Untersuchung zum kumulativen Lernen im Biologieunterricht

INHALTSVERZEICHNIS

1 EINLEITUNG

2 KUMULATIVES LERNEN
2.1 BEGRIFFSBESTIMMUNG
2.2 AUFBAU VON WISSENSSTRUKTUREN
2.3 MÖGLICHKEITEN DES VERNETZENS
2.3.1 Horizontale Vernetzung
2.3.2 Vertikale Vernetzung
2.4 EIGENE DEFINITION ZUM KUMULATIVEN LERNEN
2.5 FÖRDERUNG KUMULATIVEN LERNENS

3 DIDAKTISCHE REKONSTRUKTION ALS CHANCE FÜR KUMULATIVES LERNEN
3.1 ALLTAGSVORSTELLUNGEN DER SCHÜLERINNEN UND SCHÜLER
3.1.1 Umgang mit vorunterrichtlichen Vorstellungen im Unterricht
3.2 PLANUNG DES UNTERRICHTS AUF DER BASIS VON VORSTELLUNGEN DER LERNENDEN
3.2.1 Das Modell der Didaktischen Rekonstruktion

4 ERSCHLIEßUNGSFELDER IM BIOLOGIEUNTERRICHT
4.1 PROBLEMSTELLUNG
4.2 RÜCKBLICK AUF DIE ENTWICKLUNG DIDAKTISCHER KONZEPTE ZUR STRUKTURIERUNG DES BIOLOGIEUNTERRICHTS
4.3 MÖGLICHKEITEN ZUR STRUKTURIERUNG DES BIOLOGIEUNTERRICHTS MITHILFE VON ERSCHLIEßUNGSFELDERN
4.4 DIE ERSCHLIEßUNGSFELDER
4.4.1 Angepasstheit
4.4.2 Struktur und Funktion
4.4.3 Energie
4.4.4 Regulation
4.5 KRITISCHE BETRACHTUNG DER ERSCHLIEßUNGSFELDER

5 ANMERKUNGEN ZUM FORSCHUNGSSTAND

6 EMPIRISCHER TEIL
6.1 KONZEPTION DES FORSCHUNGSVORHABENS
6.1.1 Fragestellung, Ziele und Hypothesen der Arbeit
6.1.2 Untersuchungsdesign
6.1.3 Methodenreflexion
6.3 VORUNTERSUCHUNG: ERMITTLUNG DES VORWISSENS DER SCHÜLER ZUM THEMA „TIERE IM JAHRESVERLAUF“
6.3.1 Die Forschungsmethode „Fragebogen“
6.3.2 Durchführung der Fragebogenuntersuchung
6.3.3 Datenauswertung
6.3.4 Darstellung der Ergebnisse der Fragebogenuntersuchung
6.3.5 Interpretation der Ergebnisse der Voruntersuchung
6.4 NACHUNTERSUCHUNG
6.4.1 Die Forschungsmethode Concept Maps
6.4.2 Durchführung der Datenerhebung
6.4.3 Auswertung der Begriffsnetze
6.4.4 Darstellung der Ergebnisse der Untersuchung
6.4.5 Diskussion der Ergebnisse

7. ZUSAMMENFASSUNG

8. LITERATURVERZEICHNIS

9. ABBILDUNGSVERZEICHNIS

10. ANHANG.

1 Einleitung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Comic (nach Naturwissenschaftlicher Unterricht in Niedersachsen 2004)

Die unbefriedigenden Leistungen deutscher Schülerinnen und Schüler^[1] in den internationalen Schulleistungsstudien wie z.B. TIMSS und PISA werden darauf zurückgeführt, dass im Unterricht der naturwissenschaftlichen Fächer zu wenig kumulativ gelernt wird (vgl. Baumert et al. 1997). Die Schüler haben Probleme, Sachinformationen und Kompetenzen zu vernetzen und zu „behalten“. Dieses Problem beschreibt der oben dargestellte Comic sehr gut. Die Schüler bauen ihr Wissen oftmals nur „inselartig“ auf und sehen wenige Zusammenhänge zwischen neuem Wissen und bereits erlerntem Wissen. Sie lernen Unterrichtsinhalte für eine Klassenarbeit und vergessen danach schnell wieder, was sie gelernt haben. Gründe hierfür liegen in einem oftmals noch zu stark orientierten additivem Unterricht: die Schüler lernen zwar neue Sachverhalte, das Neue wird aber nicht ausreichend mit bereits vorhandenen Wissen vernetzt, wodurch vieles schnell wieder vergessen wird.

Beim kumulativen Lernen sollen „Inhalte und Prozesse aufeinander aufgebaut, systematisch vernetzt, immer wieder angewandt und aktiv gehalten“ werden (Bundesministerium für Bildung und Forschung 2003, S.27.).

Vielfach wird bemängelt, dass Unterrichtsinhalte sowohl über die Schuljahre hinweg als auch innerhalb der einzelnen Unterrichtseinheiten kaum miteinander vernetzt und längerfristig gelernt werden. Als Folge dieser Erkenntnis beschäftigten sich in den letzten Jahren Fachdidaktiker und Lehrer mit Maßnahmen zur Gestaltung eines kumulativ orientierten Unterrichts. Es wurden zahlreiche Vorschläge für die Verbesserung des schulischen Unterrichts – insbesondere für das Fach Biologie – entwickelt, in denen konkrete Unterrichtsmaßnahmen zur Förderung von „vernetzenden Lernen“ eingesetzt werden (vgl. Freiman 2001; Verband Deutscher Biologen 2003; Harms/ Bünder 1999). Zu solchen Unterrichtsmaßnahmen zählen beispielsweise die Förderung kumulativen Lernens durch die Vermittlung der Biologie auf der Grundlage von dreizehn Erschließungsfeldern (wie z.B. Energie, Angepasstheit, Fortpflanzung) und die stärkere Berücksichtigung der Alltagsvorstellungen von Schülern (vgl. Kattmann 2003, S.126f.). Denn Lernen, dass über den Unterricht hinauswirken soll, muss Strukturen und Zusammenhänge zwischen den Inhalten transparent machen und dort anknüpfen, wo die Schüler stehen.

Zu den ersten Konzepten des kumulativen Biologieunterrichts zählen die Erschließungsfelder, die versuchen sollen, den Unterricht stärker zu strukturieren. Die Erschließungsfelder haben sich bereits in den neuen Schulbüchern (vgl. Bioskop 5/6 2004; Natura 5/6 2004) und Curricularen Vorgaben (Niedersächsisches Kultusministerium (Hrsg.) 2004) etabliert. Jedoch gibt es noch keine Untersuchungen darüber, ob ein Unterricht mithilfe der Erschließungsfelder für die Schüler tatsächlich Hilfen anbieten könnte, Unterrichtsinhalte stärker miteinander zu vernetzen.

Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, ob und in welcher Weise die Erschließungsfelder und die verstärkte Berücksichtigung von Alltagsvorstellungen im Unterricht den Schülern dabei helfen können, Unterrichtsinhalte miteinander zu vernetzen.

Durch die Mitarbeit an einem Forschungsprojekt der Oldenburger Teamforschung zum kumulativen Lernen wurde mein Interesse an dieser Thematik geweckt. In diesem Projekt wurde untersucht, ob die Erschließungsfelder zu den Denkstrukturen von Schülern der 5. Klasse passen. Als Ergebnis dieser Untersuchung kam heraus, dass die Erschließungsfelder für Schüler der 5.Klasse vermutlich noch zu abstrakt sind. Es ergab sich daher die Idee, zu untersuchen, ob die Erschließungsfelder auch nach einem Schuljahr für die Schüler der 5.Klasse eines Gymnasiums in Leer noch zu abstrakt sind.

Die Arbeit gliedert sich in zwei Teile:

Im ersten Abschnitt soll ein Einblick in das Thema ‚Kumulativer Unterricht im Fach Biologie’ gegeben werden, so wie es in der aktuellen Literatur und in den letzten Jahren beschrieben wird. Es werden verschiedene Möglichkeiten vorgestellt, die kumulatives Lernen sowohl innerhalb des eigenen Unterrichtsfaches als auch fächerübergreifend fördern sollen.

Im zweiten Abschnitt dieser Arbeit werde ich die Untersuchung zum kumulativen Lernen im Biologieunterricht am Ubbo-Emmius-Gymnasium vorstellen. Es werden die einzelnen Forschungsschritte geschildert, die Methoden ‚Fragebogen’ und ‚Concept Mapping’ (Begriffsnetze) erläutert und die Forschungsergebnisse dargestellt.

2 Kumulatives Lernen

Nicht selten stehen Lehrer vor dem Problem, dass ratlose Schüler versichern, den Unterrichtsstoff gelernt zu haben, aber im entscheidenden Moment, in welchem sie ihr Wissen anwenden sollen, können sie nichts damit anfangen (vgl. Mößel 2001, S.5). Dieses Problem zeigt sich besonders dann, wenn nach einer Unterrichtseinheit Themen der vorherigen Einheit angesprochen werden. Aufgrund der Stofffülle des Biologieunterrichts und den oftmals wenig aufeinander aufbauenden Unterrichtseinheiten erfahren die Schüler wenig Kenntniszuwachs (vgl. Verband Deutscher Biologen (Hrsg.) 2003, S. 4.) und vergessen vieles schnell wieder.

