Die vorliegende Unterrichtsreihe wird zum einen durch den Kernlehrplan des Landes Nordrhein-Westfalen für die Sekundarstufe II im Fach Biologie und zum anderen durch den schulinternen Lehrplan der Gesamtschule Barmen (2017) für die Qualifikationsphase legitimiert.
Die Reihe ist dem Inhaltsfeld "Evolution" aus dem KLP zuzuordnen. Bezogen auf die konkretisierten Kompetenzerwartungen erwerben die Schülerinnen und Schüler die lehrplangetreuen Kompetenzen. Der KLP sieht die inhaltliche Thematisierung von Modellvorstellungen zu Artbildungsprozessen vor, die in der vorliegenden Reihe inhaltlich im Vordergrund stehen.
Zur Erklärung von Artbildungsprozessen werden darüber hinaus verschiedene Artkonzepte (morphologisch, biologisch und phylogenetisch) thematisiert, die je nach Fragestellung Vor- und Nachteile besitzen. Diese werden als Grundlage zum Verständnis der Artbildungskonzepte aufgegriffen. Es erfolgt darüber hinaus ein kritischer Vergleich der Konzepte, um sie bei der Erarbeitung und Erklärung verschiedener evolutionärer Prozesse reflektiert anwenden zu können.
Inhaltsverzeichnis
1. Einbettung des Unterrichtsvorhabens in die Unterrichtsreihe
1.1 Einordnung in curriculare Zusammenhänge
1.2 Reihenplanung
1.3 Begründung der längerfristigen Unterrichtszusammenhänge
1.4 Lernausgangslage
2. Unterrichtsstunde
2.1 Kernanliegen
2.2 Methodisch-didaktischer Kommentar
2.3 Tabellarischer Verlaufsplan
5. Literatur
6. Anhang
Antizipierte Äußerungen zum Stundeneinstieg
A) Phänomen
B) Fragestellung
C) Hypothesen
Arbeitsblatt und Materialienkatalog
Hilfe- und Kontrollkarten
A) Worthilfen
B) Kontrollkarte für die Zuordnung
1. Einbettung des Unterrichtsvorhabens in die Unterrichtsreihe
1.1 Einordnung in curriculare Zusammenhänge
Die vorliegende Unterrichtsreihe wird zum einen durch den Kernlehrplan 1 des Landes Nordrhein-Westfalen für die Sekundarstufe II im Fach Biologie (MSW NRW, 2013) und zum anderen durch den schulinternen Lehrplan der Gesamtschule Barmen (2017) für die Qualifikationsphase legitimiert.
Die Reihe ist dem Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten EvolutionAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten aus dem KLP zuzuordnen. Bezogen auf die konkretisierten Kompetenzerwartungen erwerben die Schülerinnen und Schüler 2 die lehrplangetreuen Kompetenzen. Der KLP sieht die inhaltliche Thematisierung von Modellvorstellungen zu Artbildungsprozessen vor, die in der vorliegenden Reihe inhaltlich im Vordergrund stehen.
1.2 Reihenplanung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1.3 Begründung der längerfristigen Unterrichtszusammenhänge
In der vorliegenden Reihe werden unterschiedliche Modellvorstellungen zu
Artbildungsprozessen erklärt und angewendet. Dazu werden folgende Mechanismen gezählt:
Artbildungsereignisse (sympatrisch, allopatrisch, parapatrisch, adaptive Radiation) Präzygotische und postzygotische Isolationsmechanismen
Zur Erklärung von Artbildungsprozessen werden darüber hinaus verschiedene Artkonzepte (morphologisch, biologisch und phylogenetisch) thematisiert, die je nach Fragestellung Vor-und Nachteile besitzen (Sadava, 2019). Diese werden als Grundlage zum Verständnis der Artbildungskonzepte aufgegriffen. Es erfolgt darüber hinaus ein kritischer Vergleich der Konzepte um sie bei der Erarbeitung und Erklärung verschiedener evolutionärer Prozesse reflektiert anwenden zu können. Im Kontext von Artbildung findet häufig der phylogenetische Artbegriff Verwendung, gemäß dessen eine Art als Abstammungsgemeinschaft von Populationen in einer bestimmten evolutionären Zeitspanne verstanden wird. Eine Art entsteht somit durch ein Artbildungsereignis und endet durch ein weiteres oder durch das Aussterben der Art. Nach einem stattgefundenen Artbildungsereignis, verhindern post- und präzygotische Isolationsmechanismen eine erneute, erfolgreiche Paarung zwischen Individuen der beiden neu entstandenen Arten (biologisches Artkonzept) (Sadava, 2019). Diese beiden an der Artbildung beteiligten Prozesse (Artbildungsereignis und Isolationsmechanismen) werden aufeinanderfolgend in der Reihe von den SuS erarbeitet. In einem zweiten Schritt wird das so neu gewonnene Fachwissen an Beispielen vertiefend angewendet, um es mit bereits erworbenem Wissen zu verknüpfen und in variierenden Kontexten verfügbar zu machen. Zusätzlich werden Modellkompetenzen (Erklärung und Vorhersage von biologischen Prozessen, Modellbewertung) vertieft.
