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Summary

Anbei die Zusammenfassung für den Kurs "Einführung in die Biologiedidaktik für den Sachunterricht". Die Zusammenfassung unterteilt sich in die einzelnen Vorlesungen. ...

Description

Vorlesung 1: Einführung/ Inhalte der Biologie – Kerncurriculum Kompetenzziele 1. Die zentralen fachlichen Strukturprinzipien des biologischen Kerncurriculums erläutern und Unterrichtsinhalte einordnen können 2. Die Kennzeichen des lebendigen an Beispielen erklären und als Ordnungsprinzip für biologische Inhalte nutzen können 3. Einen Überblick über das Themenfeld Natur, die Basiskonzepte und Kompetenzen des Kerncurriculum Sachunterricht haben (Literatur) 4. Grundbegriffe der Auswahl Strukturierung und Anordnung von Lerninhalten erläutern und anwenden können

Biologisches Curriculum 1. Strukturierung: Wie sind Inhalte strukturiert? 1. Fachstruktur (Vielfalt, Grundphänomene, Anwendung) 2. Basiskonzepte und Inhaltsfelder 3. Kompetenzbereiche 2. Auswahl: Was soll gelehrt werden 1. exemplarische Auswahl (systematisch und begründet) 2. Curriculumdetermination (Didaktische Analyse) 3. Anordnung: Wie sollen die Inhalte sequenziell angeordnet werden? 1. Spiralcurriculum

1.1 Fachstruktur Biologische Vielfalt (=Biodiversität) ist ein Phänomen der organismischen (=Arten), genetischen und ökologischen Vielfalt in der Natur. Sie hat sich im Laufe der Erdgeschichte durch Evolution entwickelt.

Biologische Vielfalt in Biologie und Unterricht

Kennzeichen des Lebendigen -

Struktur und Funktion

-

Stoff- und Energiewechsel

-

Fortpflanzung und Vererbung

-

Wachstum und Entwicklung

-

Reizaufnahme und Reaktion

-

Wechselwirkung mit der Umwelt

→ Evolution

Am Beispiel der Schnecke Struktur und Funktion: Körperbau erfüllt bestimmte Funktion: Schneckenhaus, Raspelzunge, Bewegung, Fühler Stoff- und Energiewechsel: Ernährung heterotroph: Salatfresser Fortpflanzung und Vererbung: Geschelchtliche Vermehrung: Eier legend, Zwitter, Liebespfeil Wachstum und Entwicklung: Vom Ei zur Schnekce Reizaufnahme und Reaktion: Sinne erfassen Umwelt: Sinnesleistungen, Reaktion auf Reize Wechselwirkung mit der Umwelt: Abiotische und biotische Faktoren: Feuchte Lebensräume, Temperatur, Feinde Am Beispiel des Schneeglöckchens Struktur und Funktion: Wurzel (Zwiebel, Wasseraufnehme, Energiespeicherung), Stängel (Wasserleitung), Blätter (Fotosynthese) Stoff- und Energiewechsel: Ernährung autotroph über Blätter/ Speicherstoffe in der Zwiebel Fortpflanzung und Vererbung: generativ (Bestäubung durch Pollen) → geschlechtlich; vegetativ: aus der Zelle neue Pflanze (Bsp. Zwiebel teilt sich) Wachstum und Entwicklung: Keimung und Wachstum Reizaufnahme und Reaktion: Zum Licht neigen, Sinn, wo oben und unten ist Wechselwirkung mit der Umwelt: Tag/Nacht (können Anteil von Hell und Dunkel wahrnehmen) , Temperatur → Frühblüher

Zusammenfassung: Was sind die zentralen Inhalte und fachlichen Strukturprinzipien der Biologie? → Biologie ist die Wissenschaft vom Lebendigen

Sie ist charakterisiert durch: -

Beschreibung der Vielfalt der Organismen (Arten und Lebensräume)

-

Biologische Theorien zu Grundprinzipien (Kennzeichen) des Lebendigen!

