Zeitschrift für Didaktik der Biologie (ZDB) - Biologie Lehren und Lernen (Universität Bielefeld)

Dzemski, Gordon

Mikromanipulation an pflanzlichen Zellen im Biologieunterricht mittels der Mikroinjektionstechnik

Jäkel, Lissy

Schaer, Anka

Sind Namen nur Schall und Rauch? : Wie sicher sind Pflanzenkenntnisse von Schülerinnen und Schülern?

Dieckmann, Ursula

Wie Lerner ein Ökosystem verstehen :  Lehr-Lernforschung am Beispiel des außerschulischen Lernortes „Heiliges Meer“

Ziemek, Hans-Peter

I D B  Münster • Ber. Inst. Didaktik Biologie 12 (2003), 77 - 82 77
Die Arbeit im Schülerlabor
Am Beispiel des Schüler-Labors Biologie der Universität Gießen
Hans-Peter Ziemek
Keywords  Naturwissenschaftliche Arbeitsweisen, Schülerlabore, außerschulische Lernorte
1 Schüler-Labore in Deutschland
Seit wenigen Jahren entstehen an vielen Hochschulstandorten spezielle Ein-
richtungen für Schülerinnen und Schüler, so genannte Schülerlabore. In den
angelsächsischen Ländern haben vergleichbare Einrichtungen eine schon jahr-
zehntelange Tradition, kombiniert mit dem Unterrichtsfach „Lab-Work“. In
Deutschland waren Kooperationen von Schulen und Universitäten oder Fach-
hochschulen in der Vergangenheit eher dem Zufall überlassen.
In Zeiten zurückgehender Studierendenzahlen und nationaler Rankings er-
höhte sich aber der Zwang zur Profilierung und zur langfristigen Bindung von
Oberstufenschülern an die jeweilige Hochschule. Das Angebot der Labor-
Arbeit für Schüler stellt dabei eine gute Möglichkeit für die naturwissenschaft-
lichen Fächer dar, potentielle Studenten zu gewinnen.
Einige der von deutschen Universitäten und Fachhochschulen inzwischen
gegründeten Einrichtungen haben dabei schon mehrere Jahre Betriebserfahrung
hinter sich, z. B. das „Gläserne Labor“ in Berlin. Bei diesen Laboren steht die
Vermittlung von modernsten Forschungsmethoden an zumeist Oberstufen-
schülern im Mittelpunkt der Arbeit. Das Fach Biologie, meist unter dem Be-
griff „Life-Science“ in einer molekularbiologischen oder biotechnologischen
Ausrichtung, spielt dabei thematisch eine wichtige Rolle. Daneben gibt es auch
eine Reihe von Einrichtungen, die von physikalischen oder chemischen Insti-
tuten betrieben werden.
78 H.-P. Ziemek
Eine Übersicht der biologisch ausgerichteten Labore findet man auf der
Web-Site „www.schülerlabor-biologie.de“. Wer sich für die physikalisch/che-
misch-orientierten Schüler-Labore interessiert, sollte sich auf der Seite des
„Teutolab“ der Universität Bielefeld informieren. Neben den Laboren an Uni-
versitäten gibt es auch eine Reihe von temporären oder mobilen Angeboten,
z. B. Sommercamps, Schülervorlesungen, Kinder-Unis, Trucks mit Laboraus-
rüstung oder Koffer mit Experimentiersets.
Im Folgenden soll näher die Arbeitsweise des Schülerlabors Biologie darge-
stellt werden, da es sich grundsätzlich von den bisher beschriebenen Einrich-
tungen unterscheidet und die fachdidaktische Lernforschung als eines der
Hauptziele sieht.
2 Das Schüler-Labor an der Universität Gießen und seine
Entwicklung
Im April 2002 wurde das Schüler-Labor Biologie eröffnet. In einem Laborraum
im Institut für Biologiedidaktik können Schülergruppen, Lehrer und Studieren-
de zu verschiedenen Themenbereichen der Biologie Beobachtungen und Unter-
suchungen durchführen. Die Besucher des Labors sollen an interessanten bio-
logischen Phänomenen ihr naturwissenschaftliches Denken und Handeln erpro-
ben und dabei über die Fragestellung und Hypothesenformulierung alle weite-
ren Schritte des wissenschaftlichen Arbeitens im Biologieunterricht bis zur
Auswertung, Deutung und Diskussion der Ergebnisse erarbeiten.
Wie entstand nun in Gießen die Idee zur Einrichtung des Labors?
3 Folgerungen aus der PISA-Studie
