In dieser Unterrichtseinheit erwerben die Schülerinnen und Schüler Kenntnisse über die Entstehung von Fossilien. Sie lernen Fossilien zu begutachten und erkennen deren Bedeutung für die historische Wissenschaft.In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Fossilien sollen die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass aus diesen urzeitlichen Funden wichtige Aussagen über die Entstehung des Lebens auf unserem Planeten getroffen werden können. Die Arbeit der Paläontologie wird dargestellt und die Entstehung von Fossilien wird sukzessive erarbeitet. Ergänzend zu dieser Einheit können Materialien aus der Unterrichtseinheit Evolution: Entstehung der Welt eingesetzt werden. Fossilien als Thema im Sach- und Geschichtsunterricht Die Unterrichtseinheit vermittelt den Schülern und Schülerinnen Kenntnisse über die Entwicklung des Lebens auf dieser Erde. Anhand der Fossilien hat Darwin seine Evolutionstheorie begründet und bewiesen. Fachspezifische Abbildungen, Informationstexte und fachbezogene Arbeitsaufgaben lassen die Schülerinnen und Schüler die evolutionäre Entwicklung nachvollziehen und unterstützen die Aneignung fachspezifischer Erkenntnisse. Methodische Analyse Motivierende Arbeitsaufgaben führen die Gedanken der Schülerinnen und Schüler auf den richtigen Weg zur Lösung der Problemfragen. Die Bearbeitung der Arbeitsaufgaben erfordert eigenes Denken und logisches Schlussfolgern statt einfaches Hinweglesen über vorgegebene Texte. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erlangen gesicherte Erkenntnisse über die Bedeutung fossiler Funde für das Wissen über die Entwicklung des Lebens auf unserer Erde. werden anhand von motivierenden Arbeitsaufgaben zur Erkenntnisgewinnung angeregt. können fachspezifische Begriffe und Zusammenhänge deuten und bewerten. können Bildmaterial in ihrer Aussage richtig bewerten und zur Erkenntnisgewinnung nutzen. lesen Informationstexte sinnerfassend. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kooperieren untereinander und profitieren von den Beiträgen ihrer Mitschülerinnen und Mitschüler. gehen würdigend mit den Beiträgen anderer um.

In dieser handlungsorientierten Unterrichtseinheit zum Thema "Periodensystem der Elemente" ordnen die Schülerinnen und Schüler – basierend auf der Kenntnis erster Elementfamilien – weitere Elemente verschiedenen Familien zu und "puzzeln" so einen Teil des Periodensystems der Elemente (PSE) selbstständig zusammen.In dieser Unterrichtseinheit wird zur Vereinfachung bei dem selbst zu erstellenden Periodensystem der Elemente (PSE) die Zahl der Elemente reduziert. Die Vorenthaltung von mindestens einem Element erzeugt dabei eine Lücke. Diese fungiert als Pendant der Elemente, die zu Mendelejews Zeiten noch nicht bekannt waren. Der Effekt dient zum einen der Anknüpfung an die Wissenschaftsgeschichte, zum anderen demonstriert die Lücke durch die Vorhersagbarkeit eines unentdeckten Elementes (und seiner Eigenschaften) die Schlüssigkeit des Systems auf eindrucksvolle Weise! Schließlich ordnen die Schülerinnen und Schüler auch noch die Edelgase in den PSE-Entwurf ein. Darauf aufbauend ergibt sich zwangsläufig die Frage nach dem Atombau. Abschließend werden die Erkenntnisse mithilfe eines interaktiven Periodensystems gefestigt. Den Schülerinnen und Schülern wird in dieser Unterrichtseinheit klar, was hinter der PSE-Systematik steckt. Sie lernen, mit diesem elementaren Werkzeug der Chemie sicher umzugehen.Die Unterrichtseinheit zum Periodensystem zeigt, wie man historische Wege der Erkenntnis nutzen kann, um die Schülerinnen und Schüler Sachverhalte eigenständig entdecken zu lassen. Unterrichtsmethodisch wird der frontale Lehrgang mit stark offenen Unterrichtsformen verschränkt. Voraussetzungen und Einstieg in die Thematik Die Schülerinnen und Schüler werden mit der "historischen" Aufgabe konfrontiert, in ein Element-Sammelsurium Ordnung zu bringen. Per Elemente-Puzzle zum PSE In Paarabeit experimentieren die Schülerinnen und Schüler mit einem Kartensatz ausgewählter Elemente und testen verschiedene Ordnungsstrategien. Präsentation und Ergebnissicherung Eine Gruppe ordnet das PSE-Puzzle an der Tafel. Die Edelgase werden ergänzt und die dem PSE zugrunde liegenden Ordnungskriterien gesichert. Übergang zum Atommodell Die Schülerinnen und Schüler lernen die historische Entwicklung des Atommodells kennen und festigen die Erkenntnisse mithilfe eines interaktiven Periodensystems. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler ordnen auf Basis ihres Vorwissens Elemente eigenständig Elementfamilien zu. beschreiten historische Wege der Erkenntnis selbst. erweitern und vernetzen vorhandenes Wissen zu den Elementen und ihren Eigenschaften vertikal und horizontal. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stellen ihre Ergebnisse auf geeignete Weise dar und teilen sie mit. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten selbstständig. arbeiten kooperativ.

