Diese Arbeit beinhaltet einen Unterrichtsentwurf zum Fach Biologie für die Oberstufe.
Die geplante Unterrichtstunde findet am Ende der Unterrichtsreihe „Das menschliche Blut – Woraus besteht es und welche Funktionen hat es?“ statt. Die Lehrkraft hat die Fragestellung der Unterrichtsreihe mit der Lerngruppe gemeinsam über ein Phänomen ermittelt. Die geplante Unterrichtsstunde nimmt einen Versuch vor. Die Lerngruppe kennt den Aufbau von Versuchen im Allgemeinen und die Arbeit mit Mikroskopen im Speziellen bereits.
Zuvor lernte die Gruppe bereits die Funktionen von Blut kennen. Außerdem erarbeiteten die Schüler:innen die Bestandteile des menschlichen Blutes bereits. Sie haben in den Unterrichtsstunden vor der geplanten die Leukozyten und Thrombozyten erarbeitet. Die Erarbeitung hat die Bildung, die Funktion, die beim Menschen vorliegende Menge, die Lebensdauer und den Tod der jeweiligen Zellen beinhaltet. Die Lehrkraft legte für einen besseren Überblick zu Beginn der Erarbeitung der verschiedenen Blutzellen eine Tabelle an.
Die Lehrkraft füllte nach Abschluss der Erarbeitung einer Blutzelle die jeweilige Spalte mit den Schüler:innen gemeinsam aus. Diese Tabelle ist über das virtuelle Klassenzimmer der Lerngruppe für alle zugänglich. Weiterhin führen die Schüler*innen ein Glossar, in dem sie immer als Nachbereitung der letzten Unterrichtsstunde wichtige Fachbegriffe notieren und definieren. Dies bespricht die Lehrkraft zu Beginn der anschließenden Stunde mit den Schüler:innen.
Für die geplante Unterrichtsstunde stehen Smartboard, Mikroskope, Pipetten, Thoma-Zählkammern, Deckgläser und Kunstblut in ausreichender Menge zur Verfügung, sodass alle Schüler:innen an einem Mikroskop arbeiten können.
Inhaltsverzeichnis
1. Bedingungsanalyse
2. Sachanalyse
3. Didaktische Analyse
4. Methodische Umsetzung
5. Evaluation
6. Literaturverzeichnis
7. Anhang
7.1 Verlaufsplan
7.2 Arbeitsblatt zur theoretischen Einführung der Erythrozyten
7.3 Arbeitsblatt zur Versuchsdurchführung und -auswertung
7.4 Musterlösung: Die Blutzellen im Überblick
7.5 Musterlösung: Abweichende Menge an Erythrozyten im Blut
1. Bedingungsanalyse
Die geplante Unterrichtstunde findet am Ende der Unterrichtsreihe „Das menschliche Blut - Woraus besteht es und welche Funktionen hat es?" statt. Die Lehrkraft hat die Fragestellung der Unterrichtsreihe mit der Lerngruppe gemeinsam über ein Phänomen ermittelt. Die geplante Unterrichtsstunde nimmt einen Versuch vor. Die Lerngruppe kennt den Aufbau von Versuchen im Allgemeinen und die Arbeit mit Mikroskopen im Speziellen bereits.
Zuvor lernte die Gruppe bereits die Funktionen von Blut kennen. Außerdem erarbeiteten die Schüler:innen die Bestandteile des menschlichen Blutes bereits. Sie haben in den Unterrichtsstunden vor der geplanten die Leukozyten und Thrombozyten erarbeitet. Die Erarbeitung hat die Bildung, die Funktion, die beim Menschen vorliegende Menge, die Lebensdauer und den Tod der jeweiligen Zellen beinhaltet. Die Lehrkraft legte für einen besseren Überblick zu Beginn der Erarbeitung der verschiedenen Blutzellen eine Tabelle an. Die Lehrkraft füllte nach Abschluss der Erarbeitung einer Blutzelle die jeweilige Spalte mit den Schüler:innen gemeinsam aus. Diese Tabelle ist über das virtuelle Klassenzimmer der Lerngruppe für alle zugänglich. Weiterhin führen die Schüler*innen ein Glossar, in dem sie immer als Nachbereitung der letzten Unterrichtsstunde wichtige Fachbegriffe notieren und definieren. Dies bespricht die Lehrkraft zu Beginn der anschließenden Stunde mit den Schüler:innen.
Für die geplante Unterrichtsstunde stehen Smartboard, Mikroskope, Pipetten, Thoma-Zählkammern, Deckgläser und Kunstblut in ausreichender Menge zur Verfügung, sodass alle Schüler:innen an einem Mikroskop arbeiten.