Als Artbildungsereignis wird neben den Modellvorstellungen zur Artbildung aus der aktuellen Unterrichtsstunde (vgl. 2.2) die adaptive Radiation gezählt. Als adaptive Radiation bezeichnet man die rasche Bildung vieler Arten aus einer einzigen Art, die durch die Besetzung unterschiedlicher ökologischer Nischen resultiert. Dies geschieht in der Regel bei einer Neubesiedlung eines Gebietes (Sadava, 2019). Die adaptive Radiation stellt somit einen Spezialfall der Artbildung dar und wird daher ans Ende der Reihe gestellt. Zur Vertiefung wird in einer zweiten dazugehörigen UE ein Forscherkongress durchgeführt, bei dem die um eine gemeinsame Erklärung für die einzelnen Funde zu formulieren. Dadurch werden ebenfalls prozessbezogene Kompetenzen gefördert (vgl. Tabelle).
1.4 Lernausgangslage
Die Lehramtsanwärterin 4 unterrichtet die Lerngruppe seit Anfang Januar. Die Lerngruppe wurde bereits zu Beginn der Ausbildung begleitet und unterrichtet. Der gegenseitige Umgang ist freundlich und die SuS haben die LAA als Lehrkraft akzeptiert. Die Lerngruppe besteht aus 13 Schülern und 10 Schülerinnen.
Die Lerngruppe ist insgesamt motiviert und ist interessiert an biologischen Phänomenen. Daher wird in dem vorgestellten Unterrichtsvorhaben darauf geachtet Fachwissen anhand von konkreten Beispielen zu erarbeiten. Die SuS bearbeiten die ihnen gestellten Aufgaben in der Regel zuverlässig und arbeiten in Plenumsphasen engagiert mit. Die Beziehung zwischen den SuS ist positiv und es herrscht ein angenehmes Lernklima. Aufgrund des positiven Verhältnisses untereinander arbeiten die SuS in der Regel zielführend in jeder vorgegebenen Gruppenkonstellation. Die Lerngruppe kann insgesamt als recht leistungsstark angesehen werden und der Großteil der SuS ist dazu in der Lage komplexe Sachverhalte zu verbinden und Fachwissen auf Beispiele anzuwenden.
Individuelle Voraussetzungen
In der Lerngruppe gibt es einige sehr leistungsstarke und mehrere recht leistungsstarke SuS, die im Vergleich zu den leistungsschwächeren SuS komplexes Material zu neuem Wissen und Erkenntnissen mit bereits erworbenen Inhalten verknüpfen können. Einzelne SuS sind eher leistungsschwach und benötigen die Unterstützung ihrer Mitschüler*innen, um komplexe Sachverhalte korrekt einzuordnen bzw. anzuwenden. Aus diesem Grund wurde das Arbeitsmaterial inhaltlich differenziert (vgl. 2.2). Die SuS wurden im Vornhinein durch die LAA in entsprechende Gruppen eingeteilt. Zwei SuS zeigen sprachliche Schwierigkeiten in Form von einer Lese-Rechtschreibschwäche vor allem beim Lesen und Schreiben längerer Texte. Diese SuS werden daher das weniger umfangreiche Material bearbeiten.
Die SuS arbeiten außerdem zur gegenseitigen Unterstützung auch in der ersten Phase in einer Partnerarbeit. Das arbeitsteilige Erarbeiten von Inhalten ist der Lerngruppe bekannt und wird positiv angenommen. Die Bearbeitungsdauer von Aufgaben sowie die Intensität im Austausch variiert zum Teil erheblich, so dass eine Sprinteraufgabe für die Gruppe zur Verfügung gestellt wird. Einige SuS neigen in der Auseinandersetzung mit Materialien dazu über neu erworbenes Wissen zu diskutieren und bearbeiten daher die Aufgabenstellungen langsamer. Aus diesem Grund werden Zeitangaben zu den einzelnen Arbeitsphasen angegeben und ggf. entsprechende SuS beim Herumgehen während der Erarbeitungsphase an den Arbeitsauftrag erinnert.
