20
Deutscher Verein zur Förderung des mathematischen und naturwissenscha�lichen Unterrichts e.V. Arbeiten mit den Bildungsstandards im Fach Biologie fachspezifisch und fachübergreifend, dimensioniert und niveauvoll Empfehlungen für die Umsetzung der KMK-Standards Biologie S I

Bildungsstandards Biologie

  • Upload
    dodung

  • View
    229

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Bildungsstandards Biologie

Deutscher Verein zur Förderung des mathematischenund naturwissenscha� lichen Unterrichts e.V.

Arbeiten mit den Bildungsstandardsim Fach Biologie

fachspezifi sch und fachübergreifend,dimensioniert und niveauvoll

Empfehlungen für die Umsetzung der KMK-StandardsBiologie S I

Page 2: Bildungsstandards Biologie

Satz, Druck, Bindearbeiten:Appel & Klinger Druck und Medien GmbH, KronachMittelstraße 9, 96317 Kronach, Tel. 09261 96243-0www.ak-druck-medien.de; E-Mail: [email protected]

HerausgeberHauptschriftleiterProf. Dr. BERND RALLE, Kebbestr. 29, 44267 Dortmund, Tel. 0231 4755867, Fax 0231 4755868dienstl.: Universität Dortmund, FB Chemie, Didaktik d. Chemie, 44221 Dortmund, [email protected]

Fachschriftleiter MathematikOStD GERT STARKE, Wittenbrook 14a, 24159 Kiel, Tel. 0431 362312, Fax 0431 36608, [email protected] THOMAS VOGT, Backesgasse 4, 55595 Hargesheim, Tel. 0671 4820322, [email protected]

Fachschriftleiter PhysikOStD HERWIG KRÜGER, Untereisselner Str. 33, 24226 Heikendorf, Tel. 0431 241538, Fax 0431 241538, [email protected]. Dr. DIETER SCHUMACHER, Physikalische Grundpraktika, Heinrich-Heine-Universität, 40225 Düsseldorf, Tel. 0211 81-13102, Fax 0211 81-13105, [email protected]

Fachschriftleiter ChemieStR WOLFGANG KIRSCH, Irgentalweg 20a, 66119 Saarbrücken, Tel. 0681 853265, Fax 0681 8761486, [email protected]. Dr. INSA MELLE, Universität Dortmund, FB Chemie, Didaktik d. Chemie, 44221 Dortmund, Tel. 0231 7552933, Fax 0231 7552932, [email protected]

Fachschriftleiter BiologieProf. Dr. DITTMAR GRAF, Universität Dortmund, Fachbereich 3 (Chemie), Fachgruppe Biologie, Didaktik d. Biologie, Otto-Hahn-Str. 6, 44221 Dortmund, Tel. 0231 755-6527, [email protected] ERWIN SCHORR, Albert-Schweitzer-Gymnasium, Karcherstr. 2, 66763 Dillingen, Tel. 06831 976547, Fax 06831 976089, [email protected]

Förderverein MNU

Deutscher Verein zur Förderung des mathematischen und naturwissen-schaftlichen Unterrichts e.V.

http://www.mnu.de

Bildungsverlag EINSSieglarer Straße 2, 53842 Troisdorf Telefon/Redaktion 02131 1248864 Telefon/Anzeigen 02131 1248864 Telefax 02131 1248862 [email protected]

Der Verein ist durch Verfügung des Finanzamtes für Körperschaften in Hamburg als gemeinnützig anerkannt. Die Beitrage werden nur für satzungsgemäße Zwecke verwendet.

Kontoverbindung: Förderverein MNU, Hamburger Sparkasse, BLZ 200 505 50, Konto-Nr. 1090 213 404

VorstandEhrenvorsitzender: OStD i.R. A. KLEIN,

Residenz am Festspielhaus, Josef-Wulff-Str. 75, 45657 Recklinghausen. Tel. 02361 9171-195

1. Vorsitzender: OStD A. A CAMPO, Kammannstr. 13, 58097 Hagen. Tel. 02331 880388, Fax 880395 aCampo@mnu. de

2. Vorsitzende: OStD SABINE THOMAS, geb. SCHMALSTIEG, Peckhauser Str. 55, 40822 Mettmann. Tel. 02104 139649 [email protected]

Geschäftsführer: OStD KARSTEN RECKLEBEN, Walter-Frahm-Stieg 30, 22041 Hamburg. Tel./Fax 040 6570162 [email protected]

BeisitzerMathematik: StD HANS-JÜRGEN ELSCHENBROICH,

Kirchstr. 26, 41352 Korschenbroich. Tel. 02182 855199 [email protected]

Physik: StD Dr. WOLFGANG PHILIPP, Danziger Str. 6, 72622 Nürtingen. Tel. 07022 949691 [email protected]

Chemie: ROBERT STEPHANI, Weiherstraße 33, 67659 Kaiserslautern. Tel. 06301 37891 [email protected]

Biologie: StD JÜRGEN LANGLET, Am Hang 17, 21403 Wendisch Evern. Tel. 04131 58404 [email protected]

Informatik: StD D. POHLMANN, Friedrich-Naumann-Weg 22, 25337 Elmshorn. Tel. 04121 470635, Fax 437081 [email protected]

Information: NORBERT FINCK, Wensenbalken 53, 22359 Hamburg. Tel. 040 6914357, [email protected]

MNU-Haupt- Prof. Dr. BERND RALLE,Schriftleiter: Kebbestr. 29, 44267 Dortmund.

Tel. 0231 4755867, Fax 0231 4755868 [email protected]

MNU-Erscheinungsweise:achtmal jährlich (alle sechs Wochen),je 64 Seiten Umfang

Heft-Nr. Erscheinungstermin Anzeigenschluss

1 15. Januar 15. Dezember2 1. März 1. Februar3 15. April 15. März4 1. Juni 1. Mai5 15. Juli 15. Juni6 1. September 1. August7 15. Oktober 15. September8 1. Dezember 1. November

Copyright/FotokopienSämtliche Rechte liegen beim Verlag. Die Zeitschrift und ihre Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwendung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf deshalb der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages.

Page 3: Bildungsstandards Biologie

III

Arbeiten mit den Bildungsstandardsim Fach Biologie fachspezifi schund fachübergreifend, dimensioniertund niveauvollEmpfehlungen für die Umsetzung der KMK-Standards Biologie S I

Der deutsche Verein zur Förderung des mathemati-schen und naturwissenscha� lichen Unterrichts e.V. hat die bundesweite Entwicklung von output- und kompetenzenorientierten Standards in den naturwis-senscha� -lichen Fächern von Beginn an durch eigene Empfehlungen1 unterstützt.

Nach der Veröff entlichung von Standards durch die KMK für die drei Hauptfächer Deutsch, Englisch und Mathematik liegen seit dem Ende des Jahres 2004 ebensolche für die drei naturwissenscha� lichen Schul-fächer, Biologie, Chemie und Physik vor. Damit sind unter den sechs Fächer, für die bundesweite Standards gelten, vier vom Förderverein MNU vertretene.

Traditionell hat der Förderverein MNU in regelmä-ßigen Abständen fachspezifi sche Empfehlungen mit Vertretern aller Bundesländer erarbeitet, die geholfen haben, in der föderalistischen Schulstruktur der Bun-desrepublik Deutschland die Arbeit in den einzelnen Fächer zu vereinheitlichen. Mit den letzten Empfeh-lungen im Fach Biologie aus dem Jahre 20012 wurden wegweisende Schri� e im Hinblick auf Kompetenzen, kumulatives Lernen und Vermi� lungsmethoden aus-formuliert. Dieser Paradigmenwechsel fand in der Fol-ge Eingang in Lehr- und Rahmenpläne der Bundeslän-der und in Schulbücher.

Durch die Entwicklung von bundeseinheitlichen Stan-dards wurde die Wendung von der Input- zur Out-

putorientierung endgültig und konsequent vollzogen. Deren Umsetzung bleibt Ländersache. In der aktuellen Situation verfolgt MNU das Ziel und den Anspruch – zuerst im Fach Biologie – , die in den Bundesländern begonnene Arbeit an den länderspezifi schen Ausfor-mungen der Standards durch angebots-orientierte Umsetzungshilfen zu fördern, nicht zuletzt auch mit dem Ziel, dass die Fachgruppe bzw. die Lehrkra� vor Ort sich auf den Weg macht, den Unterricht im Fach Biologie nach Kompetenzen und Standards zu struk-turieren und durch Selbstevaluation zu verbessern.

Die vorliegenden Empfehlungen wurden auf einer Arbeitstagung vom 11. bis zum 15. April 2005 in der Reinhardswaldschule bei Kassel erarbeitet, zu der Ex-pertinnen und Experten aus den Bundesländern, aus der Fachpraxis und Fachdidaktik, vom vdbiol und von der GDNÄ, eingeladen waren, und einvernehmlich von allen Teilnehmerinnen und Teilnehmern verab-schiedet. Durch diese Empfehlungen sollen den Inten-tionen der Bildungsstandards zur Akzeptanz und zur Umsetzung verholfen werden, damit das eigentliche Ziel der Umsteuerung und Qualitätsverbesserung im Fach Biologie erreicht werden kann. Die Off enheit der Bildungsstandards wird allgemein gelobt. Sie bedür-fen der Konkretisierung und Diff erenzierung in Bezug auf die Basiskonzepte, Standards und Niveaukonkre-tisierungen.

Hagen, Wendisch Evern, im Dezember 2005

ARNOLD A CAMPO JÜRGEN LANGLETBundesvorsitzender Vorstandsamt [email protected] [email protected]

1 Lernen und Können im naturwissenscha� lichen Unterricht. Denkan-stöße und Empfehlungen zur Entwicklung von Bildungs-Standards in den naturwissenscha� lichen Fächern Biologie, Chemie und Physik (Se-kundarbereich I). MNU 56/5, 2003, Beihe� er

2 Biologieunterricht und Bildung. Die besondere Bedeutung des Faches Biologie zur Kompetenzentwicklung bei Schülerinnen und Schülern. Empfehlungen zur Gestaltung von Lehrplänen bzw. Richtlinien für den Biologieunterricht. MNU 54/4 (2001) Beihe� er

Page 4: Bildungsstandards Biologie

IV

1 Die KMK-Standards sind veröffentlicht: Was nun?

Bildungsstandards im Fach Biologie für den Mi�leren Bildungsabschluss3 sind gedacht als ein wesentlicher Faktor der Steuerung eines Schulsystems, das auf ver-mehrte Eigenständigkeit der Akteure setzt. Kompe-tenzen- und Standard-orientierte Bildung steht und fällt mit passenden Modellen für Kompetenzen. Als Mindest-, Regel- oder Maximal-Standards wird fest-gelegt, was Schülerinnen und Schüler am Ende eines bestimmten Bildungsabschni�s können sollen. Diese Empfehlungen beschränken sich auf die Kompe-tenzbereiche Wissen und Erkenntnisgewinnung. Die Bearbeitung des Kompetenzbereichs Kommunikation wird einer fachübergreifenden Tagung überlassen. Für den Kompetenzbereich Bewertung sind parallel neun Dimensionen inclusive Niveaukonkretisierungen ver-öffentlicht worden.4 Auf der Tagung wurden in den Kompetenzbereichen Fachwissen und Erkenntnisge-winnung die einzelnen Kompetenzen elementarisiert bzw. dimensioniert, in verschiedene Niveaus differen-ziert und Beispielaufgaben den Niveaus zugeordnet – ein beispielha�es Ablaufdiagramm für den Kompe-tenzbereich Fachwissen: (siehe Abb. 1)