2. Sachanalyse
Ein erwachsener Mensch besitzt 5-6 Liter Blut. Bei Blut handelt es sich um ein spezialisiertes flüssiges Bindegewebe. Es hat eine Atmungs-, Nähr-, Abwehr- und exkretorische Funktion und ist für die Regelung des inneren Milieus, den Hormontransport und die Temperaturregelung zuständig. Neben dem Blutplasma als flüssigen Bestandteil besteht es weiterhin aus zellulären Bestandteilen: den Blutzellen (vgl. Janeway: S. 5). Bei den Blutzellen unterscheidet man drei verschiedene: Lymphozyten, Thrombozyten und Erythrozyten. Die Erythrozyten dienen dem Sauerstofftransport, die Lymphozyten der Immunantwort und die Thrombozyten der Blutgerinnung (vgl. ebd.). Alle Blutzelltypen entstehen aus den pluripotenten hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark (vgl. ebd.).
Erythrozyten sind kernlose Einzelzellen. Es liegen bei einem erwachsenen Menschen etwa 4,8 Millionen Zellen pro pl Blut vor, wobei es sich bei 1% davon um Retikulozyten handelt, also junge rote Blutkörperchen (vgl. Fandrey/Hallek: S. 970). Erythrozyten weisen die Form einer bikonkaven Scheibe auf, die einen Durchmesser von circa 5 pm hat (vgl. Campbell 2016: S. 109). Dabei ist das Zentrum dieser Scheibe auf der Ober- und Unterseite dünner als der Rand (vgl. Campbell 2016: S. 109). Diese verringerte Fläche ermöglich eine schnellere Fortbewegung und damit eine schnellere Sauerstoffaufnahme und -abgabe (vgl. ebd.). Der Aufbau und die Form der Erythrozyten hängen also in hohem Maße mit ihrer Aufgabe als O2-Transporter zusammen. Sie weisen im arteriellen Blut normalerweise einen pH-Wert von circa 7 auf, wobei der genaue Wert von der Atmung abhängig ist (vgl. ebd.: S. 71f.). Weiterhin heißt es im Umkehrschluss: Je geringer der pH-Wert ist, desto weniger Sauerstoff binden die
Erythrozyten. Ihr Entstehungsprozess, die Erythropoese, nimmt sieben Tage in Anspruch. Alle zellulären Bestandteile des Blutes haben ihren Ursprung in den hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark (vgl. ebd.: S. 6). Die Erythrozyten entstehen bei Erwachsenen im roten Knochenmark; Makrophagen unterstützen diesen Prozess (vgl. Fandrey/Hallek: S. 970). Erythrozyten entwickeln sich aus Erythroblasten. Daraus entwickeln sie sich zu Retikulozyten, den jungen roten Blutkörperchen (vgl. ebd.). In diesem Entwicklungsschritt weicht ihr Zellkern dem vermehrten Platz für Hämoglobin (vgl. Campbell 2011: S. 42). Das Hämoglobin fungiert bei der Atmung als Akzeptorprotein und bindet den aufgenommenen Sauerstoff (vgl. Campbell 2016: S. 104). Die Produktion von Erythrozyten wird vom Hormon Erythropoetin (EPO) stimuliert (vgl. Fandrey/Hallek: S. 970). Dieses Hormon wird ständig neu in der Niere gebildet, da der Körper es nicht speichern kann (vgl. ebd.). Ein verminderter Sauerstoffgehalt des Blutes regt also die Biosynthese von EPO an, was beispielsweise bei Höhentraining im Sport für eine verbesserte Leistung genutzt wird. Erythrozyten haben aufgrund der starken Reibungsbeanspruchung in den Blutgefäßen eine mittlere Lebensdauer von 120 Tagen (vgl. ebd.). Bis dahin haben sie eine Strecke von 1.500 km zurückgelegt. Erythrozyten verlieren mit der Zeit ihre Verformbarkeit und werden letztlich von Phagozyten primär in der Milz, aber auch in Leber und Knochenmark abgebaut (vgl. ebd.).