Die Forderung aus dem fachdidaktischen Bereich, ein Zeichen gegen eine Anhäufung von sinnlosem Detailwissen zu setzen ist nicht neu. Martin Wagenschein kritisierte bereits in den 60er Jahren in seinem Aufsatz „Zum Begriff des Exemplarischen Lernens“(1966) die Anhäufung halbverstandener und verabsolutierter Wissensergebnisse im Schulunterricht. Er sprach sich deutlich gegen einen additiven Aufbau des Unterrichts aus. ^[2]

Zunächst möchte ich den Ansatz des kumulativen Lernens erläutern, der nach Einschätzung von Fachdidaktikern eine der Grundlagen für eine Steigerung der Unterrichtsqualität darstellen könnte. Dabei soll der Schwerpunkt auf der Strukturierung des Unterrichts und der Unterrichtsinhalte liegen.

2.1 Begriffsbestimmung

Kumulatives Lernen lässt sich nicht mit einer knappen Definition beschreiben, sondern setzt sich aus verschiedenen Bausteinen zusammen, die das Ziel verfolgen, systematisches und aufbauendes Lernen zu ermöglichen. Im Folgenden skizziere ich verschiedene Konzepte zum kumulativen Lernen. Inwieweit sich diese Konzepte in der Unterrichtswirklichkeit widerspiegeln, werde ich in meinem empirischen Teil näher erläutern.

Der Begriff des kumulativen Lernens ist Ende der 70er Jahre von Robert M. Gagné geprägt worden. Nach Gagné ist die Lerngeschichte des Individuums in ihrem Charakter kumulativ, da das Individuum beim Lernen neuer Begriffe zuerst einige einfachere Regeln beherrschen muss, bevor es in Problemlösesituationen eine neue Regel höherer Ordnung beherrschen kann (vgl. Gagné 1980, S. 143.).

Kumulatives Lernen lässt sich demnach nur dann erfolgreich ausführen, wenn der Lernende bzw. die Lernende vorher spezifische intellektuelle Fertigkeiten erworben hat. Die Aneignung spezifischer Regeln ermöglicht die Übertragung des Lernens auf eine Reihe von komplexeren Wissensbereichen höherer Ordnung. Das Ergebnis des kumulativen Lernens ist der Aufbau von Sachund Regelwissen, die es dem Individuum erlauben, eine größere Vielfalt von neuartigen Problemen eigenständig zu lösen. Die Bereitschaft zu neuem Lernen ist in großem Maße vom Vorwissen des Lernenden abhängig. Die Kumulativität des Lernens ist die Voraussetzung für das Erfahren von Kompetenzzuwachs im Unterricht.

Durch die Ergebnisse der TIMSS-Studie^[3] (vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 2001, S.72.) ist der von Gagné geprägte Begriff des kumulativen Lernens Ende der 90er Jahre aktuell geprägt worden.

Freiman definiert in seinem Aufsatz „Kumulatives Lernen im Biologieunterricht“ (2001) den Begriff des kumulativen Lernens folgendermaßen:

„Unter kumulativem Lernen versteht man einen Lernprozess, bei dem bereits vorhandene Wissenselemente in hohem Maß zum Ausgangspunkt für neu hinzugekommendes Wissen gemacht werden und gleichzeitig das neue Wissen möglichst vielfältig mit dem vorhandenen verknüpft wird.“ (Freiman 2001, S.1.)

Durch diesen Lernprozess soll ein qualitativ angemesseneres, vertieftes Verständnis eines schon vorher in Umrissen bekannten Sachverhaltes erreicht werden. Das Vorwissen der Schüler spielt in diesem Zusammenhang eine sehr große Rolle, da dieses die Bedingung und der Ausgangspunkt für erfolgreiches Lernen und Lehren unter kumulativen Gesichtspunkten ist.

Nach dem Konzept von Harms/ Bünder (1999) sollen die Lernenden im Moment der Aneignung und Integration der neuen Inhalte neue kognitive Strukturen aufbauen, wodurch sich ein längerfristig besseres Verständnis von Sachverhalten entwickelt. Unter kognitionspsychologischer Betrachtung ist produktives, verständnisvolles Lernen ein aktiver Prozess, der von der verfügbaren Wissensbasis des einzelnen Schülers abhängt. Die Wissensbestände und Relationen des erworbenen Wissens sind hierbei bedeutsam. Sie bilden das geistige Bezugssystem, mit dem eintreffende Informationen verarbeitet werden.

Da beim Lernen neue Informationen in bereits vorhandene Wissensstrukturen eingebaut werden, ist eine Notwendigkeit des kumulativen Lernens die Verknüpfung von neuem Wissen mit altem Wissen (vgl. Harms/ Bünder 1999, S.4ff.).

Für die Unterrichtsplanung bedeutet dies, dass der Unterricht auf den bereits vorhandenen Erfahrungen und Kenntnissen der Schüler aufbauen sollte, damit der Kompetenzzuwachs gefördert wird. Nachhaltiges Lernen kann nur dann erfolgen, wenn in verfügbare Vorstellungen und vorher erworbenes Wissen hineingelernt wird. Gelerntes muss für Zukünftiges Bedeutung haben, da es sonst träges Wissen bleibt. Ferner muss das Gelernte an geeigneten Stellen des Unterrichts wiederholt werden, damit den Schülern die Bedeutung des Gelernten deutlich wird (vgl. Kattmann 2003, S.123f.). Das neue Wissen muss hierbei so vermittelt werden, dass es anschlussfähig für nachfolgendes Lernen ist. Im Gutachten zur Vorbereitung des Programms „Steigerung der Effizienz des mathematischnaturwissen- schaftlichen Unterrichts“ (Bund-Länder-Kommission für Bildungsplanung und Forschungsförderung 1997) bezeichnen die Autoren die Erweiterung, Modifikation und Anpassung an eine jeweils spezifische Situation als anschlussfähig. „Anschlussfähigkeit im Unterricht ist gleichbedeutend damit, dass bei den Lernenden sequenzieller Transfer zustande kommt, d.h. dass Dinge, die zu einem Zeitpunkt gelernt werden, Einfluss auf das Lernen zu einem späteren Zeitpunkt haben.“(vgl. Weber 2001,S.2.)

Letztendlich geht es beim kumulativen Lernen darum, auf einem soliden Fundament Neues aufzubauen. Kumulativen Lernens hat dann stattgefunden, wenn ein Schüler nach der Behandlung eines neuen Themas eine Aufgabe aus einem vor längerer Zeit behandelten Themenbereich mit größerer Sicherheit und tieferem Verständnis erfolgreich bearbeiten kann. Aus der Sicht eines Schülers drückt sich kumulatives Lernen dann aus, wenn der Eindruck beim Schüler entsteht, dass es in einem neuen Themenbereich nicht ganz nutzlos gewesen ist, schon vor dem Thema in einer vorherigen Unterrichtseinheit etwas darüber erfahren zu haben.

Im Folgenden fasse ich die Kriterien, die für kumulative Lernprozesse bedeutungsvoll sind, zusammen:

Kriterien des kumulativen Lernens

Zur Förderung von kumulativen Lernprozessen muss/ müssen im Unterricht

- der lebensweltliche Bezug der Unterrichtsinhalte stärker beachtet werden. Das Wissen sollte auf Alltagsprobleme und -situationen angewendet werden.
- eine gut organisierte Wissensbasis aufgebaut werden.
- den Schüler das Erkennen und Knüpfen von Zusammenhängen durch Wiederholung des Gelernten in neuen Kontexten näher gebracht werden.
- der Schwerpunkt des Unterrichts auf den Aufbau einer komplexen Wissensstruktur gesetzt werden.
- die Anwendung von Wissen als bedeutungsvolles Lernen erfahrbar machen
- die Anschlussfähigkeit für nachfolgendes Lernen herausgestellt werden
- themenverbindende Konzepte in den Mittelpunkt des Unterrichts gestellt werden.

2.2 Aufbau von Wissensstrukturen

Wie lässt sich kumulatives Lernen fördern und welche Vorteile könnte es bringen, den Unterricht kumulativ zu gestalten? Um diesen Fragen nachzugehen, muss beachtet werden, wie das Wissen im Gedächtnis des Lernenden gespeichert ist und wie Wissen aus kognitionspsychologischer Sicht erworben wird.

Lernen kann durch die Angliederung neuer und die Entwicklung bereits vorhandener Bedeutungselemente beschrieben werden. Diese Beschreibung des Lernens geht bereits auf Piaget (1976) zurück und ist auch heute noch Bestandteil von kognitionspsychologischen Theorien. Die kognitive Psychologie befasst sich mit dem menschlichen Denken und nimmt hierbei innere, mentale Strukturen und Prozesse als Erklärung für menschliches Verhalten an (vgl. Anderson 1989).

Nach diesen Theorien lassen sich verschiedene Wissensformen unterscheiden: Wissen über Sachverhalte (deklaratives Wissen) und Wissen, auf welchem Fertigkeiten beruhen (prozedurales Wissen). Wissen über Sachverhalte umfasst Faktenwissen (z.B. Namen best. Personen, Länder, Formeln, etc.) und Wissen über komplexe Zusammenhänge (z.B. Kenntnis einer Geschichtsepoche, Aufbau von Ökosystemen etc.). Gerade das Wissen über komplexe Sachverhalte spielt im Biologieunterricht eine große Rolle. Die Schüler lernen z.B. den komplexen Aufbau von Ökosystemen kennen und den Zusammenhang der Photosynthese und Atmung.

Zur Beschreibung der Struktur des deklarativen Wissens werden Netzwerkmodelle und Schemaansätze herangezogen. „ Man nimmt an, dass Informationen in einer organisierten

Form gespeichert werden, wobei aufeinander bezogene Wissenseinheiten miteinander verbunden sind.“(Mandl, H. et al. 1993, S.146.)

