M1b Lehrerinfo

1. Modul: Pflanzen produzieren in grünen Pflanzenorganen den Nährstoff Stärke

Modul 1b: Die SuS können Erklärungsansätze für unterschiedliche Ernteerträge bei Kartoffeln mit Hilfe experimenteller Daten bewerten

In Modul 1b werden die Erklärungsansätze der SuS aus 1a experimentell überprüft. Dazu wird der Erkenntnisweg in den Naturwissenschaften (1. Beobachtung/Frage, 2. Vermutung, 3. Experiment, 4. Auswertung) eingeführt. Er sollte im Folgeunterricht weiter konsequent verwendet werden.

Die in der UE Fotosynthese vorrangig berücksichtigten Erkenntniswege beziehen sich auf das Experimentieren und damit auf das Aufdecken kausaler Zusammenhänge, wie sie im Bereich der Physiologie (und in den Nachbardisziplinen Physik und Chemie) typisch sind. Die drei anderen Erkenntniswege der Biologie (Beobachten, Vergleichen, Ordnen) decken korrelative Zusammenhänge auf und sind eher für andere Teilbereiche der Biologie typisch (Ökologie, Morphologie, Evolution). Sie können hier daher keine Berücksichtigung finden.

Jüngere empirische Untersuchungen (z.B. Grube 2010, Wellnitz & Mayer 2008, 2012 ^[1] ) legen nahe, dass der Bereich der Erkenntnisgewinnung für alle vier biologischen Erkenntniswege in vier unabhängig förderbare Teilkompetenzen zerlegbar ist, nämlich [1] Fragestellung, [2] Hypothese, [3] Planung von Experimenten und [4] Auswertung. Diese Zerlegung in Teilkompetenzen ist gleichzeitig ein möglicher Ansatz für unterrichtliche Differenzierungen im Anforderungsniveau (siehe Tabelle 1). [detaillierte Informationen s. 201_201_Praesentation_UE_Fotosynthese.pptx]

Tabelle 1 : Mögliche Anforderungsniveaus im Bereich Erkenntnisgewinnung (Beispiele). „Denkanstöße“ können Impulse seitens der Lehrkraft, z.B. in Form von „Hilfekärtchen“ sein.

Niveaustufe	Fragestellung	Hypothese	Planung	Auswertung
sehr hoch	ohne Vorgaben	ohne Vorgaben	ohne Vorgaben	ohne Vorgaben
hoch (Beispiel I)	mit Denkanstoß	mit Denkanstoß	ohne Vorgaben	ohne Vorgaben
hoch (Beispiel II)	vorgegeben	mit Denkanstoß	ohne Vorgaben	ohne Vorgaben
mittel (Beispiel I)	mit Denkanstoß	mit Denkanstoß	mit Denkanstoß	ohne Vorgaben
mittel (Beispiel II)	mit Denkanstoß	mit Denkanstoß	vorgegeben	ohne Vorgaben
gering (Beispiel I)	mit Denkanstoß	mit Denkanstoß	mit Denkanstoß	mit Denkanstoß
gering (Beispiel II)	mit Denkanstoß	vorgegeben	mit Denkanstoß	mit Denkanstoß
niedrig (Beispiel I)	vorgegeben	vorgegeben	mit Denkanstoß	mit Denkanstoß
niedrig (Beispiel II)	vorgegeben	vorgegeben	vorgegeben	ohne Vorgaben

Zu Beginn der Kompetenzentwicklung im Bereich Erkenntnisgewinnung ist es ratsam, den SuS die Teilschritte des Erkenntnisweges auf einem möglichst niedrigen Anforderungsniveau zu verdeutlichen. Die nachfolgend beschriebenen Materialien können als Anhaltspunkte für die Arbeit im Unterricht dienen. Das konkrete Vorgehen muss aber an die von den SuS erarbeiteten Erklärungsansätze (s. Modul 1a, E1- E6) anknüpfen.

Bei SuS ist häufig die Fehlvorstellung anzutreffen, dass Pflanzen ihre Nahrung aus dem Boden ziehen. Sie kann mit dem Experiment von van Helmont aufgegriffen werden, das hier in einer klassischen und in einer modifizierten Variante angeboten wird (s. van_Helmont_klassisch und
van_Helmont_modifiziert ). Beide Varianten betonen die Teilschritte der Erkenntnisgewinnung. Das Experiment kann die Fehlvorstellungen der SuS nicht befriedigend klären und benötigt daher ein Folgeexperiment
(s. van_Helmont_klassich_II bzw. van_Helmont_modifiziert_II ).