Bei einer Abweichung der vorliegenden Menge an Erythrozyten liegt eine Krankheit vor. Handelt es sich um eine verminderte Menge, liegt eine Anämie vor, auch Blutarmut genannt. Die Ursache hierfür ist eine Störung der Erythropoese, wie sie beispielsweise durch Eisenmangel entstehen kann, was die Häm-Synthese hemmt (vgl. ebd.: S. 972). Dadurch werden die Zellen hypochrom und mikrozytär, wobei sie primär im Zentrum ihre Farbe verlieren (vgl. ebd.). Die Ernährung spielt bei einer verringerten Menge der Erythrozyten eine wichtige Rolle. Bei einer erhöhten Menge von Erythrozyten liegt eine Polyglobulie vor, die sich in eine primäre, sekundäre und relative Polyglobulie unterscheiden lässt (vgl. Baum: S. 1912). Bei der primären Form handelt es sich um eine autonome Steigerung der Erythropoese (vgl. ebd.), wobei beispielsweise eine Erkrankung des Knochenmarks Ursprung sein kann. Hierzu zählen auch Tumore, die die Knochenmarkfunktion anregen. Bei der sekundären Form handelt es sich um eine Erythropoetin-Erhöhung, was durch Sauerstoffmangel verursacht werden kann. Ursachen hierfür können starkes Rauchen und Aufenthalte in starken Höhen sein. Die relative Form von Polyglobulie wird durch einen Flüssigkeitsverlust verursacht (vgl. ebd.). Als Folge einer primären oder sekundären Polyglobulie wird das Blut dickflüssiger, was eine Thrombose oder Embolie zur Folge haben kann.
3. Didaktische Analyse
Das Unterrichtsthema ist nach dem Hessischen Kerncurriculum der neunten und zehntenJahrgangsstufe zuzuordnen (vgl. Hessisches Kerncurriculum Biologie Sek. 1, S. 29). Es gehört zum Basiskonzept System, indem es die Erwartungen des Inhaltsfeldes Funktionsteilung im Organismus erfüllt (vgl. ebd.). Dazu gehört der Einblick in die Funktion von zellulären Strukturen sowie die Erfassung der Funktionsweise und Bedeutung des Immunsystems (vgl. ebd.).
In Anlehnung an das hessische Kerncurriculum für das Fach Biologie in der Sekundarstufe I lautet das Kernanliegen für die geplante Unterrichtsstunde folgendermaßen:
Die Schülerinnen lernen die Bedeutung der Erythrozyten im menschlichen Blut kennen, indem sie ihre Funktion und Lebensdauer sowie die im Menschen vorliegende Menge kennenlernen. Außerdem vertiefen sie ihre gewonnenen Erkenntnisse, indem sie die im vorliegenden Kunstblut ausgezählte Menge der Erythrozyten in einen Bedeutungszusammenhang setzen. Dadurch erweitern sie ihre Fähigkeiten im Mikroskopieren im Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung.
Des Weiteren sollen folgende Feinziele erreicht werden:
Die Schülerinnen...
- beschreiben die bereits erarbeiteten Inhalte in Form einer Wiederholung stichpunktartig und sichern sie dadurch.
- erarbeiten die Informationen zu Erythrozyten.
- erkennen Anhand von Informationen der Lehrkraft das Stundenthema und benennen es.
- verstehen den Versuchsablauf.
- setzen die Versuchsanweisungen ordnungsgemäß um.
- erschließen sich die Folgen einer erhöhten oder erniedrigten Menge an Erythrozyten im menschlichen Blut.
- sichern ihre Ergebnisse mündlich und schriftlich.
- festigen ihre Erkenntnisse durch Rückgriff auf erarbeitete biologische Konzepte.
- wenden ihr Wissen auf alltägliche Beispiele an.
- verstehen den Bedeutungszusammenhang von der Menge an Erythrozyten, Lebensweisen und Krankheiten.
Hierdurch sollen die folgenden fachlichen Kompetenzen gefördert werden: Erkenntnisgewinnung (primär):
„Biologische Erkenntnisse werden durch Beobachten, Vergleichen und Experimentieren gewonnen; dabei werden verschiedenartige Modelle genutzt und gängige Arbeitstechniken des naturwissenschaftlichen Arbeitens angewandt." (Hessisches Kerncurriculum Biologie Sek I: S. 24)
Nsepte an Sachverhalten verknüpft werden. Dabei sind Perspektivwechsel und Vernetzung möglich. Kenntnisse und Konzepte werden schließlich zur Lösung fachbezogener Probleme genutzt." (Hessisches Kerncurriculum Biologie Sek I: S. 27)
Das geplante Thema steht exemplarisch für Versuche, speziell das Arbeiten mit dem Mikroskop und mit Blut, sowie ein Verständnis der Komplexität des Körpers und speziell des Immunsystems auf zellulärer Ebene. Damit einher geht der Gegenwartsbezug durch das Begreifen der Zusammenhänge des Immunsystems, was besonders durch die COVID-19-Pandemie an Aktualität erlangt. Weiterhin fassen die Schüler:innen zunehmend die Organisation ihres eigenen Körpers. Vom pädagogischen Gesichtspunkt aus entsteht der Gegenwartsbezug durch das Erwerben überfachlicher Kompetenzen, die ihnen bei der Organisation ihres eigenen Lebens und das Handeln in diesem erleichtern. Ein Zukunftsbezug entsteht, indem sich die Schüler:innen damit auseinandersetzen, was Gesundheit bedeutet, warum sie wichtig ist und was sie aktuell für ihre eigene Gesundheit tun können.