Für eine Schülerin mit sonderpädagogischem Förderbedarf im Bereich Hören und Kommunikation wird in Plenumsphasen eine Mikrofonanlage durch die Lehrperson verwendet. Nach Möglichkeit wird die Mikrofonanlage so positioniert, dass sie die gesprochene Sprache des in der Stunde verwendeten Videos verstehen kann. Die Informationen aus dem Video werden der Schülerin in gedruckter Version zu Stundenbeginn zusätzlich zur Verfügung gestellt.
Fachliches Vorwissen
In der Qualifikationsphase wurden bisher die Inhaltsfelder Genetik, Ökologie und Neurobiologie bearbeitet und abgeschlossenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenird an verschiedenen Stellen auf fachliche Inhalte insbesondere aus der Genetik und Ökologie zurückgegriffen und mit neu Erlerntem verknüpft. Auch in der aktuellen Unterrichtsreihe werden Fachwissen und Fachbegriffe aus der Ökologie (u.a. ökologische Nische, Konkurrenz) und der Genetik (u.a. diploide/tetraploide Chromosomensätze, Meiose) benötigt (MSW NRW, 2013).
Die SuS haben zur Reihentransparenz im Rahmen des phylogenetischen Artkonzepts dieses grundlegende Prinzip von Artbildung erörtert und bildlich dargestellt. Im Verlauf der Reihe werden diese spezifiziert.
In der vorherigen Reihe haben sich die SuS verschiedene Evolutionsfaktoren (Rekombination, Mutation, Selektion, Gendrift, Genfluss) erarbeitet und angewendet, und verfügen somit über das benötigte fachliche und methodische Vorwissen, um in der vorliegenden Reihe Artbildungsprozesse erklären und anwenden zu können. Im Rahmen der UE GendriftAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten haben sie den Begriff des Genflusses definiert, der in der vorliegenden Unterrichtsstunde von Bedeutung ist (vgl. 2.2).
Methodisches Fachwissen
Die SuS haben im Zusammenhang mit der Darstellung von unterschiedlichen Erklärungsmodellen für die Evolution ihr Vorwissen zum naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg vertieft. Im Sinne von Köhler und Meisert (2015) sind ihnen die Schritte des naturwissenschaftlichen Erkenntniswegs daher bekannt und sie können sie in der Regel anwenden.
Die SuS bearbeiten regelmäßig materialgebundene Aufgaben und sind mit der Methode des Partnerpuzzles und Gruppenpuzzles vertraut.
Darüber hinaus haben sie in der vorherigen Reihe ihre Bewertungskompetenz von Modellen und Gesetzen vertieft: ein modellhaftes Selektionsspiel zum anthropogenen Einfluss auf die Größe vom Kabeljau wurde auf seine Übertragbarkeit auf die Realität hin reflektiert. Für das Hardy-Weinberg-Gesetz wurde der Geltungsbereich angegeben und Möglichkeiten zu seiner Anwendung diskutiert.
Organisatorische Bedingungen
Die SuS haben nach ihrem Stundenplan mittwochs in der ersten Stunde Unterricht. Aufgrund der Organisation zur unterrichtspraktischen Prüfung wurde diese in die Mittagspause (4. Stunde) gelegt. Zwischen der dritten und vierten Stunde liegt jedoch keine Fünf-Minuten-Pause, so dass die SuS früher ihren Unterricht in der dritten Stunde verlassen werden.
2. Unterrichtsstunde
2.1 Kernanliegen
Indem die SuS sich materialgebunden Modellvorstellungen zu Artbildungsprozessen in einem Partnerpuzzle erarbeiten und anschließend auf Beispiele anwenden sowie über ihre Anwendbarkeit auf die Artbildung von Pongo tapanuliensis in Kleingruppen diskutieren, erklären sie ausgewählte Modellvorstellungen zu Artbildungsereignissen und überprüfen ihren 5
Geltungsbereich. Damit erklären sie Modellvorstellungen zu Artbildungsprozessen (u.a. allopatrische und sympatrische Artbildung) an Beispielen und erweitern ihre Kompetenz im Bereich der Erkenntnisgewinnung.
