Diese Studie beschäftigt sich mit der Implementation der Bildungsstandards für
das Fach Biologie durch pflanzenphysiologische Experimente1. Die
Fragestellung ist dabei, ob sich diese Experimente eignen, die
Kompetenzbereiche der Bildungsstandards zu vermitteln. Es konnte gezeigt
werden, dass durch pflanzenphysiologische Experimente sowohl Kompetenzen
im Bereich Fachwissen, Erkenntnisgewinnung und Kommunikation vermittelt
werden können, als auch speziell durch Schülerexperimente bei Schülern2 mit
insgesamt schwächeren Leistungen im Fach Biologie, gemessen an der letzten
Zeugnisnote, die Kompetenzen gut entwickelt werden können. Ein
Frontalunterricht mit einem eingegliederten Lehrerexperiment spricht dabei vor
allem leistungsstarke Schüler an, leistungsschwächere Schüler jedoch nicht so
stark.
Das Experimentieren im Unterricht wird von den Schülern als interessant
angesehen und motiviert daher zum Mitarbeiten. Es konnte gezeigt werden, dass
das allgemeine Interesse am Fach Biologie durch ein Experiment im Unterricht
überdeckt werden kann, so dass weniger interessierte Schüler in Situationen mit
Experimenten ebenso gute Ergebnisse erzielen, wie sehr interessierte Schüler.
Dieser Vorzug des Experimentierens zeigte sich auch in einer frontalen
Unterrichtseinheit, in der ein Experiment eingebaut war, der durch die Lehrkraft
durchgeführt wurde. Durch das Experiment erhielt der Unterricht einen Anstoß,
der die Schüler zur Mitarbeit motivierte.
Das Schülerexperiment im pflanzenphysiologischen Bereich erwies sich in
dieser Studie als geeignet, um Standards aus den Kompetenzbereichen zu
vermitteln. Nachfolgend werden weitere Ergebnisse präsentiert und vor dem
Hintergrund der Bildungsstandards diskutiert.
Inhaltsverzeichnis
1 Zusammenfassung
2 Einleitung
2.1 Anliegen der Arbeit
2.2 Aufbau der Arbeit
3 Theoretischer Hintergrund
3.1 Beschlüsse der Kultusministerkonferenz
3.1.1 Die Bildungsstandards
3.1.2 Kompetenzbereiche des Faches Biologie
3.1.2.1 Fachwissen
3.1.2.2 Erkenntnisgewinnung
3.1.2.3 Kommunikation
3.1.2.4 Bewertung
4 Experimente im Biologieunterricht
4.1 Experimentieren im Biologieunterricht
4.2 Die Vielfalt des Experimentierens – Experimentierweisen
5 Ausgewählte Experimente zur Kompetenzförderung gemäß der Bildungsstandards
5.1 Versuch zum Stärkenachweis
5.2 Der Erwartungshorizont des Versuches
5.3 Der Anforderungsbereich
6 Die Ziele dieser Studie
6.1 Vorstellung der Hypothesen
6.1.1 Hypothese 1 (H1)
6.1.2 Hypothese 2 (H2) und Hypothese 3 (H3)
6.1.3 Hypothese 4 (H4)
6.1.4 Hypothese 5 (H5)
6.1.5 Hypothese 6 (H6)
6.1.6 Hypothese 7 (H7)
6.2 Zusammenfassung der Erwartungen bezüglich des Erwartungshorizontes
6.2.1 Das Fachwissen
6.2.2 Die Erkenntnisgewinnung
7 Methode der Datenerfassung
7.1 Eine grobe Übersicht zum Fragebogen
7.2 Anonymisierung und Personendaten
7.3 Ablauf der Datenerhebung
7.4 Der Unterrichtverlauf beim Schülerexperiment
7.5 Der Unterrichtsverlauf beim Lehrerexperiment
7.6 Der Wissenstest
7.6.1 Fachwissen
7.6.2 Erkenntnisgewinnung
7.6.3 Kommunikation
7.6.4 Bewertung
7.6.5 Anforderungsbereich
7.7 Antwortformate
7.8 Überprüfung der Hypothesen
7.8.1 Hypothese 1
7.8.2 Hypothese 2 und 3
7.8.3 Hypothese 4
7.8.4 Hypothese 5
7.8.5 Hypothese 6
7.8.6 Hypothese 7
7.8.7 Zusammenfassende Darstellung der Hypothesenüberprüfung
8 Vorstellung der Lerngruppen und der Lernumgebung der Probanden
8.1 Die Realschule mit Grund- und Hauptschulteil Tellingstedt
8.1.1 Die Lernumgebung
8.1.2 Die Klasse 5a
8.1.3 Die Klasse 5b
8.1.4 Die Klasse 9a
8.1.5 Die Klasse 9b
