Biologie: Willkommen im Fachportal

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Mikroskopieren lernen die Schülerinnen und Schüler den Aufbau sowie die Funktion des Mikroskops kennen. Anschließend lernen sie, wie man richtig mikroskopiert und fertigen selbst erste Präparate an. Die Klasse steigt mit einer gemeinsamen Begriffssuche in das Thema ein. Dazu stehen die Schülerinnen und Schüler zunächst an ihrem Platz. Die Lehrkraft zeigt über eine Präsentation nach und nach Informationen, die das Mikroskop beschreiben. Diejenigen Schülerinnen und Schüler, die eine Idee haben, welcher Begriff gesucht ist, setzen sich lautlos auf ihren Platz. Mithilfe eines H5P Image Hotspots erarbeitet sich die Klasse anschließend selbstgesteuert den Aufbau eines Mikroskops. Anschließend übertragen die Schülerinnen und Schüler die Mikroskop-Bestandteile in das zugehörige Arbeitsblatt und überprüfen ihre Ergebnisse eigenständig mithilfe eines H5P Drag and Drop-Quiz . Optional kann ein H5P Suchsel durchgeführt werden, in dem zentrale Fachbegriffe rund um das Mikroskop versteckt sind. Je besser die Fachbegriffe zu Beginn eingeübt werden, desto sicherer können sich die Schülerinnen und Schüler zu dem Thema ausdrücken und mit dem Arbeitsgerät umgehen. In einer Gruppenarbeit informieren sich die Schülerinnen und Schüler anschließend zu den Funktionen der einzelnen Bestandteile. An eigenen Mikroskopen identifiziert jede Gruppe den ihr zugewiesenen Bestandteil, den sie der Klasse in einer anschließenden Kurzpräsentation präsentiert. Auf dem Arbeitsblatt verbinden die Schülerinnen und Schüler die Bestandteile direkt mit den passenden Funktionen und festigen das erarbeitete Wissen durch ein H5P Memory . Im nächsten Abschnitt erarbeiten die Schülerinnen und Schüler die Technik des richtigen Mikroskopierens. Ein interaktives Video (Stummfilm) führt die Gruppen mit ihrem eigenen Mikroskop schirttweise durch den Prozess des Mikroskopierens. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten dabei Schritt für Schritt nach, was im Video demonstriert wird. Da sie in dem Video gezielte Anweisungen dazu erhalten, müssen sie dieses nicht selbstständig pausieren. Auf diese Weise mikroskopieren sie erste Objekte (Trockenpräparate) wie z. B. Haare, Staub oder vorgefertige Präparate. Zur Ergebnissicherung bearbeiten die Schülerinnen und Schüler einen H5P Lückentext und halten ihre Ergebnisse auf dem Arbeitsblatt fest. In einem weiteren Video lernen die Schülerinnen und Schüler am Beispiel der Zwiebelhaut, wie ein Feuchtpräparat angefertigt wird. An dieser Stelle bietet es sich an, dass die Lernenden das Präparat durch das Okular abfotografieren, z. B. mithilfe ihres Smartphones oder eines Tablets. Für die ersten mikroskopischen Zeichnungen ist es hilfreich, das Foto digital einzufügen und nachzuzeichnen. So erstellen die Schülerinnen und Schüler auf dem Arbeitsblatt ihre erste, möglichst genaue mikroskopische Zeichnung. Das Anfärben von Präparaten kann bei Bedarf am Beispiel menschlicher Mundschleimhautzellen durchgeführt werden. Dazu entnehmen die Schülerinnen und Schüler mithilfe einer Textanleitung Schleimhautzellen aus ihrem Mund und lernen anhand von Demonstrationsvideos, wie diese angefärbt werden können, um unter dem Mikroskop sichtbar zu werden. Auch hier bietet es sich an, die Zellen zunächst zu fotografieren und anschließend zeichnerisch festzuhalten. Zur abschließenden Zusammenfassung und Sicherung des Gelernten lösen die Lernenden ein H5P-Quiz . Das Mikroskop ist ein elementares Arbeitsgerät der Biologie. Wenn die Schülerinnen und Schüler den Umgang damit grundständig beherrschen, können sie es in der Folge sicher und selbstständi einsetzen. Ihre