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2. Modul: Aus Wasser und Kohlenstoffdioxid erzeugen grüne Pflanzenteile Stärke und Sauerstoff

In diesem Modul steht der Gaswechsel autotropher Organismen im Vergleich zum Gaswechsel heterotropher Organismen im Mittelpunkt. Ausgangspunkt bildet das Ergebnis aus Modul 1: Pflan­zen entnehmen ihre Nährstoffe nicht aus dem Boden, sondern stellen sie in grünen Blättern und Licht im Prozess der Fotosynthese selbst her. Modul 2 eröffnet weitergehende Fragen, für die die SuS z.B. durch Clicker- Fragen zu Fotosynthese schon sensibilisiert worden sind (siehe Modul 1b; Clicker_Fotosynthese ). Eine der aus Modul 1 resultierenden Fragen ist: Wenn die Ausgangsstoffe dazu nicht aus dem Boden kommen, dann kommen sie vielleicht aus der Luft?

Hinweise in diese Richtung lieferten erstmals die Versuche von Joseph Priestley (siehe Priestley_Entdeckung_Fotosynthese ). Die Arbeit mit den historischen Originalbefunden von Priestley birgt verschiedene Risiken, die mit dem unterschiedlichen Vorwissen der SuS zusammenhängen. Nicht allen SuS gelingt es ohne weitere Reflexion [Vorwissen, z.B. aus Naturphänomene Klasse 5/6] von Priestleys Begriffen „verbrauchte“ bzw „frische“ Luft auf „sauerstoffarm/ kohlenstoffdioxidreich“ bzw. „sauerstoffreich/ kohlenstoffdioxidarm“ umzudenken. Das Material ist daher so angelegt, dass die SuS bei vor der vertiefenden Beschäftigung mit den verschiedenen Varianten der Priestley Versuche jeweils anhand von Materialien über diese Begriffe nachdenken müssen (s. Vorüberlegungen_Priestley ). Wahlweise können auch Versuche dazu ausgeführt werden (siehe Experimente_Atemluft ).

Die Versuche von Priestley dienen in Modul 2 als weitere Beispiele für den in Modul 1 eingeführten hypothesengeleiteten Erkenntnisweg. Mit diesen Beispielen werden SuS der Klasse 7, die mit den Schritten des naturwissenschaftlichen Erkenntnisweges wenig oder kaum vertraut sind und oft eher unbewusst oder weniger planvoll handeln, weiter an den naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg herangeführt.

Das Material in Modul 2 führt die SuS schrittweise heran, indem zunächst beispielhaft einzelne Schritte des Erkenntnisweges bewusst gemacht, bearbeitet und später zusammengesetzt werden ^[1] . Es übt an den Versuchen von Priestley ^[2] insbesondere die einzelnen Teilkompetenzen des Erkenntnisweges ein. Es umfasst drei Varianten: In Variante I üben die SuS die Teilkompetenz „Fragestellung und Vermutung formulieren“, in Variante II üben sie die Teilkom­petenz „Experimente planen“ und in Variante III die Teilkompetenz „Ergebnisse auswerten“.

Die Arbeit an den drei Varianten sollte arbeitsteilig laufen. Die Ergebnisse aus den drei Varianten ergänzen sich und sollten daher im Plenum ausgetauscht werden. Jede der drei Varianten wird in zwei Anforderungsniveaus (A= offene Aufgaben, optional Hilfekärtchen; B= kleinschrittigere Aufgabenformen) ausformuliert:

Variante I s. Priestley_I_Fragen_Vermutungen (Material für Niveau A und B auf Folgeseiten)

Variante II s. Priestley_II_Experimente_planen (Material für Niveau A und B auf Folgeseiten)

Variante III s. Priestley_III_Ergebnisse_auswerten (Material für Niveau A und B auf Folgeseiten)

Mit der Bearbeitung der Versuche von Priestley sind den SuS die Grundzüge der Fotosynthese nun bekannt: Grüne Pflanzenteile nutzen im Licht Kohlenstoffdioxid. Sie bauen Stärke auf und setzen Sauerstoff frei. Klassischerweise wird die Sauerstoffproduktion im Unterricht experimentell nachgewiesen (s. dazu Hinweise unter Information_Sauerstoffnachweise ).

Da den SuS der 7. Klasse noch jegliches Erklärungsmodell der Stoffumwandlung (chemische Reaktion) fehlt, muss allerdings fraglich bleiben, ob überhaupt ein Zusammenhang zwischen den Ausgangs- und Endstoffen hergestellt wird. Auch die Rolle des Wassers bei der Fotosynthese ist bisher für SuS nicht erkennbar.

Diese Defizite können durch weitere Experimente thematisiert werden. Zwei Beispiele sind als Aufgaben aufbereitet und in die vorliegende Materialiensammlung integriert. Im ersten Fall handelt es sich um die historischen Versuche von und van Ingenhousz (siehe Lernaufgabe_van_Ingenhousz ), die den Zusammenhang von Licht und Sauerstoffproduktion nochmals in den Mittelpunkt rücken. Im zweiten Fall handelt es sich um wenig bekannte Daten des Schweizer Naturforschers T. de Saussure ^[3] , dessen Arbeiten die Kenntnisse zur Fotosynthese aber erst entscheidend vorangebracht haben. Die Arbeiten von de Saussure zeigen belegen Gaswechsel quantitativ und zeigen die Beteiligung des Wassers am Biomasseaufbau einer Pflanze (siehe Experimente_Pflanzenwachstum ). An diesen Beispielen können die SuS weiter den Weg der Erkenntnisgewinnung einüben.

Am Ende von Modul 1 und 2 steht die Erkenntnis über die Stoffumwandlung bei Pflanzen in Form einer Wortgleichung: Aus Wasser und Kohlenstoffdioxid erzeugen grüne Pflanzenteile im Licht Stärke und Sauerstoff oder:

Wasser  +  Kohlenstoffdioxid  →  Stärke  +   Sauerstoff

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