5. Klasse Skript 3: spezielle Didaktik Biologie

Wörtliche Zitate aus dem LehrplanPLUS erscheinen in diesem Skript in Anführungszeichen und kursiv. Gelegentlich wird auf Blätter im Praktikumsordner „Bio? – Logisch!“, Akademiebericht 506, verwiesen. [Link]

Ergänzungen vom 11.11.2017 sind kursiv und in diesem Dunkelgrün gehalten.

Themenübersicht:

  • Heftumschlag für die 5. Klasse mit Ikons für die Anforderungen an Lebewesen (vorne) und Plickers-Graphik für Klassenumfragen (hinten) [word] [pdf]
  • Ikons für „Die drei Welten“ mit zwei Beispielen aus der 6. Klasse [word] [pdf]
  • Ikons für die vier hauptsächlichen Anforderungen an Lebewesen [word] [pdf]
  • Multimedia zu meinem Vortrag „Kompetenzen in der Unterstufe“ [pptx]
  • Multimedia zu meinem Vortrag „Spracharbeit Unterstufe“ [pptx]
  • Multimedia zu meinem Vortrag „Ökologie Unterstufe“ [pptx]
  • Multimedia zu meinem Vortrag „Stoffverteilung Unterstufe“ (Didaktik, Methodik [pptx]

Ein didaktischer Spaziergang durch den LehrplanPLUS Biologie in der fünften Jahrgangsstufe

1    Biologie – die Wissenschaft von den Lebewesen

Ziemlich kurzer Einstieg in die erste Naturwissenschaft am Gymnasium (die selbstverständlich „Biologie“ heißt und nicht „Natur und Technik“). Die Aspekte, die der Lehrplan nennt, werden zunächst kurz thematisiert und benannt, im weiteren Verlauf des Schuljahres immer wieder aufgegriffen und kumulativ verwendet, bis daraus ein tragfähiges mentales Bild entsteht. Vielleicht werden die Anforderungen an das Leben, die ja den Leitfaden durch den Biologie-Unterricht bilden, in jeder Stunde in gleicher Weise visualisiert (Poster, Einstiegsfolie).

Beim Eintritt in die 5. Klasse kennen die Schüler nur die makroskopische Ebene (in altersgemäßer Sprache: „die sichtbare Welt“). Möglichst früh sollten sie bekannte und unbekannte Objekte durch das Mikroskop betrachten und so die mikroskopische Ebene („die Welt im Mikroskop“) kennenlernen. Ich persönlich beginne die 5. Klasse gern mit 6 bis 8 Stunden Naturwissenschaftlichem Arbeiten (auch in den Biologiestunden mit der vollen Klasse, soweit das möglich ist wie beispielsweise bei der Arbeit mit der Lupe oder Aufbau und Bedienung des Mikroskops, nicht aber beim Mikroskopieren selbst) zum Thema Licht: Ausgehend von den Eigenschaften einer Lupe (Linse) wird der Aufbau des Mikroskops entwickelt, mit dem unterschiedliche Objekte betrachtet und gezeichnet werden, darunter auch tierische und pflanzliche Zellen. Der Übergang von der makroskopischen zur mikroskopischen Ebene gelingt mühelos, wenn sie beispielsweise Millimeterpapier zunächst mit dem bloßen Auge, dann mit einer Lupe und schließlich durch das Mikroskop betrachten. Der Vorteil dieser Methode ist eine hohe Nachhaltigkeit aufgrund der sukzessiven Herangehensweise. Der Nachteil besteht darin, dass man dadurch erst recht spät zu Rechenschaftsablagen bzw. zur ersten Stegreifaufgabe kommt. Erfahrungsgemäß haben die Schüler nach so einer intensiven Einführung in die „Welt des Mikroskops“ keine Probleme, wenn sie zu einem späteren Zeitpunkt mit der „Welt der Teilchen“ (submikroskopische Ebene) kontrontiert werden, wo Objekte existieren, die so klein sind, dass man sie in keinem Mikroskop der Welt sehen kann und von denen es eigentlich nur Denkmodelle gibt. Es ist sinnvoll, diese drei Betrachtungsebenen bis etwa Ende November einzuführen und zu visualieren.

  • Skript Mikroskopie Praktikum [word] [pdf]
  • Arbeitsblatt mit den „drei Welten“ zu zwei biologischen Themen und Druckvorlagen für Tafel-Applikationen [word] [pdf]

Beispiele für entsprechende Arbeitsblätter zu vier Themen des Biologie-Unterrichts in der 5. Klasse finden Sie hier: [word] [pdf]

Grundlegende Anforderungen an Lebewesen

NEU: Die neue Formulierung im Lehrplan („grundlegende Anforderung an Lebewesen“) verdeut­licht, dass die „Kennzeichen des Lebens“ nicht einfach aufgezählt, sondern in ihrem funktio­na­len Zusammenhang gesehen werden sollen (Anforderungen wie z. B. Nahrungsbeschaffung oder Schutz vor Fressfeinden werden durch bestimmte Eigenschaften gewährleistet).  Mit der Formulierung „Anforderungen an Lebewesen“ wird bereits der evolutive Gedanke angebahnt, denn wer den Anforderungen schlecht entspricht, ist weniger fit. Der Aufbau aus Zellen sowie die wesentlichen Bestandteile von Zellen bilden ein davon unabhängiges Lernziel.

Wichtig bei der Formulierung „Anforderungen an Lebewesen“ ist die Bedeutung der Präposition „an„: Es wird der Zustand der Angepasstheit dargestellt, also das Ergebnis der Evolution, d. h. Strategien, mit denen diese Anforderungen erfüllt werden. In der 5. Klasse werden also nur die Leistungen der Lebewesen dargestellt, nicht der evolutive Weg dorthin. Es wird nicht thematisiert, „von“ welcher Seite die Anforderungen stammen, denn das führt sehr leicht zu kreationistischen Vorstellungen, nämlich dass – wie im Menschenalltag – Anforderungen gestellt und daraufhin Anstrengungen unternommen würden, um den Anforderungen gerecht zu werden!

Man vergleicht bei jeder einzelnen Anforderung ein Lebewesen mit nicht belebten Gegen­ständen, die der einen oder anderen Anforderung ebenfalls gerecht werden, aber eben nicht allen bzw. fast allen, z. B.:

  • die Flamme einer brennenden Kerze: kann sich vermehren und hat einen Stoffwechsel (Kerzenwachs und Luftsauerstoff werden in der Flamme in andere Stoffe umgewandelt)
  • ein Aufziehspielzeug, ein vibrierendes Handy: kann sich von sich aus bewegen
  • ein Kristall, ein Fluss: kann wachsen
  • eine Mausefalle: ist reizbar

Die Liste der Anforderungen an Lebewesen zieht sich im LehrplanPLUS durch alle Jahr­gangsstufen durch und dient somit als Roter Faden. Deshalb ist es sehr sinnvoll, diese Anforderungen durch Ikons zu visualisieren, die am besten zu Beginn der 5. Klasse eingeführt und über die Jahre hinweg immer wieder verwendet werden.

Ikons für die vier hauptsächlichen Anforderungen an Lebewesen [word] [pdf]

Sprachsensibler Hefteintrag: Der Lehrplan formuliert im Nominalstil, der wenig altersgemäß ist. Es ist deshalb sinnvoll, den Hefteintrag anhand von Verben zu gestalten (die Nomina können in Klammern ergänzt werden, um die Kinder an den Nominalstil heranzuführen), z. B.:

  • Lebewesen wachsen (das Wachstum)
  • Lebewesen vermehren sich (die Vermehrung)
  • Lebewesen bewegen sich aus eigener Kraft (die Bewegung) usw.

Neue Begriffe (wie Stoffwechsel) müssen extra definiert werden:

  • Lebewesen betreiben Stoffwechsel; der Stoffwechsel (3 Schritte) bedeutet: Lebewesen nehmen Stoffe auf, wandeln sie in andere Stoffe um und geben diese anderen Stoffe ab

Kennzeichen des Lebens (stehen nicht mehr im LehrplanPLUS, dürfen aber – nachträglich – aus den Anforderungen abgeleitet werden): Alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut (denn Viren zählen streng ge­nommen nicht dazu). Die Schüler betrachten in der Regel Pflanzen nicht als Lebewesen, weil sie sich nicht von der Stelle bewegen; dem ist entschieden gegenzusteuern. (Der LehrplanPLUS fordert in der 6. Klasse die Behandlung von aktiver Be­we­gung explizit auch bei Pflanzen.)

Die Unterstufenschüler verwenden das Adjektiv „echt“ gerne als Synonym für „lebendig“ („Ist die Stabheuschrecke echt oder ist die tot?“). Autos und Handys zeigen ziemlich viele Anforderungen an Lebewesen wie Bewegung, Reizbarkeit und Stoff­wechsel, aber sie wachsen und vermehren sich nicht. Zudem sind sie nicht aus Zellen aufgebaut.

Die Schüler sollen sechs Zellbestandteile (und nur diese!) mit ihrer Hauptaufgabe kennen und sie tierischen (nur die ersten drei) bzw. pflanzlichen Zellen zuordnen können (Fachbegriffe gemäß Lehr­planPLUS; Nomina mit Artikel und Plural):

  • die Zellmembran, -en (umschließt die Zelle)
  • der Zellkern, -e (steuert die Zelle, enthält die Erbinformation)
  • das Zellplasma (ist die Flüssigkeit innerhalb der Zelle)
  • der Chloroplast, -en (ist grün und fängt Licht auf)
  • die Vacuole, -n (enthält einen Saft, macht die Zelle stabil
  • die Zellwand, -„e (macht die Zelle stabil)

Die Mitochondrien stehen nicht im Lehrplan und sind trotz ihrer Größe im Lichtmikroskop nicht zu sehen. Wenn die Schüler in der Unterstufe nur die Chloroplasten, nicht aber die Mitochondrien kennenlernen, ist die Gefahr, dass sie die beiden Organellen später verwechseln, erheblich kleiner: Chloroplasten sind die Strukturen aus der Kinderzeit, Mitochondrien sind das Neue (Lernen im zeitlichen Kontrast).

Einige dieser Zellbestandteile lernen die Schüler im Mikroskopier-Praktikum kennen.

Arbeitsblätter zum Mikroskopieren finden Sie hier [word] [pdf]

2    Der Mensch als Lebewesen

Der Körper des Menschen dient als Modellorganismus, an dem die Schüler eine ganze Reihe allgemein-biologischer Aspekte zum ersten Mal kennenlernen, um sie später bei anderen Organismen kumulativ anzuwenden:

  • in der fünften Klasse im Bereich der Fortpflanzungsbiologie bei Samenpflanzen
  • in der sechsten Klasse bei den fünf Wirbeltierklassen,
  • in der sechsten Klasse bei einzelnen Kapiteln der Pflanzenkunde,
  • in der Mittelstufe bei wirbellosen Tieren.

Außerdem sollen die Schüler in der Menschenkunde Kriterien für die Gesunderhaltung ihres eigenen Körpers kennenlernen, um sie aus eigener Einsicht auch anzuwenden und zu bewer­ten (Kompetenzbereich: Bewerten).

Der Unterricht soll möglichst oft von den eigenen Erfahrungen aus dem Alltag der Schüler bzw. von Schüler- oder Demonstrations-Experimenten ausgehen bzw. von leicht verstehbaren, d. h. stark vereinfachten Darstellungen. Die Schüler sollen möglichst viel selbst anfassen, also im eigentlichen Wort­sinn „begreifen“. Der LehrplanPLUS schreibt dazu eine Reihe von Versuchen bei den Inhal­ten von Naturwissenschaftlichem Arbeiten (NA) vor, z. B. die Nachweise von Sauerstoff, Koh­len­stoffdioxid, Stärke und Fett, Versuche zu Atmung und Nährstoffen, bei ihrer Interpretation das Teilchenmodell für die Stoffumwandlung sowie Energie­umwandlungen. Eine enge Verzahnung von NA und Biolo­gie ist also erwünscht.

Die Reihenfolge der Themen in der Menschenkunde ist weitgehend frei, denn womit immer man anfängt, es fehlt stets irgendein Aspekt aus einem anderen Thema. In einer Schule mit vielen Parallelklassen ist es sinnvoll, die Reihenfolge der Themen unterschiedlich zu hand­haben, um Engpässe bei den Medien zu vermeiden. Es ist einfacher, mit dem Bewe­gungs­apparat zu beginnen als mit dem Stoffwechsel. Nur: Mit der Sinnes- und Neurobiologie, so wie sie im LehrplanPLUS der 5. Klasse formuliert ist, sollte man auf keinen Fall anfangen!

2.1 Informationsaufnahme, Informationsverarbeitung und Reaktion

Die Erfahrungen bei der ersten Erprobung des LehrplanPLUS zeigen, dass die Schüler sehr gerne zeigen wollen, was sie über Sinnesorgane schon alles wissen, und sich am liebsten ausführlich dem Auge und dem Ohr widmen wollen. Die Besprechung eines Sinnesorgans ist aber im LehrplanPLUS nicht mehr vorgesehen!

Auch das belegen die ersten Erfahrungen: Die Reiz-Reaktions-Kette, die im LehrplanPLUS die Besprechung eines Sinnesorgans quasi ersetzt, ist sehr abstrakt und damit zu Beginn des Schuljahres nicht sehr zielführend. Die Sinnes- und Neurobiologie des Menschen sollte deshalb besser am Ende der Menschenkunde stehen.

