Das transformative Labor - Mikroorganismen verstehen, um Großes zu verändern

Wie kann ein kollektiver, transformativer Lernprozess, übertragen auf eine Lehrveranstaltung (LV) in der Mikrobiologie, und damit eine persönliche Veränderung der Lernenden angestrebt werden? Wie kann transformatives Lernen in einer Laborumgebung gefördert und gefordert werden? Wie kann im Laboralltag ein offener, kreativer Raum für Dialog und kritisches Denken zwischen Lehrenden und Lernenden geschaffen werden, um individuelle und kollektive Transformationsprozesse zu ermöglichen? Diese Fragen waren die Herausforderung bei der didaktischen Neukonzeption der Pflicht-LV „Allgemeine Mikrobiologie Übungen“ (VU). Sie soll den Studierenden sowohl das theoretische Wissen als auch die praktischen Fertigkeiten vermitteln, um sie optimal auf die Anforderungen der biotechnologischen Forschung und Industrie der Zukunft vorzubereiten. Darüber hinaus soll die LV nicht nur ein fundiertes Verständnis der Mikrobiologie vermitteln, sondern auch die Fähigkeit fördern, dieses Wissen kritisch zu hinterfragen, mit anderen Disziplinen zu vernetzen und vorausschauend auf reale Probleme und Herausforderungen der Welt anzuwenden.

Gerade bei den brennenden Fragen des Klimawandels spielt die Mikrobiologie eine entscheidende Rolle. In Anlehnung an die "Zukunftsstrategie BNE 2015+" der UNESCO werden in dieser LV folgende drei Handlungsfelder abgedeckt: (1) Ganzheitliche Transformation von Lehr- und Lernumgebungen unter Einbeziehung von Nachhaltigkeitsprinzipien in die universitäre Lehre, (2) Nachhaltigkeitskompetenz der beteiligten Lehrenden durch eine hohe Affinität zum Konzept der Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) sowie kritisches Hinterfragen der eigenen Lehrendenrolle als Lernbegleiter/in, (3) Stärkung der BNE Kompetenzen von Studierenden im Bachelorstudium Lebensmittel- und Biotechnologie. Die gewählte, studierendenzentrierte Lernumgebung ermöglicht es den Lernenden, nachhaltigkeitsrelevante Kompetenzen (kreatives und kritisches Denken, Dialogfähigkeit, Teamfähigkeit und vorausschauendes, nachhaltiges Handeln und Gestalten) zu entwickeln und kritisch zu reflektieren. Damit werden die Lernenden befähigt, an der eigenverantwortlichen Gestaltung einer nachhaltigen Entwicklung im Labor und in der Mikrobiologie mitzuwirken.

Seit Jahrzehnten absolvieren die Studierenden diese Pflicht-LV, die immer wieder evaluiert und kontinuierlich an die Lebensrealität der Studierenden (Arbeit, Betreuungspflichten, etc.) angepasst wird.

Der Vorlesungsteil der LV dient dazu, die praktischen Übungen in einen theoretischen Kontext zu stellen. Das übergeordnete Lernergebnis ist es, das erworbene Wissen zu verknüpfen und ein ganzheitliches Verständnis für die Mikrobiologie zu vermitteln. Um die direkten Auswirkungen des Klimawandels auf das eigene Leben noch bewusster zu machen, werden während der Vorlesung immer wieder aktuelle Themen aufgegriffen. So werden beispielsweise Artikel aus Printmedien zu Themen wie der zunehmenden Vermehrung von Cyanobakterien (ugs. Blaualgen) in österreichischen Bade- und Bergseen durch steigende Wassertemperaturen oder der weltweiten Zunahme von schwer behandelbaren Mykosen (Pilzerkrankungen) durch steigende Temperaturen und Extremwetterereignisse präsentiert und diskutiert. Um einen Einblick in aktuelle Forschungsfelder der Mikrobiologie zu erhalten und mögliche zukünftige Arbeitsfelder kennen zu lernen, recherchieren die Studierenden in Kleingruppen zum Thema „Einsatz von Mikroorganismen in nachhaltigen biotechnologischen Prozessen“. Die Ergebnisse werden anschließend präsentiert, von den Lehrenden zusammengefasst und als Handout an die Studierenden verteilt.

