Das problemorientierte Vorgehen folgt der hypothetisch-deduktiven Methode, also dem Verfahren, das eines der wesentlichen Säulen wissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung ist.
An verschiedenen Stellen lassen sich bei diesem Unterrichtsverfahren auf einer Meta-Ebene wichtige Aspekte von wissenschaftlichem Arbeiten ansprechen.
Beispiel 1: Sind Hypothesen beweisbar?
Die Schüler haben für den Wassertransport gegen die Schwerkraft im Stängel die Hypothesen 1) Druck aus den Wurzeln und 2) Sog aus den Blättern aufgestellt. Nach Auswertung eines Versuchs, bei der Tinte von Blättern hochgesogen wurde, wollen die Schüler diese Hypothese nun als richtig markieren und sehen keinen Grund, die andere Hypothese zu überprüfen. Um so erstaunter sind die Schüler, dass auch aus einem Stängelstumpf vom Wurzeldruck Wasser nach oben in eine Glasröhre gedrückt wird.
Hieraus folgt die Erkenntnis, dass sich Hypothesen prinzipiell nicht bestätigen lassen, nur eine Negierung ist möglich. Das eine Hypothese mit einem Versuch nicht negiert wird, bedeutet nicht, dass sie (alleinig) als Erklärung zutrifft.
Beispiel 2: Verschiedene Erklärungsmöglichkeiten in der Biologie
Die Schüler stellen Hypothesen zur Frage auf, wieso wir einen gerichteten Blutkreislauf haben. Möglich wären Hypothesen zur Ursache wie 1) Klappen im Herzen, 2) Ventile und so weiter. Andererseits kommen auch fast immer Hypothesen zum Zweck wie 3) damit das sauerstoffarme Blut nicht zurückfließt oder 4) damit das Blut an allen Organen vorbeikommt.
Hier können die Schüler durch explizite Thematisierung (z.B. durch das Ordnen der Hypothesen) die beiden grundsätzlichen Typen von Hypothesen und Erklärungen erfassen: Einige geben die biologische Funktion an (3+4), andere dagegen die Ursache (1+2). Diese beiden verschieden Erklärungsmöglichkeiten finden sich nur in der Biologie und die Unterscheidung der beiden Ebenen ist wichtig, weil sie nicht auf gleiche Weise für wissenschaftliche Untersuchungen zugänglich sind.
Dadurch, dass man dem wissenschaftlichen Erkenntnisweg folgt, lassen sich gut die oben erwähnten und viele weitere Aspekte wissenschaftlichen Arbeitens ansprechen.