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Inwiefern bestehen typische, in der Literatur beschriebene, Schülervorstellungen zur Photosynthese bei Schüler_innen einer 7. Klasse ?

Projektarbeit 2018 20 Seiten

Biologie - Didaktik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Theoretischer Hintergrund

3 Forschungsfrage

4 Methode

5 Ergebnisse
5.1 Physiologie
5.2 Photosynthese und Energie
5.3 Photosynthese als eine chemische Reaktion
5.4 Autotrophie

6 Diskussion

7 Perspektiven für den Unterricht

8 Literaturverzeichnis

9 Anhang

TaďellenverzeiĐhnis

Tabelle 1: Schülerantworten (%) auf die Fragen:" Wo findet die Fotosynthese statt" und "Welche Rolle spielt das Chlorophyll bei der Photosynthese?"

Tabelle 2: Queranalyse der Schülerantworten zu den Fragen "Wo findet die Fotosynthese in einer Pflanze statt" und "o befindet sich das Chlorophyll (Blattgrün) in der Pflanze"

Tabelle 3: Schülerantworten (%) auf die Frage "Wo findet Fotosynthese statt?"

Tabelle 4: Schülerantworten (%) auf die Frage "Welche Rolle spielt die Sonne bei der Fotosynthese?"

Tabelle 5: Queranalyse der Schülerantworten auf die Fragen "Welche Rolle spielt die Sonne für die Fotosynthese" und "Wann findet Fotosynthese in der Pflanze statt?"

Tabelle 6: Schülerantworten (%) auf die Frage "Welche Art von Energie wird für die Fotosynthese benötigt?"

Tabelle 7: Schülerantworten (%) auf die Frage "in welchem Zusammenhang stehen die Energie und die Fotosynthese?"

Tabelle 8: Schülerantworten auf die Fragen "Welche Ausgangsstoffe werden für die Fotosynthese benötigt?" und "Was wird während der Fotosynthese produziert?"

Tabelle 9: Queranalyse der Schülerantworten zu den Fragen "Welche Ausgangsstoffe werden für die Fotosynthese benötigt?" und "Was wird während der Fotosynthese produziert?"

Tabelle 10: Schülerantworten (%) zu der Frage "Welche Rolle spielt das Chlorophyll (Blattgrün) bei der Fotosynthese?"

Tabelle 11: Schülerantworten auf die Frage "Wie ernähren sich Pflanzen?"

Tabelle 12: Statements und dazugehörige Items, für die jeweiligen Themenbereiche des Schülerfragebogens

Tabelle 13: Excel Tabelle zur Auswertung der erhobenen Daten

1 Einleitung

Die Photosynthese ist ein wichtiger biochemischer Prozess der Pflanzen. Dabei werden aus energiearmen, anorganischen Stoffen, energiereiche organische Produkte gebildet, die für autotrophe als auch für heterotrophe Lebewesen nutzbar sind. Arnon (1982) bezeichnet die Photosynthese deshalb als den wichtigsten biochemischen Prozess der Welt (zit. n. Barker & Carr, 1989, S. 49). Gleichzeitig gilt die Photosynthese als ein sehr komplexes und unzugängliches Thema für Schülerinnen und Schüler im Biologieunterricht (Stavy, Eisen, & Yaakobi, 1987; Waheed & Lucas, 1992).

Laut Kernlehrplan NRW für Gymnasien wird die Photosynthese sowohl in Klasse fünf und sechs als auch in den Klassen sieben beziehungsweise neun thematisiert. Auch im Kernlehrplan NRW der Sekundarstufe zwei ist unter dem Inhaltsfeld Ökologie der inhaltliche Schwerpunkt Photosynthese aufgeführt.

