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Genetik - Lernen an Stationen im Biologieunterricht

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Inhalt

Hinweise für die Lehrkraft: Unterrichtsziele – Schwerpunkte . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Anregungen für die Planung, Durchführung und Auswertung des Lernens an Stationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Hinweise für das Lernen an Stationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Übersicht über die Stationen mit Laufzettel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Test zum Thema „Genetik“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Station 1: Zellorganellen und ihre Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Station 2: Zellkern (Nukleus) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Station 3: Chromosomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Station 4: Mitose (Zellkernteilung) und Zellteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Station 5: Geschlechtszellenbildung durch Meiose (Reduktionsteilung) . . . . . . . . . . 25

Station 6: Kombination des Erbgutes bei der Befruchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Station 7: Vererbung der Blutgruppen beim Menschen (AB0-System) . . . . . . . . . . . 30

Station 8: Vererbung des Geschlechts beim Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Station 9: Geschlechtsgebundene Vererbung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Station 10: Die 1. Mendel’sche Regel (Uniformitätsregel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Station 11: Die 2. Mendel’sche Regel (Spaltungsregel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Station 12: Die 3. Mendel’sche Regel und Anwendung der drei Mendel’schen Regeln 42

Station 13: Modifikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Station 14: Mutationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Station 15: DNA – die Säure, aus der die Gene sind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Station 16: Vom Gen zum Merkmal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Station 17: Genetische Beratung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Station 18: Dem Täter auf der Spur – genetischer Fingerabdruck . . . . . . . . . . . . . . . 52

Station 19: Gentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Station A: Prokaryonten und Eukaryonten – die zwei großen Gruppen von Lebewesen . . 58

Station B: Trisomie 21 oder Down-Syndrom (früher: Mongolismus) . . . . . . . . . . . . . . . 60

Station C: Die Entdeckung der Struktur der Erbsubstanz DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Station D: Ein Modell der DNA selbst herstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Bildnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

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Hinweise für die Lehrkraft: Unterrichtsziele – Schwerpunkte

Sachinformationen

Aus schriftlichen Überlieferungen ist bekannt, dass die Menschen schon vor über 5 000 Jahren nicht nur Dattelpalmen, sondern beispielsweise auch Pferde gezielt kreuzten, um den Nutzen für den Menschen zu erhöhen. Erst im 18. und 19. Jahrhundert bildete sich die Vorstellung her-aus, dass Merkmale über mehrere Generationen weitergegeben werden. Auf dieser Grundlage führten die Menschen zunehmend häufiger Züchtungsversuche durch. So war u. a. im frü-hen 19. Jahrhundert die Züchtung von Blüten-pflanzen − beispielsweise der Tulpen als Zier-pflanzen − weit verbreitet.

Als Begründer der systematischen Erforschung von Vererbungsvorgängen gilt der österreichi-sche Augustinermönch GreGor Mendel (1822− 1884). Er beschäftigte sich im Garten seines Klosters in Brünn mit Vererbungsvorgängen

bei Gartenerbsen. Die Ergebnisse seiner syste-matischen Vererbungsversuche wertete Mendel statistisch aus; seine mathematisch-naturwis-senschaftliche Vorbildung hatte sicher großen Einfluss auf seine Vorgehensweise. Seine Ergeb-nisse veröffentlichte Mendel bereits 1865 und 1866; allerdings fanden sie in der Fachwelt kaum Beachtung. Erst im Jahr 1900 wurden Mendels Veröffentlichungen wiederentdeckt, in der Wissenschaft zur Kenntnis genommen und die Ergebnisse durch HuGo de Vries (Amsterdam), Carl Correns (Tübingen) und eriCH TsCHerMak (Wien) aufgrund eigener Versuche bestätigt. Wir kennen diese Gesetzmäßigkeiten heute als Men-delsche Regeln. Zu Recht gilt GreGor Mendel als Begründer der modernen Genetik.

Die Fähigkeit zur Zellteilung ist ein Merkmal der Lebewesen. Während bei einzelligen Organis-men die Zellteilung zu einer Reproduktion des gesamten Lebewesens führt und somit vor allem der Fortpflanzung dient, spielt die Zellteilung bei Vielzellern auch beim Wachstum und bei der Regeneration bzw. „Reparatur“ von Geweben eine wichtige Rolle. Bevor es zu einer Zelltei-lung kommt, muss die genetische Substanz un-ter Vermittlung der DNA-Polymerase dupliziert

Galileo Galilei (italienischer Naturforscher; 1564 – 1642)

Man kann einen Menschen nichts lehren, man kann ihm nur helfen,

es in sich selbst zu entdecken.