Eintragungen zum Aufbau des Mikroskops können die Schülerinnen und Schüler mithilfe des Quiz (H5P Nr. 2) direkt auf dem Arbeitsblatt überprüfen. Bei der Gruppenarbeit zu den Funktionen des Miskroskops ist zu beachten, dass die Lehrkraft den Schülerinnen und Schülern die Mikroskope direkt an ihre Plätze bringen sollte, da diese den sicheren Transport eines Mikroskops noch nicht erlernt haben. Die Gruppenarbeit ist für acht Gruppen konzipiert, wobei einige Gruppen bearbeiten zwei Mikroskop-Bestandteile bearbeiten, die sie anschließend präsentieren. Im nächsten Abschnitt der Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler, wie man korrekt mikroskopiert. Dabei bietet es sich an, die Mikroskope gesammelt am Pult oder an einem zentralen Ort bereitzustellen, sodass die Schülerinnen und Schüler sie selbstständig abholen müssen – ebenso wie die benötigten Materialien, beispielsweise Objektträger. Im interaktiven Video sehen die Gruppen zunächst, wie ein Mikroskop richtig getragen wird. Erst danach holen sie ihr eigenes Mikroskop und wenden das Gelernte praktisch an. Für das erste Mikroskopieren eignen sich Trockenpräparate wie Salz, Staub, Papier, Haare oder auch Fundastücke außerhalb der Schule wie z. B. tote Insekten. Auch die Betrachtung von Fertigpräparaten ist zum Erweitern der Mikroskopier-Kompetenz hilfreich. Dabei sollte die Lehrkraft darauf achten, dass alle Mitglieder einer Gruppe die einzelnen Schritte des Mikroskopierens eigenständig durchführen. Bei der Erstellung des Zwiebelpräparates können die bestehenden Gruppen beibehalten werden. Zusätzlich benötigtes Material sollte von der Lehrkraft bereitgestellt werden. Die erste mikroskopische Zeichnung der Zwiebelhaut wird den Schülerinnen und Schülern erleichtert, wenn sie das Präparat zunächst durch das Okular fotografieren. Hierfür können sie ein Smartphone oder Tablet verwenden. Ein Foto dazu ist in der begleitenden PowerPoint-Präsentation enthalten. Wichtig ist, dass das Smartphone oder Tablet nicht direkt auf dem Okular aufliegt. Das Foto kann anschließend in das Arbeitsblatt eingefügt und als Vorlage für die Zeichnung genutzt werden. Gegebenenfalls entsteht die Notwendigkeit, die Lernenden zu ermuntern, weil es manchmal schwierig ist, ein gutes Foto durch das Okular aufzunehmen. Indem sie ihre Fotos untereinander austauschen oder weitergeben, können sich die Schülerinnen und Schüler dabei auch gegenseitig unterstützen. Nach dem Zeichnen kann das Foto wieder entfernt werden, sodass nur die Zeichnung erhalten bleibt. Bei ihrer Zeichnung sollten sich die Lernenden auf einen kleinen Bildausschnitt konzentrieren, beispielsweise zwei bis drei Zwiebelzellen, und diese möglichst exakt zeichnen, anstatt das gesamte Präparat grob zu skizzieren. Gegebenenfalls sollte die Lehrkraft die Ermittlung der Gesamtvergrößerung noch einmal erläutern, da diese in der Zeichnung angegeben werden muss. Als Pufferlernziel kann das Anfärben von Feuchtpräparaten eingeplant werden. Auch hier bietet es sich an, die eingefärbten Mundschleimhautzellen zu fotografieren und zeichnerisch festzuhalten. Die abschließende Zusammenfassung über das Quiz sichert die wichtigsten Informationen der Einheit nachhaltig. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler benennen die Bestandteile und erklären deren Funktionen. zählen die Schritte des korrekten Mikroskopierens auf. fertigen Trocken- und Feuchtpräparate an. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler vergleichen digitale Informationen mit dem realen Objekt. erstellen mikroskopische Fotos. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren in der Gruppe. bearbeiten kooperativ Arbeitsaufträge und präsentieren ihre Ergebnisse.