Erfahrungsgemäß haben die Kinder ein großes Bedürfnis, mehr über ihre Sinnesorgane zu erfahren. Das Auge oder das Ohr sollte deshalb mit seinem Aufbau und seiner Funktion durchaus thematisiert werden; der LehrplanPLUS erwähnt beide immerhin als fakultative Inhalte in Naturwissenschaftliches Arbeiten. Untersuchungen mit kleinen Augenmodellen passen zum Thema Licht, ein Lernzirkel zum Schall passt zum Thema Luft. Optische Täuschungen können den Begriff „Wahrnehmung“ als Interpretation von Sinnesreizen gut veranschaulichen. Und bei der Besprechung eines Sinnesorgans werden bereits die Aspekte Reiz, Reizleitung, Reizaufnahme, Umwandlung der Information aus dem Reiz in elektrische Signale und deren Weiterleitung an das Gehirn thematisiert, so dass die abstrakte Reiz-Reaktions-Kette danach erheblich besser zu bewältigen ist als bei einem Verzicht auf die Besprechung eines Sinnesorgans.

Bereits die Formulierung der Überschrift verweist darauf, dass Prozesse im Vordergrund stehen und weniger die Strukturen selbst. Inhaltlich fallen gegenüber dem Vorgänger-Lehrplan die explizite Behandlung eines Sinnesorgans sowie die Thematisierung der Haut in der Unterstufe weg.

In der Grundschule wird nach LehrplanPLUS das Auge obligat behandelt (leider halten sich nicht alle Lehrkräfte daran). Im Gymnasium soll lediglich ein Überblick über die Sinne und Sinnesorgane gegeben werden und zwar in Hinsicht auf die Anforderungen an Lebewesen. Hierbei ist es sinnvoll, das Kategorisieren einzuüben: der Sinn (z. B. der Sehsinn), das Sinnesorgan (z. B. das Auge), der Reiz (z. B. das Licht). Die klassischen „fünf Sinne“ sollten z. B. um den Tempera­tur- und den Schmerzsinn erweitert werden.

NEU: Im Zentrum des Abschnitts steht die Reiz-Reaktions-Kette: „Reizaufnahme, Umwandlung (Sinnesorgan); Weiterleitung der Information (Nerven); Verarbeitung der Information (z. B. Gehirn); Weiterleitung der Infor­mation (Nerven); Reaktion (z. B. Muskel)“. Das Prinzip kann durch Versuche veranschaulicht werden: ein Schüler fängt einen Tennisball (qualitativ), Reaktionszeit (quantitativ) beim Packen eines langen Lineals mit der Hand, wobei ein anderer Schüler das Lineal auf Zuruf loslässt.

Dieses Thema ist komplex, teilweise sehr abstrakt und nicht einfach zu vermitteln (und deshalb für den An­fang nicht unbedingt in jeder 5. Klasse gut geeignet):

–      die Reizaufnahme: Der Begriff Reiz ist in seiner biologischen Bedeutung für die Schüler völlig neu und teilweise unanschaulich => mehrmals an verschiedenen Beispielen thematisieren. Die Schüler sollten die Tatsache kennen, dass eine Sinneszelle „ihren“ Reiz und nur den aufnehmen kann (z. B. eine Sehsinneszelle das Licht); Mechanismen der Reizaufnahme wären nicht altersgemäß vermittelbar.

–      die Umwandlung: Ein sehr missverständlicher Begriff! Eine Sehsinneszelle wandelt nämlich nicht die Lichtenergie in die Energie der elektrischen Impulse von Nervenzellen um, sondern lediglich die Information, die im Licht steckt, in die Information der Nervenimpul­se! Die Verwechslung liegt für die Schüler auf der Hand, denn in NA und bei der Stoff­wechselbiologie lernen sie die Energieumwandlung kennen. Es ist besser, davon zu sprechen, dass eine Sinneszelle die Information über den Reiz weitergibt, und auf den Begriff der Umwandlung (trotz der Formulierung im Lehrplan) zu verzichten.

–      die Weiterleitung der Information: Zunächst müssen die Schüler verstanden haben, dass nur das Gehirn – und nicht das Sinnesorgan – wahrnehmen kann und deshalb alle Informationen über sämtliche Reize zunächst zum Gehirn geleitet werden müssen. Dies geschieht durch Nervenimpulse (kleine elektrische Signale). Informationsleitung über elektrische Signale kennen die Kinder von ihren IT-Medien (auch wenn die völlig anders funktioniert).

–      die Verarbeitung von Information im Gehirn: In einem einfachen Beispiel verstehen die Schüler problemlos die Entscheidung im Gehirn, aufgrund bestimmter optischer Information über den Flug eines Balles bestimmten Muskeln Befehle zur Bewegung zu erteilen, so dass dieser Ball aufgefangen wird.

Später sollte die Arbeit des Gehirns genauer thematisiert werden: Wahrnehmung als subjektive Interpretation – und eben nicht als objektive Abbildung der Wirklichkeit – anhand der Informationen von den Sinnesorganen. Hierfür eignen sich besonders gut optische Täuschungen. Es sollte betont werden, dass optische Täuschungen keine fehlerhafte Funktion des Gehirns bedeuten, sondern ganz im Gegenteil, dass das Gehirn aus wenigen Informationen ein Gesamtbild konstruiert, das unter normalen Umständen sinnvoll ist. NEU: Hinweis: Das Gehirn wird nach LehrplanPLUS in keiner Jahrgangsstufe mehr behandelt.

–      Nach erneuter Weiterleitung der Information (in diesem Fall: Befehle) erfolgt die Reaktion als Muskelbewegung. (Drüsen als reagierende Organe sollten nicht angesprochen werden, es ist ohnehin schon sehr abstrakt und viel für die Kinder.)

Es sollten unbedingt zwei oder drei unterschiedliche Beispiele für Reiz-Reaktions-Ketten besprochen werden, um sicher zu gehen, dass die Schüler das Grundprinzip verstanden haben. Zur Zwischenevaluation eignen sich fehlerhafte Aussagen, welche die Schüler korrigie­ren sollen (z. B.: „Der Hörnerv leitet den Schall zum Gehirn.“)

Als zielführend hat sich ein Rollenspiel erwiesen, bei dem mit Laminaten gekennzeichnete Schüler folgende Rollen einnehmen: Reiz, Sinnesorgan, zum Gehirn führende Nervenbahn, Gehirn, vom Gehirn weg führende Nervenbahn, Organ, Reaktion. Als erstes erhalten die Schüler die Aufgabe, sich in einer Reihe in sinnvoller Weise aufzustellen. Dann wird Flüsterpost gespielt: Der „Reiz“ teilt dem Sinnesorgan für die anderen Mitspieler unhörbar einen Reiz mit, der dem Gehirn übermittelt wird, das sich für eine sinnvolle Reaktion entscheidet und den entsprechenden Befehl weitergibt, so dass das ausführende Organ der „Reaktion“ sagt, was sie nun pantomimisch darstellen soll. Anschließend werden die geflüsterten Informationen der Klasse vorgestellt und ggf. diskutiert. Besonders reizvoll sind dabei auftretende Fehler, z. B. die Verwendung von „Höhenangst“ als Reiz.

  • Hier finden Sie eine Folie mit Falschaussagen zu Sinnen, welche von den Schüler richtig gestellt werden sollen: [word] [pdf]
  • Auch wenn das Auge nicht im Biologie-Lehrplan erscheint, kann es sinnvoll sein, seinen Aufbau und die Aufgaben seiner Bauteile zu besprechen. Hierzu ein kompetenz-orientiertes Arbeitsblatt: [word] [pdf]

Es ist sinnvoll, wie vom LehrplanPLUS vorgeschlagen, im Anschluss die Störungen von Reaktionen durch Suchtmittel wie Alkohol zu besprechen. Bei der Verwendung einer „Alko­hol-Brille“, durch die man wie ein Betrunkener sieht, ist besondere Vorsicht geboten, damit sich die Schüler nicht verletzen, wenn sie sich damit durch den Raum bewegen. Unge­fährlicher ist es, sie einen Ball in einen Korb werfen oder große Buchstaben auf einem Papier nachfahren zu lassen. (vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 07_8_v08: Rauschbrille)

Maßnahmen zum Schutz der Sinnesorgane: v. a. nicht direkt in die Sonne oder in einen Laserstrahl blicken, die Ohren vor zu lauter Beschallung schützen (Lautstärkesperre bei Kopf­hörern nicht manipulieren!) und – jetzt kommt die Haut doch noch durch die Hintertür herein! – Schutz vor UV-Strahlen durch Verwendung von Hautschutzcremes. (Kompetenzbereich: Bewerten)

2.2 Aktive Bewegung

Hinweis: Knochen, Gelenke, Muskeln kommen an keiner anderen Stelle des Biologielehrplans für das Gymnasium mehr vor!

Wichtige Teile des Skeletts und ihre Funktionen

Eine weiche Stoffpuppe demonstriert, dass ohne Skelett keine Standfestigkeit möglich ist. Nicht allzuviele Bauteile des menschlichen Skeletts lernen lassen, wohl aber die grobe Eintei­lung in: Kopf, Gliedmaßen-Skelett (Extremitäten-Skelett), Schultergürtel (mit Schulterblättern und Schlüsselbeinen), Brustkorb (mit Rippen und Brustbein), Becken, Wirbelsäule. Beim Gliedmaßen­skelett: Oberarm-/Oberschenkelknochen, Elle und Speiche/Schienbein und Wadenbein, Hand-/Fußwurzelknochen, Mittelhand-/Mittelfußknochen, Finger-/Zehenkno­chen.

Merkhilfe: Vor Einführung einheitlicher Maße wurden Stoffbahnen mit der Elle abgemessen. Man versuche nur, den Arm auf der Speichenseite auf den Tisch aufzulegen! Damit ist klar, wo die Elle liegt.

Es ist sinnvoll, das Extremitäten-Skelett als Grundwissen zu deklarieren und oft zu wiederho­len, auch an Skeletten anderer Säugetiere wie Hund, Katze, Pferd, Schwein oder Rind. Auf diese Weise wird nicht nur die Tierkunde in der sechsten Klasse vorbereitet, sondern auch der für die Evolutionslehre wesentliche Aspekt der Homologie in den späteren Jahr­gangsstufen.

Funktionen: Stütze (s. o.), Schutz (z. B. Schädelkapsel) und Bewegung (s. u.)

Arbeitsblatt zum Skelett des Menschen [word] [pdf]

NEU: Aufbau und Eigenschaften von Knochen werden vom LehrplanPLUS nicht mehr eingefordert. Aber in NA wird die Stabilität von Knochen im Vergleich zu einem Grashalm oder einem Hochhaus als fakultativer Inhalt genannt. Außerdem setzt die Gesundheitsvorsorge die Kenntnis voraus, dass Knochen aus tragfähigem, aber spröden Knochenkalk sowie elasti­schem, aber wenig tragfähigem Knochenknorpel bestehen. Die Demonstrations-Versuche zum Nachweis dieser Bestandteile und deren Eigenschaften sind jedenfalls für die Schüler interessant und eignen sich exzellent zur Schulung in naturwissenschaftlichem Denken und Formulieren (vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 07_9_v03: Bestandteile von Knochen).

Die Bälkchenstruktur im Inneren der Knochen erwähnt der LehrplanPLUS ebenfalls nicht in Biologie. Der Vergleich mit Papierbrücken, die erstaunlich hohe Stabilitäten erreichen und wie der Knochen bei einem Minimum an Baumaterial ein Maximum an Festigkeit erreichen, ist fakultativ in NA angedeutet.

Bau und Funktion der Gelenke, Gelenktypen

Es genügen zwei Gelenktypen (Scharniergelenk und Kugelgelenk) mit Beispielen beim Menschen im Extremitätenbereich und Beispielen aus der Technik. (Die Mechanik des Sattelgelenks ist für Zehnjährige kaum durchschaubar, das Drehgelenk von Atlas und Dreher ist ein Unikum beim Menschen.) Es ist nicht einfach, den Schülern klar zu machen, dass ein Scharniergelenk nur 1 Bewegungsrichtung zulässt („vor und zurück“ sind keine zwei Bewegungsrichtungen, sondern beschreiben 1 Bewegungsebene).

Viele Schüler halten ein Gelenk für einen eigenen Knochen statt für die Stelle, an der zwei Knochen sich gegeneinander bewegen.

Fachbegriffe: die Gelenkpfanne und der Gelenkkopf (passen ineinander, bestimmen die Bewegungsrichtung); der Gelenkknorpel (fängt Stöße ab); die Gelenk­schmiere (verhindert, dass die Gelenkknorpel aneinander reiben und so zerstört werden); die Gelenkkapsel (hält das Gelenk zusammen); ggf. das Band (verbindet Knochen mit Knochen)

Gegenspielerprinzip bei Skelettmuskeln

Muskeln bestehen vor allem aus Eiweißstoffen. Sie können sich kräftig zusammenziehen, wozu sie Zellenergie benötigen, aber sie können sich von selbst nicht mehr ausdehnen. Des­halb brauchen sie einen Gegenspieler, der sie wieder auseinander zieht (meist ist das auch ein Mus­kel). Gegenspieler sind z. B. der Beuger- und der Strecker-Muskel des Oberarms, die den gesam­ten Arm beugen bzw. strecken (die konkreten Bezeichnungen wie Bizeps und Trizeps können zusätzlich genannt und erklärt werden, weil sie vielen Schülern bekannt sind; die funktionalen Namen sind aber wichtiger, weil sie auf andere Teile des Bewegungssystems angewendet werden können). An­ge­­spannte Muskeln sind kurz und dick, entspannte Muskeln lang und dünn.

