modellkritik der schülermodelle zum thema blutgerinnung der klasse 8

Vera MicklerMarina StöhrMarina Schöllhorn[MODELLKRITIK DERSCHÜLERMODELLE ZUMTHEMA BLUTGERINNUNG DERKLASSE 8]Eine Dokumentation zum NWA-Modultag des staatlichen Seminars für Didaktikund Lehrerbildung (Realschulen) Reutlingen 20130

Inhaltsverzeichnis1. Vorwort ................................................................................................................. 12. Sachanalyse ........................................................................................................ 23. Didaktische Analyse ............................................................................................. 33.1 Einordnung des Themas in den Bildungsplan ................................................... 33.2 Einordnung des Themas in die Unterrichtseinheit ............................................. 33.3 Didaktische Reduktion ...................................................................................... 44. Modelle im Biologieunterricht ............................................................................... 44.1 Merkmale und Modellkritik der Schülermodelle Klasse 8 .................................. 44.2 Reflexion Modelle im Biologieunterricht ............................................................ 95. Abbildungsverzeichnis ....................................................................................... 106. Quellenverzeichnis ............................................................................................. 111

1. VorwortIm Rahmen des Modultages am staatlichen Seminar für Didaktik und Lehrerbildung(Realschulen) Reutlingen wurden im Fach Biologie der Klasse 8 ein Projektdurchgeführt, in dem Modelle zum Thema Blutgerinnung gebaut wurden.Modelle dienen dazu, Erkenntnisse zu gewinnen und Erkenntnisse zu vermitteln unddennoch zu begreifen, dass es sich lediglich um eine Abbildung der Wirklichkeithandelt. „Im Unterricht kommt es darauf an, Modelle zwar als Erkenntnishilfe zunutzen, jedoch die Unterschiede zur Realität, immer deutlich im Blick zu behalten.“ 1Die Blutgerinnungsmodelle der Klasse 8 werden in diesem Projekt kritisch betrachtetund beurteilt, um anhand dieser Erkenntnisse den Modelleinsatz im Unterricht zuverbessern und die Schüler auf die Schwierigkeit der Modelle aufmerksam zumachen.1 GRAF. (2012). Biologiedidaktik. S. 1911

2. SachanalyseBlutzusammensetzungBlut ist ein Bindegewebe, das aus Zellen besteht, die sich in einer flüssigen Matrix,dem Blutplasma, verteilen. 2Das Plasma transportiert die Blutzellen sowie Nährstoffe, Kohlenstoffdioxid undSauerstoff. Außerdem bringt es Hormone an ihre Zielorte. Das Plasma macht rund55% des Blutvolumens aus, der Rest sind die zelluläre Bestandteile Erythrozyten,Leukozyten und Thrombozyten. 3Rote Blutzellen oder Erythrozyten sind die bei Weitem häufigsten Blutzellen. IhreHauptaufgabe ist der Sauerstofftransport, ihre Struktur ist eng mit dieser Funktionverknüpft. Sie sehen aus wie kleine, runde Scheiben, die in der Mitte eingedellt sind.Sie enthalten den eisenhaltigen roten Blutfarbstoff Hämoglobin, der demSauerstofftransport dient. 4Die weißen Blutkörperchen, die Leukozyten, sind kugelförmig bis unregelmäßig. IhreAufgabe ist die Bekämpfung von Krankheitserregern. Um Erreger außerhalb derBlutgefäße zu erreichen, verändern sie ihre Form und zwängen sich durch dieZellzwischenräume der Gefäße.Die Blutblättchen oder Thrombozyten sind unregelmäßig geformte Zellen. Sieermöglichen die Blutgerinnung. 3BlutgerinnungIm Blut liegen die Bausteine der Fibrinfäden in einer gelösten Form vor. Erst wenndie Thrombozyten mit Sauerstoff in Kontakt kommen und zerfallen, werdenFibrinfäden aufgebaut und sichtbar. Diese Fibrinfäden verhaken sich ineinander undbilden ein Geflecht. In diesem Geflecht verfangen sich rote und weißeBlutkörperchen. Dabei wird das Geflecht immer dichter und es kann kein Blut mehraus der Wunde austreten. Man sagt das Blut gerinnt. 52 Vgl. CAMPBELL. (2009) Biologie. S. 12593 Vgl. ERLEBNIS NATURWISSENSCHAFT BIOLOGIE (2005). S. 34/354 Vgl. CAMPBELL. (2009) Biologie. S. 12605 ERLEBNIS NATURWISSENSCHAFT BIOLOGIE (2005). S. 382

