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Experimente im Biologieunterricht

Definition, Bedeutung, Kompetenzerwerb

Seminararbeit 2009 13 Seiten

Biologie - Didaktik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Definition

3 Erkenntnisprozess

4 Die Bedeutung von Experimenten im Biologieunterricht

5 Arten und Möglichkeiten des Einsatzes

6 Allgemeine Regeln bei der Durchführung

7 Chancen und Risiken

8 Zusammenfassung

9 Quellenverzeichnis

1 Einleitung

„Erzähle mir und ich vergesse. Zeige mir und ich erinnere mich. Lass mich tun und ich verstehe.“ (Konfuzius, 551 – 479 v. Chr.)

Mit dem technischen Fortschritt der letzten Jahrzehnte haben sich Experiment als zentrale Methode der Erkenntnisgewinnung in der naturwissenschaftlichen Forschung etabliert. Daher sollte auch naturwissenschaftlicher Unterricht darauf ausgelegt sein, Sachverhalte und Phänomene durch experimentelle Arbeitsweisen zu vermitteln.

Zu den Naturwissenschaften zählt mitunter die Biologie, welche sich mit der belebten Natur und den Gesetzmäßigkeiten im Ablauf des Lebens von Pflanzen, Tieren und Menschen beschäftigt. Ziel des Biologieunterrichts ist es diese Phänomene erfassbar zu machen, um eine Grundlage für ein gesundheitsbewusstes und umweltverträgliches Handeln „sowohl in individueller als auch in gesellschaftlicher Verantwortung“ (Kultusministerkonferenz 2004, S. 7) zu schaffen. Dabei dienen Experimente nicht nur als exemplarische Werkzeuge zur Einsicht in naturwissenschaftliche Erkenntnis- und Arbeitsweisen, sondern auch als Hilfsmittel, um durch Anschauung und das unmittelbare Erleben biologischer Phänomene, eine intensive Auseinandersetzung mit der belebten Natur zu ermöglichen.

Im folgenden Bericht erfolgt eine Darbietung der Charakteristika von Experimenten im Biologieunterricht. Beginnend mit einer Definition und der Bedeutung des Experimentierens beim Erkenntnisprozess, erfolgt eine kurze Darstellung über den einhergehenden Kompetenzerwerb im Sinne der KMK-Bildungsstandards. Im Anschluss werden Arten und Möglichkeiten beim Einsatz beleuchtet sowie allgemeine Regeln zur Durchführung vorgestellt. Die Effektivität von Experimenten wird unter dem 7. Punkt „Chancen und Risiken“ aufgeführt und unter anderem in einer abschließenden Zusammenfassung diskutiert.

2 Definition

In der Biologie handelt es sich bei einem Experiment um eine gezielte „Frage an die Natur“ (Eschenhagen et al. 2006, S. 260), die Beobachtungs-, Erkundungs- oder Prüfzwecke verfolgt. Dabei soll ein Experiment Aufschluss über die Abhängigkeit bestimmter Faktoren bei entsprechenden Lebensvorgängen geben, um Erkenntnisse über Regelhaftigkeiten dieser Prozesse zu ermöglichen (Pütz 2005).

In einer konkreten experimentellen Situation wird ein Naturvorgang methodisch-planmäßig beeinflusst. Dabei wird ein bestimmter, der Beobachtung zugänglicher Faktor (z.B. Nährstoffangebot) systematisch variiert (z.B. viel Dünger – wenig Dünger), um die entstehenden Veränderungen des Objekts zu studieren. Alle anderen Faktoren, die das Ergebnis beeinflussen könnten (z.B. Temperatur, Lichtintensität etc.), müssen dabei konstant gehalten werden, um gültige Aussagen über die Abhängigkeit des zu untersuchenden Faktors zu ermöglichen. Um die Ergebnisse angemessen auswerten zu können, wird ein Kontrollversuch ohne systematisches Eingreifen als Vergleichsmöglichkeit durchgeführt.

3 Erkenntnisprozess

Beim Experimentieren in der naturwissenschaftlichen Forschung und im Unterricht erfolgt der Weg der Erkenntnisgewinnung meistens als exakte Induktion (auch hypothetisch-deduktives Verfahren). Diese gilt Klautke (1997) zufolge „als die sicherste, ja z. T. als die einzige Methode, um Ursache-Wirkungs-Beziehungen empirisch aufzuklären“ (ebd., S. 324 f).

Das Verfahren der exakten Induktion erfolgt Staeck (1998) zufolge in vier Stufen. Zu Beginn steht die Analyse und Problematisierung bestimmter Einzelfallbeobachtungen (z.B. Beobachtungen an Wasserpflanzen zeigen, dass Gasbläschen an die Wasseroberfläche steigen). In der nächsten Stufe wird eine Hypothese aufgestellt (es handelt sich um Sauerstoff), welche Prognosen über wahrscheinliche Ursache-Wirkungszusammenhänge enthält (Induktion). Zur Überprüfung dieser Prognosen erfolgt in der dritten Stufe ein Experiment mit einem geeigneten Objekt (die bei der Wasserpest entstehenden Gasbläschen werden aufgefangen und mit der Spanholzprobe auf Sauerstoff untersucht), bei dem die methodische Vorgehensweise von der Hypothese bestimmt wird (Deduktion). Der letzte Schritt beinhaltet die Bestätigung (Verifikation) oder Verwerfung (Falsifikation) der Hypothese (Induktion).