Abb. 1a): GreGor Mendel Abb. 1b): HuGo de Vries (1822–1884) (1848−1935)

Abb. 1c): Carl Correns Abb. 1d): eriCH TsCHerMak (1864−1933) (1871−1962)

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werden (Replikation). Die Zytokinese (Trennung der Zellen) beginnt bei Prokaryonten etwa 20 Minuten nach Beendigung der Replikation. Die meisten Prokaryonten haben nur ein Chromo-som (d. h. ein komplex gefaltetes ringförmiges DNA-Molekül), an das Proteine gebunden sind. Diese stabilisieren die komplexe Faltung des ringförmigen Chromosoms.

Eukaryontische Zellen teilen sich (nach Zell-kernteilung) durch Mitose oder Meiose. Die Teilung der Zellen wird durch Wachstumsfakto-ren angeregt. Solche Wachstumsfaktoren sind beispielsweise die Interleukine (von Leukozyten gebildet) und das Erythropoietin (Erythropoetin, EPO). Letzteres regt die Knochenmarkzellen zur Teilung an und fördert so die Bildung von Eryth-rozyten.

Krebszellen dagegen teilen sich meist unge-hemmt. Sie sind teilweise sogar in der Lage, eigene Wachstumsfaktoren zu synthetisieren, während andere Tumorzellen überhaupt kei-ne Wachstumsfaktoren benötigen, um in den Zellteilungszyklus einzu treten (vgl. PurVes 2010, S. 198 ff.).

Nicht nur bei Prokaryonten, sondern auch bei den Eukaryonten besteht die genetische Infor-mation aus DNA-Molekülen. Das riesige dop-pelsträngige DNA-Molekül in einem eukaryon-tischen Chromosom wird durch verschiedene Proteine wie Histone, Cohesine und Condensine stabilisiert und so dicht gepackt, dass es in eine Zelle passt.

Chromatinfasern bestehen aus DNA und Proteinen.

DNA-Doppelhelix

Linker-DNA

Histon H1

NukleosomDNA

2 nm

30 nm

300 nm

700 nm1400 nm Chromatid

Chromosom

Das Zentromer ist als eingeschnürter Bereich zu erkennen.

Ein DNA-Molekül bindet an Histone, wodurch sich eine große Zahl von Nukleosomen bildet.

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Nukleosomen bilden „Perlen“ am DNA-Faden.

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Nukleosomen werden in eine Spirale gepackt, die sich zu einer größeren Spirale verdrillt und so weiter, sodass kondensierte, überspiralisierte Chro-matinfasern von 30 nm Durchmesser entstehen.

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Die Spiralwindungen bilden Schleifen.4

Die Schleifen spiralisieren sich weiter und bilden das Chromosom.

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Kern (core) ausacht Histon-molekülen

Abb. 2: Aufbau eines Chromosoms (n. PurVes 2010, S. 203/204)

Das Genom eines Menschen besteht aus etwa drei Milliarden Basenpaaren. Diese befinden sich nicht nur im Zellkern in den 46 Chromo-somen einer menschlichen Körperzelle, sondern auch extrachromosomal in Mitochondrien. Die normalerweise dicht gepackte DNA-Doppelhe-lix einer einzigen menschlichen Zelle hat eine Gesamtlänge von etwa 2 m.

Das Kerngenom umfasst beim Menschen etwa 30 000 Gene, das mitochondriale Genom je-

doch nur 37. Das mitochondriale Genom, das für die Struktur und Funktion der Mitochondrien zuständig ist, haben wir von unserer Mutter ge-erbt, jedoch nicht von unserem Vater. Der ein-zige DNA-haltige Anteil an einem Spermium ist der Zellkern.