3. Didaktische Analyse3.1 Einordnung des Themas in den BildungsplanDer NWA-Unterricht in der Realschule hat„die Aufgabe, ein ausdifferenziertes Verständnis von Begriffen, Prinzipien undProzessen der Naturwissenschaften aufzubauen.“ 6Dies soll in diesem kleinen Projekt dadurch erreicht werden, dass die Schüler sichdie Thematik nicht nur theoretisch anhand von Texten erarbeiten, sondern sich durchden Modellbau damit vertieft auseinandersetzen.Um ein Modell bilden zu können, ist es nötig, dass die Schüler„einen komplexen Sachverhalt in einfache Teilprobleme gliedern.“ 7Vor der Entwicklung des Modells, ist es notwendig, dass die Schüler dazu fähig sind,auf Modellebene zu denken und mit dem Modell das Phänomen der Blutgerinnungbeschreiben zu können. 8„Durch Kenntnisse von Bau und Funktion wichtiger Organsysteme können dieSchülerinnen und Schüler den eigenen Körper als komplexes System begreifen.“ 9Ein Teil dieses Systems stellt das Blut und damit auch die Blutgerinnung dar,weshalb die Schüler diese, mithilfe ihrer Modelle, beschreiben und erklären sollen. 103.2 Einordnung des Themas in die UnterrichtseinheitIn den Stunden vor dem Modellbau durch die Schüler wurden thematisch dieBestandteile und Aufgabe des Blutes sowie der Vorgang der Blutgerinnungbehandelt.1 Bestandteile des Blutes2 Aufgaben des Blutes3 Mikroskopieren eines Blutausstrich4 Blutgerinnung5 Modellbau6 MINISTERIUM FÜR KULTUS. (2004). Bildungsplan Realschule BW. S. 967 MINISTERIUM FÜR KULTUS. (2004). Bildungsplan Realschule BW.S. 978 Vgl. MINISTERIUM FÜR KULTUS. (2004). Bildungsplan Realschule BW.S. 979 MINISTERIUM FÜR KULTUS. (2004). Bildungsplan Realschule BW.S. 9910 Vgl. MINISTERIUM FÜR KULTUS. (2004). Bildungsplan Realschule BW.S. 993

3.3 Didaktische ReduktionEs ist zwar wichtig, dass die Schüler den Prozess der Blutgerinnung kennen, jedochkann nicht von ihnen verlangt werden, jeden einzelnen Blutgerinnungsfaktor und diedamit verbundenen, komplexen Abläufe zu kennen. Aus diesem Grund wird lediglichder entscheidende Faktor, die Umwandlung von Fibrinogen zu Fibrin, und damit dieFibrinnetzbildung thematisiert.4. Modelle im BiologieunterrichtBeim Einsatz von Modelle im Unterricht 11 muss beachtet werden, dass durch Modelleein Original nicht identisch nachgebaut wird, sondern eine vorhandene Theoriekonstruiert wird, die dem Original entsprechen soll. So kann ein Modelle sinnvoll oderunlogisch sein und bei dem Begreifen der Realität nicht von Nutzen. Daher istabzuwägen, ob Modelle im Unterricht eingesetzt werden sollten. „Modellversuchesind dann angebracht, wenn das Original nicht verfügbar oder für bestimmteUntersuchungen ungeeignet ist.“ 12 Ebenso ist von Bedeutung mit den Schülern zuklären, dass es sich lediglich um ein Abbild der Wirklichkeit handelt.Diese Modellkritik wird im Folgenden anhand der Schülermodelle beschrieben.4.1 Merkmale und Modellkritik der Schülermodelle Klasse 8Modell 1:Das Schülermodell istadressatengerecht, da es vonSchülern für Schüler gebautwurde. Die Schüler haben ausroter Pappe das Blutgefäßgebaut. Das Fibrinnetz ist ausWollfäden und Watte bebautworden. Die rotenBlutkörperchen, die sich imFinbrinnetz verfangen sind mitrotenPapierkugelndargestellt.Die Schüler haben das Modellfachlich richtig angefertigt,wodurch der RealitätsbezugAbbildung 1: Modell 1: Blutgefäß aus roter Pappe (Quelle: M.Stöhr. 2013)gegeben ist. Allerdings stimmen die Proportionen nicht. Auch das Netz ist nur sehr11 Vgl. ESCHENHAGEN (2010). FACHDIDAKTIK BIOLOGIE. S. 33712 ESCHENHAGEN (2010). FACHDIDAKTIK BIOLOGIE. S. 3394