Die Dimensionen der Kompetenzbereiche werden weiterhin in qualitativ unterschiedliche Niveaus dif-ferenziert. Diese Niveaukonkretisierung verbindet die umschreibenden Niveaueinteilungen einer Scien-tific Literacy5 mit den ersten Ansätzen einer Theorie

des bedeutungsvollen Verstehens6 mit den Niveaus: Ausgangsvorstellungen – Kennen – Anwenden – Re-flexion und Verstehen – Metareflexion und erweitert damit die gängigen Anforderungsbereiche, z. B. aus den EPA7.Neu ist in diesem Vorgehen die ausdrückliche Auf-nahme der Ausgangssituation in die angestrebte Kompetenzentwicklung, sodass ausgehend von den jeweiligen Alltagsvorstellungen der Schülerinnen und Schüler (Kompetenzniveau A) die intendierten Verän-derungen in Richtung wissenscha�licher Vorstellun-gen über mehrere Jahre und Kompetenzniveaus dif-ferenziert werden (Kompetenzniveaus I bis III). Eine Reflexions- und Bewertungsebene (R) wird besonders ausgewiesen. Das Kompetenzniveau II entspricht dem Regelniveau, das in allen Schulformen von der Mehr-heit der Schülerinnen und Schüler erreicht werden soll-te. Die darüber hinausgehenden Kompetenzniveaus sind als Angebot zu werten, das mit unterschiedlichen Lerntempi und Lernwegen angesteuert werden kann. Die weiterführenden Angaben sind daher auch als An-reiz für differenzierte Lernangebote zu sehen.Bei der Darstellung von Kompetenzmodellen ergibt sich ein Problem. Denn die üblichen Stufendarstel-lungen suggerieren eine Entwicklung, die von den Schülerinnen und Schülern hierarchisch durchlaufen werden; zudem beinhalten sie eine Abwertung der niederen Stufen. Deswegen wäre eine Darstellung in Form eines Tortendiagramms8 angemessener, das al-lerdings zur Erläuterung zwecks besserer Lesbarkeit wiederum in eine Kastenform ummodelliert wird:

3 h�p://www.kmk.org/schul/Bildungsstandards/Biologie_MSA_16-12-04.pdf4 C : HÖSSLE et al Neun Dimensionen der Ethischen Urteilskompetenz.

Dimensionierung und Niveaukonkretisierung. ZfDN ●●● (2005) ●●●.5 R.W. BYBEE: Scientific Literacy – Mythos oder Realität? In: W. GRÄBER et

al. (Hrsg.): Scientific Literacy., ●●● (2002), S. 21–43

6 vgl. j: LANGLET: Arbeiten mit den Bildungsstandards im Fach Biologie, fachspezifisch und fachübergreifend, elementarisiert und niveauvoll. Tagung von Vertretern der Bundesländer wie Experten aus der Fachdi-daktik und aus der Schulpraxis zur Erstellung von Empfehlungen für die Umsetzung der KMK-Standards Biologie S I (2005).

7 Einheitliche Prüfungsanforderungen (EPA) für das Fach Biologie. 5.2.2004. h�p://www.kmk.org/doc/beschl/EPA-Biologie.doc

8 siehe S. XIX

Abb. 1. Dimensionierung und Niveauzuordnung – beispielha� an einer Basiskompetenz im Kompetenzbereich Fachwissen

Page 5: Bildungsstandards Biologie

V

Niv

eau

Fach

wis

sen

Erke

nntn

isge

win

nung

Bew

ertu

ng10

A A

usga

ngsv

orst

ellu

ngen

11

• Be

schr

eibu

ng b

iolo

gisc

her (

natu

rwis

sens

cha�

liche

r)

Phän

omen

e m

it ei

nem

Allt

agsv

erst

ändn

is

• N

utze

n de

s Allt

agsw

isse

ns

zur B

esch

reib

ung

biol

ogis

cher

Phä

nom

ene

• N

utze

n in

tuiti

ver

Prob

lem

lösu

ngss

trat

egie

n un

d Lo

gike

n

• N

icht

-Ken

nen,

N

icht

-Erk

enne

n,

Nic

ht-A

nwen

den

I Nom

inal

e Sc

ient

ific

Lite

racy

• K

ennt

nis

und

Defi

nitio

n bi

olog

isch

er

(nat

urw

isse

nsch

a�lic

her)

Beg

riffe

und

›Fak

ten‹

• Re

prod

uktio

n un

terr

icht

lich

erw

orbe

nen

(Bas

is)W

isse

ns•

Repr

oduk

tion

der S

chri

�e

des

wis

sens

cha�

liche

n (p

robl

emlö

send

en) V

orge

hens

und

an

dere

r Fer

tigke

iten

• K

enne

n, E

rken

nen,

un

refle

ktie

rte

Anw

endu

ng

II F

unkt

iona

le S

cien

tific

Lite

racy

• K

alkü

lha�

e A

nwen

dung

unt

erri

chtli

ch e

rwor

bene

n W

isse

ns

• A

nwen

dung

des

un

terr

icht

lich

erw

orbe

nen

Wis

sens

auf

unb

ekan

nte

Phän

omen

e

• A

nwen

dung

der

Sch

ri�e

de

s w

isse

nsch

a�lic

hen

(pro

blem

löse

nden

) Vor

gehe

ns u

nd

ande

rer F

ertig

keite

n

• Ei

nfac

he (E

rst-)

Be

grün

dung

und

A

nwen

dung

III K

onze

ptio

nelle

und

pro

zedu

rale

Sci

entifi

c Li

tera

cy•

Vers

tänd

nis

der g

rund

lege

nden

bio

logi

sche

n un

d na

turw

isse

nsch

a�lic

hen

Begr

iffe

und

Proz

esse

• Ve

rstä

ndni

s de

r fa

chin

tern

en B

asis

konz

epte

un

d en

tspr

eche

nde

Anw

endu

ng

• Ve

rstä

ndni

s de

r spe

zifis

chen

Mod

i de

r Wel

ters

chlie

ßung

der

Bio

logi

e im

Ver

glei

ch z

u de

nen

der a

nder

en

Nat

urw

isse

nsch

a�en

• K

ompl

exer

e Be

grün

dung

• Ve

rste

hen

der A

nwen

dung

◦ Be

grün

dung

der

Be

grün

dung

◦ Er

wei

teru

ng d

es

Kon

text

es

R M

ultid

imen

sion

ale

Scie

ntifi

c Li

tera

cy•

Vers

tänd

nis

der f

achü

berg

reife

nden

bio

logi

sche

n un

d na

turw

isse

nsch

a�lic

hen

Begr

iffe

und

Proz

esse

(M

etar

eflex

ion)

im s

ozia

len

und

wis

sens

cha�

liche

n K

onte

xt

• Ve

rstä

ndni

s de

r fa

chüb

ergr

eife

nden

Ba

sisk

onze

pte

im s

ozia

len

und

wis

sens

cha�

liche

n K

onte

xt

• W

isse

nsch

a�st

heor

etis

ches

Ve

rstä

ndni

s de

r na

turw

isse

nsch

a�lic

hen

Mod

i der

W

elte

rsch

ließu

ng im

Ver

glei

ch m

it de

nen

ande

rer W

isse

nsch

a�en

• Ve

rste

hen

der B

edeu

tung

ei

ner T

eilk

ompe

tenz

• M

etar

eflex

ion

Kri

teri

enZu

nehm

ende

Beg

ründ

ungs

-, R

eflex

ions

- und

Ver

steh

ens-

Kom

plex

ität

Zune

hmen

de B

egrü

ndun

gs-,

Refl

exio

ns- u

nd V

erst

ehen

s-K

ompl

exitä

t

Zune

hmen

de B

egrü

ndun

gs-,

Refl

exio

ns- u

nd V

erst

ehen

s-K

ompl

exitä

t

Tab.

1.

Kom

pete

nzm

odell

und

Niv

eau-

Sche

ma

der d

rei K

ompe

tenz

bere

iche

Fac

hwiss

en, E

rken

ntni

sgew

innu

ng u

nd B

ewer

tung

9

9 N

ahez

u al

le K

omm

unik

atio

nsst

anda

rds

gehe

n in

den

auf

gefü

hrte

n K

ompe

tenz

bere

iche

n au

f (w

ie z

. B. K

1: k

omm

uniz

ieren

und

arg

umen

tiere

n in

ver

schi

eden

en S

ozia

lform

en (K

MK

200

4, 1

9)).

10 C

. HÖ

SSLE

et a

l Neu

n D

imen

sion

en d

er E

this

chen

Urt

eils

kom

pete

nz. D

imen

sion

ieru

ng u

nd N

ivea

ukon

kret

isie

rung

. ZfD

N ●

●● (2

005)

●●●

.11

ver

ände

rt n

ach

M. H

AM

MA

NN

: Kom

pete

nzen

twic

klun

gsm

odel

le. M

erkm

ale

und

ihre

Bed

eutu

ng –

dar

gest

ellt

anha

nd v

on K

ompe

tenz

en b

eim

Exp

erim

entie

ren.

MN

U 5

7 (2

004)

Nr.

4, T

ab. 1

, S. 1

97, d

er w

iede

rum

nac

h [5

]

Page 6: Bildungsstandards Biologie

VI

Im Folgenden werden für die Kompetenzbereiche Fachwissen und Erkenntnisgewinnung in Kompe-tenzen ausformulierte Standards mit entsprechenden Testaufgaben vorgestellt.

2 Kompetenzbereich Fachwissen

Die Idee des kumulativen (besser: vernetzenden) Ler-nens im Fach Biologie (und in anderen Fächern) hat sich durchgesetzt – wozu die Veröffentlichung von Erschließungsfeldern12 wesentlich beigetragen hat. Nahezu jeder Lehrplan etc. und jedes neu aufgelegte Schulbuch beziehen sich Grund legend auf die Er-schließungsfelder. Dabei wurde im Laufe der Zeit der didaktisch intentionale Begriff »Erschließungsfeld« durch sog. Basiskonzepte13 oder Prinzipien ersetzt.Basiskonzepte repräsentieren biologisches Wissen in kondensierter Form. Mit der Orientierung an Basis-konzepten werden Fachinhalte des Biologieunterrichts strukturiert und miteinander knüp�. In verschiedenen Jahrgängen werden unterschiedliche Themen auf die Basiskonzepte ausgerichtet, sodass die Basiskonzepte in verschiedenen Kontexten immer wieder systema-tisch aufgegriffen werden und somit kumulatives Ler-nen ermöglicht wird.Die drei komplexen Basiskonzepte der KMK-Bil-dungsstandards Struktur und Funktion, Entwicklung und System werden daselbst eingehend erläutert. Da-rin finden sich die bekannten vdbiol-Erschließungsfel-der und die Basiskonzepte der EPA Biologie14 wieder: (siehe Abb. 2)Die Basiskonzepte bzw. Erschließungsfelder im Be-reich Fachwissen lassen sich in primär Biologie-unspe-zifische und Biologie-spezifische gliedern.