Gesundheitsbildung stellt im Sinne der Gesundheitsförderung einen wichtigen Aspekt schulischer Bildung dar, wodurch die Unterrichtsreihe an Bedeutung erlangt (vgl. Gropengießer: S. 148f.).
Die Wiederholung zum Stundenbeginnt dient dazu, dass die Schüler:innen alle Voraussetzungen haben, um die Inhalte der Unterrichtsreihe miteinander verknüpfen zu können. Nur so können die Schüler:innen Zusammenhänge herstellen. Hierbei reduziert sich die Wiederholung auf die knappe Erklärung der Tabelleninhalte im Plenum, damit alle Schüler:innen die Voraussetzungen für das Erreichen dieses Ziels haben. Ebenfalls dient die Wiederholung dem Erkennen von Gemeinsamkeiten und Unterschieden in den erarbeiteten Inhalten. Bei der Erarbeitung der Informationen über Erythrozyten reduzieren sich die Inhalte darauf, was für das Verständnis der Aufgabe von Erythrozyten von zentraler Bedeutung ist. Damit einher gehen Aspekte, die ein Verständnis der Verhaltensweisen fördern, die Erkrankungen verursachen. Nur so kann Gesundheitsbildung stattfinden und somit der Gegenwarts- und Zukunftsbezug hergestellt werden. Für den Versuch wird das Köhlern als Aufgabe ausgeschlossen, da dies zu viel Zeit in Anspruch nimmt und bei einer 45-minütigen Stunde nicht ohne Verluste des Inhalts möglich ist. Die Lehrkraft bespricht den anstehenden Versuch mit den Schüler:innen, um Unklarheiten zu beseitigen und Probleme vorwegzunehmen. An die Lerngruppe angepasst stellt die Lehrkraft die Mikroskope bereits für die Zählkammern ein oder lässt dies die Schüler:innen selbst tun. Bei der Besprechung von Krankheiten bezüglich der Erythrozyten beschränkt sich die Unterrichtsstunde aus zeitlichen Gründen auf Krankheiten, die sich auf die Anzahl der Erythrozyten beziehen. Bei der Anämie ist es wichtig, dass die Lehrkraft auf alternative Ernährungsformen wie Veganismus und den daraus entstehenden Mangel an Nährstoffen eingeht, um die Schüler:innen darauf hinzuweisen, dass dieser Mangel ausgeglichen werden muss. Bezüglich der Polyglobulie ist es wichtig, dass die Lehrkraft auf Rauchen als Ursache eingeht.
4. Methodische Umsetzung
Die Durchführung von Versuchen ist für die Schüler:innen in einem naturwissenschaftlichen Fach von großer Bedeutung.: „Im Zentrum eines Unterrichts, in dem Kompetenzen naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung aufgebaut werden sollen, steht die Durchführung von Untersuchungen durch die Lernenden selbst" (Mayer: S. 61). Wichtig ist hierbei das Einbeziehen der Schüler:innen: Sie führen nicht nur den Versuch der Anleitung nach durch, sondern denken aktiv mit und bringen ihre Erlebnisse mit ihrer Fragestellung in einen Zusammenhang. Mayer spricht hier von einem forschend-entwickelnden Unterricht, in dem die Schüler:innen effektiver lernen, wenn sie selbstständig die Inhalte erkunden (vgl. Mayer: S. 60). Wichtig sind hierfür authentische Kontexte und kooperatives Arbeiten (vgl. ebd.: S. 61).
Die Unterrichtsstunde hat den Fokus auf der Seite der Schüler:innen, um den Anforderungen naturwissenschaftlichen Unterrichtens gerecht zu werden. Daraus ergibt sich größtenteils eine Interaktion zwischen den Schüler:innen. Das ist ein wichtiger Faktor für ihre Sozialbildung, die zum Erziehungsauftrag der Schule gehört (vgl. Gebhard: S. 191). Aufgrund der Jahrgangsstufe benötigen die Schüler:innen noch Hilfe beim naturwissenschaftlichen Denken und Handeln. Somit nimmt die Lehrkraft eine anleitende und lernbegleitende Rolle ein.