undeutlich erkennbar, da die Schüler mit Watte und Fäden derselben Farbegearbeitet haben.Das Modell zeigt nur den Wundschorf und nicht den Verlauf der Blutgerinnung,weshalb es nicht selbsterklärend ist. Die Schüler haben ihr Modell deshalb dem Restder Klasse genauer erläutert. Das Modell zeigt nur einen Ausschnitt aus dem Ablaufder Blutgerinnung.Modell 2:Die Schüler haben die Blutgerinnung indrei Schritte eingeteilt und zu jedemSchritt ein Modell angefertigt. Dadurchumfasst das Modell die Gesamtheit derBlutgerinnung und nicht nur einenAusschnitt.Sie haben aus Pappe ein zur Hälfteaufgeschnittenes Blutgefäß gebaut. DieBlutplättchen sind mit rotenWattefäden, das Fibrinnetz und derWundschorf jeweils mit weißer Wattedargestellt. Zu jedem Schritt haben dieSchüler einen Pfeil mit der passendenBeschriftung angefertigt, wodurch dasModell selbsterklärend ist.Das Modell ist fachlich richtig und hateinen guten Realitätsbezug.Allerdings hätten die Schüler für einebessereVeranschaulichungunterschiedliches Material für dasFibrinnetz und den Wundschorf verwenden sollen.Abbildung 2: Modell 2: aufgeschnittenes Blutgefäßaus Pappe (Quelle: M. Stöhr. 2013)Modell 3:Die Schüler haben sich bei diesem Modell dazu entschieden, die Blutgerinnung infünf Schritte zu unterteilen und diese in einem Blutgefäß darzustellen. Dadurch wirddie gesamte Blutgerinnung in einem Modell zusammengefasst.Das Blutgefäß haben die Schüler aus einer aufgeschnittenen Papprolle gebaut, diesie mit rotem Papier ausgekleidet haben. Die Blutplättchen sind aus rotem Papier,das Fibrinnetz aus Taschentuchstreifen und der Wundschorf aus einer Mischung ausTaschentuchstreifen und Watte gebaut. Die roten Blutzellen im Wundschorf habendie Schüler mit rotem Filzstift gemalt.5

Abbildung 3: Modell 3: Blutgerinnung dargestellt in einem Blutgefäß (Quelle: M. Stöhr. 2013)Die Schüler haben bei ihrem 1. Schritt nicht gezeigt, dass die Blutplättchen sich ander Wunde anhäufen und das Blutgefäß so verengen. Dadurch ist das Modellfachlich nicht ganz korrekt.Die Schüler haben auch keine Beschriftungen zu ihrer Nummerierung vorgenommen.Das Modell ist also nicht selbsterklärend.Modell 4:Die Schüler haben sich dazu entschieden, die Blutgerinnung in ihrem Modell in fünfSchritten zu erklären. Zu jedem Schritt haben sie ein Blutgefäß gebaut, in dem dasVorgehen des entsprechenden Schrittes verdeutlicht wird. Das Modell zeigt somitden ganzen Vorgang derBlutgerinnung.Die Blutgefäße habendie Schüler aus Alufoliegebaut. Für dieBlutplättchenverwendeten die Schülerrot eingefärbte Watte.Das Fibrinnetz ist auseinem Mandarinennetzgefertigt.Da die Schüler in ihrenSchritten 1-4 immerdasselbe Materialverwendet haben ist esschwernachzuvollziehen,welchen Schritt derBlutgerinnung sie genauverdeutlichen wollten.Abbildung 4: Modell 4: Blutgerinnung in fünf Schritten aus Alufolie(Quelle: M. Stöhr. 2013)6