Beim Erwerb von Wissen über Sachverhalte versucht der Lernende, neues Wissen mit seinem Vorwissen zu verknüpfen. Im menschlichen Gedächtnis erhält jeder Begriff seine Bedeutung erst dadurch, dass er in Beziehung zu anderen Begriffen steht. Man spricht in diesem Zusammenhang von semantischen Netzen (vgl. Häußler et al. 1998, S. 164ff.). Semantische Gedächtnismodelle gehen davon aus, dass Wissen in Form von Netzwerkdarstellungen im Gedächtnis gespeichert ist (vgl.

Abb. 2). Diese Netzwerke bestehen aus Knoten und Verknüpfungen. Jeder Knoten stellt eine Proposition^[4] dar, mit je einer Relation und einem bis mehreren Argumenten. Die Argumente sind Substantive, die Relation ist die Verbindung zwischen Einheiten, auf welche sich die Argumente beziehen und entspricht einem Verb oder einem anderen relationalen Ausdruck. Die Verknüpfungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Netzwerkdarstellung von Propositionen. Ausgezogene Linien deuten auf bereits vorhandenes, aktiviertes Vorwissen hin, gestrichelte Linien symbolisieren neues Wissen, also den semantischen Lernzuwachs (Mandl, H. et al. 1993, S.150.). werden durch Pfeile symbolisiert (vgl. Gropengießer 2001, S.23.). Aus diesen Elementen setzen sich Wissensstrukturen zusammen. Neues Wissen wird dann erworben, wenn eine neue Proposition mit vorhandenen Propositionen im Netzwerk des Lerners verknüpft wird. Die Verknüpfung einzelner Wissenselemente führt zu neuen Strukturen, die wiederum in weiteren Lernprozessen als Elemente für neues Wissen benutzt werden können (vgl. Mandl, H. et al. 1993).

Der Aufbau von Wissenselementen besteht aus einer Folge von einzelnen Konstruktionsschritten beim Lernenden, die auseinander hervorgehen. Um das vernetzende Konstruieren von Wissen auszulösen bzw. aufrecht zu erhalten, muss der Unterricht so ausgelegt sein, dass derartige Aufbauprozesse bei den Lernenden angeregt werden. „Als Ergebnis des schrittweisen Wissensaufbaus entstehen neue Bedeutungsnetze und Handlungsmuster, die in sich geschlossene und sinnvolle Ganzheiten darstellen.“ (Harms/ Bünder 1999, S.5.)

Es reicht jedoch nicht aus, einen Begriffsinhalt einmalig im Unterricht zu thematisieren und dann davon auszugehen, dass dieser gelernt sei. Um die Stabilität einer neu aufgebauten Wissensstruktur zu sichern, muss diese im Unterricht regelmäßig durch zu Hilfenahme von Anwendungsund Übungsphasen aktiviert und genutzt werden.

2.3 Möglichkeiten des Vernetzens

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Horizontale und vertikale Verknüpfung (Lichtner Oktober 2003)

Als Ursache für die unbefriedigenden Leistungen deutscher Schüler in international vergleichenden Schulleistungsstudien wird die wenig ausgeprägte Anschlussfähigkeit des Wissens sowohl im Blick auf vertikale als auch auf horizontale Vernetzung gesehen. Die Qualitätsentwicklung des Unterrichts basiert auf einer Verminderung von additivem Lernen und einer Förderung von kumulativen Lernprozessen. Wie unter 2.2. dargestellt fördern vernetzende Lernprozesse eine systematische Ausdifferenzierung der Wissensstruktur der Lernenden. Hierbei spielen die horizontale Vernetzung (fächerverbindendes und fach- übergreifendes Arbeiten) und die vertikale Verknüpfung (innerfachliche Integration) der Unterrichtsinhalte eine wichtige Rolle.

2.3.1 Horizontale Vernetzung

Unter horizontaler Vernetzung wird sowohl die Verknüpfung von Wissen und Können aus dem einen in einen anderen Bereich im Unterricht (vgl. Abb.3) als auch die Verknüpfung von Unterrichtsthemen auf fächerübergreifender Ebene verstanden (vgl. Meyer 2004, S.60f.). Innerhalb des eigenen Unterrichts findet ein horizontaler Transfer dann statt, wenn neu Gelerntes auf neue Themen angewendet wird oder durch Üben und Wiederholen in neuen Bezügen gefestigt wird.

Die horizontale Vernetzung auf fächerübergreifender Ebene spielt gerade in neueren naturwissenschaftlichen-didaktischen Zeitschriften eine große Rolle. Die Umsetzung fächer- übergreifenden Arbeitens scheitert jedoch häufig an den in den Schulen gegebenen Rahmenbedingungen. Für eine stärkere horizontale Vernetzung erfordert es eine gute Kooperation zwischen Lehrkräften verschiedener Fächer. Das erfordert Teamfähigkeit und Zeit für notwendige Abstimmungsund Vorbereitungsprozesse (vgl. Klieme, Baumert 2001).

Gerade das Thema „Tiere im Jahresverlauf“, welches im Rahmen meiner empirischen Forschung unterrichtet wurde, könnte durch horizontale Vernetzung mit den Fächern Chemie und Physik verbunden werden, da Begriffe wie Temperatur, Wärme, Energie und Isolation in allen naturwissenschaftlichen Fächern eine große Bedeutung spielen. Jedoch besteht in der Sekundarstufe I durch die lückenhaften Stundentafeln das Problem, dass pro Halbjahr nicht immer alle drei Naturwissenschaften angeboten werden können.

2.3.2 Vertikale Vernetzung

Unter vertikaler Vernetzung wird die Verknüpfung von Unterrichtsthemen innerhalb eines Faches verstanden – eine Grundlage für jeden aufbauenden Unterricht mit kumulativem Lernen.

Aus Sicht der Schüler scheinen jedoch die nacheinander behandelten Inhalte wenige Zusammenhänge aufzuweisen. Das steht im deutlichen Widerspruch zum Selbstverständnis der Wissenschaft Biologie. Viele biologische Inhalte werden verständlicher, wenn man sie miteinander in Verbindung setzt. Dies erkennen Schüler – wenn überhaupt – erst bei der Vorbereitung für die Abiturprüfungen. In einem relativ inkohärenten Fach wie Biologie mit einer Vielzahl eigener Fachterminologien ist die Vernetzung der Inhalte besonders schwierig.

In der Biologie gibt es Prinzipien und übergreifende Konzepte, die helfen könnten, Inhalte zu strukturieren und weiterzuentwickeln. (vgl. Abb. 3) Diese Konzepte lassen sich auf nahezu alle biologischen Themenbereiche übertragen, wodurch sie dem Lernenden einen mehr-perspektivischen Zugang zum Inhaltsbereich unter verschiedenen übergeordneten Prinzipien ermöglichen. Seel (2003) bezeichnet diese übergeordneten Prinzipien auch als „Ankerideen“. Sind diese „Anker“ bei den Schülern noch nicht unmittelbar verfügbar, müssen sie in Form von „Organisierern“^[5] eingepflanzt werden, damit kumulatives Lernen innerhalb eines Inhaltsbereichs stattfinden kann (vgl. Seel 2003, S. 314.). In der Fachdidaktik der Biologie werden diese Prinzipien zur Strukturierung und Vernetzung von Unterrichtsinhalten als Erschließungsfelder bezeichnet (vgl. Kapitel 4).

2.4 Eigene Definition zum kumulativen Lernen

Der Schwerpunkt der Definition zum kumulativen Lernen von Freiman liegt in der Berücksichtigung des Vorwissens für Unterrichtsinhalte. Inwiefern die Unterrichtsinhalte im Rahmen des Unterrichts zueinander in Beziehung gesetzt werden können, um den Schülern Hilfen zur Strukturierung ihres Wissens anzubieten, wird nicht herausgestellt. Die notwendige kumulative Sequenzierung des Lehrstoffs ist jedoch auch eine Voraussetzung für das Erfahren von Kompetenzzuwachs (vgl. www.blk.mat.uni-bayreuth.de /programm/module. html (12.5.2005)). Den Schülern müssen die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Unterrichtsthemen verdeutlicht werden, um eine vernetzende Wissensstruktur zu fördern.

Damit für die Schüler Zusammenhänge erfahrbar werden können, schlägt der Verband Deutscher Biologen die Arbeit mithilfe einer prinzipiengeleiteten Lehre in der Schule vor. Diese Prinzipien, die in Kapitel 4 näher erläutert werden, sollen das Lernen und das Verstehen erleichtern, indem sie Inhalte erschließen und miteinander in Beziehung setzen. Im Rahmen meiner Arbeit definiere ich aufgrund der oben genannten Einwände den Begriff des kumulativen Lernens für mich folgender Maßen:

Kumulatives Lernen liegt dann vor, wenn der Lehrer vorhandene Wissenselemente (Vorwissen) zum Ausgangspunkt für neues Wissen heranzieht und die Unterrichtsthemen mithilfe von themenverbindenden Basiskonzepten verknüpft und die Schüler erkennen können, dass zwischen verschiedenen Unterrichtsthemen Zusammenhänge bestehen.

Der Prozess des kumulativen Lernens liegt nach dieser Definition darin, dass der Unterricht so angelegt sein sollte, dass er auf dem Vorwissen der Schüler aufbaut und dass er die Zusammenhänge von Unterrichtsthemen mit ihrer Alltagswelt und anderen Unterrichtsthemen verdeutlicht. Auf diese Weise sollen die Schüler erfahren, dass die einzelnen Wissensbestände aufeinander aufbauen und miteinander vernetzt werden können. Kumulatives Lernen hat dann stattgefunden, wenn die Schüler eine Vorstellung darüber entwickeln konnten, wie die Lerninhalte aufeinander aufbauen.

