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Biologische Arbeitsweisen für die Sekundarstufe 1: Portfolio zum Thema Mikrobiologie, Osmose sowie Experimente und Versuche mit Pflanzen und Zellen
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Dokumenttyp

Portfolio
Biowissenschaften

Universität, Schule

Pädagogische Hochschule Ludwigsburg - PH

Note, Lehrer, Jahr

1,5, Walter, 2013

Autor / Copyright
Jan-Pascal Lichtenstein ©
Metadaten
Preis 8.80
Format: pdf
Größe: 2.03 Mb
Ohne Kopierschutz
Bewertung
sternsternsternsternstern_0.5
ID# 42381







Portfolio

Biologische Arbeitsweisen für die Sekundarstufe I

Inhaltsverzeichnis


Einleitung

1. Das Lichtmikroskop

2. Herbarium

3. Wissenschaftliches Zeichnen

4. Pflanzen- und Tierzelle

4.1. Zellen einer Wasserpest

4.2. Größenberechnung von Präparaten

4.3. Zeichnung einer Mundschleimhautzelle

4.4. Unter dem Lichtmikroskop sichtbare Zellbestandteile

4.5. Vergleich mit dem Modell einer tierischen Standardzelle

4.6. Methylenblau

5. Experimentieren

5.1. Der Experimentierbegriff

5.2. Bezug zum Bildungsplan

5.3. Sinn und Zweck eines Kontrollansatzes

5.4. Fiktives Experiment

5.5. Experiment mit Hefe

6. Mikrobiologie

6.1. Langzeitprotokoll Bakterienkulturen

6.2. Gründe für steriles Arbeiten

6.3. Die Funktionsweise eines Autoklaven

6.4. Der Bunsenbrenner

6.5. Einsatz von Mikroorganismen in der Schule

7. Osmose

7.1. Experiment zur Osmose

7.2. Herstellung einer Salzlösung

8. Versuche mit Pflanzen

8.1. Abhängigkeit der Stärkebildung vom Sonnenlicht

8.2. Zeichnung einer Zwiebelzelle

8.3. Geeignete Pflanzenzellen für den Schulunterricht

Reflexion

Literaturverzeichnis


Einleitung


Das Biologiestudium an der PH Ludwigsburg beinhaltet viele verschiedene fachwissenschaftliche, didaktische und praktisch orientierte Veranstaltungen, zur optimalen Vorbereitung für den Beruf des Biologielehrers. Zu den sehr praktisch orientierten Veranstaltungen, gehört auch der Kurs „Biologische Arbeitsweisen für die Sekundarstufe I“. Im Rahmen dieser Veranstaltung ist auch dieses Portfolio entstanden.

Zu Beginn des Semesters war ich sehr gespannt, welche Arbeitsweisen in dem Kurs wohl behandelt werden. Ich wollte wissen, welche Dinge aus der Veranstaltung ich wohl schon kannte und was ganz neu für mich sein würde. Außerdem war ich sehr motiviert, vieles aus der Veranstaltung für meinen späteren Beruf als Biologielehrer mitzunehmen.

Schließlich spielen biologische Arbeitsweisen eine wichtige Rolle bei sämtlichen Forschungsarbeiten in dieser Naturwissenschaft und darum stellt das Kennenlernen einiger grundlegender Arbeitsweisen – neben den fachwissenschaftlichen Inhalten im Biologieunterricht – einen wichtiger Kompetenzerwerb für die Schülerinnen und Schüler[1] der Sekundarstufe I dar. Auch im Bildungsplan heißt es hierzu: „Naturwissenschaftliches Arbeiten lässt die Schülerinnen und Schüler die Natur erfahren und begreifen.“[2]

Dieses Portfolio beinhaltet nun unter anderem die Protokolle der Experimente, die wir durchgeführt haben, Informationen und Beschreibungen zu verschiedenen Gegenständen, mit denen im Kurs gearbeitet wurde, sowie Hintergründe, Beachtenswertes für den Biologieunterricht und Fakten der verschiedenen Arbeitsweisen.