In der Diskussion um das schlechte Abschneiden deutscher Schülerinnen und
Schüler bei der PISA-Studie wurden auch die Defizite in der naturwissen-
schaftlichen Grundbildung deutlich. Obwohl dieser Themenschwerpunkt erst
bei der dritten Erhebungswelle 2006 genauer erhoben werden soll, wird schon
jetzt eine intensive Diskussion um die Konsequenzen für den naturwissen-
schaftlichen Unterricht geführt.
Die PISA-Studie geht dabei vom Konzept einer naturwissenschaftlichen
Grundbildung (Scientific Literacy) aus. Danach sollen Menschen durch ihre
(naturwissenschaftliche) Schulausbildung auf der Grundlage naturwissen-
schaftlichen Wissens gültige Schlussfolgerungen ziehen und Hypothesen ent-
Schülerlabor 79
wickeln, um Phänomene der natürlichen Umwelt und ihrer Veränderung, die
durch menschliches Handeln herbeigeführt werden, zu verstehen oder Ent-
scheidungen bezüglich dieser zu erleichtern (BAUMERT et al., 2001).
Diesem Prozessaspekt der naturwissenschaftlichen Bildung wird aber in
deutschen Curricula bisher im Vergleich zu Fachinhalten wenig Bedeutung
zugemessen. Gefordert sind daher grundlegende Forschungsdaten zu Denk-
und Arbeitsstrukturen von Schülern, aber auch kurzfristig sinnvolle und prakti-
kable Handreichungen für Studenten und Lehrer. Aus diesen Überlegungen
entstand die Idee des Schüler-Labors Biologie.
Die Arbeit der Schüler im Labor ist dabei Teil der Unterrichtsforschung der
Arbeitsgruppe „Wissenschaftliche Arbeitsweisen im Biologie-Unterricht“. Die
Arbeitsformen der Schülergruppen werden mit Video-Kameras dokumentiert.
Bei der Evaluation geht es neben den fachlichen Ergebnissen besonders um die
Art der Herangehensweise der Schüler an wissenschaftliche Phänomene.
Die Schüler werden dazu im Labor nicht mit vorgefertigten Experimenten
konfrontiert, die sie „nachkochen“ sollen. Stattdessen beobachten sie Natur-
phänomene, die sie zuerst nur möglichst detailliert wahrnehmen sollen. An-
schließend werden sie im Rahmen des Konzeptes eines forschenden Unter-
richtes (SCHMIDKUNZ & LINDEMANN, 1995) bei den weiteren Schritten des
wissenschaftlichen Problemlösens begleitet. Über die Fragestellung werden
Hypothesen entwickelt, Versuchsplanungen erstellt, Versuche durchgeführt,
ausgewertet und diskutiert. Außerdem stellen die Schüler ihre Ergebnisse ande-
ren Personen vor.
4 Die Bilanz des Schüler-Labors Biologie für das Jahr 2002
Im Jahr 2002 haben 15 Schulklassen/Schülergruppen Projekte in Zusammenar-
beit mit dem Schüler-Labor durchgeführt. Es handelte sich dabei um Grund-
schul- sowie gymnasiale Mittel- und Oberstufenklassen. Jede Klasse besuchte
das Labor für einen oder mehrere Projekttage. Anschließend führten die Klas-
sen eigenständig das Projekt in der Schule weiter. Hierzu stellt das Schüler-
Labor Material leihweise zur Verfügung. Die Dauer der Gesamtprojekte liegt
zwischen sechs Wochen und einem halben Jahr.
Das Schüler-Labor bietet außerdem interessierten Schülern die Möglichkeit
zur Durchführung von Facharbeiten zu einem bestimmten Thema. Die Schüler
arbeiten entweder regelmäßig im Labor oder leihen entsprechendes Material
aus. Für die Forschungsgruppe bietet sich die günstige Gelegenheit, den Pro-
zess einer wissenschaftlichen Arbeit von Jugendlichen zu begleiten und zu
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dokumentieren. Der Fortgang der Arbeiten wird von Studenten begleitet und
von der Arbeitsgruppe evaluiert.
In Folge der erfolgreichen Kooperationen mit Schulklassen entstand in den
Kollegien der betreffenden Schulen auch der Wunsch nach Fortbildungsange-
boten der Arbeitsgruppe des Institutes für Biologiedidaktik. Inzwischen wurden
mehrere, teilweise mehrtägige Fortbildungen durchgeführt. Außerdem wurde
die Arbeitsweise des Labors bei pädagogischen Tagen verschiedener Schulen
