Ökologie und Klimawandel

(1)

A. Schöps / G. Fuss: Erdkunde experimentierend erleben 5–8 © Auer Verlag

ZUM EINSATZ DES BUCHES 1. Experimente im Geographieunterricht

Experimente im Geographieunterricht lassen sich nach unterschiedlichen Kriterien klassifizieren.

Wesentlich ist hierbei, sie von einem Versuch abzugrenzen, der keine reproduzierbaren Ergebnis- se erbringen kann und vornehmlich auf Veranschaulichung und Nachahmung von Naturvorgängen beschränkt bleiben muss. Experimente hingegen erlauben einen stets reproduzierbaren Algorithmus, der sich in die Phasen der Hinführung, Vorbereitung, Umsetzung und Reflexion unterteilen lässt.

2. Zum Aufbau des Buches

Das Buch bietet insgesamt zwölf Experimente, die drei großen Themen zugeordnet sind. Alle Expe- rimente können einzeln oder zusammen im Rahmen der Behandlung eines übergreifenden Themas eingesetzt werden. Ein jeder Themenkomplex wird anhand einer Sachanalyse eingeleitet. Daran schließen sich didaktisch-methodische Hinweise für den Lehrer sowie eine Einkaufsliste an, aus der alle für die Durchführung der Experimente notwendigen Materialien hervorgehen. Nachfolgend finden sich pro Experiment drei Arbeitsblätter für die Schüler, 1 die zur Unterstützung der Durch- führung des jeweiligen Experiments dienen, 2 die Ergebnisse aus dem jeweiligen Experiment in

Klassifikation von Experimenten im Geographieunterricht

Nach geographisch- inhaltlichen Aspekten

z.B. in Bezug zu den Elementen der Geospähre

Naturexperiment

Bestätigendes

Experiment Nach Grad der Schüleraktivität

Angeleitetes Experimentieren

Offenes Experimentieren Modellexperiment

Einführendes Experiment

Entdeckendes Experiment

Demonstrations- experiment

Aktions- experiment Nach

Versuchsanordnung

Nach didaktischen Aspekten

Nach methodischer Anlage

Hinführung

Umsetzung

Reflexion Vorbereitung

• Einstieg

• Problemfindung und -eröterung

• Formulierung der experimentellen Fragestellung

• Generierung von Hypothesen

• Generierung des Forschungsdesigns

• Datensammlung

• Protokollierung

• Interpretation der Daten

• Schlussfolgerungen und Transfer

zur Vollversion

VORSC

HAU

(2)

/ G. Fuss: Erdkunde experimentierend erleben 5–8

5. Rollenkarten

Bei einer schülerzentrierten Durchführung der Experimente sollen die Schüler möglichst eigenstän- dig arbeiten. Hierbei können Rollenkarten hilfreich sein, die jeweils vor Beginn der Durchführung an die Schüler ausgeteilt werden, um ihre Rollen während der Experimente zu definieren. Die Rol- lenverteilung kann sowohl durch den Lehrer als auch selbstorganisiert durch die Schüler erfolgen.

Experimentleiter und Protokollant sind obligatorisch, Koordinator und Assistenten optional. Je nach Gruppengröße können mehrere Assistenten zugeteilt werden.

Rollenkarte: Experimentleiter

Du bist für die genaue Durchführung des Experiments verantwortlich. Damit liegt es zunächst an dir, alle Geräte so aufzubauen, dass das Experiment erfolgreich durchgeführt werden kann. Deine Arbeit wird umso erfolgreicher sein, je besser du mit deinen Teammitgliedern zusammenarbeitest. Setze Versuchsassistenten geschickt ein, damit sie dich bei deiner Arbeit unterstützen und ihr rasch zu Ergebnissen gelangen könnt.

Beschreibe dem Protokollanten genau, was du wie und weshalb aufgebaut hast, damit er alles richtig notie- ren kann, und höre auf den Koordinator, der alles im Überblick haben muss.

Deine Aufgaben:

•

Im Team: gemeinsame Entwicklung des Experimentaufbaus

•

Zusammen mit dem Versuchsassistenten: Durchführung des Experiments

•

Zusammen mit dem Versuchsassistenten und dem Protokollanten: Durchführung von Messungen Tipp:

Suche die Unterstützung deiner Teammitglieder – gemeinsam werdet ihr das Experiment schneller und erfolgreicher durchführen können.

