstieg (Holi-Festival):====
in Arbeit (Stand Juli 2021)

===Der Begriff Feinstaub===
Für die Begriffsklärung bietet sich am besten eine Internetrecherche an. Hier finden sich aktuelle Informationen des Bundes und von z.B. Umweltorganisationen, die in einer verständlichen Weise aufbereitet sind. Möchte man den SchülerInnen direkt passende Quellen zur Verfügung stellen, so bieten sich die Seiten des Umweltbundesamtes oder des BUND e.V an.

'''Umweltbundesamt:'''

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub

'''BUND e.V.:'''

https://www.bund.net/themen/mobilitaet/schadstoffe/feinstaub/

Hierbei werden auch schon Verursacher oder gesundheitliche Risiken aufgezeigt – Themen, die in den weiteren Stunden vertieft werden. Es kann daher immer wieder auf die oben genannten Quellen zurückgegriffen werden.

====''Passende Arbeitsaufträge''====

*Recherchiere den Begriff "Feinstaub". Formuliere eine Definition des Begriffs in 3 bis 4 Sätzen.
*Im Zusammenhang mit dem Begriff Feinstaub werden oft die Angaben PM10 und PM2.5 genannt. Erkläre diese Angaben.

 

===Hauptkomponenten und Verursacher von Feinstaub===
Um unter anderem Lösungsansätze für die Feinstaubthematik zu entwickeln, müssen zunächst Komponenten und Verursacher für Feinstaub identifiziert werden. Dazu kann folgende Abbildung verwendet werden:
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|zentriert|mini|534x534px]]

====''Passende Arbeitsaufträge Teil 1''====

*Nenne die Hauptkomponenten des Feinstaubs mithilfe der Abbildung.
*Erkläre, welche Verursacher zur Komponente des elementaren Kohelenstoffs beitragen können.

Nach diesen beiden Arbeitsaufträgen kann mit der nächsten Abbildung fortgefahren werden:
[[Datei:Emission Feinstaub nach Quellgruppen.png|zentriert|mini|506x506px|Daten nach Statista 2019]]

Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten.

Der zweite Teil der Stunde beschäftit sich intensiver mit der Feinstaubbelastung durch Verkehr. Als Beispiel für einen Feinstaub-Hauptverursacher kann der Verkehr gewählt werden. Dieser bietet sich an, da die Schülerinnen und Schüler bereits in ihrem Alltag mit der Problematik von Abgasen und auch mit Schutzmaßnahmen wie Fahrverboten, Umweltplaketten und ähnlichem in Kontakt gekommen sind und demnach über Vorwissen (auch aus anderen Fächern wie Erdkunde) verfügen.

Als kiritsche Betrachtung des Themas Verkehr kann ein Zitat von Kurt Sigl verwendet werden:

''„Vor allem in den verkehrsbelasteten Metropolen unseres Landes kann das Elektro[auto] wesentlich zur Feinstaub- und Lärmreduktion sowie zur langfristigen Mobilitätserhaltung beitragen.“'' - Kurt Sigl (Präsident des Bundesverband eMobilität BEM)

====''Passende Arbeitsaufträge Teil 2''====

*Nimm Stellung zu Kurt Sigls Zitat.
*Beurteile die Aussage von Kurt Sigl in Bezug zur gänzlichen Umstellung des Verkerhs auf Elektromobilität. Entfällt damit der verursachte Feinstaub duch den Verkehr?

Da nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten, kann nicht gefolgert werden, dass der Umstieg auf Elektromobilität das Feinstaubproblem im Straßenverkehr lösen. Selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, wäre immer noch eine deutliche Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar. Dennoch können Elektroautos helfen, die Feinstaubbelastung zu verringern.

===Gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub===
Die gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub stellen eine zentrale Problematik der Thematik dar, die die Schüler*innen in ihrer Lebenswelt unmittelbar betrifft und die das Thema auch mit unter erst bedeutend macht.

Informationen können die Scdhüler*innen anhand der bereits genannten Links selbst recherchieren. Die Informationen sind dort prägnant zusammengefasst:

'''Umweltbundesamt:'''

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub

'''BUND e.V.:'''

https://www.bund.net/themen/mobilitaet/schadstoffe/feinstaub/

Je kleiner Feinstaub-Partikel sind, desto tiefer dringen sie in den Körper ein und desto gesundheitsschädlicher sind sie. Damit wird ein biologischer Fächerschwerpunkt gewählt. Hierbei kann der Aufbau und die Funktion der Lunge wiederholt oder auch vertieft werden. Es gibt folgende Größen von Feinstaubpartikeln: Größer als 10 μm, kleiner als 10 μm, kleiner 2,5 μm und kleiner als 1 μm.

Nachfolgende Abbildung verdeutlicht den Sachverhalt. Die Abbildung kann wahlweise beschriftet werden.
[[Datei:Feinstaub Atemwege.png|zentriert|mini|543x543px]]

Als Vertiefung bietet sich an, die Auswirkungen auf einer tieferen Ebene, auf Ebene der Lungenbläschen, erklären zu lassen. Hierbei kann wahlweise auch mit Modellen gearbeitet werden.
[[Datei:Lungenbläschen.png|zentriert|mini|565x565px]]

''Passende Arbeitsaufträge Teil 3:''

* Beschrifte die Abbildung des menschlichen respiratorischen Systems.
* Kennzeichne die Eindringungstiefe der Feinstaubpartikel.
* Erläutere die schädliche Wirkung von sehr kleinen Feinstaubpartikel auf die Lungenbläschen mithilfe nachfolgender Abbildung.

Datei:Lungenbläschen.png

2021-12-04T21:25:02Z

Nfit:

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Lungenbl%C3%A4schen#/media/Datei:Bronchial_anatomy.jpg

Autor:
Patrick J. Lynch, medical illustrator (CC BY 2.5)

Datei:Feinstaub Atemwege.png

2021-12-04T21:21:16Z

Nfit:

Feinstaubbelastung des respiratorischen Systems.

Feinstaubanalyse

2021-07-24T11:29:31Z

Nfit:

{{Infobox|image=Datei:Aufbau 1.png|thema=Data Science, Datenanalyse, Feinstaubbelastung, epistemisches Programmieren|Material=|Material_Name=|Autor=Nils Fitting, Sven Hüsing|subpages=True|Material1=|Material1_Name=|Material2=|Material2_Name=|Umfang=x Unterrichtsstunden á 45 min|title=}}

===Einleitung===
Auf dieser Seite wird das Unterrichtsprojekt "Feinstaubanalyse" dargestellt. Es handelt sich dabei um ein fächerverbindendes Projekt, das aus der Kooperation zwischen der Chemiedidaktik der TU Kaiserslautern (Projekt der Deutschen Telekom Stiftung: [https://www.telekom-stiftung.de/aktivitaeten/die-zukunft-des-mint-lernens Die Zukunft des MINT-Lernens: Denkfabrik für Unterricht mit digitalen Medien]) und dem [https://www.prodabi.de ProDaBi]-Projekt der Universität Paderborn entstanden.
[[Datei:DTS Logo.jpg|links|mini|113x113px]]
Die vorliegende Lernumgebung liefert Arbeitsmaterialien zum Einstieg in die Feinstaubthematik und zur Untersuchung von lokalen Feinstaubbelastungen mithilfe der senseBox:edu. Schülerinnen und Schülern sollen im Sinne der ''socio-scientific issues'' mit aktuellen gesellschaftlichen Problemen und Herausforderungen konfrontiert werden und dabei in realen Kontexten ihre Problemlösefähigkeit und ihr naturwissenschaftliches Verständnis fördern. Dieser Bildungsprozess wird durch die Arbeit an realen Beispielen und mithilfe der senseBox:edu vorangetrieben.

Schülerinnen und Schülern soll es ermöglicht werden, sich selbstständig mit dem Thema Feinstaub auseinanderzusetzen, wobei durch unterschiedliche Kombination der Arbeitsmaterialien sowie der Sozialformen spannende Lernumgebungen für einen fächerübergreifenden Unterricht geschaffen werden sollen. Leitfrage soll dabei sein, was Feinstaub genau ist und welche Auswirkungen er auf uns Menschen besitzt. Dabei können die Materialien beispielsweise innerhalb eines offenen Lernangebots oder eines Lernzirkels angeboten werden. Auch klassischere Unterrichtsformen sind denkbar. Differenzierungsmöglichkeiten bietet das Lernangebot vor allem durch digitale Arbeitsblätter mit Lernhilfen, die für jede Einheit zur Verfügung stehen.

Ingesamt sollen die SuS bei diesem Projekt ihre eigene Umwelt genauer erkunden, indem sie die Feinstaubbelastung in ihrer Umgebung hinsichtlich eigener Forschungsfragen analysieren. Dabei lernen sie auf der einen Seite etwas über Feinstaub und die Feinstaubentwicklung in der eigenen Umwelt. Auf der anderen Seite "öffnen" sie jedoch auch die "Data-Science-Blackbox", indem sie mithilfe eines professionellen Tools eine eigene Datenanalyse mit selbst erhaltenen Feinstaubdaten erstellen.

====Theoretischer Hintergrund====
Im nachfolgenden Abschnitt werden die fachlichen Hintergründe der Lernumgebgung näher erläutert. 

=====senseBox:edu=====
Die senseBox:edu ist ein Mikrocontroller, der selbstständig programmiert werden kann. Dazu stehen bereits vordefinierte Codeblöcke (Blockly) bereit. Der Mikrokontroller kann allerdings auch direkt programmiert werden. Der gesamte Inhalt (Mikrocontroller, einige Kabel und Sensoren) wird in einer praktischen Kunststoffbox aufbewahrt. Mehr zu lesen unter: <nowiki>https://sensebox.de/de/products-edu.html</nowiki>

<nowiki>*</nowiki>Anmerkung: Die Unterrichtsreihe lässt sich auch ohne die senseBox durchführen. Die Schüler*innen können dann nicht selbst Messwerte erheben, sondern müssen auf bestehende Messwerte zurückgreifen.

=====Feinstaub=====
Feinstaub ist ein Gemisch aus festen und flüssigen Partikeln in der Luft. Er wird abhängig von der Partikelgröße in unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Unterschieden werden Partikel, die kleiner als 10 µm sind (PM 10) und ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2.5 µm (PM 2.5). Diese beiden Gruppen können auch mithilfe des Feinstaubsensors der senseBox:edu gemessen werden.

Übermäßige Feinstaubbelastungen sind ein menschengemachtes Problem: So entsteht Feinstaub vor allem durch Kraftfahrzeuge, Kraftwerke und Heizungen in Wohnhäusern. Er kann aber auch natürlichen Ursprungs sein, beispielsweise als Folge von Bodenerosionen. Vor allem in Städten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Dabei gelangt Feinstaub nicht nur aus Motoren, sondern auch durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie durch die Aufwirbelung des Staubes von der Straßenoberfläche in die Luft. Auch die Landwirtschaft trägt einen großen Anteil zur Feinstaubbelastung bei.

Wie bereits erwähnt, unterscheidet man bei der ersten Charakterisierung von Feinstaub die Partikelgrößen PM 10 – Partikel, deren Durchmesser kleiner als 10 µm ist – und PM 2.5, Partikel, die einen Durchmesser von weniger als 2.5 µm haben.

=====Zusammensetzung=====
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Ausgehend von Messungen des Instituts für Hygiene und Umwelt und des Staatlichen Umweltamts Hamburg können die in dieser Untersuchung gewonnenen Daten als exemplarisch für die möglichen im Feinstaub enthaltenen Komponenten in Deutschland angenommen werden. Natürlich unterscheiden sich die Konzentrationen der einzelnen Bestandteile je nach Region und konkretem Ort.

Die im Folgenden aufgeführten Komponenten kristallisierten sich aus der Untersuchung als Hauptbestandteile des Feinstaubs heraus:

- Elementarer Kohlenstoff (Ruß)

- Organisches Material

- Ammonium-, Sulfat- und Nitrationen

- Chlorid-, Natrium- und Magnesiumionen

- Calcium- und Kaliumionen

=====Verursacher=====
Feinstaub kann einerseits natürlichen Ursprungs sein oder andererseits durch menschliches Handeln erzeugt werden. Stammen die Staubpartikel direkt aus der Quelle - zum Beispiel durch einen Verbrennungsprozess - nennt man sie ''primäre Feinstäube''. Beispiele für ''primäre Partikel'' sind Flugasche, Ruß oder Seesalz. Als ''sekundäre Feinstäube'' bezeichnet man hingegen Partikel, die durch komplexe chemische Reaktionen in der Atmosphäre erst aus gasförmigen Substanzen – wie Schwefel- und Stickstoffoxiden, Ammoniak oder Kohlenwasserstoffen – entstehen. Unter die Bezeichnung ''sekundäre Partikel'' fallen zum Beispiel Ammoniumsulfat und andere organische Substanzen.

Wichtige vom Menschen verursachte, also ''anthropogene'' Feinstaubquellen sind Kraftfahrzeuge, Kraft- und Fernheizwerke, Abfallverbrennungsanlagen, Öfen und Heizungen in Wohnhäusern, Schüttgutumschlag, Tierhaltung sowie weitere Industrieprozesse. In Ballungsgebieten ist vor allem der Straßenverkehr eine bedeutende Feinstaubquelle. Außerdem ist eine weitere wichtige Quelle für Feinstaub die Landwirtschaft.

Als ''natürliche'' Quellen für Feinstaub sind Emissionen aus Vulkanen und Meeren, Bodenerosionen, Wald- und Buschfeuer sowie bestimmte biogene Aerosole wie Viren und Sporen von Bakterien und Pilzen und Pollen zu nennen.
[[Datei:Verursacher von Feinstaub.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten. Das heißt, dass selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, immer noch eine starke Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar wäre.

Auch hervorzuheben ist der Anteil an der Feinstaubbelastung, der durch die Landwirtschaft verursacht wird. In Tierställen entsteht das Gas Ammoniak. Dieses entweicht aufgrund seiner geringen Dichte direkt in die Atmosphäre. Da es sich bei der Zersetzung von Kot und Urin bildet, wird es auch beim Austragen von Gülle zur Düngung von Feldern an die Umwelt abgegeben. Gerade in Massentierhaltungen werden große Mengen an Ammoniak freigesetzt.

Ammoniak ist ein sogenanntes Vorläufergas, das sekundäre anorganische Aerosole bildet: In der Atmosphäre reagiert Ammoniak mit anorganischen Stoffen wie Schwefel- oder Salpetersäure unter der Bildung von Salzen. Gerade in Westeuropa bilden Ammoniumnitrate aus der Reaktion von Ammoniak und Salpetersäure eine stark vertretene Feinstaubkomponente.

=====Gesundheitliche Auswirkungen=====
Laut Studien des Umweltbundesamts hängen die gesundheitlichen Auswirkungen von Feinstaub stark von der Partikelgröße ab. So werden Feinstaubpartikel der Größe PM 10 durch die Nasenhöhle aufgenommen und dringen bereits in tiefere Bereiche der Bronchien ein. Kleinere Partikel der Größe PM 2.5 können bis zu den tertiären Bronchien und Partikel der Größe von maximal einem Mikrometer können sogar bis zu den Lungenbläschen vordringen. Noch kleinere Partikel, mit einem Durchmesser von unter 0.1 µm, gelangen auch in den Blutkreislauf. Je kleiner die Partikelgröße, desto schädlicher ist die Belastung für den Menschen.

Die gesundheitlichen Folgen von Feinstaub für den Menschen erstrecken sich von Symptomen wie Schleimhautreizungen und lokalen Entzündungen im Rachen, der Luftröhre und den Bronchien bis hin zu schwerwiegenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Lungenkrebs. Infolgedessen kommt es in Gebieten mit extrem hoher Feinstaubbelastung zu einer deutlich geringeren Lebenserwartung.

