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Die Laubfärbung: Untersuchung zu Laubfärbung

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Lesson plan
Biology

University, School

PH Ludwigsburg

Grade, Teacher, Year

1,5; 2010

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Ausführlicher Unterrichtsentwurf

Die Laubfärbung


Semester 3, Lehramt an Realschulen

Fach: NWA (Naturwissenschaftliches Arbeiten)

Pädagogische Hochschule Ludwigsburg

Reuteallee 46

71634 Ludwigsburg

Schwäbisch Hall, den 10.10.2010


Ausführlicher Unterrichtsentwurf


Thema: Laubverfärbung – Wie kommen die gelben und roten Farben der Laubblätter zustande?


Klasse: 6c

Schule: Realschule Schenkensee Schwäbisch Hall

Klassenlehrer: Herr Böltz

Datum: Donnerstag, den 7. Oktober. 2010

Zeit: 11.20- 12.55 Uhr


Inhaltsangabe

1. Bedingungsanalyse

1.1 Institutionelle Bedingungen
1.2 Anthropologische Bedingungen

2. Sachanalyse

2.1 Klärung der Sache


2.1.1 Die Laubbäume

2.1.2 Die Laubverfärbung

2.1.3 Fotosynthese

2.1.4 Pflanzenfarbstoffe der Blätter


2.2 Verortung der Sache im Bildungsplan und Bildungsgang


3. Didaktische Analyse

3.1 Didaktische Begründung

3.2 Didaktische Prinzipien

3.3 Didaktische Reduktion

4. Methodische Analyse

5. Intentionen des Unterrichts

5.1 Intentionen des Unterrichts

5.2 Kompetenzen des Unterrichts

5.2.1 Kompetenzerwerb durch Denk- und Arbeitsweisen

5.2.2 Kompetenzerwerb durch das Erschließen von Phänomenen

5.2.3 Handlungskompetenzen

5.2.4 personale und soziale Kompetenzen


6. Überlegungen zum Lehr- Lernprozess

6.1 Einstieg

6.2 Erarbeitungsphase

6.3 Arbeitsphase

6.4 Ergebnissicherung

6.5 Abschluss


7. Unterrichtsverlauf

8. Anlagen

9. Quelle

1. Bedingungen des Unterrichts

1.1 Institutionelle Bedingungen

Die Realschule Schenkensee befindet sich im Schulzentrum Ost im Stadtteil Schwäbisch Hall.

Die Schule wurde im Jahr 1979 neu errichtet und in den Jahren 1992 und 2002 wesentlich baulich erweitert. Derzeit werden 650 Schülerinnen und Schüler von 43 Lehrerinnen und Lehrern vierzügig unterrichtet.

Der Schulbeginn ist um 7.45 Uhr und eine Unterrichtsstunde dauert 45 Minuten. Zwischen den Unterrichtsstunden findet eine fünf Minuten Pause statt. Von 10.10 Uhr bis 10.30 Uhr haben die Schüler Zeit die große Pause auf dem Schulhof zu verbringen.


Das Einzugsgebiet der Realschule erstreckt sich von der Innenstadt Schwäbisch Hall über Hessental, Breitenstein, Gelbingen, Sulzdorf, Tüngental, Untermünkheim, Vellberg bis nach Michelbach/Bilz.


Im Schulzentrum Ost befindet sich neben der Realschule noch die Hauptschule Schenkensee und das Gymnasium St. Michael. Die Schulen befinden sich in unmittelbarer Nähe. Gemeinsam wird die Sporthalle und eine kleine Mensa in der Sporthalle genutzt. Noch in diesem Jahr wird der Bau einer neuen größeren Mensa begonnen, in der die Schüler ein warmes Mittagessen bekommen sollen.

In der großen Pause ist im Schulgebäude ein Bäcker, bei dem sich die Schüler Backwaren und Getränke kaufen können.


