Methodenvielfalt im Biologieunterricht

Erkenntnismethode - Beobachten

Beobachten ist neben Experimentieren und Vergleichen die wichtigste Methode zur Erkenntnisgewinnung in der Biologie. Zudem spielt sowohl beim Experimentieren als auch beim Vergleichen das Beobachten eine zentrale Rolle.

Betrachten. Die einfachste Arbeitsweise in der Biologie ist das Betrachten. Damit wird das Erscheinungsbild eines Naturobjekts erfasst, und zwar in Ruhe ohne Bewegung. Das Betrachten findet häufig in unteren Klassenstufen statt, etwa beim Bearbeiten des Skeletts oder eines Tiermodells wie beispielsweise das eines Karpfens. Schülerinnen und Schüler verarbeiten beim Betrachten bewusst Form, Aufbau und Zustand verschiedener Pflanzenorgane sowie verschiedener Pflanzenfamilien und Tiergruppen. Für das Bestimmen von Pflanzen und Tieren ist diese Erkenntnismethode die Basis.

Beobachten. Das Beobachten ist schon eine komplexere Arbeitsweise. Es umfasst Wahrnehmungen sowohl statischer als auch bewegter biologischer Objekte und geht damit über das reine Betrachten hinaus, denn auch Bewegungen werden erfasst. In den Naturwissenschaften versteht man darunter eine systematische Vorgehensweise, die die Wahrnehmung zeitlicher und räumlicher Veränderungen von Abläufen und Handlungen umfasst. Dabei kommen verschiedene Techniken zum Tragen: Betrachten, Beschreiben, Sammeln, Ordnen, Vergleichen und Messen. So kann zum Beispiel ein Auftrag darin bestehen, lebende Tiere zu beobachten. Dabei kommt es darauf an, dass mit dem Beobachtungsauftrag auch Kriterien genannt werden, nach denen beobachtet werden soll. Bei der Tierbeobachtung im Zoo steht deshalb als Anweisung nicht nur "Beobachte ein Tier.", sondern eine große Zahl an Aspekten, unter denen die Schüler und Schülerinnen beobachten sollen, strukturiert die Beobachtungsprozesse der Schüler. Jeder Beobachtung liegt also ein Kriterium zu Grunde, nach dem entschieden wird, was beobachtet werden soll und was nicht, also ob die Schülerinnen und Schüler unter dem Kriterium Körpergröße, Ohren, Zähne, Beine oder doch Bewegungen beobachten sollen. Es ist sinnvoll, die Beobachtungen schriftlich festzuhalten. Dabei können auch eine Zeichnung oder ein Foto der Beobachtung angefertigt werden. Ein Beispiel für eine Bleistiftzeichnung betrifft den Zersetzungsvorgang, der von Sechstklässlern beobachtet werden sollte. Für diesen Versuchsansatz wurden Blätter und ein Filtrierpapier auf dunkle Erde gelegt. Die Schülergruppe, die dies angesetzt hat, protokollierte die Veränderungen 14 Tage lang. Auch eine Zeichnung kann ein Protokoll sein. Also zeichneten sie und, wie ich finde, ist es ihnen gelungen, die Entwicklung zeichnerisch darzustellen. Sie haben auch Daten dazu notiert, etwa wann das Filtrierpapier und das Blatt ganz verschwunden waren. Sie markierten es, indem sie ein Kreuz durch die Objekte machten und ein Datum dazu schrieben.

Zeichnung zu Versuchsbeginn

Zeichnung nach 14 Tagen

Gerade jüngere Schüler und Schülerinnen neigen dazu Beobachtung und Deutung zu vermengen. In Experimenten wird zunächst beobachtet, und zwar ganz ohne Werturteile. Danach erfolgt die Deutung. Im Biologieunterricht sollte großer Wert auf die Trennung der beiden Phasen gelegt werden.

Daher lautete mein Arbeitsauftrag: Zeichne hier die Lage der Blätter hinein und protokoliere genau jede Veränderung über einen längeren Zeitraum. Die vorgegebenen Kreise entsprechen den Petrischalen und dienen dazu, dass Schüler nicht irgendwie protokollieren, sondern dem Objekt angemessen.

Beobachtungen an lebenden Tieren motivieren Schülerinnen und Schüler in höchstem Maße. Jüngere Schüler und Schülerinnen überschlagen sich dabei in ihrem Eifer. Tierbeobachtungen sind aber kein Selbstgänger, denn es muss einiges beachtet werden. Man darf nicht mehr viele Tierarten zur Beobachtung freigeben, beispielsweise stehen alle Amphibien unter Naturschutz, alle Säuger und die meisten Wirbeltiere dürfen ebenfalls dem Schulstress nicht mehr ausgesetzt werden. Fischbeobachtungen im Aquarium sind noch möglich. Selbst die Rote Waldameise darf nicht mit in den Klassenraum genommen werden, da sie unter Naturschutz steht, es sei denn, die Naturschutzbehörde hat eine besondere Erlaubnis erteilt. Ich empfehle einen Unterrichtsgang nach draußen, um Insekten zu beobachten. Lässt man Schülerinnen und Schüler an bestimmten Pflanzen Insekten beobachten, erfassen sie gleich noch den Zusammenhang von artspezifischer Nutzung eines Habitats. Für ein solch gezieltes Beobachten ist eine hinführende Anleitung notwendig.

