Materialien
Übersicht der Materialien:
- Expedition Erdreich - Unterrichtsmaterialien zum Thema Boden
- Evolution unterrichten mit Beispielaufgaben
- Unterrichtseinheit zum Thema Miesmuschel
- Ökologie - Computerprogramm SimBioSee
- Biologie im Kontext
- Forschungsdialog: System Erde - Primarstufe
- Forschungsdialog: System Erde - Sekundarstufe II
Expedition Erdreich
Unterrichtsmaterialien zum Thema Boden
| Gesunde Böden sind vielfältig, wertvoll und vor allem: extrem wichtig. Sie sind Lebensraum für Pflanzen und Tiere, sichern unsere Nahrungsmittelproduktion, filtern Schadstoffe aus unserem Trinkwasser und spielen eine große Rolle für das Klima und den Erhalt der Artenvielfalt. | |
 |
Im Zentrum des Wissenschaftsjahres 2020/21, das den Chancen und Herausforderungen der Bioökonomie nachgeht, steht die Citizen-Science-Aktion Expedition Erdreich. Ziel dieser Aktion ist es, zusammen mit Bürgerinnen und Bürgern die zahlreichen Eigenschaften von Böden kennenzulernen und mittels wissenschaftlicher Methoden selbst zu erforschen. Um diese Expedition ins Erdreich didaktisch und methodisch zu begleiten, wurden am IPN unter der Leitung von Frau Prof. Harms und Dr. Carola Garrecht ein umfangreiches Lehr- und Arbeitsmaterial sowie ein Aktionsheft zur Citizen-Science-Aktion entwickelt. Die praxisorientierten Materialen behandeln das Thema Boden im Kontext einer Bildung für Nachhaltigkeit und können begleitend oder auch unabhängig von der Aktion im Unterricht eingesetzt werden. |
| An die Schaufeln – fertig – los! Alle Materialien stehen auf der Homepage des Projekts für Sie kostenlos zur Verfügung: https://www.expedition-erdreich.de/de/downloads-1741.html. | |
Evolution unterrichten mit Beispielaufgaben
| 1 Unterrichten mit Beispielaufgaben |
|
|
Beispielaufgaben sind eine besondere Form von Aufgaben, die neben einer Problem-Stellung auch die notwendigen Problem-Lösungsschritte und die abschließende Problem-Lösung selbst beinhalten. Im Gegensatz zu den allgemein bekannten Problemlöseaufgaben ist der Lösungsweg bei Beispielaufgaben also bereits ausgearbeitet und muss von den Lernenden nicht selbst erarbeitet werden. Beispielaufgaben veranschaulichen Beispiel-gebend den vollständigen gedanklichen Weg von einem Problem bis zu dessen Lösung. Der Einsatz von Beispielaufgaben hat sich besonders am Anfang eines neuen Lernprozesses und bei komplexen Lerninhalten als lernförderlich erwiesen. Die Lernenden können sich dabei zunächst vollständig auf das Nachvoll-ziehen und das Begreifen der dem Problem zugrunde liegenden allgemeinen Prinzipien (z.B. Selektion als Mechanismus der Artentstehung) und deren |
|
|
Anwendung konzentrieren, ohne das Problem gleich selbst lösen zu müssen; denn dieses wird beispielhaft für sie gelöst. Beispielaufgaben sollen so zum Aufbau grundlegender kognitiver Wissensschemata bei den Lernenden führen. Diese Schemata werden nach dem Durcharbeiten von Beispielaufgaben durch das Bearbeiten analoger Problemlöseaufgaben, Aufgaben also, denen das gleiche allgemeine Prinzip zu Grunde liegt (z.B. das Wissensschema: „Selektion als Mechanismus der Artentstehung“), gefestigt. Der Einsatz von Beispielaufgaben hat sich besonders am Anfang eines neuen Lernprozesses und bei komplexen Lerninhalten als lernförderlich erwiesen. Die Lernenden können sich dabei zunächst vollständig auf das Nachvollziehen und das Begreifen der dem Problem zugrunde liegenden allgemeinen Prinzipien (z.B. Selektion als Mechanismus der Artentstehung) und deren Anwendung konzentrieren, ohne das Problem gleich selbst lösen zu müssen; denn dieses wird beispielhaft für sie gelöst. Beispielaufgaben sollen so zum Aufbau grundlegender kognitiver Wissensschemata bei den Lernenden führen. Diese Schemata werden nach dem Durcharbeiten von Beispielaufgaben durch das Bearbeiten analoger Problemlöseaufgaben, Aufgaben also, denen das gleiche allgemeine Prinzip zu Grunde liegt (z.B. das Wissensschema: „Selektion als Mechanismus der Artentstehung“), gefestigt. |
