Sarah Dannemann Prof. Dr. Harald Gropengießer Prof. Dr. Kai Niebert

Lernangebote, Vorstellungen undErfahrungen im BiologieunterrichtProf. Dr. Harald Gropengießergropengiesser@idn.uni-hannover.deProf. Dr. Kai Niebertniebert@leuphana.deSarah Dannemanndannemann@idn.uni-hannover.de

LuftCO2Niebert, K., & Gropengießer, H. (2012). Understandingand communicating climate change in metaphors. EER(Lukas, 18 J.)Niebert, K., & Gropengiesser, H. (2013). Understandingthe Greenhouse Effect by Embodiment, IJSE

The Cube Model:Learning biology with MERs(Treagust & Tsui, 2013)

Verkörperte VorstellungenPhänomene, die direkt erfahrbarsind, können direkt verstandenwerden.Imaginative VorstellungenPhänomene, die nicht direkterfahrbar sind, werden imaginativerschlossen.

14_Kap 21.10.2009 11:18 Uhr Seite 371ArbeitstechnikenAnwendung Ein Karyogramm ist eine Darstellung kondensierterChromosomen, die paarweise angeordnet2. Erfahrungen stiftenwerden.Eine Karyotypisierung (= Chromosomenspreitung; Erstellungeines Karyogramms) kann eingesetzt werden, um chromosomaleVeränderungen (Aberrationen), wie abweichendeChromosomenzahlen, bei bestimmten Erbkrankheitenwie dem Down-Syndrom (eine spezielle GenommutationErweiterung Erfahrung: Bakterienbeim Menschen) nachzuweisen.das eine Krankheit bedingen kann (nennen wir es Allela) codiert entweder für ein fehlerhaftes Protein oderdas Protein wird überhaupt nicht gebildet. Im Fall einerrezessiven Erbkrankheit zeigen Heterozygote (Aa) dennormalen Phänotyp („Wildtyp“), da das vorhandenenormale Allel (A) eine ausreichende Menge des funktionstüchtigenProteins herstellt, während das Mutantenallel(a) kein Genprodukt liefert, das dessen Funktionstört. Eine rezessive Erbkrankheit tritt deshalbTechnik Zur Erstellung eines Karyogramms werden somatischeZellen mit einem Wirkstoff behandelt, der die Mitoseanregt. Die Zellen wachsen dann einige Tage in Kultur. DerTeilungszyklus wird dann während der Metaphase unterbrochen(„arretiert“) und die Chromosomen werden angefärbt,mikroskopisch untersucht und fotografiert. Aus demFoto werden dann die einzelnen Chromosomen zu homologenPaaren nach ihrer Größe und Form angeordnet. (SieheAbbildung rechts)Arbeitsweisen: Experimentdefinitionsgemäß nur im homozygoten Erbfall in Erscheinung,wenn ein Individuum zwei Kopien des Mutantenallelsa geerbt hat (aa). Beide Eltern müssen hieralso eine Kopie dieses Allels beigesteuert haben. Obwohlsie selbst gesund sind, können Heterozygote dasdie betreffende Krankheit bestimmende Allel a an ihreAbbildung 13.3: Erstellung eines Karyogramms.Nachkommen weitergeben. Man bezeichnet solche Individuenals Merkmalsträger. Abbildung 14.16 stellt dieseZusammenhänge am Beispiel von Albinismus dar.46 Chromosomen. Im Verlauf der Mitose verdichtenMeistens entwickeln sich rezessive Erbkrankheitensich die Chromosomen so stark, dass sie einzeln imbei Kindern, deren Eltern Träger der entsprechendenLichtmikroskop erkennbar werden. Sie unterscheidensich in ihrer Größe, der Lage des Centromers sowie inAllele sind, also den normalen Phänotyp zeigen undein Paar homologer,replizierterChromosomen14.4 Viele Merkmale des Menschen werden nach Centromer den Mendel’schen Regeln vererbtEizelleAanormalAaSpermiumAAAnormalAanormal(Allelträger)Elternnormal× AaSchwesterchromatidenMetaphasechromosomaAanormal(Allelträger)aaFoto: Albinismus5 µmErgebnis DiesesAlbinoKaryogramm zeigt die Chromosomen einesgenetisch „normalen“ Mannes. Die Größe der Chromosomen,die Lage der Centromere und das Bänderungsmusternach der Anfärbung dienen zur Identifizierung der einzelnenChromosomen. Obgleich es in einem solchen Karyogrammnur schwierig zu unterscheiden ist, besteht jedesMetaphasenchromosom aus zwei eng aneinanderliegendenSchwesterchromatiden (2-Chromatidchromosomen). DieSchemazeichnung zeigt ein homologes Paar der repliziertenChromosomen.den Farbmustern, die sie bei der Anfärbung mit be-Abbildung 14.16: Albinismus: ein rezessiver Phänotyp. Die beidenhier gezeigten Mädchen sind Geschwister, wobei eines eine normaleHauttönung aufweist, während das andere ein Albino ist. Diemeisten rezessiven Homozygoten werden als Kinder von Eltern geboren,die zwar Merkmalsträger sind, selbst aber einen „normalen“(Wildtyp-)Phänotyp zeigen. Das Punnet-Quadrat verdeutlicht hier diegenetischen Grundlagen.Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Schwester mit der normalenHautpigmentierung duums. Bei ein der Allel Aufreihung für Albinismus der Chromosomen trägt? stelltArbeitsweisen: Ökologieman fest, dass sich definierte Paare ergeben. Die beidenChromosomen eines Paares gleichen sich in Größe,Lage des Centromers und ihrem Bandenmuster beiIm Allgemeinen findet man Erbkrankheiten nichtder Anfärbung. Man sagt, dass solche ChromosomenEinzeller Video: Einzeller

