Die Evolutionsbiologie hat in den letzten Jahren viele neue Erkenntnisse hervorgebracht und hat sich damit zur zentralen Disziplin der Biowissenschaften entwickelt. Im Biologieunterricht müssen deshalb neben Klassikern (Darwinfinken oder Archaeopteryx) auch moderne Forschungsergebnisse vermittelt werden. Aus diesem Grund haben 40 Fachleute aus Evolutionsforschung, Biologiedidaktik und Schulpraxis aktuelle und spannende Themen der Evolutionsbiologie für den Unterricht aufbereitet. Die Beiträge lassen sich folgenden Themenbereichen zuordnen: Evolution im Alltag erkennen: Von Medikamentenresistenzen bis Krebs Neue Fragestellungen der Evolutionsbiologie an neuen Modellsystemen kennen lernen: Salamander, Kuckuck und Groppe Evolutionäre Verwandtschaftsverhältnisse: Durch Computer gestützte Verfahren Stammbäume besser verstehen lernen Darüber hinaus informiert das Buch über aktuelle Forschungen zu den Vorstellungen von Schülern zur Evolution und befasst sich mit dem Thema „Evolution und Schöpfung“. Neuartig ist das Tandem-Konzept der Autorenteams: Diese bestehen aus Evolutionsbiologen und Biologielehrern, die die Inhalte und deren didaktische Umsetzung gemeinsam erarbeitet haben. Somit ist garantiert, dass die wissenschaftliche Aktualität der Themen didaktisch angemessen für den Einsatz im Unterricht zur Verfügung gestellt wird. Zu den einzelnen Kapiteln werden ansprechende Unterrichtsmaterialien für verschiedene Schulstufen angeboten. Diese wurden so konzipiert, dass ihre Gültigkeit und Aktualität möglichst lange gewährleistet bleibt. Der modulare Aufbau und das online abrufbare Zusatzmaterial gestatten es, Themen einzeln aufzugreifen und entsprechend den spezifischen Anforderungen in den Unterricht zu integrieren. Hauptzielgruppe dieses Buches sind Biologielehrerinnen und -lehrer an Gymnasien sowie an Gesamt-, Real- und Hauptschulen. Aber auch Unterrichtsvorschläge für den Sachunterricht der Grundschule sind enthalten, damit eine möglichst frühe Beschäftigung mit dem Thema Evolutionsbiologie erfolgen kann. Weitere Zielgruppen sind Referendare und Studierende der Biologie sowie naturwissenschaftlich interessierte Laien.
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Geleitworte 5
Vorwort 9
Danksagung 10
Herausgeber 11
Autorenverzeichnis 21
Teil!
Schülervorstellungen zur Evolution 23
Dittmar Graf und Elena Hamdorf
1 Evolution: Verbreitete Fehlvorstellungen zu einem zentralen Thema 25
1.1 Fachinformationen 25
1.1.1 Einleitung 25
1.1.2 Lernen auf konstruktivistischer Grundlage 25
1.1.3 "Einfachheit der Evolutionstheorie" 28
1.1.4 "Evolution ist nur eine Theorie" 29
1.1.5 Fehlvorstellungen zum Evolutionsbegriff 30
1.1.6 Fehlvorstellungen zur Zeitdimension 32
1.1.7 Schwierigkeiten, Evolutionsmechanismen zu verstehen 34
1.1.8 Angebliche Nicht-Wissenschaftlichkeit der Evolutionstheorie 36
1.1.9 Evolutionstheorie, Glaube und Intelligent Design 37
1.1.10 Fehlvorstellungen zur Artenentstehung 38
1.1.11 Vermeitlich fehlende Übergangsformen 39
1.1.12 Schlussbemerkungen 39
1.2 Literatur 40
Brunhilde Marquardt-Mau und Regina Rojek
2 Kinder auf den Spuren Charles Darwins - Evolutionsbiologie im Sachunterricht 43
2.1 Fachinformationen 43
2.1.1 Einleitung 43
2.1.2 Das biologische Konzept der Angepasstheit von Lebewesen an
ihren Lebensraum 44
2.1.3 Boden - ein Lebensraum 44
