Einführung in die Fotosynthese

Transkript

1 Lernaktivität Phänologie/Jahreszeiten Einführung in die Fotosynthese Ein GLOBE Umweltbildungsangebot Für die Schulstufe Sek I Sek II

2 Einführung in die Fotosynthese: Pflanzen benötigen Licht Ziel Die Schüler/-innen entwickeln ein Verständnis für die Reaktion von Pflanzen auf Licht.. Übersicht Die Schüler/-innen führen einfache Untersuchungen durch, um die Reaktion von Pflanzen auf Licht zu beobachten führen einzeln o in Gruppen ein Experiment durch, bei dem sie Papierchromatografie anwenden, um in Blättern vorkommende Pigmente zu trennen. Ergebnis für Schüler/-innen Die Schüler/-innen verstehen, dass sich bei Pflanzen selben Pflanzenart markante Unterschiede beobachten lassen, wenn diese unterschiedlichen Lichtverhältnissen ausgesetzt sind (z.b. Art des Lichts o Dauer des Lichteinflusses). Die Schüler/-innen werden befähigt, einfache Untersuchungen vorzubereiten durchzuführen methodenspezifische Fähigkeiten Fertigkeiten anzuwenden. Wissenschaftliche Konzepte Physik Biologie Chemische Reaktionen laufen in allen Bereichen Umwelt ab. Funktionen Organismen hängen mit ihrer Umgebung zusammen. Pflanzen Tiere haben Lebenszyklen. Alle Organismen müssen in einer ständig wechselnden Umgebung fähig sein, auf Ressourcen zurückzugreifen diese zu nutzen. Wissenschaftliche Untersuchungskompetenzen Beobachten Schlussfolgern Voraussagen Daten zusammenstellen Daten analysieren Vorbereitung Durchführung einfacher Untersuchungen Entwicklung Durchführung wissenschaftlicher Untersuchungen Anwendung angemessener Werkzeuge Techniken Entwicklung von Erklärungen Vorhersagen anhand Resultate Anwendung entsprechenden Mathematik, um die Daten zu analysieren

3 Zeitaufwand Zwei ganze Lektionen in den darauf folgenden zwei bis drei Wochen mehrere kurze Einheiten, um die Äste zu überprüfen Beobachtungen festzuhalten. Stufe Unter- Mittelstufe Benötigtes Material Kleine, braune Papiertüten Braune Papiertüten Farbige Plastikfolie Verschiedene Pflanzen mit Blättern (Zimmerpflanzen /o Aussenpflanzen) Diverse Lichtquellen (Glühbirne, kaltes warmes Neonlicht, Vollspektrumlicht, Sonnenlicht etc.) Massstäbe GLOBE-Lernjournal mit zwei Spalten, eine für Beschreibungen eine für Illustrationen. Vorbereitung Sammeln Sie verschiedene Pflanzen. Die Pflanzen sollten gross genug sein, damit die Schüler/-innen drei Äste einer Pflanze abdecken können. Ansonsten werden drei gleiche Pflanzen jedes Typs / je Art benötigt. Voraussetzungen Keine Hintergr Fotosynthese ist Prozess, in welchem Pflanzen, Algen Bakterien Lichtenergie nutzen, um aus Kohlendioxid Wasser Nahrung (Zucker) zu produzieren. Chlorophyll, ein Pigment, das Pflanzen ihre grüne Farbe verleiht, fängt Lichtenergie ein, welche diese Organismen nutzen, um Nahrung herzustellen. Organismen, die Fotosynthese betreiben, sind Produzenten, die Nahrung an nahezu alle Konsumenten auf Erde liefern. Für die meisten lebenden Organismen ist die Fotosynthese erste Schritt in Nahrungskette, welche die Lebewesen miteinan verbindet. Jedes Landtier hängt in gewissem Masse von grünen Pflanzen ab. Pflanzen, die Fotosynthese betreiben, beziehen Kohlendioxid aus Luft, Wasser aus dem Erdboden nutzen Sonnenenergie. Während Interaktion mit Chlorophyll wird ein Teil Lichtenergie genutzt, um Wassermoleküle in Wasserstoff Sauerstoff zu spalten. Mit Hilfe von Lichtenergie verbinden sich Wasserstoff Kohlendioxid bilden ein neues Molekül: Zucker. Der hergestellte Zucker wird Glukose genannt. Glukose ist die Nahrung, welche die Pflanzen zum Wachstum zu ihrem Erhalt benötigen. Der Fotosynthese-Prozess ist in unten stehenden Gleichung illustriert. Zucker, von Pflanze aus Kohlendioxid Wasser erzeugt wird, ist die einzige Nährstoffquelle, die unmittelbar als Energielieferant für die Herstellung von Zellmaterial genutzt o für später gespeichert werden kann. Wasser Mineralien, wie beispielsweise im Wasser gelöster Stickstoff Phosphor (die aus dem Boden stammen können), sind keine Energiequellen für Pflanzen o Tiere. Aus diesem Gr werden diese nicht als Nährstoffe für Pflanzen betrachtet, auch wenn sie für das Wachstum das Überleben benötigt werden.