|
|
Beispielaufgaben zeichnen sich insbesondere durch zwei Merkmale aus, die den Erwerb von Wissensschemata und damit den Lernerfolg unterstützen. |
|
|
Merkmal 1: Gliederung einer Beispielaufgabe in einzelne Einheiten |
|
|
Der Lösungstext weist eine starke Gliederung in kleine, gut überschaubare gedankliche Einheiten und Abschnitte auf. Das Ende solch einer Einheit (z.B. die Beschreibung eines Lösungsschritts) wird zusätzlich durch einen Seitenwechsel hervorgehoben. Auf diese Weise wird das Erkennen (a) der einzelnen notwendigen Lösungsschritte und (b) der Struktur der Lösung unterstützt. |
|
|
Merkmal 2: Bildung von Beispielaufgaben-Lehrgängen |
|
|
Für die Vermittlung eines grundlegenden, allgemeinen Prinzips werden mehrere Beispielaufgaben zu einem Lehrgang zusammengestellt. Das Prinzip wird jeweils in verschiedene Anwendungssituationen oder Kontexte eingebettet. Auf diese Weise wird das gemeinsame fachlich Prinzipielle, die Tiefenstruktur der Beispielaufgaben, deutlich gemacht. Oberflächenmerkmale der Aufgaben, beispielsweise ob das Prinzip an einem botanischen oder an einem zoologischen Beispiel thematisiert wird, geraten so in den Hintergrund. Durch das Erkennen der Tiefenstruktur der Aufgaben (z.B. „Selektion als Mechanismus der Artentstehung“) wird der analoge Wissensschemaerwerb unterstützt. |
|
| Um die Lernenden zu einer aktiven Auseinandersetzung mit der vorgegebenen Lösung der Beispielaufgabe zu motivieren, hat es sich bewährt, sogenannte Lernimpulse in die Beispielaufgaben zu integrieren. Es handelt sich dabei um inhaltsspezifische Fragen oder Denkanstöße, die an geeigneter Stelle in den Lösungstext integriert sind. Je nach Vorwissen der Lernenden können die Lernimpulse im Anforderungsniveau variiert werden. Für Lernende mit geringem Vorwissen eignen sich Lernimpulse, die darauf abzielen, das bereits Gelesene nachzuvollziehen. Bei hohem Vorwissen sind Lernimpulse geeignet, die dazu anregen, das eigene Vorwissen zu nutzen und eventuell auch die nachfolgenden Schritte zu antizipieren. | |
|
Abb. Pfauenpaar (© Rossella – stock.adobe.com) |
|
|
2 Beispielaufgaben für den Evolutionsunterricht Beispielaufgaben mit vorwissensangepassten Lernimpulsen zum Thema Evolution für die Jahrgangsstufe 10 finden Sie in der Tabelle 1. Die Evolution stellt zum einen den integrativen Rahmen der Biologie, zum anderen aber auch einen eigenen disziplinären Themenbereich der Biologie dar. Die große inhaltliche Komplexität und der hohe Abstraktheitsgrad der grundlegenden fachlichen Prinzipien und Konzepte der Evolution bedeuten eine große Herausforderung für Lernende. Beispielaufgaben sind geeignet um den hohen kognitiven Anspruch, den das Lernen der Evolution an Schülerinnen und Schüler stellt, zu reduzieren. In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt wurden zur Untersuchung der Wirkung des Lernens mit Beispielaufgaben zu zwei ausgewählten Prinzipien der Evolution, nämlich dem Prinzip „Homologie“ und dem Prinzip „Selektion“, Aufgaben