Zusammenspiel von Skelett, Gelenk und Muskeln: Ggf. Modell des Armes mit Beuger und Strecker in NA bzw. als NA-Hausaufgabe basteln lassen (vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 07_9_v09: Funktionsmodelle zum Gegenspielerprinzip).

Hier finden Sie eine Folie mit der Bauanleitung sowie didaktiken Hinweisen: [word] [pdf]. Vgl. auch 5. Klasse Skript 2: Kompetenztraining – 1.2 Modelle.

Gesundheitsvorsorge für den Bewegungsapparat (Kompetenzbereich: Bewerten)

Die Kinder kennen viele Verletzungen des Bewegungssystems und wollen alles ganz genau wissen. Am besten Zettelkasten mit Themenwünschen bzw. Sammlung auf Folie, Beispiele auswählen und kurz, aber kumulativ behandeln. Vor allem soll aber die Gesundheitsvorsorge im Mittelpunkt stehen: sich aufwärmen vor dem Schifahren, Muskeltraining, aktive Bewegung als Gegenpol zum vielen Sitzen, gesunde Er­nährung (aber weder Energydrinks, noch Eiweißpräparate); Warnung vor Übertreibungen beim Sport.

Eine große Belastung für die Zehnjährigen ist oft eine zu schwere Schultasche. Sehr eindrucksvoll ist es, wenn im Biologie-Unterricht mehrere gefüllte Schultaschen gewogen werden. Die Faustregel, dass sie nicht mehr als 10 Prozent des Körpergewichts wiegen soll, lässt sich ohnehin nicht einhalten, aber die Tasche sollte deutlich unter 10 kg wiegen. Wird die Tasche mit Riemen am Rücken getragen, darf sie nicht zu tief hängen.

Kompetenz-Training „Gewicht der Schultasche“, Larissa Arzt [word] [pdf]

2.3 Stoffwechsel: Stoff- und Energieumwandlung

(In der Überschrift formuliert der LehrplanPLUS „Stoffumwandlung“, im Text selbst „Stoffänderung“. Dies ist der überpeniblen Definitionsarbeit der Schulchemiker zu verdanken. Für die Fünftklässler ergibt sich daraus kein Gewinn, deshalb halte ich es für sinnvoll, bei Stoffen und Energie gleichermaßen von Umwandlung zu sprechen.)

Es ist sinnvoll, wenn im Schwerpunkt Naturwissenschaftliches Arbeiten bereits einige Praktika zu diesem Thema stattgefunden haben, bevor es in Biologie angesprochen wird: Energie-Begriff und Energie-Arten, Energie-Umwandlung, Stoff-Begriff, Stoff-Umwandlung, Iod-Probe auf Stärke und Fettfleck-Probe auf Fett.

Kollegin Valeria Zenkert personifiziert die am Stoffwechsel beteiligten Stoffe als Paul Pausenbrot,  Sandra Sauerstoff, Konsti Kohlenstoffdioxid und Walter Wasser, welche nach und nach eingeführt werden. Am Ende der Unterrichts-Sequenz entsteht daraus ein Schaubild zur Zellatmung, parallel dargestellt durch Applikationen auf der Magnettafel:

Arbeitsblatt zur Zellatmung am Anfang
Arbeitsblatt Zellatmung am Ende
Magnettafel-Applikationen zur Zellatmung

Der Weg von Paul Pausenbrot durch den Verdauungstrakt sowie der Weg von Sandra Sauerstoff bis in die Lungenbläschen werden in kurzen Hörspielen erzählt, in denen die Schüler die Stationen dieser Wege kennen lernen und in ein Arbeitsblatt eintragen:

Zunächst brauchen die Schüler einen tragfähigen Energie-Begriff, Beispiele für Energie-Formen (Bewegungs-Energie, elektrische Energie, Wärme-Energie sowie neu: chemische Energie) und eine Vorstellung von der Energie-Umwandlung („Energie kann nie neu geschaffen oder vernichtet werden. Sie kann nur von der einen Form in eine an­dere umgewandelt werden.“) Dies sollte im Vorfeld in NA geschehen. Dann wird auf Beispiele beim Menschen eingegangen: sich bewegen, wachsen, verletzte Stellen reparieren, heizen, Stoffe des eigenen Körpers herstellen – das alles benötigt Zellenergie. (Die Formulierung mit Verben ist kind­gerechter als mit Nomen.) Ich empfehle den Begriff „Zellenergie“, um diese Energieform von anderen Energieformen abzugrenzen und den Umwandlungs-Charakter zu betonen; die Bezeichnung ist sinnvoll, da ATP (was ja letztlich damit gemeint ist) nur in Zellen gebildet und nur von Zellen verwendet wird. (vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 04_v13: Erdnuss-Ofen – Energie in Stoffen; Blatt 04_v14: Energie in Stoffen – energiearm)

Es ist nicht altersgemäß, bereits jetzt auf den abstraktesten Aspekt des Stoffwech­sels, die Zellatmung, einzugehen, auch wenn die Stoffe in der Zellatmungs-Gleichung einen hübschen roten Faden für das ganze Kapitel ergeben würden. Das Thema sollte besser an das Ende des Lernbereichs rücken und einer rückblickende Zusammenfassung dienen. Stoff-Umwand­lung und Energie-Umwandlung sollten den Schülern zuvor bereits anhand anderer Beispiele aus NA vertraut sein (z. B.: die Verbrennungs-Reaktion in einer Kerzenflamme; die Energie-Umwandlung von der chemischen Energie in der Nahrung über Zellenergie und Bewegungs-Energie bis zur Wärme-Energie beim schnellen Reiben der Hände). (Vgl. 5. Klasse Skript 4: NA)

Der LehrplanPLUS verlangt ausdrücklich ein „Reaktionsschema“. Das darf also eine Darstellung als Diagramm sein; am besten wrid aber an dieser Stelle bereits die Schreibweise einer chemischen Reaktionsgleichung eingeführt: Pluszeichen (nicht das Wort „und“), Reaktionspfeil (gesprochen: „wird zu“ bzw. „wird umgewandelt in“ bzw. „reagiert zu“; kein Daraus-folgt-Pfeil und vor allem kein Gleichheitszeichen!):

Stoff-Umwandlung bei der Zellatmung:

Energie-Umwandlung bei der Zellatmung:

Hinweis: Um Stoff- von Energie-Umwandlungen noch besser abzugrenzen und um klar zu zeigen, dass eine Energie-Umwandlung keine chemische Reaktion darstellt, ist es besser, bei Energie-Umwandlungen einen Schleifenpfeil zu verwenden (er kann auch verbalisiert werden mit „wird zu“, aber nie mit „reagiert zu“).

>    die Welt der Teilchen (diese Ebene ist hier für die Kinder viel leichter zu handhaben als die reine Stoffebene, v. a. wenn mit Modellen gearbeitet wird)

Arbeitsblatt zum Teilchenmodell der Zellatmung

Bei diesem sehr abstrakten und für die Schüler wenig anschaulichen Thema sollten Sie sich viel Zeit lassen, die Schüler möglichst viel selbst formulieren lassen, oft wiederholen und die Vorgänge der Stoff-Umwandlung z. B. mit Lego® und/oder Steckblumen spielen lassen (vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 12_v01: Modellspiel Zellatmung). Erfahrungsgemäß können bereits jetzt problemlos die Begriffe Atom und Molekül eingeführt und angewendet werden, im Vorgriff auf die 6. Klasse Biologie, wo Stoff-Umwandlung („Stoffänderung“) als „Umgruppierung von Atomen“ an drei Stellen im LehrplanPLUS verlangt wird.

  • Arbeitsblatt Teilchenmodell Zellatmung [word] [pdf]
  • Arbeitsblatt Teilchenmodell Zellatmung Alternative [word] [pdf]

Die Nahrungsbestandteile

  • Nährstoffe in großer Menge: Kohlenhydrate (nicht: „Kohlehydrate“, denn der Begriff ist die Kurzform von „Kohlenstoff-Hydrate“!) mit Stärke und Zucker; Fette; Eiweißstoffe = Pro­teine
  • zusätzliche Stoffe in kleinen Mengen: Mineralsalze, Vitamine, Ballaststoffe
  • Wasser

Arbeitsblatt mit Bilder zur Übersicht über die Nahrungsbestandteile [word] [pdf]

Dies ist die bisherig übliche Nomenklatur. In der fünften Klasse nennt der LehrplanPLUS noch keine konkreten Fachbegriffe, wohl aber in der zehnten Klasse (Inhalte zu Lernbereich 3.1): Kohlenhydrate, Proteine und Fette werden als Makronährstoffe bezeichnet. Vitamine und Mineralstoffe stehen ihnen als Mikronährstoffe gegenüber. (Makro und Mikro bezieht sich dabei auf die Mengenanteile in der Nahrung.) Man hat sich da an die Be­grifflichkeit der Ökotrophologie angepasst. (Nahrungsmittel und ihre Inhaltsstoffe sind bereits Thema in den ersten beiden Klassen Grundschule)

Auch eine intensive Diskussion der Biologie-Seminarlehrer im November 2017 zur Nomenklatur der Nahrungsbestandteile führte zu keinem Konsens. Die Bezeichnung der Mineralsalze, welche von Pflanzen aufgenommen werden, als „Mikro-Nährstoffe“ erscheint sehr gewöhnungsbedürftig. Eine überlegenswerte Alternative wäre eventuell: Energie-Nährstoffe (Fette, Kohlenhydrate), Bau-Nährstoffe (Proteine), Hilfs-Nährstoffe (Mineralstoffe und Vitamine), Ballaststoffe und Wasser.

Kohlenhydrate und Fette dienen vor allem der Energieversorgung des Körpers, Proteine liefern die Baustoffe für die vielen Eiweißstoffe des Körpers. Die Schüler ermitteln den Anteil der Nahrungsbestandteile in verschiedenen Lebensmitteln sowie deren Energiegehalt durch eigene Recherchen, z. B. von Lebensmittelpackungen ablesen und ggf. als Säulen-Diagramme darstellen (NA-Hausaufgabe).

Der LehrplanPLUS fordert bei NA (unter 1.1 Arbeitsmethoden > Inhalte) als einfache Nach­weisreaktionen unter anderem den Stärkenachweis (= Iod-Stärke-Probe) und die Fettfleck-Probe. Die Schüler sollen zunächst diese Nachweise kennenlernen  und jeweils mit einem Wenn…wenn…dann-Satz beschreiben, z. B.: „Wenn man Iodlösung* zu einem Nahrungsmit­tel gibt und wenn es dann blau oder violett wird, dann ist in dem Nahrungsmittel Stärke ent­hal­­ten.“ – Dieser beim ersten Hören holprig klingende doppelte Konditional fordert das abstrakte Denken der Kinder maximal heraus, muss also oft eingeübt werden. Dennoch ist diese Formulierung hilfreich, denn der Dreischritt in der Satzstruktur entspricht dem Dreischritt im Versuchsprotokoll: „Wenn ich dies mache und wenn ich dabei das beobachte, dann kann ich jenes daraus schließen.“ (Dabei sollte jedesmal die genannte grammatikalische Formulierung verwendet werden, auf keinen Fall verkürzte Konditionalformen wie: „Gibt man Iodlösung zu einem Nahrungsmittel und färbt es sich blau, ist darin Stärke enthalten.“, weil der Dreischritt dadurch verschleiert wird.) Anschließend sollen die Schüler mit der Iodprobe Lebensmit­tel untersuchen und dies sorgfältig protokol­lie­ren (scharfe Trennung zwischen der beobachte­ten Farbe und der Erklärung zum Stärkegehalt), ggf. auch mit der Fettfleckprobe. Im Biologieunterricht greift man dann auf diese Kenntnisse zurück. (Hinweis: Die Fehling-Probe auf reduzierende Zucker eignet sich für diese Jahrgangsstufe nicht, weil sie in der Durchführung nicht ungefährlich ist und weil auch intelligente Zehn­jährige in der Regel mit dem Verständ­nis des mehrfachen Farbwechsels über­for­dert sind.)

*) Iod-Kaliumiodid-Lösung bzw. Lugol’sche Lösung sind Begriffe, die dem Schüler nichts nützen, sondern lediglich einen technischen Kunstgriff bzw. dessen Entwickler benennen; Iod allein wäre falsch, da es nicht als violetter, fester Reinstoff, sondern als braune Lösung zugegeben wird.

(Vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 04_v20: Stärkenachweis; Blatt 04_v21: Fettfleckprobe)

NEU: Der LehrplanPLUS verlangt auch die Thematisierung des Energieinhalts von Nahrungs­mitteln. Dabei ist es wichtig, deutlich zu machen, dass „Kilojoule“ weder ein Stoff, noch eine Energieform, sondern eine Maßeinheit für die Messgröße Energie ist, so wie Meter die Maßeinheit für die Messgröße Länge. (Hinweis: Es ist sinnvoll, darauf hinzuweisen, dass starke körperliche An­stren­gung einen hohen Energieinhalt der Nahrungsmittel verlangt. Umgekehrt: Wer sich wenig bewegt, sollte den Energieinhalt seiner Nahrungsmittel niedrig halten. Berechnungen aus den Kalorientabellen sind wenig sinnvoll, weil der auf den Verpackungen angegebene chemische Brennwert eines Nahrungsmit­tels mit seinem physiologischen Brennwert nicht unbedingt konform geht.)

