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Diese Seite ist Teil einer Ma­te­ria­li­en­samm­lung zum Bil­dungs­plan 2004: Grund­la­gen der Kom­pe­tenz­ori­en­tie­rung. Bitte be­ach­ten Sie, dass der Bil­dungs­plan fort­ge­schrie­ben wurde.


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“.

Teil­kom­pe­tenz

Fra­ge­stel­lung/ Ver­mu­tung for­mu­lie­ren

Ex­pe­ri­men­te pla­nen und durch­füh­ren

Er­geb­nis­se aus­wer­ten

Va­ri­an­te I

von SuS zu leis­ten

durch Ma­te­ri­al vor­ge­ge­ben

durch Ma­te­ri­al vor­ge­ge­ben

Va­ri­an­te II

durch Ma­te­ri­al vor­ge­ge­ben

von SuS zu leis­ten

durch Ma­te­ri­al vor­ge­ge­ben

Va­ri­an­te III

durch Ma­te­ri­al vor­ge­ge­ben

durch Ma­te­ri­al vor­ge­ge­ben

von SuS zu leis­ten

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


[1] in An­leh­nung an B. Dolch, Um­gang mit He­te­ro­ge­ni­tät . Hand­rei­chung zur Um­set­zung des Rah­men­lehr­plans Na­tur­wis­sen­schaf­ten Teil 2: Mit Auf­ga­ben dif­fe­ren­zie­ren; Päd­ago­gi­sches Lan­des­in­sti­tut Rhein­land Pfalz, 2012

[2] Der Wort­laut des Brie­fes von Priest­ley an Fran­klin wurde leicht ver­än­dert, so dass er für die SuS als Lern­ma­te­ri­al ge­eig­net ist.

[3] Th. de Saus­su­re: (1804) Re­cher­ches chi­mi­ques sur la végéta­ti­on.

 

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Modul 2: Aus Was­ser und CO2 er­zeu­gen Pflan­zen Stär­ke und Sau­er­stoff: Her­un­ter­la­den [docx] [632 KB]

Modul 2: Aus Was­ser und CO2 er­zeu­gen Pflan­zen Stär­ke und Sau­er­stoff: Her­un­ter­la­den [pdf] [859 KB]

Hil­fen: Her­un­ter­la­den [docx] [88 KB]