entwickelt. Diese bestehen jeweils aus einem Einführungstext und einem Lehrgang von vier Beispielaufgaben. Die Beispielaufgaben eines Lehrgangs unterscheiden sich zwar jeweils hinsichtlich ihrer konkreten Rahmenhandlung, das zugrunde liegende Lösungsprinzip jedoch unterscheidet sich nicht und besteht jeweils aus drei wiederkehrenden Lösungsschritten. Der Schwierigkeitsgrad nimmt innerhalb eines Lehrgangs zu, und die einzelnen Beispielaufgaben bauen aufeinander auf. In die Beispielaufgaben sind Lernimpulse integriert. Bei den Lernimpulsen kann individuell für die einzelnen Lernenden zwischen den Anforderungsniveaus „Basis“ (für Lernende mit geringem Vorwissen) und „Fortgeschrittene“ (für Lernende mit hohem Vorwissen) gewählt werden. Eine Beispielaufgabe „Basis“ unterscheidet sich von einer Beispielaufgabe „Fortgeschrittene“ ausschließlich durch die Art der Impulsgebung. Inhaltlich weisen die Aufgaben keine Unterschiede auf. |
|
Tab. 1: Übersicht der Beispielaufgaben-Lehrgänge. Einführungstexte und Beispielaufgaben sind unter
dem jeweiligen Link verfügbar.
| Lehrgang | Prinzip „Homologie“ | Prinzip „Selektion“ |
| Einführungstext | Verwandt oder doch nur ähnlich? pdf | Der „Kampf“ ums Überleben pdf |
Beispielaufgabe 1 |
Der Fisch in uns Basis pdf Fortgeschrittene pdf |
Wie Arten entstehen Basis pdf Fortgeschrittene pdf |
Beispielaufgabe 2 |
Der Affe in uns Basis pdf Fortgeschrittene pdf |
Was Frauen wollen und wie Männer konkurrieren Basis pdf Fortgeschrittene pdf |
Beispielaufgabe 3 |
Der Neandertaler in uns Basis pdf Fortgeschrittene pdf |
Aggression Basis pdf Fortgeschrittene pdf |
Beispielaufgabe 4 |
Das Land der Schliefer Basis pdf Fortgeschrittene pdf |
Der aufrechte Gang des „nackten Affen“ Basis pdf Fortgeschrittene pdf |
ZUM WEITERLESEN
Die hier für Sie verfügbaren Beispielaufgaben wurden in einer experimentellen Studie eingesetzt, um herauszufinden, wie Beispielaufgaben gestaltet sein müssen, damit Lernende mit unterschiedlichem Vorwissen möglichst effektiv beim Lernen von Evolution unterstützt werden. Die Anpassung der Beispielaufgaben an das Vorwissen erfolgte durch die Einarbeitung von Lernimpulsen mit unterschiedlichen Anforderungsniveaus. Verglichen wurden Beispielaufgaben mit Lernimpulsen auf basalem Niveau, fortgeschrittenem Niveau und einem Übergang vom basalen zum fortgeschrittenen Niveau. In der Interventionsstudie mit 433 Schülerinnen und Schülern der Jahrgangsstufe 10 wurde der Lernerfolg nach dem Lernen mit den zwei Beispielaufgaben-Lehrgängen untersucht. Darüber hinaus wurde in einer ergänzenden qualitativen Studie mit 22 Schülerinnen und Schülern derselben Jahrgangsstufe der Frage nachgegangen, welche dieser drei Impulsvarianten die Qualität des Selbsterklärens (also das aktive Nachvollziehen der dargestellten Lösung) bei Schülerinnen und Schülern mit mittlerem Vorwissen am stärksten fördert.
Haben Sie Interesse an den Ergebnissen dieser wissenschaftlichen Studien? – Dann möchten wir Sie einladen, weiter zu lesen. Die Ergebnisse der Studien wurden in den folgenden Artikeln veröffentlicht:
Neubrand, C. & Harms, U. (2017). Tackling the difficulties in learning evolution: Effects of adaptive self-
explanation prompts. Journal of Biological Education (JBE), 51(4), 336-348.
doi:10.1080/00219266.2016.1233129
Neubrand, C., Borzikowsky, C., & Harms, U. (2016). Adaptive prompts for learning Evolution with worked
examples - Highlighting the students between the "novices" and the "experts" in a classroom.