Insbesondere bei der Spurensicherung und in der Gerichtsmedizin spielen genetische Kennt-nisse eine große Rolle. Hat man beispielsweise nach einem Unfall einen Geweberest etwa an

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der Stoßstange eines Autos gefunden, so kann man über das Feststellen der Chromosomen-zahl einer Zelle sowie die Analyse der Chromo-somenstruktur herausfinden, ob das gefundene Gewebe von einem Menschen oder einem Hund stammt, da die Chromosomenzahl in der Regel artspezifisch ist (vgl. Tabelle).

Tabelle: Chromosomenzahlen einiger Organismen (kleine Auswahl)

Organismus Anzahl der Chromo­somen pro Körperzelle

Spulwurm 2

Stechmücke 4

Champignon 8

Fruchtfliege (Drosophila) 8

Tintenfisch 12

Stubenfliege 12

Gerste 14

Katzenhai 24

Honigbiene 32, Drohnen 16 (haploid)

Schwein 38

Zauneidechse 38

Hausmaus 40

Wanderratte 42

Rhesusaffe 42

Blindschleiche 44

Goldhamster 44

Fledermaus 44

Mensch 46

Alpenveilchen 48

Gorilla 48

Orang-Utan 48

Schimpanse 48

Hund 78

Koboldmaki 80

Haustaube 80

Goldfisch 94

Adlerfarn 104

Wurmfarn 164

Schachtelhalm 216

Natternzunge (Farn) 480

Die alte Redensart „Jeder Mensch ist einmalig“ trifft auch auf das Genom eines Menschen zu, da jeder von uns (mit Ausnahme der eineiigen Zwillinge) eine einmalige DNA-Sequenz be-sitzt. Die Charakterisierung eines Individuums aufgrund der besonderen DNA-Sequenz nennt man allgemein den genetischen Fingerabdruck (DNA-Fingerprint). Zur kompletten genetischen Unterscheidung von Menschen wäre streng genommen die komplette Untersuchung der gesamten genomischen DNA-Sequenz erfor-derlich, d. h. über drei Milliarden Nukleotide. Da diese Analyse zu aufwendig wäre, hat man nach Alternativen gesucht – und diese auch gefun-den. Für eine derartige Analyse verwendet man kurze, sich mäßig wiederholende DNA-Sequen-zen, die nebeneinander in den Chromosomen vorkommen und vererbt werden.

Da man für einen genetischen Fingerabdruck etwa 1 µg DNA benötigt (d. h., man bräuchte etwa 100 000 Zellen), die man aber nur selten hat, wendet man einen Trick an, um zahlreiche Kopien (und damit die zur Untersuchung erfor-derliche DNA-Menge) einer bestimmten DNA-Sequenz herzustellen (sog. Amplifizierung): die Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Mit der sehr leistungsfähigen PCR-Technik kann man inner-halb weniger Stunden die gesuchte DNA aus ei-ner einzigen Zelle (z. B. Haarzelle, Spermazelle) amplifizieren und dann mittels Gelelektrophore-se sowie spezifischen Markern untersuchen.

Mittels der Methode „Genetischer Fingerab-druck“ konnten beispielsweise folgende histori-sche Fälle (auf)geklärt werden:

# kasPar Hauser gehörte nicht – wie zunächst vermutet – der badischen Herzogsfamilie an.

# anna anderson war nicht – wie von ihr be-hauptet – die Zarentochter anasTasia.

# Ötzi, die Eiszeitmumie, war keine unterge-schobene Leiche aus Südamerika, sondern ein einst in den Alpen lebender Mitteleuro-päer, der als Eiszeitmensch vor etwa 5 000 Jahren infolge eines Pfeils in seinem Rücken gestorben war und als letzte Mahlzeit Rot-hirsch und Beeren zu sich genommen hatte.

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Lehr­ und Lernziele (Unterrichtsziele), Bildungsstandards und Kompetenzen

Bildung ist auch heute eine zentrale Leitperspek-tive von Schule und Unterricht. Erst dann, wenn es dem Individuum gelingt, Verfügungswissen (Was kann ich tun? Wie kann ich etwas tun?) und Orientierungswissen (Was darf und soll ich tun?) kon struktiv in Beziehung zu setzen, bildet sich eine kritische Urteils- und Handlungs kompetenz heraus, die auf vernünftigem Handeln gründet

und selbstbestimmtes, ökoethisch verantwortli-ches, d. h. nachhaltiges Handeln (mit individu-eller, sozialer, ökonomischer und ökologisch-ökoethischer Dimension) – auch außerhalb von schulischen Kontexten − ermöglicht (vgl. hierzu die klassischen Arbeiten des Philo sophen MiTTel-sTrass 1992, s. Abb. 3).