Verifiziert das Experiment die Hypothese durch das Eintreten der Prognosen (bei der Photosynthese entsteht Sauerstoff), so kann eine neue, weiter differenzierte und spezialisierte Hypothese aufgestellt werden (Klautke 1997). Treffen die Prognosen auch nach einer Zufallsergebnisse (z.B. infolge von Störgrößen und Beobachtungsfehlern) ausschließenden Wiederholung des Experiments nicht zu, so kann die Hypothese verworfen oder aber durch Zusatzhypothesen ergänzt werden. Das Aufstellen, Verwerfen und Ergänzen von Hypothesen ermöglicht es, sich einem Sachverhalt „bis zur größtmöglichen Wahrscheinlichkeit zu nähern“ (Klautke 1997, S. 324). Häufig bestätigte Hypothesen können sich zu Theorien entwickeln, welche wiederum nach mehrfacher Prüfung zu Gesetzten formuliert werden können (Klautke 1997).

4 Die Bedeutung von Experimenten im Biologieunterricht

Da Experimente charakteristisch für die biologische Forschung sind, sollte Selbiges auch für den Biologieunterricht gelten. Die verbindlichen Bildungsstandards des Kultusministeriums verzeichnen Experimente als grundlegendes Verfahren für den Erwerb von Kompetenzen im Bereich „Erkenntnisgewinnung“. Den Regelstandards für diesen Kompetenzbereich zufolge, führen Schüler[1] „Untersuchungen mit geeigneten qualifizierenden und quantifizierenden Verfahren durch“, „planen einfache Experimente, führen Experimente durch und/ oder werten sie aus“ und „wenden Schritte aus dem experimentellen Weg der Erkenntnisgewinnung zur Erklärung an“ (Kultusministerkonferenz 2004, S. 18). Innerhalb dieses Kompetenzbereichs erlangen die Schüler Einsichten in naturwissenschaftliche Forschungsmethoden und Fähigkeiten hinsichtlich technischer und fachtypischer Arbeitsweisen. Dabei werden wesentliche Erkenntnis- und Dokumentationsmethoden, wie Beobachten, Vergleichen, Beschreiben, Protokollieren oder Zeichnen, sinnvoll zusammengebracht (Eschenhagen et al. 2006). Einige Aspekte, wie das Zusammenfassen von Ergebnissen, Zeichnen oder das Systematisieren (z.B. von Tabellen) unterstützen zusätzlich den Erwerb von fächerübergreifenden Arbeitsweisen.

Darüber hinaus greift das Experiment in weiteren Kompetenzbereichen. Im Bereich „Fachwissen“ können die Schüler Begriffe experimentell überprüfen und dadurch eine reale Anschauung und ein auf praktischer Erfahrung gegründetes Verständnis des Sachverhalts erlangen (z.B. die Konzentrationsabhängigkeit bei der Osmose). Berck (2005) zufolge ermöglicht eine derartige Überprüfung biologischer Begriffe ein besseres Lernergebnis. Zielgerichtetes, konsequentes und planmäßiges Reflektieren sowie das selbstständige kreative Denken erfahren in diesem Zusammenhang ebenfalls eine Förderung und begünstigen die Entwicklung von Problemlösestrategien (Eschenhagen et al. 2006).

Im Bereich „Kommunikation“ erreichen die Schüler ebenfalls vorgesehene Kompetenzen. Das Arbeiten im Tandem oder in Gruppen erfordert Teamarbeit, bei der richtige Absprachen und eine gemeinsame Planung durch alle Mitglieder den Erfolg eines Experiments bestimmen. Weiterhin werden die Ergebnisse diskutiert und in Bezug gesetzt, wobei eine sachgemäße Verwendung der Fachsprache geschult wird. Ihre Auswertung erfordert dabei eine weitestgehend selbstständige Auswahl der angemessenen Gestaltungsmittel.

[...]


[1] Gender-Erklärung: Aus Vereinfachungsgründen bezeichnet der Begriff „Schüler“ im Folgenden sowohl männliche als auch weibliche Personen. Selbiges gilt bei der Verwendung von „Lehrer“.

Details

Seiten
13
Jahr
2009
ISBN (eBook)
9783640329458
ISBN (Buch)
9783640331307
Dateigröße
475 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v126710
Institution / Hochschule
Universität Vechta; früher Hochschule Vechta
Note
1,3
Schlagworte
Experimente Biologieunterricht Definition Bedeutung Kompetenzerwerb

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Titel: Experimente im Biologieunterricht