Gymnasium Zitadelle Jülich

“Gestaltung des Schullebens und Öffnung von Schule” (GÖS) ist ein Initiativprogramm des Landes Nordrhein-Westfalen.

Da sich die Lebenssituation der Schülerinnen und Schüler in der Berufs- und Arbeitswelt, in den Medien und der Umwelt verändert, sehen sich Schulen zunehmend herausgefordert, ihre Bildungs- und Erziehungsarbeit zu reflektieren und zu verändern. Viele Initiativen von Lehrkräften, Eltern, Schülerinnen und Schülern und von außerschulischen Partnern werden auf diese Weise vom Ministerium fur Schule, Wissenschaft und Forschung auch im Bezug auf die Schulprogrammentwicklung der jeweiligen Schule unterstützt. Die im Rahmenkonzept formulierten Perspektiven, Schule und Gemeinwesen (Lebensorientierung), Handlungs- und Erfahrensorientierung (Pädagogische Leitideen), Schule als Lebens- und Erfahrungsraum (Modell-Lernen) und Schule als lernende Organisation (Schulentwicklung) können in den (Themen-)Bereichen Beruf und Arbeitswelt, Gemeinwesen und soziale Verantwortung, innovative Ganztagsangebote, interkulturelles Lernen und Internationalisierung, Kultur und Umwelt und Entwicklung verwirklicht werden.

Hierzu erfolgt eine jährliche Ausschreibung vom Landesinstitut fur Schule und Weiterbildung in Soest (www.learn-line.de).

Pflanzaktion

An der Pflanzaktion beteiligten sich an unterschiedlichen Nachmittagsterminen die Hauptschule, das Mädchengymnasium und das Gymnasium Zitadelle Jülich. Der Differenzierungskurs Biologie/ Chemie des Gymnasiums Zitadelle protokollierte die Entwicklung der Pflanzen und legte eine Projektmappe zu den jeweiligen Pflanzen an.

Pflanzträger	Pflanzen	Karte
1	Sumpf-Schachtelhalm (Equisetum palustris), Froschbiss (Hydrocharis morsus ranae), Schwanenblume (Butomus umbellatus)
2	Schwanenblume (Butomus umbellatus), Pfeilkraut (Sagittaria sagittifolia), Seebinse (Schoenoplectus lacustris)
3	Schneeweiße Seerose (Nymphaea candida), Pfeilkraut (Sagittaria sagittifolia)
4	Seebinse (Schoenoplectus lacustris), Pfeilkraut (Sagittaria sagittifolia)
5	Schlamm-Schachtelhalm (Equisetum fluviatile), Graue Seebinse (S. tabernaemontani)
6	Ästiger Igelkolben (Sparganium erectum), Wasserknöterich (Polygonum amphibium)
7	Wasserpest (Eleodea canadensis ), Wasserprimel (Hottonia palustris)
8	Froschlöffel (Alisma plantago aquatica), Rauhes Hornblatt (Ceratophyllum demersum)
9	Schmalblättriger – Breitblättriger – Rohrkolben (Typha)
10	Schwimmendes Laichkraut (Potamogeton natans), Krauses Laichkraut (Potamogeton crispus)
12	Tannenwedel (Hippuris vulgaris), Brunnenkresse (Nasturtium officinale)