Die weltweite Energienutzung hat sich in den letzten 30 Jahren um 90 Prozent erhöht und zeigt bei wachsender Weltbevölkerung weiterhin eine steigende Tendenz. Die Pflanze Miscanthus könnte einen Ausweg aus einer bevorstehenden Ressourcenverknappung bieten. Nachwachsende Rohstoffe sind eine der Grundvoraussetzungen für das menschliche Leben. Besonders in einer Zeit, in der die Expansion der Weltbevölkerung zu einem stetig steigenden Bedarf an Nahrung und Energie führt, ist es von essenzieller Bedeutung, diese Ressourcen nachhaltig und umweltgerecht zu nutzen. Um realistische Ernährungskonzepte für die künftigen Generationen zu erstellen und umsetzen zu können, benötigen wir eine weltweite, nachhaltige Produktion von Energie. Energielieferant "Nachwachsende Rohstoffe" Zu den Kernaufgaben der Landwirtschaft gehört neben der Nahrungsmittelproduktion der Anbau nachwachsender Rohstoffe. Bevor die Menschheit beispielsweise Kohle, Erdöl oder Erdgas als Energielieferanten entdeckt hatten, wurden Pflanzen zur Energiegewinnung und Materialherstellung genutzt. Brennholz, Bauholz, Wolle, Faser-und Färberpflanzen für Textilien, Futtermittel für Zugtiere oder Arzneipflanzen sind nur einige Anwendungsbeispiele. Falls die gesamte globale Bevölkerung auf diese Methoden und Pflanzen wieder ausweichen müsste, stehen uns jedoch heutzutage innovative technische Verfahren zur Verfügung, die viele neue Produkte und Anwendungen bei wesentlich effizienterer Umwandlung ermöglichen. Miscanthus dient als Häckselgut oder in gepresster Form der Strom- und Hochtemperaturwärmerzeugung, der Kraftstofferzeugung, der Biogaserzeugung und der Niedertemperaturwärmeerzeugung. Hierunter wird die Erzeugung von Warmwasser bis 100 Grad Celsius verstanden. Eine C4-Pflanze erobert den Energiemarkt Das Chinagras, dessen botanischer Name Miscanthus lautet, ist eine C4-Pflanze mit hoher Biomasseleistung. Miscanthus gehört zur großen Familie der Süßgräser (Poaceae). Die Gattung umfasst rund 20 Arten, die vorrangig in China, Japan, Nepal und Tibet beheimatet sind. Die C4-Pflanze ist spätestens seit der Veröffentlichung des Buches "Schilfgras statt Atom" von Franz Alt als Biomasse-Lieferant in aller Munde. Viele kennen das Gras als Zierpflanze im Garten. Miscanthus ist mehrjährig und zeichnet sich durch eine sehr effektive Photosyntheserate und hohe Biomasseproduktion aus. Das Gras kann an einem einzigen Tag bis zu fünf Zentimeter wachsen. Die Pflanze ist ein ausgesprochenes Multitalent, welches einerseits hohe Erträge liefert und gleichzeitig das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid bindet. Ziel der Unterrichtseinheit ist es, eine allgemeine Übersicht über Nachwachsende Rohstoffe zu geben und anhand des ausgewählten Beispiels von Miscanthus auf einen speziellen Vertreter dieser Pflanzenklasse einzugehen. Forscherinnen und Forscher entwickeln zurzeit immer neue Ideen, wie nachwachsende Rohstoffe im Alltag genutzt werden können. Dank der raschen Entwicklung und der zukünftigen Bedeutung Nachwachsender Rohstoffe kann die Unterrichtseinheit beispielsweise im Fach Biologe im Kontext C3-und C4-Pflanzen eingebettet werden. Die Schülerinnen und Schüler: lernen nachwachsende Rohstoffe als alternative Energiequellen kennen. kennen einen typischen Pflanzenvertreter der Gruppe Nachwachsender Rohstoffe. nennen die Charakteristika von C4-Pflanzen.