2.2 Methodisch-didaktischer Kommentar
Die Aufspaltung einer Art in zwei Arten setzt eine reproduktive Isolation der Teilpopulationen voraus. Da diese Isolierung bis auf wenige Ausnahmen wie der Polyploidierung (Campbell, 2005) graduell verläuft und selten direkt beobachtbar ist, haben Evolutionsbiologen verschiedene Modellvorstellungen zur Erklärung von Artbildungsprozessen entwickelt (Sadava, 2019).
Bei der allopatrischen Artbildung wird eine Ausgangspopulation durch eine geografische Barriere getrennt. In dem Unterrichtsbeispiel der Amazonas-Flussdelfine hat eine solche allopatrische Artbildung mehrmals stattgefunden:
Auffaltung der Anden
Entstehung von Stromschnellen am Grenzgebiet vom Rio Madeira und dem Amazonas vor 2 Mio. Jahren neu entstandene Schwarzwasserregion im Grenzgebiet des Orinocos und Amazonas als Barriere durch eine Klimaveränderung vor 10.000 Jahren (Markl, 2018).
Dadurch entstanden der ans Süßwasser angepasste Vorfahr der Flussdelfine (Anden als Barriere), die beiden Arten Inia geoffrensis und Inia boliviensis (Stromschnellen), sowie die zwei Unterarten I. geoffrensis geoffrensis und I. geoffrensis humboldtiana (Schwarzwasserregion). Wissenschaftler haben 2014 eine dritte Art von Flussdelfinen (I. arguaiaensis) beschrieben (Hrbek, 2014), die bisher allerdings nicht offiziell anerkannt ist (The Society of Marine Mammals, 2019). Aus diesem Grund wurde die vermeintlich dritte Delfinart nicht ins Material integriert.
Bei der sympatrischen Artbildung entsteht aus einer Ausgangspopulation eine neue Art im gleichen Habitat. Diese Artbildung ist aufgrund von leicht unterschiedlichen ökologischen oder sexuellen Differenzen bei einem Teil der Population möglich, die allmählich zu einer reproduktiven Isolation der Teilpopulation von den anderen Individuen führt (Campbell, 2003). Ein Beispiel für eine sympatrische Artbildung ist die Artbildung des Buntbarschs Amphilophus zaliosus im Apoyo-See in Nicaragua. Er lebt gemeinsam mit A. citrinellus im gleichen Habitat, das isoliert von anderen Gewässern ist. Durch die Besetzung einer anderen ökologischen Nische, die durch eine ursprüngliche ökologische Präferenz erfolgt ist, evolvierte ein Teil der Population
(Barluenga, 2006). Neuere Forschungsergebnisse lassen jedoch vermuten, dass die sympatrische Artbildung durch eine zweite, spätere Besiedlungswelle von Individuen der Art A. citrinellus erleichert wurde (Kautt, 2016). Da die tatsächliche Artbildung noch ungeklärt ist, wird an dieser Stelle didaktisch reduziert und die neueren Ergebnisse werden nicht berücksichtigt.
Eine Zwischenform der allopatrischen und sympatrischen Artbildung stellt die parapatrische Artbildung dar. Bei dieser Form der Artbildung kommt es Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten zwischen zwei Populationen, deren Verbreitungsgebiete geographisch aneinandergrenzenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (Spektrum, 1999). Die parapatrische Artbildung wird im Gegensatz zu der allopatrischen und sympatrischen Artbildung nicht explizit aufgeführt (MSW NRW, 2013), weswegen sie in der aktuellen Unterrichtsstunde nicht an einem Beispiel erklärt wird. Sie wird jedoch zur Förderung der Modellkompetenz inhaltlich thematisiert. Eine Überprüfung der Anwendbarkeit der Modellvorstellungen auf ein aktuelles Forschungsergebnis berücksichtigt somit die drei in der Literatur beschriebenen Artbildungsprozesse.