Abbildung 4 (S.13) veranschaulicht die Elemente des kumulativen Lernens: Der Zugang zu biologischen Phänomenen erfolgt auf der Grundlage von Schülervorstellungen und biologischen Grundfragen. Mit Hilfe der Basiskonzepte (Erschließungsfelder) soll nach Lichtner erkannt werden, dass biologische Phänomene nicht durchweg verwirrend und chaotisch sind. Denn sind die Erschließungsfelder einmal von Schüler verstanden worden, können sie in neuen unbekannten Phänomenen wieder gefunden werden und zum Verständnis der Phänomene beitragen. Mit Hilfe von Erschließungsstrategien, die zu Erklärungskonzepten führen, sollen den Schülern systematisch kausale oder funktionale Zusammenhänge in der Biologie verdeutlicht werden. Entscheidend für das kumulative Lernen ist hierbei die Reflexion der Schüler über diese Erkenntniswege. Besonders hilfreich ist der hypothesengeleitete Unterricht. Dabei sollen die Schüler lernen, zu ungeklärten Phänomenen selbst Hypothesen zu bilden, die in der Planung und Durchführung von Experimenten überprüft werden sollen. In Kapitel 3 und 4 werde ich näher auf den

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Elemente des kumulativen Lernens (Lichtner 2003)

Umgang mit Schülervorstellungen und den Basiskonzepten (Erschließungsfeldern) eingehen.

2.5 Förderung kumulativen Lernens

Der Begriff des kumulativen Lernens ist, wie unter 2.1. dargestellt wurde, kein neuer Gesichtspunkt, sondern ein Mittel zur Qualitätsverbesserung des Unterrichts.

Für die Förderung kumulativen Lernens sollten bei der Lehrplanentwicklung mehrere Ebenen betrachtet werden. Innerhalb eines Themenbereichs sollte die Erklärungsmächtigkeit von Grundprinzipien betont werden. Beim Übergang zu einem neuen Unterrichtsgebiet sollte durch intensive Vorbereitung der Transfer von Strukturähnlichkeiten benachbarter Gebiete verdeutlicht werden. Die Schüler der Sekundarstufe I müssen im Unterricht Basiswissen erwerben, welches ihnen speziell im Biologieunterricht ein Verständnis von Natur ermöglicht, mit dem sie Themenfelder aktueller Geschehnisse bewerten und verstehen können. Die Inhalte des Unterrichts sollten so ausgewählt werden, dass sie herausforderndes Lernen in abwechslungsreichen und anwendungsbezogenen Kontexten ermöglichen.

Eine gute Strukturierung des Unterrichts ist bedeutsam für kumulatives Lernen. Ferner müssen Wissenszusammenhänge für Schüler erfahrbar gemacht werden und Strukturzusammenhänge verdeutlicht werden.

3 Berücksichtung von Schülervorstellungen als Chance für kumulatives Lernen

In der Schule wird die Frage nach dem Vorwissen der Schüler oftmals unterschätzt und wenig in die Unterrichtsplanung einbezogen. Gerade für die vernetzende Wissensaneignung spielt das Vorwissen aber eine große Rolle für den Erfolg von Lernprozessen. Dieses Vorwissen stammt bei den Schülern neben dem Wissen aus vorangegangenem Unterricht größtenteils aus Alltagserfahrungen. Diese Alltagsvorstellungen müssen bei der Planung des Unterrichts verstärkt berücksichtigt werden, wie in Kapitel 2 schon dargestellt wurde. In diesem Kapitel soll es nun darum gehen, wie Alltagsvorstellungen sinnvoll mit den wissenschaftlichen Vorstellungen des Biologieunterrichts vereinbar sind, und wie der Unterricht auf dem Vorwissen der Schüler sinnvoll aufgebaut werden könnte.

3.1 Alltagsvorstellungen der Schülerinnen und Schüler

Die Schule ist nicht der einzige Ort, an dem Biologie vermittelt wird. In fachdidaktischen Arbeitsgruppen wurde diese Tatsache seit Mitte der 70er Jahre bei der Erforschung von Ursachen für Lernschwierigkeiten immer stärker betrachtet (vgl. Häußler et al 1998).

Die Schüler kommen mit teilweise tief verankerten Vorstellungen zu den im Biologieunterricht unterrichteten Thematiken. Diese Vorstellungen, die Schüler in ihrer meist außerschulischen Alltagswelt sammeln und bereits vor Unterrichtsbeginn von der zu lernenden Thematik besitzen, stimmen oftmals nicht mit den zu lernenden naturwissenschaftlichen Vorstellungen überein. Schülervorstellungen können so ein Lernbzw. Erkenntnishindernis sein, da sie zwar mit dem Lebensalltag, oft aber nicht mit wissenschaftlichen Erkenntnissen zusammen passen. Dennoch sollten Schülervorstellungen als Ausgangspunkt des Lernens betrachtet werden, da die vorunterrichtlichen Vorstellungen nach der Theorie des kognitiven Lernens^[6] den einzigen Rahmen bilden, der den Schülern zur Interpretation des von der Lehrkraft vermittelten Stoffes zur Verfügung steht (vgl. Häußler et al. 1998, S. 169ff.). Diese Erkenntnis wurde schon 1835 von Diesterweg in seinem „Wegweiser zur Bildung deutscher Lehrer“ wie folgt zum Ausdruck gebracht: „Ohne die Kenntnis des Standpunktes des Schülers ist keine ordentliche Belehrung desselben möglich.“ (Eschenhagen et al. 2001, S.137.)

Mit anderen Worten: Die Schüler müssen dort abgeholt werden, wo sie sich gerade befinden. Der Lernende muss sich sein Wissen auf der Basis seiner Alltagsvorstellungen und seines Vorwissens selbst konstruieren, denn die Daten, die der Lernende über seine Sinnesorgane aufnimmt, erhalten erst eine Bedeutung, wenn der Lernende ihnen eine Bedeutung verleiht.

In Kapitel 2 wurde beschrieben, dass man sich das gespeicherte Wissen als ein Netz vorstellen kann, in dem bereits gelernte Begriffe vielfältig miteinander verbunden sind. Beim Lernen der Naturwissenschaften muss das vorhandene Netz umgestaltet werden, da die vorhandenen, aus dem Alltag stammenden Vorstellungen und die naturwissenschaftlichen Vorstellungen oftmals sehr unterschiedlich sind. Diese Umgestaltung wird auch als Konzeptwechsel bezeichnet (vgl. Häußler et al. 1998, S. 172.).

Im Folgenden werde ich hierzu ein kleines Beispiel aus dem Biologieunterricht der Experimentalklasse geben:

Im Unterricht sollte mit Hilfe eines Experiments die Wärmeisolation von gleichwarmen Tieren verdeutlicht werden. Die Schüler hatten zuvor die Wärmeregulation des Menschen behandelt. Im Unterricht wurde besprochen, dass der Körper in kalter Umgebung verstärkt Wärme produziert. Bei der Wärmeproduktion wird Energie in Wärme umgewandelt. Als Unterrichtseinstieg fragte die Lehrerin die Schüler, weshalb Tiere Fell und Federn haben. Viele Schüler stellten hierauf die Hypothese auf, dass Fell und Federn wärmen. Die Lehrerin forderte die Klasse auf, einen Versuch zu entwickeln, mit dem sich beweisen lässt, dass diese Hypothese stimmt. Die Schüler wollten ein jeweils Stück kaltes Fleisch in Fell einwickeln und ein anderes Stück Fleisch von gleicher Temperatur nicht einwickeln. Sie glaubten, dass das Stück Fleisch, welches in das Fell eingewickelt ist, sich erwärmt, wohingegen das andere Stück Fleisch nicht erwärmt. Hierbei argumentierten sie wie folgt:

„Ein Wollpullover hält mich warm, er gibt Wärme ab.“

Mithilfe von mit kaltem Wasser gefüllten Reagenzgläsern, von denen ein Reagenzglas in ein Stück Fell eingewickelt war, überprüften die Schüler selbstständig ihre aufgestellte Hypothese und konnten diese widerlegen. Jedoch wurde in der folgenden Stunde von einigen Schülern immer noch behauptet, dass Fell und Federn Wärme abgeben.

Dieses Beispiel zeigt, dass es für Schüler schwierig ist, ihre alltäglichen Vorstellungen durch naturwissenschaftliche Vorstellungen zu ersetzen. Die Erklärungen der Schüler sind geprägt von alltäglichen Beobachtungen sowie durch die Alltagssprache. So wird in der Alltagssprache der Satz „Der Wollpullover wärmt mich.“ oft verwendet. Das, was die Schüler bisher im Biologieunterricht gelernt hatten, dass nämlich der Körper in kälteren Umgebungen mehr Energie produziert, welche in Wärme umgewandelt wird, mögen die Schüler zwar in der Theorie kennen, wenn es aber um das Erklären eines alltäglichen Phä- nomens geht, verfallen sie in ihre „naive“ Vorstellungswelt. Alltagserfahrungen haben sich in der Regel durch individuelle Erlebnisse entwickelt und werden durch die Alltagssprache gestützt. Sie haben sich in Belangen des täglichen Lebens als eine stabile Grundlage erwiesen und werden deshalb von den Schülern nicht ohne weiteres aufgegeben. Deshalb müssen die Schüler in langwierigen Prozessen davon überzeugt werden, dass die neuen Sichtweisen mindestens genauso einleuchtend sind wie ihre alten.

3.1.1 Umgang mit vorunterrichtlichen Vorstellungen im Unterricht

Auch wenn die oben beschriebenen Alltagsvorstellungen der Schüler nur schwer zu verändern sind, geht der Biologieunterricht natürlich nicht spurlos an ihnen vorbei. Jedoch zeigen Untersuchungen, dass die erreichten Änderungen der Vorstellungen hinter den Erwartungen bleiben, die an den naturwissenschaftlichen Unterricht gestellt werden.