Ausgehend von der Frage nach der Entstehung von Mikroplastik und seinen Gefahren in aquatischen Ökosystemen entwickeln die Schülerinnen und Schüler Handlungsmöglichkeiten zur Vermeidung von Mikroplastik im Alltag und führen verschiedene Upcycling-Projekte durch. Die vorgestellte Unterrichtseinheit ist konzipiert nach dem Unterrichtskonzept des Deeper Learnings nach Anne Sliwka und Britta Klopsch. Daher ist die Unterrichtseinheit auch nach den drei Phasen des Deeper Learningmodells aufgebaut. Weitere Informationen bietet das Workbook für Lehrkräfte: Deeper Learning gestalten (Beigel, Klopsch & Slwika, 2023) der Deutschen Telekom Stiftung, das am Ende der Einheit verlinkt ist und kostenlos zur Verfügung steht. Die Schülerinnen und Schüler sollen fachliches Wissen aufbauen und Handlungsmöglichkeiten ko-kreativ und ko-konstruktiv entwickeln, wobei explizit die Aneignung und Vertiefung von fachlichen Inhalten als zentrales Ziel der Unterrichtseinheit definiert wird. Übergeordnetes Ziel ist das Erlernen der 4Ks und der 21st Century Skills sowie die Entwicklung in Co-Agency von Mastery, Kreativität und Identität. Wie gelangt Mikroplastik in das Meer der Antarktis? Mit Hilfe unterschiedlicher Nachrichtenmeldungen wird diese Frage bei den Schülerinnen und Schülern aufgeworfen. Dies löst wiederum die Frage aus, was Mikroplastik überhaupt ist, wie es entsteht und welche Gefahren von ihm ausgehen. Diese Fragen stehen im Mittelpunkt der Phase I (Instruktions- und Aneignungsphase) . Dazu erhalten die Schülerinnen und Schüler eine Vielzahl von Lernmaterialien in einer vorbereiteten Lernumgebung, die auch digital zur Verfügung stehen. Es geht darum die Problematik von Mikroplastik zu verstehen und fachwissenschaftlich korrekt wiedergeben zu können. In der Phase II (Ko-Konstruktion und Ko-Kreation) erarbeiten die Schülerinnen und Schüler authentische Lernprodukte wie Lernplakate, Sketchnotes oder Gedichte für einen Poetry Slam, in denen sie ihr neuerworbenes Wissen zu Mikroplastik darstellen und Handlungsmöglichkeiten zur Vermeidung von Mikroplastik aufzeigen. Die Lernprodukte sollen andere für die Problemlage sensibilisieren und Mitmachangebote zum Upcycling gestalten. Der Höhepunkt ist die Präsentation in der Phase III (Authentische Leistung) . Die Schülerinnen und Schüler teilen ihr Wissen mit der Schulgemeinschaft und werden aktiv, indem sie einen Ausstellungsraum gestalten und die Mitmachangebote mit anderen durchführen. In dem Materialpaket sind folgende Materialien enthalten: Material I: Mit Hilfe der zur Verfügung stehenden Materialien die Problematik von Mikroplastik verstehen Material II: Anregungen, Hilfestellungen und Checklisten für die Erstellung eines authentischen Lernproduktes Material III: Anregungen, Hilfestellungen und Checklisten für die Gestaltung eines Mitmachangebotes zum Upcycling Material IV: Checkliste zur Präsentation der authentischen Lernleistung Material V: Zusatzmaterial zu den in der Lerneinheit behandelten SDGs, Bildung für nachhaltige Entwicklung und außerschulischen Lernorten Je nachdem, wie die Schwerpunkte gesetzt werden, kann die Unterrichtseinheit mit Modifikationen und einer Anpassung des Schwierigkeitsgrades auch in der Sekundarstufe II eingesetzt werden. Relevanz des Themas Die Verschmutzung der Meere