Gewinnung und Aufbereitung von Trinkwasser

Aktives Lernen eignet sich besonders gut, weil Schülerinnen und Schüler die unsichtbaren Prozesse der Trinkwasseraufbereitung durch Experimente und Modelle greifbar machen können. Durch die Kombination aus Stationenarbeit, chemischen Versuchen und Modellbau erkennen sie die Komplexität und Notwendigkeit jedes Aufbereitungsschritts aus eigener Anschauung.

• Klasse 7
• Chemie: Die Welt der Stoffe und Reaktionen
• 4 Aktivitäten
• 30 Min.–50 Min.

Lernziele

1. Erklären Sie die einzelnen Prozessschritte der Trinkwasseraufbereitung in einem deutschen Wasserwerk, von der Rohwasserentnahme bis zur Abgabe an das Verteilungsnetz.
2. Analysieren Sie die chemischen und physikalischen Prinzipien, die den Fällungs- und Filtrationsschritten zugrunde liegen.
3. Bewerten Sie die Notwendigkeit und Wirksamkeit verschiedener Desinfektionsmethoden (Chlorung, Ozonierung, UV-Bestrahlung) im Hinblick auf die Abtötung von Krankheitserregern.
4. Vergleichen Sie die Wasserqualität von Rohwasser mit der von aufbereitetem Trinkwasser anhand von Messwerten für Trübung und chemische Verunreinigungen.

Lernen an Stationen

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Lernen an Stationen: Aufbereitungsschritte

Richten Sie fünf Stationen ein: Absiebung (Sieb und Sand), Fällung (Alaunlösung mit Trübwasser mischen), Sedimentation (Zylinder mit absetzenden Partikeln beobachten), Filtration (Sandfilter bauen) und Desinfektion (UV-Lampe simulieren). Gruppen rotieren alle 7 Minuten und protokollieren Ergebnisse.

Vorbereitung & Details

Beschreiben Sie die einzelnen Schritte der Trinkwasseraufbereitung in Deutschland.

Moderationstipp: Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler beim Experiment 'Fällungsreaktion' selbst die Chemikalien dosieren, um die Bedeutung der genauen Einhaltung von Vorgaben zu verdeutlichen.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Gruppenpuzzle

⏱ 30 Min.·Partnerarbeit

Experiment: Fällungsreaktion

Mischen Sie trübes Wasser mit Alaunlösung, rühren Sie um und lassen Sie es sedimentiere. Schüler messen Trübung vor und nach mit Turbidimeter-App. Diskutieren Sie die chemische Reaktion in Paaren.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie die Bedeutung der verschiedenen Aufbereitungsschritte für die Wasserqualität.

Moderationstipp: Beobachten Sie bei der Stationenarbeit 'Aufbereitungsschritte', ob die Schüler die Unterschiede zwischen Sedimentation und Filtration nicht nur benennen, sondern auch in einfachen Skizzen festhalten können.

Setup: Flexible Sitzordnung für Gruppenwechsel

Materials: Informationstexte für die Expertengruppen, Notizvorlagen, Strukturdiagramm für die Zusammenfassung

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Gruppenpuzzle

⏱ 50 Min.·Kleingruppen

Modellwasserwerk bauen

Gruppen konstruieren ein Mini-Wasserwerk aus Flaschen, Schläuchen und Filtern. Testen Sie mit versetztem Wasser und bewerten Sie die Reinigungseffekte. Präsentieren Sie das Modell der Klasse.

Vorbereitung & Details

Bewerten Sie die Herausforderungen bei der Sicherstellung von sauberem Trinkwasser weltweit.

Moderationstipp: Achten Sie beim Bau des Modellwasserwerks darauf, dass die Schüler die Materialien (z.B. Sand, Aktivkohle) bewusst auswählen und ihre Funktion im Prozess begründen.

Setup: Flexible Sitzordnung für Gruppenwechsel

Materials: Informationstexte für die Expertengruppen, Notizvorlagen, Strukturdiagramm für die Zusammenfassung

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Fishbowl-Diskussion

⏱ 35 Min.·Kleingruppen

Fishbowl-Diskussion: Globale Herausforderungen

Teilen Sie Weltkarten mit Wasserproblemen aus. Gruppen recherchieren und vergleichen Aufbereitungsmethoden in anderen Ländern. Erstellen Sie ein Plakat mit Bewertung.

Vorbereitung & Details

Beschreiben Sie die einzelnen Schritte der Trinkwasseraufbereitung in Deutschland.

Setup: Innenkreis mit 4–6 Stühlen, umgeben von einem Außenkreis

Materials: Diskussionsimpuls oder Leitfrage, Beobachtungsbogen

• Analysieren
• Bewerten
• Sozialbewusstsein
• Selbstwahrnehmung

Dieses Thema unterrichten

Unterrichten Sie dieses Thema am besten mit einer Mischung aus hands-on Erfahrungen und konzeptueller Vertiefung. Vermeiden Sie reine Frontalunterrichtsphasen, da die Prozesse der Wasseraufbereitung für Schülerinnen und Schüler oft abstrakt wirken. Nutzen Sie stattdessen die Neugier der Lernenden durch Experimente und Diskussionsanlässe, um ihr Systemverständnis zu stärken. Forschung zeigt, dass Lernende durch die Kombination von praktischen Versuchen und Reflexion nachhaltigeres Wissen aufbauen.