Unterricht, der bei den Vorstellungen der Schüler ansetzt, soll erfolgreicher sein als Unterricht, der keinen verstärkten Umgang mit den Alltagsvorstellungen vertritt (vgl. Häußler et al. 1998, Kapitel 6).

Entsprechend der konstruktivistischen Grundauffassungen gilt es, Lernumgebungen zu schaffen, die einen Bezug zur Lebenswirklichkeit der Schüler herstellen. Nicht ohne Grund stellt die Erforschung von Alltagsvorstellungen der Schüler seit den letzten Jahren einen wesentlichen Forschungsschwerpunkt der Biologiedidaktik dar (vgl. Eschenhagen et al. 2001, S. 140.).

Im Unterricht müssen die Schüler zu einer aktiven Auseinandersetzung mit ihren vorunterrichtlichen Vorstellungen und den zu lernenden wissenschaftlichen Vorstellungen, also den Konzepten und Theorien der Biologie zum jeweiligen Thema, geführt werden.

Stehen Alltagsvorstellungen mit wissenschaftlichen Vorstellungen im Widerspruch, so müssen diese im Unterricht thematisiert werden, da es nicht möglich ist, Alltagsvorstellungen durch wissenschaftliche Vorstellungen zu ersetzen. Untersuchungen zeigten beispielsweise, dass die Alltagsvorstellungen, mit denen Schüler zum naturwissenschaftlichen Unterricht kommen, sich in allen Altersgruppen und jeder Kultur finden lassen (vgl. Kattmann 2003, S.122.). Der Lehrer muss versuchen, die Alltagsvorstellungen der Schüler mit den wissenschaftlichen Vorstellungen in Beziehung zu setzen. Ziel des Unterrichts kann es deshalb nur sein, den Schülern verständlich zu machen, dass in manchen Situationen naturwissenschaftliche Vorstellungen effektiver sind als die Alltagsvorstellungen.

3.2 Planung des Unterrichts auf der Basis von Vorstellungen der Lernenden

Die fachliche Klärung biologischer Inhalte und Phänomene ist ein wichtiger Teil der fachdidaktischen Arbeit. Jedoch ist diese fachliche Klärung oft vorwiegend oder vollständig von fachlichen Aspekten geprägt. Die Perspektiven der Schüler werden oftmals zu wenig betrachtet, was dazu führen könnte, dass die Schüler etwas anderes unter der fachlichen Klärung von biologischen Phänomenen verstehen, als die Lehrerin/ der Lehrer erwartet hat. Die Ziele des Unterrichts und die Perspektiven der Lernenden (ihre vorunterrichtlichen Vorstellungen, Interessen, etc.) werden oftmals erst nach der fachlichen Klärung berücksichtigt.

3.2.1 Das Modell der Didaktischen Rekonstruktion

Im Sinne des Modells der Didaktischen Rekonstruktion, welches zunächst innerhalb der Biologiedidaktik (Oldenburg) und der Physikdidaktik (IPN Kiel) entwickelt worden ist (vgl. Kattmann et al. 1997) müssen Lebenswelt und Wissenschaft didaktisch zusammengebracht werden. „Alltagsvorstellungen sind keine mentalen Fehlbildungen, die durch wissenschaftliche Operationen zu beseitigen wären.“ (Kattmann 2003, S.125.)

Aufgabe der Lehrerin und des Lehrers bei der Planung des Unterrichts ist es, die Schülervorstellungen für die Sequenzierung der Lernangebote heranzuziehen.

Das Modell der Didaktischen Rekonstruktion stellt einen theoretischen Rahmen zur Planung, Durchführung und Evaluation der fachdidaktischen Lehr-Lernforschung dar. Die Vorstellungen der Schüler und die wissenschaftlichen Vorstellungen sollen nach diesem Modell gleichwertig betrachtet werden. Es soll im Rahmen dieses Modells versucht werden, die „Vermittlung von Wissensbeständen und die damit verbundenen pädagogischen Aspekte in ein Gleichgewicht zu bringen.“ (vgl. Kattmann, Gropengießer 1998, S.4f.) Zur Beantwortung der Frage, wie ein Thema sinnvoll unterrichtet werden kann, werden drei Untersuchungsaufgaben unterschieden: fachliche Klärung, Erfassung von Lernerperspektiven und didaktische Strukturierung

Die fachliche Klärung (Analyse der Sachstruktur) besteht in der kritischen und methodisch systematischen Untersuchung von wissenschaftlichen Aussagen. Hierbei soll die Entstehung, Funktion und Bedeutung der wissenschaftlichen Aussagen vergegenwärtigt werden.

Unter der Erfassung der Lernerperspektiven wird innerhalb des Forschungsprojektes die empirische Untersuchung von Lernvoraussetzungen und Lernbedingungen der Schüler verstanden. Mithilfe von zumeist qualitativen Untersuchungsmethoden wie z.B. Interviews und Fragebögen werden die Schüler nach ihren Vorstellungen über fachbezogene Konzepte, über Korrespondenzen zwischen Alltagsvorstellungen und wissenschaftlichen Vorstellungen sowie ihren Denkstrukturen „beforscht“.

Bei der didaktischen Strukturierung werden die Ergebnisse der fachlichen Klärung mit denen der erhobenen Schülervorstellungen verknüpft und miteinander verglichen. Die didaktische Strukturierung ist an die fachliche Klärung und an die erhobenen Schülervorstellungen gebunden. Die Schülervorstellungen müssen hierbei als Gegebenheiten angesehen werden. Die wissenschaftlichen Aussagen, die in der fachlichen Klärung gewonnen wurden, bilden den Zielbereich, der im Unterricht erreicht werden sollte (vgl. Kattmann et al. 1997, S.13.).

Durch das Modell der didaktischen Rekonstruktion kann kumulatives Lernen vor allem in der Vorbereitung des Unterrichts durch die Lehrkraft berücksichtigt werden. Die Lehrkraft bezieht hierbei explizit die Schülervorstellungen in die Planung ein, wodurch sie den Schwerpunkt ihrer Unterrichtsgestaltung auf das Vorwissen der Schüler setzt (vgl. Kapitel 2).

4 Erschließungsfelder im Biologieunterricht

In diesem Kapitel sollen Möglichkeiten einer besseren Strukturierung des Biologieunterrichts eingehender erläutert werden. In meiner Definition zum kumulativen Lernen wurde angedeutet, dass für kumulatives Lernen eine Strukturierung mithilfe von themenverbindenen Konzepten besonders hilfreich sein kann.

4.1 Problemstellung

Eine Voraussetzung dafür, dass kumulatives Lernen möglich wird, besteht in der entsprechenden Sequenzierung des Lernstoffes. Gerade in den Biowissenschaften wächst das Wissen in den letzten Jahren wie in keinem anderen Bereich. Auch wenn die These „ein umfangreiches Wissen zeichnet einen gebildeten Menschen aus“ durchaus verbreitet ist, muss sich bewusst gemacht werden, dass ein Mensch nur dann gebildet ist, wenn er Detailkenntnisse miteinander in Verbindung setzen kann, sie ordnet, beurteilt und nutzt (vgl. Verband Deutscher Biologen 2003, S.4.).

Es ist völlig ausgeschlossen, in der Schule alle biologischen Themen in gründlicher Form zu behandeln, da die Lernenden so nicht mehr Kenntnisse erlangen würden, sondern weniger Überblickswissen bekommen, nichts richtig verstehen und somit vieles vergessen würden.

Die Stofffülle könnte beim Lernenden Verwirrung und Lernunlust erzeugen. Folglich besteht ein großer Handlungsbedarf, im Unterricht sinnvoll mit der Stofffülle umzugehen (vgl. Lichtner 25.11.2004).

Da die Biologie als Naturwissenschaft von Phänomenen handelt und versucht, diese mit Hilfe von Gesetzen, Theorien oder Konzepten zu interpretieren und zu verstehen, ist es besonders wichtig, die Phänomene in den Vordergrund zu stellen und nicht die Gesetzmäßigkeiten. Gerade diese Phänomene machen den naturwissenschaftlichen Unterricht für Schüler lebendig, faszinierend und attraktiv.

Jedoch müssen Phänomene sinnvoll miteinander verbunden werden, um bedeutungsvolles Lernen zu erreichen: „Etwas, das Schüler/-innen hinter den vielfältigen Erscheinungen ein System erklärender und ordnender Denkmöglichkeiten entdecken lässt; etwas, was im Herstellen von Zusammenhängen kumulatives Lernen ermöglicht.“(Freiman 2001, S.19.)

In der Schule soll „Basiswissen“ vermittelt werden, mit welchem die Schüler in ihrem Leben sinnvoll Zusammenhänge zu neuem Wissen knüpfen sollen. Die Schüler können aber nur verstehen, „was die Welt im innersten zusammenhält“ (Goethe: Faust. 382-383.), wenn sie im Unterricht wiederkehrende Muster erkennen und neue Phänomene in diese Muster einordnen können: „Wenn Schüler/-innen sehr verschieden wirkende Ereignisse oder Fälle mithilfe vorhandenen Theorieoder Konzeptwissens sinnvoll interpretieren können, erfahren sie dessen Bedeutung und Anwendbarkeit, sie lernen kumulativ.“ (Freiman 2001, S.19.) Mithilfe von strukturierenden Prinzipien, die die biologische Phänomenvielfalt sinnvoll verknüpfen und verständlich machen, kann Schülern das Lernen erleichtert werden. Der Biologieunterricht muss künftig so gestaltet werden, dass er den Schülern mithilfe dieser biologischen Prinzipien die Phänomene und deren Zusammenhänge miteinander verdeutlicht.