Während die Biologie-spezifischen Basiskonzepte die Wissenscha� und das Fach Biologie gegenüber an-deren abgrenzen und auszeichnen, sind die Biologie-unspezifischen Basiskonzepte ihrem Ursprung nach in anderen Wissenscha�en und Fächern (zumeist in der Physik und Chemie) beheimatet. Sie werden erst durch die Vorsilbe »Bio-» (Biosystem, Bioenergie usw.) zu biologischen Termini, wobei sie gleichfalls einen höheren biologischen Komplexitätsanspruch reprä-sentieren.15

Abb. 2. Basiskonzepte und Erschließungsfelder

Biologie-unspezifische Basiskonzepte

System Kompartimentierung

Struktur und Funktion Struktur und Funktion

Regelung und Steuerung

Stoff- und Energieumwandlung

Information und Kommunikation

KMK-Bildungsstandards EPA-Biologie

Biologie-spezifische Basiskonzepte

Entwicklung Reproduktion

Variabilität und Angepasstheit

Geschichte und Verwandtscha�

KMK-Bildungsstandards EPA-Biologie

12 R. BAALMANN; R. DIECKMANN; TH. FREIMAN; J. LANGLET; K.-P. OHLY; TH. SAATHOFF; A. SANDMANN; H. VOGT; V. WOLFF; J. ZABEL; H.-D. LICHTNER: Weniger (Additives) ist mehr (Systematisches). Kumulatives Lernen. vdbiol Handreichung für den Biologieunterricht in den Jahr-gängen 5–10. München; in der Folge auch in: Biologieunterricht und Bildung. Die besondere Bedeutung des Faches Biologie zur Kompe-tenzentwicklung bei Schülerinnen und Schülern. Empfehlungen zur Gestaltung von Lehrplänen bzw. Richtlinien für den Biologieunterricht. MNU 54 (2001) Nr. 4, Beihe�er

13 Bei dem Begriff Konzept handelt es sich um eine falsche Eindeutschung des angelsächsischen »concepts«, womit eigentlich »Begriffe« gemeint sind (mdl. Mi�eilung von G. SCHAEFER).

14 vgl. Anm. 7

15 G. SCHAEFER (2005): Naturwissenscha�liche Fächer oder ein Fach «Na-turwissenscha�”. Die Rolle von Fachkompetenz für die Entwicklung allgemeiner Kompetenzen. In: H. FRITSCH et al. (Hrsg.): Materie in Raum und Zeit. Verhandlungen der Gesellscha� Deutscher Naturfor-scher und Ärzte. Stu�gart

Page 7: Bildungsstandards Biologie

VII

2.1 Biologieunspezifische Basiskonzepte

Von den Biologie-unspezifischen Basiskonzepten wur-de auf der Tagung das zentrale Konzept »Stoff- und Energieumwandlung« ausgearbeitet [Arbeitsgruppe I]. Beide Begriffe sind eng miteinander ver-knüp�. Sie sind für Lebewesen als offene Systeme fundamental. Gleichfalls bilden sie im Unterricht der Sekundarstufe I die Grundlage des Verstehens der Biologie als Begrei-fen des Lebendigen. Die Dimensionen des Basiskon-zepts Stoff- und Energieumwandlung sind folgende:● Kenntnis und Anwendung der Stoffgruppen, de-

ren Zusammensetzung und Umwandlung auf der Grundlage der Teilchenvorstellungen

● Kenntnis und Anwendung des Stoff- und Energie-zusammenhangs in Organismen und in Zellen

● Kenntnis und Anwendung von Assimilation und Dissimilation

● Kenntnis und Anwendung der Stoffaufnahme, -verdauung und -abgabe

Die zugehörigen Standards werden exemplarisch am folgenden Aufgabenbeispiel niveaukonkretisiert:

Santorio Sanctorius – Der Mann auf der Waage16 (1561–1636)

Der italienische Wissenscha�ler Sanctorius war Pro-fessor für theoretische Medizin in Padua.Um herauszufinden, wie sich das Gewicht des mensch-lichen Körpers verändert, führte er schon vor nahezu 400 Jahren folgende Versuche durch: Er baute eine große Waage, an die er einen Stuhl hängte. Sanctori-us nahm seine Mahlzeiten in diesem Stuhl ein (siehe Abb.): Wenn er etwas aß, sank der Stuhl nach unten, im Laufe des Tages bewegte er sich jedoch wieder auf die ursprüngliche Höhe zurück.Sanctorius vermutete, dass zwischen der Aufnahme und dem Verbrauch von Nahrung und dem Körper-gewicht ein Zusammenhang besteht. Er dachte sich, dass man durch den an der Waage aufgehängten Stuhl die eigene Ernährung kontrollieren könne – wenn der Stuhl wieder auf die normale Höhe abgesunken sei, müsse man eben au�ören zu essen.Um genauere Ergebnisse zu bekommen, verbrachte er sogar über 30 Jahre einen Großteil seines Lebens auf der Waage. Er konstruierte eine große Pla�form, die an einer Waage hing. Hier aß und arbeitete er, auf ihr stand auch sein Be�. Auf diese Weise konnte er sein Körpergewicht ständig und recht genau erfassen. Au-ßerdem rechnete er zusammen, welche Mengen an Getränken und Nahrung er im Laufe des Tages zu sich nahm und wie viel Kot und Urin er wieder von sich gab. Was stellte er bei seinem täglichen Wiegen alles fest?Im Laufe des Tages ergaben sich Schwankungen in sei-nem Körpergewicht.

Wenn er am Tag 4 Kilo Nahrung zu sich nahm, so gab er nur 2 ½ Kilo wieder ab.Nach diesen Beobachtungen hä�e er nach zehn Tagen (40 Kilo Aufnahme, 25 Kilo Abgabe) eigentlich um 15 Kilo schwerer sein müssen. Da er jedoch nicht zu-nahm, zog er den Schluss, dass die fehlende Menge von 15 Kilo (1½ Kilo täglich) durch »unmerkliche Aus-dünstungen« dem Körper verloren gehen müssten.

2.2 Biologie-spezifische Basiskonzepte

Als biologiespezifisch werden diejenigen Basiskon-zepte angesehen, die im weitesten Sinne die Evolution betreffen. In den KMK-Bildungsstandards ist dazu das Basiskonzept Entwicklung formuliert.Die Arbeitsgruppe [Arbeitsgruppe II] entschied sich, für die Umsetzung der KMK-Standards die konkrete-re Definition und Formulierung der Basiskonzepte der Einheitlichen Prüfungsanforderungen für das Abitur (EPA 2004) zugrunde zu legen. Auf Evolution bezogen sind dies die EPA-Basiskonzepte:– Reproduktion,– Variabilität und Angepasstheit– Geschichte und Verwandtscha�.

Aus der Orientierung an den biologiespezifischen Ba-siskonzepten folgt zwingend, dass der Unterricht zur Evolution bereits auf unteren Klassenstufen einsetzt. Damit soll erreicht werden, dass das Verständnis der

16 verändert nach Sir MICHAEL FOSTER (1970): Lectures on the history of physiology during the sixteenth, seventeenth, and eighteenth century. Dover Publications Inc., New York

Page 8: Bildungsstandards Biologie

VIII

Niv

eau

Stan

dard

s: S

chül

erin

nen

und

Schü

ler …

Auf

gabe

n

Asi

nd d

er M

einu

ng, d

ass N

ahru

ng d

as is

t, w

as

gege

ssen

wird

, und

das

s man

Ene

rgie

hat

.

I•

nenn

en d

ie a

ufge

nom

men

en u

nd

abge

gebe

nen

Stoff

e un

d A

tem

gase

(W

ortg

leic

hung

) und

bes

chre

iben

, das

s im

Kör

per a

us N

ahru

ngss

toffe

n un

d Sa

uers

toff

Ener

gie

bere

itges

tellt

wir

d, d

ie

in B

eweg

ung

und

Wac

hstu

m u

mge

setz

t w

ird,

• be

schr

eibe

n de

n W

eg d

er

Nah

rung

(sst

offe)

im K

örpe

r: N

ahru

ngsa

ufna

hme,

Tra

nspo

rt im

Ve

rdau

ungs

syst

em, Z

erle

gung

, St

offum

wan

dlun

g, S

toffa

ussc

heid

ung,

A

ufna

hme

ins

Blut

, Tra

nspo

rt z

u un

d A

ufna

hme

in K

örpe

rzel

len

1. S

telle

den

Weg

der

Nah

rung

in d

em K

örpe

r des

Wis

sens

cha�

lers

in e

inem

Flie

ßsch

ema

dar.

(a

ltern

ativ

: Erg

änze

das

folg

ende

Flie

ßsch

ema.

) [A

us P

latz

grün

den

kann

die

ses

hier

wie

and

ere

unte

n ni

cht

ange

gebe

n w

erde

n.2.

a)

Prof

esso

r San

ctor

ius

nim

mt t

äglic

h 4

kg fe

ste

Spei

sen

und

Get

ränk

e zu

sic

h. N

enne

und

beg

ründ

e di

e in

Fra

ge

ko

mm

ende

n Le

bens

mi�

el.

b) O

rdne

den

Fel

dern

in d

em E

rnäh

rung

skre

is p

asse

nde

Näh

rsto

ffe/L

eben

smi�

el z

u un

d be

grün

de d

eine

Zuo

rdnu

ng.

3. K

reuz

e St

offe

an, d

ie N

ährs

toffe

sin

d:

□ Ei

wei

ße □

Was

ser

□ K

ochs

alz

□ T

raub

enzu

cker

□ S

tärk

e □

Zel

lulo

se □

Koh

lenh

ydra

te □

Vita

min

C □

Fe�

e4.

Ord

ne d

en im

Sch

ema

mit

2 –

4 be

zeic

hnet

en S

telle

n ei

n O

rgan

zu

und

bene

nne

die

in 1

–4 a

blau

fend

en V

orgä

nge.

Men

sch

5. a

) Be

schr

eibe

, wie

im K

örpe

r Ene

rgie

aus

Näh

rsto

ffen

bere

itges

tellt

wir

d.b)

Bes

chre

ibe

den

Vorg

ang

der E

nerg

iege

win

nung

im K

örpe

r mit

Hilf

e ei

ner W

ortg

leic

hung

.c)

alte

rnat

iv: E

rgän

ze d

as fo

lgen

de S

chem

a.__

____

____

+ _

____

____

_ →

___

____

___

+ __

____

____

+ _

____

___

Er

klär

e di

e Be

deut

ung

dies

es V

orga

ngs.

II•

besc

hrei

ben

Stoff

umw

andl

unge

n (v

erba

l un

d sc

hem

atis

ch) b

ei d

er V

erda

uung

un

d di

e En

ergi

eber

eit-s

tellu

ng im

Kör

per

und

begr

ünde

n da

mit

die

Kör

perg

ewic

htsv

erän

deru

ngen

6. K

reuz

e an

, wel

che

Frag

este

llung

en d

em g

esch

ilder

ten

Expe

rim

ent z

u G

rund

e lie

gen.

a. S

timm

en S

toffa

ufna

hme

und

Stoff

abga

be im

Lau

fe e

ines

Tag

es ü

bere

in?

b. I

n w

elch

en fu

nktio

nale

n Be

zieh

unge

n st

ehen

Sto

ffauf

nahm

e, S

toffu

mw

andl

ung

und

Stoff

abga

be z

uein

ande

r?c.

Kan

n m

an d

ie V

erän

deru

ng d

es K

örpe

rgew

icht

es m

it H

ilfe

der S

toffa

ufna

hme,

Sto

ffum

wan

dlun

g un

d St

offab

gabe

er

klär

en?

d. W

ie s

tark

sch

witz

t der

Men

sch?

7. E

rste

lle e

in C

once

pt-m

ap m

it H

ilfe

der f

olge

nden

Beg

riffe

und

Sat

ztei

le:

Lu

nge,

Koh

lens

toffd

ioxi

d, K

örpe

rzel

len,

Was

ser,

Trau

benz

ucke

r, Sa

uers

toff,

Stä

rke,

Blu

t, Ve

rdau

ungs

orga

ne, E

nerg

ie,

Urin

, Wis

sens

cha�

ler sowie

geh

t übe

r in,

hie

rdur

ch le

bt u

nd a

rbei

tet,

prod

uzie

ren,

reag

iert

mit,

reag

iert

zu,

spal

ten

zu,

stel

len

bere

it, T

eil w

ird a

bges

trah

lt, tr

ansp

ortie

rt z

u, w

ird a

ufge

nom

men

, wird

auf

geno

mm

en in

s, w

ird a

ufge

nom

men

in

, wird

aus

gesc

hied

en, w

ird a

usge

atm

et, w

ird e

inge

atm

et, w

ird g

eges

sen,

wird

tran

spor

tiert

zur

, wird

um

gew

ande

lt in

.