Abb. 3: Orientierungs- und Verfügungswissen in Anlehnung an MittelstraSS (Schema; Skizze von Veronika Gerber)

Lern- bzw. Bildungsprozesse laufen im Indi-viduum ab und bedürfen zweifelsohne eines fruchtbaren Bodens (d. h. geeigneter anregen-der „Lernarrangements“), damit Unterrichts-ergebnisse nicht nur formal – etwa im Tafelbild oder auf einem Arbeitsblatt – festgehalten wer-den, sondern auch der Lernerfolg des einzelnen Schülers wirksam gesichert und nachhaltig ge-fördert werden kann. Infolge der kognitiven,

affektiven, sozio-kulturellen, ethnologischen und lernbiografischen Vielfalt (gelegentlich wird schlicht von „Heterogenität“ gesprochen) in ei-ner Schulklasse bzw. Lerngruppe, mit zum Teil 25 und mehr Individuen mit individuell unter-schiedlicher Lernbiografie, Herkunftsgeschichte und Sozialisation (vgl. hierzu beispielsweise den Kapitalbegriff nach Bourdieu), ist es unverzicht-bar, dieser Vielfalt in einer Lerngruppe durch

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Maßnahmen der äußeren und/oder inneren Dif-ferenzierung bzw. Individualisierung Rechnung zu tragen und dem individuellen Fördern den nötigen Raum zu geben.

Darüber hinaus ist es erforderlich, durch Schaf-fen eines lernförderlichen emotionalen und sozi-alen Kontextes den naturgemäß verschiedenen neuronalen Strukturen der – jeweils mit spezifi-scher Kognition und Emotion ausgestatteten – Lernenden konstruktiv Rechnung zu tragen und somit möglichst optimales Lernen der Schüler zu ermöglichen.

Es stellt sich demnach nicht die pädagogisch- didaktische Leitfrage, ob – wie in unserem Beispiel „Genetik“ – geschlossene oder offene Unterrichtsformen geeignet sind bzw. welcher „Methodenmix“ im Biologieunterricht angesagt ist, sondern viel mehr – und darauf verweisen auch die neuesten empirischen Untersuchungen zu erfolgreichem Unterricht, wie beispielsweise die Metaanalysen des Melbourner Unterrichts-forschers JoHn HaTTie (2009, 2012, 2013) – ist aufzuspüren, welches die geeigneten konzep-tionellen Rahmenbedingungen und Organisa-tionsformen sowie schüler- und sachadäquaten Methoden und Medien für diese Schüler in dieser Klasse bzw. Lerngruppe und diese beson dere Thematik sind, damit nicht nur Lernprozesse gezielt gefördert werden und Bildungsprozesse bestmöglich gelingen können, sondern auch vernünftiges Handeln sowie eine nachhaltige Handlungsbereitschaft und -fähig keit gefördert werden.

Die breit angelegten metaanalytisch ausgerich-teten Forschungsarbeiten von JoHn HaTTie (2009, 2012), denen weit über 1000 empirische Studien über erfolgreichen Unterricht zugrunde liegen, zeigen einerseits, wie wichtig für erfolgreichen, nachhaltig wirksamen Unterricht folgende Fak-toren sind: eine tragfähige pädagogisch-didakti-sche Konzeption, eine sach- und schüleradäquate Methoden- und Medienwahl bei einer Unter-richtsthematik, eine fachlich und fachdidaktisch versierte, engagiert unterrichtende Lehrperson und ein sorgfältig abgewogener Wechsel von Instruktion und Offenheit innerhalb eines klaren, transparenten konzeptionellen Rahmens.

Andererseits lassen die HaTTieschen Metaanalysen sehr gut erkennen, dass eine nicht nur fachlich, sondern auch didaktisch-psychologisch kompe-tente Lehrperson, die das erworbene fachliche, fachdidaktische und pädagogisch-psycholo-gische Wissen auch auf Unterricht anwenden kann und der die Förderung von Lernpro zessen bei den einzelnen Schülern sowie gezielte Rück-meldungen an die Person des Lernenden wich-tig sind, eine ganz entscheidende Variable für gelingenden Unterricht darstellt.