In der Unterrichtseinheit "Was ist Wahrheit?" nähern sich die Lernenden dem Wahrheitsbegriff in Zeiten von Sozialen Netzwerken, Fake News und Photoshop. Vor dem Hintergrund der Humeschen Erkenntnistheorie erarbeiten sie die Rolle der Medien beim Konstruieren gesellschaftlicher Realität."Was ist Wahrheit?" ist in Zeiten von Fake News und Photoshop eine aktuell berechtigte, wenn auch nicht ganz neue Frage. Die Wahrheiten seiner Zeit, die das Massenmedium Kirche verbreitete, griff seinerzeit der Schotte David Hume heftig an und forderte ein streng empirisches Instrumentarium zur Klärung von Wahrheitskriterien. Was er hinterließ, war der Beginn der Humanwissenschaften. Diese Unterrichtseinheit widmet sich ausführlich der Humeschen Erkenntnistheorie, dem Sensualismus. Die Kernbegriffe seiner Philosophie sind nachvollziehbar dargestellt und mit Übungen, die den Schülerinnen und Schülern den Transfer erleichtern, versehen. Eine Gemeinschaftsübung vertieft das Gelernte und ein Artikel über die Gesellschaft "bildende" Funktion von Journalismus verweist auf die schon von Hume festgestellten Elemente von "Realität" als emotional bedingte und rational begründete Gemeinschaftskonstitutiva. Das Thema "Was ist Wahrheit?" im Unterricht Erkenntnis- und Wahrheitstheorien werden im Unterricht der Sekundarstufe oft vorausgesetzt. Für den Ethikunterricht oder das Fach Philosophie besteht die Relevanz darin, von Hume ausgehend, Probleme von Wahrheit und Erkenntnis einmal grundsätzlich anzugehen und Humes Denken als Basis der Humanwissenschaften zu erkennen. Mit Humes Sensualismus, der mit diesem Unterrichtsmaterial erarbeitet wird, können die Lernenden weitere Erkenntnis- und Wahrheitstheorien leichter verstehen. Der aktuelle Bezug zu Fake News und Bildbearbeitung in den Medien motiviert die Lernenden und regt zum kritischen Umgang mit Texten und sozialen Netzwerken an. Vorkenntnisse Grundkenntnisse über Themen wie Induktion, Deduktion und Syllogismen helfen beim Verständnis, sind jedoch zur Erarbeitung des Wahrheitsbegriffs für diese Unterrichtseinheit nicht zwingend erforderlich. Didaktische Analyse Mit diesem Material kann erkannt werden, dass "Wahrheit" ein begriffliches Konstrukt ist und dass diese unter empirischen Aspekten von Wahrscheinlichkeit und Glaube zu unterscheiden ist, während letzterer im Alltag handlungsbestimmend ist. Konstruktionsgesetze und Wahrnehmungsfilter unterliegen grundlegenden Interessen, nach Hume, dem "Lebenswillen". Das Erkennen dieser Aspekte macht deutlich, wie menschliche Verletzlichkeit "sichere" Begriffe konstituiert. Die Urteile in Bezug auf Außen-und Innenwelt, die sich für eine reglementierende Hierarchie bewähren, werden von dieser in der Regel als "Wahrheit" identifiziert. Die Gefährdung des Einzelnen angesichts sich verändernder Lebensverhältnisse wie auch die persönliche Gefahr, die Skepsis und Kritik in Bezug auf gültige Wahrheiten mit sich bringen können, können verunsichern. "Wahrheit" als konsensuelles Produkt verstanden, zeigt dem Einzelnen Verantwortung und Gestaltungsmöglichkeiten, die aus Ohnmachtsgefühlen resultieren könnten. Methodische Analyse Das gemeinsame Reflektieren auf verschiedenen Ebenen verbindet die Schülerinnen und Schüler, sodass die dadurch gewonnene Distanz gegenüber Verallgemeinerungen zum Diskurs statt zu Spaltung führen kann. Zusätzlich zu den Arbeitsblättern kann eine Powerpoint-Präsentation begleitend eingesetzt werden und beim Verständnis helfen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen einen empiristisch-sensualistischen sowie einen konstruktivistischen "Wahrheitsbegriff" kennen. erarbeiten, dass keine Wahrheit den Einzelnen von seiner Verantwortung entbindet. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren gezielt im Internet. lassen sich auf eine nonverbale Methode ein. arbeiten kompetent "analog". Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kooperieren in Kleingruppen und gestalten ein Gespräch im Interview. erhöhen im Lernprozess ihre Frustrationstoleranz. Brosow, Frank (2011): "Hume", Stuttgart. Hüther, Gerald (2018): "Die neurobiologischen Grundlagen unserer Würde" (DVD), Auditorium Netzwerk. Kulenkampff, Jens (1997): "David Hume - Eine Untersuchung über den menschlichen Verstand", Oldenburg. Roth, Gerhard (2003): "Fühlen, Denken, Handeln", Berlin. Watzlawick/Krieg (2008): "Das Auge des Betrachters", Heidelberg.