Sie hätten für die Darstellung der verschiedenen Schritte auch unterschiedlicheMaterialien verwenden sollen. Somit wird nicht klar, ob das Modell fachlich richtig ist.Das Modell ist dadurch auch nicht selbsterklärend. Die Schüler hätten eineBeschriftung ihrer Schritte vornehmen sollen um ein besseres Verständnis desModells zu erlangen.Modell 5:Dieses Modell haben dieSchüler mit „Fibrinnetz Blutkörperchenverfangen sich“ betitelt,d.h. es wird nicht dergesamte Vorgang derBlutgerinnungdargestellt, sondernlediglich ein Ausschnitt,weshalb es auch nichtselbsterklärend ist. DasFibrinnetz wurde dabeimit Draht erstellt,welcher mit grauer Knetebefestigt wurde. Diesegraue Knete hatAbbildung 5: Modell 5: Ausschnitt der Blutgerinnung aus Draht(Quelle: M. Schöllhorn. 2013)ansonsten keine Bedeutung und ist daher eher störend, da sie sehr auffallend ist.Gut gelungen ist den Schülern die Darstellung des „Verfangens im Fibrinnetz“. Hierzuhaben sie rote und weiße Perlen gewählt, die jeweils die roten bzw. weißenBlutzellen darstellen. Aufgrund des Vorhandenseins der weißen Blutzellen ist dasModell aber fachlich nicht korrekt.Modell 6:Auch in diesem Modell haben die Schüler lediglich einen Ausschnitt des Ablaufs derBlutgerinnung dargestellt: Das Fibrinnetz mit den sich darin verfangenden Blutzellen.Das Blutgefäß wurde aus Pappe dargestellt, die teils noch rot bemalt wurde. Mitbrauner Knete sind hier die Blutplättchen dargestellt, welche sich an denWundrändern anlagern, dass hier gut zu erkennen ist. Mit roter und teilweise auchblauer Knete wurden die Erythrozyten dargestellt, was durch die verschiedeneFarbwahl nur schwer verständlich ist. Mit einem, um das gesamte Modell gewickeltenWollfaden, haben die Schüler das Fibrinnetz dargestellt. In diesem Modell ist nichterkennbar, dass sich die roten Blutzellen in dem Fibrinnetz verfangen, viel mehr siehtes so aus, als würden sie sich noch immer im Blutgefäß befinden. Daher ist die7

fachliche Richtigkeitnicht gegeben. DieMaterialwahl ist bis aufdie Farbauswahlgelungen, jedoch nichtselbsterklärend, wasdurchkleineHinweisschilder erreichtwerden könnte.Abbildung 6: Modell 6: Fibrinnetz mit verfangenen Blutzellen (Quelle:M. Schöllhorn. 2013)Modell 7:Durch ein Loch in einerPappe wird in diesemModell eine Wundedargestellt. An den Ränderndieser Wunde lagern sichBlutplättchen an, welchedurch Watte dargestelltwerden. Wollfäden unddarin verflochtene roteKnetestücke stellen dasFibrinnetz und dieErythrozyten dar. Das heißt,dass in diesem Modellwerden fachlich richtig allewichtigen Aspekte derBlutgerinnung dargestellt,Abbildung 7: Modell 7: Abschnitt der Blutgerinnung (Quelle: M.Schöllhorn. 2013)wenn auch nicht der Ablauf ganzheitlich, sondern lediglich ein Abschnitt, gezeigtwird. Der Wundschorf, der sich bildet, wird durch eine Frischhaltefolie dargestellt, diedie Wunde überzieht. Der Realitätsbezug ist also vorhanden. Außerdem ist dasModell durch die Beschriftung selbsterklärend, wenn dies auch nur für den Abschnittder Wundschorfbildung und nicht die gesamte Blutgerinnung gilt.8

