Didaktische FWU-DVD. Der Stickstoffkreislauf

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. Hauptmenü führt zurück zum Hauptmenü. zurück führt zum jeweils übergeordneten Menü. Über Info ein / Info aus können Zusatzinformationen ein-/ausgeblendet werden. Mit den Buttons > und < können Sie zwischen Bildern/Grafiken vor-/zurückblättern. 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 leiten Reaktionsgleichungen zu einzelnen chemischen Prozessen im Stickstoffkreislauf her und beschreiben diese; beschreiben den Stoffkreislauf des Stickstoffs aus biologischer und chemischer Perspektive; beschreiben die nahrungsbedingten Wechselwirkungen zwischen Organismen zur Aufnahme und Weitergabe von stickstoffhaltigen Verbindungen; kommunizieren und argumentieren die Prozesse im Stickstoffkreislauf in Einzel- und/oder Gruppenarbeit; erklären das biologische Phänomen zur Bedeutsamkeit von Stickstoff und setzen Alltagsvorstellungen zur Düngung in der Landwirtschaft damit in Beziehung; interpretieren und beschreiben themenbezogene Diagramme unter Verwendung von Fachsprache; recherchieren die Eigenschaften von Stickstoff selbstständig in unterschiedlichen Medien und stellen ihre Ergebnisse fachgerecht dar; diskutieren und bewerten den Einsatz von Stickstoffdünger aus biologischer und chemischer Perspektive. 2

3 Zum Inhalt (Film 15 min) Der Film gibt einen kurzen Überblick über die Bedeutsamkeit von Stoffkreisläufen im Allgemeinen und einen vertieften Einblick in den Ablauf des Stickstoffkreislaufes. Dabei werden die einzelnen Prozesse zur Umwandlung, Weitergabe und Wiederaufbereitung des molekularen Stickstoffs in verwertbare stickstoffhaltige Verbindungen anschaulich erklärt. Menü (Sequenzen) Einführung (Filmsequenz 1:40 min) Während die Energie der Sonne eine unerschöpfliche Quelle für Lebensprozesse der (grünen) Pflanzen zu sein scheint, bilden die lebensnotwendigen chemischen Elemente zum Aufbau von organischen Verbindungen sowohl für Pflanzen als auch für Tiere einen limitierenden Lebensfaktor. Stoffkreisläufe beschreiben die für das Leben auf der 3

4 Erde notwendigen Recyclingprozesse, in denen diese essentiellen Elemente über Auf- und Abbauvorgänge in verschiedenen Organismen und Biotopen zirkulieren. (Filmsequenz 3:00 min) Als Bestandteil von Aminosäuren und Proteinen ist Stickstoff essentiell für alle Lebewesen. Ausgehend vom Element Stickstoff, seinen Eigenschaften und seiner 4

5 Bedeutung für das Leben von Organismen stellt sich die Frage: Wie kommen wir, Tiere oder Pflanzen an den dringend benötigten Stickstoff? Die Stickstofffixierung (Filmsequenz 2:00 min) Dieser essentielle Prozess beinhaltet die Umwandlung (Reduktion) des inerten, molekularen Stickstoffs zu Verbindungen, die reaktiver und insbesondere für die Pflanzen bioverfügbarer sind. Die Nitrifikation (Filmsequenz 1:00 min) Der Prozess zur bakteriellen Oxidation von Ammoniak zu Nitrat spielt eine große Rolle im Stickstoffkreislauf, da das durch die biotische Stickstofffixierung aus Luftstickstoff und durch Destruenten aus abgestorbener Biomasse frei gesetzte Ammoniak in Nitrat überführt wird. Dieser stickstoffhaltige Mineralstoff kann von den Pflanzen über die Wurzel aufgenommen werden. Funktionell und chemisch kann dieser Vorgang der Nitrifikation über zwei Teilprozesse beschrieben werden. Die Teilprozesse werden von unterschiedlichen Bakterien durchgeführt um ausreichend Energie für ihre Lebensprozesse zu generieren. Die Stickstoffassimilation (Filmsequenz 1:00 min) Die Vorgänge zu Stickstoffassimilation von bzw. in unterschiedlichen Organismen machen deren nahrungsbedingtes Zusammenspiel deutlich. Die Stickstoff- 5