mit Plastik und der Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt ist ein aktuelles Thema, das den Schülerinnen und Schülern bereits aus ihrem Alltag bekannt ist. Es betrifft sie und ihre Familien, da wir alle zum Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt beitragen. Schülerinnen und Schülern ist dies häufig bewusst und sie setzen sich aktiv für Klima- und Umweltschutz ein. Vorkenntnisse Die Unterrichtseinheit ist so konzipiert, dass den Schülerinnen und Schülern die notwendigen fachlichen Kenntnisse in der Aneignungs- und Instruktionsphase vermittelt werden. Schülerinnen und Schüler, die bereits Vorwissen im Bereich der Problematik von Mikroplastik haben, können diese Phase schneller abschließen beziehungsweise sich intensiver mit weiteren Informationen auseinandersetzen, die über die Basisinformationen hinausgehen. Didaktisch-methodische Analyse Die Lerneinheit hat ihre Verankerung im Fach Biologie als Leitfach, mit den Themengebieten Ökologie und Angepasstheit von Lebewesen. Allerdings ist sie in ihrer Konzeption darauf angelegt, dass sie ein fächerverbindendes Projekt ist. Das Fach Deutsch trägt Lesestrategien für Sachtexte und Textproduktionsmethoden bei. Aus dem Blickwinkel des Fächerverbundes Wirtschaft/Politik geht es um die Frage nach der wirtschaftlichen Nutzung der Meere (Fischerei, Rohstoffabbau, Tourismus, et cetera) und den politischen Maßnahmen zum Schutz der Meere (Einrichtung von Meeresschutzgebieten, Verbot von Plastikprodukten, Mikroplastik in Kosmetika et cetera). In Phase I sammeln die Schülerinnen und Schüler bedeutungsvolle Erfahrungen und bauen ein solides Wissensfundament auf, das sie in Phase II weiterentwickeln. Dabei gibt es sowohl Lehrkraftvorträge als auch die Diskussion im Plenum. In Einzel- und Gruppenarbeit werden altersgemäße Bildungsmedien ausgewertet und angeleitete Internetrecherchen mit speziellen Suchmaschinen für Kinder durchgeführt. Differenzierungsmöglichkeiten sind insofern gegeben, dass die Schülerinnen und Schüler bei der Recherche selbst das Niveau ihrer Informationsquellen wählen können. Zum Beispiel neben den Nachrichtenmeldungen für Erwachsene auch die Logo-Kindernachrichten. In Phase II trägt das Fach Kunst dazu bei kreativ an der Umsetzung der Lernprodukte zu arbeiten. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten kollaborativ und kreativ, kommunizieren ihre Arbeitsergebnisse und hinterfragen die gesammelten Informationen nach der Analyse kritisch. Die selbstgewählten Teams sind verantwortlich für ihren Lernweg nach dem Prinzip des "Voice & Choice". Sie wählen das Lernprodukt aus, das sie erstellen möchten. Auf ihrem Lernweg üben sie das Recherchieren und erweitern ihr methodisches Know-how. Die Phase II wird durch ein formatives Feedback der Lehrkraft zu ihrem Lernweg und den entstehenden Produkten begleitet. Die Präsentation der authentischen Lernprodukte und die Moderation der Mitmachangebote vor der Schulgemeinschaft – Schülerinnen und Schüler, Lehrkräften und Eltern – fördert zum einen die Kommunikationskompetenz und zum anderen das Selbstbewusstsein, ihr Können zu präsentieren und Handlungsoptionen an andere weiterzugeben. Bei der Bewertung der authentischen Leistungen werden mehrere Komponenten miteinbezogen. Die Lehrkräfte berücksichtigen