Als erstes werden die Arbeit mit dem Lichtmikroskop und das wissenschaftliche Zeichen behandelt. Den nächsten Teil dieser Arbeit bildet ein kleines Herbarium mit einigen heimischen Pflanzen. Daraufhin geht es um das Mikroskopieren von Pflanzenzellen und um das Experimentieren. Es schließt sich ein Kapitel über die Mikrobiologie an mit einigen Protokollen von Versuchen, die wir zu diesem Thema durchgeführt haben.

Zum Schluss werden nochmals Versuche mit Pflanzen durchgeführt, wobei es zuerst um Osmose und Plasmolyse geht und schließlich um die Fotosynthese.

1. Das Lichtmikroskop


Eines der wichtigsten Hilfsmittel, das uns im Kurs begleitet hat, ist das Lichtmikroskop. Durch das Mikroskop werden Dinge sichtbar, die wir mit dem menschlichen Auge niemals sehen könnten. So können wir tierische und pflanzliche Zellen erkennen und sogar Bakterienkulturen beobachten. Kein Wunder also, dass sich das Mikroskop „zu Beginn des 19. Jahrhunderts […] vom Apparat der Volksbelustigung zum wichtigsten wissenschaftlichen Instrument […] in den Naturwissenschaften“[3] entwickelte.

Auch in unserem Kurs nahm das Lichtmikroskop eine sehr wichtige Stellung ein und wurde fast jede Woche intensiv bei all den Versuchen und Experimenten benutzt.


1.1. Ap.....[Volltext lesen]

Download Biolo­gi­sche Arbeits­weisen in der Sekun­dar­stufe 1. Licht­mi­kro­skop, Herbarium, Wissen­schaft­li­ches Zeichnen, Pflanzen- und Tierzelle, Expe­ri­men­tie­ren, Mikro­bio­lo­gie, Osmose, Versuche mit Pflanzen
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Die zentrale Funktion eines Mikroskops ist verständlicherweise das Vergrößern von Objekten. Möchte man ein Objekt vergrößern, kann man eine Lupe verwenden. Mit zunehmender Vergrößerung, bräuchte man allerdings sehr geringe Brennweiten, so dass die Benutzung einer Lupe Schwierigkeiten bereitet. „Es ist jedoch problemlos möglich mit einer Lupe ein zuvor von einem Objektiv erzeugtes, reelles und vergrößertes Bild zu betrachten.“[10] Genau das ist das Prinzip einer Vergrößerung in zwei Stufen, wie wir sie in einem Lichtmikroskop finden.

Nun gilt es diese zwei unterschiedlichen Vergrößerungen innerhalb des Mikroskops zu beachten:

Die erste Vergrößerung findet im Objektiv statt. Hier wird ein reelles und vergrößertes sogenanntes Zwischenbild erzeugt. Dieses befindet sich im Bereich des Okulars, was die Funktion einer Lupe hat. Bei der zweiten Vergrößerung, wird das reelle Zwischenbild durch das Okular betrachtet, dabei nochmals stark vergrößert und es erscheint in einer größeren Entfernung.

Die Vergrößerung beim Mikroskop setzt sich also aus der Einzelvergrößerung aus Objektiv und Okular zusammen. Die Gesamtvergrößerung lässt sich berechnen, indem man die Okularvergrößerung mit der Objektivvergrößerung multipliziert.

Die folgende Abbildung veranschaulicht nochmals das Prinzip der Vergrößerung in zwei Stufen:


Quelle:

Autor:  Michael Schmid

Lizenz


2. Herbarium


Quelle:

Autor:

Lizenz


Quelle:

Autor:  André Karwath aka Aka

Lizenz



Quelle:

Autor: Alexmenk

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Quelle:

Autor: Willow

Lizenz



Quelle:

Autor: Willow

Lizenz



Quelle:

Autor: Nikanos

Lizenz



Quelle:

Autor: N P Holmes

Lizenz



3. Wissenschaftliches Zeichnen


3.1. Zeichnung des Querschnitts eines Lilienblattes

Objekt: Lilie (Lilium spec.)