-

Anwendung biologischer Erkenntnisse und Methoden in Alltag und Gesellschaft (Ernährung, Gesundheit, Biotechnik, Gentechnik, Umweltprobleme)

Beispiele

1.2 und 1.3 Basiskonzepte & Inhaltsfelder und Kompetenzbereiche -

Kerncurriculum

-

Basiskonzepte: Leben ist Veränderung, Dinge Lebewesen beeinflussen sich gegenseitig, nur mit Energie kann man etwas tun, auf der Welt geht nichts verloren, Menschen gestalten

-

Inhaltsfelder: Gesellschaft und Politik, Natur, Raum, Technik, Geschichte und Zeit

-

Kompetenzbereiche: Erkenntnisgewinnung, Kommunikation, Bewertung

-

Kompetenzorientierung

2.1 und 2.2 Exemplarische Auswahl und Curriculumdeterminanten

Am Beispiel Wald

3.1 Spiralcurriculum

Am Beispiel gesunde Ernährung

Vorlesung II- Erkenntnismethoden der Biologie-Erkenntnisgewinnung Kompetenzziele 1. Den Kompetenzbereich „Erkenntnisgewinnung“ im Kerncurriculum bzw. Perspektivrahmen beschreiben können. 2. Den Prozess naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung (Frage, Hypothese, Planung/Durchführung, Auswertung) an biologischen Themen des Sachunterrichts beschreiben bzw. an Hand einfacher Beispiele entwickeln können. 3. Schülerfähigkeiten und –fehler bei der Erkenntnisgewinnung beschreiben können. 4. Die Unterrichtsmethode des forschenden Lernen charakterisieren können 5. Sicherheitsaspekte für das praktische Arbeiten im Unterricht beschreiben können.

Kompetenzen naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung

-

Betrachten, Beobachten, Untersuchen,

-

Sammeln, Vergleichen, Ordnen, Klassifizieren, Bestimmen,

-

sensorische Wahrnehmungen (schmecken, riechen, hören, tasten),

-

Vergleich von Sinneswahrnehmung und Messverfahren,

-

Pflegen und Gestalten,

-

Formulieren von Vermutungen und Deutungen, Interpretieren,

-

Planen, Durchführen, Messen und Auswerten von Versuchen,

-

Begründen und Überprüfen von Aussagen, Formulieren und Bewerten von Erklärungen,

-

Beschreiben, Dokumentieren, Protokollieren, sachkundiges Zeichnen, Erstellen und Auswerten von Tabellen und Diagrammen

Naturwissenschaftliche Perspektive (Biologie) Naturwissenschaftliche Inhalte (was geforscht wird) ➢ Grundphänomene des Lebendigen ➢ Vielfalt und Systematik ➢ Anwendung der Biologie Naturwissenschaftliche Methoden (wie geforscht wird) ➢ Prozess der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung ➢ Untersuchungsmethoden ➢ Labor-Techniken

Erkenntnisprozess Fragestellung formulieren = was will ich herausfinden

Hypothese= Mögliche Lösung der Frage → wiederlegbar aber begründet!

Überprüfung in Experiment oder Beobachtung

Wiederlegung → neue Hypothese

Bestätigung (vorläufig) → Modell oder Theorie formulieren

Am Beispiel von Helmont Ausgangssituation/ Naturwissenschaftliche Problem: Woher kommt die Pflanzenmasse (Biomasse)? Fragestellung: Woher kommt die Pflanzenmasse (Biomasse)?

Hypothese: Pflanzenmasse gewinnen ihre Biomasse aus der Erde.

Überprüfung: durch Versuch → Masse der Pflanze hat nach 5 Jahren zugenommen, Masse des Topfes und der Erde blieb gleich Wiederlegung/Bestätigung (Schussfolgerung): Wiederlegung der Vermutung, dass Erde weniger wird, also Biomasse wird nicht aus der Erde gewonnen → seine Schlussfolgerung/ neue Hypothese: Biomasse wird aus dem Wasser gewonnen

Vereinfachter Erkenntnisprozess

Wichtig: „Untersuchung planen“ und „Daten auswerten“ voneinander trennen, weil die Beobachtungen wiederholbar sind → immer gleich Ergebnisse; Interpretationen sind abhängig vom aktuellen Wissenstand → nicht immer gleich

Methoden als Bildungsziel?

Pro

Contra ➢ Der wissenschaftliche

➢ Der wissenschaftliche

Erkenntnisprozess schult das

Erkenntnisprozess ist für Kinder zu

wissenschaftliche Denken

anspruchsvoll

➢ Praktische Untersuchungen (z.B. Experimente) fördern das Interesse an den Naturwissenschaften ➢ Forschendes Lernen ermöglicht ein selbstständiges Entdecken Beim ➢ Untersuchen wird sorgfältiges

➢ Die Aufmerksamkeit wird von den zu lernenden Fachinhalten abgezogen ➢ „Selbst entdecken“ kommt nur den Lernstarken entgegen ➢ Untersuchungen kosten viel Unterrichtszeit, die wo anders fehlt.