Einz

elne

Beg

riffe

und

Sat

ztei

le w

erde

n zu

r Hilf

este

llung

vor

gege

ben.

III

• be

schr

eibe

n –

auf d

er T

eilc

hene

bene

Stoff

umw

andl

unge

n (v

erba

l und

sc

hem

atis

ch) b

ei d

er V

erda

uung

und

die

En

ergi

eber

eits

tellu

ng im

Kör

per

und

begr

ünde

n di

e K

örpe

rgew

icht

sver

ände

rung

en

bila

nzie

rend

Sys

tem

bezo

gen

8. E

in G

edan

kene

xper

imen

t: St

elle

dir

folg

ende

Ver

such

serw

eite

rung

vor

, die

gen

au a

rbei

ten

soll:

Zu

satz

info

rmat

ione

n:

Nah

rung

und

Get

ränk

e si

nd a

usre

iche

nd im

Gla

skas

ten

vorh

ande

n. D

er G

lask

aste

n ha

t kei

ne V

erbi

ndun

g na

ch

auße

n. E

s w

ird

der g

esam

te G

lask

aste

n ge

wog

en.

A

ufga

be:

Fo

rmul

iere

(min

d. 3

) Ver

mut

unge

n üb

er m

öglic

he

Vers

uchs

beob

acht

unge

n bz

w. -

erge

bnis

se u

nd

begr

ünde

die

se!

Page 9: Bildungsstandards Biologie

IX

Tab.

2.

Dim

ensio

nier

ung

und

Niv

eauk

onkr

etisi

erun

g de

s Bas

iskon

zept

s Sto

ff- u

nd E

nerg

ieum

wan

dlun

g

9. P

rüfe

den

im le

tzte

n Sa

tz d

es T

exte

s vo

n Sa

ncto

rius

gez

ogen

en S

chlu

ss a

uf R

icht

igke

it. F

orm

ulie

re d

en G

edan

ken,

de

r dem

Sch

luss

zu

Gru

nde

liegt

, als

Nat

urge

setz

. 10

. Erg

änze

das

Sch

ema,

inde

m d

u di

e st

offlic

hen

Zuflü

sse

und

Abfl

üsse

ein

träg

st.

11. S

telle

die

Sto

ffum

wan

dlun

g da

r (s.

Sch

ema)

und

erl

äute

re d

eren

bio

logi

sche

n Si

nn!

12. E

in P

hysi

ker i

nter

essi

ert s

ich

sehr

für d

as h

isto

risc

he E

xper

imen

t und

das

ged

ankl

iche

Exp

erim

ent.

War

um?

Er

nim

mt e

s ga

nz g

enau

und

möc

hte

bila

nzie

ren.

Wie

änd

ern

sich

die

Mas

sen

in d

en v

ersc

hied

enen

Sys

tem

en?

K

reuz

e zu

treff

ende

Aus

sage

n an

und

beg

ründ

e de

ine

Ents

chei

dung

I.

Syst

em S

anct

oriu

s:

□ Se

ine M

asse

ble

ibt k

onst

ant;

□ e

r nim

mt a

n M

asse

zu;

□ e

r nim

mt a

n M

asse

ab

II

. Sys

tem

Gla

skas

ten:

Die

Mas

se d

es G

lask

aste

ns b

leib

t kon

stan

t; □

Die

Mas

se d

es G

lask

aste

ns n

imm

t ab;

□ D

ie M

asse

des

Gla

skas

tens

nim

mt z

u.13

. Ver

glei

che

folg

ende

Ver

such

sano

rdnu

ngen

, ind

em d

u G

emei

nsam

keite

n un

d U

nter

schi

ede

erlä

uter

st.

IVbe

grün

den

die

Funk

tiona

lität

von

St

rukt

uren

und

Pro

zess

en a

ls b

iolo

gisc

hes

Prin

zip

am B

eisp

iel v

on S

toff-

und

En

ergi

eum

wan

dlun

g

14. Ü

berl

ege

und

erlä

uter

e, v

on w

elch

en F

akto

ren

die

Kör

perm

asse

– a

ußer

von

der

Nah

rung

szuf

uhr -

abhä

ngig

sei

n kö

nnte

und

ent

wir

f daz

u ei

nen

Vers

uchs

au�

au.

15. W

ozu

lauf

en im

Kör

per d

es M

ensc

hen

Stoff

umw

andl

unge

n ab

? K

reuz

e be

i jed

er A

ntw

ort a

n, o

b si

e ri

chtig

ode

r fa

lsch

ist.

Es k

önne

n au

ch m

ehre

re A

ntw

orte

n ri

chtig

sei

n. B

egrü

nde

dein

e K

reuz

e!ri

chtig

fals

chSt

offum

wan

dlun

gen

lauf

en in

der

Nat

ur im

mer

ab

und

habe

n ke

inen

bes

onde

ren

Zwec

k.St

offum

wan

dlun

gen

lauf

en im

men

schl

iche

n K

örpe

r ab,

wei

l die

kör

pere

igen

en S

toffe

labi

l sin

d un

d vo

n se

lbst

zer

falle

n.St

offum

wan

dlun

gen

lauf

en im

men

schl

iche

n K

örpe

r ab,

wei

l der

Kör

per w

arm

ist.

Stoff

umw

andl

unge

n la

ufen

im m

ensc

hlic

hen

Kör

per a

b, w

eil E

nzym

e si

e st

euer

n.St

offum

wan

dlun

gen

im m

ensc

hlic

hen

Kör

per e

rmög

liche

n da

s Wac

hstu

m d

es M

ensc

hen.

Stoff

umw

andl

unge

n im

men

schl

iche

n K

örpe

r ver

lang

sam

en in

ers

ter L

inie

das

Alte

rn d

es M

ensc

hen.

Die

dur

ch S

toffu

mw

andl

unge

n be

reitg

este

llte

Ener

gie

im m

ensc

hlic

hen

Kör

per g

leic

ht d

ie E

nerg

ieab

gabe

dur

ch U

rin

und

Kot

aus

.St

offum

wan

dlun

gen

im m

ensc

hlic

hen

Kör

per g

leic

hen

in e

rste

r Lin

ie d

ie E

nerg

ieab

gabe

dur

ch W

ärm

e au

s.D

ie d

urch

Sto

ffum

wan

dlun

gen

bere

itges

tellt

e En

ergi

e im

men

schl

iche

n K

örpe

r ver

min

dert

die

im K

örpe

r au�

rete

nde

Uno

rdnu

ng.

Stoff

umw

andl

unge

n im

men

schl

iche

n K

örpe

r bau

en a

ussc

hlie

ßlic

h kö

rper

eige

ne S

toffe

auf

.

Page 10: Bildungsstandards Biologie

X

Evolution in der Klasse 5 angebahnt und in den fort-laufenden Jahrgängen bis zur Klasse 10 vertie� wird. Die folgende Aufstellung erprobt den Einsatz des Basiskonzeptes Variabilität und Angepasstheit im Verlaufe des Sekundarbereichs I. Die Kompetenzen, biolo-gische Probleme evolutionär zu verstehen und zu erklären werden dabei gezielt und schri�weise auf-bauend eingeübt (vgl. Tab. 3, S. XI–XII). Es wird jeweils angegeben, in welcher Klassenstufe die Kompetenzen erreicht werden sollen. Auf höheren Klassenstufen werden sie selbstverständlich weiter gesichert und eingeübt. Darüber hinaus erfordern die Unterschiede innerhalb der Lerngruppen binnendifferenzierende Maßnahmen.

Beispielaufgaben zur Ebene der Anpassungsprozesse17

Nahrungswechsel bei Sauriern

Kürzlich konnten im US-Bundesstaat Utah ca. 1700 Knochen einer bis dahin unbekannten Saurierart ge-borgen werden. Die neu entdeckte Art erhielt den Namen Falcarius utahensis und erregte weltweit Auf-sehen. Biologen nehmen an, dass diese Tiere einen Nahrungswechsel vollzogen haben und das Binde-glied zwischen den ursprünglichen kleineren Fleisch fressenden Dinosauriern und den späteren großen Pflanzen fressenden Sauriern darstellen.Die Tiere waren etwa vier Meter lang und erreichten aufrecht stehend eine Höhe von 1,4 m. Ihre Vorder-

gliedmaßen endeten in 10 cm langen gebogenen und scharfen Krallen. Die Hintergliedmaßen scheinen im Vergleich mit ihren Vorfahren kleiner und dicker ge-wesen zu sein. Dennoch waren ihre Oberschenkelkno-chen noch länger als die Schienbeine, ein Hinweis auf die Fähigkeit schnell laufen zu können. Der Hals der Tiere war relativ lang gezogen. Ihr Gebiss enthielt vie-le gleichartige bla�förmige und messerscharfe Zähne, Reißzähne fehlten dagegen. Das breite Becken der Tie-re bot möglicherweise Platz für einen großen Magen bzw. einen langen Darm.

»Mit Falcarius haben wir einen fossilen Beweis für die Ernährungsumstellung von Sauriern vom Fleisch- zum Pflanzenfresser«, beschrieb ein Biologe die Bedeutung der neu entdeckten Fossilien.

[Abb. nach h�p://pharyngula.org/index/weblog/comments/falcarius_utahensis/]

1. Ordne die im Text genannten Baumerkmale von Falcarius in die nachfolgende Tabelle ein.

Lösungsbeispiel

Anpassung an Fleischnahrung Anpassung an pflanzliche Nahrung

• lange gebogene und scharfe Krallen

• Verhältnis von Oberschenkelknochen und Schiene → relativ schnelles Laufen

• gleichartige bla�förmige Zähne• Fehlen von Reißzähnen• kleinere und dickere Hintergliedmaßen als bei den ausschließlich

Fleisch fressenden Vorfahren• breites Becken → großer Magen, langer Darm• langer Hals → Erreichen von Blä�ern

2. Einige Tiere unter den Vorfahren von Falcarius hat-ten zufällig einen längeren Darm.a) Wie hat sich dies vermutlich auf die mögliche Er-

nährungsweise dieser Tiere ausgewirkt? Wie kam es dazu, dass nach einer längeren Zeit

eine ganze Gruppe von Tieren mit längeren Där-men entstand?

Organismisch-physiologische Ebene: Kompetenz-niveau I.1: … ordnen vorgegebene Merkmale oder Prozesse vorgegebenen Funktionen zu und beziehen diese Merkmale auf die Lebensweise (Angepasst- heit).

Ebene der Anpassungsprozesse, Kompetenzniveau II.2: … leiten größere Überlebens- und Fortpflan-zungschancen aus dem Grad der Angepasstheit an be-stimmte Lebensbedingungen ab (Selektion).3. Falcarius lebte in der frühen Kreidezeit vor ca. 125

Mio. Jahren, zu einer Zeit also, als die Blütenpflan-zen sich stark verbreiteten. Entscheide, welche der

17 Es kann hier nur eine Aufgabe wiedergegeben werden, weitere finden sich in U. KATTMANN, A. JANSSEN-BARTELS, M. MÜLLER: Warum gibt es Säugetiere? Kompetenzentwicklung in der Naturgeschichte. Unterricht Biologie, 24 (2005) 307/8, S. 18–23 und in U. KATTMANN, A. JANSSEN-BARTELS, M. MÜLLER: Die Entstehung von Giraffe und Okapi. Unter-richt Biologie, 24 (2005) 310, S. 12–17.

