Nachweis von Bakterien - Unterichtsvorbereitung für das Fach Biologie

1. Didaktisch - methodische Analyse

Das Thema „Bakterien“ ist unter drei Aspekten für die Schüler und die Gesellschaft wichtig. Dazu gehören: der Gesundheitsaspekt, der ökologische und der biologische Aspekt.

1.1 Bedeutung des Themas für die Schüler:

Die Behandlung der Bakterien unter dem Gesundheitsaspekt ist im Kontext der Körperpflege und Hygienemaßnahmen allgemein relevant. Daran knüpft die Bedeutung der Bakterien als Krankheitserreger und der Bakterien im Zusammenhang mit Infektionserkrankungen, aber auch Seuchen und Infektionsketten an. Daraus resultiert die Relevanz der Vorbeugung von Infektionen und Infektionsübertragung, aber auch die Bedeutung der körperlichen Abwehr, nämlich des Immunsystems.

Der ökologische und biologische Aspekt ist für die Schüler bedeutend, weil daran der Nutzen der Bakterien in der Umwelt und die Verwendung der Bakterien deutlich wird. Unter diesem Aspekten lernen Schüler die Bakterien aus der positiven Sicht kennen.

In der Ökologie lernen Schüler, wie sich Bakterien als Destruenten in den Kreisläufen der Stoffe beteiligen. Dazu gehört besonders die Regeneration des Kohlendioxids im Kreislauf des Kohlenstoffs, aber auch der Nitrifikation und Denitrifikation im Kreislauf des Stickstoffs. Aus biotechnologischer Sicht lernen Schüler Prozesse kennen, bei denen Bakterien verwendet werden. Dazu gehören:

- Lebensmittelherstellung (z.B. Joghurt, Alkoholherstellung)
- Rohstoffumwandlung (z.B. bei Essigproduktion)
- Arzneimittelherstellung (z.B. Insulin)
- Umweltverfahren (z.B. Abwasserreinigung).

Die Verwendung der Bakterien in der Biotechnologie knüpft an andere Themen an, in denen Bakterien eine große Rolle spielen und die für die Schüler wichtig sind. Ein Beispiel hierfür ist die Genetik. Die Bakterien in der Genetik sind neben der Verwendung bei technologischen Prozessen. als Modellobjekte unentbehrlich. Viele Erkenntnisse der Genetik wurden durch Versuche mit Bakterien gewonnen, z.B. die semikonservative DNA-Replikation. Bakterien werden an Stelle anderer Lebewesen zur Untersuchung genetischer Grundlagen verwendet, weil ihre Biochemie mit anderen Lebewesen übereinstimmt.

Ebenso sind Bakterien für die Schüler in der Cytologie und in der Evolution von Bedeutung, d.h. der Vergleich der Bakterien mit höheren Organismen, bzw. einer Prokaryontenzelle mit einer Eukaryontenzelle, aber auch Prokaryontenzellen als Grundlage der Entwicklung von Eukaryontenzellen.

1.2 Bedeutung des Themas für die Gesellschaft

Aus dem gesundheitlichen Aspekt sind Bakterien im Hinblick auf Verbreitung der Epidemien durch Reisen und Immigration für die Gesellschaft wichtig. Darunter fallen verantwortungsbewusster Umgang mit Infektionen durch Vorbeugungsmaßnahmen (z.B. Impfung), aber auch Behandlung und Bekämpfung der Infektionen.

Was sowohl den gesundheitlichen als auch den biotechnologischen Aspekt betrifft, ist das Thema beim Einsatz der Antibiotika relevant. Hier wird natürlich auch an die Verantwortung appelliert. Der verantwortungsbewusste Umgang mit Antibiotika ist deshalb für die Gesellschaft bedeutend, weil immer wieder neu auftretende Bakterienstämme mit neuen Antibiotika bekämpft werden müssen. Man spricht daher von einem Wettrüsten zwischen Räuber und Beute. Dabei besteht die Gefahr, dass das Gleichgewicht sich zu Gunsten der Räuber, d.h. der Bakterien verschiebt.

Zudem ist der biotechnologische Aspekt im Zusammenhang mit Einsatz von Methoden besonders in der Genetik von gesellschaftlichen Interesse. So ist auch der kritische Umgang mit dem Thema, aber auch der Umgang der Medien mit diesem Thema wichtig.

1.3 Methodische Überlegungen

Schüler kennen Bakterien unter dem negativen Aspekt als Krankheits- und Infektionserreger, im Zusammenhang mit Wundbehandlung, Vorsorgeimpfung und Körperpflege, bakteriellen Erkrankungen, sowie deren Vorbeugung und Behandlung. Auch in ihrer Bedeutung in Form Gesellschaft, d.h. Bedeutung von Seuchen und Infektionen begegnen sie dem Schüler. Man kann daher unter diesem Aspekt Bakterien, z.B. im Kontext von Seuchen und der Infektionsgefahr für den Menschen durch Übertragung behandeln.

Unter Berücksichtigung des genannten Vorwissens, das im Verlauf der Stunde noch abgefragt werden soll, und im Hinblick auf das Stundenziel soll die Stunde daher mit einem Text über die Versuche Robert Kochs in der Bakterienforschung begonnen werden. Auf diese Weise sollen die Schüler einerseits lernen, kurze Texte sinnerfassend zu lesen und wichtige Inhalte, die für die weitere Stunde von Bedeutung sind, zu erkennen (unterstreichen). Andererseits sollen die Schüler auf Grundlage des Textes wissenschaftliche Arbeitsweisen kennen lernen, die sie im Verlauf der Stunde selber praktisch durchführen werden.