die individuellen Lernprozesse, die Lernprodukte wie auch die Präsentation vor der Schulgemeinschaft und die Arbeit in den Teams bei der Bewertung. Außerschulischer Lernort Bei einer Unterrichtseinheit mit Deeper Learning bietet sich auch die Nutzung außerschulischer Lernorte an. Bei der Durchführung mit unseren Schülerinnen und Schülern haben wir beispielsweise den Aquazoo in Düsseldorf besucht. Bei dem Besuch wurde in Zusammenarbeit mit den Kolleginnen und Kollegen der Museumspädagogik das biologische Fachkonzept der Anpassung von Lebewesen an das Leben in der Antarktis bearbeitet und an vielen Exponaten durch Primärerfahrungen erarbeitet. Zudem wurden mit den Schülerinnen und Schülern die Gefahren durch Plastikverschmutzungen im Meer erarbeitet. Einige Exponate im Aquazoo machen auf die Gefährdung der Weltmeere durch Plastikmüll aufmerksam. Die Einheit kann aber selbstverständlich auch ohne einen außerschulischen Lernort durchgeführt werden. Potentiale von außerschulischen Lernorten aus fachdidaktischer Sicht Der Besuch des Aquazoos geht über die Möglichkeiten des Unterrichtes hinaus, sowohl aus räumlicher als auch zeitlicher Perspektive. Die Schülerinnen und Schüler erhalten die Möglichkeit der Begegnung mit Lebewesen und biologischen Phänomenen (bedeutungsvolle Erfahrungen). Diese gewonnenen Eindrücke sind sinnlich, kognitiv und handlungsorientiert. Studien zeigen positive Effekte auf die Wissensvermittlung und auf affektive Dimensionen (Interesse am Unterricht, soziales Gruppenverhalten, Einstellungen zum Naturschutz) durch den Besuch eines außerschulischen Lernortes. Es werden Möglichkeiten der Förderung von Schülerinnen und Schülern geschaffen, die weniger leistungsfähig im Biologieunterricht sind. Vgl. Mayer, J. (2008). Außerschulischer Unterricht. in: Gropengießer, H. & Kattmann, U. (2008). Fachdidaktik Biologie, Köln: Aulis (8. Aufl.). Fachbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler gliedern neu erworbene biologische Konzepte in vorhandenes Wissen ein und hinterfragen Alltagsvorstellungen. entnehmen nach Anleitung biologische Informationen und Daten aus analogen und digitalen Medienangeboten (Fachtexte, Filme, Tabellen, Diagramme, Abbildungen, Schemata), geben deren Kernaussagen wieder und notieren die Quelle. stellen Präsentationen zu eingegrenzten biologischen Sachverhalten, Überlegungen und Arbeitsergebnisse – auch mithilfe digitaler Medien – bildungssprachlich angemessen und unter Verwendung einfacher Elemente der Fachsprache in geeigneten Darstellungsformen (Redebeitrag, kurze kontinuierliche und diskontinuierliche Texte) sachgerecht vor. benennen Bewertungskriterien und Handlungsoptionen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler führen Informationsrecherchen zielgerichtet durch und wenden dabei Suchstrategien an. filtern und strukturieren themenrelevante Informationen und Daten aus Medienangeboten, wandeln diese um und arbeiten sie auf. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler arbeiten ko-konstruktiv und ko-kreativ bei der Erstellung ihrer Lernprodukte. hinterfragen die von ihnen bearbeiteten Materialien kritisch und bewerten die Qualität der Informationen. kommunizieren ihre Arbeitsergebnisse sach- und adressatengerecht in ihren Gruppen und vor der Schulgemeinschaft.