Im Sinne von Zielsetzungen, Schwerpunkten und Unterrichtszielen wird in der Lehr-Lern-Einheit „Genetik“ – erarbeitet mittels der Metho-de des Lernens an Stationen – angestrebt, dass die Jugendlichen nach Bearbeitung der Statio-nen einen guten Lern- und Erkenntniszuwachs haben und folgende Kompetenzen erwerben können.

Fachlich-sachliche Kompetenzen:Die Lernenden …

# … können den elektronenmikroskopischen Bau von pflanzlichen und tierischen Zellen korrekt beschriften, die wichtigsten Teile ei-ner Zelle benennen und mindestens drei Un-terschiede von pflanzlichen und tierischen Zellen aufzeigen.

# … sind in der Lage, die Aufgaben von min-destens sechs Teilen einer Zelle korrekt zu beschreiben.

# … können erläutern, welche Charakteristika der Zellkern hat.

# … können beschreiben, was ein Karyogramm ist und wie sich die Karyogramme von Frau und Mann unterscheiden.

# … sind in der Lage, Mitose und Meiose zu beschreiben.

# … können ein Kreuzungsschema zur Verer-bung von Blutgruppen (AB0-System) entwi-ckeln und erläutern.

# … können die Vererbung des Geschlechts beim Menschen beschreiben und ge-schlechtsgebundene Erkrankungen nennen.

# … können die methodische Vorgehenswei-se von GreGor Mendel bei seinen Versuchen mit Erbsen sowie die drei Mendelschen Regeln nennen und anwenden.

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# … können Modifikationen und Mutationen definieren sowie Ursachen und Beispiele nennen.

# … sind in der Lage, anhand eines Modells den Aufbau der DNA zu beschreiben.

Fachlich-sachliche sowie methodisch-strategi-sche Kompetenzen:Die Lernenden …

# … können einen Steckbrief eines Chromo-soms anfertigen und diesen erläutern.

# … können das Verfahren „genetischer Fin-gerabdruck“ beschreiben und seine Bedeu-tung erläutern.

# … wissen um die Bedeutung der Gentech-nik und können diese Methode beschreiben und ihre Chancen und Gefahren ansatzweise darstellen.

Methodisch-strategische und personale Kompe-tenzen:Die Lernenden …

# …. können zunehmend besser sinnerschlie-ßend lesen, wichtige Informationen von weniger wichtigen unterscheiden und die Rechercheergebnisse in geeigneter Form zu-sammenfassen und präsentieren.

Methodisch-strategische Kompetenzen:Die Lernenden …

# … bauen Modelle, beispielsweise von Chro-mosomen oder der DNA, arbeiten mit diesen und können die Erkenntnisse auf alltägliche Ereignisse anwenden.

# … können unterschiedliche Methoden nut-zen, um naturwissenschaftliche Problem- und Fragestellungen zu lösen.

Personale und sozial-kommunikative Kompe-tenzen:Die Lernenden …

# … erhalten vielfältige Möglichkeiten und Chancen, sich im sozialen, kooperativen Lernen zu üben, und lernen, eigene Stärken und Schwächen zu erkennen bzw. Grenzen der Teamarbeit zu sehen und zu beurteilen sowie konstruktiv mit anderen zusammenzu-arbeiten.

Personal-emotionale Kompetenzen:Die Lernenden …

# … sind in der Lage, weitgehend selbststän-dig und selbstorganisiert das eigene Lernen zu organisieren, innerhalb eines abgesteck-ten Rahmens und in angemessener Zeit ad-äquate Aufgaben zielführend zu erledigen und zu verantworten.

# … erkennen die Sinnhaftigkeit der Unter-richtsthematik „Genetik“ für sich und kön-nen das erworbene Wissen auf die eigenen Lern- und Lebenssituationen anwenden.

# … sind zunehmend besser in der Lage, (öko-)ethisch verantwortlich zu handeln sowie das Handeln von sich und anderen kritisch-kons-truktiv zu beurteilen.