Page 11: Bildungsstandards Biologie

XI

Aus

fach

liche

r Sic

ht s

ind

folg

ende

Asp

ekte

wes

entli

ch:

– st

amm

esge

schi

chtli

che

Ang

epas

sthe

it en

tste

ht d

urch

Sel

ektio

n;–

der V

orga

ng d

er A

npas

sung

bez

ieht

sic

h au

f die

jew

eilig

en L

eben

sbed

ingu

ngen

ein

es O

rgan

ism

us (U

mw

eltfa

ktor

en u

nd L

eben

swei

se);

– Ev

olut

ion

von

Ang

epas

sthe

it se

tzt v

orau

s, d

ass

Lebe

wes

en N

achk

omm

en p

rodu

zier

en, d

ie a

nder

s si

nd a

ls s

ie s

elbs

t;–

stam

mes

gesc

hich

tlich

e A

npas

sung

find

et d

adur

ch s

ta�,

das

s si

ch L

ebew

esen

mit

unte

rsch

iedl

iche

n M

erkm

alen

ver

schi

eden

sta

rk v

erm

ehre

n;–

Ang

epas

sthe

it is

t im

mer

ein

Kom

prom

iss,

der

par

tielle

Una

ngep

asst

heit

enth

ält;

– A

ngep

asst

heit

von

Popu

latio

nen

schl

ießt

Var

iatio

n ei

n.

Kom

pete

nzst

ufe:

Jahr

gäng

e 5/

6 –

Org

anism

isch-

mor

phol

ogisc

he E

bene

Fach

liche

Inha

lte: S

äuge

tiere

in ih

rem

Leb

ensr

aum

K

ompe

tenz

nive

aus:

Sch

üler

inne

n un

d Sc

hüle

r …A

: ve

rfüg

en ü

ber d

ie A

lltag

svor

stel

lung

en, a

lles

sei w

unde

rbar

ang

epas

st u

nd

jede

r kön

ne s

ich

perf

ekt d

urch

Abs

icht

und

Übu

ng a

npas

sen.

I: or

dnen

vor

gege

bene

Kör

perm

erkm

ale

(z. B

. des

Mau

lwur

fs) v

orge

gebe

nen

Mer

kmal

en d

er L

eben

swei

se z

u un

d be

zeic

hnen

das

Phä

nom

en a

ls

Ang

epas

sthe

it.II.

1: b

esch

reib

en K

örpe

rmer

kmal

e ei

nes

Org

anis

mus

(z. B

. der

Fle

derm

aus)

se

lbs�

ätig

als

ang

epas

st.

II.2:

leite

n di

e Le

bens

wei

se e

ines

Org

anis

mus

(z. B

. der

Spi

tzm

aus)

anh

and

der

Kör

perm

erkm

ale

ab.

III.1

: be

urte

ilen

Beis

piel

e sc

hein

bare

r Wid

ersp

rüch

e au

fgru

nd u

nter

schi

edlic

her

Ents

tehu

ngsg

esch

icht

e (z

. B. W

ale

ohne

Kie

men

, Fle

derm

aus

ohne

Fed

ern)

.III

.2:

beur

teile

n Be

ispi

ele

von

Una

ngep

asst

heit

oder

ein

gesc

hrän

kter

A

ngep

asst

heit

aufg

rund

des

Wec

hsel

s de

r Um

wel

tbed

ingu

ngen

ode

r der

Le

bens

wei

se (z

. B. R

ücke

npro

blem

e vo

n M

ensc

hen,

Mau

lwur

f in

offen

em

Gel

ände

, Fle

derm

aus

in d

er K

ultu

rlan

dsch

a�).

R.1:

beu

rtei

len

mit

der B

edeu

tung

von

And

ersa

rtig

keit

(z. B

. Ges

präc

h zw

isch

en

eine

m M

aulw

urf u

nd e

iner

Spi

tzm

aus)

.R.

2: b

eurt

eile

n de

n St

elle

nwer

t von

abw

eich

ende

n Er

sche

inun

gen

in d

er N

atur

un

d w

ie M

ensc

hen

dara

uf re

agie

ren

(z. B

. Car

l von

Lin

nés

Eins

tufu

ng v

on

abw

eich

ende

n Bl

üten

form

en a

ls »

Mon

ster

«, F

olge

n ve

ränd

erte

r Mer

kmal

e be

i W

ild- u

nd N

utzt

iere

n, F

arbe

ode

r Aus

fall

des

Haa

rkle

ids)

.

Kom

pete

nzst

ufe:

Jahr

gäng

e 5/

6 –

Eben

e Anp

assu

ngsp

roze

sse (

Anb

ahnu

ng)

Fach

liche

Inha

lte: Z

ücht

ung

Kom

pete

nzni

veau

s: S

chül

erin

nen

und

Schü

ler …

A:

verf

ügen

übe

r die

Allt

agsv

orst

ellu

ng, d

er Z

ücht

er m

odel

liere

die

Ras

sen

und

Sort

en o

hne

Wei

tere

s zi

elge

rich

tet n

ach

sein

em W

illen

und

sei

ner V

orst

ellu

ng.

I.1:

unte

rsch

eide

n ve

rsch

iede

ne R

asse

n vo

n H

aust

iere

n od

er N

utzp

flanz

en

anha

nd h

erau

sgez

ücht

eter

Mer

kmal

e.I.2

: be

nenn

en Z

ucht

ziel

e be

i Hau

stie

ren

und

Nut

zpfla

nzen

.I.3

: bes

chre

iben

, das

s in

jede

r neu

en G

ener

atio

n In

divi

duen

mit

von

den

Elte

rn

abw

eich

ende

n M

erkm

alen

(neu

e Va

rian

ten)

au�

rete

n.II.

1: v

ergl

eich

en d

ie M

erkm

alsk

ombi

natio

nen

der N

achk

omm

en m

it de

n Zu

chtz

iele

n.II.

2: b

egrü

nden

die

Aus

wah

lent

sche

idun

gen

des

Züch

ters

als

Kom

prom

isse

.II.

3: e

rfas

sen

die

Zeitd

imen

sion

von

Züc

htun

g, in

dem

sie

die

Ann

äher

ung

an d

ie Z

ucht

ziel

e al

s Er

gebn

is d

er w

iede

rhol

ten

Aus

wah

l übe

r meh

rere

G

ener

atio

nen

(z. B

. an

hand

von

Sim

ulat

ione

n) b

esch

reib

en u

nd e

rklä

ren.

III.1

: er

örte

rn d

ie A

usw

irku

ngen

ein

er Ä

nder

ung

der Z

ucht

ziel

e (z

. B.

Um

züch

tung

des

Old

enbu

rger

Pfe

rdes

).III

.2:

wäg

en d

ie F

olge

n de

r Züc

htun

g au

f ein

ein

zige

s M

erkm

al a

b (z

. B.

Milc

h- o

der F

leis

chle

istu

ng b

ei K

ühen

, Eie

r- o

der F

leis

chle

istu

ng b

ei H

ühne

rn,

Hal

tbar

keit

oder

Ges

chm

ack

bei T

omat

en).

R.1:

beu

rtei

len

naiv

e un

d un

real

istis

che

Ans

prüc

he a

n Zü

chtu

ng (z

. B. a

nhan

d de

r Sch

wie

rigk

eite

n be

i der

Züc

htun

g vo

n N

utzt

iere

n un

d -p

flanz

en).

R.2:

set

zen

sich

mit

Zuch

tzie

len

bei h

eutig

en H

aus-

und

Nut

ztie

ren

ause

inan

der

(z. B

. Qua

lzüc

htun

gen)

.

Page 12: Bildungsstandards Biologie

XII

Tab.

3.

Kom

pete

nzen

zum

Bas

iskon

zept

Var

iabi

lität

und

Ang

epas

sthe

it

Kom

pete

nzst

ufe

Jahr

gäng

e 9/

10 –

Ebe

ne A

npas

sung

spro

zess

eFa

chlic

he In

halte

: Kla

ssis

che

Gen

etik

/Evo

lutio

nK

ompe

tenz

nive

aus:

Sch

üler

inne

n un

d Sc

hüle

r …A

: ve

rfüg

en ü

ber d

ie A

lltag

svor

stel

lung

, das

s si

ch L

ebew

esen

akt

iv d

en

jew

eilig

en U

mw

eltb

edin

gung

en a

npas

sen.

I.1:

unte

rsch

eide

n an

vor

gege

bene

n Be

ispi

elen

(z. B

. Son

nenb

räun

e / p

erm

a-ne

nte

Hau

tpig

men

tieru

ng) g

enet

isch

bed

ingt

e od

er u

mw

eltb

edin

gte

Form

en

von

Vari

abili

tät.

I.2:

nenn

en b

ei B

esch

reib

unge

n de

r Anp

assu

ngsp

roze

sse

das

unge

rich

tete

A

u�re

ten

von

neue

n Va

rian

ten

in je

der n

euen

Gen

erat

ion.

I.3:

besc

hrei

ben

unte

rsch

iedl

iche

Übe

rleb

ens-

und

For

tpfla

nzun

gsra

ten

bei

vers

chie

dene

n Va

rian

ten.

II.1:

füh

ren

das A

u�re

ten

neue

r ode

r das

Vor

hand

ense

in u

nter

schi

edlic

her

Vari

ante

n (z

. B. B

irke

nspa

nner

ode

r Sic

helz

ella

näm

ie) a

uf g

enet

isch

e U

rsac

hen

zurü

ck (M

utat

ion

und

Reko

mbi

natio

n).

II.2:

lei

ten

größ

ere

Übe

rleb

ens-

und

For

tpfla

nzun

gsch

ance

n au

s de

m G

rad

der

Ang

epas

sthe

it an

bes

timm

te L

eben

sbed

ingu

ngen

(z. B

. dun

kle

Birk

ensp

anne

r /

Lu�v

ersc

hmut

zung

ode

r Sic

helz

ell-M

erkm

al /

Mal

aria

) ab

(Sel

ektio

n).

III.1

: lö

sen

den

sche

inba

ren

Wid

ersp

ruch

zw

isch

en d

er H

äufig

keit

des

Sich

el-

zell-

Mer

kmal

s un

d de

m fr

ühen

Tod

der

Sic

helz

ella

näm

ie-K

rank

en.

III.2

: tr

effen

ein

e Vo

raus

sage

übe

r die

erw

arte

te H

äufig

keit

der u

nter

schi

ed-

liche

n Va

rian

ten

bei g

egeb

enen

Leb

ensb

edin

gung

en (z

. B. B

irke

nspa

nner

be

i Rüc

kgan

g de

r Lu�

vers

chm

utzu

ng /

Sich

elze

llanä

mie

bei

erf

olgr

eich

er

Bekä

mpf

ung

der M

alar

ia).

R.1:

beu

rtei

len

den

evol

utio

näre

n W

ert v

on A

nder

ssei

n (z

. B. N

otw

endi

gkei

t vo

n M

utat

ione

n ge

genü

ber d

em V

orte

il vo

n K

onst

anz)

.R.

2: b

eurt

eile

n Vo

r- u

nd N

acht

eile

von

Ein

förm

igke

it / R

eduk

tion

von

Vari

a-bi

lität

(z. B

. veg

etat

ive

Verm

ehru

ng, I

nzuc

ht, K

loni

eren

).

Kom

pete

nzst

ufe

Jahr

gäng

e 7/

8 –

orga

nism

isch-

phys

iolo

gisc

he E

bene

Fach

liche

Inha

lte: P

hysi

olog

ieK

ompe

tenz

nive

aus:

Sch

üler

inne

n un

d Sc

hüle

r …A

: ve

rfüg

en ü

ber d

ie A

lltag

svor

stel

lung

, alle

s im

Kör

per s

ei w

unde

rbar

ger

egel

t un

d de

r Kör

per w

isse

, was

für i

hn g

ut s

ei.