4 Vorgehen die einzelnen Arbeitsschritte Vorbereitung 1.Stellen diskutieren Sie die folgenden Fragen: Was geschieht, wenn ich meine Lieblingspflanze aus dem Klassenzimmer für den Rest des Jahres in den Schrank stellen würde? Was könnte Gr dafür sein? Was brauchen Pflanzen zum Leben? Habt ihr schon einmal etwas von Fotosynthese gehört? Was wisst ihr darüber? (Gehen Sie hier jedoch noch nicht zu sehr ins Detail.) Glaubt ihr, dass Pflanzen unter je beliebigen Lichtquelle wachsen können? Was denkt ihr, passiert, wenn Bäume abgedeckt werden kein Licht zu ihnen durchdringt? Was könnten die Folgen von Lichtmangel abgedeckten Bäumen sein? Weshalb ist eurer Meinung nach das Überleben von Pflanzen wichtig? (Die Schüler/- innen müssen verstehen, dass Pflanzen aufgr Nahrungskette für Tiere lebensnotwendig sind.) 2. Erklären Sie den Schüler/-innen, dass sie einen Test durchführen werden, um herauszufinden, was passiert, wenn eine Pflanze o ein Teil von ihr kein Licht bekommt. Erforschen Hinweis: Anfänger/-innen müssen diese Aufgabe vermutlich in einer Gruppe lösen. Fortgeschrittene Schüler/-innen können selbstständig in kleinen Gruppen mit dem folgenden Arbeitsblatt arbeiten. 1. Diskutieren Sie gegebenenfalls mit den Schüler/-innen, welche Variablen (Dinge, die das Ergebnis Untersuchung veränn können) kontrolliert (o konstant gehalten) werden müssen, um aus Untersuchung einen gültigen Beweis für den Lichtbedarf zu erhalten, ohne dass ane Faktoren hinein spielen. Machen Sie den Schüler/-innen verständlich, dass, soweit möglich, alle Variablen gleich gehalten werden müssen, bis auf die Art o die Dauer Lichteinwirkung, die sie änn werden. 2. Lassen Sie jede Gruppe entscheiden, welchen Lichtaspekt sie testen möchte (Art Lichtquelle, Dauer Lichteinwirkung, Abstand von Lichtquelle). Jede Gruppe soll, abhängig von Variable, die sie für ihre Untersuchung gewählt hat, eine Voraussage darüber machen, was ihrer Meinung nach passieren wird. 3. Lassen Sie jede Gruppe ihre Untersuchung vorbereiten. Sorgen Sie für eine Reproduzierbarkeit Versuche, indem die Schüler/-innen mehr als eine Pflanze gleichen Art o mehr als einen Pflanzenteil pro Variable testen. Diskutieren Sie, falls nötig, mit je Gruppe, wie sie alle Variablen ausser gewählten kontrollieren. Wenn die Gruppe zum Beispiel eine spezifische Lichtquelle untersucht, sollte sie sich auch fragen, ob die Distanz zur Lichtquelle die Dauer Lichteinwirkung für alle Pflanzen gleich sind. 4. Lassen Sie jede Gruppe für die Variable, die sie untersucht, drei Pflanzen gleichen Art o drei Zweige selben Pflanze wählen. Dann wählen die Gruppen drei weitere Pflanzen/Zweige für ihren Kontrollversuch o es wird wenn möglich ein Kontrollversuch für die ganze Klasse vorbereitet. Die Schüler/-innen können je nach Grösse Verfügbarkeit ganze Pflanzen o nur Teile davon verwenden.