Die bei diesem Lernen an Stationen zum The-ma „Genetik“ zu erwerbenden bzw. zu erwei-ternden Qualifikationen (die objektiv, d. h. inter-subjektiv überprüfbar sind) und Kompetenzen (die – ähnlich wie Bildung – recht komplex und nur aus dem Handeln einer Person erschließ-bar sind) liegen demnach sowohl im sachlich-fachlichen, im instrumentell-methodischen, im sozial-kommunikativen als auch im personal-emotio nalen Bereich, wobei neben den sach-lich-fachlichen (Er-)Kenntnissen insbesondere anschlussfähige formale Fähigkeiten wie geziel-tes Problemlösen und die Fähigkeit zum vernet-zenden Denken und ethisch verantwortlichen Handeln von besonderer Bedeutung sind.

Als Autor wünsche ich Ihnen, den Lesern dieses Werkes, viel Freude und Erfolg bei Ihrer unter-richtlichen Arbeit und viel Freude beim Unter-richten unseres hochinteres santen, bei Schülern aller Altersstufen recht beliebten Faches Biolo-gie – stets im Bewusstsein, dass wir den Biolo-gieunterricht für unsere Schüler gestalten, d. h. mit „beiden Augen“ (dem pädagogisch-didakti-schen Auge und dem fachlich-sachlichen Auge) den Unterricht potenziell lern- und bildungs-wirksam planen, gestalten, reflek tieren und nachhaltig weiterentwickeln.

So können wir für den Unterricht viel vorüber-legen, planen und organisieren – gelingender Unterricht ist dennoch (auch) ein „Glück der Stunde“.

Ihr Erwin Graf

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Literatur (Auswahl)

Bayrhuber, H., Kull, U. (Hrsg.): Linder Biologie. 21. Aufl., Hannover 2003

Bourdieu, P.: Entwurf einer Theorie der Praxis auf der ethnologischen Grundlage der kapitalis-tischen Gesellschaft. Frankfurt a. M. 1979

Campbell, N. A., Reece, J. B.: Biologie. 8. Aufl., Heidelberg/Berlin 2009

de Haan, G.: Bildung für nachhaltige Entwick-lung: Ein neues Lern- und Handlungsfeld. In: Lernende Schule, Jg. 13 (2010), H. 50, S. 6–10

Graf, E. (Hrsg.): Biologiedidaktik für Studium und Unterrichtspraxis. 2. Aufl., Donauwörth 2012

Hattie, J.: Visible Learning. Cartridge/Oxon 2009

ders.: Visible Learning for Teachers. Cartridge/Oxon 2012

ders.: Lernen sichtbar machen. Hohengehren 2013

Herrmann, U. (Hrsg.): Neurodidaktik. Grundla-gen und Vorschläge für gehirnge rechtes Lehren und Lernen. 2. Aufl., Weinheim/Basel 2009

Mittelstraß, J.: Leonardo-Welt. Über Wissen-schaft, Forschung und Verantwortung. Frankfurt a. M. 1992

Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., Heller, H. C.: Biologie. 7. Aufl., München 2010

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Anregungen für die Planung, Durchführung und Auswertung des Lernens an Stationen

Beim Lernen an Stationen (synonym: Statio-nenlernen, Lernzirkel) kommt es darauf an, dass sich die Lernenden im zielorientierten Arbeiten im Team üben, ihre fachlich-sachlichen, metho-disch-strategischen und sozial-kommunikativen Kompetenzen – und somit ihr sinnorientiertes Handlungswissen sowie die entsprechenden Kompetenzen – nachhaltig erweitern. Zudem werden den Lernenden vielfältige Möglichkei-ten eröffnet, sich im selbstständigen, eigenver-antwortlichen, nachhaltigen Handeln mit sei-nen individuellen, sozialen, ökonomischen und ökologischen Bezügen zu üben.

Durch das Lernen an Stationen soll der syste-matische Aufbau von nachhaltigem Wissen bei den einzelnen Schülern gefördert werden. Das heißt, mithilfe der verschiedenen Methoden kann den unterschiedlichen Lernvoraussetzun-gen und Lernerfahrungen der Schüler Rechnung getragen werden und die Lernenden können in ihrer Fach-, Methoden, Medien- und Sozialkom-petenz vorangebracht werden, zusätzlich in ih-rer Lern­, Handlungs­ und Urteilskompetenz gefordert und somit bildungswirksam gefördert werden.