Eine mögliche Schwierigkeit kann sich dadurch ergeben, dass der Stundeneinstieg auf die bereits erarbeiteten Inhalte abzielt. Wenn Schüler:innen Schwierigkeiten mit den bisherigen Inhalten hatten, können sie sich an dieser Stelle nicht beteiligen. Gleichzeitig lässt sich der Vorteil des Einstiegs an dieser Stelle erkennen: Ebendiese Schüler:innen können durch die Wiederholung wieder einen Einstieg in die Unterrichtsreihe erhalten, ihre Verständnisprobleme besser erkennen und diese an der Stelle lösen. Wenn die Lehrkraft an dieser Stelle Probleme beim Großteil der Schüler:innen feststellt, unterbricht sie die Sozial- und Arbeitsform und öffnet das Gespräch für die gesamte Lerngruppe. So können die Schüler:innen die Aufgabe gemeinsam in einem Lehrkraft-Schüler:innen-Gespräch erarbeiten. Weitere Schwierigkeiten können bei der Versuchsdurchführung entstehen. Diese ergeben sich durch das für die Schüler:innen noch unbekannte Arbeiten mit einer Zählkammer. Die Lehrkraft erklärt den Aufbau der Zählkammer anhand einer Fotografie, damit die Schüler:innen den Aufbau im Vorhinein gut verstehen, dadurch das Gesuchte im Mikroskop schnell finden und ihrer Aufgabe nachgehen können. Dies erleichtert die Übertragung auf den realistischen Anblick im Mikroskop. Abhängig von der Lerngruppe entscheidet die Lehrkraft zuvor, ob sie die Mikroskope bereits so einstellt, dass die Schüler:innen die Zählkammer sofort sehen, wenn sie diese im Objekthalter anbringen, oder ob die Schüler:innen dazu selbst in der Lage sind. In beiden Fällen muss die Lehrkraft darauf vorbereitet sein, den Schüler:innen bei den Einstellungen zu helfen. Weiterhin kann es Verständnisschwierigkeiten beim korrekten Hinzugeben des Blutes geben. Dafür erstellt die Lehrkraft zuvor eine kurze Aufnahme von diesem Ablauf und zeigt sie vor der Versuchsdurchführung. Trotzdem kann es passieren, dass Schüler:innen dabei nicht richtig aufgepasst oder es falsch verstanden haben. Deshalb ist es auch hier für die Lehrkraft wichtig, das Arbeiten der Schüler:innen genau zu beobachten und zu prüfen, ob die Schüler:innen korrekt vorgehen.
Die Wiederholung erfolgt zuerst mündlich. Dazu bekommen die Schüler:innen einen klaren Arbeitsauftrag mit Operator, damit sie genau wissen, was die Lehrkraft von ihnen fordert. Dieser Arbeitsauftrag befindet sich zusätzlich am Smartboard. Dadurch können sich die Schüler:innen den Auftrag immer wieder ins Gedächtnis rufen und diejenigen, die zu Beginn der Stunde eventuell zu spät kommen oder noch nicht aufmerksam sind, haben ebenso die Möglichkeit der Erarbeitung, ohne dass die anderen Schüler:innen durch Nachfragen gestört werden. Um alle Schüler:innen in dieser Rekapitulation miteinzubeziehen, begeben sie sich erst in eine Murmelphase. Außerdem tauschen sie sich dadurch ohne Angst vor Fehlern aus und können erst einmal ihre Gedanken sortieren. Dies hilft den leistungsschwächeren Schüler:innen insofern, als sie zusammen arbeiten und sich absprechen. Damit die Schüler:innen ihre Arbeit selbst organisieren, nennt die Lehrkraft die dafür vorgesehene Arbeitszeit, die neben der Aufgabenstellung am Smartboard steht. Im Folgenden hält ein/e Schüler:in seine/ihre Ergebnisse am Smartboard fest. Damit die Lehrkraft das Wissen der restlichen Schüler:innen erprobt und ihre Kompetenz der Bewertung fördert, fragt sie daraufhin nach Korrekturen und/oder Ergänzungen. Den Versuch vollziehen die Schüler:innen einzeln, damit jede/r die Möglichkeit und genügend Zeit hat, sich mit dem Gesehenen auseinanderzusetzen. Dabei ist allerdings gewollt und dies auch von der Lehrkraft kommuniziert, dass sich die Schüler:innen über das Gesehene und bereits ansatzweise über ihre Ergebnisse austauschen. Eine Abweichung der Werte regt die Schüler:innen zum Nachdenken an, was sie automatisch zur Bearbeitung der letzten Aufgabe führt.
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