2.1.4 Steckbrief Regenwürmer 46
Inhaltsverzeichnis
2.2 Unterrichtspraxis 48
2.2.1 Scientific literacy als Ziel naturwissenschaftlicher Grundbildung
im Sachunterricht 48
2.2.2 Vorstellungen der Kinder 49
2.2.3 Was ist beim biologischen Konzept der Angepasstheit zu berücksichtigen? 50
2.2.4 Evolution konkret - oder warum können Regenwürmer im Boden leben? 52
2.2.5 Fazit 56
2.3 Unterrichtsmaterialien 57
2.4 Literatur 62
Walter Leditzky und Günther Pass
3 Die Bedeutung der Sexualität für Evolutionsprozesse - wissenschaftliche
Konzepte, Schülervorstellungen, Lehrpläne und Schulbücher 65
3.1 Fachinformationen 65
3.1.1 Einleitung 65
3.1.2 Hintergrundwissen 66
3.1.3 Veränderung und Abwandlung von Sexualität 70
3.1.4 Unterrichtsperspektive 72
3.1.5 "Sexualität und Evolution" in den österreichischen AHS-Lehrplänen 73
3.1.6 "Sexualität und Evolution" in den Schulbüchern 74
3.1.7 Schülervorstellungen zu "Sexualität und Evolution" 78
3.1.8 Diskussion 81
3.2 Unterrichtspraxis 85
3.2.1 Didaktische Rekonstruktion des Themas 85
3.2.2 Ideen für den Unterricht 86
3.3 Unterrichtsmaterialien 87
3.4 Literatur 89
Teil II
Vielfältige Evolution 93
Jonathan Jeschke und Ernst Peller
4 Von r-Strategen und K-Strategen sowie schnellen und langsamen Lebenszyklen 95
4.1 Fachinformationen 95
4.1.1 Einleitung 95
4.1.2 Historische Entwicklung des r/K-Konzepts 95
4.1.3 Probleme des r/K-Konzepts 100
4.1.4 Ein Nachfolgekonzept: schnelle und langsame Lebenszyklen
(/àsi/s/ow-Konzept) 101
4.1.5 r/K-Konzept und/asi/s/ow-Konzept im Vergleich 105
4.2 Unterrichtspraxis 105
4.3 Unterrichtsmaterialien 107
4.4 Literatur 113
14
Inhaltsverzeichnis
Rebecca Meredith, Meike Wittmann und Pleuni Pennings
Evolution von Medikamentenresistenzen 115
5.1 Fachinformationen 115
5.1.1 Einleitung 115
5.1.2 Malaria 116
5.1.3 HI-Virus und AIDS 121
5.1.4 Bakterien 127
5.1.5 Krebs 132
5.1.6 Fazit 138
5.2 Unterrichtspraxis 139
5.2.1 Nähere Erläuterungen zu den Unterrichtsmaterialien 140
5.3 Unterrichtsmaterialien 141
5.4 Literatur 149
Uwe Hoßfeld, Lennart Olsson und Georgy S. Levit
Evolutionäre Entwicklungsbiologie (Evo-Devo) 151
6.1 Fachinformationen 151
6.1.1 Einleitung 151
6.1.2 (Evolutionäre) Entwicklungsbiologie im Unterricht 152
6.1.3 Von der Präformation und Epigenese zur Embryologie 153
6.1.4 Haeckels Ideen über Phylogenie und Ontogenie 155
6.1.5 Evolutionäre Entwicklungsbiologie - eine neue Synthese? 162
6.1.6 Embryologie und Entwicklungsbiologie in Schulbüchern der Biologie 165
6.2 Unterrichtspraxis 168
6.2.1 Beobachtungen und Experimente an Froschembryonen und Kaulquappen 168
6.3 Unterrichtsmaterialien 170
6.4 Literatur 174
Christina Beck
Genetik, Ökologie und Verhaltensbiologie aus evolutionsbiologischer Sicht 181
7.1 Fachinformationen 181
7.1.1 Einleitung 181
7.1.2 Biologie im Licht der Evolution 181
7.2 Unterrichtspraxis 182
7.2.1 Anregungen für die Genetik 182
7.2.2 Anregungen für die Ökologie 186
7.2.3 Anregungen für die Verhaltensbiologie 190
7.3 Unterrichtsmaterialien 195
7.3.1 Anregungen für die Genetik 195
7.3.2 Anregungen für die Ökologie 196
7.3.3 Anregungen für die Verhaltensbiologie 198
7.4 Literatur 202
15
Inhaltsverzeichnis
Teil III
Modellorganismen der Evolutionsbiologie 203
Christian Anton, Oliver Bossdorf und Egbert Weisheit
8 Evolution vor unserer Haustür entdecken: Das Projekt "Evolution MegaLab" 205