Die Überprüfung der Anwendbarkeit erfolgt am Beispiel einer im Jahre 2017 entdeckten Orang-Utan-Art (Pongo tapanuliensis). Aufgrund der geringen Größe der Population, die in einem schwer zugänglichen Gebiet beheimatet ist, wurde diese Art erst spät entdeckt und beschrieben. Das Beispiel wurde aus mehreren Gründen gewählt: Im Sinne eines fachwissenschaftlich orientierten Unterrichts arbeiten die SuS mit den Materialien einer wissenschaftlichen Veröffentlichung, die durch die LAA übersetzt und didaktisch aufbereitet worden sind. Orang-Utans sind eine allgemein bekannte Art, für die viele Menschen Sympathien haben und dessen Gefährdung in den Medien und zoologischen Gärten thematisiert wird. Dieses Beispiel könnte die SuS daher besonders motivieren. Aus den genannten Gründen ist es außerdem umso erstaunlicher, dass die dritte Art über einen langen Zeitraum nicht entdeckt wurde. Es verdeutlicht den SuS, dass auch in der heutigen Welt Erkenntnisse zu biologischen Phänomenen immer nur vorläufig sind. Weiterhin entspricht die Artbildung von P. tapanuliensis keinem der drei Artbildungsprozesse vollumfänglich. Die Aufspaltung des gemeinsamen Vorfahrens in die beiden auf Sumatra beheimateten Arten P. tapanuliensis und P. abelii hat durch geografische Isolation bereits vor etwa 3,4 Millionen Jahre begonnen. Es hat allerdings noch bis vor etwa 10.000-20.000 Jahren regelmäßig einen geringen, durch Männchen vermittelten Genfluss zwischen den Populationen gegeben (0,3-0,9 Migranten pro Generation), so dass bei diesem Beispiel nicht von einer klassischen allopatrischen Artbildung gesprochen werden kann (Nater, 2017).
Den SuS wird im Stundeneinstieg ein selbst erstelltes Video präsentiert, dass Informationen zur Entdeckung von P. tapanuliensis sowie zur Artbildung der drei Orang-Utan-Arten enthält. Durch das Medium Video werden die Informationen für alle SuS kurz zusammengefasst und die SuS haben zeitgleich dasselbe Vorwissen. Außerdem können visuelle und auditive Informationen vermittelt werden, wodurch diese besser behalten werden können (Meyer, 2016). Die SuS formulieren daraufhin das dargestellte Phänomen und die Fragestellung, die in der vorherigen Stunde durch die Reihentransparenz angebahnt wurde. Ggf. gibt die LAA Impulse. Das Phänomen und die Fragestellung werden im Schaubild an der Tafel ergänzt. Das Schaubild gibt den naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg nach Köhler und Meisert (2015) wieder, der als roter Faden durch die Stunde führt. Die SuS festigen ihr Wissen zur Erkenntnisgewinnung auf diese Weise und vertiefen es weiterhin, indem im weiteren Verlauf der Stunde die Eignung der Modellvorstellungen zur Hypothesenüberprüfung reflektiert wird. Als Medium wurde die Tafel einer elektronischen Variante vorgezogen, da sie größer ist und alle SuS das Schaubild so problemlos erkennen können. Zudem soll den SuS das Schaubild über die ganze Unterrichtsstunde zur Verfügung stehen, so dass ein Beamer und das digitale Endgerät eine Stunde eingeschaltet wären (Ressourcenschonung).
Auf Basis des Videos und ihres Vorwissens (u.a. Genfluss, Selektion, reproduktive Isolation und Artbildungsereignis) stellen die SuS anschließend Hypothesen zur Artentstehung von P. tapanuliensis auf. Einige SuS sind dazu in der Lage auch neue, komplexe Informationen mit bereits erworbenem Wissen zu verknüpfen, so dass es bereits an dieser Stelle zu der korrekten Erklärung kommen könnte. In diesem Fall wird die Hypothese nicht durch die LAA bestätigt, sondern wird durch die SuS in der Erarbeitungsphase anhand von wissenschaftlichen Modellvorstellungen überprüft.
Die LAA erklärt anhand des Schaubildes zur Stundentransparenz das weitere Vorgehen für die Stunde. Fragen können ggf. geklärt werden.
Die SuS bearbeiten anschließend arbeitsteilig zwei Beispiele zur allopatrischen bzw. sympatrischen Artbildung. Das Material ist ähnlich aufgebaut wie in Klausuren, so dass die SuS zur Vorbereitung auf die bevorstehende Abiturklausur die Bearbeitung von materialgebundenen Aufgaben üben. Dabei ist das Material fachlich differenziert, um die leistungsstarken SuS zu fordern (Beispiel zur allopatrischen Artbildung) und die leistungsschwachen SuS dennoch zu aktivieren (Beispiel zur sympatrischen Artbildung). In dem Material zur sympatrischen Artbildung ist keine Quelle angegeben, da im Titel das Artbildungsmodell genannt wird. Als Hilfekarten stehen Wortdefinitionen und die Modellzuordnung für jedes Beispiel am Pult zur
Verfügung. Bei Unsicherheiten können die SuS ihre Vermutung zur Zuordnung bestätigen bzw. 8 überdenken. Falls eine Gruppe die Aufgaben schneller beendet, optimieren sie die Präsentation ihres Beispiels.
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