Unterrichtsstunde Membranaufbau (Biologie 11. Klasse Gymnasium)

Inhaltsverzeichnis

Schwerpunkt

Lernziele

Lernausgangslage

Didaktisch-methodischer Kommentar

Literatur

Anhang

Funktion der Phase/didaktischer Kommentar

Schwerpunkt

Der Schwerpunkt der Unterrichtsreihe liegt in der Auseinandersetzung mit dem Aufbau von Biomembranen. Die Schülerinnen und Schüler werden in der heutigen Stunde selbstständig und handlungsorientiert eine erste Modellvorstellung zur Biomembran entwickeln. Dazu müssen sie Textinformationen genau lesen und beachten, damit ihre Modellvorstellung bestimmten Grundannahmen entspricht.

Lernziele

Die Schülerinnen und Schüler erwerben in dieser Unterrichtsreihe Wissen über den Aufbau von Lipiden, insbesondere Phospholipiden und gewinnen Erkenntnisse über den Aufbau von Biomembranen. In dieser Unterrichtsstunde sollen die Schülerinnen und Schüler in arbeitsgleicher Gruppenarbeit anhand von Textinformationen über die Grundannahmen von DAVSON und DANIELLI diese Modellvorstellung zum Aufbau der Biomembran entwickeln und nachvollziehen.

Teillernziele:

Die Schülerinnen und Schüler sollen…

- Texte bewusst lesen und dazu passende Abbildungen genau beachten.
- Textinformationen bzw. Beobachtungen und Sachverhalte in ein Modell umsetzen.
- ihre Teamfähigkeit und Kooperationsbereitschaft ausbauen, indem sie innerhalb der Gruppe gemeinsam über verschiedene Lösungsstrategien diskutieren und ein gemeinsames Produkt (die Modellvorstellung einer Biomembran) schaffen.
- ( mögliche verschiedene) Modellvorstellungen aufgrund von Annahmen hinterfragen und überprüfen.
- die Fachtermini „peripheres Protein“, „Phospholipid-Doppelschicht“ und „Sandwichmodell“ kennen lernen.
- ihr Modell skizzieren und unter Berücksichtigung der Fachtermini beschriften.

Die Entwicklung dieses Modells ist ein gutes Beispiel dafür, wie Wissenschaftler auf früheren Beobachtungen und Ideen aufbauen und Modelle als Arbeitshypothesen entwickeln. So gewinnen die Schülerinnen und Schüler Einblicke darüber wie naturwissenschaftliche Forschung funktioniert. Sie lernen, dass Modelle/ Modellvorstellungen aufgrund neuer Befunde verfeinert oder ersetzt werden müssen.

Lernausgangslage

Ich besuche den Grundkurs Biologie der 11. Jahrgangsstufe seit Beginn des Schuljahres und unterrichte in diesem im Rahmen meines Ausbildungsunterrichts drei Stunden wöchentlich seit Anfang September. Der Kurs wird von 10 Mädchen und 10 Jungen besucht.

Vorwissen: Die Schülerinnen und Schüler haben Membranen bereits als abgrenzende „Häutchen“ bei den Themen Zellbestandteile und Zellorganelle kennen gelernt. Sie wissen, dass Lipide und Proteine Hauptbestandteile von Biomembranen sind, kennen jedoch die Anordnung dieser Moleküle im Membranverband nicht. Sie verfügen über Kenntnisse des Aufbaus von Membranlipiden (Phospholipiden), nicht jedoch über den strukturellen Aufbau von Proteinen. In den vorhergehenden Stunden wurde die Anordnung der Phospholipide an der Wasseroberfläche besprochen sowie die Begriffe hydrophil und hydrophob wiederholt. In der letzen Stunde wurde anhand des Rotkohlversuchs erarbeitet, dass auch Proteine Bestandteile der Biomembran sind. Dieses Vorwissen bildet die Grundlage zum Verständnis der heutigen Erkenntnisse.

Modelle: Die Arbeit mit Modellen sollte den Schülerinnen und Schüler aus der Sekundarstufe I bekannt sein und wurde in dieser Unterrichtsreihe noch nicht vertiefend thematisiert. In einer Stunde zum Aufbau von Lipiden (Triglyceriden) wurde ein räumliches Stäbchenmodell zur Veranschaulichung der Struktur angefertigt und die Vor- und Nachteile von Modellen in den Naturwissenschaften lediglich kurz erörtert sowie auf die korrekte Verwendung der Begrifflichkeit (Modell und Original) geachtet.