Das Leitbild der Schule ist sogleich das Schulmotto, das von Eltern, Lehrern und Schüler entwickelt wurde: Wir behandeln jeden so, wie wir selbst behandelt werden möchten (siehe Angang). Dazu gehören Höflichkeit, Toleranz und Zuverlässigkeit. Die Schule legt viel Wert auf die Einhaltung des Schulmottos und so unteranderem auch auf Leistungsbereitschaft, Selbstständigkeit und eine gewaltfreie Atmosphäre.


Zur Förderung der Identifikation mit der Schule stehen zahlreiche Arbeitsgemeinschaften zur Verfügung wie Theater AG , Chor , Musik AG , Bühnentechnik AG.....[read full text]

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Die Schüler der Klasse 6c sind für einen problemorientierten Unterricht sehr aufgeschlossen.


Insgesamt sind die Schüler/innen der Klasse 6c sehr offen, interessiert für den NWA- Unterricht. Sie zeigen gegenüber der Lehrperson Respekt. Untereinander helfen und motivieren sich die Schüler/innen gegenseitig. Bei Fragen und Impulsen wirkt der größte Teil der Klasse mit.


2. Sachanalyse

2.1. Klärung der Sache

2.1.1 Die Laubbäume

Im Herbst verfärben sich die Blätter der Laubbäume in gelben, orangeroten und roten Farben.

Als Laubbaum werden alle Bäume aus der Gruppe der Bedecktsamer bezeichnet in Abgrenzung von den Nadelbäumen, der Kiefernartigen. Die von Laubbäumen beherrschten Pflanzengesellschaften sind die Laubwälder. Die mitteleuropäischen Laubbäume gehören zu den Gattungen Ahorne (Acer), Erlen (Alnus), Birken (Betula), Hainbuchen (Carpinus), Weißdorne (Crataegus), Buchen (Fagus), Eschen (Fraxinus), Stechpalmen (Ilex), Äpfel (Malus), Pappeln (Populus), Steinobstbäume (Prunus), Birnen (Pyrus), Eichen (Quercus), Weiden (Salix), Mehlbeeren (Sorbus), Linden (Tilia) und Ulmen (Ulmus).


Im Frühling und Sommer sind die Blätter der Laubbäume grün.

Die Blätter sind die „chemischen Fabriken“ der Bäume. Sie dienen der Ausbildung energiereicher organischer Substanzen mittels Sonnenlicht und Chlorophyll. Diesen Vorgang nennt wird als Fotosynthese bezeichnet.


2.1.2 Laubverfärbung


Pflanzen sind nicht nur an die Bedingungen ihres jeweiligen Standorts angepasst, sie sind auch in der Lage, sich auf wechselnde Umweltbedingungen einzustellen. Eine besondere einschneidende Umstellung wird erforderlich, wenn im Herbst die Tage kürzer werden und die Temperaturen sinken. Der Winter erschwert die Lebensbedingungen des Baumes durch Schnee und Frost.

Der Laubbaum bereitet sich auf diese Jahreszeit und die Ruhephase im Winter vor. Die Blätter verfärben sich. Der Mechanismus, der zur Herbstfärbung führt, wird hauptsächlich durch die Tageslänge und die Temperatur gesteuert. Auch ist häufig zu beobachten, dass nach einem trockenen und warmen Sommer die Blätter viel intensiver und kräftiger leuchten als in einem nassen, kühlen Herbst.

Auch die geographische Lage scheint die Laubfärbung zu beeinflussen. So kann man in Süddeutschland im Spätherbst das Buchenlaub rot erleben, während es in Norddeutschland lediglich gelb bis braun wird. Am auffallendsten ist diese Erscheinung in Nordamerika: Dieselben Laubgehölzarten verfärben sich im Osten deutlich leuchtender und intensiver als im Westen der USA.

Entscheidend für die Laubfärbung ist die erbliche Veranlagung, die genetische Disposition der verschiedenen Laubbäume.


