Ordnung ist das halbe Leben!

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1 PÄDAGOGISCHE UNTERLAGEN Ordnung ist das halbe Leben! für das Atelier über die Systematik der Tiere Naturwissenschaften In der Dauerausstellung des NHMF Zyklus 2 1h30 Federn, sechs Beine, Rüssel, Panzer Die Vielfalt im Tierreich ist riesig. Wie soll man die Tiere einteilen und ordnen? Und warum ist es wichtig, alles zu klassifizieren? Mit Beobachtungen und Übungen lernen die Schülerinnen und Schüler die Systematik der Tiere und den Stammbaum des Lebens kennen. Realisierung der Unterlagen: Konzept, Texte und Aktivitäten: Catherine Pfister Aspert, NHMF Deutsche Übersetzung: Lisa Schild, NHMF NHMF 2017 Naturhistorisches Museum Ch. du Musée Fribourg 026/ Details zur Anfahrt:

2 2. Inhaltsverzeichnis 1. Titelseite Inhaltsverzeichnis Präsentation des Kulturveranstalters und des Projekts Das Naturhistorische Museum Freiburg Beschreibung des Ateliers «Ordnung ist das halbe Leben!» Verbindung zum LP21 und dem entsprechenden Kompetenzbeschrieb Vorschläge für Aktivitäten und Unterlagen für die SchülerInnen Theoretischer Teil Warum einordnen? Wie einordnen? Sortieren - ordnen - klassifizieren Die Werkzeuge zur Klassifizierung in der Primarschule Einige für die Klassifikation veraltete Begriffe Vorschläge für Aktivitäten, Kommentare Dokumente und Quellen

3 3. Präsentation des Kulturveranstalters und des Projekts 3.1 Das Naturhistorische Museum Freiburg Das Naturhistorische Museum Freiburg (NHMF) sorgt für die sichere Aufbewahrung, den angemessenen Unterhalt und die Aufwertung der ihm anvertrauten naturkundlichen Sammlungen von patrimonialem und wissenschaftlichem Wert. Es vermittelt einer breiten Öffentlichkeit ein rationales, positives und aktuelles Verständnis der natürlichen Umwelt und bietet spezifische, den verschiedenen gesellschaftlichen Kreisen und ihren Bedürfnissen angepasste Dienstleistungen. Um den SchülerInnen einen vereinfachten Zugang zu den ausgestellten Themen zu verschaffen, bietet das Museum an die jeweiligen Altersstufen angepasste Ateliers für den 1. und 2. Zyklus, je nach Thema auch für den 3. Zyklus. Öffnungszeiten für Schulklassen: Mo - Fr von 14 bis 18 Uhr Di - Fr von 8 bis 12 Uhr Museumsbesuche zwischen 12 und 14 Uhr sind möglich, wir bitten Sie jedoch, eine Woche im Voraus schriftlich unter museumfribourg@fr.ch zu reservieren. 3.2 Beschreibung des Ateliers «Ordnung ist das halbe Leben!» Für Klassen der Stufe (Harmos) Dauer: 1h30 Federn, sechs Beine, Rüssel, Panzer Die Vielfalt im Tierreich ist riesig. Wie soll man die Tiere einteilen und ordnen? Und warum ist es wichtig, alles zu klassifizieren? Mit Beobachtungen und Übungen lernen die Schülerinnen und Schüler die Systematik der Tiere und den Stammbaum des Lebens kennen. Das Atelier besteht aus drei oder vier Teilen (der vierte Teil macht nur Sinn, wenn die Schülerinnen und Schüler das Thema schon im Voraus behandelt haben): 1. Wie und warum einordnen: Die Schülerinnen und Schüler beobachten die Tiere in der Ausstellung der regionalen Tierwelt und ordnen sie in intuitiven Sammlungen an. Einzige Anweisung ist es, eine für alle Tiere einer Gruppe anwendbare Kriterien für die Einteilung zu haben. Danach wird erklärt, welche Kriterien in der klassische Systematik benutzt werden: gemeinsame Merkmale (morphologisches Merkmal eines Organismus, etwas war vorhanden ist, nicht definieren durch Abwesenheit eines Merkmals). 2. Die Benennung von Merkmalen trainieren: Im Saal der Wirbeltiere aus aller Welt beobachten und zeichnen die Schülerinnen und Schüler ein Tier und notieren drei Merkmale, die das Tier besitzt. 3. Sammlung in Kisten einteilen: Die Schülerinnen und Schüler ordnen ausgestopfte Tiere in eine grosses verschachteltes Kistensystem ein. Dank viel Demo-Material (ausgestopfte Tiere, Skelette, Schädel,...) kann erklärt werden, weshalb einige Tiere zusammen in eine Kiste eingeteilt werden und während andere Tiere in andere Kisten gehören. 4. Klassifizierung in einem phylogenetischen Baum: Die Schülerinnen und Schüler legen einen grossen Stammbaum aus und platzieren alle vorher eingeteilten Tiere auf seine Äste. So lernen sie, dass alle sich auf einem Ast befindenden Tiere das gleiche Merkmal und somit einen gemeinsamen Vorkommen besitzen. 3