8.2 Die CAU Kiel
8.2.1 Der Vorlesungssaal
8.2.2 Die Studierenden des ersten Semesters Biologie zum WS 2006/2007
8.3 Teilnehmer in der Gesamtübersicht
9 Darstellung und Interpretation der Ergebnisse
9.1 Gesamtergebnisse des Vortests
9.1.1 Das Fachwissen
9.1.2 Die Erkenntnisgewinnung
9.1.3 Zusammenfassung der Ergebnisse des Vortests
9.2 Die Gesamtergebnisse des Nachtests
9.2.1 Das Fachwissen
9.2.2 Die Erkenntnisgewinnung
9.2.3 Zusammenfassung der Ergebnisse des Nachtests
9.3 Vergleich der Mittelwerte des Vor- und Nachtests der Schüler (H1 und H7)
9.3.1 Wissenszuwachs aufgegliedert in die Kompetenzbereiche (H1)
9.3.2 Wissenszuwachs aufgegliedert in die Experimentengruppen (H1)
9.3.3 Wissensangleichung durch die Vermittlungsformen (H7)
9.3.4 Zusammenfassung der Ergebnisse der Mittelwertvergleiche (H1 und H7)
9.4 Vergleich der Vermittlungsmethoden im Nachtest (H2, H3)
9.4.1 Vergleich der Vermittlungsmethoden im Gesamtergebnis
9.4.2 Vergleich der Wirksamkeit der Vermittlungsmethoden in Bezug auf die Kompetenzbereiche Fachwissen und Erkenntnisgewinnung
9.4.2.1 Unterschiede im Kompetenzbereich Fachwissen
9.4.2.2 Unterscheide im Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung
9.4.3 Vergleich der Vermittlungsmethoden innerhalb der Klassenstufen
9.4.3.1 Die fünften Klassen
9.4.3.2 Die neunten Klassen
9.4.4 Zusammenfassung der Vergleiche der Vermittlungsmethoden
9.5 Der Entwicklungsaspekt der Kompetenzen (H4)
9.5.1 Der Entwicklungsaspekt zwischen den fünften, neunten und den Studenten
9.5.1.1 Vergleich der Bildungsstufen untereinander in der Gesamtwertung des Pretests
9.5.1.2 Vergleich der Bildungsstufen im Fachwissen untereinander
9.5.1.3 Vergleich der Bildungsstufen in der Erkenntnisgewinnung
9.5.2 Zusammenfassung des Entwicklungsaspektes
9.6 Zusammenhang zwischen dem Interesse und dem Lernerfolg (H5)
9.6.1 Korrelationen in der Gesamtwertung aller Klassen
9.6.2 Korrelationen in den Klassenstufen 5 und 9
9.6.3 Zusammenfassung der Korrelationsmessungen des Interesses
9.7 Vergleich der Vermittlungsmethoden mit den Noten in Biologie (H6)
9.7.1 Vergleich der Gruppenmittelwerte in der Gesamtbetrachtung
9.7.2 Vergleich der Gruppenmittelwerte im Fachwissen
9.7.3 Vergleich der Gruppenmittelwerte in der Erkenntnisgewinnung
9.7.4 Zusammenfassung der Vergleiche mit Notenabhängigkeit
9.8 Weitere Ergebnisse der Studie
9.8.1 Vermittlung des Kompetenzbereiches Kommunikation
9.8.2 Häufigkeit des Experimentierens im Biologieunterricht
10 Diskussion der Ergebnisse
10.1 Analyse des Fragebogens
10.2 Überprüfung der Hypothesen
10.2.1 Hypothese 1 – Vermittlung durch ein Unterricht
10.2.2 Hypothese 2 – Fachwissenerwerb durch ein Schülerexperiment effektiver
10.2.3 Hypothese 3 – Erkenntnisgewinnung durch ein Schülerexperiment effektiver
10.2.4 Hypothese 4 – Der Entwicklungsaspekt der Kompetenzen
10.2.5 Hypothese 5 – Das Interesse wird durch ein Experiment überdeckt
10.2.6 Hypothese 6 – Notenabhängigkeit der Vermittlungsformen
10.2.7 Hypothese 7 – Wissensangleichung der Schüler n die der Studierenden
10.3 Übersicht über die Hypothesen
11 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Implementation von Bildungsstandards im Biologieunterricht der Sekundarstufe I durch pflanzenphysiologische Experimente. Dabei wird analysiert, ob sich solche Experimente zur Vermittlung der geforderten Kompetenzbereiche eignen und ob sich das Schülerexperiment signifikant von einer eher theoretischen Vermittlung durch Lehrerexperimente hinsichtlich des Kompetenzerwerbs unterscheidet.
