Didaktische Rekonstruktion der Evolution -

Transkript

1 Ulrich Kattmann Didaktische Rekonstruktion der Evolution - Wie Biologie sinnvoll gelernt wird

2 Didaktische Rekonstruktion Verständnis vom Lernen?

3 Didaktische Rekonstruktion Verständnis vom Lernen Didaktische Strukturierung Fachliche Klärung Erfassen von Schülerperspektiven

4 Didaktische Rekonstruktion Das Modell (Kattmann, Duit, Gropengießer & Komorek 1997)

5 Arbeiten zur Didaktischen Rekonstruktion der Evolution Wilfried Baalmann Andrea Becker Christina Biebricher Regina Cypionka Dr. Vera Frerichs Manon Huff Dr. Regine Illner Dr. Patrícia Jelemenská Mag. Kira Kamelger (Wien) Prof. Dr. Ulrich Kattmann Christian Papenfuß Elke Sander Dr. Holger Weitzel (Hannover) Jörg Zabel (Hannover) Prozesse der Evolution Evolution in Jugendbüchern Entstehung der Vielfalt Pflanzen als Lebewesen Gene und genetische Prozesse Ökologische Nische Evolution und religiöse Vorstellungen Ökologische Einheiten Tierliches und menschliches Verhalten Tiere ordnen Evolution des Menschen Naturverständnis Anpassung Narration am Beispiel Evolution

6 Gliederung 1. Geschichte der Lebewesen 2. Selektion und Angepasstheit 3. Evolution als Erklärungsprinzip rungsprinzip 4. Vernetzung: Naturgeschichtlicher Unterricht

7 Wissenschaftliche Fragen 1. Wie ist die Evolution abgelaufen? (Rekonstruktion der Stammesgeschichte) 2. Welche Ursachen bewirken die Evolution? (Selektionstheorie)

8 Naturgeschichte Wissenschaftliche Vorstellungen (nach Gould 1998)

9 Naturgeschichte Schülervorstellungen Es Unter hat Evoluton sich nicht verstehe nur so ergeben, ich... dass die Pflanzen den Sauerstoff produzieren. Es war,... die Abstammung vom wenn ich das so ausdrücken Affen zum Menschen. Die kann, so eine zielgerichtete Urvorfahren vererbten Entwicklung. Wenn die Pflanzen nach und nach immer mehr Schwefel produzieren würden, an die nächste n Generation so würden sich Tiere entwickeln bis zum heutigen oder Tiere würden sich daran Menschen. anpassen, Schwefel atmen zu Melanie, 10. Klasse können und sich durch den Schwefel...die Entwicklung das Überleben vom sichern. Urtier bis Die zum Natur Discman macht sich das hörenden, halt schon, umher sie irrenden sichert sich die modernen Entwicklung. Menschen. Hendrik, 10. Klasse Martin, 18 Jahre (Jelemenská 2006)

10 Schülervorstellungen Ich habe hier gemalt, wie ich mir den Anfang und die Weiterentwicklung der Pflanzen vorstelle. Also, zuerst habe ich eine kugelartige Pflanze unten (im Wasser) gemalt. Dann kamen die Pflanzen langsam aus dem Wasser heraus mit einer Blüte. Dann war auf dem Land das erste Gras. Dann kam eine einfache Blume, dann eine schon etwas dickere Blume mit Farbe. Danach kam eine mit noch mehr Farbe, und dann kamen die ganz großen, also die, die wir jetzt auch haben. Dann kam ein kleiner Baum und danach ein ausgewachsener Baum. Hans, 10 Jahre (Cypionka 2005)

11 Naturgeschichte Schülervorstellungen Die Entwicklung begann vor Urzeiten im Wasser. Die Evolution steigt geradlinig zum Höheren H auf, d. h. letztlich zum Menschen. Die Natur sorgt für f r Erhaltung und Harmonie.