International Journal of Environmental & Science Education (IJESE), 11(14), 6774-6795.
Auch im Projekt EvoVis beschäftigen wir uns mit der Frage, wie das Lehren und Lernen der Evolution verbessert werden kann. Informationen zu diesem Projekt finden Sie unter
https://www.ipn.uni-kiel.de/de/forschung/projektliste/evovis
Im Jahr 2017 hat die Nationale Akademie der Wissenschaften – Leopoldina eine Stellungnahme „Evolutionsbiologische Bildung in Schule und Hochschule“ herausgegeben. In dieser wird der Stand der evolutionsbiologischen Forschung ebenso beschrieben, wie aktuelle Anwendungsbereiche hierzu.
Vielen Dank für Ihr Interesse!
Unterrichtseinheit zum Thema Miesmuschel
Kristina Fraune & Ute Harms (2013): Unterrichtseinheit zum Thema Miesmuschel. Kiel: Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik.
Hier kann eine beispielhafte Unterrichtseinheit für den Biologieunterricht in der 8. Jahrgangsstufe zum Thema Miesmuschel heruntergeladen werden. Die Unterrichtseinheit wurde in der Abteilung Didaktik der Biologie am IPN zu Forschungszwecken im Projekt „Modellierung von Systemkompetenz - Untersuchung der Fähigkeit zur Modellbildung als Teil der Systemkompetenz von Grundschülern“ entwickelt. Durch die Unterrichtseinheit sollen grundlegende Kenntnisse über die biologischen und physiologischen Leistungen der Miesmuschel und ihrer Bedeutung im Ökosystem Wattenmeer vermittelt werden. Der Unterrichtsverlauf in dieser Unterrichtseinheit ist detailliert dargestellt.
Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und umfasst sechs Schulstunden für die 8. Jahrgangsstufe.
Unterrichtseinheit Miesmuschel (Zip-Datei)
Ökologie
Computerprogramm SimBioSee
Marc Eckhardt, Ute Harms, Detlef Urhahne und Olaf Conrad (2010): SimBioSee. Kiel: Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik.
Im Rahmen des Projektes "SimInstrukt" (Instruktionale Unterstützung beim Lernen mit Computersimulationen im Fach Biologie) wurde zum Thema Gewässerökologie das Computerprogramm "SimBioSee" für achte Realschulklassen entwickelt. Das Programm enthält eine Computersimulation zur Räuber-Beute-Beziehung zwischen den Fischarten "Hecht" und "Rotfeder".
Über den nachfolgenden Link kann das Computerprogramm heruntergeladen werden. "SimBioSee" kann mittels einer ausführenden Datei auf Computern mit einem Windows®-Betriebssystem gestartet werden. Das Computerprogramm muss dazu nicht zwingend auf die Festplatte kopiert werden und auf dem entsprechenden Computer installiert werden. Das Programm lässt sich auch direkt von einem externen Speichermedium wie einer CD oder einem USB-Stick starten.
Systemvoraussetzungen: 
- PC ab Pentium III
- 32 MB RAM
- Windows ME/2000/XP/7
- Bildschirmauflösung 800 x 600 Pixel
- 10 MB freier Festplattenspeicher bei Installation
Download von SimBioSee (zip ca. 4,5 MB)
Über den folgenden Link können vier Aufgaben heruntergeladen werden. Die Aufgaben können mit Hilfe der Computersimulation bearbeitet und gelöst werden.
Download von Aufgabenbeispielen
Zur Ansicht der Aufgaben wird der Adobe®-Reader® benötigt, den Sie sich hier kostenlos herunterladen können.
Biologie im Kontext
Markus Lücken (Red.), Burkhard Schroeter (Red.) (2008): bik - Biologie im Kontext. Aufgaben. CD-ROM. Kiel: Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik.