====Lernziele: Die SuS...====

=====...sammeln Erkenntnisse im Bereich "Feinstaub":=====

*definieren den Begriff Feinstaub.
*nennen Verursacher von Feinstaub.
*beschreiben gesundheitliche Folgen einer hohen Feinstaubbelastung.
*führen eigene Messungen zur Bestimmung der Feinstaubbelastung durch.
*bewerten Ergebnisse lokaler Feinstaubmessungen in Hinblick auf den jeweiligen Standort.

=====...erhalten einen Einblick in "Data Science" und "Data Analysis":=====

*lernen ein erstes (exemplarisches) Data Science kennen, wobei die Schnittstellen ''Messinstrument'', ''Daten'' und ''Daten im Kontext'' im Fokus stehen.
*lernen erste Data-Moves kennen.
*erlangen Grundkenntnisse im Umgang mit JupyterNotebook und Python.
*lernen Auswertungsmöglichkeiten und Darstellungsweisen großer Datenmengen kennen.
*lernen mit Computational Essays eine Art der nachvollziehbaren Darstellung komplexerer Datenanalysen kennen.
*können Erfahrungen in der datengetriebenen Analyse unserer Umwelt sammeln.
*reflektieren, wie Datenanalysen den (datengetriebenen) Blick auf die Welt und das eigene Verhalten beeinflussen können.
*lernen, gesammelte Daten und durchgeführte Datenanalysen im Kontext der Realwelt und deren Einflussfaktoren zu reflektieren.
*erfahren, dass Datenanalysen interessengeleitet sind und nicht eine reale Abbildung der Welt darstellen.

Falls die Sensebox von den SuS selbst programmiert wird:

*lernen Software und Hardware rund um Arduino als Beispiel für einen Platinencomputer kennen.
*machen erste Erfahrungen in der Programmierung von Arduinos.

====Tipps zur Durchführung:====
Das Projekt besteht aus mehreren Modulen, die sich auf die verschiedenen Aktivitäten rund um das Erstellen einer Feinstaubanalyse beziehen. Die Empfehlung ist, alle diese Modulbausteine durchzuführen, wobei ggf. die Reihenfolge getauschte werden kann. Für den Fall, dassdie Zeit zu knapp wird, können an einigen Stellen auch die Alternativen, die auf den jeweiligen Seiten zu sehen sind, durchgeführt werden. Beispielsweise können statt eigens erhobenen Daten auch bereits vorhandene Datensätze zur Analyse herangezogen werden. Dadurch würde man einige Unterrichtsstunden bei dem Modul [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] einsparen - allerdings mit dem Nachteil, dass die SuS die Analysen nicht mit eigenen Datensätzen durchführen können.

Insgesamt sind für die Durchführung aller Module in etwa xy Unterrichtseinheiten á 45 min angedacht. Dabei ist zu beachten, dass die Durchführung des Online-Python-Kurses mit yx Unterrichtseinheiten einen großen Anteil daran hat. Sofern die SuS bereits erste Programmiererfahrungen mit Python gemacht haben, reicht eventuell auch eine kurze "Auffrischung" aus. Auch könnte es sinnvoll sein, die Python-Grundlagen bereits im Vorfeld zu behandeln, um die SuS so bereits im Vorfeld auf die Datenanalyse vorzubereiten. Im Allgemeinen sollten die SuS jedoch nicht gänzlich ohne Python-Vorerfahrung an die Datenauswertung gehen.

===Überblick über die Projektmodulbausteine===
Im folgenden werden die einzelnen Projektmodule in einer Tabelle dargestellt. Dabei erhalten Sie auch Informationen zum jeweiligen Thema, den benötigten Materialien und dem ungefähren Umfang. Durch einen Klick auf den Modulnamen gelangen Sie auf die Unterseite des jeweiligen Moduls, die viele weitere Informationen zur Durchführung des jeweiligen Moduls enthält.
{| class="wikitable"
|+
Weitere Module: Auswirkungen, Verursacher, Was ist Feinstaub?

ggf. "optional" dazuschreiben
!Name Modulbaustein
!Thema
!Benötigtes Material
!Umfang
|-
|M0: [[Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik|Einführung in die Feinstaubproblematik]]
|Einführung des Begriffs "Feinstaub", Zusammensetzung, Verursacher, Gesundheitliche Folgen.
|Arbeitsblätter, ggf. HyperDocs
|3 - 4 Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|[[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung|M2: Datensammlung]]
|Sammeln von Feinstaubdaten in der eigenen Umwelt
|Arduino (z.B. Sensebox)

Feinstaubsensoren

Arduino-Software
|xy Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|M3: Datenanalyse
|
|
|
|-
|M4: Interpretation/ Schlussfolgerungen
|
|
|
|-
|M5: Ausblick
|
|
|
|-
|
|
|
|
|}

===Weiterführende Links===

Modul 2: [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] (ca. ... Unterrichtsstunden)

Feinstaubanalyse

2021-07-24T11:28:21Z

Nfit:

{{Infobox|image=Datei:Aufbau 1.png|thema=Data Science, Datenanalyse, Feinstaubbelastung, epistemisches Programmieren|Material=|Material_Name=|Autor=Nils Fitting, Sven Hüsing|subpages=True|Material1=|Material1_Name=|Material2=|Material2_Name=|Umfang=x Unterrichtsstunden á 45 min|title=}}

===Einleitung===
Auf dieser Seite wird das Unterrichtsprojekt "Feinstaubanalyse" dargestellt. Es handelt sich dabei um ein fächerverbindendes Projekt, das aus der Kooperation zwischen der Chemiedidaktik der TU Kaiserslautern (Projekt der Deutschen Telekom Stiftung: [https://www.telekom-stiftung.de/aktivitaeten/die-zukunft-des-mint-lernens Die Zukunft des MINT-Lernens: Denkfabrik für Unterricht mit digitalen Medien]) und dem [https://www.prodabi.de ProDaBi]-Projekt der Universität Paderborn entstanden.
[[Datei:DTS Logo.jpg|links|mini|113x113px]]
Die vorliegende Lernumgebung liefert Arbeitsmaterialien zum Einstieg in die Feinstaubthematik und zur Untersuchung von lokalen Feinstaubbelastungen mithilfe der senseBox:edu. Schülerinnen und Schülern sollen im Sinne der ''socio-scientific issues'' mit aktuellen gesellschaftlichen Problemen und Herausforderungen konfrontiert werden und dabei in realen Kontexten ihre Problemlösefähigkeit und ihr naturwissenschaftliches Verständnis fördern. Dieser Bildungsprozess wird durch die Arbeit an realen Beispielen und mithilfe der senseBox:edu vorangetrieben.

Schülerinnen und Schülern soll es ermöglicht werden, sich selbstständig mit dem Thema Feinstaub auseinanderzusetzen, wobei durch unterschiedliche Kombination der Arbeitsmaterialien sowie der Sozialformen spannende Lernumgebungen für einen fächerübergreifenden Unterricht geschaffen werden sollen. Leitfrage soll dabei sein, was Feinstaub genau ist und welche Auswirkungen er auf uns Menschen besitzt. Dabei können die Materialien beispielsweise innerhalb eines offenen Lernangebots oder eines Lernzirkels angeboten werden. Auch klassischere Unterrichtsformen sind denkbar. Differenzierungsmöglichkeiten bietet das Lernangebot vor allem durch digitale Arbeitsblätter mit Lernhilfen, die für jede Einheit zur Verfügung stehen.

Ingesamt sollen die SuS bei diesem Projekt ihre eigene Umwelt genauer erkunden, indem sie die Feinstaubbelastung in ihrer Umgebung hinsichtlich eigener Forschungsfragen analysieren. Dabei lernen sie auf der einen Seite etwas über Feinstaub und die Feinstaubentwicklung in der eigenen Umwelt. Auf der anderen Seite "öffnen" sie jedoch auch die "Data-Science-Blackbox", indem sie mithilfe eines professionellen Tools eine eigene Datenanalyse mit selbst erhaltenen Feinstaubdaten erstellen.

====Theoretischer Hintergrund====
Im nachfolgenden Abschnitt werden die fachlichen Hintergründe der Lernumgebgung näher erläutert. 

=====senseBox:edu=====
Die senseBox:edu ist ein Mikrocontroller, der selbstständig programmiert werden kann. Dazu stehen bereits vordefinierte Codeblöcke (Blockly) bereit. Der Mikrokontroller kann allerdings auch direkt programmiert werden. Der gesamte Inhalt (Mikrocontroller, einige Kabel und Sensoren) wird in einer praktischen Kunststoffbox aufbewahrt. Mehr zu lesen unter: <nowiki>https://sensebox.de/de/products-edu.html</nowiki>

<nowiki>*</nowiki>Anmerkung: Die Unterrichtsreihe lässt sich auch ohne die senseBox durchführen. Die Schüler*innen können dann nicht selbst Messwerte erheben, sondern müssen auf bestehende Messwerte zurückgreifen.

=====Feinstaub=====
Feinstaub ist ein Gemisch aus festen und flüssigen Partikeln in der Luft. Er wird abhängig von der Partikelgröße in unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Unterschieden werden Partikel, die kleiner als 10 µm sind (PM 10) und ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2.5 µm (PM 2.5). Diese beiden Gruppen können auch mithilfe des Feinstaubsensors der senseBox:edu gemessen werden.

Übermäßige Feinstaubbelastungen sind ein menschengemachtes Problem: So entsteht Feinstaub vor allem durch Kraftfahrzeuge, Kraftwerke und Heizungen in Wohnhäusern. Er kann aber auch natürlichen Ursprungs sein, beispielsweise als Folge von Bodenerosionen. Vor allem in Städten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Dabei gelangt Feinstaub nicht nur aus Motoren, sondern auch durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie durch die Aufwirbelung des Staubes von der Straßenoberfläche in die Luft. Auch die Landwirtschaft trägt einen großen Anteil zur Feinstaubbelastung bei.

Wie bereits erwähnt, unterscheidet man bei der ersten Charakterisierung von Feinstaub die Partikelgrößen PM 10 – Partikel, deren Durchmesser kleiner als 10 µm ist – und PM 2.5, Partikel, die einen Durchmesser von weniger als 2.5 µm haben.

=====Zusammensetzung=====
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Ausgehend von Messungen des Instituts für Hygiene und Umwelt und des Staatlichen Umweltamts Hamburg können die in dieser Untersuchung gewonnenen Daten als exemplarisch für die möglichen im Feinstaub enthaltenen Komponenten in Deutschland angenommen werden. Natürlich unterscheiden sich die Konzentrationen der einzelnen Bestandteile je nach Region und konkretem Ort.

Die im Folgenden aufgeführten Komponenten kristallisierten sich aus der Untersuchung als Hauptbestandteile des Feinstaubs heraus:

- Elementarer Kohlenstoff (Ruß)

- Organisches Material

- Ammonium-, Sulfat- und Nitrationen

- Chlorid-, Natrium- und Magnesiumionen

- Calcium- und Kaliumionen

=====Verursacher=====
Feinstaub kann einerseits natürlichen Ursprungs sein oder andererseits durch menschliches Handeln erzeugt werden. Stammen die Staubpartikel direkt aus der Quelle - zum Beispiel durch einen Verbrennungsprozess - nennt man sie ''primäre Feinstäube''. Beispiele für ''primäre Partikel'' sind Flugasche, Ruß oder Seesalz. Als ''sekundäre Feinstäube'' bezeichnet man hingegen Partikel, die durch komplexe chemische Reaktionen in der Atmosphäre erst aus gasförmigen Substanzen – wie Schwefel- und Stickstoffoxiden, Ammoniak oder Kohlenwasserstoffen – entstehen. Unter die Bezeichnung ''sekundäre Partikel'' fallen zum Beispiel Ammoniumsulfat und andere organische Substanzen.

Wichtige vom Menschen verursachte, also ''anthropogene'' Feinstaubquellen sind Kraftfahrzeuge, Kraft- und Fernheizwerke, Abfallverbrennungsanlagen, Öfen und Heizungen in Wohnhäusern, Schüttgutumschlag, Tierhaltung sowie weitere Industrieprozesse. In Ballungsgebieten ist vor allem der Straßenverkehr eine bedeutende Feinstaubquelle. Außerdem ist eine weitere wichtige Quelle für Feinstaub die Landwirtschaft.

Als ''natürliche'' Quellen für Feinstaub sind Emissionen aus Vulkanen und Meeren, Bodenerosionen, Wald- und Buschfeuer sowie bestimmte biogene Aerosole wie Viren und Sporen von Bakterien und Pilzen und Pollen zu nennen.
[[Datei:Verursacher von Feinstaub.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten. Das heißt, dass selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, immer noch eine starke Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar wäre.

Auch hervorzuheben ist der Anteil an der Feinstaubbelastung, der durch die Landwirtschaft verursacht wird. In Tierställen entsteht das Gas Ammoniak. Dieses entweicht aufgrund seiner geringen Dichte direkt in die Atmosphäre. Da es sich bei der Zersetzung von Kot und Urin bildet, wird es auch beim Austragen von Gülle zur Düngung von Feldern an die Umwelt abgegeben. Gerade in Massentierhaltungen werden große Mengen an Ammoniak freigesetzt.

Ammoniak ist ein sogenanntes Vorläufergas, das sekundäre anorganische Aerosole bildet: In der Atmosphäre reagiert Ammoniak mit anorganischen Stoffen wie Schwefel- oder Salpetersäure unter der Bildung von Salzen. Gerade in Westeuropa bilden Ammoniumnitrate aus der Reaktion von Ammoniak und Salpetersäure eine stark vertretene Feinstaubkomponente.

=====Gesundheitliche Auswirkungen=====
Laut Studien des Umweltbundesamts hängen die gesundheitlichen Auswirkungen von Feinstaub stark von der Partikelgröße ab. So werden Feinstaubpartikel der Größe PM 10 durch die Nasenhöhle aufgenommen und dringen bereits in tiefere Bereiche der Bronchien ein. Kleinere Partikel der Größe PM 2.5 können bis zu den tertiären Bronchien und Partikel der Größe von maximal einem Mikrometer können sogar bis zu den Lungenbläschen vordringen. Noch kleinere Partikel, mit einem Durchmesser von unter 0.1 µm, gelangen auch in den Blutkreislauf. Je kleiner die Partikelgröße, desto schädlicher ist die Belastung für den Menschen.

Die gesundheitlichen Folgen von Feinstaub für den Menschen erstrecken sich von Symptomen wie Schleimhautreizungen und lokalen Entzündungen im Rachen, der Luftröhre und den Bronchien bis hin zu schwerwiegenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Lungenkrebs. Infolgedessen kommt es in Gebieten mit extrem hoher Feinstaubbelastung zu einer deutlich geringeren Lebenserwartung.

====Lernziele: Die SuS...====

=====...sammeln Erkenntnisse im Bereich "Feinstaub":=====

*definieren den Begriff Feinstaub.
*nennen Verursacher von Feinstaub.
*beschreiben gesundheitliche Folgen einer hohen Feinstaubbelastung.
*führen eigene Messungen zur Bestimmung der Feinstaubbelastung durch.
*bewerten Ergebnisse lokaler Feinstaubmessungen in Hinblick auf den jeweiligen Standort.