I.1:

ordn

en v

orge

gebe

ne M

erkm

ale

oder

Pro

zess

e (z

. B. C

hlor

ophy

ll un

d C

hlor

opla

sten

ode

r Vor

gäng

e im

Aug

e) v

orge

gebe

nen

Funk

tione

n (P

hoto

synt

hese

, Seh

en) z

u un

d be

zieh

en d

iese

Mer

kmal

e au

f die

Leb

ensw

eise

(A

ngep

asst

heit)

.I.2

: or

dnen

Kom

bina

tion,

Kon

zent

ratio

n un

d rä

umlic

he V

erte

ilung

von

M

erkm

alen

ode

r Pro

zess

en (z

. B d

er V

erda

uung

senz

yme

des

Men

sche

n) d

er

Lebe

nsw

eise

(z. B

, Ern

ähru

ngsw

eise

des

Alle

sfre

sser

s) z

u.II.

1: b

esch

reib

en d

ie u

nter

schi

edlic

he A

uspr

ägun

g vo

n M

erkm

alen

(z. B

. bei

Li

cht-

und

Scha

�enb

lä�e

rn) a

nhan

d vo

n U

nter

such

unge

n (z

. B. Q

uer-

schn

i�en

) se

lbs�

ätig

als

phy

siol

ogis

ch a

ngep

asst

.II.

2: l

eite

n Fu

nktio

nen

(z. B

. des

men

schl

iche

n D

ünnd

arm

s od

er d

er L

unge

) au

s M

erkm

alen

ab

und

inte

rpre

tiere

n di

ese

Zusa

mm

enhä

nge

als

Beis

piel

e fü

r A

ngep

asst

heit.

III.1

: er

örte

rn s

chei

nbar

e W

ider

sprü

che

zwis

chen

neb

enei

nand

er a

nzut

reffe

n-de

n Le

bens

wei

sen

(z. B

. C-A

utot

roph

ie u

nd N

-Het

erot

roph

ie b

ei F

leis

ch

fres

send

en P

flanz

en).

III.2

: be

urte

ilen

Beis

piel

e vo

n U

nang

epas

sthe

it od

er e

inge

schr

änkt

er A

nge-

pass

thei

t (z.

B. V

erda

uung

bei

m M

ensc

hen

im V

ergl

eich

zur

Cel

lulo

se-

Verd

auun

g du

rch

Sym

bion

ten

bei W

iede

rkäu

ern

oder

Lag

e de

r Sin

nesz

elle

n in

de

r Net

zhau

t des

Wir

belti

er-A

uges

an

der v

om L

icht

einf

all a

bgew

andt

en S

eite

).R.

1: s

etze

n si

ch m

it A

nder

sart

igke

it au

sein

ande

r (z.

B. u

nter

schi

edlic

he E

r-nä

hrun

gsfo

rmen

wie

Veg

etar

ism

us o

der S

peis

evor

schr

i�en

in u

nter

schi

ed-

liche

n K

ultu

ren;

Feh

lsic

htig

keit)

.R.

2: s

etze

n si

ch m

it A

bwei

chun

gen

von

Ang

epas

sthe

it du

rch

verä

nder

te

Lebe

nsw

eise

n in

mod

erne

n G

esel

lsch

a�en

aus

eina

nder

(z. B

. Lak

tose

-into

lera

nz

in M

i�el

euro

pa, D

iabe

tes

Typ

II).

Page 13: Bildungsstandards Biologie

XIII

folgenden Aussagen die Beziehung zwischen dem Nahrungswechsel einiger Saurier und dem Auf-treten der Blütenpflanzen am besten beschreibt. Be-gründe deine Entscheidungen.a. Die Ausbreitung der Blütenpflanzen bedeutete

ein verbessertes Nahrungsangebot für Tiere, die pflanzliche Nahrung verwerten konnten.

b. Die Aufnahme pflanzlicher Nahrung führte bei einigen Sauriern zu entsprechenden Anpassun-gen an die neue Nahrung.

c. Zwischen beiden Ereignissen ist kein Zusam-menhang zu vermuten.

Ebene der Anpassungsprozesse, Kompetenzniveau II.2: s. oben4. Die Hintergliedmaßen von Falcarius sind kleiner

und dicker als die seiner Vorfahren. Entscheide, welche der folgenden Aussagen die Entstehung dieser Veränderung am besten erklärt. Begründe deine Entscheidung.a. Eine Ursache der Veränderung sind Modifikatio-

nen.b. Eine Ursache der Veränderung sind Mutationen.c. Aufrecht stehen bei relativ hohem Körperge-

wicht führte zu einer Stauchung der Knochen. Diese Veränderung wurde an die Nachkommen vererbt.

d. Die Tiere haben sich an veränderte Lebensbedin-gungen angepasst.

Ebene der Anpassungsprozesse, Kompetenzniveau II.1: … führen das Au�reten neuer oder das Vorhan-densein unterschiedlicher Varianten auf genetische Ursachen zurück (Mutation und Rekombination).5. Formuliere eine fiktive Diskussion zwischen La-

marck und Darwin zu den Ursachen der beschrie-benen Umstellung der Ernährung bei einigen Sau-riern.

Ebene der Anpassungsprozesse, Kompetenzniveau II.2 (s. oben).6. Begründe, warum Biologen aus fossilen Skele�tei-

len auf die Ernährungsweise eines Tieres schließen können.

organismisch-physiologische Ebene, Kompetenzni-veau II, 2: … leiten Funktionen aus Merkmalen ab und interpretieren diese Zusammenhänge als Beispiele für Angepasstheit.

Ebene der Anpassungsprozesse, Kompetenzniveau III, 2: … treffen eine Voraussage über die erwartete Häufigkeit der Varianten bei gegebenen Lebensbedin-gungen.

3 Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung

Wissenscha�smethodische Kompetenzen gehören zum Kern der naturwissenscha�lichen Bildung. Sie werden in der Sekundarstufe I als fachgemäße Denk-

und Arbeitsweisen, in der Sekundarstufe II als Wis-senscha�spropädeutik im Unterricht vermi�elt. In den Bildungsstandards der KMK sind sie als Kompe-tenzbereich Erkenntnisgewinnung beschrieben. Die Grund legende naturwissenscha�liche Methode ha-ben die Fächer Biologie, Chemie und Physik gemein-sam18. Neben den Gemeinsamkeiten der Erkenntnis-gewinnung der Naturwissenscha�en hat die Biologie jedoch bestimmte, ihrem Gegenstand entsprechend, eigene Ausprägungen von Erkenntnismethoden ent-worfen, wie z. B. mikroskopische Untersuchungen, Genanalyse und Verhaltensbeobachtung. Diese Me-thoden zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie der hohen Komplexität sowie dem Umstand, dass es sich um lebende Systeme handelt, Rechnung tra-gen. Dies bedeutet, dass diese nur bedingt einer expe-rimentellen Veränderung unterzogen werden können. Im Biologieunterricht bietet sich damit die besondere Gelegenheit, die Grenzen der naturwissenscha�lichen Methode in ihrer Anwendung auf Lebewesen zu er-arbeiten, und zwar in wissenscha�spropädeutischer und ethischer Hinsicht.Wie zum Kompetenzbereich »Basiswissen« existiert auch zum Kompetenzbereich »Erkenntnisgewinnung« eine Vielfalt von Ansätzen und Ausformungen. Diese deutet sich bereits in den Oberbegriffen an: Modi der Welterschließung19, Denk – und Arbeitsweisen, Er-kenntnis-gewinnung, Methoden. Auch hier zeigt sich trotz aller Differenzierungen eine hohe Einheitlichkeit. Zu beachten ist allerdings, dass einige Ansätze primär den Weg (welchen auch immer) der wissenscha�lichen Erkenntnis beschreiben, die anderen dagegen eher die – vom Unterrichtsskript unabhängigen – Kompeten-zen fokussieren. Im Sinne der Kompetenzorientierung ist sicher Letzteren der Vorzug zu geben.

Die in den Bildungsstandards formulierten Kompeten-zen der Erkenntnisgewinnung können zu drei basalen Kompetenzen der Wissenscha�smethodik im Biolo-gieunterricht zusammengefasst werden (Abb. 3)20.

Entsprechend dem komplexen und mehrdimensi-onalen Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung lassen sich unterschiedliche Kriterien für eine Diffe-renzierung in Kompetenzniveaus angeben (Tab. 4) [Arbeitsgruppe III]. So müssen manuelle Fertigkeiten beim Mikroskopieren anders differenziert werden als das Verständnis kriteriengeleiteten Vergleichens und wiederum anders als der Umgang mit Theorien und Modellen. Die aufgelisteten Kriterien werden hier als heuristisches Instrument verstanden, das seinen theo-retischen Wert in der fachdidaktischen Forschung, seine Praktikabilität in der Unterrichtspraxis erweisen muss und letztendlich der Weiterentwicklung bedarf.

18 vgl. Anm. 119 Dieser an H. BLUMENBERG angelehnte Begriff wurde (wie auch der

Begriff der Denk- und Arbeitsweisen) erstmalig auf die naturwissen-scha�liche Erkenntnisgewinnung bezogen in: Lernen und Können im naturwissenscha�lichen Unterricht. Denkanstöße und Empfehlungen zur Entwicklung von Bildungs-Standards in den naturwissenscha�li-chen Fächern Biologie, Chemie und Physik (Sekundarbereich I). MNU 56/5, 2003, Beihe�er

20 MAYER/BRÜMMER/TEICHERT (2005): Manuskript

Page 14: Bildungsstandards Biologie

XIV

Aufgabe22: Kompetenz Experimentieren/Differenzierung nach Offenheit – Sachlogisches Vorgehen

Anmerkung: Au�räge 1–4 werden nicht alle sofort, son-dern erst sukzessive nach der Bearbeitung der vorgehenden Teilaufgabe ausgegeben.

In einem Versuch (A) wurde die Kohlenstoffdioxid-Abgabe der Haut eines Menschen gemessen. Dabei wurde festgestellt, dass der Handrücken einer jungen Frau (100 cm²) bei Raumtemperatur 1,2 ml Kohlen-stoffdioxid in einer Stunde abgibt.

1. Überlege, welche Faktoren die Kohlenstoffdioxid-Abgabe beeinflussen könnten. Formuliere dazu deine Hypothesen.

2. Wähle eine deiner Hypothesen aus. Plane für diese Hypothese einen Versuch B, der dir als Ergänzung zum Versuch A hil�, deine Hypothese zu unter-mauern oder zu widerlegen.

Anmerkung: Schüler ohne Hypothese erhalten zusätzlich die Infokarte 1a. Bei der Untersuchung der Hypothesen auf den Infokarten 1e–k wird das Experiment komplexer, weil die Kontrolle bei der Planung berücksichtigt werden muss.

Infokarte 1a: Hypothese: Das Geschlecht beeinflusst die Kohlenstoffdioxid-Abgabe der Haut.

Abb. 3. Ebenen der Wissenscha�smethodik

Material für den Lehrer zur Erstellung von Infokarten 1b – k

Variablen Lehrerinfo

das Alter (b) alt < jung

die Hautstelle (c, spezieller siehe h) sonst < Hand, Fußsohle, Stirn, Wange

die Temperatur (d) niedrig < hoch

die Jahreszeit € wohl kein Einfluss

das Licht (f) wohl keinen Einfluss

der Partialdruck PCO2 (g) CO2-Gehalt der Lu� über 9 % (PCO2 = 71–74) führt zu CO2-Aufnahme der Haut

die Anzahl der Schweißdrüsen auf der Haut(h, allgemeiner siehe c) die Gesundheit der Haut(z. B. Schuppenflechte, Verbrennungen) (i)

Unklar

die Lu�feuchtigkeit (k)

Anmerkung: Nach der Planung bekommen die Schüler In-fokarte 2 (bzw. analoge Infokarten b–k).