Durch den Einsatz von gut gestalteten Präsentationen, die mit vielen Bildern und selbst gezeichneten Skizzen angereichert sind, werden komplexe Arbeitsabläufe und Themen anschaulich dargestellt. Diese visuellen Hilfsmittel erleichtern nicht nur das Verständnis, sondern regen auch die Vorstellungskraft der Studierenden an und fördern deren aktive Beteiligung am individuellen Lernprozess.

Die Studierenden haben zwei Möglichkeiten (Präsenz- oder Online-Format), die Vorlesung zu besuchen. In den Präsenzveranstaltungen werden verschiedene Lehr- und Lernmethoden eingesetzt: Kahoot-Quizzes, Mentimeter und kurze Internetrecherchen mit sofortiger Diskussion der Ergebnisse ermöglichen die interaktive Teilnahme der Studierenden über mobile Endgeräte und fördern die direkte Interaktion mit den Lehrenden. Speziell vorbereitete Karten ermöglichen es den Studierenden, Arbeitsschritte in die richtige Reihenfolge zu bringen, Themenbereiche durch Wiederholungsfragen zu festigen, Begriffe richtig zuzuordnen oder Lückentexte auszufüllen. Ebenso werden Think-Pair-Share-Aufgaben, 3-Level-Fragen und Videos eingesetzt. Diese Tools unterstützen effektiv das individuelle Lernen der Studierenden und dienen der Auflockerung und Wiederholung des Lernstoffs. Darüber hinaus bieten sie den Studierenden die Möglichkeit, ihr Verständnis zu überprüfen und eventuelle Verständnisprobleme direkt anzusprechen. Die methodische Vielfalt der Ansätze berücksichtigt die unterschiedlichen Lernpräferenzen und Persönlichkeiten der Studierenden und schafft so ein optimales Lernsetting, in dem jede/r ihren/seinen individuellen Lernweg finden kann.

Optional kann der Vorlesungsteil in einem Online-Format absolviert werden, um den Studierenden die Flexibilität zu geben, ihre eigene Lebensrealität besser zu integrieren. In diesem Online-Format werden die Vorlesungen als aufgezeichnete interaktive H5P-Videos angeboten, wobei die Studierenden die Möglichkeit haben, Teile der Vorlesung zu überspringen. Die optionalen Teile können zusätzliches interessantes Wissen, detailliertere Erklärungen oder Wiederholungen enthalten. Wichtige Themen können jedoch nur übersprungen werden, wenn die Studierenden ein entsprechendes Quiz erfolgreich absolvieren. Die Online-Vorlesungen enthalten Pausen sowie interaktive Übungen und Aufgaben zum Nachschlagen oder Recherchieren. Diese Struktur ermöglicht es den Studierenden, ihr individuelles Lerntempo anzupassen und sich besonders intensiv mit den für sie relevanten Inhalten auseinanderzusetzen.

Für vertiefendes Wissen und spannende Details der Mikrobiologie, steht den Studierenden außerdem ein Skriptum zur Verfügung. Dieses wird laufend aktualisiert und ermöglicht ihnen, das Gelernte im Selbststudium zu wiederholen.

Die praktischen Laborversuche im Übungsteil der LV wurden bewusst so ausgewählt, dass sie sicheres Arbeiten in einem breiten Spektrum gängiger mikrobiologischer Praktiken abdecken und gleichzeitig einen zusammenhängenden roten Faden gewährleisten. Dieser Ansatz bietet den Studierenden nicht nur die Möglichkeit, praktische Erfahrungen in verschiedenen Bereichen der Mikrobiologie zu sammeln, sondern ermöglicht es ihnen auch, ein kohärentes Gesamtbild zu entwickeln. Da die Laborversuche miteinander verknüpft sind und aufeinander aufbauen, entsteht ein kontinuierlicher Lernprozess, der es den Studierenden erleichtert, die Zusammenhänge zwischen den einzelnen praktischen Anwendungen zu erkennen. Dies vertieft das Verständnis mikrobiologischer Konzepte und fördert die Fähigkeit, dieses Wissen in einem größeren Kontext anzuwenden.