5 5. Jede Gruppe entscheidet selbst, wie oft die Pflanzen kontrolliert bzw. beobachtet Daten erhoben werden. Diskutieren Sie mit fortgeschrittenen Schüler/-innen, wie die einzelnen Gruppen vorgehen wollen, wenn sie quantitative Beobachtungen machen o quantitative Daten sammeln (werden Messungen von Blattlänge o -breite Pflanzenhöhe vorgenommen, wird die Anzahl ges o krank aussehen Blätter gezählt etc.?) 6. Stellen Sie sicher, dass die Schüler/-innen die Pflanzen regelmässig sorgfältig überprüfen ihre Beobachtungen (was gerade passiert), (weshalb es passiert ist) Voraussagen (was als nächstes passiert) ins Lernjournal eintragen zeichnen. Geben Sie den Gruppen regelmässig Zeit, um Beobachtungen, Voraussagen auszutauschen zu diskutieren. Stellen Sie sicher, dass die Schüler/-innen den Unterschied zwischen Beobachtungen kennen. Beobachtungen machen sie mit einem o mehreren fünf Sinne; hingegen ziehen sie, indem sie Vermutungen darüber anstellen, was zum beobachteten Resultat geführt haben könnte. Es ist wichtig, den Schüler/-innen diesen Unterschied regelmässig in Erinnerung zu rufen, damit diese eine klare Vorstellung davon haben, dass Beobachten Schlussfolgern zwei sehr unterschiedliche, für die Wissenschaft wichtige Fähigkeiten sind. Beim Voraussagen schliesslich überlegen sich die Schüler/-innen, was aufgr eines bestimmten Szenarios o unter den gegebenen Umständen passieren könnte. Es ist hilfreich, eine Tabelle mit den Spalten Beobachtung, Schlussfolgerung Voraussage zu erstellen jede Information in die passende Spalte einzutragen. Nennen die Schüler/- innen eine Schlussfolgerung werden müssen, bis auf die Art o die Dauer Lichteinwirkung, die sie änn werden. 6 CO2 + 6 H2O + Lichtenergie C 6 H12 O6 + 6 O2 Kohlen- Wasser Chlorophyll Glukose Sauerstoff dioxid Diskussion von Fragen Gesetzmässigkeiten Bitten Sie die Gruppen, die Resultate ihrer Untersuchungen an den Pflanzen zu präsentieren. Die Ergebnisse werden in Gruppe diskutiert. Fragen Sie die Schüler/-innen, weshalb sie ihrer Meinung nach zu diesen Resultaten gekommen sind. Wenn sie antworten, dass Pflanzen Licht brauchen, um zu leben o um ges zu sein, fragen Sie nach den Gründen dafür. Was denken die Schüler/-innen, wofür die Pflanzen Licht brauchen? Bei jüngeren Schüler/-innen, die sich unter Fotosynthese noch nichts vorstellen können, ist eine ausführliche Erklärung dieses Konzepts zu diesem Zeitpunkt noch nicht nötig. Es reicht, wenn sie verstehen, dass Pflanzen Nahrung brauchen sie bei sogenannten Fotosynthese mit Hilfe von Sonnenlicht Nahrung (in Form von Zucker) produzieren. Bei fortgeschrittenen Schüler/-innen mag es angebracht sein, das Thema Fotosynthese zu behandeln (siehe Hintergr) Informationen einzubeziehen, welche die Schüler/-innen zu ähnlichen Untersuchungen aner Forscher gelesen haben. Lernzielkontrollen Eintrag ins Lernjournal Lassen Sie die Schüler/-innen ihre Gedanken zu folgenden Fragen in ihre GLOBE- Lernjournale eintragen zeichnen: Weshalb sind Beobachtungen in Wissenschaft wichtig wie haben die Schüler/-innen diese Fähigkeiten bei ihren Tests bzw. Untersuchungen eingesetzt?

6 Weshalb ist es wichtig, die drei zu testenden Pflanzenzweige mit denselben Papiertüten zu bedecken die Pflanzen alle gleich zu giessen zu düngen? Wie weshalb reagieren Pflanzen auf unterschiedliche Lichtverhältnisse? Verwenden Sie das folgende Bewertungsschema, um die Aufzeichnungen zu beurteilen. Schüler/-innen Unterstufe, denen das Schreiben schwer fällt, können stattdessen mündlich befragt werden. Kriterienliste Verwenden Sie die Kriterienliste, um während des Unterrichts die Fähigkeiten Fertigkeiten Schüler/-innen zu dokumentieren. Lassen Sie die Schüler/-innen eine Pflanze o einen Teil einer Pflanze aus lokalen Umgebung beobachten. Weisen Sie die Schüler/-innen an, ausser dem Geschmackssinn möglichst viele Sinne einzusetzen. Die Schüler/-innen sollten in Lage sein, vier ihrer fünf Sinne (Sehen, Tasten, Hören, Riechen) zu benutzen. Halten Sie ihre (qualitativen /o quantitativen) Beobachtungen fest. Lassen Sie die Schüler/-innen plausible Erklärungen dafür ableiten, weshalb nicht alle Blätter einer Pflanze gleich sind. Verwenden Sie das folgende Bewertungsschema, um die Aufzeichnungen zu beurteilen. Schüler/-innen Unterstufe, denen das Schreiben schwer fällt, können stattdessen mündlich befragt werden. Einführung in die Fotosynthese Kriterienliste für die Lernzielkontrolle Kriterien Name Schüler/-in Erkennt kontrolliert Variablen Bereitet Untersuchung vor (einschliesslich Kontrollversuch) Beobachtet sorgfältig mithilfe von vier Sinnen; qualitative Beobachtungen Nimmt angemessene Messungen vor, quantitative Beobachtungen

