Didaktische FWU-DVD. Diffusion und Osmose

Transkript

1 Didaktische FWU-DVD

2 Zur Bedienung Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung (DVD-Player) oder der Maus (Computer) können Sie Menüpunkte und Buttons ansteuern und mit der OK-Taste bzw. Mausklick starten. Um das Arbeitsmaterial zu sichten / auszudrucken, legen Sie die DVD in das Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen den Ordner material. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen Überblick über den Aufbau der Tier- und Pflanzenzellen, lernen die Aufgaben, den Bau und die Funktionsweise der biologischen Membran kennen, kennen die Begriffe hydrophil und hydrophob und die Folgen, die von Stoffen mit diesen Eigenschaften ausgehen, verstehen die Phänomene Diffusion und Osmose an selektiv permeablen Membranen, erkennen den Unterschied zwischen aktivem und passivem Stofftransport, lernen Diffusions- und Osmoseexperimente kennen, können die genannten Phänomene modellhaft auf der Teilchenebene darstellen und erklären, unterscheiden die Begriffe hypo-, hyper- und isotonisch und können deren Auswirkungen auf Nachbarreaktionsräume vorhersagen, verstehen das Zustandekommen sowie die Folgen der Plasmolyse und Deplasmolyse in Tier- und Pflanzenzellen. erkennen die Bedeutung der Flüssigkeitsaufnahme für Lebewesen, beurteilen Gefahren und Notwendigkeiten von Salzen für den Körper, verstehen grundlegende Fachliteratur zur Diffusion, Osmose und osmotischem Druck, recherchieren Fachwissen aus verschiedenen Quellen, sind in der Lage, Experimente selbstständig durchzuführen und die Ergebnisse zu erklären, stellen komplexe Sachverhalte verständlich in eigenen Worten dar, diskutieren basierend auf einem Lehrinhalt Sachverhalten unterschiedlichster Fach- und Alltagsbereiche. 2

3 Zum Inhalt (Film 18 min) Ein Teebeutel wird ins heiße Wasser getaucht, Stoffe verteilen sich in Zellen und über ihre (selektiv permeablen) Grenzmembranen, eine Zuckerlösung kann durch Wasser nach oben gedrückt werden, Pflanzen welken, geschlucktes Salzwasser kann lebensgefährlich sein und Guppys sind Fische, die in Salz- und Süßwasser leben können. All dies sind ausgewählte Beispiele, die auf dem Prinzip der Diffusion bzw. der Osmose mit all den daraus resultierenden Folgen basieren. Wie genau funktioniert aber diese Diffusion bzw. die Osmose? Was geschieht auf der Teilchenebene, um diese Phänomene zu erklären? Diese und andere spannende Fragen werden in diesem Film beantwortet. Sequenzen des Films Lebewesen bestehen aus Zellen (Filmsequenz 1:40 min) Um zu den Membranen, welche Zellen umgeben und die im Inneren für abgetrennte Reaktionsräume sorgen, hinzu- 3

4 führen, wird die Bedeutung der biologischen Zelle für die Lebewesen auf - gegriffen. Diese kleinsten Baueinheiten eines Körpers treten in den verschiedensten Arten auf. Der Trickfilm stellt modellhaft, die Einteilung in die verschiedensten Bereiche der Zelle, wie z. B. Zellkern oder Mitochondrien, vor. Aufbau der Zellmembran (Filmsequenz 3:20 min) Diese Sequenz beginnt mit dem Aufbau der Membranen, wobei auf die Eiweiße, die Phospholipide und das aus deren Eigenschaften (hydrophil bzw. hydrophob) und Anordnungen resultierende Flüssig-Mosaik-Modell besonders eingegangen wird. Die Grundlage für die Osmose wird bei der Betrachtung der Durchlässigkeit der Membranen gelegt. Das besondere Augenmerk fällt hierbei auf die Möglichkeiten der Stoffaufnahme bzw. abgabe eines offenen Systems. Diffusion (Filmsequenz 3:30 min) In dieser Sequenz wird mit Hilfe von Animationen anschaulich die wärmeabhängige brownsche Molekularbewegung erarbeitet. Auf der Teilchenebene werden zunächst die aus der Bewegung resultierenden Abstoßungsreaktionen der Teilchen behandelt. In diesem Zusammenhang findet die Sequenz eine Verbindung zu den Aggregatzuständen. Die Diffusion wird am Experiment der Durchmischung von gelöstem Kochsalz in Wasser erarbeitet. Basierend auf der Kenntnis des Diffusionsphänomens wird die Abhängigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit von der Temperatur, der Teilchengröße 4

