Biologie · Klasse 11

Ideen für aktives Lernen

Photosynthese: Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus)

Aktive Lernmethoden eignen sich besonders für den Calvin-Zyklus, weil die abstrakten Abläufe durch Handeln greifbar werden. Schülerinnen und Schüler verstehen die komplexen Zusammenhänge zwischen Enzymaktivität, Energiebereitstellung und Stoffumwandlung besser, wenn sie sie direkt erleben und visualisieren.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe II - Fachwissen: Stoff- und Energieumwandlung
• KMK: Sekundarstufe II - System: Wechselwirkung

• 20–40 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Planspiel
• 35 Min. · Kleingruppen

Modellbau: Calvin-Zyklus

Schülerinnen und Schüler bauen den Zyklus mit Karten und Figuren nach. Sie markieren Enzyme und Zwischenprodukte. Dies festigt die Phasen.

Erklären Sie die Schritte des Calvin-Zyklus und die Rolle von RuBisCO.

Moderationstipp

Lassen Sie beim Modellbau des Calvin-Zyklus bewusst Fehler zu, die die Schülerinnen und Schüler selbst erkennen und korrigieren müssen.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülerinnen und Schülern eine schematische Darstellung des Calvin-Zyklus ohne Beschriftungen zur Verfügung. Bitten Sie sie, die drei Hauptphasen (Carboxylierung, Reduktion, Regeneration) zu identifizieren und jeweils ein Schlüsselmolekül zu benennen, das in dieser Phase umgewandelt wird.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 02

• Planspiel
• 25 Min. · Partnerarbeit

Vergleichsdiagramm: Photosynthese vs. Atmung

In Paaren zeichnen Lernende Energiebilanzen. Sie diskutieren ATP-Bedarf und -Gewinn. Abschluss mit Präsentation.

Analysieren Sie die Abhängigkeit der Dunkelreaktion von den Produkten der Lichtreaktion.

Moderationstipp

Nutzen Sie beim Vergleichsdiagramm Photosynthese vs. Atmung verschiedene Farben, um die gegenläufigen Prozesse deutlich hervorzuheben.

Worauf zu achten ist

Geben Sie den Schülerinnen und Schülern folgende Aussage: 'Die Dunkelreaktion ist unabhängig vom Licht.' Lassen Sie sie in Kleingruppen diskutieren, warum diese Aussage nur bedingt richtig ist, und begründen Sie ihre Argumente mit den benötigten Produkten der Lichtreaktion (ATP, NADPH).

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 03

• Rollenspiel
• 40 Min. · Ganze Klasse

Rollenspiel: Enzymfunktionen

Die Klasse simuliert RuBisCO und Substrate. Jede Person übernimmt eine Rolle. Beobachtung der Sequenz.

Vergleichen Sie die Energiebilanz der Photosynthese mit der Zellatmung.

Moderationstipp

Im Rollenspiel zu Enzymfunktionen achten Sie darauf, dass jede Schülerin und jeder Schüler mindestens einmal eine aktive Rolle übernimmt.

Worauf zu achten ist

Jede Schülerin und jeder Schüler erhält eine Karte mit der Frage: 'Welche Rolle spielt RuBisCO im Calvin-Zyklus, und was passiert, wenn es statt CO2 Sauerstoff bindet?' Die Antworten sollten kurz und prägnant die Funktion und das Problem der Photorespiration umfassen.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Sozialbewusstsein
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 04

• Planspiel
• 20 Min. · Einzelarbeit

Datenanalyse: CO2-Fixierung

Individuell analysieren Schüler Messdaten aus Experimenten. Sie berechnen Effizienz. Diskussion in Plenum.

Erklären Sie die Schritte des Calvin-Zyklus und die Rolle von RuBisCO.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülerinnen und Schülern eine schematische Darstellung des Calvin-Zyklus ohne Beschriftungen zur Verfügung. Bitten Sie sie, die drei Hauptphasen (Carboxylierung, Reduktion, Regeneration) zu identifizieren und jeweils ein Schlüsselmolekül zu benennen, das in dieser Phase umgewandelt wird.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Erfahrene Lehrkräfte beginnen mit alltagsnahen Beispielen wie der Glukoseproduktion in Pflanzen, um die Bedeutung des Calvin-Zyklus zu verdeutlichen. Vermeiden Sie es, den Zyklus isoliert zu betrachten, und verknüpfen Sie ihn stets mit der Lichtreaktion und der Zellatmung. Nutzen Sie Analogien wie ein Fließband, um die Abfolge der Reaktionen zu veranschaulichen, aber achten Sie darauf, die Komplexität nicht zu stark zu vereinfachen.

Erfolgreiches Lernen zeigt sich darin, dass die Schülerinnen und Schüler die drei Phasen des Calvin-Zyklus differenzieren, die Abhängigkeit von ATP und NADPH erklären und RuBisCOs zentrale Rolle sowie ihre Limitierungen benennen können. Die Energiebilanz zwischen Photosynthese und Zellatmung sollte sie vergleichend einordnen.

---

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während Modellbau: Calvin-Zyklus, watch for dass Schülerinnen und Schüler annehmen, der Zyklus laufe ohne Lichtprodukte ab.

  Nutzen Sie die Materialien des Modellbaus, um explizit auf die benötigten ATP- und NADPH-Moleküle hinzuweisen. Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler diese in ihrem Modell farblich markieren und mit der Lichtreaktion verknüpfen.

• Während Rollenspiel: Enzymfunktionen, watch for dass Schülerinnen und Schüler RuBisCOs Doppelfunktion nicht erkennen.

  Im Rollenspiel lassen Sie RuBisCO als Enzym sowohl CO2 als auch O2 binden. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Folgen für die Produktbildung direkt im Spiel nachspielen und diskutieren.

• Während Vergleichsdiagramm: Photosynthese vs. Atmung, watch for dass Schülerinnen und Schüler den Calvin-Zyklus fälschlich als direkte Glukoseproduktion darstellen.

  Verweisen Sie im Vergleichsdiagramm auf die Zwischenprodukte wie Glycerinaldehyd-3-phosphat und lassen Sie die Schülerinnen und Schüler diese explizit benennen und in die Glukosesynthese einordnen.

---

In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Planspiel
• Rollenspiel