=====...erhalten einen Einblick in "Data Science" und "Data Analysis":=====

*lernen ein erstes (exemplarisches) Data Science kennen, wobei die Schnittstellen ''Messinstrument'', ''Daten'' und ''Daten im Kontext'' im Fokus stehen.
*lernen erste Data-Moves kennen.
*erlangen Grundkenntnisse im Umgang mit JupyterNotebook und Python.
*lernen Auswertungsmöglichkeiten und Darstellungsweisen großer Datenmengen kennen.
*lernen mit Computational Essays eine Art der nachvollziehbaren Darstellung komplexerer Datenanalysen kennen.
*können Erfahrungen in der datengetriebenen Analyse unserer Umwelt sammeln.
*reflektieren, wie Datenanalysen den (datengetriebenen) Blick auf die Welt und das eigene Verhalten beeinflussen können.
*lernen, gesammelte Daten und durchgeführte Datenanalysen im Kontext der Realwelt und deren Einflussfaktoren zu reflektieren.
*erfahren, dass Datenanalysen interessengeleitet sind und nicht eine reale Abbildung der Welt darstellen.

Falls die Sensebox von den SuS selbst programmiert wird:

*lernen Software und Hardware rund um Arduino als Beispiel für einen Platinencomputer kennen.
*machen erste Erfahrungen in der Programmierung von Arduinos.

====Tipps zur Durchführung:====
Das Projekt besteht aus mehreren Modulen, die sich auf die verschiedenen Aktivitäten rund um das Erstellen einer Feinstaubanalyse beziehen. Die Empfehlung ist, alle diese Modulbausteine durchzuführen, wobei ggf. die Reihenfolge getauschte werden kann. Für den Fall, dassdie Zeit zu knapp wird, können an einigen Stellen auch die Alternativen, die auf den jeweiligen Seiten zu sehen sind, durchgeführt werden. Beispielsweise können statt eigens erhobenen Daten auch bereits vorhandene Datensätze zur Analyse herangezogen werden. Dadurch würde man einige Unterrichtsstunden bei dem Modul [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] einsparen - allerdings mit dem Nachteil, dass die SuS die Analysen nicht mit eigenen Datensätzen durchführen können.

Insgesamt sind für die Durchführung aller Module in etwa xy Unterrichtseinheiten á 45 min angedacht. Dabei ist zu beachten, dass die Durchführung des Online-Python-Kurses mit yx Unterrichtseinheiten einen großen Anteil daran hat. Sofern die SuS bereits erste Programmiererfahrungen mit Python gemacht haben, reicht eventuell auch eine kurze "Auffrischung" aus. Auch könnte es sinnvoll sein, die Python-Grundlagen bereits im Vorfeld zu behandeln, um die SuS so bereits im Vorfeld auf die Datenanalyse vorzubereiten. Im Allgemeinen sollten die SuS jedoch nicht gänzlich ohne Python-Vorerfahrung an die Datenauswertung gehen.

===Überblick über die Projektmodulbausteine===
Im folgenden werden die einzelnen Projektmodule in einer Tabelle dargestellt. Dabei erhalten Sie auch Informationen zum jeweiligen Thema, den benötigten Materialien und dem ungefähren Umfang. Durch einen Klick auf den Modulnamen gelangen Sie auf die Unterseite des jeweiligen Moduls, die viele weitere Informationen zur Durchführung des jeweiligen Moduls enthält.
{| class="wikitable"
|+
Weitere Module: Auswirkungen, Verursacher, Was ist Feinstaub?

ggf. "optional" dazuschreiben
!Name Modulbaustein
!Thema
!Benötigtes Material
!Umfang
|-
|M0: [[Einführung in die Feinstaubproblematik]]
|Einführung des Begriffs "Feinstaub", Zusammensetzung, Verursacher, Gesundheitliche Folgen.
|Arbeitsblätter, ggf. HyperDocs
|3 - 4 Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|[[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung|M2: Datensammlung]]
|Sammeln von Feinstaubdaten in der eigenen Umwelt
|Arduino (z.B. Sensebox)

Feinstaubsensoren

Arduino-Software
|xy Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|M3: Datenanalyse
|
|
|
|-
|M4: Interpretation/ Schlussfolgerungen
|
|
|
|-
|M5: Ausblick
|
|
|
|-
|
|
|
|
|}

===Weiterführende Links===

Modul 2: [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] (ca. ... Unterrichtsstunden)

Feinstaubanalyse

2021-07-24T11:27:50Z

Nfit:

{{Infobox|image=Datei:Aufbau 1.png|thema=Data Science, Datenanalyse, Feinstaubbelastung, epistemisches Programmieren|Material=|Material_Name=|Autor=Nils Fitting, Sven Hüsing|subpages=True|Material1=|Material1_Name=|Material2=|Material2_Name=|Umfang=x Unterrichtsstunden á 45 min|title=}}

===Einleitung===
Auf dieser Seite wird das Unterrichtsprojekt "Feinstaubanalyse" dargestellt. Es handelt sich dabei um ein fächerverbindendes Projekt, das aus der Kooperation zwischen der Chemiedidaktik der TU Kaiserslautern (Projekt der Deutschen Telekom Stiftung: [https://www.telekom-stiftung.de/aktivitaeten/die-zukunft-des-mint-lernens Die Zukunft des MINT-Lernens: Denkfabrik für Unterricht mit digitalen Medien]) und dem [https://www.prodabi.de ProDaBi]-Projekt der Universität Paderborn entstanden.
[[Datei:DTS Logo.jpg|links|mini|113x113px]]
Die vorliegende Lernumgebung liefert Arbeitsmaterialien zum Einstieg in die Feinstaubthematik und zur Untersuchung von lokalen Feinstaubbelastungen mithilfe der senseBox:edu. Schülerinnen und Schülern sollen im Sinne der ''socio-scientific issues'' mit aktuellen gesellschaftlichen Problemen und Herausforderungen konfrontiert werden und dabei in realen Kontexten ihre Problemlösefähigkeit und ihr naturwissenschaftliches Verständnis fördern. Dieser Bildungsprozess wird durch die Arbeit an realen Beispielen und mithilfe der senseBox:edu vorangetrieben.

Schülerinnen und Schülern soll es ermöglicht werden, sich selbstständig mit dem Thema Feinstaub auseinanderzusetzen, wobei durch unterschiedliche Kombination der Arbeitsmaterialien sowie der Sozialformen spannende Lernumgebungen für einen fächerübergreifenden Unterricht geschaffen werden sollen. Leitfrage soll dabei sein, was Feinstaub genau ist und welche Auswirkungen er auf uns Menschen besitzt. Dabei können die Materialien beispielsweise innerhalb eines offenen Lernangebots oder eines Lernzirkels angeboten werden. Auch klassischere Unterrichtsformen sind denkbar. Differenzierungsmöglichkeiten bietet das Lernangebot vor allem durch digitale Arbeitsblätter mit Lernhilfen, die für jede Einheit zur Verfügung stehen.

Ingesamt sollen die SuS bei diesem Projekt ihre eigene Umwelt genauer erkunden, indem sie die Feinstaubbelastung in ihrer Umgebung hinsichtlich eigener Forschungsfragen analysieren. Dabei lernen sie auf der einen Seite etwas über Feinstaub und die Feinstaubentwicklung in der eigenen Umwelt. Auf der anderen Seite "öffnen" sie jedoch auch die "Data-Science-Blackbox", indem sie mithilfe eines professionellen Tools eine eigene Datenanalyse mit selbst erhaltenen Feinstaubdaten erstellen.

====Theoretischer Hintergrund====
Im nachfolgenden Abschnitt werden die fachlichen Hintergründe der Lernumgebgung näher erläutert. 

===== '''senseBox:edu''' =====
Die senseBox:edu ist ein Mikrocontroller, der selbstständig programmiert werden kann. Dazu stehen bereits vordefinierte Codeblöcke (Blockly) bereit. Der Mikrokontroller kann allerdings auch direkt programmiert werden. Der gesamte Inhalt (Mikrocontroller, einige Kabel und Sensoren) wird in einer praktischen Kunststoffbox aufbewahrt. Mehr zu lesen unter: <nowiki>https://sensebox.de/de/products-edu.html</nowiki>

<nowiki>*</nowiki>Anmerkung: Die Unterrichtsreihe lässt sich auch ohne die senseBox durchführen. Die Schüler*innen können dann nicht selbst Messwerte erheben, sondern müssen auf bestehende Messwerte zurückgreifen.

===== '''Feinstaub''' =====
Feinstaub ist ein Gemisch aus festen und flüssigen Partikeln in der Luft. Er wird abhängig von der Partikelgröße in unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Unterschieden werden Partikel, die kleiner als 10 µm sind (PM 10) und ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2.5 µm (PM 2.5). Diese beiden Gruppen können auch mithilfe des Feinstaubsensors der senseBox:edu gemessen werden.

Übermäßige Feinstaubbelastungen sind ein menschengemachtes Problem: So entsteht Feinstaub vor allem durch Kraftfahrzeuge, Kraftwerke und Heizungen in Wohnhäusern. Er kann aber auch natürlichen Ursprungs sein, beispielsweise als Folge von Bodenerosionen. Vor allem in Städten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Dabei gelangt Feinstaub nicht nur aus Motoren, sondern auch durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie durch die Aufwirbelung des Staubes von der Straßenoberfläche in die Luft. Auch die Landwirtschaft trägt einen großen Anteil zur Feinstaubbelastung bei.

Wie bereits erwähnt, unterscheidet man bei der ersten Charakterisierung von Feinstaub die Partikelgrößen PM 10 – Partikel, deren Durchmesser kleiner als 10 µm ist – und PM 2.5, Partikel, die einen Durchmesser von weniger als 2.5 µm haben.

===== '''Zusammensetzung''' =====
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Ausgehend von Messungen des Instituts für Hygiene und Umwelt und des Staatlichen Umweltamts Hamburg können die in dieser Untersuchung gewonnenen Daten als exemplarisch für die möglichen im Feinstaub enthaltenen Komponenten in Deutschland angenommen werden. Natürlich unterscheiden sich die Konzentrationen der einzelnen Bestandteile je nach Region und konkretem Ort.

Die im Folgenden aufgeführten Komponenten kristallisierten sich aus der Untersuchung als Hauptbestandteile des Feinstaubs heraus:

- Elementarer Kohlenstoff (Ruß)

- Organisches Material

- Ammonium-, Sulfat- und Nitrationen

- Chlorid-, Natrium- und Magnesiumionen

- Calcium- und Kaliumionen

===== '''Verursacher''' =====
Feinstaub kann einerseits natürlichen Ursprungs sein oder andererseits durch menschliches Handeln erzeugt werden. Stammen die Staubpartikel direkt aus der Quelle - zum Beispiel durch einen Verbrennungsprozess - nennt man sie ''primäre Feinstäube''. Beispiele für ''primäre Partikel'' sind Flugasche, Ruß oder Seesalz. Als ''sekundäre Feinstäube'' bezeichnet man hingegen Partikel, die durch komplexe chemische Reaktionen in der Atmosphäre erst aus gasförmigen Substanzen – wie Schwefel- und Stickstoffoxiden, Ammoniak oder Kohlenwasserstoffen – entstehen. Unter die Bezeichnung ''sekundäre Partikel'' fallen zum Beispiel Ammoniumsulfat und andere organische Substanzen.

Wichtige vom Menschen verursachte, also ''anthropogene'' Feinstaubquellen sind Kraftfahrzeuge, Kraft- und Fernheizwerke, Abfallverbrennungsanlagen, Öfen und Heizungen in Wohnhäusern, Schüttgutumschlag, Tierhaltung sowie weitere Industrieprozesse. In Ballungsgebieten ist vor allem der Straßenverkehr eine bedeutende Feinstaubquelle. Außerdem ist eine weitere wichtige Quelle für Feinstaub die Landwirtschaft.

Als ''natürliche'' Quellen für Feinstaub sind Emissionen aus Vulkanen und Meeren, Bodenerosionen, Wald- und Buschfeuer sowie bestimmte biogene Aerosole wie Viren und Sporen von Bakterien und Pilzen und Pollen zu nennen.
[[Datei:Verursacher von Feinstaub.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten. Das heißt, dass selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, immer noch eine starke Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar wäre.

Auch hervorzuheben ist der Anteil an der Feinstaubbelastung, der durch die Landwirtschaft verursacht wird. In Tierställen entsteht das Gas Ammoniak. Dieses entweicht aufgrund seiner geringen Dichte direkt in die Atmosphäre. Da es sich bei der Zersetzung von Kot und Urin bildet, wird es auch beim Austragen von Gülle zur Düngung von Feldern an die Umwelt abgegeben. Gerade in Massentierhaltungen werden große Mengen an Ammoniak freigesetzt.

Ammoniak ist ein sogenanntes Vorläufergas, das sekundäre anorganische Aerosole bildet: In der Atmosphäre reagiert Ammoniak mit anorganischen Stoffen wie Schwefel- oder Salpetersäure unter der Bildung von Salzen. Gerade in Westeuropa bilden Ammoniumnitrate aus der Reaktion von Ammoniak und Salpetersäure eine stark vertretene Feinstaubkomponente.

===== '''Gesundheitliche Auswirkungen''' =====
Laut Studien des Umweltbundesamts hängen die gesundheitlichen Auswirkungen von Feinstaub stark von der Partikelgröße ab. So werden Feinstaubpartikel der Größe PM 10 durch die Nasenhöhle aufgenommen und dringen bereits in tiefere Bereiche der Bronchien ein. Kleinere Partikel der Größe PM 2.5 können bis zu den tertiären Bronchien und Partikel der Größe von maximal einem Mikrometer können sogar bis zu den Lungenbläschen vordringen. Noch kleinere Partikel, mit einem Durchmesser von unter 0.1 µm, gelangen auch in den Blutkreislauf. Je kleiner die Partikelgröße, desto schädlicher ist die Belastung für den Menschen.

Die gesundheitlichen Folgen von Feinstaub für den Menschen erstrecken sich von Symptomen wie Schleimhautreizungen und lokalen Entzündungen im Rachen, der Luftröhre und den Bronchien bis hin zu schwerwiegenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Lungenkrebs. Infolgedessen kommt es in Gebieten mit extrem hoher Feinstaubbelastung zu einer deutlich geringeren Lebenserwartung.

====Lernziele: Die SuS...====

=====...sammeln Erkenntnisse im Bereich "Feinstaub":=====

*definieren den Begriff Feinstaub.
*nennen Verursacher von Feinstaub.
*beschreiben gesundheitliche Folgen einer hohen Feinstaubbelastung.
*führen eigene Messungen zur Bestimmung der Feinstaubbelastung durch.
*bewerten Ergebnisse lokaler Feinstaubmessungen in Hinblick auf den jeweiligen Standort.

=====...erhalten einen Einblick in "Data Science" und "Data Analysis":=====

*lernen ein erstes (exemplarisches) Data Science kennen, wobei die Schnittstellen ''Messinstrument'', ''Daten'' und ''Daten im Kontext'' im Fokus stehen.
*lernen erste Data-Moves kennen.
*erlangen Grundkenntnisse im Umgang mit JupyterNotebook und Python.
*lernen Auswertungsmöglichkeiten und Darstellungsweisen großer Datenmengen kennen.
*lernen mit Computational Essays eine Art der nachvollziehbaren Darstellung komplexerer Datenanalysen kennen.
*können Erfahrungen in der datengetriebenen Analyse unserer Umwelt sammeln.
*reflektieren, wie Datenanalysen den (datengetriebenen) Blick auf die Welt und das eigene Verhalten beeinflussen können.
*lernen, gesammelte Daten und durchgeführte Datenanalysen im Kontext der Realwelt und deren Einflussfaktoren zu reflektieren.
*erfahren, dass Datenanalysen interessengeleitet sind und nicht eine reale Abbildung der Welt darstellen.