4.2 Rückblick auf die Entwicklung Didaktischer Konzepte zur Strukturierung des Biologieunterrichts

Die Erkenntnis der Notwendigkeit, den Biologieunterricht systematisch zu strukturieren, um so der Stofffülle im Fachbereich Biologie zu begegnen, ist nicht neu. Bereits die in den 90er Jahren von Gerhard Schäfers vorgeschlagenen Lebensprinzipien versuchen, themenverbindene Konzepte für den Biologieunterricht zu entwickeln.

Schäfer nannte als Gründe für eine verstärkte Strukturierung des Biologieunterrichts nicht nur die Tatsache, dass das naturwissenschaftliche Wissen in den letzten Jahren stark zugenommen hat, sondern auch die Tatsache, dass aufgrund der geringen Stundenzahl im Fach Biologie eine Konzentration auf das „Wesentliche“ wichtig ist, um einen sinnstiftenden Biologieunterricht gestalten zu können. Aufgrund dessen schlug er zwölf Lebensprinzipien vor, auf welche sich die Lehrkräfte bei der Themenwahl für den Unterricht beziehen sollten. (vgl. Schäfer 1990) Dass die zwölf Lebensprinzipien als Planungsinstrumente für die Unterrichtsgestaltung und weniger konkret für die Schüler selbst als „Werkzeug“ dienen sollten, um Unterrichtsthemen besser mit ihren Wissensstrukturen zu vernetzen, wird allein schon durch die Abstraktheit der Begriffe in ihrer Kurzform deutlich. Lebensprinzipien, wie z.B. Polarität, Verwandlung/ Fixierung oder Aufwertung/ Abwertung könnten zwar für einen Lehrer, der die Begriffe aufgrund seines Fachwissens verstehen kann, hilfreich sein, für Schüler würden diese Prinzipien vermutlich jedoch nur als „leere Worthülsen“ aufgenommen und schnell wieder vergessen werden.

Die „Zwölf Lebensprinzipien“ haben bislang kaum nennenswerten Einzug in den praktischen Biologieunterricht gefunden. Dies mag zum einen daran liegen, dass es eine lange Zeit braucht, bis neue Aspekte ihren Weg in den Unterricht finden, und zum anderen ist die praktische Umsetzung dieser Konzepte mit Schwierigkeiten verbunden. Diese Schwierigkeiten äußern sich darin, dass themenverbindende Konzepte für die Schüler und auch für den Lehrer transparent und einsichtig gemacht werden müssen, damit sie sich im Unterricht durchsetzen können. Dies setzt Anschaulichkeit und Konkretheit voraus (vgl. Verband

Deutscher Biologen 2003, S.43.). Themenverbindende Konzepte müssen an die Alltagswelt der Schüler anknüpfen können, damit sie für die Schüler begreifbar sind (vgl. hierzu Kapitel 3). Diese an sich nahe liegende Forderung stößt laut dem Verband Deutscher Biologen bei der Umsetzung von vielen didaktischen Konzepten jedoch auf Schwierigkeiten.

Als Reaktion auf das schlechte Abschneiden deutscher Schüler bei der TIMSS-Studie wurden die Diskussionen einer besseren Strukturierung des Biologieunterrichts wieder aufgegriffen. Praktisch alle Überlegungen laufen darauf hinaus, dass nicht mehr die Inhalte, sondern die Kompetenzen^[7] als Basis der naturwissenschaftlichen Grundbildung (Scientific Literacy^[8]) in den Mittelpunkt zu stellen seien. Eine Steigerung dieser fachlichen Kompetenzen bildet das zentrale Element des kumulativen Lernens (vgl. Lichtner 25.11.2004, S.1.). Hierfür sollen u.a. jene Konzepte in den Mittelpunkt des Unterrichts gestellt werden, die die unterschiedlichen Themen des Biologieunterrichts miteinander vernetzen.

Von der MNU, Thomas Freiman sowie Ute Harms und Wolfgang Bünder (vgl. Kapitel 1) wurden hierfür konstruktive Vorschläge für themenverbindene Konzepte erstellt. Die Autoren schlagen 13 Erschließungsfelder als Strukturierungshilfe für den Unterricht vor. Spätestens am Beginn der Sek. I. muss mit dem Aufbau entsprechender Wissensstrukturen mithilfe der Erschließungsfelder als Grundlage für kumulatives Lernen begonnen werden, da sonst kaum die Möglichkeit einer effektiven Themenverbindung über einen längeren Zeitraum besteht.

4.3 Möglichkeiten zur Strukturierung des Biologieunterrichts mithilfe von Erschließungsfeldern

Die Konzeption der Erschließungsfelder^[9] ist der erste Versuch für einen Ansatz zum kumulativen Lernen und hat sich inzwischen überall (d.h. in allen neuen Schulbüchern, Rahmenplänen, Standards, EPA’s und Lehrplänen) durchgesetzt.

Der Biologieunterricht muss von Beginn an versuchen, durch konsequente Orientierung an Erschließungsfeldern entsprechende Denkstrukturen und somit konzeptuelles Denken zu entwickeln. Die Erschließungsfelder sollen im Unterricht systematisch wiederkehrend zur Erklärung von Phänomenen verwendet werden. Gelingt es im Unterricht, den Lernenden diese permanente Wiederkehr der selben Grundphänomene entdecken zu lassen, wird die Basis für eine geordnete Wissensstruktur gesetzt, die wiederum Grundvoraussetzung für biologisches Verständnis ist (vgl. Lichtner 25.11.2004, S.4.).

Der Sinn der Arbeit mit den Erschließungsfeldern besteht nicht darin, in einer konkreten Unterrichtseinheit immer alle 13 Erschließungsfelder anzusprechen, sondern bewusst auszuwählen, welche Erschließungsfelder für die Unterrichtseinheit passen und welche nicht betrachtet werden können. Diese Selektion obliegt der Verantwortung des Lehrenden.

Nach dem Verband Deutscher Biologen können die Schüler mithilfe der Erschließungsfelder einen Überblick über biologische Konzepte erlangen und Inhalte besser einordnen. Ferner dienen die Erschließungsfelder dem Lerner dazu, biologische Phänomene aus unterschiedlichen Perspektiven zu interpretieren und sie systematisch zu verknüpfen.

Sowohl für die Lernenden als auch für die Lehrenden könnten die Erschließungsfelder einen roten Faden darstellen, der die einzelnen Phänomene miteinander vernetzt und einen Weg zur Bearbeitung von biologischen Themen eröffnet. Die Konzepte könnten den Schülern dabei helfen, Phänomene zu erschließen und miteinander zu verbinden. Sie könnten für eine vertikale Vernetzung (vgl. 2.3.2) und Kumulation von Erkenntnissen sorgen. Jedoch müssen die Schüler erst die Vorteile der Erschließungsfelder erkennen und lernen, sie systematisch zu benutzen. Nur wenn der Unterricht so ausgelegt ist, dass die Unterrichtsthemen systematisch mithilfe der Erschließungsfelder besprochen werden und immer wieder Rückbezüge zu vorangegangenen Unterrichtsthemen hergestellt werden, können die Schüler erkennen, dass vieles miteinander zusammenhängt und dass es sich lohnt, biologische Phänomene miteinander zu vernetzen.

Für die Lehrkraft bieten die Erschließungsfelder eine gute Grundlage zur Strukturierung des Unterrichts. Unterrichtsthemen können unter anderen Gesichtspunkten ausgewählt und gewichtet werden.

In der folgenden Darstellung fasse ich die grundlegenden Ziele der Arbeit mit den Erschlie- ßungsfeldern zusammen:

Erschließungsfelder sollen versuchen,

- ein reduktionistisches Vorgehen zu ermöglichen ohne dabei den Blick auf die Zusammenhänge zu verlieren.
- die Vernetztheit, Komplexität und Überschneidungen von lebendigen Systemen zu verdeutlichen.
- die naturwissenschaftlichen Denkstrukturen der Schülerinnen und Schü- ler zu fördern.
- die Phänomene durch Konzepte miteinander zu verbinden und dadurch das kumulative Lernen zu fördern.

Fraglich ist jedoch, ob die Erschließungsfelder nur zur Strukturierung für den Lehrer oder auch als Lerninstrument für die Schüler dienen sollen und damit zum bedeutungsvollen Lernen beitragen können. Es ist zu befürchten, dass die recht abstrakten Konzepte gerade von den Schülern jüngerer Jahrgänge noch nicht richtig verstanden werden oder dass die Erschließungsfelder von den Lernenden (fälschlicherweise) als Erklärungen verstanden werden. Einen erklärenden Zusammenhang können aber nur die für naturwissenschaftliche Aussagen zugrunde liegenden Theorien geben (vgl. Kattmann 2003).