Um Selbstwirksamkeit und die Möglichkeit zur Veränderung unmittelbar erlebbar zu machen, wird ein zentrales Problem der praktischen Laborarbeit, die Abfallproduktion, durch die Verwendung von Einwegmaterialien mit dem Projekt „Nachhaltiges Labor“ aufgegriffen. Die produzierten Abfallmengen werden mit einem konventionell geführten Labor verglichen und die Ergebnisse mit den Studierenden diskutiert. Durch rege Kommunikation und kollaboratives Arbeiten können alle Versuche inklusive Nachhaltigkeitsmaßnahmen in der gleichen Zeit durchgeführt werden, wie in einem konventionell geführten Übungslabor. Ein zusätzlicher Effekt, der sich aus dem für die gemeinsame Umsetzung von Abfallvermeidungsstrategien notwendigen Austausch ergibt, ist die Stärkung der „sustainability key competencies“ (Wiek et al. 2011, Brundiers et al. 2021) der beteiligten Studierenden.

Um einen kontinuierlichen Dialog mit den Studierenden zu gewährleisten und deren Feedback zu berücksichtigen, werden regelmäßig Rückmeldungen zu diesem Teil der LV in Form von Feedbackbögen eingeholt und berücksichtigt. Durch gezielte Diskussionsräume zu Beginn eines jeden Labortages werden die Studierenden dazu angeregt, ihre Versuchsplanung sorgfältig vorzubereiten, zu begründen, Zusammenhänge zu erkennen und in der Gruppe zu diskutieren. Die Anleitung und Begleitung durch die Lehrenden zielt darauf ab, den Studierenden im Laufe der LV immer mehr Selbständigkeit zu ermöglichen. Dies fördert nicht nur die Entwicklung von Teamarbeit und Dialogfähigkeit, sondern auch die Fähigkeit zur eigenständigen Problemlösung und effektiven Versuchsplanung.

Die Förderung des Bewusstseins für biologische Sicherheit und die Befähigung der Studierenden zu verantwortungsvollem und sicherem Handeln im Labor sind zentrale Ziele der LV. Die Studierenden können die Sicherheitsregeln und -maßnahmen vorab in einem virtuellen Labor vertiefen und in realitätsnahen Aufgaben üben. Sie lernen praxisnah auch in gefährlichen Laborszenarien, die in der Realität nicht auftreten dürfen, mögliche Gefahren zu erkennen und angemessen zu reagieren. Zentrales Element ist ein modellhafter Laborraum auf Basis von 360° Fotos, der sowohl online als auch in Virtual und Augmented Reality (VR und AR) erfahrbar ist, um ein immersives und nachhaltig beeindruckendes Lernerlebnis zu ermöglichen.

Die kompetenzorientierte Gestaltung der LV erfolgte nach dem Konzept des Constructive Alignment. Um den Wissensstand der Studierenden zu kennen und ihnen ein Feedback über ihren Lernfortschritt geben zu können, wird dieser regelmäßig in Form von kurzen schriftlichen Fragen oder auflockernden Quizzes abgefragt. Anschließend werden die Fragen durchgesprochen, um Lösungswege und wichtige Fakten aufzuzeigen und so alle Studierenden wieder auf den gleichen Wissensstand zu bringen. Die schriftliche Abschlussprüfung am Ende der LV überprüft ergänzend das Erreichen der definierten Lernergebnisse. Die Fragen sind abwechslungsreich gestaltet und umfassen verschiedene Frageformate wie offene Fragen, Multiple-Choice-Fragen, Richtig/Falsch-Aussagen, Begriffszuordnungen sowie die Beschriftung von Skizzen. Die kontinuierliche Integration und Wiederholung relevanter Lerninhalte im Verlauf der LV stellt sicher, dass die Studierenden in der Prüfung keine unerwarteten Schwierigkeiten erleben (Stärkung der Selbstwirksamkeit). Dies trägt wesentlich zur hohen Erfolgsquote der Absolventinnen und Absolventen bei und unterstützt nachhaltiges Lernen.

Abschließend ist es wichtig zu erkennen, dass transformative Lernprozesse nicht nur eine Herausforderung darstellen, sondern auch eine Chance bieten, die Zukunft der Wissenschaft aktiv mitzugestalten. Durch die bewusste Integration transformativer Elemente in den Laboralltag und die Förderung eines offenen Dialogs zwischen Lehrenden und Lernenden streben wir nicht nur eine individuelle Veränderung, sondern auch eine kollektive Transformation hin zu einer nachhaltigeren Wissenschaft an. Die LV "Allgemeine Mikrobiologie Übungen" zielt darauf ab, nicht nur Wissen zu vermitteln, sondern auch Kompetenzen zu entwickeln, die es den Studierenden ermöglichen, aktiv zur Lösung globaler Herausforderungen beizutragen und einen positiven Wandel in der Welt herbeizuführen.