Falls die Sensebox von den SuS selbst programmiert wird:

*lernen Software und Hardware rund um Arduino als Beispiel für einen Platinencomputer kennen.
*machen erste Erfahrungen in der Programmierung von Arduinos.

====Tipps zur Durchführung:====
Das Projekt besteht aus mehreren Modulen, die sich auf die verschiedenen Aktivitäten rund um das Erstellen einer Feinstaubanalyse beziehen. Die Empfehlung ist, alle diese Modulbausteine durchzuführen, wobei ggf. die Reihenfolge getauschte werden kann. Für den Fall, dassdie Zeit zu knapp wird, können an einigen Stellen auch die Alternativen, die auf den jeweiligen Seiten zu sehen sind, durchgeführt werden. Beispielsweise können statt eigens erhobenen Daten auch bereits vorhandene Datensätze zur Analyse herangezogen werden. Dadurch würde man einige Unterrichtsstunden bei dem Modul [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] einsparen - allerdings mit dem Nachteil, dass die SuS die Analysen nicht mit eigenen Datensätzen durchführen können.

Insgesamt sind für die Durchführung aller Module in etwa xy Unterrichtseinheiten á 45 min angedacht. Dabei ist zu beachten, dass die Durchführung des Online-Python-Kurses mit yx Unterrichtseinheiten einen großen Anteil daran hat. Sofern die SuS bereits erste Programmiererfahrungen mit Python gemacht haben, reicht eventuell auch eine kurze "Auffrischung" aus. Auch könnte es sinnvoll sein, die Python-Grundlagen bereits im Vorfeld zu behandeln, um die SuS so bereits im Vorfeld auf die Datenanalyse vorzubereiten. Im Allgemeinen sollten die SuS jedoch nicht gänzlich ohne Python-Vorerfahrung an die Datenauswertung gehen.

===Überblick über die Projektmodulbausteine===
Im folgenden werden die einzelnen Projektmodule in einer Tabelle dargestellt. Dabei erhalten Sie auch Informationen zum jeweiligen Thema, den benötigten Materialien und dem ungefähren Umfang. Durch einen Klick auf den Modulnamen gelangen Sie auf die Unterseite des jeweiligen Moduls, die viele weitere Informationen zur Durchführung des jeweiligen Moduls enthält.
{| class="wikitable"
|+
Weitere Module: Auswirkungen, Verursacher, Was ist Feinstaub?

ggf. "optional" dazuschreiben
!Name Modulbaustein
!Thema
!Benötigtes Material
!Umfang
|-
|M0: [[Einführung in die Feinstaubproblematik]]
|Einführung des Begriffs "Feinstaub", Zusammensetzung, Verursacher, Gesundheitliche Folgen.
|Arbeitsblätter, ggf. HyperDocs
|3 - 4 Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|[[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung|M2: Datensammlung]]
|Sammeln von Feinstaubdaten in der eigenen Umwelt
|Arduino (z.B. Sensebox)

Feinstaubsensoren

Arduino-Software
|xy Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|M3: Datenanalyse
|
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|M4: Interpretation/ Schlussfolgerungen
|
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|M5: Ausblick
|
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|}

===Weiterführende Links===

Modul 2: [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] (ca. ... Unterrichtsstunden)

Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik

2021-07-24T11:26:18Z

Nfit:

===Beschreibung des Moduls===
Trotz der öffentlichen Wahrnehmung des Themas Feinstaub und den erzielten Fortschritten bezüglich moderneren Filteranlagen, gesetzter Grenzwerte und vielen weiteren Maßnahmen ist die Feinstaubbelastung – vor allem in Ballungsgebieten – immer noch als gesundheitsschädlich einzustufen. Es ist daher umso wichtiger, das Thema im Unterricht näher zu betrachten und einen relevanten und alltagsnahen Zugang zu schaffen, um die SchülerInnen für das Thema zu sensibilisieren.

Im Modul wird zunächst in die Thematik des Feinstaubs eingeführt. Es folgt eine Begriffsdefinition, die Zusammensetzung und Verursacher von Feinstaub sowie gesundheitliche Folgen. Im Folgenden werden verschiedene Unterrichtsstunden für das Thema Feinstaub aufgeführt. Die entsprechenden Arbeitsblätter sind am Ende des Unterkapitels zu finden (in Arbeit Stand Juli 2021). Die einzelnen Stunden können in nahezu beliebiger Reihenfolge bearbeitet bzw. ausgelassen werden. Begonnen wird lediglich mit einer Einführung in den Begriff des Feinstaubs.

Eine kurze Übersicht über die fachlichten Inhalte finden Sie auf der Hauptseite: [[Feinstaubanalyse]]

===Einstieg (generell)===
Die meisten SchülerInnen werden das Thema Feinstaub bereits in verschiedenen Kontexten gehört haben. Sei es durch Dieselfahrverbote, Feuerwerksverbote oder auch durch Feinstaubbelastungen durch Heizungsanlagen. Es bietet sich daher an, zunächst eine Mindmap im Klassenverband zu erstellen, um sich ein Überblick über den Kenntnis- und Interessensstand der Lernenden zu informieren. Als mögliches Beispiel könnte folgende Mindmap entstehen. Unter Umständen können nicht erwähnte Knoten zur Diskussion in den Klassenverband gestellt werden:
[[Datei:Mindmap Einstieg Feinstaub.png|zentriert|mini|647x647px]]

Es ist außerdem ersichtlich, dass die Mindmap auch schnell zu einer Conceptmap erweitert werden kann, um Zusammenhänge und Abhängigkeiten darzustellen.

Weitere Einstiege in die Thematik bilden z.B. die Themen Dieselfahrverbote oder generell Straßenverkehr, Feuerwerke oder im Allgemeinen Verbrennungsreaktionen, bei denen Feinstaub freigesetzt wird.

Folgende Medienberichte dienen als Anhaltspunkte:

- Straßenverkehr: https://www.sueddeutsche.de/auto/feinstaub-verkehr-bremsen-reifen-1.4427241 (06.05.2019)

- Silvesterfeuerwerk: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub/feinstaub-durch-silvesterfeuerwerk (27.11.2020)

- Allgemein/Verbrennungsreaktionen: https://www.ndr.de/ratgeber/gesundheit/Feinstaub-Gefahr-fuer-Lunge-Herz-und-Gefaesse,feinstaub134.html (19.11.2018)

https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-den-menschen/besondere-belastungssituationen/emissionen-aus-kleinfeuerungsanlagen-in#der-geruch-nach-winter-kann-gesundheitsschadlich-sein (16.12.2019)

Die oben aufgeführten Artikel bietet neben der generellen Motivation, dem Problem des Feinstaubs auf den Grund zu gehen, auch bereits erste Informationen rund um die Thematik. So werden Ursachen und Auswirkungen von hohen Feinstaubbelastungen näher erläutert oder bereits Lösungsvorschläge geliefert.Weitere Zugänge sind außerdem: Ein historischer Rückblick in die industrielle Nachkriegszeit oder sog. Holi-Festivals.

====Einstieg (historische Betrachtung):====
in Arbeit (Stand Juli 2021)

====Einstieg (Holi-Festival):====
in Arbeit (Stand Juli 2021)

===Der Begriff Feinstaub===
Für die Begriffsklärung bietet sich am besten eine Internetrecherche an. Hier finden sich aktuelle Informationen des Bundes und von z.B. Umweltorganisationen, die in einer verständlichen Weise aufbereitet sind. Möchte man den SchülerInnen direkt passende Quellen zur Verfügung stellen, so bieten sich die Seiten des Umweltbundesamtes oder des BUND e.V an.

'''Umweltbundesamt:'''

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub

'''BUND e.V.:'''

https://www.bund.net/themen/mobilitaet/schadstoffe/feinstaub/

Hierbei werden auch schon Verursacher oder gesundheitliche Risiken aufgezeigt – Themen, die in den weiteren Stunden vertieft werden. Es kann daher immer wieder auf die oben genannten Quellen zurückgegriffen werden.

====''Passende Arbeitsaufträge''====

*Recherchiere den Begriff "Feinstaub". Formuliere eine Definition des Begriffs in 3 bis 4 Sätzen.
*Im Zusammenhang mit dem Begriff Feinstaub werden oft die Angaben PM10 und PM2.5 genannt. Erkläre diese Angaben.

 

===Hauptkomponenten und Verursacher von Feinstaub===
Um unter anderem Lösungsansätze für die Feinstaubthematik zu entwickeln, müssen zunächst Komponenten und Verursacher für Feinstaub identifiziert werden. Dazu kann folgende Abbildung verwendet werden:
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|zentriert|mini|534x534px]]

====''Passende Arbeitsaufträge Teil 1''====

*Nenne die Hauptkomponenten des Feinstaubs mithilfe der Abbildung.
*Erkläre, welche Verursacher zur Komponente des elementaren Kohelenstoffs beitragen können.

Nach diesen beiden Arbeitsaufträgen kann mit der nächsten Abbildung fortgefahren werden:
[[Datei:Emission Feinstaub nach Quellgruppen.png|zentriert|mini|506x506px|Daten nach Statista 2019]]

Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten.

Der zweite Teil der Stunde beschäftit sich intensiver mit der Feinstaubbelastung durch Verkehr. Als Beispiel für einen Feinstaub-Hauptverursacher kann der Verkehr gewählt werden. Dieser bietet sich an, da die Schülerinnen und Schüler bereits in ihrem Alltag mit der Problematik von Abgasen und auch mit Schutzmaßnahmen wie Fahrverboten, Umweltplaketten und ähnlichem in Kontakt gekommen sind und demnach über Vorwissen (auch aus anderen Fächern wie Erdkunde) verfügen.

Als kiritsche Betrachtung des Themas Verkehr kann ein Zitat von Kurt Sigl verwendet werden:

''„Vor allem in den verkehrsbelasteten Metropolen unseres Landes kann das Elektro[auto] wesentlich zur Feinstaub- und Lärmreduktion sowie zur langfristigen Mobilitätserhaltung beitragen.“'' - Kurt Sigl (Präsident des Bundesverband eMobilität BEM)

====''Passende Arbeitsaufträge Teil 2''====

*Nimm Stellung zu Kurt Sigls Zitat.
*Beurteile die Aussage von Kurt Sigl in Bezug zur gänzlichen Umstellung des Verkerhs auf Elektromobilität. Entfällt damit der verursachte Feinstaub duch den Verkehr?

Da nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten, kann nicht gefolgert werden, dass der Umstieg auf Elektromobilität das Feinstaubproblem im Straßenverkehr lösen. Selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, wäre immer noch eine deutliche Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar. Dennoch können Elektroautos helfen, die Feinstaubbelastung zu verringern.

=== Gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub ===
in Arbeit (Stand Juli 2021)

Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik

2021-07-24T11:24:17Z

Nfit:

===Beschreibung des Moduls===
Trotz der öffentlichen Wahrnehmung des Themas Feinstaub und den erzielten Fortschritten bezüglich moderneren Filteranlagen, gesetzter Grenzwerte und vielen weiteren Maßnahmen ist die Feinstaubbelastung – vor allem in Ballungsgebieten – immer noch als gesundheitsschädlich einzustufen. Es ist daher umso wichtiger, das Thema im Unterricht näher zu betrachten und einen relevanten und alltagsnahen Zugang zu schaffen, um die SchülerInnen für das Thema zu sensibilisieren.

Im Modul wird zunächst in die Thematik des Feinstaubs eingeführt. Es folgt eine Begriffsdefinition, die Zusammensetzung und Verursacher von Feinstaub sowie gesundheitliche Folgen. Im Folgenden werden verschiedene Unterrichtsstunden für das Thema Feinstaub aufgeführt. Die entsprechenden Arbeitsblätter sind am Ende des Unterkapitels zu finden (in Arbeit Stand Juli 2021). Die einzelnen Stunden können in nahezu beliebiger Reihenfolge bearbeitet bzw. ausgelassen werden. Begonnen wird lediglich mit einer Einführung in den Begriff des Feinstaubs.

Eine kurze Übersicht über die fachlichten Inhalte finden Sie auf der Hauptseite: [[Feinstaubanalyse]]

===Einstieg (generell)===
Die meisten SchülerInnen werden das Thema Feinstaub bereits in verschiedenen Kontexten gehört haben. Sei es durch Dieselfahrverbote, Feuerwerksverbote oder auch durch Feinstaubbelastungen durch Heizungsanlagen. Es bietet sich daher an, zunächst eine Mindmap im Klassenverband zu erstellen, um sich ein Überblick über den Kenntnis- und Interessensstand der Lernenden zu informieren. Als mögliches Beispiel könnte folgende Mindmap entstehen. Unter Umständen können nicht erwähnte Knoten zur Diskussion in den Klassenverband gestellt werden:
[[Datei:Mindmap Einstieg Feinstaub.png|zentriert|mini|647x647px]]

Es ist außerdem ersichtlich, dass die Mindmap auch schnell zu einer Conceptmap erweitert werden kann, um Zusammenhänge und Abhängigkeiten darzustellen.

Weitere Einstiege in die Thematik bilden z.B. die Themen Dieselfahrverbote oder generell Straßenverkehr, Feuerwerke oder im Allgemeinen Verbrennungsreaktionen, bei denen Feinstaub freigesetzt wird.

Folgende Medienberichte dienen als Anhaltspunkte:

- Straßenverkehr: https://www.sueddeutsche.de/auto/feinstaub-verkehr-bremsen-reifen-1.4427241 (06.05.2019)

- Silvesterfeuerwerk: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub/feinstaub-durch-silvesterfeuerwerk (27.11.2020)

- Allgemein/Verbrennungsreaktionen: https://www.ndr.de/ratgeber/gesundheit/Feinstaub-Gefahr-fuer-Lunge-Herz-und-Gefaesse,feinstaub134.html (19.11.2018)

https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-den-menschen/besondere-belastungssituationen/emissionen-aus-kleinfeuerungsanlagen-in#der-geruch-nach-winter-kann-gesundheitsschadlich-sein (16.12.2019)

Die oben aufgeführten Artikel bietet neben der generellen Motivation, dem Problem des Feinstaubs auf den Grund zu gehen, auch bereits erste Informationen rund um die Thematik. So werden Ursachen und Auswirkungen von hohen Feinstaubbelastungen näher erläutert oder bereits Lösungsvorschläge geliefert.Weitere Zugänge sind außerdem: Ein historischer Rückblick in die industrielle Nachkriegszeit oder sog. Holi-Festivals.

====Einstieg (historische Betrachtung):====
in Arbeit (Stand Juli 2021)

====Einstieg (Holi-Festival):====
in Arbeit (Stand Juli 2021)

===Der Begriff Feinstaub===
Für die Begriffsklärung bietet sich am besten eine Internetrecherche an. Hier finden sich aktuelle Informationen des Bundes und von z.B. Umweltorganisationen, die in einer verständlichen Weise aufbereitet sind. Möchte man den SchülerInnen direkt passende Quellen zur Verfügung stellen, so bieten sich die Seiten des Umweltbundesamtes oder des BUND e.V an.

'''Umweltbundesamt:'''

https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/feinstaub

'''BUND e.V.:'''

https://www.bund.net/themen/mobilitaet/schadstoffe/feinstaub/

Hierbei werden auch schon Verursacher oder gesundheitliche Risiken aufgezeigt – Themen, die in den weiteren Stunden vertieft werden. Es kann daher immer wieder auf die oben genannten Quellen zurückgegriffen werden.

====''Passende Arbeitsaufträge''====

*Recherchiere den Begriff "Feinstaub". Formuliere eine Definition des Begriffs in 3 bis 4 Sätzen.
*Im Zusammenhang mit dem Begriff Feinstaub werden oft die Angaben PM10 und PM2.5 genannt. Erkläre diese Angaben.