6 assimilation von Pflanzen vollzieht sich über die Aufnahme von Ammonium und / oder Nitrat und deren Umwandlung in körpereigene, organische Verbindung (z. B. Aminosäuren). Menschen und Tiere sind als Konsumenten (1. bis 3. Ordnung) von der Stickstoffassimilation durch Mikroorganismen und Pflanzen abhängig, da sie nur den über die Nahrung aufgenommenen Stickstoff in organischen Verbindungen verwerten können. Die Ammonifikation (Filmsequenz 1:30 min) Weitere Mitglieder im beschriebenen Nahrungsgefüge / -netz innerhalb eines Ökosystems sind die Destruenten. Sie vollenden den Stoffkreislauf des Stickstoffs, indem sie abgestorbene, organische Substanzen abbauen und zu anorganischem Material reduzieren. Pflanzen und andere Bodenbakterien können das hierbei entstandene und abgegebene Ammonium wieder als Stickstoffquelle nutzen. Denitrifikation (Filmsequenz 1:20 min) Obwohl sich das Recyceln von im Nitrat gebundenem Stickstoff zu molekularen Stickstoff über sogenannte denitrifizierende Bakterien nicht als vorteilhaft für Produzenten und Konsumenten darstellt, handelt es sich um einen wesentlichen Teilprozess im Stickstoffkreislauf. Die Denitrifikation ist der einzige (sauerstoffverbrauchende) Stoffwechselweg, bei dem wieder molekularer Stickstoff entsteht und in die Atmosphäre ge langt. 6

7 Mit der Zersetzung von Kot und Kadavern durch die Destruenten und dem oxidativen Energiestoffwechsel von Denitrifikanten in einem Ökosystem entstehen wieder Stickstoffmoleküle, die in die Atmosphäre gelangen. Der Kreislauf des Stickstoffes schließt sich und die Stickstoffatome starten eine neue Runde. Stickstoff in der Luft (Grafik) In dieser Grafik wird anschaulich die chemische Zusammensetzung der Luft dargestellt. Stickstoff im Menschen (Grafik) In dieser Grafik wird anschaulich die chemische Zusammensetzung eines Menschen dargestellt. Zusammenfassung (Filmsequenz 1:40 min) beschreibt die stetige Wanderung und Umsetzung des elementaren Stickstoffs in der Atmosphäre, im Gewässer, im Boden und in organischer Biomasse von Lebewesen. 7

8 Verwendung im Unterricht Die vorliegende Produktion zum Stickstoffkreislauf ist für den Biologie- und Chemieunterricht in der Sekundarstufe I (ab Klasse 8) ausgelegt. Die Inhalte bilden vielseitige Anknüpfungspunkte für einen fächerübergreifenden Unterricht sowohl in den besagten Fächern als auch zu physikalischem Themen (z. B. Tieftemperaturphysik, flüssiger Stickstoff). Die Schülerinnen und Schüler erhalten die Möglichkeit, sich insbesondere aus biologischer Perspektive ein vertieftes Verständnis zu den Prozessen, der Funktion und der Bedeutung des Stickstoffkreislaufes zu erarbeiten. Die Produktion bietet eine Vielzahl an unterschiedlichen Medien (Film, Sequenzen, Grafiken), die in verschiedenen Unterrichtseinheiten eingesetzt werden können. Es ist hilfreich, sich zunächst die Programmstruktur zur Hand zu nehmen, die einen Überblick über die vorhandenen Medien gibt. Ergänzend werden zahlreiche Arbeitsblätter angeboten. Die Datei unter der Rubrik Verwendung im Unterricht gibt Hinweise zum Unterrichtseinsatz sowie detaillierte Beschreibungen der vorhandenen Materialien. Die Produktion behandelt folgende Themenschwerpunkte: Prozesse im Stickstoffkreislauf: Abiotische und biotische Stickstofffixierung Nitrifikation Stickstoffassimilation Ammonifikation Denitrifikation Stickstoff Bedeutung und Funktion: Das Element Stickstoff Stickstoff-Düngung 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial stehen Ihnen Hinweise zur Verwendung im Unterricht, Arbeitsblätter (mit Lösungen) und 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 ausgedruckt werden. Die PDF-Dateien zum Ausfüllen können direkt am Computer ausgefüllt, abgespeichert und ausgedruckt werden. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Verwendung im Unterricht Arbeitsblätter (mit Lösungen und als PDFs zum Ausfüllen) Grafiken Filmkommentar Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links Materialien Hinweise zum Einsatz der DVD im Unterricht 1) Das chemische Element Stickstoff 2) Rätsel & Glossar 3) Stickstofffixierung 4) Nitrifikation 5) Assimilation und Ammonifikation 6) Nahrungsbeziehungen 7) Stickstoffkreislauf 1) Mensch 2) Luft 3) Stoffkreislauf 4) Stickstoffkreislauf 5) Düngung 6) Knollenertrag Filmkommentar als PDF-Dokument ausführliches Begleitheft Didaktische DVD Web-DVD (Online-Fassung der Produktion) Info zu ergänzenden Medien kommentierte Linksammlung zum Thema 9