Diese Unterrichtseinheit beschäftigt sich mit den "Grundlagen der Speziellen Relativitätstheorie", einem von mehreren Themen, mit denen Albert Einstein im Jahr 1905 - auch sein "annus mirabilis" genannt - die Welt der Physik völlig verändert hat. Seine revolutionären Gedanken und Überlegungen zu verschiedenen Bereichen der Physik haben die bis dahin geltenden Gesetzmäßigkeiten teilweise auf den Kopf gestellt. Bis zum heutigen Tag sind Einsteins Erkenntnisse für viele Menschen nur schwer zu verstehen, auch wenn sie in Teilen mit mathematischen Grundkenntnissen gut nachvollziehbar sind.Ausgehend von Einsteins Postulaten - dem Relativitätsprinzip und dem Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit - werden die Schüler und Schülerinnen in Gedankenbeispielen auf die Gesetzmäßigkeiten der Speziellen Relativitätstheorie hingeführt. Dabei werden die unter den Namen Zeitdilatation und Längenkontraktion bekannten Gesetze detailliert hergeleitet. Geeignete Übungsaufgaben ergänzen die Theorie und zeigen, dass teilweise schwer verständliche Zusammenhänge Realität sind, auch wenn davon im Alltagsleben nichts zu spüren ist. Grundlagen der Speziellen Relativitätstheorie Die revolutionären Erkenntnisse von Albert Einstein waren die Grundlage, um die bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts geltenden Erkenntnisse der Physik auf den Prüfstand zu stellen. Insbesondere die Spezielle Relativitätstheorie macht es möglich, dass wir heute ganz selbstverständlich mit einem Navigationssystem im Auto unterwegs sind, das uns mit großer Präzision an unser Ziel bringt. Vorkenntnisse Vorkenntnisse von Lernenden können nur insoweit vorausgesetzt werden, dass der Name Albert Einstein bekannt und mit komplizierten und revolutionären Veränderungen in der Physik verbunden ist. Konkrete Kenntnisse sind jedoch nicht zu erwarten, weil das zugehörige physikalischen Wissen selbst im Rahmen der gymnasialen Oberstufe nur eingeschränkt vermittelt werden kann. Didaktische Analyse Die Erkenntnisse aus der Speziellen Relativitätstheorie können den Lernenden in Form von einfach gehaltenen Beispielen gut vermittelt werden. So können die Vorgänge bei hohen Relativgeschwindigkeiten - beispielsweise in Beschleunigeranlagen - ebenso gut eingeordnet werden wie bei hypothetischen Reisen zu fernen Sternen oder Galaxien. Methodische Analyse Einfache und etwas schwierigere Übungsaufgaben sollen die zunächst nicht gerade leicht zu verstehenden Zusammenhänge bei der Speziellen Relativitätstheorie den Schülerinnen und Schülern näherbringen. Ein tieferes Einsteigen in die komplizierte Thematik setzt ein hohes Maß an mathematischen Kenntnissen voraus, die am Gymnasium nur eingeschränkt vermittelt werden können. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen um die Zusammenhänge bei der Speziellen Relativitätstheorie. können die Begriffe "Zeitdilatation" und "Längenkontraktion" beschreiben und herleiten. können die Bedeutung der Speziellen Relativitätstheorie für die Entwicklung technischer Großprojekte einordnen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschülern auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden wertfrei diskutieren zu können.

Im gesellschaftlichen Diskurs wird häufig von der (Natur-)Wissenschaft gesprochen, die oft als allgemeingültige Argumentationsgrundlage herangezogen wird. In der Unterrichtseinheit sollen Schülerinnen und Schüler dieses Verständnis kritisch hinterfragen. Als Beitrag zu einer umfassenden naturwissenschaftlichen Bildung erarbeiten sie die Rahmenbedingungen von naturwissenschaftlichem Forschen und Handeln, diskutieren bestehende Kontroversen und Grenzen und gelangen so zu einem vertieften Verständnis über das Wesen bzw. die Eigenschaften der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung. In dieser Unterrichtseinheit setzen sich die Lernenden mit den (Natur-)Wissenschaften auseinander und werden befähigt, naturwissenschaftliche Erkenntnisse kritisch zu reflektieren und kompetent einzuordnen. Eine Schülerin stellt ihre Erfahrung mit der Unterrichtseinheit im Community Call des Forums Bildung (2023) vor: https://www.youtube.com/watch?v=DV387Otll_M&t=22s . Die Unterrichtseinheit ist nach den Prinzipien des Unterrichtskonzept des Deeper Learning nach Anne Sliwka und Britta Klopsch konzipiert und folgt dem Drei-Phasen-Modell des Deeper Learning. Vertiefende Informationen dazu bietet das Workbook für Lehrkräfte: "Deeper Learning gestalten" (Beigel, Klopsch & Slwika, 2023) der Deutsche Telekom Stiftung, das am Ende der Einheit verlinkt und kostenfrei verfügbar ist. Ziel der Unterrichtseinheit ist es, dass die Schülerinnen und Schüler Fachwissen im Bereich Naturwissenschaften erwerben und dieses durch