Das Thema Wasser im Unterricht

Die Beziehung der Menschen zu ihrer Umwelt ist zu einer Existenzfrage geworden. Es gehört daher zu den Aufgaben der Schule – insbesondere des Biologieunterrichts -, bei Schülerinnen und Schülern ein Bewusstsein für Umweltfragen zu erzeugen, die Bereitschaft für den verantwortlichen Umgang mit der Natur zu fördern und zu einem umweltbewussten Verhalten zu erziehen. Um ein Verständnis für den Schutz und Erhalt der Natur zu erlangen, ergibt sich als Ziel der Umweltbildung, Umweltwahrnehmung zu entwickeln und friedvolle Naturbegegnungen zu ermöglichen. Der Brückenkopfweiher und der Zooteich (Gewässer vor dem Teich des Wasserschulgartens) sind vom Zoo mit zahlreichen unterschiedlichen Wasservögeln besetzt worden. Die Schülerinnen und Schüler können beim Überprüfen der Wasserqualität erkennen, dass das übermäßige Vorkommen von Organismen und die Fütterung der Tiere durch Zoobesucher zu einer Belastung des Wassers führt. Im Rahmen des Differenzierungskurses konnten diese Zusammenhänge nur ansatzweise betrachtet werden. Da die im naturnahen Teich des Wasserschulgartens gesetzten Wasserpflanzen (u.a. „Schilfkläranlage“) noch nicht die gewünschte deutliche Verbesserung der Wasserqualität bewirken, erfuhren die Schüler, dass lediglich ein Teil der am Steg gepflanzten Wasserpflanzen mit den derzeitigen Bedingungen zurechtkommt. Die Forschungsarbeit wurde auch durch Enten- und/ oder Nutriafraß an den Wasserpflanzen erschwert. Es konnten nicht von allen Schülern Untersuchungsdaten erhoben, ausgewertet und aufbereitet werden. Einige Schülerinnen und Schüler bearbeiteten ihre Wasserpflanze theoretisch. Ein Überblick über die Entwicklung der Wasserpflanzen ließ sich nur durch die Zusammenarbeit aller Schülerinnen und Schüler erreichen. Ohne Teamarbeit wäre es darüber hinaus nicht möglich gewesen, in der knappen Zeit (eine Zeitstunde) jeweils alle Pflanzträger mit Hilfe des Krans aus dem Wasser zu heben. Der Wasserschulgarten etabliert sich immer stärker in den Unterricht des Gymnasiums Zitadelle (s. Netzwerk Wasserschulgarten) und im Zusammenhang mit dem Energie-Sparprogramm der Schule wird die Verbesserung der Umweltkompetenz vieler Schülerinnen und Schüler angestrebt.

Bestimmung der Gewässergüte des Teiches und Erfassung der Dynamik des Gewässers auch im Bezug auf die „Schilfkläranlage“

Schülerinnen und Schüler eines Biologiegrundkurses (Jahrgangsstufe 13) und der Umwelt-AG haben den Teich des Wasserschulgartens und den Brückenkopfweiher limnologisch untersucht.

Limnologische Untersuchungen
Die Arbeit im Wasserschulgarten ist nach den folgenden Zielen ausgerichtet: – Methoden der praktischen Gewässeruntersuchung (biologische und chemisch-physikalische Untersuchungen) sollen eingeübt werden. – Kenntnisse im Umgang mit Messgeräten (Sauerstoff, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Fotometer) sollen gewonnen werden. – Die Fähigkeit, Gewässer nach ihrem augenblicklichen Zustand d.h. nach biologischen und chemisch-physikalischen Parametern klassifizieren zu können, soll erworben werden. – Die Methoden der Artenbestimmung (Bestimmungsliteratur und Hilfsgeräte) sollen eingeübt und die Artenkenntnis bereichert werden. – Gedanken und Ziele des Umweltschutzes sollen einsichtig werden.

Durch die besondere Einbindung des Teichs im Wasserschulgarten in das Gewässersystem Rur/ napoleonischer Brückenkopf hat man die Möglichkeit, drei unterschiedliche Gewässer (Fließgewässer [Rur], Teich mit zum Teil künstlicher Begrenzung [Brückenkopfweiher] und Teich mit natürlichem Bewuchs und Schilfkläranlage [Wasserschulgarten]) mit Schülerinnen und Schülern zu untersuchen und im Anschluss die anthropogenen Einflüsse zu diskutieren. Bei einer arbeitsteiligen Gruppenarbeit findet man gute limnologische Arbeitsbedingungen vor.

Nach einer kurzen Einführung, in der die Einbindung des Teiches im Wasserschulgarten in das Bewässerungssystems des napoleonischen Brückenkopfes beschrieben wird, werden die anthropogenen Einflüsse im Bereich des Zoos und im Bereich des Ortsteils von Jülich, durch den das Rurwasser fließt, andiskutiert und die Lage der „Schilfkläranlage“ erläutert.