der Region vorgestellt. Hierbei zeigt sich der Wunsch von Lehrern, mit Hoch-
schulen zusammenzuarbeiten.
5 Universitäre Lehre
Im Rahmen der Ausbildung von Studierenden wird die praktische Arbeit im
Schüler-Labor erprobt, bevor Schülergruppen mit den Projekten konfrontiert
werden. Außerdem betreuen Studenten Schülergruppen im Schüler-Labor und
lernen so die Arbeitsweise von den Schülern kennen. Für die Studenten eröff-
net sich auf diese Weise schon zeitig im Studium eine Möglichkeit zur Unter-
richtspraxis. Außerdem erlernen Studenten auf diese Weise bereits früh eine
Art des naturwissenschaftlichen Unterrichtes, die unter anderem praxisnah von
aktuellen fachdidaktischen Forschungsergebnissen abgeleitet wird.
In Kooperation mit dem Schüler-Labor wurden bisher insgesamt fünf
Staatsexamensarbeiten angefertigt. Dabei erarbeiteten die Examenskandidaten
neue Stationen für das Schüler-Labor und erprobten sie mit Schülergruppen.
Zwei Examensarbeiten für das zweite Staatsexamen wurden von Referendaren
in Zusammenarbeit mit dem Studienseminar Gießen durchgeführt.
6 Forschung
In Zusammenarbeit mit dem Medienzentrum der Justus-Liebig-Universität
wurden Schüler der im Labor arbeitenden Klassen/Gruppen in Kleingruppen
gefilmt, während sie ein Naturphänomen beobachteten. Zusätzlich wurden
mittels eines Fragebogens die epistemologischen Überzeugungen der Schüler
erhoben. Die Schüler wurden mit der Beobachtung einer Gruppe von Schne-
ckenbarschen in einem Aquarium konfrontiert. Das tatsächliche Verhalten der
Tiere wurde ebenfalls protokolliert, um es mit den Aussagen der jeweiligen
Schülergruppe vergleichen zu können.
Die Daten wurden quantitativ und qualitativ ausgewertet. Die bisherige
Auswertung der Videos zeigt, dass in allen Altersstufen Beobachtun-
Schülerlabor 81
gen/Erklärungen nicht mit wissenschaftlichen Fragestellungen und Versuchs-
planungen verbunden wurden. Vielmehr wurden biologische Phänomene „all-
tagstauglich gemacht“ und mit der persönlichen Welt in Einklang gebracht
(ZIEMEK et al., 2003).
7 Die inhaltlichen Projekte des Schüler-Labors Biologie
Im Schüler-Labor Biologie sind keine Einzelexperimente aufgebaut, die nach
einem Skript Schritt für Schritt bearbeitet werden müssen. Vielmehr wird zu
bestimmten Themenbereichen eine Lernumgebung angeboten, die möglichst
viele Fragestellungen und deren kreative Bearbeitung fördern soll.
Als erstes Projekt wurde eine verhaltensbiologische Beobachtungsstation
eingerichtet. Das Thema Verhaltensbiologie bot sich für eine ergebnisoffene
Bearbeitung im Rahmen eines forschenden Unterrichtes an, da es nur wenige
methodische Vorkenntnisse erfordert. Die Verhaltensbiologie weist außerdem
ein Gerüst an Methoden und Denkstrukturen, aber auch eine Fülle noch unge-
löster Forschungsfragen auf, die ohne apparativen Aufwand bearbeitbar sind.
8 Das Projekt Buntbarschlabor
Ausgewählt wurden für die Beobachtung im Schüler-Labor Biologie einige
Arten der Buntbarsche (Cichlidae). Die Auswahl der Cichliden als zu bearbei-
tende Artengruppe war dabei kein Zufall. Die in fast allen subtropischen und
tropischen Gebieten vorkommenden Buntbarsche sind mit ihren über 1000
Arten Musterfälle für Mechanismen der Evolution, der Ökologie und der Ver-
haltensbiologie. Viele Erkenntnisse der modernen Biologie wurden und werden
durch Arbeiten über Vertreter dieser Arten gewonnen.
Die Auswahl der Arten im Buntbarschlabor erfolgt dabei nach ihrer Eignung
für die Bearbeitung verhaltensbiologischer Fragestellungen und ihrer „Stress-
festigkeit“ gegenüber den manchmal etwas ungestümen Besuchern.
Auf alle Fälle sollen „klassische“ Untersuchungen vergangener Jahrzehnte
ausgewertet und wiederholt werden und zu Unrecht in Vergessenheit geratene