Sehr früh im Schuljahr sollte der Energie-Begriff thematisiert werden mit einer (unvollständigen) Auflistung von Energie-Arten. Außerdem sollten zu diesem Zeitpunkt bereits die Kategorien (Mess-)Größe, (Maß-)Einheit und Symbol eingeführt, an verschiedenen Beispielen wiederholt und durch „Energie-Inhalt / Kilojoule / kJ“ erweitert werden. (Vgl. AB „Energiebegriff“ unter: 5. Klasse Skript 4: NA  >  Materialien  >  Kapitel Chemie, Seite 25) [word] [pdf]

Es ist sinnvoll, den Energie-Inhalt von jeweils 100 g Lebensmittel als Säulendiagramm darstellen zu lassen (Hausaufgabe). Aber es kann sehr kontraproduktiv sein, nach den Kalorientabellen zusammenstellen zu lassen, wie viel von welchem Nahrungsmittel an einem Tag verzehrt werden sollte, denn alle Magersüchtigen haben ihr gestörtes Essverhalten mit genau dieser Tätigkeit begonnen!

Ausgewogene Ernährung: Anhand von Quellen (Schulbuch, Broschüre) erstellen die Schüler einen vorbildlichen und als Kontrast dazu einen negativen Ernährungsplan. Nicht allzu dog­matisch vorgehen, denn die Ökotrophologie ändert gerne ihre Moden und Glaubensbekennt­nisse. (Kompetenzbereich: Bewerten)

Die Verdauung

Ich empfehle hierzu nachdrücklich den Basisartikel „Verdauung & Co.“ von Wolfgang Ruppert in Unterricht Biologie, Heft 433, 2018, S. 2-11, aus dem ich die neuesten Erkenntnisse in den folgenden Artikel eingebaut habe.

Als erstes muss der Begriff Verdauung klar definiert werden und zwar als Zerlegung der großen (Makro-)Nährstoff-Moleküle in ihre kleineren Baustein-Moleküle (Resorption ist nicht Teil der Verdauung im engeren Sinn, sondern der nachfolgende Schritt). Prinzipiell genügt es, die Verdauung der Stärke zu behandeln (exemplarisch wird nur das unverzweigte Amylose-Molekül betrachtet). Wenn die Klasse dafür aufnahmebereit ist, kann zur Vertiefung zusätzlich die Verdauung der Proteine behandelt werden (es ist sinnvoll, dann auch den Begriff Aminosäuren einzuführen, weil diese dann in der Genetik der Mittel­stufe schon bekannt sind und dadurch weniger mit den erst später eingeführten Kernbasen verwechselt werden: Lernen im zeitlichen Kontrast.) Erfahrungsgemäß fällt es den Schülern leichter, die Verdauungsvorgänge zu verstehen, wenn sie auf der Teil­chenebene anschaulich dargestellt bzw. haptisch gespielt werden (Lego®- oder Bonbonketten-Modell; vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 07_5_v07: Verdauungsspiel).

In NA bietet sich die Untersuchung der Verdauung von Stärke durch ein Enzym (Speichel oder Pankreatin) an. Der Fachbegriff „das Enzym, -e“ (ein Molekül, das für Stoffumwandlung zuständig ist) sollte hier ein­geführt werden, auch wenn ihn der LehrplanPLUS nicht explizit verlangt  (vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 11_v01: Zersetzung von Stärke).

Ein Enzym kann auf der Teilchenebene durch ein Werkzeug symbolisiert werden, beispielsweise eine Schere, welche die Riesenmoleküle durchschneidet. (In der Mittelstufe sollten sie besser durch Werkzeuge dargestellt werden, die aufbauend wie abbauend wirken können, beispielsweise Schrauben- oder Inbus-Schlüssel.) Wenn die Verdauung von Stärke und von Eiweiß dargestellt werden soll, ist es sinnvoll, die beiden Verdauungsenzyme durch zwei unterschiedliche Werkzeuge darzustellen. Ein gutes mentales Bild wird auch durch die Bezeichnung Nanomaschine erreicht.

Kurze Übersicht über die Verdauungsorgane und ihrer Aufgaben:

  • der Mund, (wird im Lehrplan nicht genannt, kann also einschließlich der Mundverdauung auch weggelassen werden); hier wird durch ein Mund-Enzym (konkret: alpha-Amylase) ausschließlich Stärke verdaut, wobei unterschiedlich große Stärke-Bruchstücke entstehen (zur Information der Lehrkraft: Maltose, Maltotriose und verzweigte Oligosaccharide, aber nicht reine Maltose, wie das in vielen Lehrbüchern zu sehen ist); der Umfang der Verdauung ist vernachlässigbar, viel entscheidender ist die Überprüfung der Nahrung durch Geschmack- und Geruchsinn, die mechanische Zerkleinerung der Nahrung zur Oberflächen-Vergrößerung und die Produktion von 0,5 bis 1,5 Litern Speichel, der den Nahrungsbrei rutschfähig macht; der Fachbegriff „die Drüse, -n“ kann hier eingeführt werden als ein Organ, das eine Flüssigkeit (hier: Speichel) herstellt und nach außen (hier: in den Mund) abgibt; ein kleines Detail nebenbei: Mundspeichel enthält unter anderem Immunglobulin A zur Abwehr von Bakterien und Viren sowie ein stark schmerzstillendes Opiomorphin, was Urgrußmutters Rezept recht gibt, dass man kleine Wunden wie Insektenstiche oder Kratzer durch Dornen mit Spucke behandeln kann.
  • die Speiseröhre: ein muskulärer Schlauch, durch den der Nahrungsbrei rutscht bzw. gequetscht wird; der Schluckvorgang funktioniert auch, wenn man auf dem Kopf steht, was beweist, dass er aktiv durch Muskeltätigkeit bewirkt wird [soll der Begriff „muskulös“ verwendet werden, muss er explizit eingeführt werden mit Tafelbild und Hefteintrag, z. B.: „Nomen: der Muskel, -n; Adjektiv: muskulös“]
  • der Magen: ein muskulöser Sack, der vor allem den Nahrungsbrei speichert und ihn kräftig durchmischt; der Magensaft enthält Salzsäure und ein Magen-Enzym, das Eiweiß-Moleküle in Eiweißbruchstücke zerlegt (de facto setzt Pepsin auch einzelne Aminosäuren frei, aber ich würde die plakative Abfolge „Riesenmolekül > Bruchstücke > Bausteine“ nicht verwässern wollen); allerdings ist der Umfang der Magenverdauung vernachlässigbar gering; die wohl wichtigste Aufgabe des Magens besteht vermutlich darin, dass die ziemlich aggressive Salzsäure (spürbar bei Sodbrennen!) Krankheitskeime, die mit der Nahrung aufgenommen werden, sehr effektiv abtötet (die Ausflockung von Eiweiß-Molekülen ist ein unwesentlicher Nebeneffekt; und wer glaubt, der Magensaft muss so sauer sein, damit das Pepsin in seinem Optimum arbeiten kann, verwechselt Ursache und Wirkung)
  • der Dünn­darm ist das eigentliche Organ der Verdauung; die Bauchspeicheldrüse liefert ihm einen Saft mit einer Vielzahl von Bauchspeichel-Enzymen, durch welche sämtliche (Makro-)Nährstoff-Moleküle und deren Bruchstücke letztlich in ihre Bausteine zerlegt werden; wie oben erwähnt, sollte mindestens die Zerlegung der (unverzweigten) Amylose-Moleküle letztlich zu Traubenzucker-Molekülen im Modell optisch dargestellt und haptisch durchgespielt werden, eventuell auch die Zerlegung der Eiweiß-Moleküle letztlich zu Aminosäure-Molekülen; auf die Besprechung der Fett-Zerlegung verzichte ich konsequent, weil des Guten zu viel das mentale Bild wieder aufweichen würde, die Schüler würden vor allem die Bausteine verwechseln (als nicht gesicherte Vertiefung eignet sich aber eine projizierte Darstellung durchaus, nur eben wenig als Lernstoff). Der zweite wesentliche Vorgang im Dünndarm ist die Aufnahme der Teilchen aus der Nahrung (direkt bzw. nach Zerlegung) über die Darmwand in das Blut (den Fachbegriff Resorption führe ich in der Unterstufe nicht ein); je mehr „Darmtore“ vorhanden sind, desto mehr Teilchen können ins Blut gelangen; der kindgerechte Begriff Darmtor umfasst dabei die aktiven und passiven Carrier-Moleküle in der Zellmembran der Darmwand-Zellen wie auch die Tight Junctions zwischen den Darmwand-Zellen, die ebenfalls an der Resorption beteiligt sind; Oberflächen-Vergrößerung ist also wesentlich (ein Beispiel für schülerzentrierte Erarbeitung am sehr einfach herstellbaren Modell zeigt Blatt 07_5_v02 im Praktikumsordner „Bio? – Logisch!“; vgl. auch Blatt 04_v04: Modellversuch zur Oberflächenvergrößerung; Druckvorlage: [word] [pdf]); nur besonders interessierte Klassen sollten etwas von Darm-Falten (Herr Kerckring möge mir die didaktische Reduktion verzeihen), Darm-Zotten und Ausstülpungen der Darmwand-Zellen erfahren; die Oberflächen-Vergrößerung im Dünndarm ist neuesten Untersuchungen zufolge übrigens nicht so dramatisch, wie bisher angenommen, nämlich „nur“ 30-fach (von 0,33 Quadratmeter Darmrohr-Oberfläche auf 30-40 Quadratmeter effektive Oberfläche)
  • der Dickdarm spielt beim Thema Verdauung selbst nur eine untergeordnete Rolle, selbst bei der Resorption von Wasser, denn die findet zu 85 % im Dünndarm statt und auch die bakterielle Nachverdauung liefert dem menschlichen Körper nur wenig Material. Die riesige Menge an Bakterien, die den Dickdarm bewohnt (sie wiegen etwa 2 kg und umfassen 10 bis 100 mal mehr Zellen, als ein menschlichen Individuum an eigenen Zellen besitzt), steht in engem Zusammenhang mit dem Immunsystem („70 % aller immunologischen Zellen befinden sich in der Darmschleimhaut“; Zitat aus dem Basisartikel in UB 433) und bestimmten Krankheiten. Faustregel: „Menschenfreundliche“ Bakterien-Arten verhindern die Ansiedlung von krankheitserregenden Bakterien-Arten. Jeder Mensch hat seine individuelle Zusammensetzung an Bakterien (und anderen Mikroorganismen) in seinem Darm, die seine Gesundheit zu einem bestimmten Teil beeinflusst. Der kurze Blinddarm mit seinem Wurmfortsatz ist wohl ein Raum, in dem die persönlichen Darmbakterien auch dann erhalten bleiben, wenn der Dickdarm bei Durchfall entleert wird. Man mag den Enddarm als Speicher des eingedickten Kots ansprechen, ich mache es nicht.

Unterrichts-Abfolge: Es ist sinnvoll, anhand eines Arbeitsblatts zunächst Lage und Namen der Verdauungsorgane zu behandeln. Vor allem von deren Lage, Abfolge und Größe scheinen viele Schüler völlig falsche Vorstellungen zu haben. Deshalb ist es hilfreich, sie bildlich am menschlichen Original darzustellen, z. B. gemalt auf einen aufgeschnittenen Müllsack (vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 07_5_v01: Übersicht Verdauungsorgane). Anschließend wird die Aufnahme der Bausteine Traubenzucker-Moleküle und ggf. Aminosäure-Moleküle sowie der (unveränderten) Vitamin-Moleküle und Mineralsalz-Teilchen in das Blut besprochen. Diese Stoffe gehen durch die Darmwand in die Adern, wo sie vom Blut durch den ganzen Körper transportiert werden. Das Phänomen der Oberflächenvergrößerung kann bei der mechanischen Zerkleinerung der Nahrung durch die Zähne bereits thematisiert, sollte aber unbedingt bei der Resorption im Dünndarm vertieft darstellt werden.

  • >    die sichtbare Welt: der Dünndarm, der Magen, der Nahrungsbrocken
  • >    die Welt im Mikroskop: die Darmzotte, die Kapillare (sehr dünne Ader), die feinen Bröckchen im Nahrungsbrei
  • >    die Welt der Teilchen: das Eiweiß-Molekül, das Traubenzucker-Molekül, das „Darmtor“
  • Arbeitsblatt Grundwissen-Wiederholung Ernährung: [word] [pdf]
  • Druckvorlage zum Praktikum Darmtore (vgl. ALP Blatt 7_5_v02: Oberflächengrößerung Darm): [word] [pdf]
  • Arbeitsblatt Verdauung von Stärke und Eiweiß, molekular: [word] [pdf]

Der Gasaustausch in der Lunge und am Muskel

Es bleibt der Lehrkraft überlassen, ob die Abschnitte über die äußere Atmung und das Blut­system unter Stoffwechsel subsummiert werden oder eigene Kapitel bilden.