Rollenkarte: Protokollant

Ein wesentliches Merkmal von Experimenten ist, dass sie Ergebnisse bringen, die bei gleichem Aufbau und bei gleicher Durchführung immer wieder gleich sind. Dann wurde das Experiment „sauber“ angelegt und durchgeführt. Damit die Ergebnisse für Personen, die nicht am Experiment beteiligt waren, nachvollziehbar sind, müssen die Ergebnisse gemeinsam mit dem Aufbau des Experiments genau protokolliert werden.

Deine Aufgaben:

•

Genaue Beschreibung des Experimentaufbaus

•

Genaue Niederschrift der Messungen aus dem Experiment

•

Erstellung eines Protokolls, welches das Experiment möglichst genau nachvollziehbar macht – auch für Personen, die nicht daran beteiligt waren.

Tipp:

Formuliere möglichst genau, gerne auch in Stichworten. Lass dich von deinen Teammitgliedern beim Ablesen der Messungen gegebenenfalls unterstützen.

VORSC

HAU

(3)

LEHRERHINWEISE 3. Kurzbeschreibung und Materialliste der Experimente

Experiment Kurzbeschreibung Benötigte Materialien 1. Auftrieb und

Versalzung der Meere

Die Schüler vergleichen den Auf- trieb in Süßwasser und Salzwasser (ca. 30 % Salzgehalt). Sie erkennen den unterschiedlichen Auftrieb von Wasser in Abhängigkeit vom Salzgehalt.

• 2x Bechergläser à 300 ml

• Kochsalz

• Leitungswasser

• 2x gekochte Eier

• 1x Löffel

• 1x Lineal 2. Verdunstung in

den Subtropen

Die Schüler untersuchen, inwieweit Verdunstung, Oberfläche, Tempe- ratur und Wind zusammenhängen.

Sie erkennen, dass die Verduns- tung am höchsten ist, wenn hohe Temperaturen und starker Wind zusammen auf eine große Ober- fläche wirken.

• 3x hitzebeständige Schalen ( möglichst großer Durchmesser) à 100 ml = Schalen A

• 3x hitzebeständige Schalen ( möglichst kleiner Durchmesser) à 100 ml = Schalen B

• Tischwaage

• 2x Heizplatten

• Ventilator

• Wasser

• Messbecher 3. Verduns-

tungsschutz von Pflanzen

Die Schüler untersuchen, wie sich Pflanzen vor Feuchtigkeitsverlust schützen. Sie erkennen, dass mit einer Erhöhung der mittleren Tem- peratur im Zuge des Klimawandels bestimmte Pflanzen angepasst, andere wiederum weniger angepasst sind.

• 2x Kartoffeln (eine größer, um geschält identische Gewichte zu haben)

• 2x Petrischalen (groß)

• 1x Kartoffelschäler

• 1x Küchenwaage Alternative:

• Frische Blätter, z. B. Hartlaub- gewächse (Oleander, Macchie) und einheimische Laubwaldblätter ( Buche, Eiche, Esche)

4. Einfluss von Nährstoffen auf das Pflanzen- wachstum

Die Schüler untersuchen, inwieweit das Pflanzenwachstum von einer entsprechenden Versorgung mit den essenziellen Nährstoffen abhängt. Sie erkennen, dass eine nicht ausgewogene Nährstoff- versorgung zu eingeschränktem Wachstum führt, wohingegen eine angemessene Nährstoffzufuhr zu bestmöglichen Erträgen beitragen kann.

• 6x Steinwolleblöcke

• 6x kleine Blumenkästen

• Pflanzendünger (Komplettdünger, z. B. NPK(MgO)-Dünger-Lösung 6+4+6(+2), mit Spurennährstoffen)

• 6x Behälter (verschließbar) für unterschiedliche Nährlösungen

• Wasser

• Destilliertes Wasser

• Pflanzensamen, z. B. Kresse, Weizen, Gerste, Hafer (Tipp: vor- quellen lassen!)

• Internetrecherche

zur Vollversion

VORSC

HAU

(4)

Prototypischer Versuchsaufbau

Das Experiment im Überblick

Hypothese

„Die Verdunstung von Wasser ist umso größer, je höher die Temperatur, je größer die Oberfläche ist und je stärker der Wind bläst.“

Versuchsaufbau

• Jeweils 50 ml Wasser werden in die sechs Schalen gefüllt.

• Schalen A1 und B1 werden als Kontrollgefäße auf den Tisch gestellt.

