Biologieunterricht, praktische Tätigkeiten

Typische Tätigkeiten praktischer Art sind im Biologieunterricht das Sammeln bzw. Fangen von Organismen, Bestimmen von Organismen, Betrachten oder Mikroskopieren von Objekten.

Das Beobachten
Beim Beobachten werden mithilfe der Sinnesorgane oder anderer Hilfsmittel (Mikroskop oder Lupe) Eigenschaften und Merkmale, räumliche Beziehungen oder zeitliche Abfolgen von biologischen Erscheinungen ermittelt. Dabei werden die Objekte oder Prozesse nicht grundlegend verändert.
Beim Beobachten kann man zwischen unmittelbaren und mittelbaren Beobachtungen sowie Kurzzeit- und Langzeitbeobachtungen unterscheiden.

Aufgabe: Beobachte die Pupille bei unterschiedlichem Lichteinfall!
Stelle dich in einem hell erleuchteten Raum vor einen Spiegel und beobachte die Pupillen.

Durchführung:
Verschließe für kurze Zeit ein Auge mit einer Hand, nimm die Hand weg und schaue wieder in den Spiegel. Betrachte die Pupille des vorher abgedeckten Auges und vergleiche sie mit der Pupille des anderen Auges.

Auswertung:
Die Bilder zeigen die Veränderung der Pupille. Die Pupille ist zunächst extrem geweitet. Dann verengt sie sich. Je mehr Licht einfällt, desto mehr verengt sich die Pupille.
Diese Anpassung der Pupille an die Menge des einfallenden Lichts, an die unterschiedliche Beleuchtungsstärke, nennt man Pupillenadaptation.

Unmittelbare Beobachtungen (direkte Beobachtungen) sind Beobachtungen nur mithilfe der Sinnesorgane des Menschen (Betrachten der Erscheinungen und Objekte ohne Hilfsmittel).

Mittelbare Beobachtungen sind Beobachtungen mit Hilfsmitteln wie Lupe, Mikroskop, Messgeräten oder speziellen Verfahren, z. B. Nachweisreaktionen (Untersuchungen).

Kurzzeitbeobachtungen sind Beobachtungen von Objekten und Erscheinungen über einen kurzen Zeitraum, z. B. Körperhaltung einer Katze beim Springen, Reaktion des Regenwurms auf unterschiedliche Reize.

Langzeitbeobachtungen sind Beobachtungen von Objekten und Erscheinungen über einen längeren Zeitraum, z. B. die Veränderung eines Laubbaums während eines Jahres (Laubentfaltung, Blühen, Blattfall, Fruchtreife), Eintreffen von Vögeln (Vogelzug).

Das Untersuchen
Beim Untersuchen (Beobachten mit Hilfsmitteln) erforscht man zielgerichtet die inneren Zusammenhänge von Objekten und Erscheinungen (z. B. Zusammensetzung, Strukturen und Funktionen). Dazu greift man mit entsprechenden Hilfsmitteln in die Objekte ein. Untersuchen kann man also auch als Beobachten mit Hilfsmitteln bezeichnen.
Nach Struktur der zu untersuchenden Objekte und Erscheinungen unterscheidet man verschiedene Arten von Untersuchungen. Beim Sezieren und Präparieren werden biologische Objekte sachgerecht auseinandergenommen, um den anatomischen Bau erkennen zu können. Hilfsmittel sind dabei u. a. Pinzette, Messer, Schere, Präpariernadel und Lupe.

Beispiel: Sektion eines Fischs

1. Den ersten Schnitt entlang der Mittellinie des Bauchs, vom After bis zu den Kiemenstrahlen, führen.
2. Den zweiten Schnitt hinter dem Kiemendeckel bis zur Seitenlinie führen.
3. Den dritten Schnitt vom After bis zur Seitenlinie führen.
4. Der vierte Schnitt erfolgt entlang der Seitenlinie.
5. Schneiden entlang des Kiemendeckels und anschließendes Entfernen des Kiemendeckels.

Beispiel: Präparation einer Rosenblüte
Dazu wird die Blüte vorsichtig mit einer Pinzette zerlegt. Die Blütenblätter werden entsprechend ihrer Anordnung in der Blüte auf eine Unterlage gelegt. Man erhält so ein Legebild.
Aus dem Legebild kann man eine vereinfachte Zeichnung, ein Blütendiagramm, entwickeln.

Reagenzglasuntersuchungen
Zu den Untersuchungen gehören auch Reagenzglasuntersuchungen. Sie werden durchgeführt, um den chemischen Aufbau, die Struktur von Objekten (z. B. Organismen, Nahrungsmitteln) herauszufinden. Dazu werden z. B. entsprechende Nahrungsmittelproben (geringe Mengen, sodass sie in ein Reagenzglas passen) mit Nachweismittel versetzt.

Beispiel: Welche Nahrungsmittel enthalten Traubenzucker?

Materialien:
Reagenzgläser, Bunsenbrenner, Reagenzglasständer, Reagenzglashalter, Wasser, fehlingsche Lösung als Nachweismittel; Weintrauben, reife Birnen, Honig, gekochtes Ei, Kartoffeln, Milch (als Testobjekte)

Durchführung:

1. Fehlingsche Lösung aus Fehling I und II herstellen.
2. Nahrungsmittel in je ein Reagenzglas geben.
3. Einige Tropfen fehlingsche Lösung dazugeben, vorsichtig erhitzen (Siedeverzug beachten) und beobachten.

Beobachtung:
Bei welchen Nahrungsmitteln tritt eine Verfärbung ein?