12 Naturgeschichte Unterricht Warum gibt es Säugetiere? S (Kattmann, Janßen-Bartels & Müller 2005 a)

13 Naturgeschichte Gabeldiagramm Letzter gemeinsamer Vorfahr (MRA) Ursaurier (Kattmann, Janßen-Bartels & Müller 2005 a)

14 Naturgeschichte Glücksfälle Pikaia (Kattmann, Janßen-Bartels & Müller 2005 a)

15 Glücksfälle (Kattmann, Janßen-Bartels & Müller 2005 a)

16 Naturgeschichte Glücksfälle

17 Naturgeschichte Glücksfälle

18 Warum gibt es Säugetiere? S Schülervorstellungen Genealogie Letzter Vorfahr Geschichte Verwandtschaft (Kattmann, Janßen-Bartels & Müller 2005 a)

19 Selektion Ein Naturforscher, der die Verwandtschaft der Lebewesen bedenkt, mag zu dem Schluss kommen, dass die Lebewesen nicht getrennt voneinander erschaffen sind, sondern - wie die Varietäten ten - voneinander abstammen. Dennoch wäre w ein solcher Schluss, wie gut er auch begründet sein mag, unbefriedigend, so lange nicht auch erwiesen wird, wie sich die unzähligen unsere Erde bewohnenden... Arten abgeändert haben.... Es ist daher von größ ößter Wichtigkeit, einen klaren Einblick in die Mittel zu gewinnen, durch welche solche Abänderungen und Anpassungen bewirkt worden sind. Charles Darwin 1859

20 Selektion Schülervorstellungen... dann haben die heute dunklen Falter gemerkt, dass die Baumstämme mme dunkler wurden und vorgestellt: sie als helle Tiere darauf für f r Feinde wieder gut zu erkennen waren. Ich stelle mir das jetzt irgendwie über die Gene Transmutation. vor, dass da eine Erkenntnis Ich muss schwarz werden berleben stattgefunden Notwendige. hat und sich dann über mehrere Generationen verteilt in den Chromosomen festgeschrieben hat nnen. und die dann wirklich so schwarz geworden sind. Gerd, 12. Klasse Anpassung wird als zielgerichtet vorgestellt: - adaptives Handeln von Individuen, - adaptive körperliche k Umstellung, - absichtsvolle genetische Transmutation Die Natur sorgt für f r das zum Überleben Notwendige. Bei Nachkommen treten manchmal Abweichler ( Außenseiter )) auf, die Neues beginnen können. k (Baalmann 1998)

21 Selektion Vorstellungen im Schulbuch Von Generation zu Generation steigt die Anzahl der langhalsigen Giraffen, bis schließlich lich nur noch Tiere mit der günstigen Halslänge vorhanden sind Evolution der Giraffen nach Darwin?? (Das Biobuch 7-10, )

22 Anpassung Die Entstehung durch von abweichende Giraffe und Nachkommen Okapi 2n. Generation 3n. Generation (Kattmann, Janßen-Bartels & Müller 2006 b)?

23 Selektion? (Kattmann, Janßen-Bartels & Müller 2006 b)

24

25 Selektion? (Kattmann, Janßen-Bartels & Müller 2006 b)

26 Steppengiraffe Okapi Kaffernbüffel ffel Waldkaffernbüffel ffel Steppen-Ducker Wald-Ducker Pferdeantilope Bongo Steppen- Elefant Wald-Elefant (Kattmann, Janßen-Bartels & Müller 2006 b)

27 Die Entstehung von Giraffe und Okapi Schülervorstellungen Variabilität Ungerichtete Abweichungen Selektion Anpassung Letzter Vorfahr (Kattmann, Janßen-Bartels & Müller 2006 b)

28 Biologische Erklärungen Erklärungen rungen Fragen Gegenstände nde Leitdisziplinen aktual kausal Wie? Prozesse: Nah-Ursachen Physiologie

29 Evolution Biologische als Erklärungsprinzip Erklärungen Erklärungen rungen Fragen Gegenstände nde Leitdisziplinen aktual kausal Wie? Prozesse: Nah-Ursachen Physiologie historisch kausal Warum? Geschichte: Fern-Ursachen Evolutionsbiologie nomologisch narrativ Wie kam es dazu? Selektion Ereignisse