• Schalen A2 und B2 werden auf der 1. Heizplatte erhitzt auf 60 °C.

• Schalen A3 und B3 werden auf der 2. Heizplatte erhitzt auf 60 °C; zusätz- lich wird ein Ventilator so platziert, dass der Windzug über diese Schalen streicht.

• Sobald die Flüssigkeit in der Schale A3 verdampft ist, wird der Versuch beendet. Die Schüler messen das verbleibende Wasser in den restlichen Schalen und ziehen Rückschlüsse auf die unterschiedlich verlaufende Verdunstung.

Versuchsergebnisse

• Die Verdunstung in den Schalen A1 und B1 ist vernachlässigbar gering bzw. nicht messbar.

• Die Verdunstung in den Schalen A2 und B2 ist erkennbar, jedoch geringer als in A3 und B3.

• Die Verdunstung ist vollständig erfolgt in A3 und etwas geringer erfolgt in B3.

Interpretation der Ergebnisse

• Die Verdunstungsrate steigt, je höher die Temperatur ist.

• Die Verdunstung wird durch eine erhöhte Windgeschwindigkeit beschleunigt.

Diskussion

• Welchen Einfluss hat eine Erhöhung der Temperaturen im Zuge des Klimawandels auf die Verdunstungsraten in den Gewässern?

• Welche Konsequenzen gibt es für Wolkenbildung, Windentwicklung und Niederschläge?

• Gibt es Effekte, welche der Klimaerwärmung entgegenwirken, wenn mehr Wasser aus den Gewässern verdunstet?

VORSC

HAU

(5)

1 Verdunstungsschutz von Pflanzen

An jedem Ort können Pflanzen nur dann wachsen, wenn sie an die jeweiligen Standortbe- dingungen angepasst sind. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Bodeneigenschaften (locker / fest, nährstoffreich / nährstoffarm, mit / ohne Bodenlebewesen etc.) sowie das Klima (Temperatur und Niederschlag im Jahresgang). Mit zunehmender Temperatur, wie sie durch den Klimawandel auftreten kann, sind auch die Schutzmechanismen von Pflanzen vor Aus- trocknung von besonderer Bedeutung. Dabei gibt es unterschiedliche Strategien:

• Vermeidung von Trockenperioden

• Verbesserung der Wasseraufnahme

• Maßnahmen zur Verringerung der Verdunstung

Problemstellung

Mit zunehmenden Temperaturen züchten immer mehr Bauern Pflanzen mit besserem Verdunstungsschutz. Wie funktioniert dieser grundsätzlich? Wie viel Verdunstung kann er verhindern?

1

Entwickelt mithilfe des bereitgestellten Materials ein Experiment, mit dem ihr der Fragestellung nachgehen könnt.

2

Beschreibt den Versuchsaufbau in Stichpunkten.

3

Protokolliert eure Beobachtungen in der Tabelle.

Messzeitpunkt Tag 1 Tag 2 Tag 3 Tag 4 Tag 5

Gewicht Kartoffel A

Gewicht Kartoffel B

4

Interpretiert die Ergebnisse und erklärt diese im Hinblick auf die Problemstellung.

zur Vollversion

VORSC

HAU

(6)

1

Ertragssteigerung durch Düngung:

Werte die Grafik zur Ertragssteigerung durch Düngung aus.

2

Ertragssteigerung durch Fruchtwechsel:

Der Anbau verschiedener Pflanzenarten führt zu einem abwechslungsreichen Auf- und Abbau der im Boden enthaltenen Nährstoffe. Bei einer sinnvollen Fruchtfolge kann dies zur Erhöhung des Humusgehaltes führen. So können Nährstoffe langfristig erhalten bleiben.

Feldfrucht Stickstoff Phosphor Kalium

Entzug von Nährstoffen durch Ernte (in

kg / Doppelzentner)

Braugerste

1,75 0,44 1,5

Hafer

1,98 0,52 2,19

Raps

4,4 2,4 5

Erkläre mithilfe der Tabelle, warum Landwirte zur Ertragssteigerung nach jeder Ernte an- dere Feldfrüchte anbauen (Fruchtwechselwirtschaft) und Monokulturen (Anbau immer der gleichen Pflanzenart) vermieden werden.

Ertragssteigerung starker Mangel

Mangelstress

optimale Versorgung

„Luxus- versorgung“

akute Toxizität (Giftgehalt)

Wachstumsoptimum Überschussstress zugegebene Düngermenge