Leseprobe
Thema der Unterrichtsreihe:
Zellbiologie
Thema der Unterrichtsstunde:
Durchführung einer mikroskopischen Untersuchung der Plasmolyse/Deplasmolyse am Beispiel der roten Küchenzwiebel.
Einordnung der Stunde in die Unterrichtsreihe:
- Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie
- Aufbau der pflanzlichen Zelle: Elodea und rote Küchenzwiebel
- Aufbau der tierischen Zelle: menschliche Mundschleimhaut
- Organisation der Lebewesen
- Differenzierung pflanzlicher und tierischer Gewebe
- Mitose
- Vakuole und Zellsaft
- Kohlenhydrate als Reservestoffe in der Vakuole
- Molekularer Aufbau der Kohlenhydrate (Glucose, Fructose, Saccharose)
- Struktur und Funktion der Zellwand (Cellulose)
- Plasmolyse und Deplasmolyse (praktischer Versuch)
- Anschließende Stunde ® theoretische Grundlagen der Plasmolyse und Deplamolyse
- Hauptanliegen/Schwerpunkt der Stunde
Die SuS sollen, ausgehend von einem Alltagsphänomen, die Plasmolyse/ Deplasmolyse, am Beispiel der roten Küchenzwiebel mikroskopisch untersuchen, zeichnerisch darstellen und mit Hilfe ihrer Beobachtung und ihrem Vorwissen, erklären können.
- Lernziele, Kompetenzen
Die SuS sollen
- ausgehend von einem Alltagsphänomen Hypothesen aufstellen, die nach der mikroskopischen Untersuchung der roten Küchenzwiebel, überprüft werden sollen.
- mit Hilfe ihres Vorwissens im Bereich biologischer Untersuchungsmethoden Strategien entwickeln das Problem zu untersuchen.
- das beobachtete Phänomen der Plasmolyse beschreiben und zeichnerisch darstellen.
- Begründung der wesentlichen Planungsentscheidungen:
Lernausgangslage:
Der Grundkurs besteht aus 30 SuS (9 Jungen, 21 Mädchen) und ist als sehr heterogen einzustufen. Durch die Möglichkeit von Partner- oder Gruppenarbeit sind meistens auch die ruhigeren SuS bereit ihre Ergebnisse vorzustellen. Eine Schülerin wiederholt die Jahrgangsstufe 11. Ebenfalls befinden sich 2 Schüler im Grundkurs, die an der Realschule den Schwerpunkt Naturwissenschaften gewählt hatten. Sie besitzen ein vielfältiges Vorwissen im Bereich Zellbiologie, wobei ihnen aber vernetztes Wissen und Detailwissen fehlen. Es bietet sich an, wenn die beiden Schüler Ergebnisse oder biologische Phänomene vorgreifen, im Kurs zur Diskussion zu stellen. Ebenfalls bietet sich an diese Schüler zu motivieren ihr Vorwissen zu nutzen und die anderen SuS daran teilhaben zu lassen. In der Einstiegsphase, wo die Hypothesen gesammelt werden, könnte es auch sein, dass einer dieser beiden Schüler das Phänomen der Osmose bereits nennt. Wenn das der Fall sein sollte, dann soll der Begriff Osmose von dem betreffenden Schüler auch erklärt werden.
Die SuS des Grundkurses zeigen großes Interesse bei Untersuchungen im Umgang mit dem Mikroskop. Das Herstellen von mikroskopischen Präparaten in Partnerarbeit hat ihnen bisher keine große Schwierigkeit bereitet. Besonders die Präparation des Zwiebelhäutchens, nach einer Präparationsanleitung, ist ihnen besonders leicht gefallen.
In den vorausgegangen Stunden wurden Aufbau und Funktionen der Vakuole und Zellwand behandelt. Daraus ergab sich, dass die Stabilität der pflanzlichen Zelle durch den Turgor beeinflusst wird. Das Phänomen der Plasmolyse/Deplasmolyse und der damit verbundene theoretische Hintergrund der Osmose und Diffusion ist den SuS noch nicht bekannt. Sie wissen aber, dass die pflanzliche Zelle, im Gegensatz zur tierischen Zelle, zwei Membranen besitzt (Tonoplast und Plasmalemma). Ebenfalls ist ihnen die Funktion der Kompartimentierung der Zelle durch Membranen bekannt und dass sie nur bestimmte Stoffe durchlassen können. Ausgehend von dem Phänomen der Plasmolyse/Deplasmolyse ergeben sich in der nachfolgenden Stunde die physikalischen Grundlagen (Osmose, Diffusion). Die theoretischen Grundlagen sowie die Semipermeabilität der Membranen führen dann zum biochemischen Aufbau der Biomembranen.
Problemorientiertes Lernen in Form von Hypothesenbildung, die durch ein Experiment überprüft werden sollen, ist den SuS bisher nicht bekannt, da sich in der Unterrichtsreihe bisher nicht die Gelegenheit bot diese Methode anzuwenden.
Die Unterrichtsstunde findet in der 5. Stunde statt und zu dieser Zeit sind die SuS erfahrungsgemäß nicht mehr so leistungsfähig, wie in den ersten Unterrichtsstunden. Aus diesem Grund bietet es sich an einerseits einen motivierenden Einstieg zu wählen, der das Interesse der SuS weckt und andererseits ihnen eine Gruppen- oder Partnerarbeit zu ermöglichen, wo sie selbständig nach ihrem eigenen Tempo arbeiten können. Die SuS mikroskopieren gewohnheitsmäßig in Partnerarbeit, da einerseits nicht genügend Mikroskope für 30 SuS zur Verfügung stehen und es ihnen andererseits leichter fällt mir ihrem Banknachbarn zusammen zu arbeiten.