Präparation: Fertigpräparat vom Querschnitt durch die Blütenknospe


3.2. Beachtenswertes beim Zeichnen

Beim wissenschaftlichen Zeichnen gilt es einige Dinge zu beachten. Als erstes sollten geeignete Materialien verwendet werden, die eine gute Zeichnung ermöglichen. Dazu gehören in erster Linie ein Bleistift und Holzstifte, damit man Fehler gegebenenfalls radieren oder einfacher korrigieren kann. Alle Stifte sollten stets gut gespitzt sein.

Es empfiehlt sich auf weißes Papier zu zeichnen, um nachher keine störenden Linien in der Zeichnung zu haben. Auch beschriftet wird die Zeichnung mit Bleistift.

Bevor man beginnt, sollte man sich das zu zeichnende Objekt mehrmals genau anschauen und gegebenenfalls mit unterschiedlich starker Vergrößerung unter dem Mikroskop betrachten. Man sollte sich Gedanken machen, welche Teile so relevant sind, dass sie gezeichnet werden sollen, was man weglassen kann und wie detailliert die Zeichnung sein soll. Dabei muss die Auswahl so getroffen werden, dass die wesentlichen Fakten anhand der Zeichnung erklärt werden können.

Die Zeichnung sollte nicht zu voll wirken, aber muss natürlich auch alle notwendigen Bestandteile auf eine angemessene Weise darstellen. Die verschiedenen Strukturen sollten nicht ausgemalt, oder bis ins kleinste Detail gezeichnet, sondern lediglich durch Konturen voneinander abgegrenzt werden.

Beim Zeichnen gilt es dann, die Größenverhältnisse beizubehalten und Formen verschiedener Strukturen so unverändert wie möglich darzustellen. Die Zeichnung sollte mindestens eine halbe Seite groß sein, um Details besser darstellen zu können. Linien sollten klar erkennbar, sauber, und durchgehend sein und nicht erneut nachgezogen werden.

Außerdem sind sowohl das Datum, das Objekt und die Vergrößerung anzugeben, als auch gegebenenfalls weitere Informationen, wie zum Beispiel der Name des verwendeten Farbstoffs.


3.3. Eigene Zeichenerfahrungen

Als ich das erste Mal im Seminar hörte, dass wir Dinge zeichnen und skizzieren sollen, war ich nicht besonders begeistert. War ich doch noch nie ein begabter Zeichner gewesen und es fiel mir schon immer schwer, etwas möglichst detailgetreu auf Papier zu bringen. So war es auch kein Wunder, dass ich mich am Anfang noch an diese für mich wieder ganz neue Arbeitsweise gewöhnen musste und sicherlich nicht alle Zeichnungen so gelungen sind, wie ich mir das vorgestellt hatte.

Doch mit der Zeit bekam ich immer mehr Übung und lernte im Seminar, .....

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Durch das Zeichnen kann auch das Auge der Schüler für das Beobachten und Wahrnehmen kleiner Details geschult werden. Sie blicken dann nicht nur kurz in das Mikroskop, sondern befassen sich intensiv mit jedem kleinen Detail des Präparats, um dieses dann auf der Zeichnung festzuhalten.

Beim wissenschaftlichen Zeichnen in der Schule, werden außerdem Fragen und Anregungen der Schüler aufkommen, auf die sie sonst vermutlich nicht gekommen wären. Auch der Lehrer hat Möglichkeiten, in Bezug auf das Zeichnen, Fragen zu stellen und die Schüler herauszufordern. Diskutiert die Klasse darüber, welche Zellstrukturen in die Zeichnung aufgenommen werden sollen, ist dies eine hervorragende Methode für die Schüler, sich die verschiedenen Strukturen einzuprägen und gegebenenfalls auch gleich etwas über ihre Bedeutung und Funktion zu lernen.



4. Pflanzen- und Tierzelle


4.1. Zellen einer Wasserpest

Objekt: Blatt einer Wasserpest (Elodea spec.)

Präparation: Mit einer Pinzette wird ein Blatt der Wasserpest abgezupft und mit einem Wassertropfen auf den Objektträger gelegt.


4.2. Größenberechnung von Präparaten

Viele Dinge, die mit unserem menschlichen Auge nicht sichtbar sind, lassen sich unter dem Mikroskop gut beobachten. So kann man zum Beispiel den Aufbau einer Pflanzenzelle unter dem Lichtmikroskop genau sehen und die verschiedenen Zellstrukturen benennen. Doch oft wäre es auch interessant zu wissen, wie groß denn nun die beobachteten Dinge in der Realität sind.