Infokarte 2a: Es wird die Hypothese aufgestellt, das Geschlecht beeinflusse die Kohlenstoffdioxid-Abgabe der Haut. Zusätzlich zu dem Versuch A wird Versuch B durchgeführt und liefert folgendes Ergebnis.

Versuch Hautstelle Alter Geschlecht Temperatur Ergebnis

A Handrücken jung Frau Raumtemperatur 1,2 ml CO2/100 cm² h

B Handrücken jung Mann Raumtemperatur 0,9 ml CO2/100 cm² h

22 Auch hier ist nur Platz für eine Aufgabe; weitere Aufgabenbeispiele sind bei Jürgen Mayer zu erhalten.

Page 15: Bildungsstandards Biologie

XV

Kom

pete

nzdi

men

sion

enK

ompe

tenz

enK

ompe

tenz

diff

eren

zier

ung

Cha

rakt

eris

tika

der

Nat

urw

isse

nsch

a� e

rfas

sen

• G

rund

züge

und

Gre

nzen

der

Nat

urw

isse

nsch

a�

beur

teile

n E7

/821

(Tec

hnik

, His

tori

e)•

mit

Theo

rien

und

Mod

elle

n um

gehe

n E1

3

Vors

tellu

ngen

(V1

Allt

agsv

orst

ellu

ngen

– V

2 na

turw

isse

nsch

a�so

rien

tiert

e Vo

rste

llung

en –

V3

natu

rwis

sens

cha�

liche

Vor

stel

lung

en)

Off

enhe

it (O

1 Vo

rgab

en n

achv

ollz

iehe

n –

O2

aus

Vorg

aben

Sc

hlus

sfol

geru

ngen

abl

eite

n –

O3

vorg

egeb

ene

Frag

en/H

ypot

hese

n üb

erpr

üfen

– O

4 off

ene

Frag

este

llung

en b

earb

eite

n)

Refl

exio

nsgr

ad (R

1 Fe

hler

erk

enne

n –

R2 S

chlu

ssfo

lger

unge

n au

f Dat

en

bezi

ehen

– R

3 M

etho

den

und

Erge

bnis

se k

ritis

ch re

flekt

iere

n)

Selb

stst

ändi

gkei

t (S1

vor

gege

bene

Met

hode

nac

hvol

lzie

hen

– S2

Met

hode

na

ch A

nlei

tung

anw

ende

n –

S3 s

elbs

tstä

ndig

anw

ende

n –

S4 s

elbs

tstä

ndig

au

swäh

len)

Mod

ellie

ren

(M1

Mod

elle

anw

ende

n –

M2

Mod

elle

kon

stru

iere

n –

M 3

G

renz

en d

er M

odel

lieru

ng re

flekt

iere

n)

Sach

logi

sche

s Vo

rgeh

en (S

V1

prob

iere

n –

SV2

teilw

eise

sys

tem

atis

ch –

SV

3 w

eitg

ehen

d sy

stem

atis

ch –

SV

4 sy

stem

atis

ch)

Met

hode

nver

stän

dnis

(MV

1 A

rbei

tste

chni

k un

d M

etho

de k

enne

n –

MV

2 an

wen

den

–MV

3 be

grün

det a

usw

ähle

n –

MV

4 va

riie

ren)

Man

uelle

Fer

tigke

iten

(MF1

Nac

hmac

hen

– M

F2 P

räzi

sier

en –

MF3

H

andl

unge

n se

quen

ziel

l ver

folg

en –

MF4

Han

dlun

gen

auto

mat

isie

ren)

Nat

urw

isse

nsch

a�lic

hen

Erke

nntn

isw

eg v

erfo

lgen

• na

turw

isse

nsch

a�lic

he F

rage

n/H

ypot

hese

n fo

rmul

iere

n E7

• U

nter

such

unge

n pl

anen

und

dur

chfü

hren

E6

• em

piri

sche

Dat

en in

terp

retie

ren

E6•

Betr

acht

en, B

eoba

chte

n, U

nter

such

en E

5,

Expe

rim

entie

ren

E6•

krite

rien

gele

itete

s Ve

rgle

iche

n E2

/3, B

estim

men

E4

• m

it na

turw

isse

nsch

a�lic

hen

Mod

elle

n Er

kenn

tnis

se

gew

inne

n E9

, E10

Mit

Arb

eits

tech

nike

num

gehe

n•

Mik

rosk

opie

ren

E1, P

räpa

rier

en•

chem

isch

e N

achw

eism

etho

den

durc

hfüh

ren

E5•

phys

ikal

isch

e M

essu

ngen

dur

chfü

hren

E5

Tab.

4.

Kom

pete

nzen

der

Erk

ennt

nisg

ewin

nung

21 D

ie In

dize

s be

zieh

en s

ich

auf d

ie e

ntsp

rech

ende

n St

anda

rds

in d

en K

MK

-Bild

ungs

stan

dard

s (v

gl. A

nm. 3

).

Page 16: Bildungsstandards Biologie

XVI

3. Beschreibe die Versuchsdurchführung des Versuchs B und begründe, welchen Schluss das Experiment zulässt.

Anmerkung: Infokarten 1b-d müssen dem Schüler zusätz-lich gegeben werden.

Infokarte 3: Das Experiment zeigt, dass die Haut der Hand des jungen Mannes bei Raumtempe-ratur weni-ger Kohlenstoffdioxid abgibt als die Haut der jungen Frau. Solange sich das Ergebnis dieses Experiment immer wiederholt, auch beim Vergleich beider Ge-schlechter an anderen Hautstellen, bei jungen und al-ten Männern und Frauen und bei verschiedenen Tem-peraturen bei beiden Geschlechtern, kann behauptet werden, dass die Haut des Mannes weniger Kohlen-stoffdioxid abgibt als die Haut der Frau.

4. Beschreibe die Schri�e beim Experimentieren.

Erwartungshorizont O1 O2 O3 O4

1. wenigstens eine Hypothese, einen Versuchsvorschlag auf der Grundlage seiner eigenen Hypothese (Au�rag 2) und kann anhand einer Infokarte (analog Infokarte 2, Lehrerinformationen nutzen) einen angemessenen Schluss ziehen.

X

2. sachgerechte Planung der eigenen Versuche mit Konstanthaltung aller weiteren Variablen, bei 1e–k zusätzlich Kontrollversuch.

X

3. Aus den Ergebnissen ableiten, dass die Haut des Mannes weniger Kohlenstoffdioxid abgibt als die der Frau.

X

4. sachrichtiges Beschreiben der Schri�e Frage – Hypothese – Durchführung – Ergebnis – Schluss

X

Erwartungshorizont SV1 SV2 SV3 SV4

1. wenigstens eine Hypothese der Infokarten 1a–1k oder Bezugsgröße Zeit (z. B. halbe Stunde messen) oder Bezugsgröße Hautfläche (z. B. 50 cm²) variiert

X

2. wenigstens ein Hypothese der Infokarten 1a–1d, zuzüglich wenigstens eine Hypothese der Infokarten 1e–1k

X

3. nicht alle Hypothesen der Infokarten 1a–1d

X

4. die Hypothesen der Infokarten 1a–1d

X

Aufgabe: Nachweis von GasenKompetenz chemische Nachweismethoden durchführen Differenzierung nach Methodenverständnis und Selbstständigkeit

Problemstellung:In einem Standzylinder befinden sich gequollene Boh-nensamen. Der Zylinder wird einen Tag im Dunkeln stehen gelassen.Hypothese: Im Glas ist Sauerstoff oder Kohlenstoffdi-oxid entstanden.

Aufgabe 1: Schlage ein Verfahren vor, um das Gas im Zylinder zu identifizieren!F1 Arbeitstechnik kennen • Schüler kann die Glimmspanprobe beschreiben. • Er kennt den Unterschied: Sauerstoff: Glimmspan

flammt auf vs. Kohlenstoffdioxid: brennender Span erlischt.

F2 Arbeitstechnik begründet auswählen • Der Schüler wählt die Glimmspanprobe als geeig-

nete Methode zur Überprüfung der Hypothese aus.

F3 Arbeitstechnik variieren • Der Schüler kann weitere Methoden beschreiben,

um die Anwesenheit von Sauerstoff oder Kohlen-stoffdioxid zu überprüfen.

Aufgabe 2: Führe das Experiment durch!MF1 Der Schüler kann das Experiment nach einer be-

bilderten Arbeitsanleitung oder nach einem De-monstrationsexperiment des Lehrers durchfüh-ren.

MF2 Der Schüler kann das Experiment selbstständig durchführen.

MF3 hier nicht möglich, da Experiment zu einfach (keine Reihenfolge zu beachten, die man falsch machen könnte)

Für diese Kompetenzstufe müsste man ein komplexe-res Experiment auswählen, z. B. Nachweis von Stärke im Bla�, weil dort die Reihenfolge zu beachten ist.

4 Zum theoretischen Hintergrund von Standards, Kompetenz(modellen) und Niveau-konkretisierungen

Bildungsstandards zielen auf »die bei Individuen verfüg-baren oder von ihnen erlernbaren kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, bestimmte Probleme zu lösen, sowie die damit verbundenen motivationalen, volitionalen und sozia-len Bereitscha�en und Fähigkeiten, die Problemlösungen in variablen Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu können«23 Diese Kompetenz-Definition wird

23 F. E. WEINERT: Vergleichende Leistungsmessung in Schulen – eine um-stri�ene Selbstverständlichkeit. In F. E. WEINERT (Hrsg.). Leistungsmes-sung in Schulen. – Basel (2001) S. 17–31

Page 17: Bildungsstandards Biologie

XVII

seit der Diskussion um Kompetenzen und Standards in allen deutschen Veröffentlichungen (so auch in den KMK-Bildungsstandards) verwendet, obwohl sie noch nirgendwo angemessen und vollständig umgesetzt wurde. Eine solche allgemeine Problemlösungskomp-etenz entzieht sich wie andere allgemeine Kompeten-zen (z. B. Methoden-, Personal- und Sozialkompetenz) der Forderung nach definierter Validität. Vielmehr be-dingt deren Allgemeinheit, das haben Forschung und Praxis gezeigt, eine präambelha�e Unverbindlichkeit und damit Wirkungslosigkeit.

Nur eine Konkretisierung wie z. B. die folgende kann erreichen, dass Kompetenzen und Standards von der Basis, den Schulen und den Lehrkrä�en, angenom-men werden: »Kompetenzen sind einer Person zugeschrie-bene Fähigkeiten, die in Form von erfüllbaren Standards beschrieben werden und damit evaluierbar sind. Um dies zu erreichen, sind Dimensionen und Tätigkeitsoperatoren im Kerncurriculum anzugeben.« – graphisch in Form einer Matrix dargestellt:

Die bildungstheoretischen Leitideen fließen in Kom-petenzbereiche ein: Die Welt kennen, sich erschließen, kommunizieren und bewerten können sind die vier Kompetenzbereiche der KMK-Standards. Die Bereiche müssen in einzelne erwünschte Kompetenzen diffe-renziert, in ihren Dimensionen analysiert, in Form von Standards bezogen auf ein Kerncurriculum operatio-nalisiert und Niveaus zugeordnet werden. Kompeten-zen müssen sich als Leistungen in konkreten Anfor-derungen zeigen24, nur dann sind sie mit geeigneten Aufgaben zu evaluieren. Es steht also das tatsächliche Können der Lernenden im Fokus. Die Lehrkra� will wissen, welchen Erkenntnisfortschri� die Schülerin-nen und Schüler tatsächlich im Unterricht erworben haben: Das Können erkennen!