die ko-kreative und ko-konstruktive Bearbeitung einer authentischen Lernleistung anwenden. Der Fokus liegt dabei auf dem Erwerb vielfältiger Kompetenzen, die in verschiedenen Konzepten beschrieben sind. Zum einen in den sogenannten 4Ks, die vier zentralen Kompetenzen des Lernens im 21. Jahrhundert: kritisches Denken, Kreativität, Kommunikation und Kollaboration. Zum anderen in den 21st Century Skills, die über das reine Fachwissen hinausgehen und Fähigkeiten wie Problemlösefähigkeit oder Eigenverantwortung umfassen. Weitere Kompetenzen sind die Entwicklung von Mastery – das tiefergehende Verständnis von einem bestimmten Fachgebiet –, von Kreativität sowie der Stärkung der Identität in Co-Agency, das gemeinsame Gestalten von Lernprozessen. Was zeichnet Prozesse der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung aus? Wie arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler? Welche naturwissenschaftlichen Forschungsmethoden gibt es? Diese Fragen stehen im Mittelpunk von Phase I, der Instruktions- und Aneignungsphase der Einheit. Schülerinnen und Schüler erhalten verschiedene Lernmaterialien, die in einer vorbereiteten Lernumgebung, teilweise auch digital, zur Verfügung stehen. Ziel ist es, mit Hilfe der Materialien die Eigenschaften von Naturwissenschaften zu verstehen und fachwissenschaftlich korrekt wiederzugeben. Dabei dienen die sieben von Lederman et al. (2002, 2006, 2014) identifizieren Merkmale von Naturwissenschaften als angestrebtes gemeinsames Wissensfundament für die Schülerinnen und Schüler, da sie alltagsrelevante und lebensnahe Eigenschaften darstellen. Die Lernenden wenden diese gelernten Merkmale daraufhin in einem fachlichen Kontext an und zeigen so, dass sie verstanden haben, wodurch wissenschaftliche Ergebnisse geprägt sind. In Phase II, der Phase "Ko-Konstruktion und Ko-Kreation" , wenden die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen aus Phase I praktisch an, indem sie die Merkmale naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnungsprozesse am konkreten Beispiel einer Wissenschaftlerin bzw. eines Wissenschaftlers oder alternativ anhand einer historischen oder aktuellen naturwissenschaftlichen Fragestellung erarbeiten. Die entstehenden Erkenntnisse werden für eine anschließende Präsentation aufbereitet, wobei den Schülerinnen und Schülern die Wahl des zu erstellenden Lernprodukts freisteht. In Phase III, der Phase "Authentische Leistung" , präsentieren die Schülerinnen und Schüler anschließend ihre authentische Lernleistung und teilen ihren Erkenntnisgewinn mit der Lerngruppe und ggf. der Schulöffentlichkeit. Relevanz des Themas In aktuellen gesamtgesellschaftlichen Diskussionen und Entwicklungen wird den Naturwissenschaften eine gemeinhin hohe Bedeutung zugemessen. Unsere heutige Welt basiert in vielen Bereichen auf naturwissenschaftlichen Erkenntnissen – technologische, medizinische und ökologische Fortschritte sind untrennbar mit ihnen verbunden. Gleichzeitig wird bestimmten naturwissenschaftlichen Erkenntnissen, etwa dem menschengemachten Klimawandel, aber auch immer wieder von einzelnen Personengruppen die Legitimität abgesprochen. Ziel einer umfassenden naturwissenschaftlichen Bildung sollte es daher sein, Schülerinnen und Schüler dazu zu befähigen, die Grundlagen und Rahmenbedingungen naturwissenschaftlicher Forschung zu verstehen, bestehende Kontroversen und Grenzen zu kennen und diese differenziert bewerten zu können. So entwickeln sie die Fähigkeit, naturwissenschaftliche Erkenntnisse kritisch einzuordnen, argumentativ zu verteidigen und fundiert in gesellschaftliche Diskurse und Aushandlungsprozesse einzubringen und werden letztlich in die Lage versetzt, ihre Zukunft reflektiert und verantwortungsvoll mitzugestalten. Vorkenntnisse Es ist davon auszugehen, dass Schülerinnen und Schüler zum Ende der Sekundarstufe I bereits grundlegend mit dem Prozess der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung vertraut sind. Je nach Bedarf stellt Material III dahingehend eine Wiederholung oder Einführung dar. Die Unterrichtseinheit ist so konzipiert, dass sich die Lernenden die notwendigen fachlichen Kenntnisse zur "Nature of Science" in der Aneignungs- und Instruktionsphase aneignen. Schülerinnen und Schüler, die in diesem Bereich bereits über Vorwissen verfügen, können die Phase schneller abschließen bzw. sich intensiver mit den weiterführenden Informationen in Material II auseinandersetzen. Didaktisch-methodische Kommentar Die Lerneinheit wurde für den Einsatz in der Grundlagenakademie der Einführungsphase entwickelt. Sie stellt eine Ergänzung zum fachgebundenen (Mathematik-, Deutsch- oder Englisch-) Vertiefungskurs nach der Ausbildungs- und Prüfungsordnung für die