Mit dem Eintritt der Schülerinnen und Schüler in die Oberstufe verändert sich der Anspruch an den naturwissenschaftlichen Unterricht. Den Schülern soll die Möglichkeit gegeben werden, ihr Wissen mit einem hohen experimentellen und selbstständigen Anteil aufzubauen. Neben den fachlichen werden in besonderem Maße auch methodische Kompetenzen, wie z. B. das naturwissenschaftliche Arbeiten oder der Einsatz von Modellen geschult.

Die auf diese Ansprüche ausgerichtete Unterrichtseinheit ermöglicht es den Schülern, sich das Flüssig-Mosaik-Modell schrittweise als das derzeit gültige Biomembranmodell zu erarbeiten. Dabei vollziehen die Schüler die historische Entwicklung der einzelnen Membranmodelle nach: Vom GORTER & GRENDEL-Modell über das Sandwich-Modell nach DAVSON & DANIELLI bis hin zum Flüssig-Mosaik-Modell. Die Schüler lernen dabei die Bedeutung von Modellen in der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung kennen.

Für die gesamte Unterrichtseinheit ist es wichtig, dass die Schüler mit dem derzeit gültigen Membranmodell noch nicht vertraut sind, da sie nur so die Membranmodelle selbstständig mithilfe von Forschungsergebnissen oder Experimenten entwickeln und verändern und dadurch einen wesentlichen Aspekt wissenschaftlicher Arbeitsweise kennen- und anwenden lernen. Daher ist auch der Verzicht auf den Lehrbucheinsatz ratsam, damit nicht das Ziel der Modellentwicklungen vorweggenommen wird. Tafelmodelle von Phospholipiden und Proteinen sind dabei hervorragend dazu geeignet, die Modellentwicklungen zu demonstrieren. Für eine vollständige Bearbeitung der Einheit ist es außerdem notwendig, dass die Schüler über Aufbau und Struktur von Proteinen sowie deren chemische Eigenschaften Bescheid wissen.

In Experimenten (z. B. dem Rotkohlversuch) erheben die Schüler selbstständig Daten, auf deren Basis sie im Anschluss die Modellveränderungen erarbeiten. Dabei wird den Schülern klar, dass Modelle in den Naturwissenschaften ständig geprüft und ggf. modifiziert werden müssen. Auch durch das Erstellen eigener Modelle durchlaufen die Schüler die Phasen der Modellbildung.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Material
  • Versuch zum Aufbau von Lecithin und Fetten
  • Hausaufgabe: Bedeutung, Einsatz und Erstellung von Modellen
  • Historische Entwicklung des Membranmodells I
  • Versuch zum Verhalten von Lecithin gegenüber Wasser
  • Historische Entwicklung des Membranmodells II
  • Rotkohlversuch: Experimentelle Lokalisation von Membranproteinen in der Zellmembran
  • Historische Entwicklung des Membranmodells III
  • Polare und unpolare Seitenreste von Aminosäuren in Proteinen
  • Hausaufgabe: Bau eines Flüssig-Mosaik-Modells
• Lösungsvorschläge

• Niveau: grundlegend
• Fachlicher Bezug: Zellbiologie
• Methode: Partnerarbeit, Gruppenarbeit, Einzelarbeit
• Basiskonzepte: Kompartimentierung, Struktur und Funktion ’ Erkenntnismethoden: Experimente durchführen und auswerten, Modelle entwickeln, anwenden und modifizieren
• Kommunikation: präsentieren, erklären, diskutieren, Materialien auswerten und einsetzen
• Reflexion: kritisch bewerten, fächerübergreifend vernetzen
• Inhalt in Stichworten: Biomembran, hydrophil, hydrophob, Phospholipide, Proteine, Modellbedeutung, Lipiddoppelschicht, Sandwich-Modell, Flüssig-Mosaik-Modell