Fragestellung und Untersuchungsdesign‣ In welcher Form lassen sich die verschiedenenRepräsentationen im Biologieunterricht wiederfinden?‣ Welche Rolle spielt die Erfahrungsstiftung und dieReflexion von Erfahrung in der Unterrichtsgestaltung?Training vonKodiererinnenVideographie undKodierung von16 BiologiestundenInterviewsmit zweiLehrerinnen

Ergebnisse 1:Zahl und Art der Lernangebote im BiologieunterrichteventbasierteCodierungVorstellungen bezeichnen Erfahrungen stiften Erfahrungn reflektieren21281410148 291071 1713Ökologie1. Angebote, die Vorstellungen Genetik bezeichnen Wirbellose überwiegen Neurophysiologieim Unterricht.2. In jeder Stunde3x45 min 2x90 waren minAngebote präsent, 2x60 mindie Erfahrungen 2x60 min stiften.3. Erfahrungen und Vorstellungen werden selten reflektiert.Cytologie5x45 min

Wachstum von PopulationenDatum:Feldmaus Microtus arvalisGeschlechtsreife: ab dem 12. LebenstagAbbildungen aus Schulbuch (2005). Natura Biologie für Gymnasien Oberstufe.Ergebnisse 2: ErfahrungsstiftungArbeitsblatt 2 Tragzeit:im Biologieunterricht19 – 21 TageFortpflanzungszeitraum: März 1. – Auflage. September Stuttgart: Ernst Klett.102102 4914 1410Das LOTKA-VOLTERRA-Modellzur Räuber-Beute-BeziehungDatum:Abb. der Feldmaus. www.nabu-schwieberdingen.de.Annahme:Eine in der Anfang Biologie März besonders leben 20 bekannte Feldmäuse Räuber-Beute-Beziehung auf einem Acker. Im Zeitraum ist die von zwischen März bis den September in Nordkanada bekommenlebenden Schneeschuhhasen jeweils 2 Feldmäuse (Beute) jeden Monat und 6 Luchsen Junge. Das (Räuber). Geschlechterverhältnis In dieser kalten ist und stets schneereichen ausgeglichen. Regionbilden die beiden Populationen eine fast gänzlich isolierte Nahrungskette. Aufgrund von Fellzählungender Hudson Bay Company zwischen 1800 und 1940 konnte die Entwicklung beider Populationen genauZeitraumdokumentiert werden (siehe Grafik).März 20 20 20April 80 80 80Mai 140 320 318Juni 200 1280 1090Juli 260 5120 2078August 320 20480 1985September 380 81920 1996kumulierte Angebote über 16 USTabelle verändert nach Arbeitsbuch (2010). Markl Biologie Oberstufe. 1. Auflage.Stuttgart: Ernst Klett.46Aufgaben:4. Erfahrungsstiftungen werden häufig als »Kulisse« für Vorstellungenbezeichnende Lernangebote genutzt.Zwischen 19201. StellenundSie1930dasversuchtenPopulationswachstumdie Wissenschaftlernach allen dreiLOTKAWachstumsmodellenund VOLTERRAgrafischdiedar.Beziehungzwischen Räubern und Beute durch ein mathematisches Modell zu beschreiben. Sie gelangten zu der2.1. Ordnen Sie den drei Modellen folgende Namen zu:Erkenntnis, dass die Entwicklung beider Populationen durch Regeln miteinander verknüpft ist. Sie- exponentielles Wachstumformulierten die-beidenlinearesfolgendenWachstumRegeln:- logistisches Wachstum5. Echte Erfahrungsstiftungen sind selten im Biologieunterricht.