- Effektivität verschiedener Vermittlungsmethoden (Schüler- vs. Lehrerexperiment)
- Kompetenzentwicklung im Fachwissen und der Erkenntnisgewinnung
- Zusammenhang zwischen Interesse am Fach und Lernerfolg
- Einfluss der Bildungsstufe auf die Kompetenzentwicklung
Auszug aus dem Buch
5.1 Versuch zum Stärkenachweis
Der Versuch zum Stärkenachweis dient dem Nachweis von Speicherstärke in Pflanzenteilen.
Eine Pflanze stellt Stärke durch physiologische Vorgänge her. Es ist das wichtigste Speicherkohlenhydrat der Pflanzen. Stärke ist ein Polysaccharid aus 200 – 1000 α-Glucose – Molekülen zusammengesetzt ist. Man unterscheidet bei der Zusammensetzung der Stärke zwei Komponenten. Die unverzweigte Amylose, die einen Anteil von etwa 25% ausmacht, und das verzweigte Amylopektin, das mit einem Anteil von etwa 75% vorkommt (SCHOPFER, BRENNICKE, 1999, S. 238). Die Glukosemoleküle der Stärke sind mit 1-4glykosidischer Bindung verknüpft; beim Amylopektin kommt die Verzweigung durch zusätzliche 1-6glykosidische Bindungen zustande (HEß, 1999, S. 156). Mit diesen Makromolekülen speichert die Pflanze Energie in den Blättern und Stämmen, oder auch als Energiereserve in Samen und ähnlichen, für die Vermehrung dienlichen, Pflanzenteilen.
Die Kumulation der Stärke in der Pflanze ist mit Energieeinsatz verbunden. Es stellt sich die Frage, warum Pflanzen Energie in die Synthese von Stärke investieren, die später wieder abgebaut werden muss, um die Energie verwertbar zu machen. Der Grund hierfür liegt in den Eigenschaften von Glukose und Stärke. Die Pflanze hat einen erheblichen Vorteil, wenn sie sehr viel Energie speichern kann. Denn je mehr Reservestoffe vorhanden sind, desto länger kann die Pflanze von der Stärke zehren. Auch der Fraß von Tieren führt zu einem Stärkeverlust, der durch eine Überschussproduktion ausgeglichen werden kann (CAMPBELL, 1997, S. 219). Bei einer starken Anreicherung von Glukose würde sich eine osmotisch wirksame Situation ergeben, die die Zelle letztendlich zum platzen bringen würde, da das freie Wasser in die stark hypertonen Pflanzenteile diffundieren würde. Die Stärke hingegen ist osmotisch unwirksam, wodurch in dieser Form die Glukose in großen Mengen ohne „Gefahr“ gespeichert werden kann. Des Weiteren schützt die glykosidische Bindung zwischen den Glukosemolekülen die Aldehydgruppen des Kohlenhydrates vor Oxidation (HELDT, 1999, S. 248).
Zusammenfassung der Kapitel
Zusammenfassung: Diese Arbeit analysiert die Implementation der Bildungsstandards im Biologieunterricht durch pflanzenphysiologische Experimente und stellt dar, welche Kompetenzen dadurch bei Schülern entwickelt werden können.
Einleitung: Dieses Kapitel erläutert das Anliegen der Arbeit, nämlich die praktische Umsetzung der KMK-Beschlüsse von 2004 durch Experimente, und gibt einen Überblick über den Aufbau der Studie.
Theoretischer Hintergrund: Es werden die zentralen Beschlüsse der Kultusministerkonferenz und die darin definierten vier Kompetenzbereiche (Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation, Bewertung) im Detail dargelegt.
Experimente im Biologieunterricht: Dieses Kapitel erörtert die Bedeutung des Experimentierens als didaktisches Mittel zur Motivationssteigerung und zur Einübung wissenschaftlicher Arbeitsweisen gemäß konstruktivistischer Ansätze.
Ausgewählte Experimente zur Kompetenzförderung gemäß der Bildungsstandards: Es wird ein konkretes Experiment zum Stärkenachweis vorgestellt, dessen fachlicher Hintergrund erläutert und die Zuordnung zu spezifischen Kompetenzstandards und Anforderungsbereichen vorgenommen.