gymnasiale Oberstufe NRW dar, fördert gezielt fachliche und überfachliche Kompetenzen und führt die Schülerinnen und Schüler an das Konzept des Deeper Learning heran. Thematisch ist die Einheit in den naturwissenschaftlichen Fächern Biologie, Chemie und Physik verankert, wobei die Wahl der Vertiefungsthemen den Interessen und Neigungen der Schülerinnen und Schülern überlassen bleibt. Ziel ist die explizite Vermittlung von "Nature of Science" bzw. der Eigenschaften von Naturwissenschaften. Gebhard, Höttecke und Rehm (2017) stellen in ihrer "Pädagogik der Naturwissenschaften" heraus, dass die fachdidaktische Forschungslage zur Wirksamkeit der Vermittlung eindeutig ist. Dabei beziehen sie sich auch auf Khisfhe und Abd-El-Khalick (2002), die herausgearbeitet haben, dass Schülerinnen und Schülern von vielfältigen Reflexionsanlässe profitieren. Die naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung bzw. die Natur der Naturwissenschaften, soll von einer Meta-Ebene aus nachvollzogen werden. Am Beispiel der weiterentwickelten Bildungsstandards in den Naturwissenschaften für das Fach Chemie (MSA) (KMK, 2024) lässt sich exemplarisch die Passung von "Nature of Science" auf die curricularen Vorgaben verdeutlichen: "Bildung in der Chemie ermöglicht Einblicke in die Arbeitsweisen der chemischen Industrie und Forschung, fördert das Wissenschaftsverständnis im Sinne von Nature of Science, trägt zur lebenslangen individuellen Kompetenzentwicklung bei und ist somit ein wichtiger Teil der Allgemeinbildung (KMK, 2024, S.6)." "Die Erkenntnisgewinnungskompetenz der Lernenden zeigt sich in der Kenntnis grundlegender naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen verbunden mit der Fähigkeit, diese zu beschreiben, zu erklären, für Erkenntnisprozesse systematisch zu nutzen und deren Möglichkeiten und Grenzen zu reflektieren (KMK, 2024, S.7)." Dittmer und Zabel (2019) betonen, dass naturwissenschaftliche Bildung die Rahmenbedingungen, Kontroversen und Grenzen von Wissenschaft in den Blick nehmen sollte. Der Bildungswert der Wissenschaft wird dabei unter dem Begriff "Nature of Science" diskutiert. "Nature of Sciene" steht für den didaktischen Anspruch, wissenschaftstheoretische und -historische Aspekte in den Naturwissenschaftsunterricht zu integrieren und die Vermittlung naturwissenschaftlicher Mythen durch eine rein lehrbuchorientierte geprägte Unterrichtspraxis zu verhindern (Dittmer & Zabel, 2019). Zentrale Fragen dabei lauten: Welche Fragen können Naturwissenschaftlerinnen und Naturwissenschaftler beantworten – und welche prinzipiell nicht? Welches Welt- und Menschenbild transportieren naturwissenschaftliche Theorien und Forschungsvorhaben? Worauf gründet sich naturwissenschaftliches Wissen, und wie haltbar und weitreichend ist es? Wie verhalten sich Naturwissenschaft und Religion zueinander? Worin unterscheidet sich die naturwissenschaftliche Sichtweise auf die Welt beispielsweise von einer künstlerischen Perspektive? (ebd.). In Phase I der Unterrichtseinheit steht das Sammeln bedeutungsvoller Lernerfahrungen im Mittelpunkt. Die Schülerinnen und Schüler erwerben ein solides Wissensfundament, das sie in Phase II gezielt vertiefen und weiterentwickeln. Die Vermittlung erfolgt über Impulse durch die Lehrkraft (z. B. Kurzvorträge) sowie durch die gemeinsame Diskussion im Plenum. Ergänzend arbeiten die Lernenden in Einzel- und Gruppenarbeitssettings an der Erschließung der "Lederman seven", wobei der Fokus auf eigenständiger Recherche liegt. Zur Unterstützung dient Material II, das als vorstrukturierte Lernhilfe konzipiert ist und Binnendifferenzierung ermöglicht. Es bündelt Informationen zum Thema "Nature of Science" für unterschiedlichen Niveaustufen - von populärwissenschaftlichen Texten über fachdidaktische Beiträge bis hin zu englischsprachigen Quellen. Darüber hinaus stehen audio-visuelle Angebote zur Verfügung, um unterschiedliche Lernzugänge zu ermöglichen und eine adressatengerechte Differenzierung zu fördern. Die zur Sicherung der Lerninhalte eingesetzte Mystery-Methode basiert auf einem problemorientierten Ansatz, bei dem die Schülerinnen und Schüler ein zunächst rätselhaftes Phänomen oder eine spannende Leitfrage bearbeiten. Im Sinne eines problemorientierten Unterrichtsansatzes gilt es, Informationen zu sammeln, zu analysieren und auf der Grundlage des in Phase I erworbenen Wissen miteinander zu verknüpfen, um das eingangs gestellte Problem bzw. die Frage zu beantworten. Das Ergebnis der Auseinandersetzung ist eine Concept-Map, die die individuellen Denkwege, Hypothesen, Ideen und Vorstellungen der Schülerinnen und Schülern sichtbar macht. Durch die kooperative Erstellung der Concept-Map werden, neben fachlichen Kompetenzen, insbesondere auch Kommunikationsfähigkeiten, Argumentationsfähigkeit und soziale Kompetenzen gezielt gefördert. In Phase II erfolgt die Erstellung der Lernprodukte. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten kollaborativ, kreativ und während der Recherchephase auch digital. Dabei wählen sie eigenverantwortlich ihre Lerngruppe, ihren Lernweg sowie die Form des Lernprodukts nach dem Prinzip "voice & choice" und gestalten ihren Lernweg aktiv mit. Durch den selbstgesteuerten Lernweg stärken sie sowohl ihre Recherchekompetenz als auch ihr methodisches Know-how. Ein zentrales Element dieser Phase ist die kritische Auseinandersetzung mit den gesammelten Informationen, die von den Lernenden analysiert und reflektiert werden. Die Lehrkraft begleitet diesen Prozess durch formatives Feedback zu dem Arbeitsprozess sowie zu den entstehenden Lernprodukten. Zur Strukturierung der Teamarbeit stellt Material IV eine koordinierende Aufgabenübersicht in Tabellenform zur Verfügung, die als niedrigschwellige Planungs- und Organisationshilfe in Phase II dient. Ergänzend wird die Kanban-Methode (Material V) eingeführt, die die Schülerinnen und Schüler in das agile Arbeiten einführt, agile Arbeitsprozesse und die Aufgabenverteilung im Team visualisiert und als Feedbackgrundlage dient. Für Lernende, die Unterstützung bei der Themenwahl benötigen, ist eine Liste mit Themenvorschlägen beigefügt, die passende Vorschläge zur Vermittlung der "Nature of Science" enthält und fachdidaktisch erprobt ist. Die Präsentation der authentischen Lernprodukte vor der Schulgemeinschaft und ggf. einer schulexternen Öffentlichkeit in Phase III fördert sowohl die Kommunikationskompetenz als auch das Selbstwirksamkeitserleben der Schülerinnen und Schüler. Sie erleben, dass sie komplexe naturwissenschaftliche Inhalte adressatengerecht vermitteln können und sie aktiv zu gesellschaftlich relevanten Diskussionen über die Eigenschaften von Naturwissenschaften beitragen können. In die Bewertung der Lernleistung durch die Lehrkraft werden dabei mehrere Komponenten einbezogen: Berücksichtigt werden vor allem die individuellen Lernprozesse, die Qualität der Lernprodukte, die Teamarbeit sowie die Präsentationsleistung vor der Schulgemeinschaft. Den Abschluss der Einheit bildet die Retrospektive im jeweiligen Team, in deren Rahmen die Schülerinnen und Schüler reflektieren, welche neuen fachlichen, methodischen und sozialen Kompetenzen sie in der Deeper Learning-Einheit entwickelt haben. Diese Reflexionsphase dient nicht nur der individuellen Auseinandersetzung der Lernenden mit dem eigenen Lernprozess, sondern liefert auch der Lehrkraft wertvolle Impulse zur Weiterentwicklung der Unterrichtseinheit. Fachbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler erläutern das Konzept der „Nature of Science“, kennen die Möglichkeiten und Grenzen naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung und können die zentralen Kriterien, Bedingungen und Eigenschaften wissenschaftlicher Wissensproduktion beschreiben. stellen die wissenschaftlichen Grundlagen fachwissenschaftlicher Probleme dar und ordnen diese in fachliche, historische und gesellschaftspolitische Kontexte ein. beurteilen Quellen in Bezug auf spezifische Interessenlagen. begründen die eigene Meinung kriteriengeleitet anhand von Sachinformationen, bewerten die persönliche und gesellschaftliche Tragweite und Bedeutsamkeit einzelner Forschungsprojekte im Kontext von „Nature of Science“. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler führen zielgerichtete Informationsrecherchen durch und wenden dabei Suchstrategien an (Medienkompetenzrahmen NRW 2.1.). filtern und strukturieren themenrelevante Informationen und Daten aus Medienangeboten, wandeln diese um und arbeiten sie auf (Medienkompetenzrahmen NRW 2.2). präsentieren Lern- und Arbeitsergebnisse sach-, adressaten- und situationsgerecht unter Einsatz geeigneter analoger und digitaler Medien, belegen verwendete Quellen, kennzeichnen Zitate und tauschen sich mit anderen konstruktiv über naturwissenschaftliche Sachverhalte auch in digitalen kollaborativen Arbeitssituationen aus. 