8.1 Fachinformationen 205
8.1.1 Einleitung 205
8.1.2 Variation, Selektion und Adaptation bei Bänderschnecken 206
8.1.3 Schnelle Evolution 209
8.1.4 Das Evolution MegaLab 210
8.2 Unterrichtspraxis 212
8.2.1 Bänderschnecken im Biologieunterricht 212
8.3 Unterrichtsmaterialien 213
8.4 Literatur 215
Claudia Fichtel, Elisabeth Scheiner und Bettina Maack
9 Über die Kommunikation bei nicht menschlichen Primaten und
die Evolution von Sprache 217
9.1 Fachinformationen 217
9.1.1 Einleitung 217
9.1.2 Olfaktorische Kommunikation 217
9.1.3 Visuelle Kommunikation 220
9.1.4 Akustische Kommunikation 225
9.1.5 Evolution von Sprache 231
9.1.6 Exkurs: Grundlagen der Kommunikation 233
9.1.7 Exkurs: Signale und Evolutionsmechanismen 236
9.2 Unterrichtspraxis 237
9.3 Unterrichtsmaterialien 239
9.4 Literatur 253
Walter Salzburger und Hans-Peter Ziemek
10 Buntbarsche - Modellorganismen für die wissenschaftsorientierte
Bearbeitung der Evolutionsbiologie in der Schule 259
10.1 Fachinformationen 259
10.1.1 Einleitung 259
10.1.2 Buntbarsche in der Forschung 260
10.1.3 Buntbarsche mal anders betrachtet 262
10.2 Unterrichtspraxis 270
10.2.1 Buntbarsche in der Schule 270
10.2.2 Buntbarsche außerhalb der Schule 272
10.3 Unterrichtsmaterialien 273
10.4 Literatur 277
16
Inhaltsverzeichnis
Klaudia Witte, Ursula Wussow und Steffen Pröhl
11 Der europäische Kuckuck-ein Erfolgsmodell der Evolution 279
11.1 Fachinformationen 279
11.1.1 Einleitung 279
11.1.2 Kuckucke und ihre Fortpflanzungsstrategien im Überblick 280
11.1.3 Wettrüsten zwischen den Arten - allgemeine Überlegungen
zum Anpassungsprozess 281
11.1.4 Evolutive Wechselwirkungen zwischen Kuckuck und Wirtsvogel 281
11.1.5 Was stimuliert die Zieheltern? Experimente zur Fütterung
eines jungen Kuckucks 286
11.1.6 Weitere Bettelruf-Untersuchungen 290
11.1.7 Experimente zu Warnrufen 293
11.1.8 Evolutionsbiologen versus Evolutionskritiker 296
11.2 Unterrichtspraxis 296
11.2.1 (Evolutions-)Biologie des europäischen Kuckucks 296
11.3 Unterrichtsmaterialien 299
11.3.1 Unterrichtsmaterialien für die Grundschule 299
11.3.2 Unterrichtsmaterialien für die Realschule, das Gymnasium
und die Gesamtschule (Sek. I) 300
11.3.3 Unterrichtsmaterialien für das Gymnasium (Sek. II) 315
11.4 Literatur 319
Katharina Ley, Kathryn Stemshorn und Daniel Dreesmann
12 Aus zwei mach drei - Artbildungsprozesse bei der Groppe 321
12.1 Fachinformationen 321
12.1.1 Einleitung 321
12.1.2 Mögliche Mechanismen zur Entstehung neuer Arten 322
12.1.3 Vor unserer Haustür: Bildung einer neuen Groppenart 327
12.1.4 Artensteckbrief 329
12.2 Unterrichtspraxis 330
12.2.1 Artentstehung durch Hybridisierung - die Groppe konkret im Unterricht 331
12.3 Unterrichtsmaterialien 333
12.4 Literatur 343
Anuschka Fenner und Nicola Lammert
13 Zahmer Pelz mit wilden Wurzeln - die rasante Haustierwerdung
des Silberfuchses 345
13.1 Fachinformationen 345
13.1.1 Einleitung 345
13.1.2 Die zahmen Füchse aus Sibirien 347
13.1.3 "Auf das Schaf gekommen" - die Domestikation unserer heutigen Nutztiere... 351
13.1.4 Vom Wolf zum Wuff - die Domestikation des Wolfes 354
13.1.5 Viele Veränderungen - auf der Suche nach Zusammenhängen 355
13.1.6 Das Experiment geht weiter - aktuelle Forschung beim Silberfuchs 358
17
Inhaltsverzeichnis
13.2 Unterrichtspraxis 359
13.2.1 Evolutionsbiologie in der Sekundarstufe 1 360