5 und des -gewichts sowie des Konzentrationsgefälles veranschaulicht. Osmose (Filmsequenz 4:10 min) Basierend auf dem erworbenen Wissen über den Membranaufbau, die Teilchen und deren Diffusionsvermögen werden die Folgen erläutert, die sich für den Konzentrationsausgleich an selektiv permeablen Membranen ergeben. Als Alltagsbezug greift die Sequenz die Durchlasskontrolle der Zellmembranen bzgl. der vom Blut transportierten Stoffe auf. Dargelegt wird der Sachverhalt, indem das bekannte reale Diffusionsexperiment mit schwarzem Tee der Animation eines Stoffausgleichs an einer selektiv permeablen Membran gegenübergestellt wird. Der definierte Begriff der Osmose wird anschließend an einem realen Experiment mit einer Zuckerlösung, die durch eine selektiv permeable Membran von reinem Wasser getrennt ist vertiefend eingeübt und veranschaulicht. Abschließend werden die Geschehnisse, die einen osmotischen Druck verursachen, dessen Folgen und die entgegenwirkenden Kräfte aufgezeigt. Passiver Transport (Filmsequenz 2:50 min) Diese Sequenz beleuchtet zunächst die Energiebilanz von. Der eingeführte Begriff des passiven Transports wiederholt die Grundvoraussetzungen von Konzentrationsunterschieden und weist auf den Verlust des Einflusses der Zellen und der Membranen auf die Durchlasskontrolle zugunsten des Wegfalls weiterer Energiekosten 5

6 hin. Gestützt auf die Kenntnisse biologischer Membranen wird die leichte Diffusion von kleinen und fettlöslichen Teilchen an selektiv permeablen Membranen dargestellt. In diesem Zusammenhang wird auf die Notwendigkeit von Kanälen und Tunnelproteinen eingegangen, die den Durchlass für hydrophile und größere Teilchen zulassen. Die Bedeutung der in, an und durch Zell- und Organellmembranen rundet das Thema schließlich ab. Vertieft wird das Wissen durch den Alltagsbezug von der Zuckerzugabe zu schwarzem Tee. Eine Ergänzung findet der Inhalt durch Energie verbrauchende aktive Transportprozesse, die für den Stoffaustausch und die Kommunikation eines somit offenen aber regulierten Systems unverzichtbar sind. Hypertonisch, isotonisch & hypotonisch (Film 10 min) In diesem Film wird am Beispiel des welkenden Salats und des mikroskopischen Präparats einer Zwiebelhaut auf die Begriffe hyper-, iso- und hypotonisch hingeführt. An Videoaufnahmen von mikroskopischen Präparaten in Verbindung mit Trickfilmmodellen werden die Einflüsse von Lösungen unterschiedlichster Konzentrationen auf die biologischen Zellen gezeigt und mit Fachbegriffen klar erläutert. In diesem Zusammenhang wird der Fokus auf die beiden Phänomen der Plasmolyse und der Deplasmolyse gerichtet. Ein Vergleich im Trickfilmmodell, der parallel die unterschiedlichen Auswirkungen verschieden konzentrierter Salzlösungen auf Zellen darstellt und den bisherigen Lehrinhalt 6