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 von Informationen. kommunizieren ihre Arbeitsergebnisse sach- und adressatengerecht in ihren Gruppen und vor der Schulgemeinschaft. Beigel, J., Klopsch, B. & Sliwka, A. (2023). Deeper Learning gestalten. Ein Workbook für Lehrkräfte. Weinheim: Beltz. Open access: https://www.telekom-stiftung.de/sites/default/files/files/media/publications/deeper-learning-gestalten-workbook.pdf Deeper Learning Initiative: https://hse-heidelberg.de/hsedigital/hse-digital-teaching-and-learning-lab/deeper-learning-initiative/deeper-learning Dittmer, A. & Zabel, J. (2019) . Das Wesen der Biologie verstehen; Impulse für den wissenschaftspropädeutischen Biologieunterricht. In Groß, J. et al. (Hrsg.), Biologiedidaktische Forschung: Erträge für die Praxis. Berlin: SpringerSpektrum. Heering, P. & Kremer, K. (2018). Nature of Science. In: Krüger, D. et al. (Hrsg.), Theorien in der naturwissenschaftlichen Forschung. Berlin: SpringerSpektrum. Gebhard, U., Höttecke, D. & Rehm, M. (2017). Pädagogik der Naturwissenschaften. Ein Studienbuch. Berlin: SpringerSpektrum. Forum Bildung Digitalisierung: Community Call: Digitaltag 2023 mit Deeper Learning: Entdecken. Verstehen. Gestalten.: https://www.youtube.com/watch?v=DV387Otll_M&t=22s Kultusministerkonferenz. (o. D.). Medienbildungskompetenz - Rahmenlehrplan für die Sekundarstufe I .: https://www.schulministerium.nrw/sites/default/files/documents/Medienkompetenzrahmen_NRW.pdf

Die entwickelte Unterrichtsreihe nutzt den eukaryotischen Organismus S. cerevisiae (Bäckerhefe), aufgrund seiner einfachen Kultivierungsbedingungen, zum Wissensaufbau zu biologischen Schlüsselbegriffen in den Themen Fermentation und mikrobielle Kinetik. Übergeordnetes Ziel ist das Erlernen von methodischen Strukturen zum wissenschaftlichen Arbeiten, bei der mithilfe von Versuchsreihen der Einfluss eines Parameters auf ein biologisches System untersucht wird. Dieser systematische Umgang mit Variablen innerhalb einer Versuchsreihe trägt zur Kompetenzförderung im Bereich Erkenntnisgewinnung im Rahmen der naturwissenschaftlichen Grundbildung bei.Wie gelingt der beste Pizzateig? Dieser Frage folgt das Unterrichtskonzept mit spannenden und einfachen Experimenten mit Hefe zu den Themen Fermentation und mikrobielle Kinetik . Der Versuchsaufbau ist für alle Hefe-Experimente identisch, kann aber in unterschiedlicher Komplexität durchgeführt und ausgewertet werden. Dadurch ist die Unterrichtsreihe sowohl in der Sekundarstufe 1 als auch 2 einsetzbar. Die Experimente bauen auf einen Grundversuch auf und können durch weitere Untersuchungen und Variation von Parametern ein vertiefendes Wissen innerhalb des Themas Enzymkinetik ermöglichen. Nach einer thematischen Einführung wird im Grundversuch die allgemeine grundlegende Aussage getroffen, dass Hefe ein wässriges Medium mit einem Substrat (Saccharose) und spezifisch günstige Temperaturbedingungen zwischen 35 °C bis 45 °C zum Wachstum benötigt. Diese Annahme wird mithilfe einer Versuchsreihe zu den Auswirkungen der Parameter Temperatur und Substrat auf das Hefewachstum untersucht. In der darauffolgenden Unterrichtsstunde folgen drei aufbauende Experimente (Versuch 1 bis 3), welche das Wissen zu Enzymen , deren Funktion und Kinetik als Biokatalysatoren erweitern. Bezüglich den Schwerpunkten Temperaturabhängigkeit, Substratspezifität und Substratkonzentration werden Datensätze mit den Experimenten generiert, die analytisch in einer Nachbereitungsstunde ausgewertet werden. Die beobachteten Reaktionen werden mit der Michaelis-Menten-Kinetik veranschaulicht. Dies ist möglich, da die Hefezellen vereinfacht als Biokatalysator angesehen werden können. In den Experimenten wird über die Bildung des Schaums (beziehungsweise des Kohlenstoffdioxids) auf das Wachstum geschlossen. Eine höhere Schaumbildungsrate liegt einer höheren $$CO_2$$ - Bildung zugrunde, was folglich ein verstärkter Stoffwechsel und mehr Zellen bedeutet. Die Hefe-Aktivität wird somit durch die Ausdehnung der Ansatzvolumina messbar und muss über einen Zeitraum von circa 10 Minuten in regelmäßigen Abständen dokumentiert werden. In Zusatzversuchen (Versuche 4 bis 6) können weitere Parameter wie der Einfluss unterschiedlicher Lösemittel (Wasser und Öl), die Auswirkung beim Zusatz von Salz und die Enzymkonzentration (Menge an Hefe) untersucht werden. Der Kontext zum Pizzabacken oder Backen von Hefeteigprodukten bietet alltagsnahen und altersgerechte Einstiegsmöglichkeiten für die Bildungsgänge der Sekundarstufe 1 und 2 dar. Mit der Plattform "Kniffelix" kann die Unterrichtsreihe durch ein digitales Lernangebot mit dem "Pizza-Rätsel" erweitert werden. Diese digitale Begleitung der Hefeversuche stellt Ergänzungen in Form von weiteren praktischen Aufgaben, Lernvideos, interaktiven digitalen Aufgaben zu den Versuchsreihen bereit. Das Thema "Hefe" im Biologie-Unterricht Die Stoffwechselleistung der Hefe macht sich der Mensch schon seit Jahrtausenden zunutze, beispielsweise beim Bierbrauen und Brotbacken. Heute gehört der Mikroorganismus Hefe zu den "Fabriken der Zukunft" und steht im Interesse der Forschung und Industrie zur Produktion von biotechnologischen Produkten wie Impfstoffe, Medikamente oder Chemikalien. Die Relevanz der Thematik steckt somit in der historisch wachsenden Bedeutung der