7 Hält Daten fest (Beobachtung von Pflanzen) Führt plausible Gründe für Ergebnisse an Bewertungskriterien Einführung in die Fotosynthese Journal Bewertungsschema zur Leistungsbeurteilung Diskussion Wichtigkeit von Beobachtung Schlussfolgerung umfassendes Verständnis von Begriffen gibt mehrere gute Beispiele, weshalb diese wichtig sind Erklärt in eigenen Worten auf verschiedene Arten, weshalb Beobachtung Schlussfolgerung wichtig sind; zeigt Wichtigkeit anhand eines Beispiels auf Erklärt in eigenen Worten auf verschiedene Arten, weshalb Beobachtung Schlussfolgerung wichtig sind Verständnis Begriffe sowie eine gewisse Fähigkeit, en Wichtigkeit zu diskutieren mangelndes Verständnis Begriffe, Beobachtung /o Schlussfolgerung Diskussion Wichtigkeit, Variablen zu kontrollieren Notwendigkeit, Kontrollversuche durchzuführen Versteht die Variablen sowie die Notwendigkeit, diese zu kontrollieren Kontrollversuche durchzuführen; erkennt erklärt Gesetzmässigkeiten ausführlich, auch über diese Untersuchung hinaus Versteht die Variablen sowie die Notwendigkeit, diese zu kontrollieren Kontrollversuche durchzuführen; erkennt gewisse Gesetzmässigkeiten, auch über diese Untersuchung hinaus Versteht die Variablen sowie die Notwendigkeit, diese zu kontrollieren Kontrollversuche durchzuführen Versteht die Variablen, jedoch nicht die Notwendigkeit, diese zu kontrollieren Kontrollversuche durchzuführen Nennt einige Details, zeigt in Diskussion aber mangelndes Verständnis Variablen Notwendigkeit, diese zu kontrollieren

8 Diskussion wie weshalb Pflanzen auf Licht reagieren umfassendes Verständnis, wie weshalb Pflanzen auf Licht reagieren; nennt Beispiele, die über diese Untersuchung hinausgehen umfassendes Verständnis, wie weshalb Pflanzen auf Licht reagieren; nennt ein Beispiel, das über diese Untersuchung hinausgeht Kann in Diskussion Resultate Untersuchung, wie weshalb Pflanzen auf Licht reagieren, gut verallgemeinern Kann in Diskussion Resultate Untersuchung, wie weshalb Pflanzen auf Licht reagieren, verallgemeinern Versteht kaum, wie weshalb Pflanzen auf Licht reagieren Leistungsbeurteilung Einsatz von Beobachtungsfähigkeiten, um Daten zur lokalen Umgebung zu sammeln Schilt mehrere quantitative qualitative Beobachtungen, bei denen mehr als drei Sinne eingesetzt wurden; zieht keine Schilt mehrere quantitative qualitative Beobachtungen, bei denen drei Sinne eingesetzt wurden; zieht keine Schilt mehrere quantitative qualitative Beobachtungen; zieht keine Schilt einige eher oberflächliche Beobachtungen, die nicht quantifiziert wurden; zieht keine Schilt wenige oberflächliche Beobachtungen, die nicht quantifiziert wurden; zieht keine Leistungsbeurteilung Begründung von Ursachen gemachten Beobachtungen anhand gezogenen Diskutiert intensiv mindestens drei angemessene ; kann aufgr auch über die lokale Umgebung hinaus plausible Gesetzmässigkeiten aufzeigen Diskutiert intensiv drei angemessene, liefert unterstützende Argumente Formuliert mindestens drei angemessene, die Entwicklung entsprechen; können auch aus nur einem Satz bestehen Formuliert mindestens eine angemessene Schlussfolgerung, die Entwicklung entspricht Formuliert grösstenteils falsche