 

=== Hauptkomponenten und Verursacher von Feinstaub ===
Um unter anderem Lösungsansätze für die Feinstaubthematik zu entwickeln, müssen zunächst Komponenten und Verursacher für Feinstaub identifiziert werden. Dazu kann folgende Abbildung verwendet werden:
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|zentriert|mini|534x534px]]

==== ''Passende Arbeitsaufträge Teil 1'' ====

* Nenne die Hauptkomponenten des Feinstaubs mithilfe der Abbildung.
* Erkläre, welche Verursacher zur Komponente des elementaren Kohelenstoffs beitragen können.

Nach diesen beiden Arbeitsaufträgen kann mit der nächsten Abbildung fortgefahren werden:
[[Datei:Emission Feinstaub nach Quellgruppen.png|zentriert|mini|506x506px|Daten nach Statista 2019]]

Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten.

Der zweite Teil der Stunde beschäftit sich intensiver mit der Feinstaubbelastung durch Verkehr. Als Beispiel für einen Feinstaub-Hauptverursacher kann der Verkehr gewählt werden. Dieser bietet sich an, da die Schülerinnen und Schüler bereits in ihrem Alltag mit der Problematik von Abgasen und auch mit Schutzmaßnahmen wie Fahrverboten, Umweltplaketten und ähnlichem in Kontakt gekommen sind und demnach über Vorwissen (auch aus anderen Fächern wie Erdkunde) verfügen.

Als kiritsche Betrachtung des Themas Verkehr kann ein Zitat von Kurt Sigl verwendet werden:

''„Vor allem in den verkehrsbelasteten Metropolen unseres Landes kann das Elektro[auto] wesentlich zur Feinstaub- und Lärmreduktion sowie zur langfristigen Mobilitätserhaltung beitragen.“'' - Kurt Sigl (Präsident des Bundesverband eMobilität BEM)

==== ''Passende Arbeitsaufträge Teil 2'' ====

* Nimm Stellung zu Kurt Sigls Zitat.
* Beurteile die Aussage von Kurt Sigl in Bezug zur gänzlichen Umstellung des Verkerhs auf Elektromobilität. Entfällt damit der verursachte Feinstaub duch den Verkehr?

Da nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten, kann nicht gefolgert werden, dass der Umstieg auf Elektromobilität das Feinstaubproblem im Straßenverkehr lösen. Selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, wäre immer noch eine deutliche Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar. Dennoch können Elektroautos helfen, die Feinstaubbelastung zu verringern.

Datei:Emission Feinstaub nach Quellgruppen.png

2021-07-24T11:16:46Z

Nfit:

Daten nach Statista 2019

Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik

2021-07-24T10:36:34Z

Nfit: /* Passende Arbeitsaufträge: */

Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik

2021-07-24T10:36:06Z

Nfit:

Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik

2021-07-24T10:34:59Z

Nfit:

Datei:Mindmap Einstieg Feinstaub.png

2021-07-24T10:17:00Z

Nfit:

Mindmap zum Einstieg in die Feinstaubthematik

Feinstaubanalyse

2021-07-24T10:11:08Z

Nfit:

{{Infobox|image=Datei:Aufbau 1.png|thema=Data Science, Datenanalyse, Feinstaubbelastung, epistemisches Programmieren|Material=|Material_Name=|Autor=Nils Fitting, Sven Hüsing|subpages=True|Material1=|Material1_Name=|Material2=|Material2_Name=|Umfang=x Unterrichtsstunden á 45 min|title=}}

===Einleitung===
Auf dieser Seite wird das Unterrichtsprojekt "Feinstaubanalyse" dargestellt. Es handelt sich dabei um ein fächerverbindendes Projekt, das aus der Kooperation zwischen der Chemiedidaktik der TU Kaiserslautern (Projekt der Deutschen Telekom Stiftung: [https://www.telekom-stiftung.de/aktivitaeten/die-zukunft-des-mint-lernens Die Zukunft des MINT-Lernens: Denkfabrik für Unterricht mit digitalen Medien]) und dem [https://www.prodabi.de ProDaBi]-Projekt der Universität Paderborn entstanden.
[[Datei:DTS Logo.jpg|links|mini|113x113px]]
Die vorliegende Lernumgebung liefert Arbeitsmaterialien zum Einstieg in die Feinstaubthematik und zur Untersuchung von lokalen Feinstaubbelastungen mithilfe der senseBox:edu. Schülerinnen und Schülern sollen im Sinne der ''socio-scientific issues'' mit aktuellen gesellschaftlichen Problemen und Herausforderungen konfrontiert werden und dabei in realen Kontexten ihre Problemlösefähigkeit und ihr naturwissenschaftliches Verständnis fördern. Dieser Bildungsprozess wird durch die Arbeit an realen Beispielen und mithilfe der senseBox:edu vorangetrieben.

Schülerinnen und Schülern soll es ermöglicht werden, sich selbstständig mit dem Thema Feinstaub auseinanderzusetzen, wobei durch unterschiedliche Kombination der Arbeitsmaterialien sowie der Sozialformen spannende Lernumgebungen für einen fächerübergreifenden Unterricht geschaffen werden sollen. Leitfrage soll dabei sein, was Feinstaub genau ist und welche Auswirkungen er auf uns Menschen besitzt. Dabei können die Materialien beispielsweise innerhalb eines offenen Lernangebots oder eines Lernzirkels angeboten werden. Auch klassischere Unterrichtsformen sind denkbar. Differenzierungsmöglichkeiten bietet das Lernangebot vor allem durch digitale Arbeitsblätter mit Lernhilfen, die für jede Einheit zur Verfügung stehen.

Ingesamt sollen die SuS bei diesem Projekt ihre eigene Umwelt genauer erkunden, indem sie die Feinstaubbelastung in ihrer Umgebung hinsichtlich eigener Forschungsfragen analysieren. Dabei lernen sie auf der einen Seite etwas über Feinstaub und die Feinstaubentwicklung in der eigenen Umwelt. Auf der anderen Seite "öffnen" sie jedoch auch die "Data-Science-Blackbox", indem sie mithilfe eines professionellen Tools eine eigene Datenanalyse mit selbst erhaltenen Feinstaubdaten erstellen.

====Theoretischer Hintergrund====
Im nachfolgenden Abschnitt werden die fachlichen Hintergründe der Lernumgebgung näher erläutert. '''senseBox:edu'''

Die senseBox:edu ist ein Mikrocontroller, der selbstständig programmiert werden kann. Dazu stehen bereits vordefinierte Codeblöcke (Blockly) bereit. Der Mikrokontroller kann allerdings auch direkt programmiert werden. Der gesamte Inhalt (Mikrocontroller, einige Kabel und Sensoren) wird in einer praktischen Kunststoffbox aufbewahrt. Mehr zu lesen unter: <nowiki>https://sensebox.de/de/products-edu.html</nowiki>

<nowiki>*</nowiki>Anmerkung: Die Unterrichtsreihe lässt sich auch ohne die senseBox durchführen. Die Schüler*innen können dann nicht selbst Messwerte erheben, sondern müssen auf bestehende Messwerte zurückgreifen.

'''Feinstaub'''

Feinstaub ist ein Gemisch aus festen und flüssigen Partikeln in der Luft. Er wird abhängig von der Partikelgröße in unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Unterschieden werden Partikel, die kleiner als 10 µm sind (PM 10) und ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2.5 µm (PM 2.5). Diese beiden Gruppen können auch mithilfe des Feinstaubsensors der senseBox:edu gemessen werden.

Übermäßige Feinstaubbelastungen sind ein menschengemachtes Problem: So entsteht Feinstaub vor allem durch Kraftfahrzeuge, Kraftwerke und Heizungen in Wohnhäusern. Er kann aber auch natürlichen Ursprungs sein, beispielsweise als Folge von Bodenerosionen. Vor allem in Städten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Dabei gelangt Feinstaub nicht nur aus Motoren, sondern auch durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie durch die Aufwirbelung des Staubes von der Straßenoberfläche in die Luft. Auch die Landwirtschaft trägt einen großen Anteil zur Feinstaubbelastung bei.

Wie bereits erwähnt, unterscheidet man bei der ersten Charakterisierung von Feinstaub die Partikelgrößen PM 10 – Partikel, deren Durchmesser kleiner als 10 µm ist – und PM 2.5, Partikel, die einen Durchmesser von weniger als 2.5 µm haben.

'''Zusammensetzung'''
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Ausgehend von Messungen des Instituts für Hygiene und Umwelt und des Staatlichen Umweltamts Hamburg können die in dieser Untersuchung gewonnenen Daten als exemplarisch für die möglichen im Feinstaub enthaltenen Komponenten in Deutschland angenommen werden. Natürlich unterscheiden sich die Konzentrationen der einzelnen Bestandteile je nach Region und konkretem Ort.

Die im Folgenden aufgeführten Komponenten kristallisierten sich aus der Untersuchung als Hauptbestandteile des Feinstaubs heraus:

- Elementarer Kohlenstoff (Ruß)

- Organisches Material

- Ammonium-, Sulfat- und Nitrationen

- Chlorid-, Natrium- und Magnesiumionen

- Calcium- und Kaliumionen

'''Verursacher'''

Feinstaub kann einerseits natürlichen Ursprungs sein oder andererseits durch menschliches Handeln erzeugt werden. Stammen die Staubpartikel direkt aus der Quelle - zum Beispiel durch einen Verbrennungsprozess - nennt man sie ''primäre Feinstäube''. Beispiele für ''primäre Partikel'' sind Flugasche, Ruß oder Seesalz. Als ''sekundäre Feinstäube'' bezeichnet man hingegen Partikel, die durch komplexe chemische Reaktionen in der Atmosphäre erst aus gasförmigen Substanzen – wie Schwefel- und Stickstoffoxiden, Ammoniak oder Kohlenwasserstoffen – entstehen. Unter die Bezeichnung ''sekundäre Partikel'' fallen zum Beispiel Ammoniumsulfat und andere organische Substanzen.

Wichtige vom Menschen verursachte, also ''anthropogene'' Feinstaubquellen sind Kraftfahrzeuge, Kraft- und Fernheizwerke, Abfallverbrennungsanlagen, Öfen und Heizungen in Wohnhäusern, Schüttgutumschlag, Tierhaltung sowie weitere Industrieprozesse. In Ballungsgebieten ist vor allem der Straßenverkehr eine bedeutende Feinstaubquelle. Außerdem ist eine weitere wichtige Quelle für Feinstaub die Landwirtschaft.

Als ''natürliche'' Quellen für Feinstaub sind Emissionen aus Vulkanen und Meeren, Bodenerosionen, Wald- und Buschfeuer sowie bestimmte biogene Aerosole wie Viren und Sporen von Bakterien und Pilzen und Pollen zu nennen.
[[Datei:Verursacher von Feinstaub.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten. Das heißt, dass selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, immer noch eine starke Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar wäre.

Auch hervorzuheben ist der Anteil an der Feinstaubbelastung, der durch die Landwirtschaft verursacht wird. In Tierställen entsteht das Gas Ammoniak. Dieses entweicht aufgrund seiner geringen Dichte direkt in die Atmosphäre. Da es sich bei der Zersetzung von Kot und Urin bildet, wird es auch beim Austragen von Gülle zur Düngung von Feldern an die Umwelt abgegeben. Gerade in Massentierhaltungen werden große Mengen an Ammoniak freigesetzt.

Ammoniak ist ein sogenanntes Vorläufergas, das sekundäre anorganische Aerosole bildet: In der Atmosphäre reagiert Ammoniak mit anorganischen Stoffen wie Schwefel- oder Salpetersäure unter der Bildung von Salzen. Gerade in Westeuropa bilden Ammoniumnitrate aus der Reaktion von Ammoniak und Salpetersäure eine stark vertretene Feinstaubkomponente.

'''Gesundheitliche Auswirkungen'''

Laut Studien des Umweltbundesamts hängen die gesundheitlichen Auswirkungen von Feinstaub stark von der Partikelgröße ab. So werden Feinstaubpartikel der Größe PM 10 durch die Nasenhöhle aufgenommen und dringen bereits in tiefere Bereiche der Bronchien ein. Kleinere Partikel der Größe PM 2.5 können bis zu den tertiären Bronchien und Partikel der Größe von maximal einem Mikrometer können sogar bis zu den Lungenbläschen vordringen. Noch kleinere Partikel, mit einem Durchmesser von unter 0.1 µm, gelangen auch in den Blutkreislauf. Je kleiner die Partikelgröße, desto schädlicher ist die Belastung für den Menschen.

Die gesundheitlichen Folgen von Feinstaub für den Menschen erstrecken sich von Symptomen wie Schleimhautreizungen und lokalen Entzündungen im Rachen, der Luftröhre und den Bronchien bis hin zu schwerwiegenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Lungenkrebs. Infolgedessen kommt es in Gebieten mit extrem hoher Feinstaubbelastung zu einer deutlich geringeren Lebenserwartung.

====Lernziele: Die SuS...====

=====...sammeln Erkenntnisse im Bereich "Feinstaub":=====

*definieren den Begriff Feinstaub.
*nennen Verursacher von Feinstaub.
*beschreiben gesundheitliche Folgen einer hohen Feinstaubbelastung.
*führen eigene Messungen zur Bestimmung der Feinstaubbelastung durch.
*bewerten Ergebnisse lokaler Feinstaubmessungen in Hinblick auf den jeweiligen Standort.

=====...erhalten einen Einblick in "Data Science" und "Data Analysis":=====

*lernen ein erstes (exemplarisches) Data Science kennen, wobei die Schnittstellen ''Messinstrument'', ''Daten'' und ''Daten im Kontext'' im Fokus stehen.
*lernen erste Data-Moves kennen.
*erlangen Grundkenntnisse im Umgang mit JupyterNotebook und Python.
*lernen Auswertungsmöglichkeiten und Darstellungsweisen großer Datenmengen kennen.
*lernen mit Computational Essays eine Art der nachvollziehbaren Darstellung komplexerer Datenanalysen kennen.
*können Erfahrungen in der datengetriebenen Analyse unserer Umwelt sammeln.
*reflektieren, wie Datenanalysen den (datengetriebenen) Blick auf die Welt und das eigene Verhalten beeinflussen können.
*lernen, gesammelte Daten und durchgeführte Datenanalysen im Kontext der Realwelt und deren Einflussfaktoren zu reflektieren.
*erfahren, dass Datenanalysen interessengeleitet sind und nicht eine reale Abbildung der Welt darstellen.

Falls die Sensebox von den SuS selbst programmiert wird:

*lernen Software und Hardware rund um Arduino als Beispiel für einen Platinencomputer kennen.
*machen erste Erfahrungen in der Programmierung von Arduinos.

====Tipps zur Durchführung:====
Das Projekt besteht aus mehreren Modulen, die sich auf die verschiedenen Aktivitäten rund um das Erstellen einer Feinstaubanalyse beziehen. Die Empfehlung ist, alle diese Modulbausteine durchzuführen, wobei ggf. die Reihenfolge getauschte werden kann. Für den Fall, dassdie Zeit zu knapp wird, können an einigen Stellen auch die Alternativen, die auf den jeweiligen Seiten zu sehen sind, durchgeführt werden. Beispielsweise können statt eigens erhobenen Daten auch bereits vorhandene Datensätze zur Analyse herangezogen werden. Dadurch würde man einige Unterrichtsstunden bei dem Modul [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] einsparen - allerdings mit dem Nachteil, dass die SuS die Analysen nicht mit eigenen Datensätzen durchführen können.