Modell 8:Auch in diesem Modellhaben die Schüler nur denletzten Abschnitt derBlutgerinnung, dieWundschorfbildung unddas Fibrinnetz dargestellt.Eine Papprolle, die rotverkleidet wurde, zeigtdas Blutgefäß. DieAnlagerungderBlutplättchen ist durchbraune Knete dargestellt,welche gleichzeitig aufden Schorf abbildet. Dierote und weiße Knetestellen wiederum weißeAbbildung 8: Modell 8: Blutgerinnung aus Papprolle (Quelle: M.Schöllhorn. 2013)und rote Blutzellen dar, wobei die Schüler auf Nachfrage wissen, dass die weißenBlutzellen nicht an der Blutgerinnung beteiligt sind. Sie wurden nur dargestellt, weilsie sich auch im Blut befinden. Die Fibrinfäden werden durch einen dünnen Fadendargestellt. Durch diese zusätzliche, aber für das Verständnis zunächst unnötigeErgänzung durch die weißen Blutzellen, ist das Modell eher kompliziert und aufgrundder fehlenden Erklärungen auch nicht selbsterklärend.4.2 Reflexion Modelle im BiologieunterrichtEs hat sich gezeigt, dass das Bauen von Modellen im Biologieunterricht einesinnvolle Umsetzung des Lernstoffes darstellen kann. Die Schüler müssen sich mitdem Gelernten auseinandersetzen, um die Aufgabe bewältigen zu können.Außerdem wird dem Lehrer deutlich, an welchen Stellen Missverständnisse oderFehlvorstellungen aufgetreten sind und kann diese direkt mit den Schülernansprechen. Neben den fachlichen Kompetenzen wird durch das Arbeiten in derGruppe auch die personale und soziale Kompetenz gefordert und gefördert, diespätestens im projektorientierten Arbeiten in Klasse 10 NWA von den Schülernverlangt wird. Außerdem bringt das Bauen von Modellen Abwechslung in denUnterricht und die Schüler haben Freue dabei.9

5. AbbildungsverzeichnisAbbildung 1: Modell 1: Blutgefäß aus roter Pappe (Quelle: M. Stöhr. 2013) .............. 4Abbildung 2: Modell 2: aufgeschnittenes Blutgefäß aus Pappe (Quelle: M. Stöhr.2013) .......................................................................................................................... 5Abbildung 3: Modell 3: Blutgerinnung dargestellt in einem Blutgefäß (Quelle: M.Stöhr. 2013) ................................................................................................................ 6Abbildung 4: Modell 4: Blutgerinnung in fünf Schritten aus Alufolie (Quelle: M. Stöhr.2013) .......................................................................................................................... 6Abbildung 5: Modell 5: Ausschnitt der Blutgerinnung aus Draht (Quelle: M.Schöllhorn. 2013) ....................................................................................................... 7Abbildung 6: Modell 6: Fibrinnetz mit verfangenen Blutzellen (Quelle: M. Schöllhorn.2013) .......................................................................................................................... 8Abbildung 7: Modell 7: Abschnitt der Blutgerinnung (Quelle: M. Schöllhorn. 2013) .... 8Abbildung 8: Modell 8: Blutgerinnung aus Papprolle (Quelle: M. Schöllhorn. 2013) ... 910

6. QuellenverzeichnisCampbell, Neil A.; Kratochwil, Anselm; Lazar, Thomas; Reece, Jane B. (2009):Biologie. 8., aktualisierte Aufl. [der engl. Orig.-Ausg., 3. Aufl. der dt. Übers.].München [u.a.]: Pearson Studium (Pearson Studium - Biologie).Eschenhagen, Dieter; Etschenberg, Karla (2008): Fachdidaktik Biologie. 8.,durchges. Hg. v. Harald Gropengiesser. Köln: Aulis-Verl. Deubner.Freundner-Huneke, Imme; Mathias, Viktoria (2005): Erlebnis Naturwissenschaft.Dr. A,1. [Hannover].Graf, Erwin (2004): Biologiedidaktik. Für Studium und Unterrichtspraxis. 1. Aufl.Donauwörth: Auer.Ministerium für Kultus und Sport (Hrsg.) (2004): Bildungsplan für die Realschule.Baden-Württemberg. Unter Mitarbeit von Landesinstitut für Erziehung und UnterrichtStuttgart. Ditzingen: Philipp Reclam Jun., Graph. Betrieb GmbH.11