Auch dafür gibt es heutzutage Hilfsmittel, mit denen man die Größe der mikroskopierten Objekte bestimmen kann. Man braucht dafür nur ein Okularmikrometer und ein Objektmikrometer.

Das Okularmikrometer ist im Endeffekt ein Glasplättchen mit Skala, welches ersatzweise für das normale Okular eingesetzt werden kann. Dabei handelt es sich aber nur um eine Hilfsskala und nicht um ein Messinstrument. Das Okularmikromete wird so in die Halterung des Okulars gelegt, dass man beim Durchschauen die Strichplatte gut lesen kann.

Unter einem Objektmikrometer versteht man einen Objektträger, auf dem ein Millimeter eingeprägt ist, der nochmals in 100 Teile unterteilt ist. Der Objektmikrometer wird mit der Strichteilung nach oben auf den Objekttisch des Mikroskops gelegt und scharf gestellt. Da ein Millimeter 1000 Mikrometer entspricht und der Objektträger in 100 Teile unterteilt ist, beträgt der Abstand zwischen zwei Strichen am Objektmikrometer 10 Mikrometer.





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4.3. Zeichnung einer Mundschleimhautzelle

Objekt: Epithelzelle aus der menschlichen Mundschleimhaut

Präparation: Mit einem Holzspachtel werden von der Innenseite der Wangenschleimhaut die Zellen abgeschabt und in einem Speicheltropfen auf den Objektträger gegeben.

Anfärben: Methylenblau wird mit Hilfe von Fließpapier durch das Präparat gesaugt.


4.4. Unter dem Lichtmikroskop sichtbare Zellbestandteile

Das Lichtmikroskop ermöglicht es uns, tierische und pflanzliche Zellen zu beobachten und ihre Bestandteile zu bestimmen. Allerdings, sind viele Bestandteile und Strukturen einer Zelle selbst mit dem Lichtmikroskop nicht zu erkennen. Um diese zu erkenne, benötigt man ein Elektronenmikroskop.

In dieser Aufzählung soll veranschaulicht werden, welche Zellbestandteile nur mit dem Lichtmikroskop und welche nur mit dem Elektronenmikroskop zu erkennen sind.

Auch mit dem Lichtmikroskop erkennbare Bestandteile:

·         Zellkern/Nukleus

·         Zellmembran/Zellhaut

·         Vakuole/Zellsaftraum (nur in Pflanzenzellen)

·         Zellplasma

·         Chloroplasten/Blattgrün (nur in Pflanzenzellen)

·         Mittellamelle (nur in Pflanzenzellen)

Nur mit dem Elektronenmikroskop erkennbare Bestandteile:

·         Endoplasmatisches Retikulum

·         Ribosomen

·         Mitochondrien

·         Dictyosomen/Golgi Apparat

·         Lysosomen[13]


4.5. Vergleich mit dem Modell einer tierischen Standardzelle

Zellmodelle zeigen meist alle Bestandteile und Strukturen, die erforscht sind bzw. die unter dem Elektronenmikroskop zu sehen sind. Da wir die Mundschleimhautzelle nur unter dem Lichtmikroskop betrachtet haben, fällt auf, dass in der Zeichnung einige Bestandteile fehlen, die das Zellmodell aufweist. So finden wir in der Standardzelle auch ein Mitochondrium oder das Endoplasmatische Re.....

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Allerdings wird Methylenblau auch als Antirheumatikum und in der Therapie gegen Malaria eingesetzt.[15]

Beim Entsorgen ist zu beachten, dass dieser Farbstoff nicht ins den üblichen Abfluss geschüttet werden darf, da er eine Gefährdung für das Wasser in Gewässern, der Kanalisation oder im Grundwasser darstellt. Es wird darum empfohlen, Methylenblau als organischen Laborchemikalienabfall bei den behördlich vorgeschriebenen Entsorgungsstellen zu beseitigen.