Arbeitsweise: In der heutigen Stunde arbeiten die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen. Ich erwarte eine konstruktive Zusammenarbeit in diesen Gruppen, da die Kursmitglieder Gruppenarbeiten aus dem Unterricht gewohnt sind und das Lernklima insgesamt als positiv beschrieben werden kann. Ich werde diese Gruppen festlegen, um leistungsheterogene Gruppen zu schaffen. Zusätzlich spricht für die Einteilung durch den Lehrer, dass Schülerinnen oder Schüler mit anderen in Kontakt kommen, mit denen sie vorher noch nicht zusammen gearbeitet haben.

Der Kurs muss für die heutige unterrichtspraktische Prüfung vom Standort Lindenstraße zum Standort Rahser wechseln.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Die Unterrichtsreihe „Kompartimentierung – Aufbau von Biomembranen“ ist durch die Richtlinien und Lehrpläne des Faches Biologie in der Sekundarstufe II – Gymnasium/Gesamtschule in NRW unter dem Fachinhalt „Bau und Funktion von Biomembranen“ (Richtlinien S.20) und durch das schulinterne Curriculum legitimiert. Modelle im Biologieunterricht der gymnasialen Oberstufe sind laut Lehrplan definiert als „eine Einengung und Simulation der Realität zum Zwecke der Veranschaulichung und Erkenntnisgewinnung" (Richtlinien S. 63).

Eines der Erziehungs- und Bildungsziele des Biologieunterrichts nach SPÖRHASE-EICHMANN und RUPPERT lautet, das „Denken in Modellen“ zu fördern. Die Schülerinnen und Schüler sollen Modelle als Repräsentanten der Wirklichkeit verstehen, die in der Naturwissenschaft dazu dienen, Beobachtungen und Sachverhalte zu erklären. Die Autoren definieren Modelle als die vereinfachte Darstellung eines Originals, die nicht alle Eigenschaften des Originals aufweist, sondern auf eine Auswahl von Eigenschaften fokussiert ist (S. 155). Diese Auswahl erfolgt nach LEIBOLD und KLAUTKE ziel- bzw. adressatenorientiert, d.h. im Modell sind diejenigen Eigenschaften des Originals vorrangig repräsentiert, die zu dessen Verständnis notwendig sind. Modelle helfen somit im Erkenntnisprozess, weil die strukturelle Reduktion das Verständnis wesentlich erleichtern. Modellbildung und Modellvorstellungen in der gymnasialen Oberstufe haben die Funktion, kausalanalytisch gewonnene Daten zu verknüpfen und übergeordnete Zusammenhänge herzustellen. Die Entwicklung und Anwendung einer Modellvorstellung schult außerdem das abstrakte Denkvermögen und erfordert kreative Vorgehensweisen (Richtlinien S. 6). Über die Vorgaben des Rahmenplans hinaus spricht für den Modelleinsatz, dass Modelle im Unterricht insofern eine besondere Bedeutung zukommt, als dass sie Zugangsweisen für unterschiedliche Lerntypen (haptisch, visuell) bieten.

Die Schülerinnen und Schüler sollen schließlich den prinzipiell vorläufigen Charakter von Modellvorstellungen erfahren: neue Befunde, die vielfach aufgrund des Einsatzes neuer Methoden und Techniken gewonnen werden, können dazu führen, dass ein bestehendes Modell verfeinert oder sogar ganz durch ein neues Modell ersetzt werden muss. Die oben genannten Richtlinien und Lehrpläne verlangen, in der Jahrgangsstufe 11 entweder am Beispiel der Modelle der Enzymwirkung und Enzymregulation oder am Beispiel der Modelle von Membranen und Transportvorgängen „das Prinzip der Modellbildung [...] intensiv nachzuvollziehen“ (Richtlinien S.18). Die hier konzipierte Schulstunde soll wesentlich dazu beitragen, diesen Vorgaben gerecht zu werden.

Der Schwerpunkt dieser Stunde soll dabei allerdings weniger bei einem vollständigen Nachstellen des historischen Ablaufs der Entwicklung der Modellvorstellung zum Aufbau der Biomembran liegen, sondern vielmehr darauf, den Schülerinnen und Schülern – indem sie selbständig und handlungsorientiert ein Modell nachbauen sollen – am Beispiel der Modellvorstellung der Biomembran von DAVSON und DANIELLI allgemein das Prinzip der Modellbildung be-„greiflich“ zu machen. Sie sollen also selber erfahren, dass man in der Naturwissenschaft Modelle aufgrund von bestimmter Annahmen, Beobachtungen und/oder Sachverhalten konstruiert.

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