4 4. Verbindung zum LP21 und dem entsprechenden Kompetenzbeschrieb Die Vertiefung folgender Kompetenzen des Lehrplans 21 wird beim Besuch dieses Ateliers realisiert: NMG.2.4.b+c: Die Schülerinnen und Schüler können ausgewählte Zuordnungen von Pflanzen und Tieren mithilfe ihrer Merkmale vornehmen. Die Schülerinnen und Schüler können Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Pflanzen und Tieren (z.b. Singvögel, Wasservögel, Greifvögel, Eulen; Zugvögel/ Standvögel) mit geeigneten Instrumenten untersuchen (z.b. Lupe, Feldstecher, Bestimmungsbuch), Vergleiche anstellen sowie Informationen dazu suchen und wiedergeben. NMG.2.4.d: Die Schülerinnen und Schüler können Merkmale von Pflanzen und Tieren beschreiben, die diesen erlauben, in einem bestimmten Lebensraum zu leben (z.b. Fell des Maulwurfs ist an das Leben in Grabgängen angepasst). -> Atelier: Tiere der Ausstellung müssen genau beobachtet und gezeichnet werden und anhand ihrer Merkmale in Gruppen eingeteilt werden. NMG.2.4.e: Die Schülerinnen und Schüler können Pflanzen, Pilze oder Tiere eigenen Ordnungssystemen zuordnen und die verwendeten Kriterien begründen. NGM.2.4.f: Die Schülerinnen und Schüler können gebräuchliche Ordnungssysteme nutzen (z.b. krautige/holzige Pflanzen; Insekten: Schmetterlinge, Ameisen, Heuschrecken, Libellen, Käfer, Fliegen, Wespen). -> Atelier: Mit Hilfe der beobachteten Merkmale werden Tiere in phylogenetisch sinnvolle Gruppen eingeteilt und ein Stammbaum wird erstellt. BG.1.A.2.2.c: Die Schülerinnen und Schüler können Lebewesen, Situationen, Gegenstände über eine längere Zeit beobachten, Bilder betrachten und sich über ihre Empfindungen und Erkenntnisse austauschen. Die Schülerinnen und Schüler können ihr Vorwissen mit der Beobachtung vergleichen und Bildmerkmale erkennen. -> Atelier: Tiere der Ausstellung müssen genau beobachtet und gezeichnet werden und die verschiedenen Merkmale miteinander verglichen werden. Überfachliche Kompetenzen (Methodische Kompetenzen): Die Schülerinnen und Schüler können Informationen vergleichen und Zusammenhänge herstellen (vernetztes Denken). Dazu gibt es einige zusätzliche Objektive, welche am Ende des Ateliers erreicht werden sollten. Die Schülerinnen und Schüler sollten verstanden haben, dass: Tiere verschiedene Merkmale besitzen, welche man beschreiben kann. sich die immense Vielfalt der Tiere in Gruppen einordnen lässt, in dem man Gemeinsamkeiten studiert. die Klassifizierung der Tiere ihre Entstehungsgeschichte reflektiert: gemeinsame Merkmale stammen meistens von einem gemeinsamen Vorfahren ab. Das Atelier kann als Einführung, Vertiefung oder Abschluss des Themas besucht werden. 4