Als Alternative bietet sich z.B. an, den negativen Aspekt an Hand der überlieferten Pestepidemien zu erläutern. Auf diese soll allerdings in dieser Stunde verzichtet werden, da sich aus historischen Quellen der Pestepidemien zu viele Fragen ergeben würden, die nicht zum Stundenziel führen, nämlich dem forschenden Arbeiten in Anlehnung an die Versuche Robert Kochs.

Da der Text sowohl von der Länge als auch vom Schwierigkeitsgrad her einfach einzuschätzen ist, ist nicht damit zu rechnen, dass Verständnisfragen aufkommen werden.

Nicht das erarbeiten wissenschaftlicher Text, sondern primär das praktische Arbeiten soll im Zentrum dieser Stunde stehen. Die Stunde soll motivationsfördernd, handlungsorientiert und in Anlehnung an das forschende Lernen sein.

Die Erarbeitung des Vorkommens von Bakterien in unserer Umwelt soll den Schülern einerseits die Vielfältigkeit dieser Mikroorganismen aufzeigen, andererseits soll dies für weniger gute Schüler eine Hilfestellung im praktischen Teil des Beimpfens der Nährboden sein.

Die in der Schule erlaubten Versuche lassen sich folgenden Gruppen zuordnen:

1. Erlernen mikrobiologischer Techniken: Autoklavieren; Gießen und Beimpfen von Nähragarplatten, Färbemethoden, steriles Arbeiten.
2. Bestimmung des Keimgehaltes von Luft, Wasser, der Oberflächen von Gegenständen und der Haut des Menschen.
3. Nachweis der Antibiotikawirkung.
4. Abbau organischer Substanz durch Bakterien, z.B. Abbau von Cellulose durch Kompostbakterien.

Der praktische Teil bewegt sich einerseits im erlaubten Rahmen des Umgangs mit Bakterien in der Schule, andererseits soll der Versuch die Motivation und die Erwartungshaltung der Schüler auf die nächste Stunde fördern.

Das Sammeln von Lebensräumen, wo nach Bakterien gesucht werden kann, soll den Schülern eine Hilfestellung bieten, aber auch gleichzeitig die Vielfalt der Untersuchungsorte gewährleisten.

Bevor die Arbeit mit den Agarplatten beginnen kann, soll den Schülern noch einmal der Zusammenhang zwischen dem historischen Text und der folgenden Arbeit klar gemacht werden. Dieser Übergang stellt die Schlüsselstelle der Stunde dar. Diese Phase stellt das Bindeglied zwischen den zwei Blöcken der Stunde dar und verbindet theoretische Textarbeit mit historischen Bezug und praktischer, modernen Areitsweise.

Damit die Schüler die Arbeitstechniken des Züchtens von Bakterienkulturen nachvollziehen können, wird ihnen die Herstellung der Agarplatten beschrieben.

Anschließend sollen die Schüler zu zweit das Vorkommen von Bakterien mit Hilfe der Agarplatten überprüfen.

Um zu gewährleisten, dass durch falschen Umgang mit den Platten Gefährdungen oder nicht eindeutige Ergebnisse entstehen, müssen die Schalen mit Klebeband verschlossen und beschriftet werden. Unsachgemäßer Umgang, d.h. das öffnen der Schalen vor der Bebrütung und/oder das Öffnen der bebrüteten Kulturen, bringt einerseits keine eindeutigen Ergebnisse, andererseits kann der Kontakt mit bebrüteten und vermehrten Bakterienstämmen gefährlich für die Gesundheit der Schüler werden.

Als weniger gefährdende und theoretischere Alternative kann man, da in der Schule nicht mit pathogenen Bakterien experimentieren darf, das Thema durch Mikroskopieren von Dauerpräperaten und das Zeigen von Dias und Filmen veranschaulicht werden. Hinzu kommen Texte (z.B. Beschreibung einer Pest- oder Cholera-Epidemie), Grafiken und Statistiken und der fächerübergreifende Unterricht mit dem Fach Geschichte. Diese Alternative stellt für die Schüler einen geringeren emotionalen Zugang zum Thema dar und soll deshalb keine Anwendung finden.

Ausblick:

Ein Aspekt, der an das Thema anknüpft, ist die Aufbewahrung von Lebensmitteln. Zur Lagerung der Lebensmittel gehört neben der Aufbewahrung als Schutz vor Insekten, der Schutz vor Zerfall der Nahrungsmittel durch Bakterien, d.h. die Konservierung der Nahrungsmittel und die Konservierungsmethoden. Die Darstellung der Konservierungsmethoden soll im weiteren Verlauf des Unterrichts mit Hilfe von Experimenten behandelt werden. Es kann beispielsweise Sauerkraut hergestellt, die Haltbarkeit von Fleisch in Kochsalz und Wasser untersucht, die Haltbarkeit von Früchten durch Einzuckern betrachtet oder auch Fleisch sauer eingelegt werden. Im Kontext mit Nahrungsmitteln soll auch die Bedeutung der Bakterien bei der Lebensmittelherstellung und anderen biochemischen Prozessen besprochen werden. In den nächsten Stunden sollen die Schüler z.B. Joghurt und Wein herstellen. Dabei lernen Schüler Bakterien von der positiven Seite kennen

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