Im Winter wenn der Boden gefroren ist und der Baum nicht mehr genug Wasser aufnehmen kann, würden die Blätter mit ihren gesamten Nährstoffvorräten vertrocknen und abfallen. Auch das für die Fotosynthese (siehe 2.3) wichtige Chlorophyll würde im Herbst mit den Blättern abfallen. Im Frühjahr fehlen dem Baum dann die Reserven um Fotosynthese zu betreiben.

Um die wichtigen Nährstoffe im Frühjahr wieder zur Verfügung zu haben, werden wichtige Elemente wie Stickstoff, Phosphor, Eisen und Kalium in den Stamm verlagert werden

und gespeichert. Auch das stickstoffhaltige Chlorophyll, das die Blätter im Frühjahr und Sommer grün färbt, wird gespeichert. Um einen Verlust dieses wichtigen Farbstoffs zu verhindern, wird das Chlorophyll im Herbst fast vollständig in kleinere Bestandteile zerlegt , und bis zum nächsten Frühjahr, wenn die neue Blattgeneration wieder Chlorophyll benötigt, in Zweig, Stamm oder Wurzel gespeichert.

Durch den Abbau von Chlorophyll werden somit organische Substanzen und Nährelemente wie Stickstoff in die Speichergewebe des Stammes und der Wurzeln zurückgeführt. Diese werden dann im Frühjahr für den Blattaustrieb mobilisiert und den jungen, sich entwickelnden Blättern zurückgeführt. Das Herbstblatt bildet kein Chlorophyll mehr und durch den Wegfall des Blattgrüns können nun die anderen Pigmente voll zur Geltung kommen, wie das Gelb der Carotinoide, die schon zuvor im Blatt vorhanden waren, aber erst nach dem Abbau des dunkelgrünen Chlorophylls sichtbar werden.

Der Verlauf der Blattfärbung ist von Art zu Art unterschiedlich z.B. die Vergilbung eines Blattes des Spitzahorns vollzieht sich meist von innen nach außen, wohingegen das Blatt der Rostkastanie von den Rändern der Teilblätter her nach innen hin gelb werden. Die Gemeinsamkeit aller Laubblätter ist, dass sie von außen nach innen vertrocknen, da bis zuletzt Assimilate mit dem Saftstro.....

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Diese wird dann unter anderem zur Fixierung von Kohlenstoffdioxid verwendet. Aus energiearmen, anorganischen Stoffen, hauptsächlich Kohlenstoffdioxid CO2 und Wasser H2O, werden dabei energiereiche organische Verbindungen – Kohlenhydrate – synthetisiert.

Gesamtgleichung der Fotosynthese:

Die Gleichung der Fotosynthese ist die täuschend einfache Zusammensetzung eines höchst komplizierten Prozesses. Eigentlich besteht die Fotosynthese nicht aus einem einzigen Vorgang, sondern aus zweien, die jeweils zahlreiche Reaktionsschritte beinhalten. Diese beiden Abschnitte bezeichnet man als Lichtreaktion (der Foto- Teil der Fotosynthese) und dem Calvin- Zyklus (der Synthese- Teil).

Die Lichtreaktion läuft auf der Tylakoidmembran der Chloroplasten ab. Farbstoffe (Pigmente) wie die Chlorophylle absorbieren die blauen und roten Anteile des Sonnenlichts. In einem chemischen Prozess wird Lichtenergie in chemische Energie (ATP und NADPH) umgewandelt. In der lichtunabhängigen Reaktion (Calvin-Zyklus) wird atmosphärischer Kohlenstoffdioxid (CO2) fixiert und zu Kohlenhydrat (Traubenzucker C6H1206) reduziert.

Das Chlorophyll der grünen Blätter spielt vor allem bei der Lichtreaktion eine große Rolle.


