StandardBase: ein LEONARDO DA VINCI-Pilotprojekt für berufliche Bildung und Ausbildung in Chemie

Die Ziele des StandardBase-Projekts – Qualität entscheidet

Wie können wir darauf vertrauen, dass unser Coca Cola^® nicht zuviel Koffein enthält, unser Wein nicht zuviel Schwefeldioxid oder dass uns unser Trinkwasser nicht schadet? Es ist unwahrscheinlich, dass viele Leute wissen, wie man diese Dinge prüft. Stattdessen sind wir abhängig von qualifizierten Analytikern, die uns die Antworten geben.

Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Chemikalien und Produkten wie Nahrungsmittel, Getränke und Arzneimittel ist unverzichtbar. Mit Standardanalyseverfahren werden die Qualitätsstandards gesichert. Analytische Chemiker in der Industrie und im öffentlichen Dienstleistungsbereich müssen angemessen qualifiziert sein und die Fähigkeit, das Wissen und die Erfahrung haben, um ihre Aufgabe gut erfüllen zu können. Dies schließt die Fähigkeit ein, Standardanalyseverfahren durchführen zu können.

Diese Verfahren können lokal (verwendet von speziellen Firmen), national der international sein. Viele Standards sind heute international wie zum Beispiel diejenigen der International Organization for Standardization (ISO). Immer mehr Wissenschaftler arbeiten mit Kollegen in anderen europäischen und außereuropäischen Ländern zusammen. Das StandardBase-Projekt wurde ins Leben gerufen in der Überzeugung, dass die Vermittlung einiger üblicher analytischer Prozeduren in europäischen Berufsschulen und Instituten von Vorteil ist.

Analysemethoden gemäß Industriestandard können in Schulen oft nicht durchgeführt werden, weil es an fachlicher Ausrüstung, Chemikalien, Sachkenntnis und Zeit mangelt. Das StandardBase-Projekt hat sich zur Aufgabe gemacht, Standardanalysemethoden nach Industriestandard Schülern in Schulen und Instituten zugänglich zu machen. Die Prozeduren wurden für die Anwendung in diesen Einrichtungen angepasst, in Pilotversuchen getestet, überarbeitet und der StandardBase-Webseite zum freien Gebrauch hinzugefügt. Zudem wurde für die Lernenden aus unterschiedlichen Institutionen und Ländern die Möglichkeit geschaffen, ihre Ergebnisse untereinander auszutauschen und zu vergleichen.

Die Lehrer im Pilotprojekt merkten, dass es wichtig war zu motivieren. Wissenschaft im Kontext realer Situationen fördert das Interesse und Engagement der Schüler. Für sie ist es sinnvoller und bedeutsamer, den Alkoholgehalt einer Flasche Bier zu messen, als in einer vom Lehrer präparierten Mischung.

Methodik und Ergebnisse des StandardBase-Projekts

Kollegen aus den vier Partnerinstituten(Petrik Berufsschule in Ungarn^w1, Drenthe College in den Niederlanden^w2, Institut „Jozef Stefan“ in Slowenien^w3and 4science in Großbritannien^w4) entwickelten und erprobten jeweils 18 Standardverfahren. Zusammen waren es 72. Jede Institution, zusammen mit der Eötvös-Loránd-Universität in Ungarn^w5, testete die von den anderen entwickelten Verfahren. Die modifizierten Verfahren und Ergebnisse wurden auf die StandardBase-Webseite^w6 gestellt.

Die Analysen gehörten zweierlei Kategorien an:

1. Kommerziell erhältliche Produkte
   Kollegen jeder Einrichtung analysierten dasselbe kommerziell erhältliche Markenprodukt, z.B. Zahnpasta, Aspirin und andere pharmazeutische Produkte, Cola, Benzin und Kaugummi (spezifische Einzelheiten können der StandardBase-Webseite entnommen werden). So konnten die Ergebnisse direkt verglichen werden. Faktisch konnten die Schullabore so an einem Laborvergleichsstest teilnehmen.
2. Umweltstudien
   Kollegen aus jeder Institution analysierten Umweltproben ihrer eigenen Umgebung, z.B. Luft und Wasser. Die Schüler konnten nicht erwarten, dieselben Resultate wie alle anderen zu erhalten. Aber sie konnten in den Daten, die von verschiedenen Orten stammten, nach Trends und Mustern suchen.