NA liefert zur Atmung (obligat) die Erkenntnis, dass Luft ein Gemisch ist, das neben Sauer­stoff, sehr viel Stickstoff und sehr wenig Kohlenstoffdioxid enthält. NEU fordert der LehrplanPLUS die Nachweis­reaktionen für Sauerstoff (Glimmspanprobe) und Kohlenstoffdioxid (Kalkwasserprobe, die nicht ungefährlich ist und bei besonders unzuverlässigen Klassen besser nur als Demonstra­tions- und nicht als Schülerversuch durchgeführt wird). (Vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 02_v01: Sauerstoffgehalt in Luft und Atemluft; Blatt 02_v08: Luft als Gemisch; Blatt 04_v15: Kalkwasserprobe; Blatt 04_v16: Glimmspanprobe.)

Der LehrplanPLUS verlangt bei der äußeren Atmung lediglich den Gasaustausch der Atem­gase (Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid) zwischen Lungenbläschen und Blut, wobei auch hier die Oberflächenvergrößerung betont werden soll.

Hinweis: Es ist nicht sinnvoll, hierbei die makroskopische Anatomie ganz wegzulassen (die im LehrplanPLUS nicht genannt wird), sondern man geht von der makroskopischen Ebene („sichtbare Welt“: die Luftröhre, der Lungenflü­gel) aus, um über die mikroskopische Ebene („Welt im Mikroskop“: das Lungenbläschen, die Lungenkapillare) zur submikroskopischen Ebene vorzudringen („Welt der Teilchen“: Sauerstoff-, Kohlenstoffdioxid-Teilchen bzw. -Molekül ). Der Weg der Atemluft (Mund/Nase > Luftröhre > Bronchien > Bronchienäste > Lungenbläs­chen) wird vom LehrplanPLUS zwar nicht verlangt, ist aber schnell gemacht und sinnvoll, da kindgerecht und anschaulich.

Arbeitsblatt Atemorgane [word] [pdf]

Arbeitsblatt zum Teilchenmodell des Gasaustauschs in der Lunge (atomar)
Einfache Variante, bei der der Aufbau der Moleküle aus Atomen nicht dargestellt ist.

Obligat ist der Gasaustausch zwischen Blut und Organen (z. B. am Muskel) zu behandeln.

  • >    die sichtbare Welt: der Muskel
  • >    die Welt im Mikroskop: die Muskelkapillare, die Muskelzelle
  • >    die Welt der Teilchen: die Bewegung der Teilchen (Sauerstoff- und Kohlenstoffdioxid-Moleküle)

(Vgl. „Bio? – Logisch!“ Blatt 07_7_v01: Ein- und Ausatemluft – Brenndauer einer Kerze; Blatt 07_7_v02: Ein- und Ausatemluft –Kalkwasserprobe (1); Blatt 07_7_v07: Atemvolumenmessung mit den Handspirometer; Blatt 07_7_v08: Atemvolumenmessung mit der Glasglocke.)

  • Arbeitsblatt Teilchenmodell Gasaustausch in der Lunge [word] [pdf]
  • Teilchenmodell Gasaustausch in der Lunge (atomar) [jpg]
  • Teilchenmodell Gasaustausch in der Lunge (einfach) [jpg]

Der Blutkreislauf

(Ggf. als eigenes Kapitel). Wichtig ist, möglichst wenige Begriffe einzuführen, diese aber möglichst oft anzuwenden: die Ader, -n (Röhre, die Blut transportiert); die Arterie, -n (Ader, die das Blut von der Pumpe/vom Herzen weg führt); die Vene, -n (Ader, die das Blut zur Pumpe/zum Herzen hin führt); die Kapillare, -n (sehr dünne, stark verzweigte Adern mit sehr großer Oberfläche); sowie ggf. wenige Begriffe zum Bau des Herzens (der aber vom LehrplanPLUS nicht gefordert wird). Auf Begriffe wie Blutgefäß, Aorta, Hohlvene oder Pfortader kann leicht verzichtet werden, dafür sollten die Schüler aber immer wieder Adern aufgrund ihrer Funktionalität benennen: Körper-Arterie,  Lungen-Vene usw.

Die farbliche Kennzeichnung in Rot (sauerstoff-reich, kohlenstoffdioxid-arm) und Blau (sau­erstoff-arm, kohlenstoffdioxid-reich) sollte eingeführt und (möglichst mit Begründung) angewendet werden. Die Aussage, dass Arterien immer rot und Venen immer blau zu zeichnen seien, muss als falsch heraus gestellt werden (am besten durch die Schüler selbst). Der Bindestrich in den Adjektiven mag auf den ersten Blick albern erscheinen; er macht aber vor allem Schülern mit Migrations-Hintergrund die Aussage dieser Wörter wesentlich intensiver klar.

Besser von Lungen- und Körper-Abschnitt des Kreislaufs sprechen als von Lungen- und Kör­per-„Kreislauf“, da wir nur einen einzigen Kreislauf haben und nicht zwei. Der LehrplanPLUS verlangt das Element Herz im Kreislauf (als Pumpe), nicht aber seinen Bau und nicht seine Funktion (das ist Thema in der zehnten Klasse). Ich stelle gerne heraus, dass das menschliche Herz zwei Pumpen darstellt, eine für jeden Kreislaufabschnitt. Um Zusammenhänge und Verständnis in den Vordergrund zu stellen, beginne ich mit den technischen Aspekten des (einzigen) Kreislaufs, der von zwei Pumpen angetrieben wird und gehe erst danach auf die Anatomie über.

Hier finden Sie mein vollständiges Skript zur Erarbeitung des menschlichen Kreislaufs – ein Konzept für intensives kumulatives Arbeiten und für hohe Schüleraktivität: [word] [pdf]

  • Arbeitsblatt Blutkreislauf technisch (einfach) [word] [pdf]
  • Arbeitsblatt Blutkreislauf anatomisch [jpg] [word] [pdf]
  • Arbeitsblatt Blutkreislauf historisch [word] [pdf]

Das Zusammenspiel der Organe

An dieser Stelle sollte unbedingt eine Zusammenfassung der bisherigen Erkenntnisse erfol­gen, also die Zusammenarbeit von Atmungsorganen, Verdauungssystem und Blutsystem sowie der Zusammenhang zwischen körperlicher Anstrengung, Atemfrequenz und Nahrungs­bedarf. Diese Formulierung steht zwar nicht mehr im LehrplanPLUS, fördert aber das sys­temische Verständnis der Schüler. (Grundschule: Anbahnung in erster und zweiter Klasse)

Die wesentlichen Aspekte hierbei sind:

  • Versorgung aller Zellen im Körper mit Sauerstoff (durch das Blut von der Lunge zu den Zellen transportiert) und Nährstoffen, v. a. Traubenzucker (durch das Blut vom Dünndarm zu den Zellen transportiert)
  • Zellatmung in allen Zellen des Körpers zur Bereitstellung von Zellenergie für sämliche Lebensvorgänge
  • Abtransport der Abfallstoffe aus der Zellatmung, v. a. von Kohlenstoffdioxid (durch das Blut von den Zellen zur Lunge)
  • intensivere Atmung (höheres Atemvolumen, mehr Atemzüge pro Minute) sowie intensivere Herztätigkeit (mehr Herzschläge pro Minute) bei Anstrengung

Hierin lässt sich auch gut die aktive Gesundheitvorsorge integrieren (ausgewogene Ernäh­rung: s.o., sportliche Betätigung).

  • Arbeitsblatt, das die Zusammenhänge im Gesamtsystem darstellt: [word] [pdf]
  • Hier finden Sie die Folie „Traubi auf Reisen“, die Schüler dazu auffordert, das Schicksal eines Traubenzucker-Moleküls auf seinem Weg durch den Körper zu beschreiben: [word] [pdf]

Rauchen

Demonstrations-Versuch: Zigarettenrauch mit Wasserstrahlpumpe durch Watte oder Kochsalz leiten; offene Petrischale damit herumgehen lassen, so dass sich die Schüler richtig ekeln können. Zehnjährige sind meist sehr beeindruckt von dem Gestank und dem Teer, so dass sie gerne bereit sind, in ihr Heft (freiwillig) zu notieren: „Ich habe fest vor, nicht zu rauchen.“ (Bis­weilen bringen sie daraufhin sogar ihre Eltern dazu, das Rauchen aufzugeben.) (Vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 07_7_v09: Teer im Zigarettenrauch)

Von Schockbildern v. a. von Raucherbeinen rate ich bei den Zehnjährigen ab. Es genügt, die beiden wesentlichsten Schad­stoffe kurz abzuhandeln:

  • das Nikotin: ein Abwehrstoff der Tabakpflanze, der zwar das Gehirn anregt, aber auch die Adern dazu bringt, sich zu verengen, so dass im Extremfall bestimmte Organe zu wenig Blut erhalten
  • der Teer: entsteht, wenn Tabak unvollständig verbrennt (glimmt), lagert sich in den Lun­genbläschen ab und behindert (nicht: verhindert!) dort den Gasaustausch (Recherchen der Schüler anhand von Zigarettenverpackungen)

Die Suchtproblematik wird am Beispiel Nikotin kurz umrissen, evtl. in (freiwilligen) Inter­views mit Erwachsenen und Halbwüchsigen durch die Schüler erforscht. („Warum rauchst du?“, „Hast du vor, damit aufzuhören?“) (Kompetenzbereich: Bewerten)

2.4 Fortpflanzung, Wachstum und Individualentwicklung

gemäß den Richtlinien für die Familien- und Sexualerziehung in den bayerischen Schulen vom 15.12.2016 (die ein dickes Lob für ihre gekonnte Formulierung verdienen!)

  • Voraussetzung für effektiven Unterricht bei diesem Thema ist eine gedeihliche Unter­richts-Atmosphäre mit einem funktionierenden Vertrauensverhältnis zwischen Lehrkraft und Klasse. Die Erfahrung zeigt aber auch, dass sich problematische Schüler bei diesem Thema unerwartet kooperativ und interessiert zeigen können. Am besten zu Beginn klare Verhaltensregeln aufstellen.
  • Die Medien müssen entwicklungs- und altersgemäß sein.
  • Die verwendeten besonderen Medien dürfen nicht im Biologiesaal stehen bleiben und müssen direkt nach dem Unterricht sicher verstaut werden, damit sie anderen Klassen nicht unkontrolliert zur Verfügung stehen.
  • Im Unterricht darf keine Stimulation, aber auch keine Verängstigung hervorgerufen werden; Real-Abbildungen der Geschlechtsorgane oder sexueller Praktiken sind nicht erlaubt.
  • Persönlichkeitsbezogene oder emotionsbehaftete Inhalte der Familien- und Sexualerzie­hung dürfen nicht Teil der Leistungserhebung sein. Fragebogenaktionen über das sexuelle Verhalten der Schülerin­nen und Schüler sind unzulässig. (Über die unverfängliche zelluläre Ebene kann also durchaus abgefragt werden; trotzdem würde ich nur freiwillige Melder aufrufen).
  • Familien- und Sexualerziehung im Biologieunterricht schafft das biologische Faktenwis­sen zur Thematik (Bau der Fortpflanzungsorgane, Keimzellen und Befruchtung, Schwan­ger­schaft und Geburt). Auf dieser Grundlage erfolgt die Erziehung zur Eigenverant­wort­lichkeit im Umgang mit Sexualität (Hygiene, Prävention, Verantwortung gegenüber dem Partner und dem eigenen Kind). Sichere Artikulationsfähigkeit durch korrekte Fachspra­che (statt Umgangs- oder Gassensprache).
  • Familien- und Sexualerziehung ist eine typische fächerübergreifende Aufgabe, in die neben Biologie die Fächer Ethik, katholische und evangelische Religionslehre, Deutsch und Sozialkunde eingebunden sind. Zusammenarbeit mit anderen Fachlehrern der Klasse ist deshalb angebracht.
  • Neben Eltern und Schule unterliegen die Schüler – oft in erheblichem Maß – auch dem Einfluss der Medien (Fernsehen, Jugendzeitschriften, Internet) sowie ihrer Peergroup (Cli­que). Vor allem die oft sehr einseitige Vermittlung von Werten durch private Fernsehsender birgt Gefahren. (Beispielsweise vermitteln „Deutschland sucht den Superstar“ oder „Germanys next Top Model“ eine etwas schiefe Interpretation zur Bedeutung des Begriffs Selbstbewusstsein.)
  • Neue Ergebnisse der Verhaltens- und Gehirnforschung zeigen, dass die Gehirne von Män­nern und Frauen teilweise unterschiedlich arbeiten, vermutlich aufgrund unterschiedlicher Verteilung „männlicher“ und „weiblicher“ Anteile, die aber in beiden Geschlechtern auftreten. Rollenunterschiede könnten von daher eine biologische Grundlage haben und sollten nicht pauschal negiert werden. Andererseits dürfen Rollenunterschiede nicht zur Abwertung des einen oder anderen Geschlechts füh­ren.
  • Der Mensch als Modell: Aspekte der Fortpflanzung als Kennzeichen des Lebendigen tau­chen in allen Jahrgangsstufen auf. Dadurch können stets vergleichende Betrachtungen zu den Verhältnissen beim Menschen angestellt werden. (Fortpflanzung bei Pflanzen, geschlechtliche Fortpflanzung zur Schaffung genetischer Variabilität, Zellteilungen, klassische Genetik, Brutfürsorge und Brutpflege)
  • Ein relativ hoher Prozentsatz der Fälle sexuellen Missbrauchs findet innerhalb der Familie statt. Im gegebenen Fall ist der Lehrer Ansprechpartner und Vermittler von Hilfsangeboten (z. B. Jugendamt über den Schulleiter), geht aber nicht von sich aus einem Verdacht nach.