5 5. Vorschläge für Aktivitäten und Unterlagen für die SchülerInnen 5.1 Theoretischer Teil Die Systematik der Lebewesen hat sich in den letzten Jahren stark verändert. Diverse Begriffe für Tiergruppen (welche auch im Naturhistorischen Museum Freiburg noch benutzt werden) finden in der modernen Klassifizierung keine Verwendung mehr, da dank moderner wissenschaftlichen Technik gezeigt werden kann, dass keine Evidenz für das Vorhandensein dieser Gruppen besteht. Mittels anatomischer und molekularbiologischer Forschung konnten Wissenschaftler verschiedene Verwandtschaften zwischen Gruppen beweisen, die man vorher nicht vermutet hatte. Gruppen müssen aufgeteilt werden, neue Gruppen werden geformt. So wurde zum Beispiel bewiesen, dass die Klasse der Reptilien keinen Sinn ergibt, da das Krokodil näher mit den Vögeln verwandt ist, als mit den Schlangen. In diesen Unterlagen werden die Prinzipien der modernen Systematik zusammengefasst Warum einordnen? Es gibt viele Gründe, warum man die Lebewesen in Gruppen einordnen möchte: um zu verstehen wie sie in der Natur organisiert sind, welche Beziehungen sie zueinander haben, wie eine solch grosse Vielfalt entstehen konnte... Das Ziel der wissenschaftlichen Systematik ist das Verstehen und Strukturieren der immensen Vielfalt der Lebewesen. Im Atelier «Ordnung ist das halbe Leben!» werden Tiere nach ihrem Verwandtschaftsgrad eingeteilt. Dies gibt uns Informationen über die Entstehung der Arten und kann zum Beispiel helfen ihre Vielfalt zu erklären. Seit Darwin und seinem Werk Über die Entstehung der Arten aus dem Jahre 1859, weiss man, dass sich Arten auf natürlichem Weg durch verschiedene evolutive Prozesse verändern und neue Arten entstehen. Dies erklärt die grosse Vielfalt an Arten. Ziel der Systematik ist es nun, diese Evolution zu reflektieren, in dem Arten, welche miteinander näher verwandt sind in die gleiche Gruppe eingeteilt werden. Die Einordnung der Lebewesen nach Verwandtschaftsgrad widerspiegelt also die evolutive Geschichte des Lebens auf der Erde. Die Wissenschaft der stammesgeschichtlichen Entwicklung wird Phylogenie genannt Wie einordnen? Die Arten tragen das Erbe ihrer Vorfahren in sich. An Hand von Merkmalen, welche verschiedene Arten miteinander teilen, können Gruppen von nah verwandten Arten gebildet werden. Heute werden dazu anatomische, genetische und molekulare Merkmale verwendet. In der Primarschule werden nur die anatomischen Merkmale behandelt und für die Systematik benutzt. Man analysiert also die Merkmale, die eine Art hat und ordnet alle Arten mit dem gleichen Merkmalen in die gleiche Gruppe ein. Die phylogenetische Systematik wird oft durch einen phylogenetischen Baum dargestellt. Eine Gruppe besteht aus einem hypothetischen gemeinsamen Vorfahren und seinen Nachkommen. Je weiter aussen im Baum sich eine Gruppe befindet, desto mehr Merkmale haben sie gemeinsam (Beispiel: gemeinsame Merkmale der Gruppe «Tier»: Augen, Mund, Kopf; gemeinsame Merkmale der Gruppe «Säugetier»: Augen, Mund, Kopf, Innenskelett aus Knochen, Wirbelsäule, Schädel, 4 Beine, Fell, Milchdrüsen). Die Abb. 1 zeigt einen vereinfachten phylogenetischen Baum der Tiere, gut angepasst an das Niveau der Primarschule. 5

6 Ordnung ist das halbe Leben! - Die Systematik der Tiere Abb. 1. Vereinfachter Stammbaum. Übersetzt aus Comprendre et enseigner la classification du vivant, sous la direction de Guillaume Lecointre, Belin