Arbeiten gelernt

Erkenntnismethoden im Sachunterricht

Kennzeichen des Lebendigen

Beobachtungen/Experimente/Vergleichen

Struktur und Funktion

Pflanzenorgane und ihre Funktion, Sinnesorgane (Mensch) und ihre Funktion Tierbeobachtung (z.B. Regenwurm, Schnecke)

Stoffwechsel

Transpiration, Wasserleitung, Photosynthese, Lebensmittel untersuchen (Inhaltsstoffe) Blutkreislauf/Atmung/Puls (beim Menschen)

Wachstum und Entwicklung

Keimung von Pflanzen, Größenwachstum Entwicklung bei Insekten (Metamorphose)

Fortpflanzung

Bestäubung, Samenverbreitung, Ableger

Reizbarkeit / Verhalten

Wachstumsbewegung (zum Licht), Sinnesleistungen beim Menschen, Verhalten von Tieren

Wechselwirkung / Umwelt

Lebensgemeinschaften beschreiben (Tiere, Pflanzen/Blätter ordnen, Arten bestimmen), jahreszeitliches Beobachten

Schwierigkeiten bei Schülern (Text) 1. Untersuchungsfrage formulieren ➢ können zwischen naturwissenschaftlichen Fragen und anderen Fragen nicht unterscheiden 2. Hypothesen generieren ➢ gehen nicht prüfend vor, sondern versuchenden einen Effekt erzielen ➢ SuS fällt es schwer mehrere Hypothesen zu finden 3. Untersuchungen planen ➢ SuS variieren mehrere Variablen ➢ Variablenkontrolle fehlt ➢ SuS erheben nur beständige Daten → keine Belege, die ihre Hypothese wiederlegen könnten 4. Daten interpretieren ➢ Schlussfolgerungen, die nicht zu den Daten passen ➢ Keinen Bezug zur Hypothese ➢ Halten an Hypothese fest, auch wenn sie sie wiederlegt haben

Forschendes Lernen – Unterrichtsschritte

Sicherheit im Unterricht -

Schüler in „Laborarbeit“ einweisen, auf Gefahren hinweisen

-

Ordnungsgemäßen Zustand von Geräten prüfen

-

Hygienische Grundregeln beachten (essen, trinken)

-

Gefährdungen durch giftige Tiere und Pflanzen sind auszuschließen

-

Besonderen Umgang mit Mikroorganismen (Schimmel) beachten.

-

Sicherer Umgang mit gefährlichen Stoffen nur durch Lehrperson (Gefahrensymbole kennen und beachten).

Vorlesung III: Angepasstheit bei Tieren – Außerschulische Lernorte Kompetenzziele 1. Fachbegriffe sachgerecht anwenden: z.B. Form und Funktion, Angepasstheit, Modifikation, Gleichwarm/Wechselwarm, u.a. 2. Die Angepasstheit des Maulwurfs beschreiben können 3. Überwinterungsformen als Anpassungen beschreiben können 4. Phänomene des Form/Funktion-Zusammenhangs bei Tieren als Angepasstheit an ihre Umwelt interpretieren können (z.B. Zootiere) 5. Die Methodik von Lerngängen (Vorbereitung, Durchführung, Auswertung) an außerschulische Lernorte beschreiben und hinsichtlich Vor- und Nachteilen bewerten

1. Begriffe

Angepasstheit -

Zustand der funktionalen Passung der Eigenschaften eines Lebewesens (Bau/Form, Lebensweise) zu seiner spezifischen Umwelt (abiot. Faktoren, Nahrung, Feinde)

-

Angepasstheit erscheint als (scheinbare) „Zweckmäßigkeit“

Anpassung (phylogenetische Adaptation) -

Evolutionärer Angepasstheit.

Modifikation

(passiver!)

Prozess

der

phylogenetischen

Entwicklung

von

-

eine hervorgerufene Veränderung des Phänotyps von Lebewesen (äußeres Erscheinungsbild) auf Grund von Umweltfaktoren, ohne Veränderung des Genotyps (ist also nicht vererbbar).

