Die Jungen haben wenig Ahnung von Biologie

Maturanden und Bachelor-Studierende haben ein falsches Verständnis von grundlegenden Prozessen in der Biologie, wie eine aktuelle ETH-Studie zeigt. Das Departement Biologie passt nun das Ausbildungskonzept an.

Die Taufliege Drosophila melanogaster ist ein Lieblingstier von Genetikern und Entwicklungsbiologen. Foto: Keystone

Die Taufliege Drosophila melanogaster ist ein Lieblingstier von Genetikern und Entwicklungsbiologen. Foto: Keystone

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Biologie gilt gemeinhin als die einfachste aller Naturwissenschaften – Themen wie die Ökologie von Pflanzen, das Verhalten von Tieren oder die Genetik von Fruchtfliegen scheinen leicht zugänglich und gut verständlich. Die anderen Fächer, Chemie und vor allem Physik, werden als viel abstrakter und auch schwieriger wahrgenommen. Doch ein genauerer und vor allem tieferer Blick in die Vorgänge des Lebens hinein zeigt: Auch die Biologie ist ziemlich schwierig und kompliziert.

So kompliziert jedenfalls, dass selbst Maturanden und Biologiestudierende grundlegende biologische Konzepte wie die natürliche Selektion in der Evolution (sie besagt, dass genetisch besser angepasste Individuen eine grössere Überlebenschance haben) oder die Rolle von zufälligen Prozessen in der Biologie nicht wirklich verstehen. Dies ist das ­ernüchternde Fazit zweier Studien eines Forscherteams um Katja Köhler vom Departement Biologie an der ETH Zürich.

Zu den grundlegenden Konzepten in der Biologie zählen zum Beispiel auch folgende Feststellungen: «Jede Zelle stammt durch Zellteilung von einer existierenden Zelle ab.» Oder: «Alle heute ­lebenden Organismen haben einen ­gemeinsamen Vorfahren, der vor mehreren Milliarden Jahren gelebt hat.» Oder: «Pflanzen können Energie aus dem Sonnenlicht nutzen, Tiere nutzen chemische Energie.»

Bis vor wenigen Jahren hat es niemanden an den Hochschulen gross gekümmert, ob Maturanden oder Studierende solche biologischen Konzepte und Gesetzmässigkeiten tatsächlich verstehen oder ob sie in den Prüfungen einfach nur gepaukte Fakten abrufen. «Wir wussten nicht, ob wir mit den Vorlesungen bei den Studierenden den gewünschten Wissensstand erreichen», sagt Köhler. «Und wir fragten uns auch, ob wir in der Lage sind, mögliche falsche Vorstellungen zu revidieren.»

Um dies herauszufinden, adaptierten Köhler und ihre Doktorandin Annie Champagne Queloz einen an der Uni­versity of Colorado in Boulder (USA) ­entwickelten und schon mehrfach getesteten Fragenkatalog zu biologischen Konzepten namens Biological Concepts Instrument (BCI). Dieser Katalog umfasst (in der deutschen Version) 24 Multiple-Choice-Fragen zu Prozessen in der Genetik und in der Evolution, zur Struktur und Funktion von Molekülen, zum Energiehaushalt von Pflanzen und Tieren sowie zur Planung und Durchführung von Experimenten (siehe Kasten).

Mühe mit der Evolution

Den Fragenkatalog liessen die Forscherinnen in zwei Wellen von insgesamt 475 Maturanden und Maturandinnen an zwölf Schweizer Gymnasien beantworten. Im Durchschnitt lagen die Gym­nasiasten bei gerade mal etwa der Hälfte aller Fragen richtig, wie das Forscherteam kürzlich im Wissenschaftsmagazin «PLoS One» berichtete. Doch das eher magere Gesamtergebnis war für Köhler und Champagne Queloz gar nicht so wichtig. «Interessant war es vor allem, zu schauen, was die einzelnen Miss­konzepte sind und welche falschen Vorstellungen besonders stark ausgeprägt sind», sagt Köhler.