Beobachtung mit technischen Hilfsmitteln. Insekten sind wegen ihrer geringen Größe nicht leicht zu beobachten. Dafür ist der Einsatz einer Lupe notwendig. Dieses alte Biologen-Werkzeug wird in der Freilandbiologie immer zusammen mit Schnappdeckelgläsern mitgeführt. So können auch Blüten genau bestimmt werden oder etwa, wie die Behaarung an Stängeln und Blättern angeordnet ist. Auch das fasziniert Schülerinnen und Schüler und fördert genaues Hinschauen.

Für weitere Details kommt ein Binokular (= Stereolupe) in Frage. Es hat im Gegensatz zum Mikroskop zwei Okulare. Damit können auch jüngere Schülerinnen und Schüler umgehen, denn sie sehen dort die Naturobjekte dreidimensional. So erkennen Schüler und Schülerinnen die Sechseckigkeit der Facettenaugen, die Behaarung von Insektenbeinen oder die Öffnungen der Tracheen, die Stigmen. Ich habe für den Biologieunterricht regelmäßig tote Insekten gesammelt und sie mit in den Unterricht genommen. Sie stellen ein gutes Lernobjekt dar, um den Umgang von Beobachtungstools zu lernen, eine Beobachtungsschulung zu erhalten und Insekten selbstgesteuert kennenzulernen. Dabei stellt man fest, dass der Einsatz des Binokulars für den Biologieunterricht sehr motivierend ist.

Der Übergang zum Mikroskop ist dagegen schon schwieriger, denn es eröffnet sehr kleine Dimensionen, die zweidimensional zu sehen sind. Im Zentrum des Mikroskopierens steht die Zellebene. Zellen und Gewebe sind jüngeren Schülern und Schülerinnen fremd, da ihre Größe außerhalb des Auflösungsvermögens unserer Augen liegt. Folglich fällt es ihnen schwer, die Räumlichkeit der Zellen zu erkennen. Sie müssen sich dreidimensional vorstellen, was sie zweidimensional sehen, und das in einer für sie fremden Mikrowelt. Zudem sind die Präparate oft ziemlich farblos. Um dennoch gute Ergebnisse zu erzielen, sind zusätzliche Methoden wie Schneiden, Kontrastieren und Färben erforderlich. Lippenblütler eignen sich wegen ihrer Festigkeit besonders zum Schneiden. Es werden mehrere Schnitte angefertigt und auf einen Wassertropfen gelegt. Mit einem Deckgläschen darauf kann der Stängelquerschnitt mikroskopiert werden. Eine einfache Färbemethode besteht darin, das Objekt mit Methylenblau zu beträufeln. Das dient dem kontrastreichen Mikroskopieren. Beide Techniken ermöglichen das Sichtbarmachen von kleinsten Strukturen. Lässt man Schülerinnen und Schüler häufiger mikroskopieren, erwerben sie zunehmend Sicherheit im Umgang mit dem Mikroskop und den damit verbundenen Techniken. Die Beobachtung am Mikroskop wird am besten durch eine Bleistiftzeichnung festgehalten. Damit werden Schüler und Schülerinnen zum genauen Hinsehen angehalten. Nicht nur die Beobachtung statischer Zellen ist in der Schule möglich, sondern auch Vorgänge wie Plasmolyse können am Mikroskop in vivo beobachtet werden.

Leider wird in der Mittelstufe viel zu selten mikroskopiert. Oft benutzen Schüler und Schülerinnen genau einmal ein Mikroskop in der Mittelstufe, und zwar um eine Zwiebelhaut anzusehen. Dann passiert lange nichts und beim nächsten Mikroskopieren Jahre später haben sie die Handhabung schon wieder vergessen. Man sollte auch in der Mittelstufe möglichst häufig das Mikroskop nutzen. Es gibt genug Anlässe, beispielsweise Schweineblut, Lebergewebe, Pollen oder Torfmoos, Plasmolyse oder auch die Bodenstruktur, Pflanzenhaare und Stängel im Querschnitt. Durch die Beobachtung eines mikroskopischen Ausschnitts des Torfmooses beispielsweise verstehen Schülerinnen und Schüler besser, warum Hochmoor immer nass ist. Das liegt daran, dass die zarten Torfmoosblättchen in Chlorophyll tragende Zellen und Wasserleitungszellen aufgeteilt sind. Letztere nehmen ständig und automatisch Wasser kapillar auf.

Kompetenzerwerb im Beobachten. Zunächst findet Beobachtung eher zufällig und beiläufig statt. Der Beobachtungsvorgang ist kurz und ungenau. Unsystematisches Beobachten erfolgt interessengeleitet. Anfangs gehen Beobachtung und Deutung noch durcheinander und werden weniger planmäßig eingesetzt.

Kompetenzerwerb im Beobachten bedeutet, dass es ein planvoller, aktiver Erkenntnisprozess wird. Die Beobachtung steht unter einer biologischen Fragestellung und man folgt einem Beobachtungsplan. Schüler und Schülerinnen lernen zwischen Beobachtung und Deutung zu unterscheiden. Zudem müssen sie zwischen relevanten und unwichtigen Merkmalen differenzieren. Die Beobachtungen werden in einem Protokoll oder als Skizze festgehalten. Richtiges Beobachten stellt eine wichtige Teilkompetenz für...