Zusammengestellt wurden kompetenzfördernde Aufgaben, die in dem vom BMBF geförderten Projekt "Biologie im Kontext" (bik) entwickelt und erprobt wurden. Basis für die Erstellung der Aufgaben sowie einiger Unterrichtsreihen sind die Bildungsstandards der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder der Bundesrepublik Deutschland (KMK) für das Fach Biologie. Auf ihrer Grundlage sollen Schülerinnen und Schüler in den Kompetenzbereichen Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung gezielt gefördert werden. Die CD-ROM ist nur für den Gebrauch im Unterricht vorgesehen. Sie können sie unter folgender Adresse bestellen: [Email protection active, please enable JavaScript.]
Einige Aufgabenbeispiele finden Sie hier:
Forschungsdialog: System Erde
Primarstufe
Sachbuch "Unsere Erde - Für Kinder, die die Welt verstehen wollen"
Miriam Fischer, Karen Rieck, Gesa Schoormans, Cornelia Sommer, hrsg. v. Horst Bayrhuber: Unsere Erde. Für Kinder, die die Welt verstehen wollen. 2. Aufl. Seelze-Velber: Kallmeyer. 2008. 88 S. plus Spiele-CD-ROM. ISBN 3-7800-2068-8.
Das Wissens- und Mitmachbuch für Kinder verdeutlicht auf anschauliche Weise die Zusammenhänge im System Erde. Detailreiche Darstellungen sollen Lust machen, mehr über das Sonnensystem, die Ozeane, Vulkane und Fossilien zu erfahren. Besonders neugierige Kinder erschließen sich die informativen Texte selbstständig. Mit den in jedem Kapitel enthaltenen Anregungen zum Experimentieren können die Kinder naturwissenschaftliche Phänomene durch eigenes Ausprobieren erforschen. - Das Sachbuch ist im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts "Forschungsdialog System Erde" am IPN entstanden. Ziel des Projektes war, auf der Basis naturwissenschaftlichen Wissens die Auseinandersetzung mit der nachhaltigen Entwicklung der Erde im Sinne der Agenda 21 anzuregen. - Bezug des Buches inclusive Spiele-CD ROM über den Buchhandel.
Eine Online-Bestellmöglichkeit finden Sie hier
CD-ROM "System Erde". Lernspiele für Grundschulkinder
Miriam Fischer, Cornelia Sommer: System Erde. Lernspiele für Grundschulkinder. CD-ROM. hrsg. v. Horst Bayrhuber. (Beilage zu M. Fischer u.a.: Unsere Erde. Für Kinder, die die Welt verstehen wollen. 2. Aufl. Seelze-Velber: Kallmeyer. 2008.)
Als Ergänzung zu den jeweiligen Kapiteln liegt dem Sachbuch eine CD-ROM mit Lernspielen bei: "Ciconias abenteuerliche Reise" (Lebensweise und Zug des Weißstorchs in systemischer Betrachtungsweise; für Klasse 3/4) und "Dino-Krimi - Das Rätsel um den Tod von Anatotitan" (Aussterben von Dinosaurieren am Beispiel der Entenschnabel-Dinosaurier; für Klasse 5/6)
Systemvoraussetzungen: Windows 98, NT 4.0 (ab SP5.0), ME, 2000, XP; mindestens Pentium II Prozessor, 256 MB RAM
Die CD-ROM ausschließlich mit den Lernspielen können Sie unter folgender Adresse bestellen: [Email protection active, please enable JavaScript.]
Die Grundschulzeitschrift - Sonderdruck "Unsere Erde"
Miriam Fischer, Karen Rieck, Gesa Schoormans, Cornelia Sommer: Sachbuch für Kinder "Unsere Erde". Für Kinder, die die Welt verstehen wollen. (Sonderdruck) In: Die Grundschulzeitschrift 20 (2006) 199-200, Beilage, S. 6-47. ISSN: 0178-8523; 0932-3910
Das Heft enthält Sachinformationen und Experimentieranleitungen zu den Themen "Unsere Erde: ein Planet voller Geheimnisse", " Die Erde bebt", "Aus den Tiefen der Erde", "Ein Garten voller Leben", "Wolken, Wind und Wetter", "Vom Ufer bis zur Tiefsee" und "Schätze der Erde". Abbildungen, Karten und Grafiken vervollständigen den Text.
