Till Bruckermann

Forschendes Lernen in der Biologie

Dieser Beitrag befasst sich mit dem Forschenden Lernen in der Biologie an Schule und Hochschule. Das Forschende Lernen ist eine weit verbreitete Lehr-/Lernmethode im Biologieunterricht, die sich am Vorgehen des naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozesses orientiert. Aufgrund der zahlreichen Schwierigkeiten, die Biologielehrkrafte mit dem Forschenden Lernen in der Praxis haben (Kramer et al. 2015a, b), ergibt sich die Notwendigkeit, Forschendes Lernen bereits wahrend der Lehramtsausbildung an der Hochschule zu vermitteln.

Metacognitive and multimedia support of experiments in inquiry learning for science teacher preparation

ABSTRACT Promoting preservice science teachers’ experimentation competency is required to provide a basis for meaningful learning through experiments in schools. However, preservice teachers show difficulties when experimenting. Previous research revealed that cognitive scaffolding promotes experimentation competency by structuring the learning process, while metacognitive and multimedia support enhance reflection. However, these support measures have not yet been tested in combination. Therefore, we decided to use cognitive scaffolding to support students’ experimental achievements and supplement it by metacognitive and multimedia scaffolds in the experimental groups. Our research question is to what extent supplementing cognitive support by metacognitive and multimedia scaffolding further promotes experimentation competency. The intervention has been applied in a two-factorial design to a two-month experimental course for 63 biology teacher students in their first bachelor year. Pre-post-test measured experimentation competency in a performance assessment. Preservice teachers worked in groups of four. Therefore, measurement took place at group level (N = 16). Independent observers rated preservice teachers’ group performance qualitatively on a theory-based system of categories. Afterwards, experimentation competency levels led to quantitative frequency analysis. The results reveal differing gains in experimentation competency but contrary to our hypotheses. Implications of combining scaffolding measures on promoting experimentation competency are discussed.

Bedingungen der Zellatmung

Zunachst wird in diesem Kapitel eine kurze Zusammenfassung uber die Zellatmung wiedergegeben. Nachfolgend soll durch Abanderung des vorgestellten Versuchsaufbaus ermittelt werden, welche Bedingungen respiratorische Prozesse bei Pflanzensamen (z. B. Erbsen) beeinflussen.

Lichtabhängigkeit der Photosyntheserate

In diesem Kapitel wird eine kurze Zusammenfassung uber die Teilprozesse der Photosynthese gegeben, wodurch Vermutungen aufgestellt werden sollen, welche Faktoren die Photosyntheserate beeinflussen konnen. Durch Veranderungen des hier vorgestellten Versuchsaufbaus kann dieser Einfluss quantitativ uberpruft werden.

Gehemmte Enzyme am Beispiel der Amylase

In diesem Kapitel wird die allo- und isosterische Hemmung von Enzymen erlautert. Fur die isosterische Hemmung wird hier der Hemmstoff Acarbose, welcher mit anderen Polysacchariden (z. B. Starke) um das aktive Zentrum der Amylasen konkurriert, beispielhaft vorgestellt. Zudem sollen Vermutungen uber den Zusammenhang zwischen Inhibitorkonzentration und Enzymaktivitat aufgestellt werden. Diese Vermutungen konnen anschliesend anhand eines Experimentaufbaus uberpruft werden.

Substrate für die ethanolische Gärung

In diesem Kapitel wird der Prozess der ethanolischen Garung am Beispiel des Substrats Glucose beschrieben. Mithilfe dieser Information konnen Vermutungen geausert werden, welche Kohlenhydrate fur Saccharomyces cerevisiae (Backer- oder Bierhefe) ethanolisch vergarbar sind und welche nicht. Die Vermutungen werden anschliesend mithilfe unterschiedlicher Kohlenhydrate experimentell uberpruft.

Der Einfluss des Plasmolytikums auf die Osmose

Im Folgenden wird der Vorgang der Osmose – als Spezialfall der Diffusion durch eine selektiv permeable Membran – erklart. Dieser Prozess wird am Beispiel einer Salzlosung erlautert, wobei die positiv und negativ geladenen Ionen des Salzes in dissoziierter Form, d. h. voneinander gelost, im Wasser vorliegen. Daraufhin sollen Vermutungen aufgestellt werden, ob auch geloste Teilchen (wie z. B. in Saccharoselosungen), bei denen es sich um Molekule und nicht um Ionen handelt, osmotisch wirksam sind. Die Wirksamkeit der Zuckerlosung soll anhand eines lebenden Systems gepruft werden, namlich durch die mikroskopische Beobachtung von Zellen des Zwiebelhautchens einer roten Kuchenzwiebel. Beim Zwiebelhautchen handelt es sich um die nur eine Zellschicht dicke obere Epidermis der Speicherblatter von Allium cepa.

Temperaturabhängigkeit der Enzymaktivität

Dieses Kapitel zeigt auf, dass die Stoffwechselaktivitat der Enzyme von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden kann. Zudem sollen Vermutungen uber den Zusammenhang zwischen Temperatur und der Enzymaktivitat aufgestellt werden. Diese Vermutungen konnen anschliesend am Beispiel der hydrolytischen Spaltung von Fetten mittels Lipasen uberpruft werden.

Temperatureinfluss auf die Diffusionsgeschwindigkeit

Dieses Kapitel behandelt den physikalischen Prozess der Diffusion. Es wird erlautert, dass die ungerichtete und zufallige Bewegung von Teilchen Ursache dieses Phanomens ist. Daraufhin sollen mogliche Faktoren ermittelt werden, die einen Einfluss auf die Diffusionsgeschwindigkeit haben. Diese konnen anschliesend durch eine Veranderung des hier vorgestellten Experimentaufbaus uberpruft werden.

Aktivierungsenergie bei enzymatisch katalysierten Reaktionen

Dieser Abschnitt behandelt die mogliche Rolle von Enzymen in Bezug auf die Herabsetzung der Aktivierungsenergie, die benotigt wird, damit bestimmte Stoffumsetzungen stattfinden. Der Zusammenhang zwischen Enzym und der benotigten Aktivierungsenergie bei der Substratumsetzung wird beispielhaft anhand des Enzyms Urease in einem qualitativen experimentellen Nachweis uberpruft.