Damit die Lernenden ihren Lernfortschritt und Kompetenzzuwachs während der Stationenar-beit feststellen können, erscheint folgende Vor-gehensweise empfehlenswert und sinnvoll: Vor Beginn der Arbeit an den Stationen erhalten die Schüler den Vortest (s. Vorlage Seite 15 ff.), den sie in Einzelarbeit bearbeiten sollen und mit des-sen Hilfe sie ihr Vorwissen zum Thema feststellen können. Der Vortest verbleibt bei dem jeweiligen Schüler und wird – so der Vorschlag – zunächst nicht korrigiert. Nach der Stationenarbeit er-halten die Schüler den zum Vortest identischen Nachtest zur individuellen (bzw. je nach päd-agogisch-didaktischer Intention ggf. gemeinsa-men) Bearbeitung. Den bearbeiteten Nachtest können die Schüler evtl. selbst korrigieren, so-fern ein Lösungsblatt (s. Vorlage Seite 64 ff.) – ggf. kopiert als Overhead-Folie – mit dem Erwar-tungshorizont für die verschiedenen Aufgaben zur Verfügung gestellt wird.

Zu Beginn der Stationenarbeit ist mit der Klasse sinnvollerweise zu klären und genau abzuspre-chen, in welchen möglichen sozialen Gruppie-rungen gearbeitet werden kann bzw. soll (z. B. Partnerarbeit mit einem selbst gewählten Mit-schüler, Arbeit in Dreier-Zufallsgruppen usw.), wie viele Stationen insgesamt bzw. welche Pflichtstationen und welche (ggf. fakultative) Wahlstationen (Pufferstationen) für die Schü-ler verbindlich sind, wie viel Unterrichtszeit (Anzahl der Unterrichtsstunden) insgesamt zur Verfügung steht, wie die Fixierung bzw. Proto-kollierung der erarbeiteten Ergebnisse durch die Schüler erfolgen soll u. a. m. Ferner sollten die Schüler vor Beginn der eigentlichen Statio-nenarbeit einen orientierenden Überblick – ggf. anhand einer Folienkopie der „Übersicht über die Stationen“ (s. Seite 14) – über die Themen-bereiche der einzelnen Stationen erhalten, da-mit auch den Interessen und Bedürfnissen der Schüler bestmöglich Rechnung getragen und so das stets individuelle, durch bestimmte soziale Kontexte anregbare Lernen gefördert werden kann.

Bei Bedarf können von der Lehrperson weitere Stationen wie die folgenden selbst ausgearbei-tet werden; beispielhaft seien genannt: Histori-sches zu WaTson und CriCk, Zwillingsforschung, Angewandte Genetik: Pflanzen- und Tierzucht etc.

Während der eigentlichen Stationenarbeit, die sich – je nach didaktischen Intentionen, zur Verfügung stehender Unterrichtszeit, Interes-senlage der Klasse usw. – über einen Zeitraum von bis zu acht und mehr Unterrichtsstun-den (besonders günstig: Doppelstunden oder Projektphasen/ -tage) erstrecken kann, kom-men der Lehrperson insbesondere die Aufga-ben eines Beobachters, Diagnostikers, Beraters, Anregers und Moderators (weniger die eines passiven Lernbegleiters) zu, denn schließlich sollen die Schüler möglichst selbstbestimmt und selbstständig die zu bearbeitenden Auf-gaben lösen, sich selbst kontrollieren und sich eigenes Handeln im Sinne von Metakognition

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immer wieder bewusst machen, d. h., den for-mativen und summativen Feedback­Gesprä­chen in der Lerngruppe sowie denen zwischen Schülern und Lehrperson kommt eine entschei-dende Rolle bei diesem Lehr-Lern-Prozess zu (vgl. HaTTie 2009, 2012).

Die ersten zwei Stationen haben orientierenden Überblickscharakter, d. h., es ist empfehlens-wert, wenn alle Lernenden mit diesen beiden Stationen in arbeitsgleicher Kleingruppenarbeit beginnen und sich im selbstständigen Arbeiten in Gruppen üben können.

