Roter Faden

Erste Stunde:

Den Einstieg in die Unterrichtseinheit Stoffwechselprozesse bildet ein interaktives (formatives) Assessment mittels einer H5P-Aktivität¹. Hier werden relevante Inhalte aus den Standardstufen 7/8 (Zelle und Stoffwechsel) und 9/10 (Ökologie) behandelt, um eine Anknüpfung an die Kursstufenstandards im Sinne der spiralcurricularen Anlage des Bildungsplans zu erleichtern. Die SuS führen das Assessment online durch (unter https://lehrerfortbildung-bw.de/u_matnatech/bio/gym/bp2016/fb10/h5p/ ) und erhalten individuelles Feedback in Form einer Einordnung der Leistung in eine von drei Leistungsstufen. Je nach Resultat erhalten die SuS eine Empfehlung und ggf. Material zur Unterstützung (Infografik Grundlagen Fotosynthese) und durchlaufen dann das Assessment ein weiteres Mal. Danach sollten die SuS ihr Vorwissen zur Fotosynthese weitgehend reaktiviert haben, und die Heterogenität in Bezug auf den Wissensstand zum Thema innerhalb der Lerngruppe sollte nun minimiert sein.

Der inhaltlichen Einstieg schließt sich mit einer Verortung der entscheidenden Strukturen an. Die Lokalisation von Chloroplast, Thylakoidmembran, Fotosystem und Chlorophyllmolekülen soll im Verlauf der Unterrichtseinheit jederzeit präsent sein, um die ohnehin komplexen und abstrakten Stoffwechselprozesse mit ihren jeweiligen Reaktionsräumen in Bezug setzen zu können.

Zweite und dritte Stunde (Doppelstunde):

Im Lauf des Praktikums arbeiten sich die SuS nun physisch vom Blatt zu den Chlorophyllmolekülen vor, indem sie aus Blättern zunächst eine Rohchlorophylllösung extrahieren und die Blattpigmente im Anschluss chromatografisch trennen und sichtbar machen. Mit der Durchführung des Praktikums erlangen die Schüler eine konkrete Vorstellung davon, das in den Chloroplasten unterschiedliche Blattpigmente vorhanden sind. Die sich aufdrängende Frage, weshalb das so ist, leitet unkompliziert zur Tatsache über, dass unterschiedliche Strukturen (die verschiedenen Blattpigmente) auf unterschiedliche Funktionen hinweisen (unterschiedliche Farben der Banden, unterschiedliche Laufgeschwindigkeiten). Diese Erkenntnisse werden in der Auswertung (Arbeitsblatt) des Praktikums umgewälzt und gesichert.

Vierte Stunde:

In der vierten Stunde werden die Praktikumsinhalte nochmals aufgenommen, indem mit der Rohchlorophylllösung weitergearbeitet wird (Demonstrationsversuch). Zunächst wird mit Hilfe eines Prismas weißes Licht in die Spektralfarben zerlegt. Während das Spektrum projiziert bleibt wird eine dünne Schicht der Chlorophylllösung in den Strahlengang gebracht und die Auswirkung auf das Spektrum gezeigt (bestimmter Spektralbereiche sind nicht mehr sichtbar). So wird das Absorptionsspektrum eingeführt und damit die Grundlage geschaffen für die anschließende theoretische Bearbeitung des Engelmann-Experiments zum Zusammenhang von Bakterienwachstum in räumlicher Nähe zu einer mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlten Alge. Dadurch kann nun auf das Wirkungsspektrum der Fotosynthese gefolgert werden. Dies markiert den Übergang zu einer Serie historischer Experimente zur Aufklärung der Vorgänge bei der Fotosynthese (s.u.).

An der Rohchlorophylllösung wird abschließend noch die Rotfluoreszenz nach Bestrahlung mit weißem Licht demonstriert. Damit soll das komplexe Konzept der „Anregung“ des Chlorophyllmoleküls visualisiert und verankert werden, was für das Verständnis der Teilreaktionen der Fotosynthese notwendig ist. Eine vertiefte Kenntnis der zugrunde liegenden physikalischen Prozesse ist jedoch nicht vorgesehen und keine notwendige Voraussetzung für die folgende Doppelstunde.

Fünfte und sechste Stunde (Doppelstunde):

Durch die Wiederholung der Ergebnisse der Experimente (Wirkungsspektrum aus Engelmann-Versuch und Rotfluoreszenz) wird zügig auf die Problematisierung hingearbeitet. Wie gelingt es den Pflanzen, Blättern bzw. den Chloroplasten, die eingestrahlte Lichtenergie in stofflich gebundener (chemischer) Energie zu speichern. Die Erarbeitung der beiden Teilreaktionen bietet sich gruppenteilig an, wobei großer Wert auf die Verknüpfung der beiden Teilprozesse gelegt wird. Dies geschieht in der Darstellung und Visualisierung der Vorgänge und in der Bilanzierung der Reaktionsgleichungen der Teilreaktionen in Partnerarbeit.

Vertiefend liegen Materialien zu weiteren historischen Experimenten zur Erforschung der Fotosynthese und chemischen Hintergründen aus. Lösungsvorschläge zu den jeweiligen Aufgaben dieser Materialien stehen den SuS zur Selbstkontrolle zur Verfügung.

In der abschließenden Besprechung sollen die zentralen Inhalte im Fokus stehen und die Lehrkraft gegebenenfalls bei der Sicherung der erarbeiteten Ergebnisse behilflich sein (fotografische Sicherung, ggfs. Lösungsvorschläge zur Verfügung stellen). Ein Aufgreifen der vertiefenden Inhalte in einer weiteren Stunde oder z.B. bei der Behandlung der Zellatmung wäre wünschenswert.

Siebte und achte Stunde (Doppelstunde):

Die bei der Fotosynthese entstehenden Reaktionsprodukte sind für eine platzsparende längerfristige Speicherung nicht gut geeignet, da sie osmotisch aktiv sind. Stärke ist praktisch nicht wasserlöslich und daher osmotisch nicht aktiv. Im Theorieteil wenden die Schülerinnen und Schüler zum einen ihr Wissen über osmotische Vorgänge an und wiederholen den Aspekt der energetischen Kopplung. Im Praxisteil der Doppelstunde steht das Experiment zur Stärkesynthese in Kartoffelknollen im Zentrum.

¹ Informationen zum didaktischen Gebrauch sowie zur technischen Umsetzung der Benutzung und Erstellung von H5P-Inhalten gibt es auf den Seiten des Landesbildungsservers unter https://www.schule-bw.de/themen-und-impulse/medienbildung/interaktiv/anleitung-h5p

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