Gleichwarm/ Wechselwarm Wechselwarme Tiere •

haben eine wechselnde Körpertemperatur (je nach ihrer Umgebung)

•

sind Fische, Amphibien, Reptilien, Insekten und wirbellose Tiere

Gleichwarme Tiere •

haben immer die gleiche Körpertemperatur (es sei denn, sie sind krank)

•

sind Säugetiere und Vögel

2. Angepasstheit des Maulwurfs

3. Überwinterungsformen als Anpassung

Strategien zur Überwinterung durch Senkung des Stoffwechsels

4. Angepasstheit an Lebensräume – Zootiere

Zusammenfassung Angepasstheit: -

Die Form von Lebewesen (i.w.S., Körperbau, Organe, Struktur, Oberfläche, Verhalten) erfüllt eine biologische Funktion (Form und Funktion!/funktionale Struktur)

-

Die spezifische Form i.w.S. und ihre Funktion ist eine Angepasstheit an die abiotischen und biotischen Umweltbedingungen des Lebewesens (Angepasstheit)

-

Die Angepasstheit hat sich durch Evolution im Laufe der Stammesgeschichte entwickelt (phylogenetische Entwicklung/Adaptation).

5. Die Methodik von Lerngängen (Vorbereitung, Durchführung, Auswertung) an außerschulische Lernorte

I. Vorbereitung -

Vorbesichtigung des Lernortes, Absprachen treffen (Ziele, Zeit, u.a.)

-

Planung des Lernganges (Elterninformation,Transport, Geld, Kleidung, u.ä.)

-

Vorbereitung im Unterricht: inhaltliche Vorbereitung, Materialien, u.a.

II. Durchführung -

Orientierung: Ansprechpartner, Vorstellung, Formalia, u.ä.

-

Durchführung: Kommunikation anregen, Struktur und Disziplin, Arbeitsblätter, Fragen anregen, Pause/Essen, u.ä.

-

Abschuss: Sammeln, Fragen klären, Abschied, Rückfahrt organisieren

III. Auswertung -

Eindrücke sammeln, Rückblick auf Lerngang

-

Auswertung mitgenommener Objekte, Materialien, Fragen

-

Weitere Bearbeitung des Unterrichtsthemas

Vorteile

Nachteile

Vorlesung IV: Bau und Funktion der Pflanzenorgane – Experimentieren Kompetenzziele Fachlicher Aspekt 1. Die Unterschiede zwischen einem Tier und einer Pflanze benennen können. 2. Bau und Funktion der drei Grundorgane einer Pflanze beschreiben können. 3. Funktionale Abwandlung (Metamorphosen) der Grundorgane und deren Angepasstheit beschreiben können Biologiedidaktischer Aspekt 4. Ein Experiment (mit systematischer Variablenkontrolle!) zu einfachen fachlichen Inhalten (Thema Pflanzen) planen können.

1. Unterschied Tier und Pflanze

2. Bau und Funktion der drei Grundorgane einer Pflanze Die Drei Grundorgane: Wurzel, Sprossachse und Blatt

Sprossachse → Transport und Stabilisierung

Blatt → Photosynthese und Gasaustausch

Wurzel → Wasser- und Mineralstoffaufnahme

3. Metamorphose Abwandlung der drei Grundorgane → evolutionäre Anpassung einer Pflanze an ihre jeweiligen Umwelt Bedingungen, die neue oder zusätzliche Funktion erfüllt

4. Ein Experiment (mit systematischer Variablenkontrolle!) zu einfachen fachlichen Inhalten (Thema Pflanzen) planen können.

Systematische Variablenkontrolle

Vorlesung V: Anbau und Wachstum von Pflanzen – Schulgarten Kompetenzziele Fachlicher Aspekt 1. Wachstum und Entwicklung (inkl. Lebenszyklus) bei Pflanzen definieren können. 2. Stoff- und Energiewechsel von Pflanzen (Fotosynthese, Wasser- und Mineralstoffhaushalt) beschreiben können. 3. Fortpflanzung (sexuelle und asexuelle) bei Pflanzen und ihre gärtnerische Anwendung an Beispielen beschreiben können. Fachdidaktischer Aspekt 4. Ziele, Inhalte und Projekte im Schulgarten beschreiben können 5. Konzept und biologische Prinzipien von ausgewählten, gärtnerischen Projekten (z.B. Hügelbeet, Mischkultur, …) beschreiben können 6. Das Konzept der phänologischen Jahreszeiten beschreiben können.

1. Definition - Wachstum und Entwicklung Wachstum: Vollzieht sich bei Samenpflanzen als Zellteilungs- und Zellstreckungswachstum. Entwicklung:

Abschnitte

(Keimung,

vegetative

und

die

generative

Phase)

der

Individualentwicklung (Ontogenese). Die Entwicklung vollzieht sich von der Befruchtung bis zum Tod und ist mit Wachstumsvorgänge verknüpft.