Um die Dynamik von Ökosystemen zu erfassen, muss man sich mit der Vergangenheit, der Gegenwart und der Zukunft des Ökosystems beschäftigen. Anhand von Berichten über Umweltbelastungen und konkret über Gewässerverschmutzungen werden die Schülerinnen und Schüler sensibilisiert, sich mit der neuen Thematik zu beschäftigen. Am Anfang steht die Erfassung des derzeitigen Zustandes eines Ökosystems. Um in das Projekt einzusteigen, erfolgt eine gemeinsame Planungsphase in der Schule. Die Untersuchung der aquatischen Ökosysteme erfolgt im Hinblick auf das Kursthema in der 13.1., Ökologie, und wird wie aus dem schulinternen Lehrplan zu entnehmen ist, in den Unterricht eingebunden. Um die Gewässergüte der jeweiligen Gewässer zu bestimmen, müssen arbeitsteilig die biologischen und chemisch-physikalischen Parameter erfasst werden. Der Brückenkopfweiher und der Zooteich (Gewässer vor dem Teich des Wasserschulgartens) sind vom Zoo mit zahlreichen unterschiedlichen Wasservögeln besetzt worden. Die Schülerinnen und Schüler können beim Überprüfen der Wasserqualität erkennen, dass das übermäßige Vorkommen von Organismen und die Fütterung der Tiere durch Zoobesucher zu einer Belastung des Wassers führt. Im Unterricht können die eigenen Untersuchungsergebnisse mit denen von anderen Schülern und auch von Mitarbeitern des Forschungszentrums verglichen werden (Da noch nicht so viele Daten vorliegen, kann die Dynamik des Gewässers seit seiner Einrichtung bisher nur bedingt diskutiert werden.). Im Zusammenhang mit der Diskussion um eine Harmonisierung von Umwelt und wirtschaftlichem Handeln wird die nachhaltige Entwicklung ins Zentrum der Aufmerksamkeit gerückt. Es sollen die Themen „Der Tourismus“ und „Freizeit im Naherholungsgebiet“ berücksichtigt werden.

Folgt in Kürze!

(Seite zum GÖS-Projekt II im alten Homepage-Design)

Projekt: Naturnahe Wasserreinigung durch Schilfpflanzen

Bei einem Besuch des Forschungszentrums Jülich lernten Schülerinnen und Schüler der Umwelt-AG “Wasserschulgarten” des Gymnasiums Zitadelle die AMOVA (Aquatische Modell-Vegetations-Anlage) von Herrn Dr. Eberhard Stengel kennen. Von der Funktion der Anlage beeindruckt und der Möglichkeit die Gewässerqualität auch neben dem bereits geplanten Schilfgürtel im Teich des Wasserschulgartens zusätzlich zu verbessern, kamen die Schüler auf die Idee im Bereich des Wasserschulgartens eine solche bzw. eine vergleichbare Anlage einzurichten.

Die ökotechnische Anlage im Brückenkopf-Park besteht aus einem 12 m langen und 2 m breiten Becken, das in zwei mit Kies befüllte und mit Schilf bepflanzte Kammern unterteilt ist, und befindet sich auf der Halbinsel des Wasserschulgartens. Die Zirkulation des Wassers zwischen Teich und Schilfanlage wird durch Pumpen geregelt.

Der Bau der Anlage und eines Trennbauwerks vor dem bereits bestehenden Schilfgürtel erscheint erforderlich, da das in den Wasserschulgarten eingeleitete Wasser durch den herbstlichen Laubfall des starken Baumbestandes entlang des Brückenkopfweihers, durch den Entenbesatz des Brückenkopfweihers und des Zooteiches und der unmittelbar an den Zooteich angrenzenden Freifläche für verschiedene Vögel organische und anorganische Fracht mit sich führt und somit eine Eutrophierung im Teich des Wasserschulgartens bedingt.

Gelingt die Reinigung des Wassers, könnten sich verschiedene Wasserpflanzen (z.T. auch seltene Pflanzen) besser entwickeln. Die Lebensgemeinschaften mit diesen Pflanzen blieben erhalten. Ein ausgeprägtes Nahrungsnetz könnte sich im Teich ausbilden. Weniger getrübtes Wasser lässt die von Beginn an gewünschte Betrachtung der Unterwasserpflanzen zu.