Insgesamt sind für die Durchführung aller Module in etwa xy Unterrichtseinheiten á 45 min angedacht. Dabei ist zu beachten, dass die Durchführung des Online-Python-Kurses mit yx Unterrichtseinheiten einen großen Anteil daran hat. Sofern die SuS bereits erste Programmiererfahrungen mit Python gemacht haben, reicht eventuell auch eine kurze "Auffrischung" aus. Auch könnte es sinnvoll sein, die Python-Grundlagen bereits im Vorfeld zu behandeln, um die SuS so bereits im Vorfeld auf die Datenanalyse vorzubereiten. Im Allgemeinen sollten die SuS jedoch nicht gänzlich ohne Python-Vorerfahrung an die Datenauswertung gehen.

===Überblick über die Projektmodulbausteine===
Im folgenden werden die einzelnen Projektmodule in einer Tabelle dargestellt. Dabei erhalten Sie auch Informationen zum jeweiligen Thema, den benötigten Materialien und dem ungefähren Umfang. Durch einen Klick auf den Modulnamen gelangen Sie auf die Unterseite des jeweiligen Moduls, die viele weitere Informationen zur Durchführung des jeweiligen Moduls enthält.
{| class="wikitable"
|+
Weitere Module: Auswirkungen, Verursacher, Was ist Feinstaub?

ggf. "optional" dazuschreiben
!Name Modulbaustein
!Thema
!Benötigtes Material
!Umfang
|-
|M0: [[Einführung in die Feinstaubproblematik]]
|Einführung des Begriffs "Feinstaub", Zusammensetzung, Verursacher, Gesundheitliche Folgen.
|Arbeitsblätter, ggf. HyperDocs
|3 - 4 Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|[[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung|M2: Datensammlung]]
|Sammeln von Feinstaubdaten in der eigenen Umwelt
|Arduino (z.B. Sensebox)

Feinstaubsensoren

Arduino-Software
|xy Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|M3: Datenanalyse
|
|
|
|-
|M4: Interpretation/ Schlussfolgerungen
|
|
|
|-
|M5: Ausblick
|
|
|
|-
|
|
|
|
|}

===Weiterführende Links===

Modul 2: [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] (ca. ... Unterrichtsstunden)

Datei:DTS Logo.jpg

2021-07-24T10:08:47Z

Nfit:

Logo der Deutschen Telekom Stiftung

Feinstaubanalyse

2021-07-24T10:07:47Z

Nfit:

{{Infobox|image=Datei:Aufbau 1.png|thema=Data Science, Datenanalyse, Feinstaubbelastung, epistemisches Programmieren|Material=|Material_Name=|Autor=Nils Fitting, Sven Hüsing|subpages=True|Material1=|Material1_Name=|Material2=|Material2_Name=|Umfang=x Unterrichtsstunden á 45 min|title=}}

===Einleitung===
Auf dieser Seite wird das Unterrichtsprojekt "Feinstaubanalyse" dargestellt. Es handelt sich dabei um ein fächerverbindendes Projekt, das aus der Kooperation zwischen der Chemiedidaktik der TU Kaiserslautern (Projekt der Deutschen Telekom Stiftung: [https://www.telekom-stiftung.de/aktivitaeten/die-zukunft-des-mint-lernens Die Zukunft des MINT-Lernens: Denkfabrik für Unterricht mit digitalen Medien]) und dem [https://www.prodabi.de ProDaBi]-Projekt der Universität Paderborn entstanden.

Die vorliegende Lernumgebung liefert Arbeitsmaterialien zum Einstieg in die Feinstaubthematik und zur Untersuchung von lokalen Feinstaubbelastungen mithilfe der senseBox:edu. Schülerinnen und Schülern sollen im Sinne der ''socio-scientific issues'' mit aktuellen gesellschaftlichen Problemen und Herausforderungen konfrontiert werden und dabei in realen Kontexten ihre Problemlösefähigkeit und ihr naturwissenschaftliches Verständnis fördern. Dieser Bildungsprozess wird durch die Arbeit an realen Beispielen und mithilfe der senseBox:edu vorangetrieben.

Schülerinnen und Schülern soll es ermöglicht werden, sich selbstständig mit dem Thema Feinstaub auseinanderzusetzen, wobei durch unterschiedliche Kombination der Arbeitsmaterialien sowie der Sozialformen spannende Lernumgebungen für einen fächerübergreifenden Unterricht geschaffen werden sollen. Leitfrage soll dabei sein, was Feinstaub genau ist und welche Auswirkungen er auf uns Menschen besitzt. Dabei können die Materialien beispielsweise innerhalb eines offenen Lernangebots oder eines Lernzirkels angeboten werden. Auch klassischere Unterrichtsformen sind denkbar. Differenzierungsmöglichkeiten bietet das Lernangebot vor allem durch digitale Arbeitsblätter mit Lernhilfen, die für jede Einheit zur Verfügung stehen.

Ingesamt sollen die SuS bei diesem Projekt ihre eigene Umwelt genauer erkunden, indem sie die Feinstaubbelastung in ihrer Umgebung hinsichtlich eigener Forschungsfragen analysieren. Dabei lernen sie auf der einen Seite etwas über Feinstaub und die Feinstaubentwicklung in der eigenen Umwelt. Auf der anderen Seite "öffnen" sie jedoch auch die "Data-Science-Blackbox", indem sie mithilfe eines professionellen Tools eine eigene Datenanalyse mit selbst erhaltenen Feinstaubdaten erstellen.

====Theoretischer Hintergrund====
Im nachfolgenden Abschnitt werden die fachlichen Hintergründe der Lernumgebgung näher erläutert. '''senseBox:edu'''

Die senseBox:edu ist ein Mikrocontroller, der selbstständig programmiert werden kann. Dazu stehen bereits vordefinierte Codeblöcke (Blockly) bereit. Der Mikrokontroller kann allerdings auch direkt programmiert werden. Der gesamte Inhalt (Mikrocontroller, einige Kabel und Sensoren) wird in einer praktischen Kunststoffbox aufbewahrt. Mehr zu lesen unter: <nowiki>https://sensebox.de/de/products-edu.html</nowiki>

<nowiki>*</nowiki>Anmerkung: Die Unterrichtsreihe lässt sich auch ohne die senseBox durchführen. Die Schüler*innen können dann nicht selbst Messwerte erheben, sondern müssen auf bestehende Messwerte zurückgreifen.

'''Feinstaub'''

Feinstaub ist ein Gemisch aus festen und flüssigen Partikeln in der Luft. Er wird abhängig von der Partikelgröße in unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Unterschieden werden Partikel, die kleiner als 10 µm sind (PM 10) und ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2.5 µm (PM 2.5). Diese beiden Gruppen können auch mithilfe des Feinstaubsensors der senseBox:edu gemessen werden.

Übermäßige Feinstaubbelastungen sind ein menschengemachtes Problem: So entsteht Feinstaub vor allem durch Kraftfahrzeuge, Kraftwerke und Heizungen in Wohnhäusern. Er kann aber auch natürlichen Ursprungs sein, beispielsweise als Folge von Bodenerosionen. Vor allem in Städten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Dabei gelangt Feinstaub nicht nur aus Motoren, sondern auch durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie durch die Aufwirbelung des Staubes von der Straßenoberfläche in die Luft. Auch die Landwirtschaft trägt einen großen Anteil zur Feinstaubbelastung bei.

Wie bereits erwähnt, unterscheidet man bei der ersten Charakterisierung von Feinstaub die Partikelgrößen PM 10 – Partikel, deren Durchmesser kleiner als 10 µm ist – und PM 2.5, Partikel, die einen Durchmesser von weniger als 2.5 µm haben.

'''Zusammensetzung'''
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Ausgehend von Messungen des Instituts für Hygiene und Umwelt und des Staatlichen Umweltamts Hamburg können die in dieser Untersuchung gewonnenen Daten als exemplarisch für die möglichen im Feinstaub enthaltenen Komponenten in Deutschland angenommen werden. Natürlich unterscheiden sich die Konzentrationen der einzelnen Bestandteile je nach Region und konkretem Ort.

Die im Folgenden aufgeführten Komponenten kristallisierten sich aus der Untersuchung als Hauptbestandteile des Feinstaubs heraus:

- Elementarer Kohlenstoff (Ruß)

- Organisches Material

- Ammonium-, Sulfat- und Nitrationen

- Chlorid-, Natrium- und Magnesiumionen

- Calcium- und Kaliumionen

'''Verursacher'''

Feinstaub kann einerseits natürlichen Ursprungs sein oder andererseits durch menschliches Handeln erzeugt werden. Stammen die Staubpartikel direkt aus der Quelle - zum Beispiel durch einen Verbrennungsprozess - nennt man sie ''primäre Feinstäube''. Beispiele für ''primäre Partikel'' sind Flugasche, Ruß oder Seesalz. Als ''sekundäre Feinstäube'' bezeichnet man hingegen Partikel, die durch komplexe chemische Reaktionen in der Atmosphäre erst aus gasförmigen Substanzen – wie Schwefel- und Stickstoffoxiden, Ammoniak oder Kohlenwasserstoffen – entstehen. Unter die Bezeichnung ''sekundäre Partikel'' fallen zum Beispiel Ammoniumsulfat und andere organische Substanzen.

Wichtige vom Menschen verursachte, also ''anthropogene'' Feinstaubquellen sind Kraftfahrzeuge, Kraft- und Fernheizwerke, Abfallverbrennungsanlagen, Öfen und Heizungen in Wohnhäusern, Schüttgutumschlag, Tierhaltung sowie weitere Industrieprozesse. In Ballungsgebieten ist vor allem der Straßenverkehr eine bedeutende Feinstaubquelle. Außerdem ist eine weitere wichtige Quelle für Feinstaub die Landwirtschaft.

Als ''natürliche'' Quellen für Feinstaub sind Emissionen aus Vulkanen und Meeren, Bodenerosionen, Wald- und Buschfeuer sowie bestimmte biogene Aerosole wie Viren und Sporen von Bakterien und Pilzen und Pollen zu nennen.
[[Datei:Verursacher von Feinstaub.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten. Das heißt, dass selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, immer noch eine starke Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar wäre.

Auch hervorzuheben ist der Anteil an der Feinstaubbelastung, der durch die Landwirtschaft verursacht wird. In Tierställen entsteht das Gas Ammoniak. Dieses entweicht aufgrund seiner geringen Dichte direkt in die Atmosphäre. Da es sich bei der Zersetzung von Kot und Urin bildet, wird es auch beim Austragen von Gülle zur Düngung von Feldern an die Umwelt abgegeben. Gerade in Massentierhaltungen werden große Mengen an Ammoniak freigesetzt.

Ammoniak ist ein sogenanntes Vorläufergas, das sekundäre anorganische Aerosole bildet: In der Atmosphäre reagiert Ammoniak mit anorganischen Stoffen wie Schwefel- oder Salpetersäure unter der Bildung von Salzen. Gerade in Westeuropa bilden Ammoniumnitrate aus der Reaktion von Ammoniak und Salpetersäure eine stark vertretene Feinstaubkomponente.

'''Gesundheitliche Auswirkungen'''

Laut Studien des Umweltbundesamts hängen die gesundheitlichen Auswirkungen von Feinstaub stark von der Partikelgröße ab. So werden Feinstaubpartikel der Größe PM 10 durch die Nasenhöhle aufgenommen und dringen bereits in tiefere Bereiche der Bronchien ein. Kleinere Partikel der Größe PM 2.5 können bis zu den tertiären Bronchien und Partikel der Größe von maximal einem Mikrometer können sogar bis zu den Lungenbläschen vordringen. Noch kleinere Partikel, mit einem Durchmesser von unter 0.1 µm, gelangen auch in den Blutkreislauf. Je kleiner die Partikelgröße, desto schädlicher ist die Belastung für den Menschen.

Die gesundheitlichen Folgen von Feinstaub für den Menschen erstrecken sich von Symptomen wie Schleimhautreizungen und lokalen Entzündungen im Rachen, der Luftröhre und den Bronchien bis hin zu schwerwiegenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Lungenkrebs. Infolgedessen kommt es in Gebieten mit extrem hoher Feinstaubbelastung zu einer deutlich geringeren Lebenserwartung.

====Lernziele: Die SuS...====

=====...sammeln Erkenntnisse im Bereich "Feinstaub":=====

*definieren den Begriff Feinstaub.
*nennen Verursacher von Feinstaub.
*beschreiben gesundheitliche Folgen einer hohen Feinstaubbelastung.
*führen eigene Messungen zur Bestimmung der Feinstaubbelastung durch.
*bewerten Ergebnisse lokaler Feinstaubmessungen in Hinblick auf den jeweiligen Standort.

=====...erhalten einen Einblick in "Data Science" und "Data Analysis":=====

*lernen ein erstes (exemplarisches) Data Science kennen, wobei die Schnittstellen ''Messinstrument'', ''Daten'' und ''Daten im Kontext'' im Fokus stehen.
*lernen erste Data-Moves kennen.
*erlangen Grundkenntnisse im Umgang mit JupyterNotebook und Python.
*lernen Auswertungsmöglichkeiten und Darstellungsweisen großer Datenmengen kennen.
*lernen mit Computational Essays eine Art der nachvollziehbaren Darstellung komplexerer Datenanalysen kennen.
*können Erfahrungen in der datengetriebenen Analyse unserer Umwelt sammeln.
*reflektieren, wie Datenanalysen den (datengetriebenen) Blick auf die Welt und das eigene Verhalten beeinflussen können.
*lernen, gesammelte Daten und durchgeführte Datenanalysen im Kontext der Realwelt und deren Einflussfaktoren zu reflektieren.
*erfahren, dass Datenanalysen interessengeleitet sind und nicht eine reale Abbildung der Welt darstellen.

Falls die Sensebox von den SuS selbst programmiert wird:

*lernen Software und Hardware rund um Arduino als Beispiel für einen Platinencomputer kennen.
*machen erste Erfahrungen in der Programmierung von Arduinos.

====Tipps zur Durchführung:====
Das Projekt besteht aus mehreren Modulen, die sich auf die verschiedenen Aktivitäten rund um das Erstellen einer Feinstaubanalyse beziehen. Die Empfehlung ist, alle diese Modulbausteine durchzuführen, wobei ggf. die Reihenfolge getauschte werden kann. Für den Fall, dassdie Zeit zu knapp wird, können an einigen Stellen auch die Alternativen, die auf den jeweiligen Seiten zu sehen sind, durchgeführt werden. Beispielsweise können statt eigens erhobenen Daten auch bereits vorhandene Datensätze zur Analyse herangezogen werden. Dadurch würde man einige Unterrichtsstunden bei dem Modul [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] einsparen - allerdings mit dem Nachteil, dass die SuS die Analysen nicht mit eigenen Datensätzen durchführen können.

Insgesamt sind für die Durchführung aller Module in etwa xy Unterrichtseinheiten á 45 min angedacht. Dabei ist zu beachten, dass die Durchführung des Online-Python-Kurses mit yx Unterrichtseinheiten einen großen Anteil daran hat. Sofern die SuS bereits erste Programmiererfahrungen mit Python gemacht haben, reicht eventuell auch eine kurze "Auffrischung" aus. Auch könnte es sinnvoll sein, die Python-Grundlagen bereits im Vorfeld zu behandeln, um die SuS so bereits im Vorfeld auf die Datenanalyse vorzubereiten. Im Allgemeinen sollten die SuS jedoch nicht gänzlich ohne Python-Vorerfahrung an die Datenauswertung gehen.

