Theorie und Praxis eng verzahnt
Von einzelnen Molekülen bis zu vollständigen Organismen, von Laborarbeit bis zu Freilandstudien: Die Studierenden des Fachbereichs Biologie lernen, wie die Evolution das Leben formt.
Justus sitzt mit anderen Lehramtsstudierenden an einer Vierer-Tischgruppe in einem hellen, modernen Seminarraum. Er trägt eine Nasenklemme, die verhindert, dass Luft durch seine Nase gelangt. Über einen Schlauch atmet der Masterstudent durch den Mund ruhig ein und aus. Die anderen beobachten die Kurve auf dem Laptop in der Mitte der Tischgruppe, die Justus’ Atemzüge grafisch darstellt. Am heutigen Kurstag des Tandem-Moduls „Humanbiologie mit digitalen Tools unterrichten“ geht es um die Atmung, ein wichtiges Thema in der Biologie, der Lehre von lebendigen Organismen.
Was erwartet die Schülerinnen und Schüler, die sich für ein Studium der Lebenswissenschaften entscheiden? Sie lernen die Breite des Fachs kennen, von der Biochemie über Zell-, Neuro- und Verhaltensbiologie bis hin zur Biotechnologie. Dabei geht es vor allem um grundlegende Fragen. Wie hat die Evolution die heutigen Lebensformen hervorgebracht, und wie funktionieren sie? Wie reagieren Tiere, Pflanzen und andere Lebewesen auf sich verändernde Umweltbedingungen? Die Biologie untersucht diese Fragen auf der Ebene von Populationen in ihren Ökosystemen über die Individuen und die Zellen bis hin zu Molekülen. Methodisch reicht das Spektrum von Freilandstudien über computergestützte Simulationen bis hin zur molekular-biologischen Laborarbeit. Gene, Proteine und andere Biomoleküle werden einzeln oder in ihrer Gesamtheit als riesige Datensätze untersucht. Geräte wie Massenspektrometer, die zur Analyse von Molekülen genutzt werden, und hochauflösende Mikroskope, die Blicke in Zellen ermöglichen, sind für viele Arbeitsgruppen unverzichtbar.
Am Fachbereich Biologie studiert etwa die Hälfte der Studierenden auf Lehramt. Die andere Hälfte hat sich für Biowissenschaften entschieden und kann nach dem Bachelorabschluss einen der vier Masterstudiengänge Biowissenschaften, Biotechnologie, Molekulare Biomedizin oder Wasserwissenschaften wählen, die auf mögliche Karrieren in Wissenschaft, Industrie oder Behörden vorbereiten. Die Didaktik und die Fachwissenschaften sind eng miteinander verzahnt. „Welches Fachwissen benötigen die Lehramtsstudierenden, was sollen sie ihren Schülerinnen und Schülern vermitteln? Und mit Blick auf die Didaktik: Wie sollen sie das tun? Beides gehört zusammen“, betont Prof. Dr. Bettina Zeis, Prodekanin für Studienangelegenheiten. In den Tandem-Modulen werde etwa am Beispiel Herzkontraktion im digitalen bewegten dreidimensionalen Modell das grundlegende Verständnis der Vorgänge gefördert und die Umsetzung im Unterricht geplant. Das Mikroskopieren des Herzschlags eines Wasserflohs, ein reales, lebendes Objekt, ergänze dies. „So wird die Lehrstrategie des Fachbereichs umgesetzt, theoretisches Wissen eng mit praktischen Elementen zu verzahnen. Neben Vorlesungen und Seminaren fördern Experimente im Labor die Kenntnisse moderner Methoden.“ Die Studierenden nutzen dabei auch Lernorte wie den Botanischen Garten und die fachbereichseigene Wattstation in Carolinensiel und profitieren von den weltweiten Kooperationen des Fachbereichs, die Möglichkeiten für einen Studienaufenthalt im Ausland bieten.
