Biologie: Willkommen im Fachportal

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

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 selbstständig 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.

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler die Zusammensetzung und die Aufgaben des Blutes kennen. Über einen fiktiven Zeitungsartikel über die Herstellung künstlichen Blutes nähern sich die Schülerinnen und Schüler in dieser Doppelstunde der Zusammensetzung und den Aufgaben von Blut. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten zuerst die Zusammensetzung des Blutes . Dazu bearbeiten sie einen H5P-Lückentext über die Zusammensetzung des Blutes. Die erarbeiteten Informationen werden anschließend in einem Schaubild auf dem Arbeitsblatt selbstständig durch die Lernenden fixiert. Im Anschluss folgt ein kurzes Unterrichtsgespräch, indem die Notizen vom Schaubild besprochen werden. Im nächsten Teil erarbeitet die Klasse Details zu den festen Blutbestandteilen, den Blutzellen . Es kann ein Blutausstrich durch die Lernenden angefertigt werden. Hierzu müsste gerührtes (gerinnungsfreies) Schweineblut durch die Lehrkraft bereitgestellt werden sowie Materialien zum Mikroskopieren. Ein Anleitungsvideo steht zur Verfügung. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten anschließend Details zu den Blutzellen . Die Informationen, die in der Tabelle auf dem Arbeitsblatt fehlen, sollen durch die Lernenden im Internet recherchiert und in das Arbeitsblatt eingetragen werden. Die Selbstkontrolle der recherchierten Informationen wird im Anschluss durch das Bearbeiten eines H5P-Drag & Drop Quiz durchgeführt. Durch das Platzieren der Bestandteile des H5P-Quiz erhalten die Schülerinnen und Schüler direkt Feedback zu den recherchierten Informationen. Bei Bedarf verbessern die Lernenden die Notizen auf dem Arbeitsblatt. Im nächsten Schritt verschaffen sich die Lernenden einen Überblick über die allgemeinen Aufgaben des Blutes , die bisher noch nicht im Rahmen der Blutzellen thematisiert wurden. Die Lernenden lesen dazu einen kurzen Text auf dem Arbeitsblatt und notieren die Aufgaben stichpunktartig. Im Anschluss werden die Notizen kurz in einem Unterrichtsgespräch besprochen. Als Puffer kann kurz auf das Thema Bluterkrankungen eingegangen werden. Hier könnte als Beispiel die Krankheit Leukämie vorgestellt werden. Abschließend wird der Einstieg in die Stunde aufgegriffen und die Schlagzeile über das künstliche Blut diskutiert . Die Schlagzeile ist nicht echt. Tatsächlich kann Blut jedoch bereits künstlich hergestellt werden. Der Prozess ist allerdings eher aufwendig und die erzeugten Mengen sehr gering. Blut ist in seiner Zusammensetzung und den Funktionen so komplex, dass es immer noch nicht möglich ist, es großtechnisch künstlich zu erzeugen. Daher werden täglich Blutspenden benötigt. Damit könnte man direkt zum nächsten Thema, der Blutspende beziehungsweise Blutgruppen überleiten. Als Gesamtzusammenfassung lösen die Lernenden eine H5P-Zusammenfassung . Das Thema Blut ist für die Lernenden sehr spannend. Teilweise bringen Schülerinnen und Schüler hier viel Vorwissen mit, teilweise hören sie Inhalte zum ersten Mal. Beim Einstieg muss die Lehrkraft durch Gesprächsführung eventuell etwas auf die Zielangabe lenken. Die Schülerinnen und Schüler erkennen den Zeitungsartikel als unechten Artikel, die Frage, ob Blut künstlich erzeugt werden kann, bleibt jedoch als Zielangabe bestehen. Eventuell muss die Lehrkraft anschließend durch Gesprächsführung auf die Zusammensetzung und die Aufgaben lenken. Die Lernenden müssen sich demnach den Stoff Blut genauer ansehen. Hier kann der Zusammenhang zwischen Zusammensetzung und Funktion betont werden, der ein Grundprinzip der Biologie darstellt. Bei der Übertragung der Informationen über die Zusammensetzung des Blutes in das Schaubild muss die Lehrkraft teils individuell unterstützen. Zwar haben die Schülerinnen und Schüler das H5P-Quiz in Form des Lückentextes gelöst, sie haben teils jedoch Schwierigkeiten, die Informationen auf das Schaubild zu übertragen. Hier sollte die Lehrkraft dazu ermuntern, es nach eigener Einschätzung zu probieren und die Sicherung durch ein Unterrichtsgespräch beziehungsweise das gemeinsame Verbessern des Schaubildes zu gewährleisten. Wenn es möglich ist, sollte die Lehrkraft den Blutausstrich anfertigen lassen. Dadurch werden zum einen experimentelle Kompetenzen eingeübt, zum anderen erkennen die Lernenden selbst die hohe Anzahl der roten Blutkörperchen und können das Aussehen selbst im Original erschließen. Hier sollte darauf geachtet werden, dass einige Schülerinnen und Schüler sensibel in Bezug auf Blut reagieren und niemand gezwungen wird, zu experimentieren. Bei der Recherche der Informationen zu den Blutzellen sollte der Hinweis gegeben werden, dass die Ergebnisse nach Möglichkeit auf seriösen Webseiten eingeholt werden, zum Beispiel Rotes Kreuz. Hier kann es vor allem bei der Anzahl an Blutzellen zu Abweichungen in den Antworten der Schülerinnen und Schüler kommen, da mit Mittelwerten gearbeitet wird. Die Selbstkontrolle durch die Lernenden in Form des H5P-Drag- & Drop Quiz sichert gleiche Ergebnisse in der Klasse. Als Pufferlernziel kann die Krankheit Leukämie vorgestellt und diskutiert werden. Hier sollte darauf geachtet werden, dass eventuell Schülerinnen und Schüler im Umfeld mit der Erkrankung zu tun hatten und womöglich sensibel reagieren. Beim Rückbezug auf den Einstieg sollte aufgelöst werden, dass der Zeitungsartikel zwar nicht echt ist, Blut aber bereits in geringen Mengen künstlich hergestellt werden kann. Da dies aber sehr aufwendig ist und die Menge bei weitem nicht ausreicht, sind Blutspenden notwendig. Hier kann die Lehrkraft bereits auf das nächste Stundenthema verweisen oder auch direkt im Anschluss dazu übergehen. Die Gesamtzusammenfassung durch das H5P-Modul sichert die wichtigsten Informationen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erklären die Zusammensetzung des Blutes. benennen die festen Blutbestandteile und zählen Eigenschaften und Informationen auf. nennen weitere Aufgaben des Blutes. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren und verarbeiten Informationen. bearbeiten ein Online-Quiz. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler vergleichen eigene Informationen mit Informationen von Mitlernenden.