4.4 Die Erschließungsfelder

Auf der Grundlage der MNU-Empfehlungen Biologie (2001) wurden 13 Erschließungsfelder (vgl. Abb. 5) zur Strukturierung des Biologieunterrichts vorgeschlagen, welche Sichtweisen auf Phänomene erschließen sollen. Die Erschließungsfelder lassen sich in vier Gruppen einteilen, was die Vernetztheit der Begriffe zueinander konkretisiert:

- Fortpflanzung, Vielfalt, Angepasstheit
- Strukturen und Funktionen
- Stoff, Energie, Zeit, Ebenen
- Regulation, Wechselwirkung, Information

Die in der Gruppierung dick markierten Erschließungsfelder spielen im Rahmen der Unterrichtseinheit „Tiere im Jahresverlauf“, die während meiner Untersuchung unterrichtet wurde, eine besondere Rolle. Sie werden unter 4.4.1 gesondert erläutert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Die dreizehn Erschließungsfelder

Das Erschließungsfeld „Mensch“ nimmt eine Sonderstellung ein, da es ein Bindeglied zwischen dem fachwissenschaftlichen Gegenstand und den Lernenden mit ihren gesellschaftlichen Hintergründen darstellt. Nach Kattmann ist der Mensch sowohl Teil der Natur als auch Gegenüber der Natur. Als Teil der Natur stehen wir in den Erschließungsfeldern im Mittelpunkt der Betrachtung. Als Gegenüber betrachten wir Phänomene hinsichtlich ihrer Bedeutung für den Menschen. Gerade Schüler verwenden in ihren Aussagen über Organismen und Phänomene verstärkt diesen Aspekt. Neben dem utilitaristischen Zugang spielt der emotionale Zugang eine sehr wichtige Rolle (vgl. Verband Deutscher Biologen 2003, S.6.).

Im folgenden Abschnitt werden die unter 4.4. dick markierten Erschließungsfelder, die im Verlauf der Unterrichtseinheit „Tiere im Jahresverlauf“ von der Lehrerin der Experimentalklasse verstärkt im Unterricht verwendet wurden, erläutert (vgl. hierzu Arbeitsblätter im Anhang).

4.4.1 Angepasstheit

„Lebewesen besitzen Merkmale und Eigenschaften, mit denen sie an ihre Umwelt angepasst sind. Solche Merkmale nennt man Angepasstheiten.“

(Hausberg/ Schulenberg 2004, S.8.)

Lebewesen sind bezüglich Bau und Funktion an ihre Umwelt angepasst. Das Erschließungsfeld Angepasstheit thematisiert die Beziehung von Bau und Funktion zur Umwelt. Der Begriff der Angepasstheit sollte jedoch nicht mit dem Begriff der Anpassung gleichgesetzt werden, was immer noch in Biologiebüchern geschieht.

In der fachwissenschaftlichen Literatur wird fast ausschließlich von „Anpassung“ bzw.

„Adaptation“ gesprochen: Unter Anpassung (engl. adaptation) versteht man sowohl den Zustand der Eignung für eine bestimmte ökologische Nische oder ein Habitat, der sich auf

Strukturen, Organe, physiologische Leistungen und Verhaltensweisen beziehen kann, als auch den Vorgang, der zu dem charakterisierten Zustand führt (vgl. Sedlag/ Weinert 1987, S. 17ff.).

Mit „Anpassung“ wird in dieser Definition sowohl der Vorgang umschrieben, der zur Herausbildung der „passenden Form“ im evolutiven Sinne führt, als auch das Endergebnis dieses Vorgangs, also der Zustand, die „passende Form“ selbst.

In fachdidaktischen Veröffentlichungen hat sich für den Zustand der Begriff der „Angepasstheit“ durchgesetzt. Mit dem Begriff „Angepasstheit“ werden die evolutionär gewordenen Strukturen und Verhaltensweisen eines Organismus verstanden. Dabei gilt Angepasstheit als gegeben, wenn eine Struktur und die damit verbundene Funktion das Überleben eines Organismus bzw. die Weitergabe seines Genoms fördert. Mit „Anpassung“ werden nur die Prozesse beschrieben, die zur Angepasstheit führen (vgl. Rüther 1988).

Es lassen sich zwei Anpassungsprozesse unterscheiden:

- Stammesgeschichtliche (evolutive) Anpassung: Lebewesen besitzen vielfältige genetisch bestimmte Merkmale, mit denen sie in ihrem jeweiligen Lebensraum überleben können. Sie erscheinen oft an ihre Umgebung optimal angepasst.

Die Angepasstheit eines Individuums zeigt sich nicht primär im eigenen Überleben, sondern hängt auch vom Fortpflanzungserfolg und dem Überleben der Nachkommen ab (reproduktive Fitness).

Die Nachkommen einer Population, die im Vergleich zu ihren Artgenossen in der jeweiligen Ökologischen Nische vorteilhaftere Eigenschaften besitzen, haben in der Regel mehr Nachkommen. Diese passive Auswahl der Individuen mit dem größten Fortpflanzungserfolg nennt sich Selektion (Verband Deutscher Biologen 2003, S.11.).

- Individuelle Anpassung:

Die individuelle Anpassung kann sich in Form von physiologischen Reaktionen auf Umweltfaktoren zeigen oder durch Training und individuelle Lernprozesse erreicht werden.

Die Vorstellung, dass Lebewesen optimal an Umweltbedingungen angepasst sind, ist jedoch nur eingeschränkt gültig. Die Umweltbedingungen können sich beispielsweise schneller ändern, als dass neue Varianten in Population dominieren können. Ferner stellen viele Merkmale Kompromisse an verschiedene Funktionsbereiche dar und auch die anatomischen und morphologischen Strukturen der Organismen begrenzen die Veränderungsmöglichkeiten von Individuen (vgl. Verband Deutscher Biologen 2003, S.11.).

4.4.2 Struktur und Funktion

„Unter Struktur versteht man in der Biologie den Bau von Lebewesen. Mit ihrem Bau sind sie an bestimmte Aufgaben (Funktionen) angepasst, z.B. sich zu bewegen und zu ernähren. Zwischen Bau und Aufgabe gibt es einen Zusammenhang.“

(Hausberg/ Schulenberg 2004, S.8.)

Zu den wesentlichen Besonderheiten der Biologie gehört es, Strukturen von Lebewesen und Lebensprozessen eine biologische Bedeutung zuweisen zu können. Alle Organismen unterliegen dem Evolutionsprozess, durch den Strukturen geformt werden, die der jeweiligen biologischen Funktion gerecht werden. Ein wichtiges Prinzip, welches sich diesem Erschlie- ßungsfeld zuordnen lässt, ist beispielsweise das Prinzip der Oberflächenvergrößerung/- verkleinerung: Der Igel rollt sich zum Schutz vor Auskühlung kugelig zusammen, wodurch seine wärmeabgebende Oberfläche verkleinert wird (vgl. Knoll 1979, S.5.).

Das obige aus einem Biologiebuch stammende Zitat verdeutlicht die Wichtigkeit von Struktur und Funktion für den Biologieunterricht. Die Begriffe Struktur und Funktion sind keine genuin biologischen Begriffe, sondern allgemeine Begriffskonzepte, die in der biologischen Forschung dazu beitragen, die Vielfalt der Phänomene und Organismen zu ordnen. In der Biologie beschäftigen sich z.B. die Teildisziplinen Morphologie und Anatomie mit dem Aufbau biologischer Strukturen. Die Physiologie beschäftigt sich mit den Aufgaben und Leistungen dieser Strukturen, also mit deren Funktionen.

Funktionen sind immer an Strukturen gebunden und die Strukturen gewinnen erst durch den funktionalen Kontext an Bedeutung. Die Erschließungsfelder Struktur und Funktion hängen in vielfältiger Weise mit den anderen Erschließungsfeldern zusammen. So lassen sich die Erschließungsfelder Fortpflanzung, Wachstum und Bewegung als Funktionen beschreiben. Die Struktur kann gedeutet werden als Angepasstheit eines Organismus an einen Lebensraum. Damit Funktionen wie Fortpflanzung, Wachstum und Bewegung ablaufen können, wird Energie benötigt (vgl. Verband Deutscher Biologen 2003).

4.4.3 Energie

„Lebewesen nehmen Stoffe aus der Umgebung auf, wandeln sie um und geben Stoffe an die Umgebung ab. Manche Stoffe enthalten viel nutzbare Energie. Energie ist für alle Lebensvorgänge unbedingt notwendig.“ (Hausberg/ Schulenberg 2004, S.8.)

Das Erschließungsfeld „Energie“ eignet sich besonders gut zur Beschreibung und Erklärung biologischer Phänomene und Prozesse, denn der Austausch von Energie mit der externen Umwelt ist ein grundlegendes Merkmal des Lebens.

Lebewesen können als Energie umwandelnde, offene Systeme beschrieben werden. Sie sind gebunden an Stoffund Energieumwandlungen. Gerade in der Energiespeicherung und Nutzung z.B. in Form von mechanischer Energie, arbeiten lebende Systeme sehr ökonomisch. Die Instabilität von lebenden Organismen beruht auf permanenter Energieabgabe, die durch ständige Energiezufuhr (energiereiche Nahrungsstoffe oder Sonnenenergie bei Pflanzen) im Sinne eines Fließgleichgewichtes ausgeglichen wird.

Als heterotrophe Organismen nehmen Tiere Energie in Form von Nahrung auf. Die Nahrung wird durch enzymatische Hydrolyse verdaut, und energiereiche Moleküle werden von den Körperzellen aufgenommen und können zu chemischer Energie in Form von ATP umgewandelt werden. Diese chemische Energie treibt die Stoffwechselvorgänge im Körper an. Ein Tier tauscht mit seiner Umwelt ständig Energie aus, indem die Stoffwechselarbeit Energie erzeugt, die das Tier an die Umgebung abgibt (vgl. Campbell 2000, S. 862f.).