Bildpräsentation zum Bau der Anlage

Modell

Die AMOVA wurde am Forschungszentrum Jülich 1983 auf der Basis von Konzepten der Pionierin der Wasserreinigung mit Wasserpflanzen, Frau Dr. Käthe Siedel (1907 – 1990) entwickelt und in den Jahren 1984 – 2002 experimentell eingesetzt. Untersucht wurden die Elimination von Nährstoffen (Stickstoff- und Phosphorverbindungen, Nitrat und Phosphat), das Gastransport- bzw. Belüftungsvermögen (Sauerstoff) und die Entgiftung von (schwer)metallartigen Verbindungen (Selen, Arsen). Das zu behandelnde Wasser durchströmt in diesen Anlagen mehrjährig eingewachsene Wurzelhorizonte und wird durch das Zusammenwirken der Röhrichtpflanzen (wie z. B. Schilf, Rohrkolben, Wasser-Iris, Seebinse) mit Mikroorganismen (Bakterien, Pilzen) im Wurzelhorizont von den unerwünschten Stoffen befreit. Diese am Forschungszentrum Jülich langjährig als zuverlässig gemessene Funktion ist besonders für die Elimination von Phosphat (dem kritischsten aller Nährstoffe) aus Oberflächenwasser nutzbar.

Die Wasserverhältnisse

Der Brückenkopfweiher als Bewässerungsgraben des historischen Brücken-kopfs wird, wie bereits von den Baumeistern Napoleons geplant, mit Rurwasser gespeist. Aus städtebaulicher Sicht sollte beachtet werden, dass das benachbarte Wohngebiet in der Kanalisation ein Trennsystem aufweist und dass das aufgenommene Regenwasser über die kanalisierte Rurwasserzuleitung mit in den Brückenkopfweiher eingeleitet wird. Die Ableitung des zugeführten Wassers erfolgt am anderen Ende des Brückenkopfweihers entweder direkt zur Rur oder über den Zooteich und den Wasserschulgarten zur Rur.

Schilfrohr

Ausgehend von einem tief reichenden Rhizomsystem entwickelt sich ein hochwüchsiges Gras mit 1 – 4 m hohen und 15 – 23 mm dicken Stängeln. Die Blattspreiten sind 15 – 30 mm breit. Von Juli bis September treten 20 – 50 cm lange, gelblich bis dunkelpurpurne, vielblütige Rispen auf.

Schilfrohr ist wie andere Sumpfpflanzen an den sauerstoffarmen bis sauerstofffreien unter-irdischen Teil seines Standortes angepasst. Das Rhizom wird durch ein Luftkanalsystem, das über die Blätter, die Halme und den Wurzelhorizont ausgebreitet ist, mit ausreichend Sauerstoff versorgt. Durch eine Ventilation von jungen zu alten Halmen wird einerseits Luft und damit Sauerstoff zum Rhizomsystem befördert und anderseits werden die vom Rhizom aufgenommenen Stoffe, wie z.B. Distickstoffmonoxid und der molekulare Stickstoff, in die Atmosphäre gepumpt. Auch Phosphate werden in hohem Maße eliminiert.

Umweltfaktoren, wie die Sonne und der Wind, erzeugen in und um Pflanzen bei den Gasen Temperatur- und Wasserdampfpartialdruck-Gradienten, die bei Vorhandensein einer feinporösen Trennschicht zu einem Druckaufbau in der Pflanze führen. Dieser bewirkt einen Ventilationsstrom, der die im Sediment angesiedelten oder untergetauchten Pflanzenorgane mit Sauerstoff versorgt (“belüftet”).

Welche Möglichkeiten bieten sich beim Besuch des “Grünen Klassenzimmers”?
Wasserproben können vor der AMOVA und am Auslauf der Anlage entnommen werden und die Ammonium-, die Nitrit- und die Nitratkonzentrationen mittels eines Fotometers bestimmt werden. Es liegen Erkenntnisse vor, die die Ansprache der Umwandlung von Stick-stoffverbindungen im Bereich des durchwurzelten Bodens im folgenden Unterricht ermöglichen.
Morphologische Untersuchungen der Schilfpflanzen und Druckmessungen am Schilfhalm zeigen die besondere Anpassung der Wasserpflanzen an den Lebensraum auf.