Weitere Experimente sollen die Fotosynthese als Erklärungsmodell in den Mittelpunkt rücken. Dazu kann der Erkenntnisweg an den folgenden drei Fragen bearbeitet werden:

1. Produzieren Pflanzen die Stärke in den Blättern?
   (siehe dazu Stärkeproduktion_im_Blatt )
2. Benötigen Pflanzen Licht zur Produktion von Stärke?
   (siehe dazu Licht_zur_Stärkeproduktion )
3. Hängt die grüne Farbe der Pflanzen mit der Produktion von Stärke zusammen? (siehe dazu Blattgrün_und_Stärkeproduktion )

Für alle drei Fragen kann dasselbe experimentelle System verwendet werden. Siehe dazu Lehrerhinweis_Staerkenachweis .

zu 1. Stärkenachweis in grünen Blättern
(siehe dazu Stärkeproduktion_im_Blatt ). Diesem Experiment kann eine Organizerfunktion zukommen. Es greift auf eine der Anfangsbeobachtungen an der Kartoffel zurück (Je besser die oberirdischen Pflanzenteile entwickelt sind, desto mehr Kartoffelknollen erntet man.) und entwickelt davon ausgehend die Vermutung „Der Produktionsort für die Stärke sind die Blätter. Sie wird in den Knollen eingelagert“. Mit diesen Vorgaben führt kann das Experiment als Demonstrationsversuch eine Technik zum Nachweis von Stärke in grünen Blättern einführen. Mit den umfangreichen Vorgaben hat das Experiment ein geringes Anforderungsniveau. Es ist daher geeignet, den SuS nochmals beispielhaft den Erkenntnisweg aufzuzeigen. Die SuS könnten an der Vermutung und der Planungsidee für das Experiment (Nachweis der Stärke durch Lugol’sche Lösung) beteiligt werden, da sie den Stärkenachweis bereits kennen (siehe Modul 1a).

zu 2. Dieses Experiment nimmt eine weitere Beobachtung an der Kartoffelpflanze auf („Je sonniger der Standort für eine Kartoffel, desto besser die Ernte“). Da die SuS nun das experimentelle Vorgehen zum Stärkenachweis in Blättern kennen, können sie die Planung, Durchführung und Auswertung eines Experimentes selbständig angehen. Im hohen Anforderungsniveau gelingt dies ohne weitere Denkanstöße; bei Lernschwierigkeiten werden die SuS durch die vorbereiteten „Hilfekärtchen“ (Denkanstöße; s. dazu Licht_zur_Stärkeproduktion ) unterstützt. Zur Arbeit mit vorgefertigten Lernhilfen siehe Arbeit_mit_Hilfen .

zu 3. Ähnlich wie unter 2. können die SuS mit ihrem Vorwissen auch Experimente mit panaschierten Blättern eigenständig planen, durchführen und auswerten. Im hohen Anforderungsniveau kann dies ohne Hilfen gelingen; bei Lernschwierigkeiten werden die SuS durch die vorbereiteten Denkanstöße (siehe dazu Blattgrün_und_Stärkeproduktion ) unterstützt. Zur Arbeit mit vorgefertigten Lernhilfen siehe Arbeit_mit_Hilfen .

zu 2. und 3. Diese Experimente sind auch in arbeitsteiliger Organisation möglich.

Mit den experimentellen Befunden kann der Prozess der Fotosynthese vorläufig definiert werden: „In grünen Pflanzenteilen wird bei Belichtung Stärke produziert. Diesen Prozess bezeichnet man als Fotosynthese.“ Im Anschluss können die SuS mit Clicker- Fragen zur Fotosynthese
(s. Clicker_Fotosynthese ) in Vorbereitung für Modul 2 weiter ins Gespräch gebracht werden.

Mit dem Abschluss von Modul 1 haben die SuS folgende Ziele erreicht: Die SuS können mit Hilfe experimenteller Daten erläutern, dass...

...Pflanzen Stärke nicht mit Hilfe von Nährstoffen aus dem Boden produzieren.

...grüne Pflanzenteile und Licht Voraussetzungen zur Stärkeproduktion sind.

 

zurück: Modul 1b

weiter: M1.3 Lehrerinfo

 

---

 

Modul 1b: Pflanzen produzieren in grünen Pflanzenteilen den Nährstoff Stärke: Herunterladen [docx] [439 KB]

Modul 1b: Pflanzen produzieren in grünen Pflanzenteilen den Nährstoff Stärke: Herunterladen [pdf] [598 KB]