Ergebnisse 3: Reflexion von ErfahrungenAnatomie der Zelle102 4914»Diese Zellen da heißen Palisadenzellen.Wisst ihr warum?«»Das ist, weil sie so aussehen, wie einZaun, ihr wisst schon, so ein Gartenzaun«

Ergebnisse 3: Reflexion von ErfahrungenKompartimentierung102 4914»Zellen sind wie verschiedene Räume ineinem Haus. […] In einem Haus gibt esauch eine Küche und ein Badezimmer undGott sei Dank ist da eine Wand zwischen unddas sind verschiedenen Reaktionsräume.Aber natürlich ist das viel kleiner in denZellen.«

Ergebnisse 3: Reflektion von Erfahrungen102 491144914Reflexion von Erfahrung?Reflexion von Erfahrungen.Vorstellung bezeichnen!26. Es wird auf Erfahrungsbezüge verwiesen; Begrenzungen der Analogien werdennur z.T. vorgegeben und meist nicht explizit mit den Lernern reflektiert.

Ergebnisse 4: Interview zum Stiften von Erfahrungen171413»Ich frage mich immer: Was sollen die Schülerlernen und wie kann man das dann möglichstanschaulich machen. […] Je mehr manpraktisch macht, desto besser ist das für denErkenntnisgewinn.«»Es geht darum, möglichst viele Sinneanzusprechen.«Ist»In Klasse 11 und 12 reicht ein Blick ins BuchErfahrungsstiftung reicht auch ist aus.« wichtig – besonders beiLehrerin, 7 Jahre Erfahrungjungen Lernern.

Ergebnisse 4: Interview zur Reflexion von Erfahrungen14»Auch in der Oberstufe verstehen die das mitBezügen viel, viel besser.«1713»Und es ist dann auch ein bisschen lustig unddie Schüler verstehen es dann auch einfachgut, wenn wir drüber diskutieren.«Ist»Ich nehme mir das nicht vor, das kommtdann einfach so. […] Ich vergleiche dannMetaphern und spontan Analogien Zellen werden mit Räumen.« in der Regel ungeplanteingesetzt.Lehrerin, 7 Jahre Erfahrung

Zusammenfassung114Ist2101. Angebote, die Vorstellungen bezeichnen, überwiegen imUnterricht.2. Erfahrungsstiftungen werden häufig als »Kulisse« fürVorstellungen bezeichnende Lernangebote genutzt.3. Echte Erfahrungsstiftungen sind selten im Biologieunterricht.4. Erfahrungen werden selten reflektiert.5. Metaphern und Analogien werden in der Regel spontaneingesetzt.6. Erfahrungsstiftung ist wichtig – besonders bei jungen Lernern.

Zusammenfassung114Hypothese:1. Angebote, die Vorstellungen bezeichnen, überwiegen imUnterricht.2. Erfahrungsstiftungen werden häufig als »Kulisse« fürVorstellungen bezeichnende Lernangebote genutzt.Im Biologieunterricht wird zu viel210Ist3. Echte Erfahrungsstiftungen sind selten im Biologieunterricht.erklärt und zu wenig gezeigt.4. Erfahrungen werden selten reflektiert.5. Metaphern und Analogien werden in der Regel spontaneingesetzt.6. Erfahrungsstiftung ist wichtig – besonders bei jungen Lernern.

Ausblick‣ Lassen sich diese Ergebnisse über die untersuchten Einzelfällehinaus bestätigen?‣ Wie lernwirksam sind die unterschiedlichen Arten vonLernangeboten?Kontakt & Download: www.kainiebert.deProf. Dr. Harald Gropengießergropengiesser@idn.uni-hannover.deProf. Dr. Kai Niebertniebert@leuphana.deSarah Dannemanndannemann@idn.uni-hannover.de

Lernangebote.zur.Konstruktion&& & & &Vorstellungen darstellen&In dieser Kategorie werden Lernangebote zusammengefasst, die Vorstellungen in Form von Textenoder Abbildungen benennen oder bezeichnen.& TextlichFotosynthesegleichung, Fließtexte & &Lernangebote, in denen Vorstellungen mitSchriftzeichen (Fließtexte, Tabelle, Formeln)dargestellt werden.& VisuellAbbildung des Citratzyklus, des Calvinzyklus, & &Lernangebote, die Vorstellungen abstrahiertNahrungsnetze, schematisierte Diagrammein visueller Formdarstellen.&&Verweis auf BeispielLernangebote, in denen Konzepte nichtabstrakt, sondern anhand von Beispielenpräsentiert werden.Nutzung von Metaphern oder AnalogienLebendige Metaphern und Analogien sindsolche, die als imaginativ erkennbar sind.„Habt ihr schon einmal Zucker in Tee gelöst?Erinnert ihr euch, was dabei passiert ist?“Herz Ist Pumpe, Proteinbiosynthese ist Hausbau,Zelle Ist Stadt, Atom Ist Galaxie&&&ImaI&&Highzen+flek+