Potenzialmessungen als Unterrichtsreihe: die Reihe nach dem Durchgang auswerten

Nach dem ersten Durchgang lohnt es sich, die Unterrichtsreihe zu Potenzialmessungen und Membranpotenzialen ganz genau daraufhin zu prüfen, ob der mathematische Anteil bei der Ableitung der Potenziale für die Lerngruppe zu anspruchsvoll war und ob genug Zeit für die praktische Auswertung von Messkurven eingeplant wurde.

Material zu diesem Artikel

Die im Text erwähnten Unterrichtsmaterialien auf einen Blick. Digitaler Download, sofort einsetzbar.

Unterrichtsreihe "Potenzialmessungen: Ableitung von Membranpotenz... €19,90Ansehen Meerestiere - Unterrichtsmaterial Sekundarstufe I €9,99Ansehen

Was nach dem ersten Durchgang auffällt

Bei diesem physiologisch und mathematisch anspruchsvollen Thema zeigt sich oft, dass Schülerinnen und Schüler die Ableitung des Membranpotenzials aus gegebenen Ionenkonzentrationen konzeptionell recht gut verstehen, bei der eigenständigen Anwendung auf neue, unbekannte Messwerte aber ins Stocken geraten.

Die Unterrichtsreihe zu Potenzialmessungen und der Ableitung von Membranpotenzialen im Biologie-Abitur verlangt genau diesen Transfer, weshalb sich nach dem ersten Durchgang die Frage lohnt, ob genug Übungsaufgaben mit unterschiedlichen Ionenkonzentrationen vor der Klausur bearbeitet wurden.

Auch die genaue Reihenfolge, in der Ruhepotenzial und Aktionspotenzial eingeführt werden, verdient nach dem ersten Durchgang einen zweiten, kritischen Blick: Wenn die Klasse Mühe hatte, beide Konzepte auseinanderzuhalten, kann eine ausdrücklich vergleichende Übersicht zu Beginn des zweiten Themenblocks helfen, die Unterschiede von Anfang an klar zu markieren, statt sie erst im Verlauf der Stunde beiläufig zu erwähnen.

Wo die Reihe zu eng oder zu großzügig getaktet war

Die theoretische Herleitung der Nernst-Gleichung braucht in der Regel mehr Zeit als im ersten Entwurf vorgesehen, weil sie mathematisches und biologisches Verständnis gleichzeitig verlangt. Wird sie zu schnell durchgenommen, fehlt später die Grundlage für die Anwendung auf komplexere Fälle wie das Aktionspotenzial.

Die abschließende Auswertung realer Messkurven lässt sich dagegen oft knapper takten, wenn die Klasse die zugrunde liegende Theorie bereits sicher beherrscht und die Kurven im Wesentlichen nur noch interpretieren muss, statt die Werte zunächst mühsam neu herzuleiten.

Material für die neue Lerngruppe sichten

Vor der erneuten Nutzung lohnt sich eine sorgfältige Prüfung, ob die verwendeten Rechenbeispiele zu Ionenkonzentrationen im Schwierigkeitsgrad zur neuen Lerngruppe passen, da sich Kurse im Umgang mit mathematischen Formeln erfahrungsgemäß deutlich stärker unterscheiden als bei rein beschreibenden biologischen Themen.

Zum thematischen Umfeld passt die Unterrichtsreihe zu Meerestieren als Unterrichtsmaterial für die Sekundarstufe I, die zeigt, wie sich physiologische Anpassungen auch ohne starken mathematischen Anteil unterrichten lassen, falls ein Vergleich für schwächere Kurse gewünscht ist.

Zusätzlich lohnt sich eine Überprüfung, ob die verwendeten Messkurven aus realen Experimenten oder aus vereinfachten Modelldaten stammen, da reale Kurven meist deutlich mehr Störeinflüsse zeigen, die von ungeübten Kursen fälschlich als Messfehler statt als biologisch durchaus erklärbare Schwankung gedeutet werden können.

Sicherung und Leistungsüberprüfung nachjustieren

Wenn sich gezeigt hat, dass die Klasse in der Klausur bei der eigenständigen Berechnung eines Membranpotenzials aus neuen Werten unsicher war, lohnt sich eine zusätzliche Übungsphase mit mehreren vollständig durchgerechneten Beispielen unterschiedlichen Schwierigkeitsgrads, bevor die nächste Lerngruppe die eigentliche Prüfung schreibt.

Für den fachlichen Anschluss an verwandte Themen der Sinnesphysiologie hilft das Thema Sinnesorgan Haut mit Wahrnehmungsversuchen für Klasse 5 und 6 als Kontrastbeispiel für einen deutlich einfacheren physiologischen Zugang ohne mathematische Herleitung.

Wer die Reihe zu Potenzialmessungen im nächsten Durchgang unterrichtet, sollte die zusätzlichen Rechenbeispiele bereits während der Erarbeitung und nicht erst in einer separaten Übungsstunde einsetzen, damit die Klasse Theorie und Anwendung direkt miteinander verknüpft, statt sie getrennt voneinander abzuarbeiten.

Die Reihe für das nächste Jahr dokumentieren

Eine kurze Notiz, welche Rechenbeispiele der Klasse besonders schwerfielen und wie viel zusätzliche Übungszeit tatsächlich nötig war, erleichtert die Vorbereitung im nächsten Jahr erheblich, gerade bei einem so formelintensiven Thema, bei dem sich Schwierigkeiten sonst leicht wiederholen.

Grundsätzliche Hinweise zu Aufbau und Sequenzlogik liefert der Grundlagenartikel zum Planen einer Unterrichtsreihe, während die Seite zum Anpassen einer Unterrichtsreihe an eine neue Lerngruppe zeigt, wie sich solche Beobachtungen systematisch sammeln lassen. Für aktuelle Kontroversen im Zusammenhang mit Physiologie eignet sich zusätzlich der Umgang mit Fehlinformationen beim Thema Impfen im Unterricht sowie einsatzbereites Material für Vertretungsstunden Biologie ohne Vorbereitung.

Häufige Fragen

Wie viel Zeit braucht die Herleitung der Nernst-Gleichung in dieser Unterrichtsreihe?

Erfahrungsgemäß mehr als im ersten Entwurf oft vorgesehen, weil sie mathematisches und biologisches Denken gleichzeitig verlangt. Wird sie zu schnell behandelt, fehlt später die Grundlage, um komplexere Fälle wie das Aktionspotenzial eigenständig zu berechnen, was sich meist erst in der Klausur als Lücke zeigt.

Wie bereitet man eine Lerngruppe mit Unsicherheiten in Mathematik auf dieses Thema vor?

Zusätzliche, kleinschrittige Rechenbeispiele mit denselben Ionenkonzentrationen wie im Unterricht helfen, den Rechenweg zu festigen, bevor neue Werte eingesetzt werden. Eine kurze Wiederholung der relevanten Formelumstellungen zu Beginn der Reihe kann spätere Verzögerungen deutlich reduzieren und schafft eine gemeinsame Grundlage für die gesamte Lerngruppe.

Wie geht man mit unterschiedlichem Vorwissen in Chemie oder Physik um?

Ein kurzer diagnostischer Einstieg zeigt, ob Grundbegriffe wie Konzentration und elektrisches Potenzial bereits sicher sitzen. Fehlt dieses Vorwissen, lohnt sich eine zusätzliche Auffrischungsstunde zu Beginn der Reihe, statt es während der eigentlichen Ableitung der Membranpotenziale mit abzudecken.