Am Ende der Stationenarbeit sollte auf eine Lernerfolgs­ bzw. Ergebnissicherung und ge-meinsame Vergewisserung über die korrekten Ergebnisse an den einzelnen Stationen und eine Reflexion des Stationenlernens im Sinne von Meta-Unterricht auf keinen Fall verzichtet wer-den. Hierzu bieten sich verschiedene Möglich-keiten an, von denen einige im Folgenden im Sinne einer Auswahl genannt sind:

# Jeweils eine Schülergruppe stellt die Ergeb-nisse einer bestimmten Lernstation vor (mit-tels Versuchen, Plakaten, Powerpoint-Präsen-tation etc.).

# Die Ergebnisse jeder Lernstation werden im Klassengespräch besprochen und gemeinsam fixiert.

# Der Erwartungshorizont für jede Station liegt auf einem bestimmten Tisch im Klassenzim-

mer oder Fachraum aus, sodass die Schüler ihre Ergebnisse mit denen der Modelllösung vergleichen und die eigenen Lösungen ggf. korrigieren und komplettieren können.

# Jede Schülergruppe erstellt für eine Station – „in geheimer Mission“ für die ihr zugewie-sene / von ihr in Absprache mit der Lehrper-son gewählte Station – eine Testaufgabe mit Erwartungshorizont; in einem abschließen-den Wettbewerb können sich die einzelnen Gruppen untereinander messen und fest-stellen, welches Gruppenergebnis (ermittelt mittels Punktzahl) sie erzielt haben und auf welchem Rang innerhalb der Klasse sie „ge-landet“ sind.

Lösungen

Die Lösungen zu den einzelnen Stationen, die beispielsweise an einem „Lösungstisch“ wäh-rend der Stationenarbeit ausgelegt werden können und der Förderung der Selbstkontrol-le, Selbstständigkeit und Eigenverantwortung dienen, sind benutzerfreundlich in diesem Heft ab Seite 64 abgedruckt. Die Lösungen können beispiels weise als Erwartungshorizont der Lehr-person sowie zur Schülerselbstkontrolle bei Vortest und Nachtest eingesetzt – und während der Stationenarbeit an zentraler Stelle im Klas-sen- oder Fachraum ausgelegt – werden. So kann das selbstständige, eigenverantwortliche, ziel- und prozessorientierte Lernen der Jugendli-chen gezielt gefördert werden.

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1. Arbeitet mit eurem Partner oder in Kleingruppen (3er-, 4er- oder 5er-Gruppen) zusam-men an den Stationen und unterstützt euch gegenseitig.

2. Geht mit den Materialien an den Stationen sorgfältig um.

3. Holt euch zu Beginn der Stationenarbeit die benötigten Materialien von ihrem Aufbe-wahrungsort (z. B. Wandschrank, Laborwagen) bzw. bearbeitet die Stationen am jeweili-gen Tisch, wo die Station aufgebaut ist bzw. am Platz, den euer Lehrer / eure Lehrerin euch zugewiesen hat.

4. Bringt die Materialien nach beendeter Arbeit an der Station wieder an den vorgesehe-nen Platz zurück bzw. legt die Materialien am vorgesehenen Platz so bereit, dass die nächste Schülergruppe zügig mit der Arbeit beginnen kann.

5. Achtet darauf, dass die Materialien stets vollzählig sind und in gutem Zustand bleiben. Meldet eurem Lehrer / eurer Lehrerin, wenn die Stationsmaterialien unvollständig sind.

6. Bearbeitet die Aufgaben an den Stationen sorgfältig und zügig.

7. Notiert (protokolliert) eure Ergebnisse übersichtlich, vollständig und optisch anspre-chend.

8. Fertigt eure Skizzen mit einem spitzen Bleistift mittlerer Härte (Empfehlung: HB) an.

9. Versucht die auftretenden Fragen und Probleme möglichst in der Kleingruppe selbst-ständig zu lösen. Kommt ihr dennoch bei bestimmten Aufgaben nicht weiter, so wendet euch an die Lehrperson.

10. Füllt das „Arbeitsprotokoll“ auf dem Laufzettel bei jeder Stationenarbeit so aus, dass ihr einen Überblick über die bereits bearbeiteten Stationen und die dafür benötigte Zeit habt.

... und nun viel Freude und Erfolg!

Hinweise für das Lernen an Stationen

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Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form

Auszug aus:

Das komplette Material finden Sie hier:

Genetik - Lernen an Stationen im Biologieunterricht

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