Arten wieder in die Haltungs- und Unterrichtspraxis eingeführt werden.
Folgende Projekte sind dabei inzwischen entwickelt worden oder befinden
sich in der Erprobung:
1. Ergebnisoffene Erforschung des Sozialverhaltens von Schneckenbarschen
(Neolamprologus ocellatus, N. multifasciatus) durch Schüler verschiedener
Altersstufen (ZIEMEK, in Druck).
82 H.-P. Ziemek
2. Quantitative Erfassung des Gruppenverhaltens und der Paarbindung beim
Zebrabuntbarsch (Cryptoheros nigrofasciatus) als Beispiel verhaltensbiolo-
gischer Methodik (ZIEMEK, 2003).
3. Ethogramm biparentaler Maulbrüter unterschiedlicher Gattungen der Cich-
lidae als Beitrag zum Themenbereich „Evolution“ im Biologieunterricht.
Für die Zukunft ist die Entwicklung weiterer Projekte – auch zu anderen The-
menbereichen der Biologie – geplant. In der Erprobung befinden sich die Mo-
dule „Ökologie und Verhalten von Vögeln“ und „Der Salinenkrebs Artemia
salina – Ansätze zur Erforschung der Lebensweise eines Organismus“.
9 Ausblick
Die Arbeit des Schüler-Labors ist auf mehrere Jahre angelegt und soll Teil
eines umfassenden Netzwerkes von Justus-Liebig-Universität Gießen und
Schulen der Region sein. Schülern und Lehrern soll auf verschiedenen Ebenen
die Möglichkeit der Zusammenarbeit mit der Hochschule gegeben werden,
während Studenten und Hochschullehrer das Praxisfeld Schule besser kennen
lernen.
Insgesamt lassen die bisherigen positiven Reaktionen hoffen, dass Schüler-
Labore zu einer selbstverständlichen Einrichtung möglichst vieler Hochschulen
werden.
Zitierte Literatur
BAUMERT et al (Hrsg.) (2001): PISA 2000 – Basiskompetenzen von Schülerinnen und Schülern im
internationalen Vergleich. Leske+Budrich, Opladen
SCHMIDKUNZ, H. & H. LINDEMANN (1995): Das Forschend-Entwickelnde Unterrichtsverfahren.
Westarp, Magdeburg
ZIEMEK, H.-P., J. MAYER & K. KEINER (2003): Der Zusammenhang von epistemologischen Über-
zeugungen und naturwissenschaftlichen Problemlöseprozessen bei Schülern im Biologie-
Unterricht. In: BAUER et.al. (Hrsg.): Entwicklung von Wissen und Kompetenzen. Int. Tagung der
Sektion Biologiedidaktik des VDBiol im September 2003 in Berlin, IPN, Kiel
ZIEMEK, H.-P. (2003): Die Paarbindung bei Buntbarschen – ein Workshop für Schüler zur Einfüh-
rung in verhaltensbiologische Forschung. MNU 56 (7), 415-417
ZIEMEK, H.-P. (in Druck): Der Schneckenbarsch Neolamprologus ocellatus – ein Modellorganismus
für den Biologie-Unterricht. MNU.
Verfasser: Dr. Hans-Peter Ziemek, Institut für Biologiedidaktik, Karl-Glöckner-Str.21c,
35394 Gießen, Tel. 0641-9935504, E-Mail: hans.p.ziemek@didaktik.bio.uni-giessen.de
Anfragen zum „Schüler-Labor Biologie“ bitte an obige Adresse richten. Weitere Infor-
mationen (auch ausführliche Literaturhinweise) bieten die Homepage des Institutes und
des Schüler-Labors (www.schülerlabor-biologie.de).


Die Arbeit im Schülerlabor : Am Beispiel des Schüler-Labors Biologie der Universität Gießen

Ewig, Michael

Hemmelgarn, Marion

Bilingualer Biologieunterricht : Ein Forschungsfeld (auch) für die Biologiedidaktik

Grümme, Tobias

Krebspest und Neozoenproblematik : Behandlung im Sachunterricht und Umsetzung in der Lehrerausbildung

Brinschwitz, Tanja

Greghun, Karola

Krüger, Dirk

Erfassung von Vorstellungen von der Zelle und der Zellteilung mit dem Own-Word-Mapping Verfahren

Meißner, Hartwig

Was ich noch sagen wollte : Wohin steuert die Lehrerausbildung an der WWU

Schmidt, Eberhard G.

Eine didaktisch-erkenntnistheoretische Analyse der naturwissenschaftlichen Zulässigkeit von Theorien über Evolutionsmechanismen (wie der Selektionstheorie von DARWIN)

Hesse, Manfred

Nur geringes Wissen über Zellbiologie : Eine empirische Studie an Lehramtsstudenten

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