7 5.1.3 Sortieren - ordnen - klassifizieren Diese drei Begriffe werden oft in Übungen im Zusammenhang mit der Klassifizierung gebraucht. Sortieren: Objekte werden nach binären Kriterien unterschieden und ausgewählt. Zum Beispiel: hat ein Merkmal/hat ein Merkmal nicht. Wird oft in Bestimmungsschlüssel gebraucht. (Abb. 2.) Ordnen: Elemente werden aufsteigend oder absteigend nach einem bestimmten Kriterium geordnet. Beispiel: Tödlichste Tiere auf der Welt (Abb.3.) Klassifizieren: Objekte werden nach bestimmten Kriterien in Gruppen gesteckt, so dass alle Objekte innerhalb der Gruppe die gleichen Kriterien erfüllen Abb. 2. Einfacher Bestimmunsschlüssel für Laubbäume Abb. 3. Die tödlichsten Tiere, angeordnet in absteigender Reihenfolge Die Werkzeuge zur Klassifizierung in der Primarschule In der Primarschule sind die Hauptwerkzeuge zur Klassifizierung die Fähigkeit zur Beobachtung und das Beherrschen vom Vokabular zum Beschreiben der Morphologie von Tieren. Damit können den Tieren Merkmale zugeordnet werden und diese können mit Tieren mit gleichen Merkmalen zusammen in eine Gruppe gesteckt werden. 7

8 5.1.5 Einige für die Klassifikation veraltete Begriffe Einige Begriffe können durchaus weiterhin in anderen Zusammenhängen gebraucht werden, sollten aber aus den untenstehenden Gründen nicht mehr im Kontext der Klassifikation gebraucht werden. Wirbellose: Die Arten dieser Gruppe wurden definiert durch etwas was sie nicht haben, nämlich Wirbel. Dies wird in der Systematik vermieden, denn sonst könnte man auch ein Auto oder ein Stein in diese Gruppe einteilen. Dazu kommt das diese Definition nichts aussagt über den Platz der Tiere im Stammbaum oder den Ursprung. Reptilien: Der Begriff «Reptilien» beschreibt Tiere mit kleinen bis grossen Hornschuppen auf der Haut, was aber aus der Sicht der Phylogenese keinen Sinn macht. Zur Gruppe der Reptilien zählte man die Schildkröten, Eidechsen, Schlangen, Brückenechsen (grosse Eidechsen aus Neuseeland), Doppelschleichen (unterirdisch lebende, schlangenartige Eidechsen) und Krokodile. Es gibt jedoch kein Merkmal, sei es anatomischer oder molekularer Art, das alle Reptilien und nur die Reptilien gemeinsam haben. Das Merkmal «Hornschuppen» kommt nicht nur bei den Reptilien vor, sondern ist auch auf den Füssen der Vögel zu finden. Zudem sind Krokodile näher mit den Vögeln verwandt als mit den restlichen «Reptilien». (Abb.4.) Fische: Wie bei der Gruppe der «Reptilien», macht auch der Begriff «Fische» keinen Sinn aus der Sicht der modernen Systematik. Auch hier gibt es kein Merkmal, welches nur in dieser Gruppe vorkommt und von einem gemeinsamen Vorkommen nur an diese Gruppe vererbt worden ist. Was man bei den Fischen findet, kann auch bei anderen Gruppen beobachtet werden. Abbildung 5 zeigt das die Gruppe der Fische nicht homogen ist. So haben zum Beispiel die Quastenflosser mehr gemeinsame Merkmale mit der Tetrapoden (Landwirbeltiere) als mit den anderen Fischen. Den Begriff Fische kann man heute noch gut in der Küche gebrauchen, in der modernen Systematik ist er jedoch unbrauchbar. Abb. 4. Phylogenese der Tetrapoden, zeigt das die Gruppe der «Reptilien» nicht homogen ist, es gibt keinen gemeinsamen Vorfahren von welchem alle Reptilien und nur die Reptilien abstammen. Dazu müssten die Vögel und die Säugetiere zur Gruppe der Reptilien gezählt werden. Übersertzt aus Comprendre et enseigner la classification du vivant, sous la direction de Guillaume Lecointre, Belin