Eine Online-Bestellmöglichkeit finden Sie hier
Themenheft "Unsere Erde"
Grundschule Sachunterricht 26 (2005) 7 (= Themenheft "Unsere Erde"). Velber: Kallmeyer. ISSN 1437-319X
Aus dem Inhalt:
- Miriam Fischer, Gesa Schoormans, Cornelia Sommer:
"Unsere Erde" im Unterricht - Unterrichtsideen Klasse 3/4
Miriam Fischer: Zeugen vergangener Erdzeiten (Fossilien)
Miriam Fischer: Die Erde bebt!
Gesa Schoormans: Faszination Meer
Cornelia Sommer: Von Kontinent zu Kontinent (Vogelzug) - Zur Sache
Miriam Fischer: Das Thema "System Erde"
Materialpaket "Unsere Erde"
Grundschule Sachunterricht Materialpaket, Beilage zu Heft 26 (2005) (Thema "Unsere Erde"). Velber: Kallmeyer. ISSN 1437-319X (Bestell.-Nr. 17826)
Das Materialpaket ist den Themen "Zeugen vergangener Erdzeitalter: Fossilien" und "Die Erde bebt!" und "Vom Ufer bis zur Tiefsee" gewidmet.
Es enthält u.a.
- 1 Kartei DIN A5 in Farbe mit 8 Karten zum Ausprobieren und Nachgestalten ausgewählter Phänomene und Vorgänge (z. B. wie Erdbeben entstehen)
- 2 Folien in Farbe zu den Themen
- "Unsere Erde im Sonnensystem"
- "Mit Flügeln von Kontinent zu Kontinent" (Vogelflug)
- 1 Spielplan und Spielkarten "Unsere Erde"
Weitere Verlagsangaben und eine Online-Bestellmöglichkeit finden Sie hier
Forschungsdialog: System Erde
Sekundarstufe II
CD-ROM "System Erde". Unterrichtsmaterialien für die Sekundarstufe II
Horst Bayrhuber; Sylke Hlawatsch (Hrsg.): System Erde. Unterrichtsmaterialien für die Sekundarstufe II. (Interaktive CD-ROM; Beilage zu Hlawatsch, S., Bayrhuber, H.: Geowissenschaften im Schulunterricht. Die CD-ROM "System Erde - Unterrichtsmaterialien für die Sekundarstufe II". In: Praxis Geographie 36 (2006) 7-8, S. 40-41.
Die Erde als System - das ist das zugrundeliegende Unterrichtskonzept der CD-ROM, das eine Arbeitsgruppe im IPN erarbeitet hat. Die Module zu den geowissenschaftlichen Themenbereichen sind
Inhalte der CD-ROM:
- System Erde - Die Grundlagen
- Chemie und Physik der Atmosphäre
- Gesteinskreislauf: Gesteine als Dokumente der Erdgeschichte
- Erdbeben und Wellen: Nachrichten über das Innerste der Erde
- Plattentektonik und Vulkanismus
- Wasserkreislauf und Trinkwasserschutz
- Konvektion in Erdmantel, Ozean und Atmosphäre
- Entstehung und Entwicklung des Lebens
- Kohlenstoffkreislauf
- Klimasystem und Klimageschichte
- Rohstoffe und Recycling
Die CD-ROM ist ein Produkt des BMBF-geförderten IPN-Projekts "Forschungsdialog: System Erde". Die Materialien für einen fachübergreifenden bzw. fächerverbindenden naturwissenschaftlichen bzw. geographischen Unterricht sollen die Schüler zu einem rationalen Diskurs über die nachhaltige Entwicklung des Planeten Erde befähigen. - Über eine komfortable Navigationsstruktur mit Suchfunktion können sie mit der CD-ROM arbeiten.
Zusatzinformationen zu der CD-ROM und sowie weitere Informationen zum Projekt "System Erde" finden Sie auf den Projektseiten im Internet.