Vorschlag für den Ablauf der Unterrichtseinheit:

In problematischen Klassen kann es sinnvoll sein, die sexuelle Fortpflanzung zunächst am Beispiel der Blütenpflanzen zu besprechen. Die Begriffe Eizelle, Spermienzelle, Bestäubung, Befruchtung und ggf. Zygote sind dann schon bekannt, wenn das Thema in der Menschenkunde ansteht, so dass mehr Gelassenheit zu erwarten ist.

Evtl. zu Beginn der Unterrichtseinheit die Schüler auffordern, Anregungen und Fragen zum Thema auf einen Zettel zu schreiben und anonym (z. B. in einer Schachtel) abzugeben. Ich schlage vor, vom Bekannten zum Unbekannten, vom Einfachen (Plakativen) zum Kom­plexeren überzugehen und deshalb die Reihenfolge im Lehrplan abzuändern:

  • die Pubertät: Erfahrungen mit älteren Geschwistern usw. als Einstieg; Auflistung der körperlichen und psychischen Veränderungen während der Pubertät; Vergleich zwischen Buben und Mädchen; Umbau des Körpers unter der Steuerung der Hormone (Einführung des Fach­begriffs: das Hormon, -e = vom Körper in sehr kleiner Menge hergestellter Stoff, der eine Entwicklung oder ein Verhalten steuert; Transport im Blut); Zweck der Pubertät: Umbau des Körpers, damit Fortpflanzung möglich wird; Vorteile und Probleme bei der Auflehnung gegen Eltern und Schule; beginnendes Interesse an einem Partner als normaler biologischer Vorgang; Hygiene der Geschlechtsorgane (Monatsblutung als normaler biologischer Vorgang)
  • Bau und korrekte Benennung der männlichen und weiblichen Geschlechtsorgane (Beschriftung von Schemazeichnungen mit serösen Begriffen, damit die Schüler über das Thema kommunizieren können; auch als Hausaufgabe)
  • konkrete Aufgaben der Geschlechtsorgane: Herstellung von Eizelle und Spermienzelle mit jeweils der Hälfte der Erbinformation jedes Elternteils; Zusammenbringen von Ei- und Spermienzelle (ohne Vertiefung) = Zeugung
  • die Befruchtung = Verschmelzung von Eizelle und Spermienzeller zur Zygote (die Zygote, -n); letzterer Begriff steht zwar nicht im Lehrplan, ist aber sinnvoll   >    die Welt im Mikroskop
  • auch wenn es nicht mehr im Lehrplan steht: Zellteilungen der Zygote, ganz kurz die Bildung eines Embryo (der Embryo, -nen) und die Geburt als zwar schmerzhafter, aber nicht beängstigender Vorgang
  • vereinfachter weiblicher Zyklus ohne hormonelle Regelung: monatlich wird eine Eizelle reif und wandert Richtung Gebärmutter, die für eine mögliche Schwangerschaft schon eine Schleimhaut bereit stellt; erfolgt keine Befruchtung, wird die Schleimhaut samt der nicht befruchteten Eizelle ausgewaschen = Monatsblutung; eventuelle Unpässlichkeit während der Blutungsphase
  • Schutz vor Infektion (ggf. kombiniert mit Verhütung durch Kondom)
  • selbstbestimmte Sexualität: Sexualität als schöne Erfahrung (in küftigen Jahren); Recht auf Einhaltung der Individualdistanz und der Intimsphäre; Recht auf die persönliche sexu­elle Orientierung (Toleranzgebot); Prävention von sexuellem Missbrauch: Sensibilisierung, Nein-Sagen-Können (z. B. die Geschichte von „Melanie und Tante Knuddel“ von Gisela Braun und Dorothee Wolters oder ein Programm zur Stärkung der Persönlichkeit); ermutigen zum Nein-Sagen (sehr behutsam erklären, was unter sexuellem Missbrauch zu verstehen ist, aber sehr deutlich dazu ermutigen, gegen alle unerwünschten Annäherungen anzugehen); besondere Sensibilität gegenüber Mädchen aus anderen Kulturkreisen! (Kompetenzbereich: Bewerten)

Gute Comics zu diesem Thema finden sich im Cornelsen-Buch der 5. Klasse für das G8. Sehr viele Aspekte zum Kompetenzbereich: Bewerten.

  • Arbeitsblatt Fortpflanzungsorgane des Mannes [word] [pdf]
  • Arbeitsblatt Fortpflanzungsorgane der Frau [word] [pdf]
  • Arbeitsblatt weiblicher Zyklus [word] [pdf]
  • Bild Fortpflanzungsorgane Mensch, weiblich ohne Beschriftung [jpg]
  • Bild Fortpflanzungsorgane Mensch, weiblich mit Beschriftung [jpg]
  • Bild Fortpflanzungsorgane Mensch, männlich ohne Beschriftung [jpg]
  • Bild Fortpflanzungsorgane Mensch, männlich mit Beschriftung [jpg]

Kostenlose Medien gibt es bei der Bundeszentrale für gesundheitliche Aufklärung (www.bzga.de), die aber in der Tendenz eher für die Mittelstufe konzipiert sind.

3    Samenpflanzen als Lebewesen: Fortpflanzung

(Lernbereich 2.4) NEU: jetzt in der 5. statt in der 6. Klasse

Kinder mögen die Pflanzenkunde gern, wenn sie interessant dargeboten wird. Immerhin können sie hier mit eigenen Händen erforschen und erkennen draußen wieder, was sie im Unterricht kennengelernt haben.

Dieser Abschnitt behandelt nur die sexuelle Fortpflanzung bei Samenpflanzen, aber ohne den Bau und die Verbreitung von Samen sowie ohne Keimung und Wachstum. In der Pflanzenkunde sollte man möglichst mit Frischmaterial arbeiten, so dass die Natur den Zeitplan des Unterrichts diktiert. Die sexuellen Vorgänge bei Pflanzen sollten auf jeden Fall erst besprochen werden, wenn die­ses Thema in der Menschenkunde vollständig abgehandelt ist.

Möglichst früh sollten die Organe einer Blütenpflanze und ihre Aufgaben wiederholt werden (das war Lernstoff in den ersten beiden Jahren der Grundschule). Die meisten Frühblüher und die Tulpe sind insofern nicht ganz typisch, als sie eine Zwiebel besitzen. Arbeitsblatt für den Überblick zum Bau einer Blütenpflanze [word] [pdf]

Der folgende Vorschlag für eine Unterrichtsverteilung in Blöcken, die sich vor allem nach der Phänologie richten (tatsächliche Blütezeit), wurde 2015 von mehreren Seminarlehr­kräften für Biologie erarbeitet:

Block I – Februar/März: Frühblüher

(steht zwar so nicht im Lehrplan, schult aber das Sehen im Freiland und dient der Artenkunde im Grünland; bei sehr langsamen Klas­sen weglassen); keine eigene Stunde, sondern immer wieder kurze Phasen von ca. 10 Minuten: 3-6 Frühblüher im Schulgarten, mitgebracht oder projiziert anhand weniger typischer Merkmale charak­terisieren und benennen (z. B. Schneeglöckchen, Frühlingsknotenblume, Winterling, Blaustern, Krokus, Ane­mo­ne – auch wenn die meisten davon nicht einheimisch sind)

  • Beispiel für einen Schaukasten zum Thema Frühblüher mit Aufgabe: [word] [pdf]
  • Arbeitsblatt mit sechs Frühblühern [word] [pdf]

Block II – März/April: Blütenbau I

Objekt ist die Tulpe, obwohl sie nur Perigonblätter hat (statt Kron- und Kelchblätter), der Stempel keinen sichtbaren Griffel besitzt und die Staubfäden dick sind und absolut nicht fadendünn; dennoch überwiegen die Vorteile der Tulpe: Sie ist auch für ungeschickte Kinderhände groß genug und sie ist zuverlässig erwerbbar. Aufpassen, dass die Blüten 6 Blütenblätter haben!

Stunde 1: 4 Blütendiagramme (eine bis dato den Schülern unbekannte Darstellungsform) vorgeben und die Schüler begründet ent­scheiden lassen, welches Diagramm zur Tulpenblüte passt. Dabei erken­nen die Schüler, dass es sinnvoll ist, die einzelnen Bauteile mit Namen zu bezeichnen. Die Namen sollten in der Fachschaft abgesprochen werden, denn von den vier im LehrplanPLUS genannten passt nur einer prob­lemlos zur Tulpe, nämlich das Staubblatt. Das Perigonblatt der Tulpe (der etwas abgehobene Begriff sollte nicht eingeführt werden, weil dieser Begriff nicht weiter führt) ist kein Kronblatt (denn dazu fehlen die Kelchblätter) und könnte sinnvollerweise als Blütenblatt bezeichnet werden. Wer den Begriff „Blütenblatt“ aber als Oberbegriff für alle Blattarten der Blüte verwenden möchte, nennt sie vielleicht besser Hüllblätter. Der Lehrplan­PLUS schlägt den Begriff Fruchtblatt vor, der aber insofern problematisch ist, als die Schüler bei der Tulpe nur einen einzigen Stempel sehen, der aber aus drei Fruchtblättern aufgebaut ist, was mir aber zu weit geht. Ich schlage vor, weiterhin den Begriff Stempel zu verwenden. (Die Intention beim Lehrplan ist wohl zu betonen, dass die Blütenbestandteile umgewan­delte Blätter dar­stellen. Das steht aber nicht explizit im Lehrplan.)

Arbeitsblatt zur Einführung des Blütendiagramms bzw. Alternative zum Vergleich von Pflanzenfamilien [word] [pdf]

Stunde 2: Präparation der Tulpenblüte (einfache, keine gefüllten Blüten!), Blütenteile auf selbst­klebende Folie aufkleben, unter der vorbereitete Kreise zu sehen sind, oder auf entsprechend gestaltete Arbeits­blätter legen; 3-zählige Blüte; eigene Zeichnung des Blütendiagramms und eines Blüten-Längsschnitts; beschriften

Aufgaben der Blütenteile: Blütenblätter locken Insekten an; Staubblätter und Stempel dienen der Fortpflanzung (noch ohne Details). Bau und Aufgaben der Pflanzenorgane: Grundschule erste und zweite Klasse

Arbeitsblatt zu Stunde 2, Präparation der Tulpenblüte: [word] [pdf]

Als freiwillige Hausaufgabe können Schüler einen Bastelbogen für eine Tulpenblüte erhalten. Beim Bau wiederholen sie alle Blütenteile, ihre Anzahl und ihre Anordnung.

  • Information zur Bastelanleitung Tulpenblüte [word] [pdf]
  • komplettes Arbeitsblatt für die Schüler [jpg] [pdf]

Block III – April/Mai: Blütenbau II

Objekt ist die Kirschblüte (sehr einfacher Blütenbau)

Stunde 3: Zuordnung zu den vorgegebenen Blütendiagrammen aus der 1. Stunde; neu sind Kelch- und Kronblatt; 5-zählige Blüte; (Hinweis: Der Stempel besteht hier tatsächlich nur aus einem einzigen Fruchtblatt.) Eigene Zeichnung des Blütendiagramms und eines Blüten-Längsschnitts anlegen und beschriften.

zusätzliche fakultative Praktikumsstunde: Basteln von dreidimensionalen Blütenmodellen nach Vorlage zweidimensionaler Blüten­diagramme (LehrplanPLUS für Naturwissenschaftliches Arbeiten, Lernbereich 1.1: „Die Schüler erstellen nach Anleitung ein Modell und vergleichen seine Eigenschaften mit den tat­sächlichen Verhältnissen in der Natur und der Technik“) (vgl. „Bio? – Logisch!“, Blatt 09_3_v02: Blüten-Steck-Modelle)

Block IV – Mai/Juni: Pflanzenfamilien

Stunde 4: Zuordnung verschiedener Blüten zu den vorgegebenen Blütendiagrammen aus der 1. Stunde; (blühende Blumen in die Stunde mitbringen oder mit den Schülern im Freiland sammeln; ggf. verbinden mit ökologischen Gesichtspunkten). Zusammenstellung von Gruppen entsprechend dem Blütenbau und der Blattstellung (vgl. Lehr­plan).

Erweiterung durch Einführung der Pflanzenfamilien (erste Begegnung mit Systematik, aber ohne weitere systematische Kriterien), z. B. Rosengewächse, Kreuzblütler, Lippenblütler (der LehrplanPLUS verlangt nur 2 Familien!)

Symmetrie wird in Mathematik erst in der 7. Klasse thematisiert (Lernbereich 2.1). Wenn der Begriff zur Charaktierisierung von Blütenformen verwendet werden soll, muss er von der Biologie-Lehrkraft explizit eingeführt werden. Kindgerechte Begriffe dabei wären: Strahlen- und Spiegel-Symmetrie (nicht aber Radiär- und Bilateral-Symmetrie).