Das Experimentieren
Das Experimentieren ist eine sehr komplexe Tätigkeit, die in verschiedenen Etappen beim Erkennen und Anwenden von Naturgesetzen auftritt. Das Ziel eines Experiments besteht darin, eine Frage an die Natur zu beantworten. Dazu wird eine Erscheinung der Natur unter ausgewählten, konkreten, kontrollierten und veränderbaren Bedingungen beobachtet, die Ergebnisse werden registriert und bewertet. Die Bedingungen und damit das gesamte Experiment müssen wiederholbar sein. Beim Experimentieren geht man in der Regel in bestimmten Etappen vor (Vorbereiten, Durchführen und Auswerten des Experiments).

Schrittfolge beim Experimentieren:

1. Vorbereiten des Experiments
2. Entwickeln eines Experimentierplans
(Der Plan muss enthalten, welche Bedingungen variiert werden sollen, welche Veränderungen zu erwarten sind, welche Objekte, Geräte oder Chemikalien eingesetzt werden sollen und welche Arbeitsschritte zur Durchführung des Plans notwendig sind.)
3. Durchführen des Experiments und Protokollieren der Beobachtungen
(Das Experiment genau nach geplanten Vorgaben durchführen; je besser vorüberlegt und geplant wurde, desto genauer sind die zu erwartenden Effekte; alle Erscheinungen genau aufschreiben!)
4. Auswerten des Experiments/Beantworten der Fragestellungen
(Auswerten aller protokollierten Messwerte und Beobachtungen; Diagramme anfertigen, Berechnungen durchführen oder Aufnahmen machen; ist eine vermutete Lösung (Hypothese) aufgestellt worden, wird diese mit dem festgestellten Ergebnis verglichen.)
5. Erklärung der festgestellten Ergebnisse
6. Anfertigung eines Protokolls
(Beobachtungen, Untersuchungen und Experimente erfordern die Anfertigung eines genauen Protokolls. Darin werden sowohl die Probleme bzw. Fragen, die Geräte und Materialien als auch die Beobachtungs- bzw. die Messergebnisse, falls erforderlich auch die Untersuchungs- bzw. die Experimentieranordnungen, die Bedingungen und Auswertungsergebnisse festgehalten.)

Sammeln und Fangen von Organismen
Das Sammeln und Fangen von Organismen (z. B. Pflanzen und Tieren sowie Pilzen oder Teilen von ihnen) wird im Biologieunterricht zu unterschiedlichen Zwecken durchgeführt: z. B. zur Anlage eines Herbariums, Terrariums oder Aquariums, zum Beobachten und Kennenlernen der Verhaltensweisen von Tieren, zum Bestimmen von Organismen oder zum Gestalten von Ausstellungen.

Bevor man Pflanzen, Tiere und Pilze oder Teile von ihnen sammelt oder fängt, muss man prüfen, ob ein Foto, eine Zeichnung oder ein Film nicht das gleiche Ergebnis bringen.

Bestimmen von Organismen
Bestimmen ist das Feststellen der Namen von unbekannten Organismen (Pflanzen, Tieren oder Pilzen) aufgrund charakteristischer Merkmale mithilfe von Tabellen, Abbildungen oder dichotomen Bestimmungsschlüsseln.

Betrachten mit der Lupe
Mithilfe einer Lupe kann man Pflanzen und Tiere bzw. deren Teile wesentlich größer sehen als mit bloßem Auge. Gebräuchlich sind Lupen, die ein 5- bis 15-fach vergrößertes Bild des untersuchten Objekts zeigen.
Man unterscheidet Standlupe (1), Stiellupe (2) und Einschlaglupe (3).

Mikroskopieren von Objekten
Beim Mikroskopieren werden sehr kleine Objekte und deren Lebensvorgänge (z. B. Fortbewegung) mithilfe eines Mikroskops betrachtet. Durch das Lichtmikroskop erfolgt eine Vergrößerung des Objektbilds. Es kommt ein Bild zustande, das das Objekt bis über das 2 000-Fache vergrößert zeigt.

Herstellen von Mikropräparaten
Zur Betrachtung von Objekten im Mikroskop eignen sich vor allem solche Objekte, die genug Licht abstrahlen (z. B. Pollenkörner). Andere müssen erst so präpariert werden, dass sie lichtdurchlässig werden. Man fertigt dazu hauchdünne Schnitte (z. B. von Pflanzenstängeln) an.
Man unterscheidet Frisch- und Dauerpräparate.
Frischpräparate werden zur sofortigen Betrachtung der Objekte unter dem Mikroskop hergestellt. Sie halten nicht sehr lange. Zu ihnen gehören Trockenpräparate (z. B. Insektenflügel, Pollenkörner) und Feuchtpräparate (z. B. Moosblättchen, Amöbe in Wasser).
Dauerpräparate sind Objekte, die man häufiger betrachten will und dafür durch besondere Behandlung (Einschluss in Harz oder Glyceringelatine) haltbar machen kann.
Zur Herstellung von Mikropräparaten benötigt man spezielle Geräte.

Mikroskopische Zeichnungen
Nach Möglichkeit sollte vom beobachteten Objekt eine mikroskopische Zeichnung angefertigt werden, die die Form, die Lage- und die Größenverhältnisse richtig darstellt.

Halten und Pflegen von Organismen
Viele Lebewesen kann man in geeigneten Behältern für kurze oder längere Zeit halten, pflegen und beobachten. Im Wasser lebende Tiere kann man sehr gut im Aquarium halten, andere Tiere, z. B. Lurche, Kriechtiere und einige Kleinsäuger, in Terrarien. Insekten hält man in Insektarien.