Hefe in vielfältigen Forschungsfeldern sowie in der Jahrtausendlangen Verwendung zur Herstellung von Teigwaren in der heimischen Küche und alkoholischen Getränken. Vorkenntnisse Spezifische Vorkenntnisse der Lernenden sind nicht notwendig. Die theoretischen Hintergründe zu den Experimenten schaffen grundlegendes Wissen, wodurch sich die Experimente als Einstiegsthema zur Enzymkinetik eignen. Vorkenntnisse zur Zellatmung und alkoholischen Gärung können vorteilhaft sein und können durch wesentliche Erkenntnisschritte in der analytischen Auswertung der Experimente verdeutlicht werden. Didaktisch-methodische Analyse Die Experimente folgen einem forschungsorientierten methodischen Vorgehen und stehen im Zuge der Entwicklung der Experimentierkompetenz der Schülerinnen und Schüler im Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung. Die kontrollierte Variation der Untersuchungsparameter und der systematische Umgang mit Variablen fördert das Erlernen von methodischen Strukturen zum wissenschaftlichen Arbeiten im Rahmen der naturwissenschaftlichen Grundbildung. Die Experimente werden in Gruppenarbeit oder Partnerarbeit, je nach Klassen- oder Kursgröße, durchgeführt. Somit steht der Austausch mit Peers im Vordergrund, indem sich die Lernenden gegenseitig unterstützen und selbstständig den Experimentierprozess leiten. Besonderheit aller Experimente ist, dass alle verwendeten Geräte, Gebrauchs- und Verbrauchsmaterialien kostengünstig in Drogerien oder Lebensmittelgeschäften erhältlich oder sogar schon im Haushalt zu finden sind. Aufgrund dessen, durch die digitale Begleitung der Inhalte auf der Plattform "Kniffelix" und durch Videomaterial auf der Homepage des Lehrgebiets BioVT der TUK können die Experimente auch einfach von zu Hause durchgeführt werden und im Setting "Remote Learning" Einsatz finden. Eine zusätzliche Unterstützungsmöglichkeit bei der Durchführung des Unterrichtskonzepts ist die besondere methodische Herangehensweise in Experimentierkisten , welche nicht nur als Transportmedium für alle Materialien und Geräte dient, sondern auch den Wissenstransfer zwischen Universität und Schule symbolisiert und den Transport von Wissensgut ermöglicht. Für Lehrkräfte aus Rheinland-Pfalz und aus der Metropolregion Hamburg besteht die Möglichkeit diese Experimentierkisten auszuleihen. Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen (nach dem DigCompEdu Modell) Die Lehrenden sollten dazu in der Lage sein, die Unterrichtsreihe gezielt durch digitale Medien zu untermauern. Beispielsweise ist es möglich ein digitales Laborbuch zu den Versuchsreihen anzulegen und die Datenanalyse mit einer Softwarelösung vorzunehmen. Das digitale Laborbuch kann zur Dokumentation aber auch als Interaktionstool genutzt werden und im Rahmen eines kollaborativen Dokumenten-Tools umgesetzt werden. Die Lehrkraft soll so in der Lage sein, die Schülerinnen und Schüler zu befähigen, digitale Medien im Rahmen der Gruppenarbeiten zu nutzen, um die Kommunikation und Kooperation innerhalb der Lerngruppe zu verbessern. Die Lernenden können in der Form des digitalen Laborbuchs experimentelle Erkenntnisse und Fortschritte dokumentieren, diese kommunizieren und gemeinsam Auswertungen und Diskussionspunkte erarbeiten. Sicherzustellen sind Internetzugang und die Verfügbarkeit von Endgeräten für die Lerngruppe. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler führen exemplarisch Untersuchungen zu physiologischen Fragestellungen zu dem Zusammenhang von Kohlenstoffdioxidproduktion, Wachstum und Enzymkinetik, durch. erschließen sich Wechselwirkungen zwischen Lebensraum, dessen charakteristischen Faktoren (zum Beispiel Temperatur, Substrate) und dem artspezifischen angepassten Wachstum von Organismen. stellen auf Grundlage der Analyse der Experimente zu Enzymkinetik erste Zusammenhänge zur Michaelis-Menten-Kinetik da. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wenden im Experimentierprozess zur Erkenntnisgewinnung die kontrollierte Untersuchung der Variablen an, identifizieren die Störvariable, halten deren Auswirkungen gering und kontrolliert, um den Einfluss der abhängigen Variable zu untersuchen. nutzen naturwissenschaftliche Arbeitsweisen (zum Beispiel Experimentieren, Beobachten, Messen). Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stehen in der Gruppenarbeit im Austausch mit der Peer-Gruppe, wodurch ein Peer-Coaching explizit erfordert wird. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler zeigen Kreativität bei dem Lösen der Problemstellungen der Experimente. analysieren die aus den Experimenten gewonnenen Daten, interpretieren und bewerten sie, um kritisch Rückschlüsse auf die Themen Enzymkinetik und Kultivierungsbedingungen zu ziehen.