Entwicklung des Schilfbereichs

Ein gemeinsames fächerübergreifendes Unterrichtsprojekt des
Gymnasiums Zitadelle der Stadt Jülich und der Katholischen
Grundschule Jülich

Schülerinnen und Schüler des Differenzierungskurses Biologie/ Chemie (9. Jahrgangsstufe) planten – nach intensivem Literaturstudium über den Aufbau von Schilfpflanzen und deren physiologischen und ökotechnischen Eigenschaften – Experimente auch hinsichtlich der chemischen Gewässeranalyse, probierten die Experimente aus und entwickelten Unterricht. Die physikalischen Zusammenhänge im Hinblick auf die AMOVA mussten erfasst und auf das Niveau der Grundschüler reduziert werden.

Es galt, sich intensiv vorzubereiten und durch die aktive Auseinandersetzung mit dem Unterrichtsstoff ein hohes Potential an Lernenergie freizusetzen. Durch “Schüler lehren Schüler” wird die Schülerrolle der künftigen Erwachsenrolle der Jugendlichen ähnlicher. Verantwortung muss übernommen und ggf. Autorität ausgeübt werden.
Unterrichtsstunden zu organisieren, Unterrichtsmaterial herzustellen und zu ordnen verlangt Disziplin und ein hohes Maß an Engagement. Im Unterricht galt es zuzuhören, auf Fragen unterrichtszentriert zu interagieren und jüngere Schüler zu beraten. Schülerinnen und Schüler kamen zur Erkenntnis, dass man durch Lehren und Unterrichten motiviert wird und selbst am besten lernt.

Die Grundschülerinnen und Grundschüler (3. Klasse), die es frühzeitig für die Naturwissenschaften bzw. für Chemie zu begeistern galt, erfuhren, dass sich andere Schülerinnen und Schüler intensiv um sie kümmerten. Sie lernten, dass man mit Schülern lernen kann. Immer war jemand für sie da, um auf eigene Fragen zu antworten. Sie lernten ältere Schüler als Modelle für verantwortungsvolles, leistungsbezogenes Handeln anzuerkennen.

Da ein dichtes Netz unterrichtsbezogener Interaktionen zwischen den Schülern aufgebaut wurde, ermöglichte man den Schülerinnen und Schülern, ihre sozialen Kompetenzen zu erweitern. Schüler konnten untereinander freier agieren.

Beim ersten Treffen in der Katholischen Grundschule sollten sich die Schülerinnen und Schüler kennen lernen. Anhand einfacher Experimente, die man aus dem Buch: Weltwissen der Siebenjährigen von Donata Elschenberg entnommen hatte, erfuhren die Schülerinnen und Schüler, dass sich auch in einem nicht mit Flüssigkeit gefülltem Glas Luft befindet und dass ein Teil der Luft bei der Verbrennung verbraucht wird. Mit dem Hinweis, dass auch der Mensch Bestandteile der Luft verbraucht, leitete man zur nächsten Unterrichtsbegegnung über.

Der anspruchsvolle Unterrichtsstoff beim zweiten Treffen wurde u.a. mit Hilfe zahlreicher Abbildungen vermittelt. Zunächst wurde der Aufbau der AMOVA erläutert und das System der verbundenen Röhren anhand eines Modellexperimentes nachvollzogen. Man ging der Fragen nach:

• Warum verwendet man Schilfpflanzen in der Anlage?
• Wie entstehen die gasförmigen Stoffe, die Stickstoff enthalten?
• Wie z.B. wird der Stickstoff dem Gewässer entzogen?

Damit am Pflanztag die Gewässeranalysen reibungslos durchgeführt werden konnten, stellten die Gymnasiasten die Analysensets vor und übten mit den Kindern die Gewässeranalyse. Dass Wasser Salze enthält, die die Pflanzen zur Ernährung brauchen und deren Vorkommen man mit Hilfe von Farbstoffreaktionen sichtbar machen kann, wurde vermittelt.