Obwohl das Thema immer wieder im Unterricht aufgegriffen wird, konnte ich im Rahmen meiner Unterrichtshospitationen während des Praxissemesters feststellen, dass Schüler1 Begriffe wie „Photosynthese͞, „Pflanzenernährung͞ und „Sauerstoffbildung͞ in falschen Kontexten verwendeten und damit verbundene Prozesse nicht korrekt oder nur unvollständig erklären konnten. Sogenannte Schülervorstellungen weichen häufig von den fachlichen Vorstellungen ab, basieren häufig auf Alltagserfahrungen und können den Lernprozess erheblich beeinflussen (Hammann & Asshoff, 2014, S. 8-10). Werden hartnäckige Schülervorstellungen nicht beachtet, können sie dem Schüler auch nach der jeweiligen Themenbehandlung im Unterricht bestehen bleiben. Die Diagnose von Schülervorstellungen ist demnach ein wichtiges Unterrichtsinstrument für Lehrkräfte, welche an dem Kenntnisstand ihrer Lerngruppe interessiert sind. In dieser Arbeit wird mit Hilfe eines quantitativen Fragebogens ein Modell vorgestellt, das Lehrkräften ermöglichen soll die eigene Lerngruppe auf vorherrschende Schülervorstellungen zu untersuchen.

2 Theoretischer Hintergrund

Um das Ausmaß der jeweiligen Schülervorstellungen zu verstehen und den bisherigen Forschungsstand zu veranschaulichen wird im Folgenden zunächst die fachliche Vorstellung zum Thema Photosynthese dargestellt.

Pflanzen sind autotrophe Lebewesen. Grüne Pflanzen können aus anorganischen, energiearmen Verbindungen eigenständig energiereiche Verbindungen herstellen. Nicolas-Théodore de Saussure konnte beweisen, dass Pflanzen den Kohlenstoff aus der Luft in Form von Kohlenstoffdioxid aufnehmen und nicht wie zuvor angenommen durch die Erde (Hammann & Asshoff, 2014, S. 134) Die Bezeichnung „Nährstoffe͞ kann im Zusammenhang mit der Pflanzenernährung demzufolge irreführend sein. Der Begriff könnte von Schülern mit der festen Nahrung der Menschen gleichgesetzt werden und somit die Vorstellung erschweren, dass Pflanzen auch gasförmige Nährstoffe erhalten, wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid. Mineralstoffe, die Pflanzen in Form von Ionen durch Dünger aufnehmen, verbessern zwar das Wachstum, sind jedoch nur für fünf Prozent des Biomassezuwachses verantwortlich (Hammann & Asshoff, 2014, S. 134, 139).

Weitere fachliche Erkenntnisse über die Photosynthese sind als „Statements͞ im Anhang, als Vorlage für die Items des Fragebogens vorzufinden. Schülervorstellungen sind sehr individuell und reichhaltig (Haman & Asshoff, 2014). Daher werden sie häufig durch qualitative Methoden erhoben, wie beispielsweise durch Schülerinterviews. Da quantitative Methoden jedoch mit einem hohen Zeitaufwand verbunden sind, eignen sie sich nicht für Lehrkräfte, die an dem Kenntnisstand ihrer Lerngruppe interessiert sind.

Die Grundlage dieser Arbeit bilden verschiedene Studien, in denen Schülervorstellungen zur Photosynthese erhoben und anschließend studienübergreifend zu ähnlichen Denkfiguren gebündelt wurden.

Eine häufig auftretende Schülervorstellung über die Pflanzenernährung ist, dass die Nährstoffaufnahme durch den Boden und die Wurzeln stattfindet. Laut dieser Vorstellung erreichen die Pflanzen einen Biomassezuwachs durch die Nährstoffaufnahme aus der Erde (Stavy et al., 1988, S. 112; Steigert, 2012, S. 147). Die Humustheorie beschreibt die Schülervorstellung, dass Pflanzen durch die Aufnahme von energiereichem, abgestorbenem Material aus dem Boden wachsen (Schubert 2011, S.134). Eine weitere Denkfigur von Schülern ist die Theorie, dass Pflanzen wachsen, indem sie essen und trinken wie Menschen. Dieser Anthropomorphismus stellt folglich eine Analogie zur heterotrophen Ernährung dar (Driver et al., 1984, zitiert nach Bell, 1985, S. 215). Gleichzeitig begreifen Schüler die Photosynthese häufig als reinen Gasaustausch, bei dem im Unterschied zum Menschen, Kohlenstoffdioxid aufgenommen wird und Sauerstoff abgegeben wird („inverse respiration͞) (Canal, 1999). Die Produktion organischer, energiereicher Stoffe durch die Photosynthese wird dabei oft außer Acht gelassen.