2. Stoff- und Energiewechsel von Pflanzen

1. Photosynthese (Assimilation) und Atmung (Dissimilation)

Pflanzen spalten mithilfe der Sonnenenergie Wasser und bilden aus dem Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid Glucose. Dabei wird der Sauerstoff aus dem Wasser frei. Dieser Prozess läuft in den Chloroplasten ab: 6 H2O + 6 CO2 → C6H12O6 + 6 O2

Tiere und Pflanzen verbinden im Prozess der Atmung Wasserstoff aus der Glucose und Sauerstoff zu Wasser. Dabei wird in Energie gewonnen und Kohlenstoffdioxid frei. Dieser Prozess läuft in den Mitochondrien ab: 6 H2O + 6 CO2 --C6H12O6 + 6 O2

2. Wasseraufnahme und Transpiration Pflanzen benötigen Wasser für Turgor (Zellinnendruck/Vakuolen) und Photosynthese. Wasser dient als Transportmedium in der Pflanze und wird über Stomata abgegeben (Transpiration).

3. Mineralstoffaufnahme Zum Aufbau org. Substanzen benötigen Pflanzen Mineralstoffe (N, P, K, S, Ca, Fe, Mg)

3. Fortpflanzung (sexuelle und asexuelle) bei Pflanzen und ihre gärtnerische Anwendung Fortpflanzung: Ausbildung einen neuen Generation, in der Regel gekoppelt mit der Vermehrung, d.h. der Vervielfältigung der Individuenzahl

Sexuelle (geschlechtliche, generative) Fortpflanzung Sexualvorgang = Verschmelzung zweier Gameten zur Zygote neue Kombination des genetischen Materials

Asexuell (ungeschlechtliche, vegetative) Fortpflanzung Prrozesse der Mitose und Zellteilung Entstehung genetisch identische nachkommen

Fortpflanzung - Blüte

Pflanzenvermehrung im Garten

4. Ziele, Inhalte und Projekte im Schulgarten

Ziele Originale Begegnung -

Wiedergewinnung unmittelbarer primärer Erfahrung

-

Ästhetisch-sinnliches Erleben

-

Sensibilisierung für Umweltphänomene und Umweltprobleme

-

Verständnis von Prinzipien gesunder Lebensführung.

Fachliches Lernen -

Verstehen von Naturkreisläufen und –zusammenhängen

-

Wahrnehmen und Erkennen von Tieren und Pflanzen

-

Ernährungs-/Gesundheitserziehung

Übernahme von Verantwortung -

Regelmäßige Pflegearbeiten

-

Sachgerechter Umgang mit Geräten

Praktisches, gemeinsames Arbeiten -

Kennenlernen und Beherrschen gärtnerischer Arbeitsvorgänge

-

Ernten und Verarbeiten der Pflanzen

Natur gestalten und pflegen -

Nützlinge Pflegen

-

Nachhaltig Wirtschaften

Inhalte Pflanzenbau:

Gemüsebeete,

Blumenbeete, Obstgarten,

Kräutergarten, Mischkultur,

Hügelbeet, Kräuterspirale, Gewächshaus Gärtnerische Arbeiten: Natur/Garten im Jahreslauf, Boden bearbeiten, Komposthaufen anlegen, Mulchen, Schädlingsabwehr, Nesthilfen bauen Gartenleben: Kräuterquark, Obstsalat, Erntedankfest, Einladung der Eltern

Projekte a) Kartoffel b) Anlage von Mischkulturbeeten c) Anlage eines Hügelbeetes d) Anlage einer Kräuterspirale e) Natur im Jahresverlauf f) Gewächshaus

5. Konzept und biologische Prinzipien von Projekten

b) Anlage von Mischkulturbeeten - Biologisches Prinzip: -

Optimale Lichtnutzung durch breit- und schmalwüchsige Pflanzen

-

Optimale Nährstoffnutzung durch unterschiedliche Ansprüche

-

Vermeidung von Schädlingen (z.B. Zwiebel und Möhren)

-

Gegenseitig positive Beeinflussung durch Pflanzenstoffe

c) Anlage eines Hügelbeetes – Biologisches Prinzip -

erhöhte Sonnenstrahlung durch schräge Exposition (mehr Wärme)

-

Kompostdünger von unten

-

intensives Bodenleben (Regenwürmer)

-

Mischkultur

d) Anlage einer Kräuterspirale -

Unterschiedliche Umweltbedingungen (Boden/Feuchte) von Oben (sonnig/trocken) nach Unten (schattig/feucht)

-

Anbau v...