Erweiterung: Unterrichtsgang ins Grünland (s. u. bei Ökosystem Grünland)

Bilderserie mit Vertretern der gängigen Pflanzenfamilien [word] [pdf]

Block V – nach der Besprechung der Fortpflanzung beim Menschen:

Stunde 5: Bestäubung und Befruchtung (Ablauf, Bedeutung, Vergleich mit dem Menschen)

Bilderserie: Bestäubungsarten [word]

Stunde 6: Wind- und Tierbestäubung mit Kosten-Nutzen-Betrachtung

Problem: keine weitere Besprechung nach der Befruchtung => in der 6. Klasse Bestäubung und Befruchtung wiederholen und dann die Entwicklung bis zur Frucht besprechen;

ggf. verbinden mit Freiland-Arbeit: auffällige Blüten locken Insekten an, unauffällige Gras­blüten werden vom Wind bestäubt

Arbeitsblatt Grundwissen zur Fortpflanzung bei Blütenpflanzen [word]

4    Ökosystem Grünland

NEU: Eine der bedeutendsten Neuerungen im LehrplanPLUS für das Gymnasium ist die Behand­lung jeweils eines anderen Ökosystems in der Unter- und Mittelstufe. Freilanduntersuchungen mit Protokoll sind dabei erwünscht. Man muss dazu aber keine Ganztages-Exkursionen in weit entfernte Biotope veranstalten und keine überbordenden Protokolle auf dem Niveau einer Seminararbeit anfertigen lassen. Ein Stück Rasen oder Wiese auf dem oder nahe beim Schul­gelände genügt auch. Im Extremfall sät man Grünland modellhaft mit Saatgut einheimischer Wiesenpflanzen in Blumenkästen an. Der Vergleich mit landwirtschaftlich genutztem Grünland kann dann im Unterrichtsraum anhand von Medien erfolgen. Wenn es garnicht anders möglich ist, lässt sich die „direkte Naturbegegnung“, die der Lehrplan fordert, auch durch in den Unterricht mitgebrachtes frisches Pflanzenmaterial erreichen.

Erfahrungsberichte aus den Seminarschulen zur Umsetzung des Themas „Ökosystem Grünland“ von Juli 2018 [word] [pdf]

Das ISB hat eine Broschüre mit dem Titel Grünland entdecken herausgebracht (unter diesem Stichwort als pdf bzw. pdf-Download auf der Seite des ISB: LINK). Darin sind viele Anregungen für Freilandarbeit. Meine Kommentare dazu finden Sie in diesem Skript: [word] [pdf].

Fachunterricht Ökologie in der Schule

Die Formulierungen der Lerninhalte zum Lernbereich 2.5 „Ökosystem Grünland“ im Lehr­plan­PLUS sind sehr knapp gefasst und bieten für die Auswahl der Feinlernziele nur wenig Anhalts­punkte oder anders formuliert: große Freiheiten. Ein Blick in die Schulbücher zeigt eine verwirrende und hilflos anmutende Fülle an Fachbegriffen und Spezial­wissen (und fachdidaktischer Fehler). Mein wichtigster Tipp: Orientieren Sie sich bei diesem Lernbereich unter keinen Umständen am Niveau der Lehrbücher!

Was sollten konkret die Lernziele sein? Ausgehend vom LehrplanPLUS versuche ich hier darzustellen, was ich persönlich für das Wesentliche halte (auch wenn die Auswahl an Schulen im ländlichen Bereich vermutlich etwas anders aussehen wird als an Schulen in der Großstadt). Fett hervorgehobene Fachbegriffe benennen vom LehrplanPLUS geforderte Lerninhalte.

Zunächst sollten die Schüler die ihnen bislang noch unbekannten Begriffe Ökosystem und Grünland kennenlernen:

Das Ökosystem ist ein Ausschnitt aus der Natur und besteht aus einem Lebensraum und der darin lebenden Lebensgemeinschaft von Pflanzen und Tieren. Wortherkunft: oikos, gr.: das Haus, systema, gr.: das miteinander Verbundene. Dabei sollte klar werden, dass sich in einem Ökosystem die Umweltfaktoren und die Lebewesen gegenseitig beeinflussen. Wichtige Um­welt­faktoren der unbelebten Natur sind z. B. Licht, Wind, Niederschlag, Temperatur sowie die Mine­ral­­salze im Boden. Ausgewählte Wechselwirkungen werden altersgemäß und kon­kret thematisiert, z. B.: Pflanzen brauchen Licht, Wasser, Wärme und Mineralsalze zum Wachsen (das ist eigentlich Stoff der 6. Klasse); Pflanzen entziehen dem Boden Mineralsalze; dichter Bewuchs hält das Nieder­schlagswasser zurück; Tiere schützen sich vor Austrocknung, vor der winterlichen Kälte. Lebewesen stellen selbst auch Umweltfaktoren dar: Fressfeind, Nahrungskonkurrent, Beute. Pflanzenfresser verringern den Bestand an Pflanzen, schaffen damit aber auch Platz für neue Pflanzen. Alle diese Beziehungen sind für die Kinder neu, manche davon sollten klar darge­stellt, visualiert und eventuell in einem Rollenspiel gefestigt werden, zu viele dieser Bezie­hun­gen stiften eher Verwirrung, hier gilt ganz besonders: „Weniger ist mehr!“ (Vgl. Geographie, Lernbereich 4 „Ländliche Räume in Bay­ern und Deutschland“ u. a. mit den Lerninhalten: „Natürliche Einflussfaktoren auf die land­wirtschaftliche Nutzung: Bedeutung von Temperatur, Niederschlag und Bodeneigenschaft; konventionelle und ökologische Landwirtschaft; Landnutzung in einem ausgewählten Agrar­raum“.)

Ich rate davon ab, den Begriff Grünland allzu genau zu definieren und zu untergliedern. Grün­land ist grün, weil Pflanzen darauf wachsen. Das genügt aber nicht als Definition, wesentlich sind vielmehr zwei Eigenschaften:

  • Grünland ist vom Menschen genutzte Fläche (im engeren Sinn durch die Landwirtschaft, im weiteren Sinn aber auch als Erholungsfläche), gekennzeichnet durch mindestens eine Mahd pro Jahr.
  • Grünland wird von Gräsern beherrscht; meist sind dort auch „Blumen“ (eine botanisch exakte Benennung und Unterscheidung halte ich in der Unterstufe für übertrieben) zu finden und vereinzelt auch Gehölze. (Hinweis: Obwohl auch Weizen, Roggen, Gerste, Hafer, Triticale oder Mais Gräser sind, bezeichnet man von ihnen bestandene Felder nicht als Grünland.)

In der Landwirtschaft unterscheidet man Wiesen, die ausschließlich gemäht werden, und Weiden, auf die das Vieh zum Fressen getrieben wird. Zu Grünland kann man im Sinne des Lehrplans aber auch andere Ökosysteme zählen wie naturnahes Grünland (Biotop-Grünland),  Parkanlagen (Liegewiese), Spielplätze (Spielwiese) oder Brachflächen. (Feinunterscheidun­gen wie beispielsweise zwischen Heu und Grummet halte ich für hoffnungslos überzogen.)

Die wesentlichen Spielarten der landwirtschaftlichen Nutzung stehen explizit im Lehrplan­PLUS: „intensiv und extensiv bewirtschaftetes Grünland“ sowie die zugehörigen Bewirt­schaf­tungsmethoden.

Intensive landwirtschaftliche Nutzung holt aus einer begrenzten Fläche heraus, was geht. Hier wird massiv gedüngt, also die Menge der Mineralsalze vergrößert, damit die Pflanzen schnell und üppig wachsen. Der Dünger bewirkt aber gleichzeitig, dass nur die schnell wachsenden Pflanzen sich durchsetzen können und die langsameren auf der intensiv bewirtschafteten Fläche bald nicht mehr zu finden sind. Intensive Bewirtschaftung bedeutet also hohen wirt­schaftlichen Gewinn bei ökologischem Verlust durch geringere Artenzahl. Extrem gedüngte Wiesen werden heute mindestens fünf Mal im Jahr gemäht, bisweilen sogar sieben Mal. Das bringt einerseits das Problem mit sich, dass dabei keine Blütenpflanze mehr die Chance hat, Samen zu produzieren (leider kommt das Thema „Von der Blüte zur Frucht“ erst im nächsten Schuljahr dran), und andererseits, dass jede Menge Düngesalze ins Grundwasser und damit ins Trinkwasser sickern bzw. bei Starkregen in die Oberflächengewässer geschwemmt wer­den. Solche Zusammenhänge kann auch ein Zehnjähriger verstehen.

Extensive landwirtschaftliche Nutzung verzichtet auf Düngung und andere teure Bewirtschaf­tungs­methoden. Weil pro Hektar nur wenig Gewinn zu machen ist, sind lohnende extensiv genutzte Flächen in der Regel sehr groß (das passt zwar jetzt nicht zu sauren Wiesen in Bay­ern, wohl aber zur Almwirtschaft und zu den Weideflächen in der argentinischen Pampa).

Intensive und extensive landwirtschaftliche Nutzung steht im Lernbereich 4 des LehrplanPLUS in der 7. Klasse Geographie.

Naturnahes Grünland bietet Lebensraum für viele Tier- und Pflanzenarten , die auf intensiv genutzten Flächen keine Chance haben. Wenn der Mensch der Natur Flächen wegnimmt, z. B. für Autobahnen, Gewerbegebiete oder Wohnsiedlungen, ist er per Gesetz verpflichtet, Aus­gleichsflächen wie naturnahes Grünland einzurichten (in der Praxis funktioniert das aber nicht immer gut). Manche Bauern verdienen Geld damit, bei ohnehin nur extensiv nutz­baren Flächen auf die Nutzung zu verzichten und diese Flächen ein Mal im Jahr als Pflege­maß­nahme zu mähen, damit sie nicht verbuschen (staatliche Biotopschutz-Programme).

„Ausgewählte einheimische Pflanzenarten des Grünlands“, wie sie der LehrplanPLUS als Lerninhalt vorgibt, lernen die Schüler auch im Rahmen der Behandlung der Pflanzenfamilien kennen (Lernbereich 2.4). Ein paar einheimische Arten sollten sie erkennen und korrekt benennen können, es müssen ja keine seltenen Orchideen sein: Gänseblümchen, Hahnenfuß (da reicht die Gattung, wenn sie nur nicht mehr „Butterblume“ dazu sagen), Löwenzahn, Breit­wegerich, Schafgarbe, Weiß- und Rotklee – das wäre schon mehr als genug. Insgesamt also: Kenntnis von einigen Arten, Zuordnung einer (kleinen) Auswahl von Wiesenblumen (nicht: Gräsern!) zu wenigen den Schülern bekannten Pflanzenfamilien.

Arbeitsblatt zu drei Pflanzenfamilien mit Blütendiagrammen [word] [pdf]

Der Unterricht im Fachraum dient bei diesem Thema auch der Aufarbeitung der Ergebnisse aus dem Freiland. Die Lehrkraft kann bei­spielsweise anhand einiger Handy-Fotografien der Schüler eine Präsentation zusammenstellen (die Schüler lernen erst in der 6. Klasse in Informatik, wie man eine Präsentation erstellt), in der mehrere der aufgefundenen Pflanzen vorgestellt und ihren Familien zugeordnet werden.

Praktische Arbeit Ökologie im Grünland und in der Schule

Intensiv bewirtschaftete Flächen eignen sich selten, um nach blühenden Wiesenpflanzen zu suchen, weil sie so oft gemäht werden. Der Zeitraum von Anfang Mai bis Anfang Juni ist am besten für die Freilandarbeit geeignet, weil dann viele Pflanzen blühen. Etwas später droht auch auf städtischen Grünflächen die Mahd, und ab Juli blühen nur noch vergleichweise wenige Blumen. In den „Ergänzenden Informationen“ des ISB zum Thema Grünland wird ausdrücklich empfohlen, je nach lokalen Bedingungen „auch Parkanlagen, Spielplätze oder Brachflächen zu untersuchen“.

TIPP: Wenn auf dem Schulgelände eine geeignete Grünland-Fläche existiert, sollte ein Teil davon nur 1 Mal im Jahr (z. B. Ende Oktober) gemäht werden, ein anderer Teil 2 Mal und der Rest im üblichen Rhythmus, also mehrmals. Daran lässt sich sehr gut demonstrieren, wie eine äußere Einflussgröße (Anzahl der Mähvorgänge) die Häufigkeit von Arten beeinflusst, indem die einen bevorzugt, die anderen benachteiligt werden. Gleichzeitig stellt so eine Fläche ein Modell für intensiv bzw. extensiv bewirtschaftetes Grünland dar.

Den Vergleich zwischen intensiv und extensiv bewirtschaftetem Grünland werden nicht alle Schulen im Freiland anstellen können (wenn, dann sollte dies vor Pfingsten erfolgen, wenn das extensiv bewirtschaftete Grünland eventuell noch nicht gemäht ist).

Hinweis: Artikel 25 des Bayerischen Naturschutzgesetzes verbietet das Betreten landwirtschaft­lich genutzter Flächen abseits der Wege vor der Ernte.

Unterrichtsgänge in einen nah gelegenen Lebensraum während der Biologiestunde sind ohne besonderen Organsiationsaufwand durchführbar und reichen völlig aus. Dagegen ist für eine längerdauernde Exkursion eine Begleitlehrkraft, die Genehmigung der Schulleitung und ein Rundschreiben an die Eltern nötig. Wetterfeste Kleidung bei zweifel­haftem Wetter ist angeraten; Zecken können ein Problem darstellen, deshalb sollten Arme und Beine von Kleidung bedeckt sein; die Eltern sollen ihre Kinder zuhause auf Befall absuchen.

Sinnvolle Fragen zur Planung einer Freilandarbeit sind beispielsweise:

  • Welche Aspekte des Themas erreichen das Schülerherz (affektive Lernziele)?
  • Welche Fläche(n) untersuchen wir? Direkt an der Schule?
  • Sollen nur Pflanzen berücksichtigt werden oder auch Tiere (bei den Kompetenzen steht immerhin „Lebensgemeinschaft“)?
  • Was konkret tut jeder einzelne Schüler im Grünland (klare und einfache Arbeitsaufträge in Einzel-, Partner- bzw. Gruppenarbeit)?