10 Programmstruktur Hauptmenü Untermenü Film 15 min Sequenzen Stickstoff in der Luft Grafik Stickstoff im Menschen Grafik Arbeitsmaterial Einführung 1:40 min Die Stickstofffixierung Die Nitrifikation Die Stickstoffassimilation Die Ammonifikation Die Denitrifikation 3:00 min 2:00 min 1:00 min 1:00 min 1:30 min 1:20 min Zusammenfassung 1:40 min Arbeitsmaterial Verwendung im Unterricht Arbeitsblätter (mit Lösungen) Filmkommentar Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links 10

11 Produktionsangaben Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2012 Konzept Monique Meier, Daniel Schaub DVD-Authoring und Design msm-studios GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2012 Bildnachweis FWU Institut für Film und Bild Cover: thinkstockphotos.de Arbeitsmaterial Monique Meier Begleitheft Monique Meier, Daniel Schaub Fachberatung Ulrich Hammon Pädagogischer Referent im FWU Daniel Schaub Sprecherin Beate Reker 2D-/3D Animation Michael Tewiele 2D-Animation Aike Arndt Musik und Mastering Florian Bodenschatz Sounddesign und Voice Editing Anja Driemecker Tonstudio Bernward Müller Soundatelier Münster Schnitt Michael Tewiele Redaktion Daniel Schaub Ein herzliches Dankeschön für die freundliche Unterstützung Mareike Kischke, Christine Tewiele, Josef Tewiele Produktionsangaben zum Film Produktion Michael Tewiele im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2012 Drehbuch Daniel Schaub, Martin Teigeler, Michael Tewiele Regie Michael Tewiele Kamera Michael Tewiele Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2012 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 Alle Lebewesen der Erde benötigen Stickstoff. Ein Großteil des Stickstoffs ist in der Atmosphäre als Gas vertreten. In dieser Form kann er allerdings von kaum einem Lebewesen verwertet werden. Die FWU-Produktion zeigt, wie der Stickstoff-Kreislauf funktioniert: Aus der Luft gelangt Stickstoff über Bakterien in Pflanzen und Tiere. Über ihre Ausscheidungen oder nach deren Tod gelangt er zurück in die Luft und der Kreislauf schließt sich. Erscheinungsjahr: 2012 Laufzeit: 15 min Filmsequenzen: 8 Grafiken: 2 Sprache: Deutsch DVD-ROM-Teil: Arbeitsblätter: Adressaten: Unterrichtsmaterialien 7 (mit Lösungen und als PDFs zum Ausfüllen) Allgemeinbildende Schule (Klasse 8-11) Schlagwörter: Aminosäure, Ammoniak, Ammonifikation, Ammonium, Assimilation, Biomasse, Denitrifikation, Destruent, Düngung, Element, Fixierung, Konsument, Lebewesen, Mensch, Nitrat, Nitrat, Nitrifikation, Organismus, Pflanze, Produzent, Protein, Stoffkreislauf, Tier, Umwandlung, Zusammensetzung Systematik: Chemie Biologie Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG Anorganische Chemie Elemente, Verbindungen, Redoxreaktionen, Säure-Base Reaktionen Biochemie Molekulare Grundlagen der Organismen, Stoffwechselvorgänge Angewandte Chemie Chemie in Alltag und Umwelt Allgemeine Biologie Biochemie Mikroorganismen Bakterien Zoologie Allgemeine Zoologie Stoffwechsel Ökologie Stoffkreisläufe Berufliche Bildung Agrarwirtschaft Pflanzliche Produktion, Bodenkunde und Kulturtechnik Geographie Geoökologie Ökosystem GEMAFREI Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC: DVD-Laufwerk und DVD- Player-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/ Vista/Windows 7 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