7 wiederholt, rundet die Thematik hier gelungen ab. Im weiteren Verlauf des Films werden die erworbenen Grundlagen auf die Folgen von hyper-, iso- und hypotonischen Lösungen auf Blutzellen übertragen, wobei die drei Fachbegriffe nacheinander an diesem Beispiel mit realen Aufnahmen erarbeitet und abschließend miteinander im Modell verglichen werden. Den Abschluss bilden gesundheitliche Aspekte, die die Wirkungsweise von Infusionen und gesunder Ernährung und die Notwendigkeit ausreichender Flüssigkeitszufuhr in den Vordergrund stellen. Grafiken Konzentrationsgefälle Mit der Darstellung eines Konzentrationsgefälles ist diese Grafik geeignet, den Verlauf der Diffusion zu diskutieren. Konzentrationsausgleich Die Grafik zeigt den Konzentrationsausgleich nach erfolgter Diffusion. Selektiv permeable Membran In dieser Grafik ist eine selektiv permeable Membran dargestellt. Sie ist geeignet, den Verlauf der Osmose zu diskutieren. Wasserliebend und wasserabweisend Auf dieser Grafik ist eine Membran mit hydrophilen und hydrophoben Komponenten dargestellt. 7

8 Didaktische Hinweise Die Filme sowie die Arbeitsmaterialien ermöglichen es den Schülerinnen und Schülern (SuS), die Grundlagen der Fachbereiche Diffusion, Osmose, Zellaufbau, Membranstrukturen und aufgaben, basierend auf den Grundeigenschaften der Teilchen und Stoffebene, sowie deren Wechselbeziehungen zu ermessen. Dabei werden notwendige Grundlagen des Biologie-, Chemie- und Physikunterrichts exakt zu dem behandelnden Stoff wiederholt bzw. eingeführt. Dies führt dazu, dass die SuS den Unterschied und die Zusammenhänge beider Schwerpunkte nachvollziehen und verbalisieren können. Ein besonderes Augenmerk wird auf den in großen Umfang dargebotenen Modellvorstellungen gelegt, mit deren Hilfe Alltagsphänomene verschiedenster Art erarbeitet und diskutiert werden können. Die Arbeitsmaterialien und die Filme ergänzen sich hier nicht nur, sondern sind auf die verschiedenen Jahrgangsstufen mit unterschiedlicher Informationstiefe abstimmbar. So ergeben sich diverse Einsatzmöglichkeiten für Film und Arbeitsmaterialien: a) Um mittels Einstieg in eine Unterrichtseinheit einen Gesamtüberblick über deren Inhalt zu gewinnen. b) Als abschließende Zusammenfassung am Ende einer Unterrichtseinheit. c) In Teilen passend ausgewählt zu den jeweiligen Abschnitten der Unterrichtseinheit. d) Als fächerübergreifendes und fächerverbindendes Lehrmaterial. e) Ergänzung zu den im Lehrplan vorgesehenen fachlichen Basisinhalten. Der Lehrkraft wird die entscheidende Rolle zuteil, den Schülern klar zu machen, dass rein phänomenologische Beobachtungen einer Erklärung auf Teilchenebene bedürfen. Hier ist es unverzichtbar, die Bedeutung, Gültigkeit und Aussagekraft von Modelldarstellungen zu vermitteln oder zu wiederholen. Basierend auf der aktiven Auseinandersetzung mit den kognitiven Inhalten entstehen so Verbindungen zwischen den unterschiedlichsten naturwissenschaftlichen Phänomenen, die durch den Fokus auf die Grundinhalte der Produktion fachübergreifend und fächerverbindend erklärt werden können. Vertiefend und ergänzend sind dabei die fünf beigefügten Arbeitsblätter einsetzbar, die je nach Unterrichtsfach und Jahrgangsstufe eine unterschiedlich starke 8