Auf jeden Fall benötigen die Schüler genaue Angaben darüber, was sie im Freiland tun sollen. Dabei kann durchaus Freiraum für eigengesteuerte Tätigkeiten bleiben. Wesentlich ist, dass die Ergebnis­se sorgfältig protokolliert werden, am besten auch per Handyfoto.

Die Exkursion ins Gelände ist im Geographie-Unterricht obligat vorgeschrieben. Es kann deshalb sinnvoll sein, eine fächerübergreifende Exkursion zu veranstalten.

Sinnvolle Untersuchungs-Möglichkeiten:

Informationen werden gesammelt, Daten werden erhoben, protokolliert und (wichtig!) anschließend erklärt bzw. in Beziehung gesetzt.

Umweltfaktoren (der unbelebten Natur): Besonders nachhaltig lernen die Schüler hierbei, wenn sie selbst Messungen durchführen und die Ergebnisse erklärt werden, z. B.: Pflanze X kommt am Standort A viel häufiger vor als am Standort B, weil bei A viel mehr Sonne hinkommt.

a) Temperatur: Mit einfachen Thermometern messen die Schüler die Temperatur der Luft. Dabei ist darauf zu achten, dass die Thermometer beschattet werden, weil direkte Sonnen­einstrahlung die Messergebnisse erheblich verfälscht. Vergleichende Messun­gen sind immer am spannendsten, weil sie sofort die Frage nach den Ursache-Wir­kungs-Beziehungen aufwerfen: an der selben Stelle zu unterschiedlichen Tageszeiten; an der selben Stelle, aber in drei unterschiedlichen Höhen (nah am Boden / in der Mitte / in Höhe der höchsten Blüten); an unterschiedlichen Stellen des selben Grün­land­biotops (an einer besonnten Stelle, im Schatten), in der obersten Bodenschicht.

b) Niederschlag: Mit einem Niederschlagsmesser (im einfachsten Fall ein Messzylinder, der mit wenig Speiseöl beschickt wird, damit das eingefallene Wasser nicht wieder verdunstet; ein Trichter wird aufgesteckt, um ausgehend von einer größeren Fläche zu sammeln). Das ist eigentlich nur sinnvoll, wenn so ein Messgerät auf dem Schulge­lände aufgestellt und in bestimmten Intervallen abgelesen wird. Samm­lung der Mess­werte in einer Tabelle, Darstellung als Säulen- oder Linien­diagramm.

c) Boden: Zehnjährige können (wenn ihnen diese bekannt ist) die Salzsäure-Probe auf Kalk durchführen, bei der verschiedene Bodenproben (eine davon aus dem untersuch­ten Grünland) in Petrischalen mit einem guten Schuss 1-molarer Salzsäure versetzt werden (Schutzbrille!). Je intensiver sich Bläschen bilden, desto mehr Kalk ist im Boden enthalten. Die Schüler können auch sinnliche Erfahrungen machen, indem sie an einer Bodenprobe riechen oder sie zwischen den Fingern krümeln (aber mehr für die haptische Erfahrung, nicht um den Boden einer Korngrößen-Kategorie zuzuord­nen!). Die Verbalisierung dieser Erfahrungen ist für Zehnjährige so problematisch, dass dafür massive Einhilfen nötig sind wie Wortlisten oder Wortfelder. Weiterführende Bodenversuche sollten der 9. Jahr­gangsstufe vor­behalten bleiben.

Lebewesen im Ökosystem

  • Einordnen von Wiesenblumen anhand des Aufbaus ihrer Blüten: Die Schüler suchen in einem abgegrenzten Areal verschiedene Blumen und versuchen, sie aufgrund charakte­risti­scher Blüten-Merkmale (aus dem Vorwissen) einer Pflanzenfamilie zuzuordnen. Besonders interessierte Schüler können versuchen, sie noch weiter bis zur Gattung und ggf. zur Art zu bestim­men.
  • Überprüfung der Einordnung anhand der Laubblätter (Blumen mit ähnlichen Blüten lassen sich oft durch ihre Laubblätter eindeutig voneinander unterscheiden).
  • Bestimmung der Häufigkeit: An unterschiedlichen Standorten wird je 1 Quadratmeter mit Stöcken und Seilen abgesteckt; die Schüler zählen die Anzahl der Individuen von einer zuvor festgelegten Pflanzenart ab. (Das ist am spannendsten, wenn zwischen diesen Standorten ein Umweltfaktor augenscheinlich variiert und somit die Häufigkeit beeinflusst.)
  • Stockwerke beschreiben: Die Schüler ordnen in einem abgesteckten Quadratmeter Grünland den drei Wuchshöhen (nah am Boden / in der Mitte / hoch) jeweils einige Pflanzen zu.
  • Zuordnung von Pflanzen zur Bestäubungsart: Von Insekten bestäubte Pflanzen zeigen auffällige Blüten, vom Wind bestäubte wie Gräser dagegen unscheinbare.
  • Tiere im Grünland (nicht im Lehrplan, aber sinnvoll, wenn es sich gerade ergibt): Hier genügt eine sehr grobe Einordnung (eine Maus, eine Spinne, eine Heuschrecke) und die Erkenntnis, dass Grünland auch Lebensraum („Wohnung“) für Tiere ist.

Hinweise zur Pflanzenbestimmung:

  • Wurden im Unterricht zuvor schon Pflanzenfamilien besprochen, können die Schüler vor­ge­fundene Pflanzen nach sicheren Kennzeichen diesen Familien zuordnen bzw. sicher sagen, dass sie keiner der ihnen bekannten Familien angehört.
  • Bestimmung nach einfachen Bilder-Bestimmungsbüchern wie „Was blüht denn da?“ von D. Aichele, die zunächst nach der Blütenfarbe fragen und dann nach dem Biotop (hier: Wiese) bzw. der Blütenform.
  • Arbeit mit einer Bestimmungs-App: Die Schüler fotografieren die Blüte mit dem Handy und geben das Bild in einer Bestimmungs-App ein (z. B. Garden Blumen Identifizieren, Pl@ntNet, LikeThat Garden, AndyGreen). Die App schlägt daraufhin in einem Ranking mehrere Pflanzenarten vor, die in Frage kommen, und die Schüler forschen mit Internet-Seiten oder einem einfachen Bilder-Bestimmungsbuch weiter nach, bis sie ihre Pflanze eingeordnet haben. Mit einem Foto von einem Laubblatt lässt sich die Auswahl der App meist eingrenzen.
  • Die Intention des Lehrplans zielt aber nicht auf möglichst genaue Bestimmung bis zur Art ab, sondern lediglich auf Zuordnung zu einer von wenigen Pflanzenfamilien sowie der Kenntnis von einigen einheimischen Arten!
  • Für diese Art der Pflanzenbestimmung ist es nicht notwendig (und in der Unterstufe auch kontraproduktiv), jede Menge neuer Fachbegriffe einzuführen wie radiär- und bilateral­symmetrisch, ganze und geteilte Blätter usw. Soweit solche Phänomene herangezogen werden sollen, lassen sie sich auch durch (möglichst wenige!) Bilder darstellen. (Die Darstellung auf S. 3 der Aufgabe „Forscher auf der Wiese“ des ISB als Link beim Lernbereich 2.5 Ökosystem Grünland würde nach meiner Erfahrung typische Unterstufenschüler deutlich überfordern.)
  • Gräser sind ganz erheblich schwerer zu bestimmen als „Blumen“, man kann deshalb getrost auf ihre Bestimmung verzichten, solange den Schülern klar ist, dass im Grünland v. a. Gräser wachsen und dass es davon auch sehr unterschiedliche Typen gibt. Beispielsweise kann man den Beobachtungsauftrag stellen: „Sehen alle Gräser in unserem Grünland gleich aus? Finde drei verschiedene Gräsertypen.“
  • Keine Angst vor Schülerfragen! Wenn die Lehrkraft eine Pflanze nicht näher bestimmen kann, so ist das in Ordnung, denn das ist Spezialwissen, über das nicht jeder Biologe verfügt. Dies kann man den Schülern so auch erklären.
  • In den „Ergänzenden Informationen“ zum Thema Grünland schlägt das ISB vor, dass die erste Schülergruppe, die eine bestimmte Pflanzenart „entdeckt“ hat, dieser einen Phantasie­namen gibt. Der kann später in den echten Namen übersetzt werden, wenn es gelingt, die Pflanze bis zur Art zu bestimmen. (Vgl. S. 2 der Aufgabe „Forscher auf der Wiese“ des ISB als Link beim Lernbereich 2.5 Ökosystem Grünland.)

Weitere Hinweise für die Freiland-Arbeit:

  • Laminierte Ausdrucke (z. B. von Blütenfotografien) ersetzen den Beamer.
  • Ein altes Bettlaken ersetzt den Arbeitstisch und verhindert, dass kleinere Objekte „verschwinden“.
  • Becherlupen ermöglichen die genauere Betrachtung von Blüten und Kleintieren über einen längeren Zeitraum.
  • Zusammenarbeit mit Geographie: Der Lernbereich 1 „Geographische Arbeitstechniken“ im LehrplanPLUS für die 5. Klasse nennt u. a. (teilweise obligat, teilweise nur als Beispiel) die Bestimmung von Himmelsrichtungen (mit dem Kompass), die Arbeit mit Karten einschließlich Maßstab und Bestimmung von Distanzen, einfache Messungen z. B. zu Temperatur und Niederschlag, Untersuchungen zur Bestimmung von Boden und Gestein, Auswerten und Anlegen von Diagrammen, Erstellung von Kartenskizzen und Profilzeichnungen sowie die Beteiligung an der Durchführung einer themen­orientierten Erkundung.

Apps zur Bestimmung wild lebender Pflanzen und Tiere (Tipps von Thomas Gerlach, Prien):

  • v. a. Kräuter: Was blüht denn da?
  • sehr gut für Bäume: PlantNet
  • Vögel: NABU Vogelführer
  • Vogelstimmen: Vogelstimmen id

Die hier aufgeführten Beispiele für praktisches Arbeiten zum Thema Grünland sind in der Regel gut machbar. Wählen Sie daraus aus, was am besten zu Ihren Schülern, zu Ihnen selbst und zu den äußeren Gegebenheiten passt. Aber übertreiben Sie nicht, stellen Sie nur wenige Aufgaben im Freiland.

Fazit: Wichtig ist, dass die Schüler Grünland als Lebensraum für Tiere und Pflanzen wahrnehmen, und das tun sie am besten anhand von Arbeitsaufträgen im Freiland, deren Ergebnisse im Unterricht besprochen werden. Es genügt, die Fachbegriffe und Inhalte zu berücksichtigen, die im LehrplanPLUS aufgeführt sind. Mehr wäre weniger!

Erfahrungen aus praktischer Arbeit im Grünland mit Zehnjährigen 2018:

  • Kleine Gruppen sind gut zu handhaben (z. B. Stunden von Naturwissenschaftlichem Arbeiten mit der halben Klasse; halbe Klasse im Schullandheim)
  • sehr gut hat funktioniert: Pflanze pflücken, zeichnen, Name herausfinden (Infoblatt mit Vorauswahl); Artenzahl auf einem Quadratmeter feststellen
  • In Randstreifen an der Schule fanden sich viele Tiere. Allerdings mussten die Buben eingebremst werden, die den Bienen nachgejagt sind und dabei nicht mehr auf die Autos geachtet haben. => Vorher klarstellen, auf welcher Fläche gearbeitet wird und wo nicht.
  • Im ersten Jahr waren die Unterschiede zwischen gemähter und nicht gemähter Grünlandfläche auf dem Schulgelände (noch?) gering.
  • gut funktioniert hat auch: Finde 3 Blütenpflanzen, die du noch nicht kennst, und bestimme sie mit Bilder-Bestimmungsbuch und Bestimmungs-App auf dem Mobilgerät.
  • Für das Infoblatt werden die momentan blühenden Arten fotografiert und benannt. Die Schüler suchen dann deren Standorte auf dem Sportplatz und messen dort die Temperatur in Kopfhöhe und im Boden (großen Nagel in den Boden drücken, Temperatur auf dem Nagelkopf messen).
  • Zur Messung der Lichtintensität gibt es eine Handy-App.

TIPPS für eine naturfreundliche Gartengestaltung:

Gärten können aufgrund ihrer kleinräumigen Vielfalt und ihrer Vernetzung untereinander sehr wertvolle Biotope darstellen, wenn darin (möglichst) keine Pestizide verwendet werden. An hohen Bäumen können verschiedene Nistkästen für Vögel angebracht werden. Wenn ein Teil des Grünlands nur ein bis zwei Mal im Jahr gemäht wird (Ende Juni, Ende Oktober), bieten die Blüten, Samen und Früchte Nahrung für Insekten und Vögel. Abgestorbene Staudenteile sollten erst im Frühjahr abgeschnitten werden, denn sie bieten Überwinterungs-Möglichkeiten und ggf. Nahrung in der kalten Jahreszeit. Laub, ein wenig Grasschnitt und kleingeschnittene Äste, die in einer Ecke langsam kompostieren dürfen, bieten vielen Tieren Unterschlupf im Sommer und ein Quartier zum Überwintern.