Zusätzlich zu den Prozeduren wurden Tests geschrieben, mit denen die Lernenden ihr Verständnis prüfen konnten. Am Ende probierten die Studenten aus allen Ländern die Verfahren aus. Währenddessen entwickelten VaPro^w7, in den Niederlanden und die Eötvös Loránd Universität die StandardBase-Webseite.
Der Internetauftritt ist jetzt fertig und erlaubt den Studenten: Verfahren herunterzuladen; Tests zur Prüfung des eigenen Verständnisses herunterzuladen; ihre Daten mit denen anderer Studenten zu vergleichen; ihre eigenen Daten der Datenbank hinzuzufügen; mehr über die Techniken und die zu Grunde liegenden Prinzipien zu lernen; über das Diskussionsforum und E-Mail-Kontakte Fragen zu stellen.

Das StandardBase-Projekt hat zum Ziel, den Lernprozess lernerzentriert zu gestalten. Informationen, Gedankenaustausch und die Daten stammen direkt aus dem Internet statt vom Lehrer. Das unterstützt die Entwicklung einiger professioneller Fähigkeiten, die Wissenschaftler in der Praxis brauchen. Die Rolle des Lehrers kann sich auf Organisation und Betreuung der praktischen Arbeit beschränken.

Kurze Zusammenfassungen einiger Standardverfahren

Bestimmung von Zitronensäure in Hubba-Bubba-Kaugummi mittels Säure-Base-Titration

Das Ziel dieses Analyseverfahrens ist die Bestimmung des Zitronensäure-Gehalts in Hubba-Bubba-Kaugummi. Dieser Kaugummi ist in Großbritannien und in fast ganz Europa erhältlich. Die beschriebene Methode basiert auf dem von der Firma Wrigley in ihren Labors in Plymouth, Großbritannien, verwendeten Analyseverfahren.

Eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens ist in dieser Ausgabe von Science in School^w8 veröffentlicht.

Bestimmung des Fluoridionen-Gehalts von Zahnpasta mittels Potentiometrie

Fluorid wird Trinkwasser und Zahnpasta zugesetzt, um Zahnkaries zu verhindern. Es kommt auch in Abwässern vieler industrieller Prozesse vor, z.B. bei der Herstellung von Fluorpolymeren. Bei dieser Analyse wird eine Festphasen-ionenselektive Elektrode (ISE) verwendet, um das Potential einer fluoridierten Zahnpastaprobe (oder einer fluoridierten Wasserprobe) zu messen.

Bestimmung von Zink in Multivitamintabletten mittels Stripping-Voltammetrie

In der pharmazeutischen Industrie muss oft das Vorkommen von Metallen in sehr kleinen Konzentrationen bestimmt werden, z.B. Spurenelemente in Multivitamintabletten. Diese Methode kann für die Bestimmung von Zink im Konzentrationsbereich von 10-200 μg/dm³ verwendet werden.

Demnächst: problemorientierte Aktivitäten für die Wissenschaft der Berufsbildung

Lernende in Schulen und Einrichtungen zur Berufsbildung und Berufsausbildung erleben oft etablierte praktische Vorgehensweisen. Sie bestimmen beispielsweise die Nitrat- oder Phosphat-Konzentration in einer Lösung. Der Rahmen einer realen Analyse – Warum ist dieses Seewasser grün? – veranschaulicht ihre Bedeutung und ihren Nutzen. Um neben den analytischen Techniken umfassendere berufliche Fähigkeiten zu entwickeln, könnten die Auszubildenden mit verschiedenen Vorgaben arbeiten, z.B. Limitierung von Zeit, Kosten und Ressourcen. Eventuell könnten die Auszubildenden aus mehreren Analyseverfahren zur Auswahl das geeignetste für diese Situation auswählen.

Auf diese Weise bleibt die Analysetechnik und die zu Grunde liegende Theorie, aber die Lernenden müssen sich auch der Herausforderung stellen, sie in einer Situation zu verwenden, die einer praxisnahen Arbeitsumgebung nahe kommt. Daher möchte das ProBase-Projektteam (gebildet aus denselben Partnern, die auch im StandardBase-Projekt teilgenommen haben) eine Palette an Aktivitäten entwickeln, die nicht nur demonstrieren, wie Wissenschaft funktioniert, sondern auch wie Wissenschaftler arbeiten. Im Rahmen dieses Projekts nutzen Lernende wissenschaftliche Erkenntnisse, um sich mit Problemen auseinander zu setzen. Sie arbeiten (a) in Teams, (b) organisieren ihre Zeit, Arbeitspensum und Ressourcen, und (c) tauschen sich gegenseitig und mit Nicht-Wissenschaftlern aus. Das sind die wesentlichen Fähigkeiten, die von Wissenschaftlern in der Praxis gebraucht werden.

Wir hoffen, dass immer mehr Schulen und Institute in den kommenden Jahren die Datenbanken von StandardBase und ProBase nutzen und dazu beitragen werden.