Den Maturanden bereiteten demnach Fragen zur Evolution Mühe, zum Beispiel zur Rolle der natürlichen ­Selektion. Sie taten sich auch schwer, Konzepte aus der Chemie und der Physik, etwa zur Bewegung oder zur Interaktion von Molekülen, auf die Biologie zu übertragen. Und vor allem: «Die Maturanden denken sehr zielgerichtet», sagt Köhler. Sie würden glauben, dass jeder Prozess auf ein Ziel hinsteuere und alles wie eine Maschine funktioniere. In einer Zelle sei das aber anders. «Dass dabei auch der Zufall eine wichtige Rolle spielt, wird von ihnen kaum wahrgenommen.»

Die Resultate aus der Maturanden­studie decken sich weitgehend mit einer ersten Untersuchung bei 337 Biologiestudierenden an der ETH und der Uni ­Zürich. Auch diese hatten mit den Konzepten Mühe. Selbst wer sich für Biologie begeisterte oder schon an einer Biologie-Olympiade teilgenommen hatte, schnitt beim Test nicht besser ab, sagt Champagne Queloz. Nach dem dritten Semester hatten die Studierenden ihr Verständnis zwar leicht verbessert, aber noch immer begriffen sie einige Konzepte nicht richtig.

Angesichts der grossen Lücke beim Konzeptdenken drängt sich die Frage auf: Wird an hiesigen Gymnasien möglicherweise der falsche Stoff gelehrt? ­Tatsache ist, dass die Hochschulen, allen voran die ETH, immer wieder Druck ausüben auf Gymnasien, mehr und mehr Stoff zu pauken – nicht nur in der Biologie. Vielleicht wäre es aber ziel­führender, dies zumindest impliziert die aktuelle Studie, wenn die Gymnasien ­gewisse Themen wie etwa die Foto­synthese vertieft unterrichten, sodass die ­Schüler die Konzepte dahinter auch verstehen.

Umgekehrtes Klassenzimmer

Dass die Maturanden ihre liebe Mühe mit den Konzepten haben, hat also wahrscheinlich mit den Zwängen des Lehrplans zu tun – und weniger mit den Biologielehrern. Denn als Köhler und Champagne Queloz den Fragenkatalog angehenden Biologielehrpersonen vorlegten, schnitten diese sehr gut ab. «Die Lehrer sind gut ausgebildet, sie beschäftigen sich auch spezifisch mit grundlegenden Konzepten», sagt ­Köhler.

Als Konsequenz des mangelhaf- ten Verständnisses von biologischen Konzepten bei Maturanden und Erst­semester-Studierenden passt das Departement Biologie die Ausbildung im Grundstudium nun an. Vermehrt sollen alternative und vertiefende Lehrformen zum Einsatz kommen, welche den Frontalunterricht ergänzen oder ersetzen. Ein radikales Konzept ist dabei der ­sogenannte Flipped Classroom, das ­umgekehrte Klassenzimmer. Dabei erhalten die Studierenden im Voraus den Stoff, den sie sich bis zur Vorlesung ­erarbeiten müssen. In der Vorlesung selber bleibt dann Zeit zum Inter­agieren, für Übungen, um Probleme zu lösen. «Am Anfang finden die Studierenden das nicht sehr lässig», sagt Köhler. «Schon im dritten Semester sind sie aber begeistert.»

Konzeptfragebögen wie den jetzt ­getesteten BCI gibt es für die Biologie noch nicht sehr lange. Daher existieren auch kaum internationale Vergleiche zum Wissen der Studierenden. Nur in den USA wurde der BCI in den letzten Jahren bereits an vielen Schulen und Universitäten eingesetzt. Die dabei gefundenen falschen Vorstellungen oder Misskonzepte der Studierenden seien in etwa die gleichen wie bei uns, sagt Köhler. Immerhin: «Insgesamt sind unsere Maturanden und Studierenden besser als die Amerikaner.»

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Frage 1 von 5:

Wie kann eine weltweite Umweltkatas­trophe die Evolution von Organismen beeinflussen?

Unerwünschte Varianten von Genen werden eliminiert.

Neue Gene entstehen.

Nur bestimmte Arten überleben den Vorfall.

Es gibt nur kurzzeitige Effekte, die mit der Zeit wieder verschwinden.

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 18.06.2017, 23:15 Uhr

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