===Überblick über die Projektmodulbausteine===
Im folgenden werden die einzelnen Projektmodule in einer Tabelle dargestellt. Dabei erhalten Sie auch Informationen zum jeweiligen Thema, den benötigten Materialien und dem ungefähren Umfang. Durch einen Klick auf den Modulnamen gelangen Sie auf die Unterseite des jeweiligen Moduls, die viele weitere Informationen zur Durchführung des jeweiligen Moduls enthält.
{| class="wikitable"
|+
Weitere Module: Auswirkungen, Verursacher, Was ist Feinstaub?

ggf. "optional" dazuschreiben
!Name Modulbaustein
!Thema
!Benötigtes Material
!Umfang
|-
|M0: [[Einführung in die Feinstaubproblematik]]
|Einführung des Begriffs "Feinstaub", Zusammensetzung, Verursacher, Gesundheitliche Folgen.
|Arbeitsblätter, ggf. HyperDocs
|3 - 4 Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|[[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung|M2: Datensammlung]]
|Sammeln von Feinstaubdaten in der eigenen Umwelt
|Arduino (z.B. Sensebox)

Feinstaubsensoren

Arduino-Software
|xy Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|M3: Datenanalyse
|
|
|
|-
|M4: Interpretation/ Schlussfolgerungen
|
|
|
|-
|M5: Ausblick
|
|
|
|-
|
|
|
|
|}

===Weiterführende Links===

Modul 2: [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] (ca. ... Unterrichtsstunden)

Feinstaubanalyse/Modul Einführung in die Feinstaubproblematik

2021-07-24T10:06:36Z

Nfit: Die Seite wurde neu angelegt: „TEST“

TEST

Feinstaubanalyse

2021-07-24T10:05:47Z

Nfit:

{{Infobox|image=Datei:Aufbau 1.png|thema=Data Science, Datenanalyse, Feinstaubbelastung, epistemisches Programmieren|Material=|Material_Name=|Autor=Nils Fitting, Sven Hüsing|subpages=True|Material1=|Material1_Name=|Material2=|Material2_Name=|Umfang=x Unterrichtsstunden á 45 min|title=}}

===Einleitung===
Auf dieser Seite wird das Unterrichtsprojekt "Feinstaubanalyse" dargestellt. Es handelt sich dabei um ein fächerverbindendes Projekt, das aus der Kooperation zwischen der Chemiedidaktik der TU Kaiserslautern (Projekt der Deutschen Telekom Stiftung: [https://www.telekom-stiftung.de/aktivitaeten/die-zukunft-des-mint-lernens Die Zukunft des MINT-Lernens: Denkfabrik für Unterricht mit digitalen Medien]) und dem [https://www.prodabi.de ProDaBi]-Projekt der Universität Paderborn entstanden.

Die vorliegende Lernumgebung liefert Arbeitsmaterialien zum Einstieg in die Feinstaubthematik und zur Untersuchung von lokalen Feinstaubbelastungen mithilfe der senseBox:edu. Schülerinnen und Schülern sollen im Sinne der ''socio-scientific issues'' mit aktuellen gesellschaftlichen Problemen und Herausforderungen konfrontiert werden und dabei in realen Kontexten ihre Problemlösefähigkeit und ihr naturwissenschaftliches Verständnis fördern. Dieser Bildungsprozess wird durch die Arbeit an realen Beispielen und mithilfe der senseBox:edu vorangetrieben.

Schülerinnen und Schülern soll es ermöglicht werden, sich selbstständig mit dem Thema Feinstaub auseinanderzusetzen, wobei durch unterschiedliche Kombination der Arbeitsmaterialien sowie der Sozialformen spannende Lernumgebungen für einen fächerübergreifenden Unterricht geschaffen werden sollen. Leitfrage soll dabei sein, was Feinstaub genau ist und welche Auswirkungen er auf uns Menschen besitzt. Dabei können die Materialien beispielsweise innerhalb eines offenen Lernangebots oder eines Lernzirkels angeboten werden. Auch klassischere Unterrichtsformen sind denkbar. Differenzierungsmöglichkeiten bietet das Lernangebot vor allem durch digitale Arbeitsblätter mit Lernhilfen, die für jede Einheit zur Verfügung stehen.

Ingesamt sollen die SuS bei diesem Projekt ihre eigene Umwelt genauer erkunden, indem sie die Feinstaubbelastung in ihrer Umgebung hinsichtlich eigener Forschungsfragen analysieren. Dabei lernen sie auf der einen Seite etwas über Feinstaub und die Feinstaubentwicklung in der eigenen Umwelt. Auf der anderen Seite "öffnen" sie jedoch auch die "Data-Science-Blackbox", indem sie mithilfe eines professionellen Tools eine eigene Datenanalyse mit selbst erhaltenen Feinstaubdaten erstellen.

====Theoretischer Hintergrund====
Im nachfolgenden Abschnitt werden die fachlichen Hintergründe der Lernumgebgung näher erläutert. '''senseBox:edu'''

Die senseBox:edu ist ein Mikrocontroller, der selbstständig programmiert werden kann. Dazu stehen bereits vordefinierte Codeblöcke (Blockly) bereit. Der Mikrokontroller kann allerdings auch direkt programmiert werden. Der gesamte Inhalt (Mikrocontroller, einige Kabel und Sensoren) wird in einer praktischen Kunststoffbox aufbewahrt. Mehr zu lesen unter: <nowiki>https://sensebox.de/de/products-edu.html</nowiki>

<nowiki>*</nowiki>Anmerkung: Die Unterrichtsreihe lässt sich auch ohne die senseBox durchführen. Die Schüler*innen können dann nicht selbst Messwerte erheben, sondern müssen auf bestehende Messwerte zurückgreifen.

'''Feinstaub'''

Feinstaub ist ein Gemisch aus festen und flüssigen Partikeln in der Luft. Er wird abhängig von der Partikelgröße in unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Unterschieden werden Partikel, die kleiner als 10 µm sind (PM 10) und ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2.5 µm (PM 2.5). Diese beiden Gruppen können auch mithilfe des Feinstaubsensors der senseBox:edu gemessen werden.

Übermäßige Feinstaubbelastungen sind ein menschengemachtes Problem: So entsteht Feinstaub vor allem durch Kraftfahrzeuge, Kraftwerke und Heizungen in Wohnhäusern. Er kann aber auch natürlichen Ursprungs sein, beispielsweise als Folge von Bodenerosionen. Vor allem in Städten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Dabei gelangt Feinstaub nicht nur aus Motoren, sondern auch durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie durch die Aufwirbelung des Staubes von der Straßenoberfläche in die Luft. Auch die Landwirtschaft trägt einen großen Anteil zur Feinstaubbelastung bei.

Wie bereits erwähnt, unterscheidet man bei der ersten Charakterisierung von Feinstaub die Partikelgrößen PM 10 – Partikel, deren Durchmesser kleiner als 10 µm ist – und PM 2.5, Partikel, die einen Durchmesser von weniger als 2.5 µm haben.

'''Zusammensetzung'''
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Ausgehend von Messungen des Instituts für Hygiene und Umwelt und des Staatlichen Umweltamts Hamburg können die in dieser Untersuchung gewonnenen Daten als exemplarisch für die möglichen im Feinstaub enthaltenen Komponenten in Deutschland angenommen werden. Natürlich unterscheiden sich die Konzentrationen der einzelnen Bestandteile je nach Region und konkretem Ort.

Die im Folgenden aufgeführten Komponenten kristallisierten sich aus der Untersuchung als Hauptbestandteile des Feinstaubs heraus:

- Elementarer Kohlenstoff (Ruß)

- Organisches Material

- Ammonium-, Sulfat- und Nitrationen

- Chlorid-, Natrium- und Magnesiumionen

- Calcium- und Kaliumionen

'''Verursacher'''

Feinstaub kann einerseits natürlichen Ursprungs sein oder andererseits durch menschliches Handeln erzeugt werden. Stammen die Staubpartikel direkt aus der Quelle - zum Beispiel durch einen Verbrennungsprozess - nennt man sie ''primäre Feinstäube''. Beispiele für ''primäre Partikel'' sind Flugasche, Ruß oder Seesalz. Als ''sekundäre Feinstäube'' bezeichnet man hingegen Partikel, die durch komplexe chemische Reaktionen in der Atmosphäre erst aus gasförmigen Substanzen – wie Schwefel- und Stickstoffoxiden, Ammoniak oder Kohlenwasserstoffen – entstehen. Unter die Bezeichnung ''sekundäre Partikel'' fallen zum Beispiel Ammoniumsulfat und andere organische Substanzen.

Wichtige vom Menschen verursachte, also ''anthropogene'' Feinstaubquellen sind Kraftfahrzeuge, Kraft- und Fernheizwerke, Abfallverbrennungsanlagen, Öfen und Heizungen in Wohnhäusern, Schüttgutumschlag, Tierhaltung sowie weitere Industrieprozesse. In Ballungsgebieten ist vor allem der Straßenverkehr eine bedeutende Feinstaubquelle. Außerdem ist eine weitere wichtige Quelle für Feinstaub die Landwirtschaft.

Als ''natürliche'' Quellen für Feinstaub sind Emissionen aus Vulkanen und Meeren, Bodenerosionen, Wald- und Buschfeuer sowie bestimmte biogene Aerosole wie Viren und Sporen von Bakterien und Pilzen und Pollen zu nennen.
[[Datei:Verursacher von Feinstaub.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten. Das heißt, dass selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, immer noch eine starke Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar wäre.

Auch hervorzuheben ist der Anteil an der Feinstaubbelastung, der durch die Landwirtschaft verursacht wird. In Tierställen entsteht das Gas Ammoniak. Dieses entweicht aufgrund seiner geringen Dichte direkt in die Atmosphäre. Da es sich bei der Zersetzung von Kot und Urin bildet, wird es auch beim Austragen von Gülle zur Düngung von Feldern an die Umwelt abgegeben. Gerade in Massentierhaltungen werden große Mengen an Ammoniak freigesetzt.

Ammoniak ist ein sogenanntes Vorläufergas, das sekundäre anorganische Aerosole bildet: In der Atmosphäre reagiert Ammoniak mit anorganischen Stoffen wie Schwefel- oder Salpetersäure unter der Bildung von Salzen. Gerade in Westeuropa bilden Ammoniumnitrate aus der Reaktion von Ammoniak und Salpetersäure eine stark vertretene Feinstaubkomponente.

'''Gesundheitliche Auswirkungen'''

Laut Studien des Umweltbundesamts hängen die gesundheitlichen Auswirkungen von Feinstaub stark von der Partikelgröße ab. So werden Feinstaubpartikel der Größe PM 10 durch die Nasenhöhle aufgenommen und dringen bereits in tiefere Bereiche der Bronchien ein. Kleinere Partikel der Größe PM 2.5 können bis zu den tertiären Bronchien und Partikel der Größe von maximal einem Mikrometer können sogar bis zu den Lungenbläschen vordringen. Noch kleinere Partikel, mit einem Durchmesser von unter 0.1 µm, gelangen auch in den Blutkreislauf. Je kleiner die Partikelgröße, desto schädlicher ist die Belastung für den Menschen.

Die gesundheitlichen Folgen von Feinstaub für den Menschen erstrecken sich von Symptomen wie Schleimhautreizungen und lokalen Entzündungen im Rachen, der Luftröhre und den Bronchien bis hin zu schwerwiegenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Lungenkrebs. Infolgedessen kommt es in Gebieten mit extrem hoher Feinstaubbelastung zu einer deutlich geringeren Lebenserwartung.

====Lernziele: Die SuS...====

=====...sammeln Erkenntnisse im Bereich "Feinstaub":=====

*definieren den Begriff Feinstaub.
*nennen Verursacher von Feinstaub.
*beschreiben gesundheitliche Folgen einer hohen Feinstaubbelastung.
*führen eigene Messungen zur Bestimmung der Feinstaubbelastung durch.
*bewerten Ergebnisse lokaler Feinstaubmessungen in Hinblick auf den jeweiligen Standort.

=====...erhalten einen Einblick in "Data Science" und "Data Analysis":=====

*lernen ein erstes (exemplarisches) Data Science kennen, wobei die Schnittstellen ''Messinstrument'', ''Daten'' und ''Daten im Kontext'' im Fokus stehen.
*lernen erste Data-Moves kennen.
*erlangen Grundkenntnisse im Umgang mit JupyterNotebook und Python.
*lernen Auswertungsmöglichkeiten und Darstellungsweisen großer Datenmengen kennen.
*lernen mit Computational Essays eine Art der nachvollziehbaren Darstellung komplexerer Datenanalysen kennen.
*können Erfahrungen in der datengetriebenen Analyse unserer Umwelt sammeln.
*reflektieren, wie Datenanalysen den (datengetriebenen) Blick auf die Welt und das eigene Verhalten beeinflussen können.
*lernen, gesammelte Daten und durchgeführte Datenanalysen im Kontext der Realwelt und deren Einflussfaktoren zu reflektieren.
*erfahren, dass Datenanalysen interessengeleitet sind und nicht eine reale Abbildung der Welt darstellen.

Falls die Sensebox von den SuS selbst programmiert wird:

*lernen Software und Hardware rund um Arduino als Beispiel für einen Platinencomputer kennen.
*machen erste Erfahrungen in der Programmierung von Arduinos.

====Tipps zur Durchführung:====
Das Projekt besteht aus mehreren Modulen, die sich auf die verschiedenen Aktivitäten rund um das Erstellen einer Feinstaubanalyse beziehen. Die Empfehlung ist, alle diese Modulbausteine durchzuführen, wobei ggf. die Reihenfolge getauschte werden kann. Für den Fall, dassdie Zeit zu knapp wird, können an einigen Stellen auch die Alternativen, die auf den jeweiligen Seiten zu sehen sind, durchgeführt werden. Beispielsweise können statt eigens erhobenen Daten auch bereits vorhandene Datensätze zur Analyse herangezogen werden. Dadurch würde man einige Unterrichtsstunden bei dem Modul [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] einsparen - allerdings mit dem Nachteil, dass die SuS die Analysen nicht mit eigenen Datensätzen durchführen können.

Insgesamt sind für die Durchführung aller Module in etwa xy Unterrichtseinheiten á 45 min angedacht. Dabei ist zu beachten, dass die Durchführung des Online-Python-Kurses mit yx Unterrichtseinheiten einen großen Anteil daran hat. Sofern die SuS bereits erste Programmiererfahrungen mit Python gemacht haben, reicht eventuell auch eine kurze "Auffrischung" aus. Auch könnte es sinnvoll sein, die Python-Grundlagen bereits im Vorfeld zu behandeln, um die SuS so bereits im Vorfeld auf die Datenanalyse vorzubereiten. Im Allgemeinen sollten die SuS jedoch nicht gänzlich ohne Python-Vorerfahrung an die Datenauswertung gehen.