9 Arbeitsmaterial Gewichtung erfahren. Somit erfährt die Produktion eine vielfältige nicht nur auf wenige Lehrinhalte konzentrierte Einsatzmöglichkeit quer durch alle Jahrgangsstufen und naturwissenschaftlichen Unterrichtsfächer. Als Arbeitsmaterial steht Ihnen ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen sowohl als PDFals auch als Word-Dateien vor: Die PDF-Dateien können direkt am Computer ausgefüllt oder ausgedruckt werden. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen, als PDFs zum Ausfüllen; z. T. differenziert) Grafiken Filmkommentare Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz der Filme, der Grafiken und der ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Stoffe verteilen sich Die Diffusion 2) Kreuzworträtsel 3) Osmose im menschlichen Körper Haut 4) Experiment: Tinte verteilt sich in Wasser 5) in Süß- und Salzwasser Konzentrationsgefälle Konzentrationsausgleich Selektiv permeable Membran Wasserliebend und wasserabweisend Filmkommentare als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Programmstruktur Hauptmenü Film 18 min Sequenzen Untermenü Hypertonisch, isotonisch & hypotonisch Film 10 min Lebewesen bestehen aus Zellen Aufbau der Zellmembran 1:40 min 3:20 min Diffusion Grafik Diffusion 3:30 min Osmose Grafik Osmose 4:10 min Arbeitsmaterial Passiver Transport 4:10 min Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 5 Arbeitsblätter (mit Lösungen) 4 Grafiken Filmkommentare Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben 10

11 Produktionsangaben (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2014 DVD-Konzept FWU Institut für Film und Bild, 2014 DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2014 Cover Hemera thinkstock Didaktische Fachberatung Monique Meier Arbeitsmaterial und Begleitheft FWU Institut für Film und Bild, 2014 Pädagogischer Referent im FWU Daniel Schaub Produktionsangaben zu den Filmen & Hypertonisch, isotonisch & hypotonisch Produktion SchwabenFilm im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2014 mit Sven Falge Felix Karliczek, Markus Matschke. Thomas Trautsch Drehbuch Markus Matschke Regie, Ausführende Produktion Sven Falge, Markus Matschke Kamera Markus Matschke, Felix Karliczek, Thomas Trautsch Schnitt, Animation & Mikroskopieaufnahmen Felix Karliczek 3D-Animation Blut Markus Matschke Musik Bluevalley Sounddesign & Mischung Tobias von Brockdorff TONSCHIEBER Tonstudio Stuttgart Sprecher Fabian Gröver Buch Meike Brinkmann Didaktische Fachberatung Monique Meier Redaktion Daniel Schaub Vielen Dank an Sportschule Park, Heike Bührer, Tatiana Falge, Andreas Isking, Steffen Kayser, Roland Haaga Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2014 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Sie finden ständig in unserem Körper und unserer Umwelt statt und dennoch sehen wir diese lebensnotwendigen Prozesse selten:. Die FWU-Produktion stellt die beiden Prozesse anschaulich und klar voneinander differenziert dar. Zusätzlich stehen Arbeitsblätter, didaktische Hinweise und weitere ergänzende Unterrichts materialien zur Verfügung. Erscheinungsjahr: 2014 Laufzeit: 28 min Filme: 2 Sequenzen: 5 Grafiken: 4 Sprache: Deutsch DVD-ROM-Teil: Arbeitsblätter: Adressaten: Unterrichtsmaterialien 5 (mit Lösungen, als PDFs zum Ausfüllen) Allgemeinbildende Schule (Klasse 8-11) Schlagwörter: Aggregatzustand, brownsche Molekularbewegung, Deplasmolyse, Druck, Flüssigkeit, hydrophil, hydrophob, lipophil, lipophob, Membran, Konzentration, Konzentrationsausgleich, Konzentrationsgefälle, Lebewesen, Lösung, Molekularbewegung, Plasmolyse, Stofftransport, Stoffaustausch, Zelle Systematik: Chemie Biologie Physik Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG Allgemeine Chemie Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen Chemisches Gleichgewicht und seine Beeinflußung Arbeitsmethoden, Untersuchungsmethoden Physikalische Chemie Chemische Thermodynamik Chemische Kinetik Biochemie Stoffwechselvorgänge Angewandte Chemie Chemie in Alltag und Umwelt Allgemeine Biologie Biochemie, Biophysik, Zellenlehre Chemisches Gleichgewicht und seine Beeinflußung Arbeitsmethoden, Untersuchungsmethoden Wärmelehre Wärmetheorie Biophysik GEMAFREI FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de