Auch zum Ablauf der Photosynthese konnten in verschiedenen Studien stets ähnliche Denkfiguren gefunden werden. Schüler stellen sich beispielsweise häufig vor, dass die Photosynthese am Tage und die Zellatmung in der Nacht stattfinde (Haslam & Treagust 1987: Stavy et al., 1987, S.110).

Diese sich stets wiederholenden, charakteristischen Denkfiguren lassen sich durch zahlreiche empirische Studien bestätigen und sind heutzutage vielen Lehrkräften bekannt. Demnach stellt sich die Frage, welche dieser Schülervorstellungen auch in der eigenen Lerngruppe bestehen und deshalb im Unterricht thematisiert werden sollten.

Um ein aussagekräftiges Instrument zur Feststellungen von Schülervorstellungen zur Photosynthese zu entwickeln, welches auch von Lehrkräften genutzt werden kann, haben Marmoti & Galanopoulou (2006) einen Schülerfragebogen erarbeitet. Der Fragebogen ist an die Arbeit von Tamir (1991) angelehnt und soll diesem Projekt als Vorlage dienen. Die Autoren nutzen bereits erhobene Denkfiguren aus empirischen Studien und lassen diese von Schülern in einem Multiple Choice Test bearbeiten.

3 Forschungsfrage

Aufgrund der häufig auftretenden Verständnisprobleme, die Schüler mit dem Thema Photosynthese haben, wird im Rahmen dieses Forschungsberichts untersucht, welche der bereits empirisch erhobenen Denkfiguren bei den Schülern einer siebten Klasse zum Thema Photosynthese vorhanden sind.

Der vorliegenden Untersuchung liegt dementsprechend die folgende Frage zugrunde:

„Inwiefern bestehen typische, in der Literatur beschriebene Schülervorstellungen zur Photosynthese bei Schüler_innen einer 7. Klasse, eines Gymnasiums?͞ Um vor allem Lehrkräften zu ermöglichen, ihre eigene Lerngruppe auf diese Frage hin zu testen, wird ein quantitativer Fragebogen mit geschlossenem Antwortformat zur Hilfe genommen.

4 Methode

Bei der ausgewählten Lerngruppe handelt es sich um eine 7. Klasse eines Gymnasiums. Ungefähr acht Wochen vor der eigentlichen Befragung wurde das Thema Photosynthese im Unterricht behandelt.

Bei dem Fragebogen handelt es sich um einen Multiple Choice Test mit zehn Wissensfragen und geschlossenem Antwortformat zum Thema Photosynthese, angelehnt an die Arbeit von Marmoti & Galanopoulou (2006). Jede Frage ist mit vier bis fünf Antwortmöglichkeiten versehen. Die Disktraktoren basieren, wie in der Originalstudie auch, auf Schülerantworten aus bereits erhobenen repräsentativen Interviews oder offenen Befragungsmethoden.

Die Items sind ebenfalls an zuvor durchgeführte offene Fragformate angelehnt und stammen aus insgesamt fünf Themenbereichen. Diese wurden aus der Arbeit von Marmoti & Galanopoulou (2006) größtenteils übernommen und anhand des Lehrplans NRW und des Biologiebuches aus dem Unterricht modifiziert. Sie umfassen: Pflanzenphysiologie, Photosynthese und Energie, die chemische Gleichung der Photosynthese, sowie Autotrophie (siehe Tabelle Anhang). Auf das Themenfeld „Photosynthese und Zellatmung͞ wurde in diesem Fragebogen verzichtet, da die Schüler im Unterricht lediglich die Photosynthese thematisiert haben. Fragen zum Thema: „Photosynthese im Zusammenhang mit dem Ökosystemen͞ wurden aus zeitlichen Gründen ebenfalls ausgelassen.

Die Items ergänzen sich teilweise, so dass über Queranalysen in der Auswertung, detailliertere Aussagen über das Verständnis der Schüler_innen über die Photosynthese gemacht werden können (Marmoti & Galanopoulou, 2006).

Es wurde ebenfalls auf eine angemessene Sprache, sowie auf die angemessene Verwendung von Fachbegriffen geachtet und ausschließlich Begriffe verwendet, die den Texten aus dem Unterricht entsprechen.