2.1.4 Pflanzenfarbstoffe in den Blättern

2.1.4.1 Carotine

Carotine gehören zu den sekundären Pflanzenstoffen und sind in der Pflanzenwelt weit verbreitet beispielsweise sind sie für das Orangegelb der Karotte verantwortlich.Carotine werden wie das Chlorophyll in Plastiden (Chromoplasten) gebunden.

Die Aufgabe der Carotine bei der Fotosynthese im grünen Blatt liegt in der Energieübertragung als "Antennenpigmente" Sie befinden sich in der in der Membran der Thylakoide. Durch Licht unterschiedlicher Wellenlängen werden sie angeregt und übertragen diese Lichtenergie ohne Strahlungs- oder Wärmeverluste auf die so genannten Reaktionszentren der Photosysteme (.....

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Er färbt die Blätter gelbrot und sorgt dafür, dass die Wirkung des Sonnenlichtes abgeschirmt und so das lichtempfindliche Chlorophyll nicht angegriffen wird. Die Anthocyane absorbieren bestimmte Wellenlängen und schützen so die Blätter vor dem UV- Licht der Sonne. Denn so wird eine Schädigung der Proteine in der Zelle und der DNA in den Zellkernen verhindert.



2.2 Verortung der Sache im Bildungsplan und Bildungsgang

Das Thema Laubverfärbung kann im Bildungsplan dem Punkt 2 –„Über die biologische Vielfalt staunen“ zugeordnet werden. Auch in anderen Bereichen wird auf die pflanzlichen Organismen eingegangen. Nach dem Bildungsplan sollen Schülerinnen und Schüler durch Sammeln, Ordnen und Bestimmen, durch Messungen im Freiland und durch Entdeckungen mit Lupe und Mikroskop die Vielfalt, Struktur und Funktion lebender Systeme verstehen.

Unter dem Aspekt „ die Angepasstheit tierischer und pflanzlicher Organismen an ihren Lebensraum“ wird hier der Hinweis auf die Färbung und der Fall der Blätter gegeben. Zudem wird im Bildungsplan das Thema „ Pflanzen leben anders“ im NWA – Unterricht festgelegt.

Das Thema der Laubverfärbung gehört zum Themenbereich „ Erfassen eines Lebensraumes“ und dem „Lebensraum Wald“ .In den vorrangegangenen Stunden wurden die heimischen Laubbäume bestimmt. Die Schüler haben gelernt die heimischen Laubbäume wie Buche, Esche, Linde oder Eiche an Blattform und Blattrand zu unterscheiden. Auch die Zuordnung der Früchte zu den Laubbäumen wurde im Unterricht vertieft.

Ein weiteres Element des Themenbereichs bildete die Bestimmung der heimischen Nadelbäume anhand von der Zweige, der Nadeln, der .....

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Die Schülerinnen und Schüler entfernen sich zunehmend von der Natur. Naturphänomene und natürliche Vorgänge bleiben ihnen fremd: „Der Mangel, Natur mit den Sinnen wahrzunehmen, hat zur Folge, dass Sinneseindrücke wenig in uns zum Klingen bringen. Natur stirbt eben nicht nur draußen, sondern vielfach in uns.“2

Für das Verständnis unserer Kultur und Lebensweise sind der emotionale Bezug zur Natur sowie das verständnismäßige Durchdringen natürlicher Phänomene wichtig.

Das Thema der Laubverfärbung leistet somit einen Beitrag zur Naturerziehung. Die Schülerinnen und Schülern lernen, an diesem Beispiel, eine typische Anpassung der Pflanzen an die Natur kennen.

3.2 Didaktische Reduktion

3.2.1 Fachliches Vorwissen

Die Schüler haben in den vorhergegangenen Stunden die Laubbäume behandelt und kennen die heimischen Laubbäume.

Die Schüler wissen, dass die grüne Farbe der Blätter durch das Blattgrün zustande kommt. Der Begriff Chlorophyll wurde noch nicht eingeführt.