Am Tag der Inbetriebnahme der AMOVA durchliefen die Schülerinnen und Schüler drei Stationen. Jede Gruppe konnte 2,5 bzw. 3 qm der AMOVA mit Schilfpflanzen (ca. 40 Pflanzen) versehen, musste entweder in der Mitte des Gewässers oder an der Anlage eine Gewässerprobe analysieren (d.h. den Gehalt an Ammonium, Nitrit, Nitrat und Phosphat bestimmen) und bekam durch die Umwelt-AG des Gymnasiums Zitadelle einen Einblick in weitere limnologische Untersuchungsmethoden (Mikroskopieren, Bestimmen und Analysieren mit dem Fotometer).

Zuletzt besuchten uns die Grundschüler im neuen Naturwissenschaftsraum im Erweiterungsbau des Gymnasiums, um die Untersuchungsdaten auszuwerten und das gewonnene Wissen zu festigen. Zuletzt traf sich der Differenzierungskurs noch mit einem Pädagogikkurs der 11. Jahrgangsstufen, um das Unterrichten zu reflektieren.

Am Tag des Wassers begann der gemeinsame Unterricht von Grundschülern und Gymnasiasten in der Grundschule.

Der Projekttag (10. Mai 2004): Die SchülerInnen arbeiteten im Laufe des Vormittages an drei Stationen.

Teilnahme am Stiftungstag

Am 08. Oktober 2004, dem Stiftungstag der Rütgers-Stiftung, galt es, das innovative Projekt in Castrop-Rauxel bei Rütgers Chemicals vorzustellen. Alena Bräuer, Schülerin des Gymnasiums Zitadelle erläuterte die Genese der Anlage mit Hilfe einer Power-Point-Präsentation, die von ihrem Bruders Jesko, ebenfalls Schüler am Gymnasium Zitadelle, erstellt worden war. Das Unterrichtsprojekt wurde von vier Grundschülern (Verena Hoppstock, Lea Nünninghoff, Beat Bürgler und Mathias Bähr) anschaulich vorgetragen. Beim anschließenden Markt der Möglichkeiten erntete die Gruppe schließlich viel Lob. Begleitet wurde die Schülerdelegation auch von der Grundschullehrerin Frau Christa Flecke.

Die RÜTGERS Stiftung fördert das innovative naturwissenschaftliche Unterrichtsprojekt der Umwelt-AG des Gymnasiums Zitadelle der Stadt Jülich mit “Wasserreinigung durch Schilfpflanzen mit 10000 Euro.

Weitere Sponsoren:

Folgt in Kürze!

(Seite zum Projekt Chemie II im alten Homepage-Design)

Fachhochschule Aachen (Abteilung Jülich)

Für OberstufenschülerInnen besteht die Möglichkeit, die Jülicher Abteilung der Aachener Fachhochschule zu besuchen. Hier bietet sich z. B. der Bereich Umweltanalytik (ökologische Chemie) der Abteilung Chemie und Biotechnik an. Somit können die bei der Arbeit im Wasserschulgarten gewonnenen Erfahrungen im analytischen Bereich ausgeweitet werden. Zudem gewinnen die SchülerInnen einen Einblick in die professionelle Gewässeranalytik.

Frau Dipl.-lng. Schuster führt interessierte SchülerInnen in Grundlagen der Polarographie und der Ionenchromatographie ein. Mit diesen Methoden kann z.B. eine mitgebrachte Probe aus dem Wasserschulgarten auf Schwermetalle und auf für die Gewässeranalytik relevante Ionen untersucht werden.

Prof. ELBERS, der Leiter der Abteilung, steht auch für Fragen der SchülerInnen zur Verfügung. Da Studenten der FH bereits Exkursionen zum Wasserschulgarten durchgeführt haben, können die Messdaten von den Studenten zum Vergleich herangezogen werden.

Diese Kooperation soll fortgeführt werden. Für 2008 wurde bereits vereinbart, dass Schüler der Umwelt-AG den Fachbereich besuchen.
Immer wieder absolvieren einige Schüler der Jahrgangsstufe11 ihre Praktika in der Fachhochschule.