Kompetenzmodell und Niveaukonkretisierung25

»Kompetenzentwicklungsmodelle besitzen dabei eine Schlüsselrolle. Sie helfen, die unterrichtlichen Förderung von Kompetenzen über Jahrgangsstufen hinweg derart zu planen, dass bestehende Kompetenzniveaus aufgegriffen und systematisch weiter entwickelt werden können (kumu-

Abb. 4. Von bildungstheoretischen Leitideen zur Evaluation der geforderten Kompetenzen

lative Förderung von Kompetenzen). Zudem bieten Kom-petenzentwicklungsmodelle durch ihre konkreten Hinweise auf Möglichkeiten der Operationalisierung von Kompetenz-niveaus Orientierung hinsichtlich des Rückmeldens und Prüfens von Kompetenzzuwachs.«26

Derartige Kompetenzmodelle werden also in erster Linie als Beschreibungen der Kompetenzen und Ni-veaus verstanden. Je konkreter diese ausfallen, desto genauer können die unterrichtliche Förderung und das Erreichen von bestimmten Niveaus in Aufgaben überprü� werden.Dagegen unterliegen Test an großen Populationen, die sog. Vergleichsarbeiten, wie sie z. B. das IQB27 plant, statistischen Gütekriterien (Raschmodell), sodass die Aufgaben weniger konkret an den Unterricht ange-bunden sein werden. Zudem sollen beim IQB Aufga-ben kreiert werden, die »sich post hoc in einem Kompe-tenzmodell verorten«28 lassen. Dieses Verfahren wurde bereits bei PISA gewählt: Kompetenzstufen wurden im Nachhinein anhand der Beantwortung der Aufga-ben durch die Testklientel festgelegt. Dabei wurde die

24 E. KLIEME et al. Zur Entwicklung nationaler Bildungsstandards – Eine Expertise. Berlin (2003)

25 Der Begriff »Niveaukonkretisierung« stammt aus den Bildungsstan-dards des Landes Baden-Wür�emberg

26 M. HAMMANN: Kompetenzentwicklungsmodelle. Merkmale und ihre Bedeutung – dargestellt anhand von Kompetenzen beim Experimentie-ren. MNU 57 (2004) Nr. 4, 196–203.

27 Institut für Qualitätsentwicklung im Bildungswesen, das allerdings erst in einigen Jahren damit beginnen kann, Aufgaben und Tests für die drei Naturwissenscha�en zu entwickeln (so der Leiter, O. KÖLLER, am 7.3.2005, nicht gehaltener Vortrag in Bielefeld).

28 vgl. Anm. 26

Page 18: Bildungsstandards Biologie

XVIII

Skala mit der Stufeneinteilung nach Bybee29 analogi-siert, nach der die Alltagsvorstellungen zunehmend durch naturwissenscha�liches Verständnis ergänzt werden30.

Dieses Vorgehen offenbart das zentrale Problem bei der Aufstellung von Kompetenzmodellen mit einem Dilemma und bestimmten Konsequenzen:• Es existieren kaum empirische Ergebnisse (außer

Hammann [26]), wie sich Kompetenzen entwickeln bzw. welche Leistungen Menschen mit welchen Kompetenzen vollbringen können. So ist zwar die alte Unterteilung von Piaget31 in konkret- bzw. abs-trakt-operationales Denken immer noch anerkannt; es hat sich aber gezeigt, dass Kinder bei entspre-chender Förderung und auf der Grundlage gefes-tigten inhaltlichen Wissens sehr viel früher zur Ab-straktion befähigt sind.

1. Deshalb sollte man vorerst sehr behutsam im Hin-blick auf Entwicklungsmodelle vorgehen.

2. Andererseits kann aus den oben genannten Grün-den auf Kompetenzmodelle als Hilfen für die kon-krete Arbeit in den Schulen nicht verzichtet wer-den.

3. Insofern sind die in den beiden Kompetenzberei-chen Wissen und Erkenntnisgewinnung analytisch gewonnenen Dimensionen (s. o.) und die nun fol-genden Niveaueinteilungen vorerst hypothetisch. Allerdings werden sie getragen durch den Sachver-stand und die vieljährige Praxiserfahrung der Ex-perten.

4. Zudem sollten sie – wenn schon kaum evidenzba-siert – theoriegeleitet sein.

5. Die Akzeptanz derartiger Modelle in der Praxis wird dadurch bestimmt, ob die Lehrkrä�e die bis-herigen Anforderungsbereiche mehr oder weniger wiederfinden.

6. Die oben vorgeschlagenen und abzustimmenden hypothetischen Niveaueinteilungen werden aber heuristische Wirkung in der schulischen Praxis und in der fachdidaktischen Forschung entfalten. Dabei werden sie selbst einer andauernden Revision und Entwicklung unterliegen.

Abb. 5. Niveauschema der Dimensionen horizontal

5 Ausblick

Das ehrgeizige Ziel der Bildungspolitik, mit Hilfe von Kompetenz-orientierten Standards die Qualitätsent-wicklung von Schule und (naturwissenscha�lichem) Unterricht im Hinblick auf eine international zu ver-bessernde Leistungsfähigkeit des Bildungssystems zu fördern und gleichzeitig die bundesweite Vergleich-barkeit und Anschlussfähigkeit schulischer Abschlüs-se in den Bundesländern zu erhöhen, erfordert ge-waltige Anstrengungen von allen Beteiligten. Mit den Bildungsstandards ist ein Fundament gelegt, auf dem das »neue Haus« errichtet werden kann. Die tragen-den Balken aus den Bildungsstandards für das Fach Biologie auszurichten, sie miteinander zu verknüpfen und ihre charakteristische Struktur herauszuschälen und zu feilen – diese Aufgabe hat die MNU-Arbeits-tagung erfolgreich bewältigt und veröffentlicht ihre Ergebnisse in diesen Empfehlungen.

Es hat sich gezeigt, dass der Prozess des »Herunter-brechens« der Bildungsstandards sehr anspruchs-voll und zeitaufwändig ist. Auch wenn wir meinen, mit diesen Empfehlungen eine gute Vorarbeit geleistet zu haben, kommt auf die Standard-Kommissionen in den Bundesländern und den einzelnen Fachgruppen in den Schulen immer noch eine gewaltige Arbeit zu. Deshalb fordern wir die Kultus-ministerien dringend auf, den mit dieser Aufgabe beau�ragten Arbeitsgruppen und Lehrkrä�en ausreichend Zeit, Muße und Hilfen zu bieten. Diese Arbeit kann nicht im Nebengeschä� erle-digt werden! Die Kompetenz des Fördervereins MNU bieten wir auch den einzelnen Bundesländern an.

Es ist zu fragen, inwieweit die Lehrkrä�e auf die kon-krete Umsetzung der Bildungsstandards vorbereitet sind. Oder noch deutlicher: Reicht die bisherige Leh-rerbildung in allen drei Phasen aus, den hohen An-spruch der Bildungsstandards zu gewährleisten und die Wendung hin zum Lernen und Können für die Schülerinnen und Schüler Gewinn bringend zu be-werkstelligen?

Für die Fachdidaktik öffnet sich ein breites Forschungs-feld. In allen Kompetenzbereichen sind die Dimensio-nen der jeweiligen Kompetenzen auf der Grundlage dieses ersten Vorschlags zu erforschen. Weiterhin sind die bislang heuristischen Kompetenzmodelle auf ihre Anwendbarkeit zu überprüfen, um daraus empirisch gesicherte Kompetenzentwicklungsmodelle zu erstel-len.

29 vgl. Anm. 530 Dieses Vorgehen wird kritisiert, da es u. a. das Verhältnis von Alltags-

vorstellungen und wissenscha�lichen Vorstellungen nicht angemes-sen berücksichtigt, vgl. U. KATTMANN: Vom Bla� zum Planeten. Scientific Literacy und kumulatives Lernen im Biologieunterricht und darüber hinaus. In B. MOSCHNER et al. (Hrsg.): PISA 2000 als Herausforderung. Baltmannsweiler (2003).

31 W. GRÄBER, H. STORCK: Die Entwicklungspsychologie Jean Piagets als Mahnerin und Helferin des Lehrers im naturwissenscha�lichen Unter-richt. MNU 37/4, S. 193–201; MNU 37/5, S. 257–269, 1984

Page 19: Bildungsstandards Biologie

XIX

Teilnehmerinnen und Teilnehmer

OStD ARNOLD A CAMPO, Hagen (Tagungsleitung)StR´ Dr. BARBARA BEETZ, Halle/Saale (Vertreterin Sachsen-Anhalt) [Arbeitsgruppe I]StD Dr. HORST BICKEL, Düsseldorf (Vertreter Nordrhein-Westfalen) [Arbeitsgruppe III]StD´ GABRIELE BÖCK, Murrhardt (Vertreterin Baden-Wür�emberg) [Arbeitsgruppe III]StD´ GABRIELE BORLINGHAUS, Speyer [Arbeitsgruppe I]StD THOMAS FREIMAN, Bayreuth [Leitung Arbeitsgruppe I]StD Dr. PETER GILBERT, Karlsruhe [Leitung Arbeitsgruppe I]MR´ HEIKE GÖTTE, Düsseldorf (Vertreterin Nordrhein-Westfalen) [Arbeitsgruppe III]Fachleiterin ELKE HILBIG, Eisenach (Vertreterin Thüringen) [Arbeitsgruppe I]StD HERBERT JELINEK, Hamburg (Vertreter Hamburg) [Arbeitsgruppe III]Prof. Dr. ULRICH KATTMANN, Universität Oldenburg [Leitung Arbeitsgruppe II]Prof. Dr. DIRK KRÜGER, FU Berlin [Leitung Arbeitsgruppe III]StD JÜRGEN LANGLET, Lüneburg (Tagungsleitung)Prof. Dr. JÜRGEN MAYER, Universität Gießen [Leitung Arbeitsgruppe III]MARLIES MÜLLER, Rostock (Vertreterin Mecklenburg-Vorpommern) [Arbeitsgruppe III]

Prof. Dr. PATRICIA NEVERS, Universität Hamburg [Arbeitsgruppe II]StD Dr. WOLFGANG PHILIPP, Esslingen (Vertreter Physik) [Arbeitsgruppe I]RL REINHOLD REHBACH, Vaterste�en (Vertreter Bayern) [Arbeitsgruppe I]StR BERND REICHLING, Berlin (Vertreter Berlin) [Arbeitsgruppe II]OStD´ Dr. RENATE RICHTER, Ganderkesee (Vorsitzende der EPA-Kommission Biologie)StR WOLFGANG RUPPERT, Universität Frankfurt/Main [Leitung Gruppe II]StD Dr. PETER SABEL, Westerburg (Vertreter Rheinland-Pfalz) [Arbeitsgruppe I]Prof. Dr. GERHARD SCHAEFER, Asendorf (Vertreter GDNÄ-Bildungskommission) [Arbeitsgruppe I]Dir. e. GS. CHRISTA SCHILHABEL-TIMPE, Frankfurt/Main (Vertreterin Hessen) [Arbeitsgruppe I]StD RUDOLF SCHMIDT, Trier (Vertreter Chemie) [Arbeitsgruppe I]KATHRIN SCHOLZ, Radebeul (Vertreterin Sachsen) [Arbeitsgruppe I]OStR´ ELISABETH STÖCKL, München [Arbeitsgruppe III]StD JÜRGEN WEILER, Dreieich (Vertreter Hessen) [Arbeitsgruppe I]StR´ UTE WIELIGMANN, Leer (Vertreterin Niedersachsen) [Arbeitsgruppe I]Fachbetreuer VOLKER WOLFF, Halberstadt [Arbeitsgruppe II]

Page 20: Bildungsstandards Biologie

XX