Die Ziele dieser Studie: Hier werden die Hypothesen der Untersuchung formuliert, die den Wissenszuwachs und die Wirksamkeit unterschiedlicher Experimentierformen (Schüler- vs. Lehrerexperiment) bei Schülern verschiedener Altersstufen vergleichen.
Methode der Datenerfassung: Beschrieben wird das Pre-Posttest-Design zur Datenerhebung sowie die Einteilung der Schüler in verschiedene Versuchs- und Kontrollgruppen zur Analyse der Ergebnisse mittels statistischer Verfahren (SPSS).
Vorstellung der Lerngruppen und der Lernumgebung der Probanden: Das Kapitel charakterisiert die beteiligten Schulklassen der RGH Tellingstedt sowie die teilnehmenden Biologiestudenten der Universität Kiel und beschreibt deren Lernumgebung.
Darstellung und Interpretation der Ergebnisse: Die erhobenen Daten werden detailliert ausgewertet, in Bezug auf die Hypothesen interpretiert und die Wirksamkeit der Vermittlungsmethoden in den Kompetenzbereichen diskutiert.
Diskussion der Ergebnisse: Dieses Kapitel reflektiert die Studienergebnisse kritisch, gleicht sie mit den theoretischen Annahmen ab und überprüft die Validität der aufgestellten Hypothesen.
Ausblick: Abschließend werden Potenziale für weitere Forschungen aufgezeigt, etwa in Form von Längsschnittstudien oder der Untersuchung weiterer pflanzenphysiologischer Experimente.
Schlüsselwörter
Bildungsstandards, Biologieunterricht, Schülerexperiment, Lehrerexperiment, Kompetenzbereich Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Stärkenachweis, Pflanzenphysiologie, Kompetenzvermittlung, Leistungsschwache Schüler, Notenabhängigkeit, Interessensförderung, Pre-Posttest-Design, Empirische Studie, Didaktik der Biologie
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, ob pflanzenphysiologische Experimente im Biologieunterricht dazu geeignet sind, die verbindlichen Bildungsstandards zu implementieren und die dort geforderten Kompetenzen zu vermitteln.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Im Zentrum stehen die Kompetenzbereiche Fachwissen und Erkenntnisgewinnung, die durch das Experimentieren im Unterricht bei Schülern unterschiedlicher Altersstufen (Klasse 5 und 9) sowie bei Biologiestudenten untersucht werden.
Was ist das primäre Ziel der Studie?
Das primäre Ziel ist zu prüfen, ob die praktische Arbeit mit Experimenten in der Schule zu einem signifikanten Kompetenzzuwachs führt und ob Schülerexperimente dabei wirksamer sind als Lehrerexperimente.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Die Untersuchung basiert auf einem Pre-Posttest-Design, bei dem Schüler vor und nach der Unterrichtseinheit mit einem Fragebogen getestet wurden. Die Analyse erfolgte mittels statistischer Methoden, insbesondere durch Mittelwertvergleiche (T-Tests) und Varianzanalysen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst den theoretischen Bezugsrahmen, die Vorstellung des Stärkenachweis-Experiments, das methodische Vorgehen der Datenerhebung sowie eine umfangreiche statistische Auswertung der Ergebnisse hinsichtlich der aufgestellten Hypothesen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen zählen Bildungsstandards, Biologieunterricht, Schülerexperiment, Erkenntnisgewinnung, Fachwissen und Kompetenzvermittlung.
Wie unterscheiden sich die Vermittlungsmethoden im Ergebnis?
Während Schülerexperimente besonders die Erkenntnisgewinnung fördern, zeigte sich in dieser Untersuchung, dass Lehrerexperimente im Bereich des Fachwissens teilweise zu effektiveren Vermittlungsergebnissen führen.
Gibt es einen Zusammenhang zwischen dem Interesse am Fach und dem Lernerfolg?
Interessanterweise konnte kein signifikanter Zusammenhang nachgewiesen werden. Das Experimentieren scheint das allgemeine Interesse so stark zu fördern bzw. zu "überdecken", dass auch weniger interessierte Schüler einen guten Lernerfolg erzielen.
Welche Rolle spielt die Leistung der Schüler für den Erfolg der Methode?
Es zeigte sich, dass leistungsschwächere Schüler besonders stark von Schülerexperimenten profitieren, während leistungsstärkere Schüler in beiden Vermittlungsformen gute Leistungen zeigten.
- Quote paper
- Ilkin Oezdemir (Author), 2007, Pflanzenbiologische Experimente im Biologieunterricht der SEK I zur Implementation der Bildungsstandards, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/113313