Didaktisch-methodischer Kommentar
Didaktischer Schwerpunkt
Der Schwerpunkt der Stunde liegt auf problemlösendem Arbeiten, indem die SuS Hypothesen aufstellen, die sie nach selbständiger Erarbeitung der Thematik überprüfen und auf das Ausgangsproblem anwenden.
Inhaltliche Entscheidungen
Das Phänomen der Plasmolyse/Deplasmolyse als Einstieg in das Thema Osmose und Diffusion sowie dem Aufbau von Biomembranen wurde gewählt, weil es sich anbietet von einem praktisch zu beobachtenden Phänomen ausgehend auf die abstraktere Ebene zu gehen, da den SuS bereits der Aufbau der pflanzlichen Zelle bekannt ist. Ebenfalls knüpft die Plasmolyse/Deplasmolyse an das Vorwissen der SuS an.
Die Plasmolyse/Deplasmolyse und das damit verbundene Phänomen der Osmose besitzen elementare Bedeutung für viele Lebensprozesse (Wasseraufnahme, Schließzellenbewegung bei Pflanzen, Osmoregulationsprozesse bei Süß- und Salzwasserorganismen und Nierenfunktion bei höheren Lebewesen. Anhand der Beobachtungen der Plasmolyse/Deplasmolyse und der damit verbundenen Osmose lassen sich Rückschlüsse auf den Aufbau der Biomembranen ziehen, deren Verständnis grundlegend für die Kompartimentierung der Reaktionsräume innerhalb der Zelle ist.
Methodische Entscheidungen
Bewusst wurde der Schwerpunkt der Stunde in den methodischen Bereich gelegt. Dieser Entscheidung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
Bei der Behandlung des Themas Plasmolyse/Deplasmolyse bieten sich ein Vielzahl anschaulicher, einfach durchzuführender Versuche an. Da aber nur eine Unterrichtsstunde zur Verfügung steht, wurden die SuS bewusst auf einen Aspekt, nämlich der Wirkung von Kochsalz auf die pflanzliche Zelle, gelenkt. Der Versuch soll die Funktion des exemplarischen haben, da er sich einerseits auf weitere Plasmolytika übertragen lässt. Außerdem wirkt sich eine praktische Unterrichtsstunde, in der die SuS selbständig etwas erarbeiten können, motivierend aus, da die vorausgehende Unterrichtssequenz aufgrund der Behandlung der Zellwand und Vakuole und der damit verbundenen Kohlenhydrate eher theoretisch geprägt war.
Eine klassische Herangehensweise an den Versuch (Durchführung, Beobachtung und Auswertung) wurde im Biologieunterricht bisher nicht durchgeführt, aber es ist davon auszugehen, dass einige SuS dieses aus dem Chemieunterricht gewohnt sind. Als Unterstützung der SuS, vor allem denen diese Vorgehensweise nicht bekannt ist und auch den übrigen SuS, soll das Arbeitsblatt mit den Versuchsanweisungen als Unterstützung dienen.
In der Einstiegsphase sollen die SuS für das alltägliche Problem sensibilisiert werden, dass nach dem Salzen eines Gurkensalats, der nicht direkt verzehrt wird, die Gurken und Zwiebeln wässrig und matschig werden. Der deduktive Ansatz mit Bezug zur Alltagswirklichkeit der SuS, unterstützt das in den Richtlinien geforderte entdeckende Lernen und fordert gleichzeitig eine aktive Auseinandersetzung mit dem Problem aus dem sich dann Lösungsstrategien entwickeln lassen.
Da die SuS bisher noch kein Experiment eigenständig geplant haben, wird zumindest erwartet, dass sie die Medien selbständig auswählen können, mit denen sie bereits praktische Erfahrungen gemacht haben. Die Aushändigung des Arbeitsblattes liegt darin begründet, dass es neben den Arbeitsanweisungen auch die Methode des Durchziehens einer Lösung unter das Deckgläschen beschreibt, da den SuS diese Methode nicht bekannt ist. Weitere Schwierigkeiten bei der Durchführung des Versuchs sind zu erwarten, da die SuS mit den übrigen Methoden vertraut sind.
Der Versuch der Plasmolyse soll von allen SuS nach Anweisung durchgeführt werden. Sollte aber nicht mehr ausreichend Zeit zur Verfügung stehen, dann wird auf die Durchführung der Deplasmolyse verzichtet zugunsten der Auswertung des Experiments.
Als Sicherung der Beobachtung sollen zwei oder drei SuS eine Skizze ihrer Zeichnungen an die Tafel zeichnen. Somit ergibt sich für die SuS einerseits einen Sinn der zeichnerischen Darstellung ihrer Beobachtungen und andererseits ergibt sich die Möglichkeit die Zeichnungen zu vergleichen und eventuelle Unklarheiten zu besprechen. Ausgehend von der Besprechung der Beobachtungen sind die SuS nun in der Lage die Hypothesen, die sie zu Beginn der Stunde aufgestellt haben, zu überprüfen. Sollte ebenfalls nicht mehr ausreichend Zeit zur Verfügung stehen, dann kann der Rückschluss zum Eingangsproblem „Warum der Gurkensalat wässrig und matschig wird?“ in die Hausaufgabe verlagert werden.
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