Informationen darüber findet man unter anderem bei der Recherche des Stoffs im Internet auf Sicherheitsdatenblättern zu Methylenblau (zum Beispiel bei einem Hersteller bzw. Lieferanten (Caesar & Loretz GmbH, Herderstr. 31, 40721 Hilden, 02103/4994-400, Fax: 02103/4994-580, [email protected]) oder bei einer Notfallauskunft (Giftinformationszentrum Mainz, Langenbeckstr. 1, 55131 Mainz, 06131/19240)[16]


5. Experimentieren


In der Schule spielen vor allem in den naturwissenschaftlichen Fächern Experimente und Versuche eine große Rolle. Sie bilden einen wichtigen Teil des praxisorientierten Unterrichts. Doch was ist eigentlich der Unterschied zwischen diesen beiden Begriffen? Für viele Schüler ist eine Unterscheidung dieser Begriffe schwierig zu erklären, manche von ihnen sehen gar keinen Unterschied.

Ich möchte kurz auf die wichtigsten Eigenschaften von „Versuch“ und „Experiment“ eingehen und diese so auch mit Hilfe einiger Beispiele voneinander abgrenzen.

Während ein Versuch eher der Veranschaulichung gilt und meist spontan und intuitiv, ohne viel Vorbereitung und gleichbleibenden Konstanten durchgeführt wird, soll mit einem Experiment eine Gesetzmäßigkeit gezeigt oder herausgefunden werden. „Bei den Experimenten geht es […] um das tiefere Verstehen grundlegender Naturvorgänge.“[17] Ein Experiment wird meist mehrmals unter hergestellten Umständen durchgeführt, wobei verschiedene Elemente des Experiments systematisch variiert werden.

Allerdings bleiben einige Kontrollvariablen auch stets konstant. Ziel ist es nun die Auswirkung der variierten Elemente auf das Ergebnis festzustellen und zu protokollieren. Die drei wichtigsten Kennzeichen eines Experiments sind Reliabilität, Ob.....

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Als letztes fordert der Bildungsplan, auch das auswerten und darstellen von Experimenten und ihren Ergebnissen. Neu Gelerntes und gemachte Erfahrungen sollen in angemessener Fachsprache präsentiert werden und Rückfragen sollen beantwortet werden.[24]


5.3. Sinn und Zweck eines Kontrollansatzes

Marcus Hammann et al beschreiben in ihrem Artikel „Fehlerfrei Experimentieren“ warum deutsche Schüler oft Schwächen bei experimentellen Aufgaben haben und viele Fehler machen. Der Artikel beschreibt, dass Schüler meistens bestimmte Erwartungen an das Ergebnis haben, auf die sie hinarbeiten und versuchen ein möglichst gutes Ergebnis zu erzielen, ohne dabei die Ursache-Wirkungs-Beziehungen zu beachten.

Aus diesem Grund ist es an der Zeit die Methode zu verändern und ein besseres Verständnis der Schüler für Experimente in den naturwissenschaftlichen Fächern zu schaffen.

Ein entscheidender Faktor hierbei, ist die Wahl eines aussagekräftigen Kontrollansatzes, der zu jedem Experiment dazugehören sollte. Oft wird dieser vernachlässigt und die Schüler erkennen so nicht, welche Ursache-Wirkungs-Beziehungen bestehen, da sie nur das Ergebnis sehen und daraus schließen, dass alle Faktoren für dieses Ergebnis verantwortlich sind.

Würde dagegen ein Kontrollansatz angelegt werden, würde den Schülern klar werden, welchen Einfluss die einzelnen Testvariablen, die verändert werden, auf das Ergebnis haben, wenn sie es mit dem Ergebnis des Kontrollansatzes vergleichen. Somit kann leichter zwischen Testvariablen und zu kontrollierenden Variablen unterschieden werden. Dadurch wird den Schülern deutlich, dass ein Kontrollansatz unverzichtbar ist, da sonst nicht festgestellt werden kann, welche Faktoren, welche Wirkung auf das Ergebnis haben.

Zu einem Experiment gehört immer eine Hypothese, die die Planung und Analyse lenkt. Dabei ist es wichtig, dass alle relevanten Hypothesen in Erwägung gezogen werden und nicht nur die, die den eigenen .....

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Quellen & Links

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