30 Erdgeschichtliches Woher kommt der Ungleichgewicht Sauerstoff? Schülervorstellungen Geschichte Fotosynthese Globale Kreisläufe Bioplanet Erde (Sander, Jelemenská & Kattmann 2004)

31 Klassifikation Evolution erklärt der rt Systematik Wirbeltiere Schülervorstellungen Lebensräume helfen ordnen Geschichte hinterlässt Spuren Merkmale sind Hilfskriterien Abstammungsgemeinschaften (Baumann, Schoppe, Harwardt & Kattmann 1996)

32 Genetik Der im Fall Kontext Birkenspanner von Evolution Schülervorstellungen Geschichte Variabilität Vererbung Gen-Enzym Enzym-Merkmal Anpassung Selektion (Baalmann & Kattmann 1996)

33 Enzymatik im Kontext von Evolution Helicobacter Bakterien als Lebewesen Lebensbedingungen Geschichte Krankheiten-Selektion Substratspezifität Kompetitive Hemmung

34 Evolution und Kulturgeschichte Alltagsvorstellungen Kinderkrankheiten Resistenz Seuchen Haustiere Kulturpflanzen

35 Naturgeschichtlicher Unterricht Kl Geschichte: vertikale Vernetzung Schöpfung und Evolution Kulturgeschichte Woher kommt der Sauerstoff? Embryonenschutz bei Wirbeltieren Vom Wasser aufs Land «Low Tech» contra «Upper Class»? Warum gibt es Säugetiere? S Blütenpflanzen / Fisch an Land? Vom Wasser aufs Land und zurück

36 Naturgeschichtlicher Unterricht Kl Selektion: vertikale Vernetzung S/W-Zwillinge Der Fall Birkenspanner Was heißt t hier Rasse? Blüten und Bestäuber uber: Mimulus Entstehung von Giraffe und Okapi Helicobacter / Seuchen-Kulturgeschichte Verhalten: Maulbrüter / Hund-Mensch Hautfarben Diabetes / Sichelzellen Züchtung und Verwilderung

37 Naturgeschichtlicher Unterricht horizontale und vertikale Vernetzung : Didaktische Strickleiter Schöpfung und Evolution Embryonenschutz bei Wirbeltieren Woher kommt der Sauerstoff? Low Tech-upper class? Warum gibt es Säugetiere? S Vom Wasser aufs Land und zurück Helicobacter Hautfarben/ Fall Entstehung Züchtung Selektion Geschichte Was heißt t hier Rasse? Helicobacter / Seuchen-Kulturgesch Kulturgesch. Blüten und Bestäuber Maulbrüterverhalten / Hund-Mensch Hautfarben/ Diabetes/ Sichelzellen Fall Birkenspanner Entstehung von Giraffe und Okapi chtung und Verwilderung

38 Naturgeschichtlicher Unterricht Wenn wir jedes Produkt der Natur als etwas ansehen, das eine Geschichte hat, und in jeder komplexen Struktur und Instinkt das Gesamtergebnis vieler für f seinen Besitzer nützlicher n Abänderungen erblicken, in derselben Weise etwa, wenn wir eine bedeutende mechanische Erfindung als Gesamtergebnis der Arbeit, Erfahrung und Verstand, vielleicht gar der Fehler einzelner Arbeiter ansehen wenn wir die Lebewesen in solcher Weise betrachten, wie weit interessanter wird dann das Studium der Naturwissenschaft sein! Charles Darwin, 1859

39 Kurzgefasst! Biologie muss als ganze Naturgeschichte, als Geschichte des Bioplaneten Erde gelernt und gelehrt werden.! Schülervorstellungen sind dazu Lernvoraussetzungen und Lernmittel.!! Evolution ist nicht allein Lerngegenstand, sondern als Erklärungsprinzip rungsprinzip anzuwenden und zu reflektieren. Geschichte und Selektion vernetzen biologische Themen horizontal und vertikal zum kumulativen Lernen.

40 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!