Zurück zu Justus und zum Tandem-Modul. Methodisch geht es an diesem Kurstag um Spirometrie, ein Verfahren zur Messung des Lungenvolumens. Die Studierenden erarbeiten zunächst die Grundlagen zur Anatomie und Physiologie des menschlichen Körpers. Später im Semester werden sie eine Schulstunde dazu planen. „Es gefällt mir, dass wir die Stunde mit einer Klasse im Lehr-Lern-Labor durchführen werden“, berichtet Justus. „Den Kontakt mit den Schülerinnen und Schülern schon während des Studiums finde ich wichtig.“ Seine Kommilitonin Hanna ergänzt: „Wir überlegen während des Kurses regelmäßig, was die Lernziele sind und welche Kompetenzen wir vermitteln wollen, und dürfen ausprobieren, was in der Schule umsetzbar ist. Diese fortlaufende didaktische Einordnung hilft mir sehr.“ Der Praxistag im Lehr-Lern-Labor wird mit 360-Grad-Kameras gefilmt und ausgewertet, sodass die Studierenden eine ausführliche Rückmeldung erhalten. Der fachdidaktische Einsatz digitaler Medien und Werkzeuge steht während des gesamten Moduls im Fokus. So lassen die angehenden Lehrkräfte die Schülerinnen und Schüler beispielsweise Atembewegungen über eine Virtual-Reality-Brille auch an einer 3D-Simulation der Lunge verfolgen.
Szenenwechsel: Tim, Masterstudent der Biowissenschaften, arbeitet in einem Mikroskopieraum. Er fixiert eine Zellprobe auf dem Objekttisch und wärmt den Argon-Laser des Fluoreszenzmikroskops vor. Zuvor hatte er im Sterillabor nebenan geprüft, ob die Zellen die Proteine bilden, die er untersuchen möchte. Jetzt will er unter dem Mikroskop sehen, wie Zellen spezialisierte Kontakte untereinander ausbilden und dadurch stabile, geordnete Verbände bilden. Er arbeitet mit einer epithelialen Zelllinie aus dem Nierengewebe. Epitheliale Zellverbände bedecken im Körper äußere Oberflächen und kleiden innere Hohlräume sowie Organe aus. Dabei übernehmen sie wichtige Schutz- und Barrierefunktionen. „Wenn die Zell-Zell-Kontakte gestört sind, können Krankheiten entstehen“, unterstreicht Tim. Er nutzt gentechnisch veränderte Zellen. Die Proteine, die für seine Forschung wichtig sind, werden so per Fluoreszenz in lebenden Zellen sichtbar. Zusätzlich lassen sie sich durch kurze Lichtimpulse gezielt und vorübergehend beeinflussen. Tim kann auf diese Weise in Echtzeit beobachten, wie sich ihre Dynamik verändert und wie sich das unmittelbar auf die Stabilität der Zell-Zell-Kontakte auswirkt. So gewinnt er Rückschlüsse auf die Funktion der Proteine.
Tim ist mit seiner Masterarbeit beschäftigt und in die Forschung „seiner“ Arbeitsgruppe voll eingebunden. „Ich habe bereits im Bachelorstudium ein Vertiefungsmodul zur Zellbiologie in dieser Gruppe gemacht“, berichtet er. Nach dem ersten Kontakt war er begeistert; es folgten die Bachelorarbeit, ein Forschungsmodul und schließlich die Masterarbeit in derselben Gruppe. „Schon im Bachelorstudium habe ich viele molekular-biologische Techniken kennengelernt und angewandt. Auch den Umgang mit dem Fluoreszenzmikroskop habe ich gelernt. Nach und nach durfte ich immer stärker eigenverantwortlich arbeiten.“ Das sei strategisch so gewollt, erklärt Bettina Zeis. Jeder Science-Studierende absolviere zwei achtwöchige Forschungsmodule. „In der Regel nutzen die Studierenden das, um herauszufinden, welche Forschungsgruppen und Themen für ihre Abschlussarbeiten infrage kommen, und sie lernen das eigenständige Forschen. Wir haben das forschende Lernen dadurch bei uns am Fachbereich institutionalisiert.“
Tim entwickelt inzwischen selbst die Ideen, wie seine Experimente aussehen sollen, plant seine Versuche eigenständig und führt sie alleine durch. „Ich trage Verantwortung und kann mich wissenschaftlich ausleben“, betont er. „Das finde ich klasse.“
Text: Dr. Christina Hoppenbrock