13.2.2 Einstieg und Problemgewinnung 361
13.2.3 Unterrichtsabschnitte zum Silberfuchs 363
13.3 Unterrichtsmaterialien 367
13.4 Literatur 373
Teil IV
Stammbäume und Verwandtschaftsverhältnisse 375
Janina Jördens, Roman Asshoff und Harald Kulimann
14 Stammbäume lesen und verstehen 377
14.1 Fachinformationen 377
14.1.1 Einleitung 377
14.1.2 Die Geschichte des Stammbaums 377
14.1.3 Prinzipien der phylogenetischen Systematik 380
14.1.4 Welche Informationen stecken in einem Stammbaum? 384
14.2 Unterrichtspraxis 388
14.2.1 Biologische Arbeitsweisen 388
14.2.2 Das Thema Evolution im Unterricht 389
14.2.3 Die Unterrichtsmaterialien im Überblick 390
14.3 Unterrichtsmaterialien 391
14.3.1 Unterrichtsmaterialien für die Unterstufe (Klasse 5-6) 391
14.3.2 Unterrichtsmaterialien für die Unterstufe bis Mittelstufe (Klasse 5-9) 393
14.3.3 Unterrichtsmaterialien für die Mittelstufe (Klasse 7-9) 394
14.3.4 Unterrichtsmaterialien für die Oberstufe (Klasse 10-12) 399
14.4 Literatur 403
Anuschka Fenner und Robbe Wünschiers
15 Von den Gebeinen Lucys zu dem Genom des Neandertalers 405
15.1 Fachinformationen 405
15.1.1 Einleitung 405
15.1.2 Lucy und die Neandertaler 406
15.1.3 Paläogenetik 408
15.2 Unterrichtspraxis 412
15.2.1 Vorstellung von drei Unterrichtsmodulen 412
15.3 Unterrichtsmaterialien 427
15.3.1 Unterrichtsmaterialien für den 1. Unterrichtsabschnitt 427
15.3.2 Unterrichtsmaterialien für den 2. Unterrichtsabschnitt 441
15.3.3 Unterrichtsmaterialien für den 3. Unterrichtsabschnitt 448
15.4 Literatur 457
18
Inhaltsverzeichnis
Vanessa DI Pfeiffer, Christine Glöggler, Stephanie Hahn und Sven Gemballa
16 Wie DNA helfen kann, die Verwandtschaft der Menschenaffen zu verstehen 461
16.1 Fachinformationen 461
16.1.1 Einleitung 461
16.1.2 Theoretischer Überblick 463
16.1.3 Durchführen einer Verwandtschaftsanalyse 466
16.2 Unterrichtspraxis 473
16.2.1 Einbindung in den Unterricht 473
16.2.2 Unterrichtsvorschlag für den Sekundarbereich II 474
16.3 Unterrichtsmaterialien 476
16.4 Literatur 481
TeilV
Evolution und Schöpfung 483
Karl Peter Ohly
17 Evolutionstheorie und Schöpfungslehre im Biologieunterricht 485
17.1 Fachinformationen 485
17.1.1 Einleitung 485
17.1.2 Was unterscheidet naturwissenschaftliches Wissen
von religiösen Überzeugungen? 486
17.1.3 Was ist naturwissenschaftlichem Arbeiten vorausgesetzt? 487
17.1.4 Was unterscheidet gute Wissenschaft von schlechter? 488
17.1.5 Religiöse Positionen zur Evolutionstheorie 491
17.1.6 Schlussbetrachtung 500
17.2 Literatur 502
Thomas Waschke und Christoph Lammers
18 Evolutionstheorie im Biologieunterricht - (k)ein Thema wie jedes andere? 505
18.1 Fachinformationen 505
18.1.1 Einleitung 505
18.1.2 Einflussfaktoren für die Ablehnung der Evolutionstheorie
aus religiöser Perspektive 506
18.1.3 Vorurteile in Bezug auf Wissenschaft und Evolutionstheorie 509
18.1.4 Zur (Un-)Vereinbarkeit von Evolutionstheorie und Glauben 514
18.1.5 Mögliche Widerstände auf verschiedenen Ebenen: Wer könnte
sich gegen eine Evolutionstheorie im Unterricht stellen? 516
18.2 Unterrichtspraxis 520
18.2.1 Vorüberlegungen 520
18.2.2 Wichtige Inhalte 522
18.2.3 Wie reagieren Schüler auf die Bedrohung ihrer Weltanschauung?
Tipps für den Unterricht 525
18.2.4 Ausblick 531
18.3 Literatur 532
19
Inhaltsverzeichnis
Bildnachweis 535
Stichwortverzeichnis 537