===Überblick über die Projektmodulbausteine===
Im folgenden werden die einzelnen Projektmodule in einer Tabelle dargestellt. Dabei erhalten Sie auch Informationen zum jeweiligen Thema, den benötigten Materialien und dem ungefähren Umfang. Durch einen Klick auf den Modulnamen gelangen Sie auf die Unterseite des jeweiligen Moduls, die viele weitere Informationen zur Durchführung des jeweiligen Moduls enthält.
{| class="wikitable"
|+
Weitere Module: Auswirkungen, Verursacher, Was ist Feinstaub?

ggf. "optional" dazuschreiben
!Name Modulbaustein
!Thema
!Benötigtes Material
!Umfang
|-
|M0: Einstieg in die Feinstaubthematik
|Einführung des Begriffs "Feinstaub", Zusammensetzung, Verursacher, Gesundheitliche Folgen.
|Arbeitsblätter, ggf. HyperDocs
|3 - 4 Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|[[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung|M2: Datensammlung]]
|Sammeln von Feinstaubdaten in der eigenen Umwelt
|Arduino (z.B. Sensebox)

Feinstaubsensoren

Arduino-Software
|xy Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|M3: Datenanalyse
|
|
|
|-
|M4: Interpretation/ Schlussfolgerungen
|
|
|
|-
|M5: Ausblick
|
|
|
|-
|
|
|
|
|}

===Weiterführende Links===

Modul 2: [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] (ca. ... Unterrichtsstunden)

Feinstaubanalyse

2021-07-24T10:04:08Z

Nfit:

{{Infobox|image=Datei:Aufbau 1.png|thema=Data Science, Datenanalyse, Feinstaubbelastung, epistemisches Programmieren|Material=|Material_Name=|Autor=Nils Fitting, Sven Hüsing|subpages=True|Material1=|Material1_Name=|Material2=|Material2_Name=|Umfang=x Unterrichtsstunden á 45 min|title=}}

===Einleitung===
Auf dieser Seite wird das Unterrichtsprojekt "Feinstaubanalyse" dargestellt. Es handelt sich dabei um ein fächerverbindendes Projekt, das aus der Kooperation zwischen der Chemiedidaktik der TU Kaiserslautern (Projekt der Deutschen Telekom Stiftung: [https://www.telekom-stiftung.de/aktivitaeten/die-zukunft-des-mint-lernens Die Zukunft des MINT-Lernens: Denkfabrik für Unterricht mit digitalen Medien]) und dem [https://www.prodabi.de ProDaBi]-Projekt der Universität Paderborn entstanden.

Die vorliegende Lernumgebung liefert Arbeitsmaterialien zum Einstieg in die Feinstaubthematik und zur Untersuchung von lokalen Feinstaubbelastungen mithilfe der senseBox:edu. Schülerinnen und Schülern sollen im Sinne der ''socio-scientific issues'' mit aktuellen gesellschaftlichen Problemen und Herausforderungen konfrontiert werden und dabei in realen Kontexten ihre Problemlösefähigkeit und ihr naturwissenschaftliches Verständnis fördern. Dieser Bildungsprozess wird durch die Arbeit an realen Beispielen und mithilfe der senseBox:edu vorangetrieben.

Schülerinnen und Schülern soll es ermöglicht werden, sich selbstständig mit dem Thema Feinstaub auseinanderzusetzen, wobei durch unterschiedliche Kombination der Arbeitsmaterialien sowie der Sozialformen spannende Lernumgebungen für einen fächerübergreifenden Unterricht geschaffen werden sollen. Leitfrage soll dabei sein, was Feinstaub genau ist und welche Auswirkungen er auf uns Menschen besitzt. Dabei können die Materialien beispielsweise innerhalb eines offenen Lernangebots oder eines Lernzirkels angeboten werden. Auch klassischere Unterrichtsformen sind denkbar. Differenzierungsmöglichkeiten bietet das Lernangebot vor allem durch digitale Arbeitsblätter mit Lernhilfen, die für jede Einheit zur Verfügung stehen.

Ingesamt sollen die SuS bei diesem Projekt ihre eigene Umwelt genauer erkunden, indem sie die Feinstaubbelastung in ihrer Umgebung hinsichtlich eigener Forschungsfragen analysieren. Dabei lernen sie auf der einen Seite etwas über Feinstaub und die Feinstaubentwicklung in der eigenen Umwelt. Auf der anderen Seite "öffnen" sie jedoch auch die "Data-Science-Blackbox", indem sie mithilfe eines professionellen Tools eine eigene Datenanalyse mit selbst erhaltenen Feinstaubdaten erstellen.

====Theoretischer Hintergrund====
Im nachfolgenden Abschnitt werden die fachlichen Hintergründe der Lernumgebgung näher erläutert. '''senseBox:edu'''

Die senseBox:edu ist ein Mikrocontroller, der selbstständig programmiert werden kann. Dazu stehen bereits vordefinierte Codeblöcke (Blockly) bereit. Der Mikrokontroller kann allerdings auch direkt programmiert werden. Der gesamte Inhalt (Mikrocontroller, einige Kabel und Sensoren) wird in einer praktischen Kunststoffbox aufbewahrt. Mehr zu lesen unter: <nowiki>https://sensebox.de/de/products-edu.html</nowiki>

<nowiki>*</nowiki>Anmerkung: Die Unterrichtsreihe lässt sich auch ohne die senseBox durchführen. Die Schüler*innen können dann nicht selbst Messwerte erheben, sondern müssen auf bestehende Messwerte zurückgreifen.

'''Feinstaub'''

Feinstaub ist ein Gemisch aus festen und flüssigen Partikeln in der Luft. Er wird abhängig von der Partikelgröße in unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Unterschieden werden Partikel, die kleiner als 10 µm sind (PM 10) und ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2.5 µm (PM 2.5). Diese beiden Gruppen können auch mithilfe des Feinstaubsensors der senseBox:edu gemessen werden.

Übermäßige Feinstaubbelastungen sind ein menschengemachtes Problem: So entsteht Feinstaub vor allem durch Kraftfahrzeuge, Kraftwerke und Heizungen in Wohnhäusern. Er kann aber auch natürlichen Ursprungs sein, beispielsweise als Folge von Bodenerosionen. Vor allem in Städten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Dabei gelangt Feinstaub nicht nur aus Motoren, sondern auch durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie durch die Aufwirbelung des Staubes von der Straßenoberfläche in die Luft. Auch die Landwirtschaft trägt einen großen Anteil zur Feinstaubbelastung bei.

Wie bereits erwähnt, unterscheidet man bei der ersten Charakterisierung von Feinstaub die Partikelgrößen PM 10 – Partikel, deren Durchmesser kleiner als 10 µm ist – und PM 2.5, Partikel, die einen Durchmesser von weniger als 2.5 µm haben.

'''Zusammensetzung'''
[[Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Ausgehend von Messungen des Instituts für Hygiene und Umwelt und des Staatlichen Umweltamts Hamburg können die in dieser Untersuchung gewonnenen Daten als exemplarisch für die möglichen im Feinstaub enthaltenen Komponenten in Deutschland angenommen werden. Natürlich unterscheiden sich die Konzentrationen der einzelnen Bestandteile je nach Region und konkretem Ort.

Die im Folgenden aufgeführten Komponenten kristallisierten sich aus der Untersuchung als Hauptbestandteile des Feinstaubs heraus:

- Elementarer Kohlenstoff (Ruß)

- Organisches Material

- Ammonium-, Sulfat- und Nitrationen

- Chlorid-, Natrium- und Magnesiumionen

- Calcium- und Kaliumionen

'''Verursacher'''

Feinstaub kann einerseits natürlichen Ursprungs sein oder andererseits durch menschliches Handeln erzeugt werden. Stammen die Staubpartikel direkt aus der Quelle - zum Beispiel durch einen Verbrennungsprozess - nennt man sie ''primäre Feinstäube''. Beispiele für ''primäre Partikel'' sind Flugasche, Ruß oder Seesalz. Als ''sekundäre Feinstäube'' bezeichnet man hingegen Partikel, die durch komplexe chemische Reaktionen in der Atmosphäre erst aus gasförmigen Substanzen – wie Schwefel- und Stickstoffoxiden, Ammoniak oder Kohlenwasserstoffen – entstehen. Unter die Bezeichnung ''sekundäre Partikel'' fallen zum Beispiel Ammoniumsulfat und andere organische Substanzen.

Wichtige vom Menschen verursachte, also ''anthropogene'' Feinstaubquellen sind Kraftfahrzeuge, Kraft- und Fernheizwerke, Abfallverbrennungsanlagen, Öfen und Heizungen in Wohnhäusern, Schüttgutumschlag, Tierhaltung sowie weitere Industrieprozesse. In Ballungsgebieten ist vor allem der Straßenverkehr eine bedeutende Feinstaubquelle. Außerdem ist eine weitere wichtige Quelle für Feinstaub die Landwirtschaft.

Als ''natürliche'' Quellen für Feinstaub sind Emissionen aus Vulkanen und Meeren, Bodenerosionen, Wald- und Buschfeuer sowie bestimmte biogene Aerosole wie Viren und Sporen von Bakterien und Pilzen und Pollen zu nennen.
[[Datei:Verursacher von Feinstaub.jpg|mini|modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg]]
Interessant ist, dass nicht nur Kraftfahrzeugabgase einen Anteil an der durch Kraftfahrzeuge hervorgerufenen Emissionen haben, sondern vor allem auch Bremsen- und Reifenabrieb sowie Luftaufwirbelungen bedingt durch Straßenverkehr einen hohen Beitrag zur Feinstaubbelastung leisten. Das heißt, dass selbst wenn jegliche Mobilität im Straßenverkehr auf Elektromobilität umgestellt werden würde, immer noch eine starke Feinstaubbelastung – vor allem an viel befahrenen Straßen – messbar wäre.

Auch hervorzuheben ist der Anteil an der Feinstaubbelastung, der durch die Landwirtschaft verursacht wird. In Tierställen entsteht das Gas Ammoniak. Dieses entweicht aufgrund seiner geringen Dichte direkt in die Atmosphäre. Da es sich bei der Zersetzung von Kot und Urin bildet, wird es auch beim Austragen von Gülle zur Düngung von Feldern an die Umwelt abgegeben. Gerade in Massentierhaltungen werden große Mengen an Ammoniak freigesetzt.

Ammoniak ist ein sogenanntes Vorläufergas, das sekundäre anorganische Aerosole bildet: In der Atmosphäre reagiert Ammoniak mit anorganischen Stoffen wie Schwefel- oder Salpetersäure unter der Bildung von Salzen. Gerade in Westeuropa bilden Ammoniumnitrate aus der Reaktion von Ammoniak und Salpetersäure eine stark vertretene Feinstaubkomponente.

'''Gesundheitliche Auswirkungen'''

Laut Studien des Umweltbundesamts hängen die gesundheitlichen Auswirkungen von Feinstaub stark von der Partikelgröße ab. So werden Feinstaubpartikel der Größe PM 10 durch die Nasenhöhle aufgenommen und dringen bereits in tiefere Bereiche der Bronchien ein. Kleinere Partikel der Größe PM 2.5 können bis zu den tertiären Bronchien und Partikel der Größe von maximal einem Mikrometer können sogar bis zu den Lungenbläschen vordringen. Noch kleinere Partikel, mit einem Durchmesser von unter 0.1 µm, gelangen auch in den Blutkreislauf. Je kleiner die Partikelgröße, desto schädlicher ist die Belastung für den Menschen.

Die gesundheitlichen Folgen von Feinstaub für den Menschen erstrecken sich von Symptomen wie Schleimhautreizungen und lokalen Entzündungen im Rachen, der Luftröhre und den Bronchien bis hin zu schwerwiegenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Lungenkrebs. Infolgedessen kommt es in Gebieten mit extrem hoher Feinstaubbelastung zu einer deutlich geringeren Lebenserwartung.

====Lernziele: Die SuS...====

=====...sammeln Erkenntnisse im Bereich "Feinstaub":=====

* definieren den Begriff Feinstaub.
* nennen Verursacher von Feinstaub.
* beschreiben gesundheitliche Folgen einer hohen Feinstaubbelastung.
* führen eigene Messungen zur Bestimmung der Feinstaubbelastung durch.
* bewerten Ergebnisse lokaler Feinstaubmessungen in Hinblick auf den jeweiligen Standort.

=====...erhalten einen Einblick in "Data Science" und "Data Analysis":=====

*lernen ein erstes (exemplarisches) Data Science kennen, wobei die Schnittstellen ''Messinstrument'', ''Daten'' und ''Daten im Kontext'' im Fokus stehen.
*lernen erste Data-Moves kennen.
*erlangen Grundkenntnisse im Umgang mit JupyterNotebook und Python.
*lernen Auswertungsmöglichkeiten und Darstellungsweisen großer Datenmengen kennen.
*lernen mit Computational Essays eine Art der nachvollziehbaren Darstellung komplexerer Datenanalysen kennen.
*können Erfahrungen in der datengetriebenen Analyse unserer Umwelt sammeln.
*reflektieren, wie Datenanalysen den (datengetriebenen) Blick auf die Welt und das eigene Verhalten beeinflussen können.
*lernen, gesammelte Daten und durchgeführte Datenanalysen im Kontext der Realwelt und deren Einflussfaktoren zu reflektieren.
*erfahren, dass Datenanalysen interessengeleitet sind und nicht eine reale Abbildung der Welt darstellen.

Falls die Sensebox von den SuS selbst programmiert wird:

*lernen Software und Hardware rund um Arduino als Beispiel für einen Platinencomputer kennen.
*machen erste Erfahrungen in der Programmierung von Arduinos.

====Tipps zur Durchführung:====
Das Projekt besteht aus mehreren Modulen, die sich auf die verschiedenen Aktivitäten rund um das Erstellen einer Feinstaubanalyse beziehen. Die Empfehlung ist, alle diese Modulbausteine durchzuführen, wobei ggf. die Reihenfolge getauschte werden kann. Für den Fall, dassdie Zeit zu knapp wird, können an einigen Stellen auch die Alternativen, die auf den jeweiligen Seiten zu sehen sind, durchgeführt werden. Beispielsweise können statt eigens erhobenen Daten auch bereits vorhandene Datensätze zur Analyse herangezogen werden. Dadurch würde man einige Unterrichtsstunden bei dem Modul [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] einsparen - allerdings mit dem Nachteil, dass die SuS die Analysen nicht mit eigenen Datensätzen durchführen können.

Insgesamt sind für die Durchführung aller Module in etwa xy Unterrichtseinheiten á 45 min angedacht. Dabei ist zu beachten, dass die Durchführung des Online-Python-Kurses mit yx Unterrichtseinheiten einen großen Anteil daran hat. Sofern die SuS bereits erste Programmiererfahrungen mit Python gemacht haben, reicht eventuell auch eine kurze "Auffrischung" aus. Auch könnte es sinnvoll sein, die Python-Grundlagen bereits im Vorfeld zu behandeln, um die SuS so bereits im Vorfeld auf die Datenanalyse vorzubereiten. Im Allgemeinen sollten die SuS jedoch nicht gänzlich ohne Python-Vorerfahrung an die Datenauswertung gehen.

===Überblick über die Projektmodulbausteine===
Im folgenden werden die einzelnen Projektmodule in einer Tabelle dargestellt. Dabei erhalten Sie auch Informationen zum jeweiligen Thema, den benötigten Materialien und dem ungefähren Umfang. Durch einen Klick auf den Modulnamen gelangen Sie auf die Unterseite des jeweiligen Moduls, die viele weitere Informationen zur Durchführung des jeweiligen Moduls enthält.
{| class="wikitable"
|+
Weitere Module: Auswirkungen, Verursacher, Was ist Feinstaub?

ggf. "optional" dazuschreiben
!Name Modulbaustein
!Thema
!Benötigtes Material
!Umfang
|-
|M0:
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|[[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung|M2: Datensammlung]]
|Sammeln von Feinstaubdaten in der eigenen Umwelt
|Arduino (z.B. Sensebox)

Feinstaubsensoren

Arduino-Software
|xy Unterrichtseinheiten á 45 min
|-
|M3: Datenanalyse
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|M4: Interpretation/ Schlussfolgerungen
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|-
|M5: Ausblick
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===Weiterführende Links===

Modul 2: [[Feinstaubanalyse/Modul Datensammlung]] (ca. ... Unterrichtsstunden)

Datei:Verursacher von Feinstaub.jpg

2021-07-04T08:44:58Z

Nfit:

modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg

Datei:Exemplarische Feinstaubzusammensetzung- Beispiel Hamburg.jpg

2021-07-04T08:41:51Z

Nfit:

modifiziert nach: Institut für Hygiene und Umwelt & Staatliches Umweltamt Hamburg