9 Abb. 5. Phylogenese der Wirbeltiere mit 7 Gruppen, zeigt das der Begriff «Fische» nicht homogen ist. Es gibt keinen gemeinsamen Vorfahren von dem nur «Fische» abstammen. Übersetzt aus Comprendre et enseigner la classification du vivant, sous la direction de Guillaume Lecointre, Belin Vorschläge für Aktivitäten, Kommentare 1. Ein Besuch im Museum vor dem Museumsbesuch Aktivität obligatorisch Die Anleitung befindet sich auf dem Arbeitsblatt im Anhang. Ziel der Übung: Es gibt immer wieder Kinder, die noch nie in einem Museum gewesen sind. Deshalb ist es wichtig, sie auf den Besuch vorzubereiten. Im ersten Teil der Übung lernen die Kinder was in einem Naturhistorischen Museum ausgestellt ist und was man in einem Museum macht. Im zweiten Teil werden die Verhaltensregeln im Museum repetiert (gehen statt rennen, leise reden, mit den Augen schauen und nichts anfassen). 2. Systematik in Kisten nach dem Museumsbesuch Aktivität fakultativ Die Anleitung befindet sich auf dem Arbeitsblatt im Anhang. Ziel der Übung: die im Museum gelernte Systematik anwenden. Die Schüler erhalten die gleichen Tierarten wie bei der ersten Übung während des Ateliers. Anstatt einer intuitiven Gruppierung, sollten die Schüler diese Tiere nun nach phylogenetisch relevanten Merkmalen einteilen und in gezeichnete «Kisten» einordnen. Dann können die Gruppen sogar benannt werden. Lösungen auf Seite 11. 9

10 3. Systematik mit Stammbaum nach dem Museumsbesuch Aktivität fakultativ Die Anleitung befindet sich auf dem Arbeitsblatt im Anhang. Ziel der Übung: Übergang von der Systematik in Kisten zu einem Stammbaum, um besser zu verstehen, dass gemeinsame Merkmale von einem gemeinsamen Vorfahren stammen. Es ist wichtig, dass die Schüler auf den Astgabeln die gemeinsamen Merkmale der Tierarten auf den Astenden notieren. Lösungen auf Seite 12. Die schwarzen vertikalen Striche stehen für eine neue «Erfindung» der Evolution, welche alle an dahinterstehenden Arten teilen (oder sekundär verloren haben) und welche von einem gemeinsamen hypothetischen Vorfahren (den wir nicht kennen, wir können nur rekonstruieren, wie er war) stammen. Es können auch andere Tierarten auf diesem Baum platziert werden, es müssen aber vielleicht Äste dazu gefügt werden. Falls die Schüler Schwierigkeiten mit dieser Übungen haben sollten, hilft es eine Tabelle auszufüllen, mit den Tieren und ihren Merkmalen. Zum Beispiel: Mäusebussard Wels Ameise Augen X X X Innenskelett X X Aussenskelett X Strahlenflossen X 6. Dokumente und Quellen Comprendre et enseigner la classification du vivant, sous la direction de G. Lecointre, Belin 2005 Odysseo Sciences, 5e-6e, 26 enquêtes, p /7e-8e, 34 enquêtes, p et arbre en début de document, Magnard/CIIP, Disponible sur Classification phylogénétique du vivant, G. Lecointre et H. Le Guyader, Belin 2001 Leihdienst (Ausgestopfte Tiere, Fossilien,...) der Naturhistorischen Museums. Öffnungszeiten: Montag bis Freitag von 10:00-11:45 Uhr und von 14:00 bis 17:45 Uhr. Valise pédagogique «Les animaux en boîtes» disponible en prêt au Centre de documentation de la HEP. site intéressant sur le sujet, accessible pour les élèves. 10

11 Augen, Mund: Tiere Innenskelett: Wirbeltiere Strahlenflossen: Strahlenflosser Aussenskelett: Gliederfüsser 6 Beine, 2 Antenne: Insekten 4 Gliedmassen: Tetrapoden Federn, Schnabel: Vögel Fell, Milchdrüsen: Säugetiere 8 Beine : Spinnentiere 4 Finger an den Vordergliedmassen: Amphibien Beweglicher Kieferknochen: Schuppenkriechtiere Schale und/oder Kriechfuss: Weichtiere Abb. 6. Lösung der Aufgabe 2, gleicher Aufbau der Kisten wie im Atelier «Ordung ist das halbe Leben!» 11

12 Federn beweglicher Kieferknochen 4 Beine Fell Milchdrüsen Innenskelett 4 Finger an den Vordergliedmassen Strahlenflossen 8 Beine Augen Mund Aussenskelett 6 Beine 2 Antennen Schale und/oder Kriechfuss Abb. 7. Lösung der Aufgabe 3 und Stammbaum, so wie er im Atelier «Ordnung ist das halbe Leben!» benutzt wird. 12