Das Energiekonzept ist sehr schwer für Jugendliche zu verstehen, da Energie „als solche“ nicht greifbar ist und einen abstrakten Begriff darstellt. Jedoch lassen sich viele stoffliche Prozesse im Organismus oder im Ökosystem erst dann erschließen, wenn sie mit dem Energiekonzept in Verbindung gebracht werden. Erst so eröffnet sich ihr biologischer Sinn und ihre innere Dynamik (vgl. Verband Deutscher Biologen 2003, S.24.). Beim Thema „Tiere im Jahresverlauf“ muss das Erschließungsfeld Energie in den Unterricht einbezogen werden, da sich mit ihm die Lebensvorgänge und die Thermoregulation von Tieren im Winter beschreiben lassen. Da die Energieform „Wärme“ in keine andere nützlichere Energieform umgewandelt werden kann, wird sie zumeist bei Poikilothermen ungehindert und bei Homoiothermen durch Isolationsmechanismen verlangsamt an die Umgebung abgegeben. Im Winter müssen Tiere ihren Wärmehaushalt durch Thermoregulation aufrechterhalten. Die Thermoregulation kann dabei durch physiologische Anpassungen, wie z.B. Veränderung der Körperoberfläche zur Beeinflussung der Wärmeaustauschrate (Isolation durch Fell, Federn, Fettgewebe), aktives Aufsuchen von Orten angenehmen Klimas und Veränderung der Produktionsrate von Stoffwechselwärme (Kältezittern), erfolgen (vgl. Campbell 2000).

Mithilfe des Erschließungsfeldes Energie soll den Schüler verdeutlicht werden, dass alle Lebewesen Energie zur Aufrechterhaltung ihrer Stoffwechselvorgänge benötigen. Diese wird von Tieren in Form von Nahrung aufgenommen.

4.4.4 Regulation

„Viele Zustände und Vorgänge im Körper eines Lebewesens werden geregelt. Dadurch werden die Bedingungen im Körper beständig stabil. Die Körpertemperatur des Menschen ist ein Beispiel für Regulation.“ (Hausberg/ Schulenberg 2004, S.8.)

An dem aus dem Zitat des Biologiebuches genannten Beispiel der Körpertemperatur des Menschen lässt sich das Erschließungsfeld Regulation gut beschreiben. Ob es kalt ist oder warm, die Temperatur im „Körperkern“ eines Menschen bleibt weitgehend konstant. Lebewesen stehen als offene Systeme in einer selbsterhaltenden, geregelten Beziehung zum System ihrer Umwelt. Die Homöostase, also das ständige Bestreben des Organismus, verschiedene physiologische Funktionen (wie Körpertemperatur, Pulsschlag, Blutzuckerspiegel u.a.) einander anzugleichen und diesen Zustand möglichst konstant zu halten, war eine Voraussetzung für die Entstehung des Lebens und ist auch heute noch eine Bedingung für seinen Bestand.

Jedoch bringt Homöostase nicht nur Nutzen mit sich, sondern verursacht auch „Kosten“, da homöotherme Tiere zur Konstanterhaltung der Temperatur einen Großteil der aufgenommenen Energie benötigen. Wechselwarme Organismen vermeiden diese Kosten, sind aber mit ihrer Körpertemperatur viel stärker von der Umwelt abhängig.

Regulation ist aber nicht nur auf die organismische Ebene beschränkt. Sie findet sich sowohl in Ökosystemen (Räuber-Beute-Beziehung) als auch auf molekularer Ebene (vgl. Verband Deutscher Biologen 2003).

4.5 Kritische Betrachtung der Erschließungsfelder

Wie die Arbeit mit den Erschießungsfeldern konkret im Unterricht vonstatten gehen soll, wird von den Autoren Freiman, Ballmann und den Autoren des MNU nicht weiter erläutert (vgl. Freiman 2001, Verband Deutscher Biologen 2003, MNU 2001). Es wird konstatiert, dass sie dem Lehrer zunächst bei der Unterrichtsplanung als „methodisches Hilfsmittel“ dienen und anschließend Schüler durch Anwendung dieser Erschließungsfelder von alleine zu einem Systemdenken geführt werden sollen. Fraglich ist jedoch, ob sich für Schüler durch „Transferleistungen“ tatsächlich im Unterrichtsverlauf immer wieder Erschließungsfelder öffnen lassen. Grundlegend geht es darum, das allgemeine Prinzip in einem speziellen Beispiel zu suchen. Hierfür müssen die Schüler erkennen, wofür das Beispiel stehen könnte. Und dies geht nur durch Vergleichen, mit dem Entdecken von Gemeinsamkeiten (Vernetzungen). Man kann nicht erwarten, dass ein einziges Beispiel zum Verstehen des Erschlie- ßungsfeldes Angepasstheit reicht. Das Erschließungsfeld muss immer wieder durch viele andere Beispiele in den Unterricht eingebracht werden.

[...]

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^[1] In der folgenden Arbeit wird aus Gründen einer besseren Lesbarkeit und Verständlichkeit weitgehend darauf verzichtet, die weiblichen Formen von Schülern, Lehrern usw. zu verwenden. Grundsätzlich sind beide Geschlechter gemeint.

^[2] Wagenschein begründete seine Kritik am linearen Unterrichtsaufbau darin, dass dieser Aufbau nicht pädagogisch sei, da mit diesem Aufbau nur das fertige Fach und somit auch der „fertige Mensch“ gesehen wird und nicht das heranwachsende Individuum. Er forderte die Beschränkung auf Auswahlprinzipien, die Beschränkung auf das „Wesentliche“. Als Lösungsansatz stellt er hierfür (nicht nur) für den naturwissenschaftlichen Unterricht das Prinzip des „Exemplarischen Lehrens“ vor, welches im Einzelnen das Ganze sucht. Nach Wagenschein würden eine Beschränkung auf Erscheinungen (Phänomene) und der Verzicht auf eine wiederholte Theoretisierung sowohl für die Schüler als auch für die Lehrerin/ den Lehrer eine ungeheure Erleichterung schaffen (vgl. Wagenschein 1966, S.12.).

^[3] Die "Dritte Internationale Mathematikund Naturwissenschaftsstudie" (Third International Mathematics and Science Study - TIMSS) ist eine international vergleichende Schulleistungsuntersuchung, die von der International Association for the Evaluation of Educational Achievement (IEA) durchgeführt wurde. Die deutsche Forschergruppe setzt sich aus dem IPN (Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften an der Universität Kiel), dem Max-Plank-Institut für Bildungsforschung und der Humboldt-Universität Berlin zusammen.

^[4] Der Begriff „Proposition“ ist ein aus der Linguistik entlehnter Begriff. Man versteht unter diesem Begriff die kleinste Bedeutungseinheit, die als selbstständige Behauptung stehen bleiben kann. Sie ist die kleinste Einheit eines Ereignisses oder einer sprachlichen Aussage, die als falsch oder wahr beurteilt werden kann. Propositionen sind somit grundlegende Bedeutungseinheiten, aus denen sich Wissensstrukturen zusammensetzen. (vgl. Gropengießer 2001, S.22f.)

^[5] Unter „Organisierer“ werden Begriffe oder Regeln verstanden. Ist das neue Lernmaterial (z.B. wechselwarme und gleichwarme Tiere) dem Lernendem noch unbekannt, so können Begriffe oder Regeln (Organisierer) verwendet werden, die all das umfassen, was an relevantem Wissen existiert, um den Unterschied zwischen wechselwarmen und gleichwarmen Tieren plausibel zu machen (vgl. Seel 2003, S.156.)

^[6] "Unter Kognitionen versteht man jene Vorgänge, durch die ein Organismus Kenntnis von seiner Umwelt erlangt. Im menschlichen Bereich sind dies besonders: Wahrnehmung, Vorstellung, Denken, Urteilen, Sprache. Durch Kognition wird Wissen erworben." (Edelmann 1995, S. 8.)

^[7] Die EPA’s unterscheiden hierbei vier Kompetenzbereiche: 1.) Fachwissen: Dieser Bereich umfasst neben allgemein bedeutsamen biologischen Phänomenen auch die Basiskonzepte, die Themen verbindend sein sollen. 2.) Erkenntnisgewinnung: fachspezifische Arbeitsmethoden, vor allem Grundstrukturen naturwissenschaftlicher Erkenntniswege mit ihren Elementen (Phänomene erkennen -> Hypothesenbildung -> experimentelle Überprüfung-> Falsifikation von Hypothesen und Induktion und Deduktion).3.) Kommunikation: das Erschließen und der Austausch von Informationen stehen sowohl auf im eigenen Unterricht als auch fächerübergreifend im Mittelpunkt. 4.) Bewertung: Erkennen von biologischen Sachverhalten in verschiedenen Kontexten.

^[8] Im Rahmen von Pisa wird der „Scientific Literacy“ wie folgt definiert: „Naturwissenschaftliche Grundbildung (Scientific Literacy) ist die Fähigkeit, naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden, naturwissenschaftliche Fragen zu erkennen und aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen, um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen, welche die natürliche Welt und die durch menschliches Handeln an ihr vorgenommenen Veränderungen betreffen.“ (Deutsches PISA-Konsortium (Hrsg.) 2000, S.60.)

^[9] Der Begriff „Erschließungsfeld“ war unter den Herausgebern der Handreichung des Verbandes Deutscher Biologen, welche die Erschließungsfelder und die Arbeit mit den Erschließungsfeldern erstellten, lange Zeit umstritten. Zuerst wurde mit dem Begriff „Konstrukte“ gearbeitet, da die Erschließungsfelder nichts anderes als Absprachen unter Menschen sind, die lediglich dazu dienen, biologische Phänomene zu vermitteln (vgl. Verband Deutscher Biologen 2003, S.5f.). Aufgrund seiner negativen Konnotation wurde dieser Begriff nach Jürgen Langlet (Email vom 13.5.2005) durch den Begriff „Verstehensfelder“ ersetzt. Da das Verstehen zu hoch gegriffen sei, wurden zum Schluss die „Erschließungsfelder“ in die Diskussionen aufgenommen, da sich Schüler mit diesen Begriffen die Biologie erschließen sollen.