Tests dieser Art führen häufig zu dem Phänomen, dass Fragen richtig beantwortet werden können, obwohl der Schüler die richtige Antwort nicht kennt. Dies ergibt sich zum einen durch eine Ratewahrscheinlichkeit und zum anderen durch ungünstig gewählte Disktraktoren, die dem Schüler die Wahl der richtigen Antwort erleichtert.

Um die Validität zu erhöhen, fügen Marmoti & Galanopoulou (2006) dem Multiple Choice Test Fragen mit Antwortmöglichkeiten hinzu, die sich nicht in „correct/incorrect͞, sondern in „the right answer/ the best answer͞ unterscheiden. Die Schüler müssen zwischen grundsätzlich richtiger Antwort und derjenigen Antwort entscheiden, die ebenfalls zutrifft und die Fragstellung gelichzeitig spezifischer beantwortet. Unter diesen Voraussetzungen können sich die Schüler nicht auf grobe Erinnerungen aus dem Unterricht und ein dadurch ermöglichtes Ausschlussverfahren beziehen (Tamir, 1991, S. 188).

Über dieses Antwortformat werden die Schüler vor der Bearbeitung des Tests informiert.

Bis auf wenige Änderungen, die im Folgenden erläutert werden, wurden die Fragen des Tests sowie die Methode zur Auswertung vollständig von Marmoti & Galanopoulou (2006) übernommen.

Damit die Schüler bei aufeinander aufbauenden oder zusammenhängenden Fragen nicht die Möglichkeit haben, auf vorherige Antworten zurückzugreifen, wurden solche Fragen auf zwei verschiedenen Seiten platziert und mussten nacheinander bearbeitet werden. Um die Ratewahrscheinlichkeit möglichst gering zu halten wurden den Fragen drei und neun jeweils noch ein Distraktor (Antwort D) hinzugefügt. Auf die vier offenen Fragen in der Originalstudie wurde aus zeitlichen Gründen hier verzichtet.

5 Ergebnisse

Um festzustellen, ob die Schüler wissen, dass die Photosynthese in den grünen Bereichen der Pflanze stattfindet und diese das Chlorophyll enthalten, wurden die, in Tabelle 1 aufgeführten Fragen, gestellt. Obwohl die Mehrheit der Schüler beide Fragen unabhängig voneinander richtig ankreuzt, konnten nur 10 % der Schüler beide Fragen vollständig richtig beantworten (s. Tabelle 2). Dies stimmt mit den Ergebnissen von Marmoti & Galanopoulous (2006, S. 390) überein. Da sich Chlorophyll aber auch (hauptsächlich) in den Blättern der Pflanze befindet, entschieden sich weitere 45% der Schüler ebenfalls korrekt für diese Antwort, dass die Photosynthese dort stattfindet, wo sich das Chlorophyll befindet. 45 % der Schüler lokalisieren das Chlorophyll unabhängig vom Ort der Photosynthese. Davon entscheiden sich 25 % der Schüler dafür, dass die Photosynthese in den Blättern stattfindet und ordnen das Chlorophyll allen grünen Bestandteilen der Pflanze zu. Chlorophyll wird demnach deutlich öfter zutreffend lokalisiert, als dass die Funktion des Farbstoffs bestimmt werden kann.

5.1 Physiologie

Tabelle 1: Schülerantworten (%) auf die Fragen:" Wo findet die Fotosynthese statt" und "Welche Rolle spielt das Chlorophyll bei der Photosynthese?"

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[...]


1 Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird auf die gleichzeitige Verwendung männlicher und weiblicher Sprachformen verzichtet. In der Regel wird die männliche Schreibweise verwendet. Sämtliche Personenbezeichnungen gelten grundsätzlich für beiderlei Geschlecht.

Details

Seiten
20
Jahr
2018
ISBN (eBook)
9783668822948
ISBN (Buch)
9783668822955
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v445634
Institution / Hochschule
Westfälische Wilhelms-Universität Münster – Biologiedidaktik
Note
1,0
Schlagworte
Schülervorstellungen Biologiedidaktik Photosynthese Projektbericht Praxissemester Forschungsprojekt Studienprojekt Biologieunterricht Biologie

Autor

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Titel: Inwiefern bestehen typische, in der Literatur beschriebene, Schülervorstellungen zur Photosynthese bei Schüler_innen einer 7. Klasse ?