Was Sie erwartet

Erfolgreiches Lernen zeigt sich darin, dass die Schülerinnen und Schüler die einzelnen Schritte der Trinkwasseraufbereitung erklären, ihre Funktion begründen und die Bedeutung der chemischen und physikalischen Prozesse für die Wasserqualität darlegen können. Sie wenden ihr Wissen an, um Alltagsvorstellungen zu korrigieren und die Relevanz der Aufbereitung zu erkennen.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während des Experiments 'Fällungsreaktion' beobachten viele Schülerinnen und Schüler, dass das Wasser nach Zugabe der Chemikalien sofort klar wird, und schließen daraus, dass Trinkwasser in der Natur immer rein ist.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Nutzen Sie die Nachbesprechung des Experiments, um die Schülerinnen und Schüler zu fragen, warum im echten Wasserwerk weitere Schritte wie Filtration und Desinfektion folgen. Zeigen Sie ihnen, dass die Fällung nur einen Teil der Verunreinigungen entfernt und vergleichen Sie die Laborbedingungen mit der Realität.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Stationenarbeit 'Aufbereitungsschritte' äußern einige Schüler, dass Chlor im Trinkwasser generell schädlich und unnötig ist.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lassen Sie die Schüler während der Station mit Chlor-Teststreifen die Konzentration im lokalen Leitungswasser messen und vergleichen Sie diese mit den Werten, die für eine sichere Desinfektion notwendig sind. Diskutieren Sie anschließend in Kleingruppen die Vor- und Nachteile von Chlor im Vergleich zu alternativen Desinfektionsmethoden.

Häufige Fehlvorstellung

Beim Bau des Modellwasserwerks argumentieren einige Schüler, dass z.B. die Sedimentation allein ausreicht, um sauberes Trinkwasser zu erhalten.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Fordern Sie die Schüler auf, nach dem Bau ihres Modells das Ergebnis zu testen, indem sie getrübtes Wasser durch das Modell filtern lassen. Lassen Sie sie beobachten, dass ohne Feinfiltration und Desinfektion das Wasser nicht vollständig sauber wird, und diskutieren Sie, warum jeder Schritt im echten Prozess notwendig ist.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach der Stationenarbeit 'Aufbereitungsschritte' erhalten die Schülerinnen und Schüler eine Karte mit einem Bild eines Wasserwerks oder einem Symbol für einen Aufbereitungsschritt. Sie benennen den Schritt, erklären kurz, was passiert, und nennen ein Beispiel für eine Chemikalie oder ein Material, das verwendet wird.

Kurze Überprüfung

Während der Diskussion 'Globale Herausforderungen' notieren die Schülerinnen und Schüler auf einem Arbeitsblatt ihre Antwort auf die Frage: 'Welcher Schritt der Trinkwasseraufbereitung ist Ihrer Meinung nach am wichtigsten, um Krankheitserreger zu entfernen, und warum?' Sammeln Sie einige Antworten ein und besprechen Sie diese im Plenum, um das Verständnis für die Notwendigkeit verschiedener Schritte zu überprüfen.

Diskussionsfrage

Nach der Stationenarbeit 'Aufbereitungsschritte' leiten Sie eine Diskussion mit der Frage: 'Welche Herausforderungen ergeben sich bei der Trinkwasseraufbereitung in Regionen mit starker industrieller Verschmutzung oder in trockenen Klimazonen im Vergleich zu Deutschland?' Nutzen Sie die Antworten, um das Verständnis für die Bedeutung der Aufbereitungsschritte in verschiedenen Kontexten zu vertiefen.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie schnelle Schülerinnen und Schüler auf, ein alternatives Modellwasserwerk mit begrenzten Materialien (z.B. nur Kies und Filterpapier) zu bauen und die Effektivität zu vergleichen.
• Für Schülerinnen und Schüler mit Schwierigkeiten bieten Sie vorbereitete Materialkarten mit Bildern und kurzen Beschreibungen der Aufbereitungsschritte an, die sie beim Modellbau nutzen können.
• Vertiefen Sie das Thema, indem Sie die Klasse eine Exkursion zu einem lokalen Wasserwerk planen oder virtuelle Besichtigungen online recherchieren lassen.

Schlüsselvokabular

Rohwasser	Das Wasser, das aus natürlichen Quellen wie Flüssen, Seen oder Grundwasser gewonnen wird, bevor es aufbereitet wird.
Fällung	Ein chemischer Prozess, bei dem durch Zugabe von Chemikalien gelöste Stoffe im Wasser in unlösliche Teilchen umgewandelt werden, die dann leichter abgetrennt werden können.
Sedimentation	Die natürliche oder künstlich herbeigeführte Ablagerung von feinen Schwebeteilchen aus einer Flüssigkeit oder einem Gas aufgrund der Schwerkraft.
Filtration	Ein physikalischer Trennprozess, bei dem Flüssigkeiten oder Gase durch ein poröses Medium geleitet werden, um feste Partikel zurückzuhalten.
Desinfektion	Die Abtötung oder Inaktivierung von Krankheitserregern im Wasser, um die menschliche Gesundheit zu schützen.