Die Schüler wissen, dass die Pflanze Fotosynthese betreibt und kennen die Bedeutung der Fotosynthese.

Das Prinzip der Chromatographie ist den Schüler schon bekannt. In der 5. Klasse wurde die Chromatographie von Filzstiften vorgenommen.


3.2.2 Didaktischer Schwerpunkt


Der komplexe Zusammenhang verschiedener Stoffwechselvorgänge beim Abbau des Chlorophylls und der letztendlichen Speicherung einiger N-Verbindungen wird stark vereinfacht dargestellt. Es wird hier lediglich von einem Rückzug des Chlorophylls aus den Blättern gesprochen. Dieses Chlorophyll wird dann im Stamm und in den Wurzeln gespeichert und steht diesem im folgenden Frühling wieder zur Verfügung.

Auf die kurz nach der Färbung auftretende Braunfärbung durch die Oxidation von Brenzkatechin wird nur vereinfacht eingegangen. Die immergrünen Pflanzen und auch die Nadelbäume bleiben unerwähnt.


Der Schwerpunkt der Stunde bildet die Problemstellung: „Wie kommen die gelben und roten Farben der Laubblätter im Herbst zustande und was ist mit .....

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- Prinzip der Lebensnähe und Aktualität: Das Thema der Laubverfärbung stammt aus dem unmittelbaren alltäglichen Erfahrung der Schüler mit der Natur. Insbesondere Im Herbst beobachten die Schüler das Phänomen der Laubverfärbung

4. Methodische Analyse

Der didaktische Schwerpunkt der Stunde, die Erklärung des Zustandekommens der herbstlichen Laubfärbung lässt sich am besten und nachhaltigsten durch eigenständiges entdeckendes Lernen begreifen. Durch Schülerversuche in Partnerarbeit soll dies methodisch umgesetzt werden. Hierdurch sollen die Lernenden ihre motorischen Fähigkeiten im Umgang mit den Experimentiermaterialien üben.

Weiterhin soll auch ein Freiraum für eigene Ideen gegeben werden, so dass auch ein Spielraum für „Spaß am eigenen Entdecken“ genutzt wird. Der Lehrer setzt bewusst Impulse, die die Schüler zu eigenem Nachdenken anregen. Die Schüler sollen selbst die Ursache der Laubverfärbung erforschen. Bewusst wurde die Problemstellung als kriminalistische Aufgabe aufgefasst um die Motivation der Schüler zu wecken.

Die Unterrichtsstunde orientiert sich an der Problemstellung, die den Mittelpunkt der Stunde darstellt und mit der Auflösung des Problems beendet wird. Die Schüler sollen lernen wie Naturwissenschaftler oder Forscher arbeiten. Dazu gehört neben der praktischen Arbeit bei der Chromatographie auch die Aufstellung von Hypothesen zur Problemfrage:

Wie kommen die gelbe und rote Farbe der Laubblätter zustande und wo ist geblieben die grüne Farbe. Die Hypothesen oder Vermutungen werden dann mit Hilfe des Versuchs überprüft. Für die Durchführung des Experimentes in Partnerarbeit habe ich mich entschlossen, da es sich um einen relativ einfach durchzuführenden Versuch handelt. So soll gewährleistet werden, dass auch tatsächlich jeder Schüler die Möglichkeit erhält sich aktiv an der Versuchsdurchführung zu beteiligen.

Obwohl es sich hier um einen verhältnismäßig einfachen Versuch handelt, ist es nicht möglich diesen von den Schülerinnen und Schülern selbst planen zu lassen. Hierzu sind nicht ausreichend Vorkenntnisse vorhanden. Daher werde ich die Durchführung des Versuches vorgeben und auch die Materialien bereitstellen. Die Schüler erhalten eine Lernhilfe in Form eines Arbeitsblattes, auf dem die Arbeitsanweisungen auf anschaul.....

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