Biologie · Klasse 12

Ideen für aktives Lernen

Photosynthese: Lichtreaktion

Aktive Lernformen wirken hier besonders nachhaltig, weil die Lichtreaktion komplexe Energieumwandlungen und Molekültransporte umfasst. Wenn Schülerinnen und Schüler Prozesse durch eigenes Handeln nachvollziehen, wird das abstrakte Geschehen in den Thylakoiden greifbar und verständlich.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe II - Fachwissen Energetik
• KMK: Sekundarstufe II - Systemdenken Biosphäre

• 35–60 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Flipped Classroom
• 45 Min. · Kleingruppen

Modellbau: Elektronentransportkette

Schüler erstellen eine Kartenkette mit Fotosystem II, Plastochinon, Cytochrom-b6f-Komplex, Plastocyanin und Fotosystem I. Sie markieren Elektronenfluss, Protonenpumpe und ATP-Synthese. Gruppen präsentieren und diskutieren den Energiefluss.

Erklären Sie die Rolle von Lichtenergie bei der Spaltung von Wasser und der Freisetzung von Sauerstoff.

Moderationstipp

Lassen Sie bei der Modellbau-Aktivität zunächst nur die Elektronenflussrichtung markieren, bevor die Protonenverteilung thematisiert wird.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülerinnen und Schülern ein Diagramm einer Thylakoidmembran mit den Hauptkomponenten der Lichtreaktion zur Verfügung. Bitten Sie sie, die Flussrichtung von Elektronen und Protonen zu markieren und die Rolle von PS II, PS I und der ATP-Synthase zu beschriften.

• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 02

• Flipped Classroom
• 60 Min. · Partnerarbeit

Experiment: Hill-Reaktion mit DPIP

Blätter zerstoßen, Filtrat mit DPIP mischen und unter Licht belichten. Farbveränderung durch Elektronenübertragung beobachten und mit Kontrollen vergleichen. Daten in Diagrammen auftragen und O2-Freisetzung diskutieren.

Analysieren Sie die Funktion der Fotosysteme und der Elektronentransportkette in der Lichtreaktion.

Moderationstipp

Beim Hill-Reaktionsexperiment betonen Sie die Farbänderung von DPIP als direkt sichtbares Ergebnis des Elektronentransfers.

Worauf zu achten ist

Leiten Sie eine Diskussion mit der Frage: 'Welche Konsequenzen hätte es für eine Pflanze, wenn die Wasserspaltung in Photosystem II gestört wäre?' Erwarten Sie Antworten, die sich auf den Mangel an Elektronen für die ETC, die fehlende Sauerstoffproduktion und die daraus resultierende Nichtbildung von ATP und NADPH beziehen.

• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 03

• Flipped Classroom
• 50 Min. · Kleingruppen

Stationenrotation: Fotosysteme

Drei Stationen: Chlorophyll-Extraktion (Papierchromatographie), Lichtabsorption (verschiedene Wellenlängen mit LED), Wasserstoffspaltung (Modell mit Ballons). Gruppen rotieren, notieren Beobachtungen und teilen Erkenntnisse.

Bewerten Sie die Bedeutung der ATP- und NADPH-Produktion für die nachfolgende Dunkelreaktion.

Moderationstipp

In der Stationenrotation achten Sie darauf, dass jede Gruppe die Fotosysteme I und II mit eigenen Worten beschreibt, bevor sie die Gemeinsamkeiten herausarbeitet.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jeder Schülerin und jedem Schüler eine Karte mit einer der folgenden Fragen: 'Erklären Sie kurz die Funktion der Elektronentransportkette.' oder 'Warum ist die Bildung eines Protonengradienten für die ATP-Produktion wichtig?'. Sammeln Sie die Antworten am Ende der Stunde.

• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 04

• Planspiel
• 35 Min. · Einzelarbeit

Planspiel: ATP/NADPH-Bildung

Mit Online-Tool oder PhET-Simulation die Protonengradienten und Chemiosmose nachstellen. Parameter variieren, Erträge berechnen und mit realen Werten abgleichen. Plenum diskutiert Ergebnisse.

Erklären Sie die Rolle von Lichtenergie bei der Spaltung von Wasser und der Freisetzung von Sauerstoff.

Moderationstipp

In der Simulation zur ATP/NADPH-Bildung lassen Sie die Schülerinnen und Schüler den Energiefluss als Pfeile in Echtzeit zeichnen, um die Dynamik zu verdeutlichen.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülerinnen und Schülern ein Diagramm einer Thylakoidmembran mit den Hauptkomponenten der Lichtreaktion zur Verfügung. Bitten Sie sie, die Flussrichtung von Elektronen und Protonen zu markieren und die Rolle von PS II, PS I und der ATP-Synthase zu beschriften.

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

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Erfahrene Lehrkräfte beginnen mit einem einfachen Modell der Thylakoidmembran, um räumliche Vorstellungen aufzubauen. Vermeiden Sie es, die Lichtreaktion isoliert zu betrachten, sondern verknüpfen Sie sie immer mit der Dunkelreaktion, um den Sinn der entstandenen Moleküle zu klären. Forschung zeigt, dass Schülerinnen und Schüler Energieumwandlungen besser verstehen, wenn sie selbst messbare Größen wie Farbänderungen oder pH-Wert-Änderungen beobachten.

Erfolgreich gelernt haben die Schülerinnen und Schüler, wenn sie die Schritte der Lichtreaktion kausal verknüpfen können: von der Lichtabsorption über die Wasserspaltung bis zur Synthese von ATP und NADPH. Sie erklären den Zusammenhang zwischen Protonengradient, Elektronentransport und Energieumwandlung und korrigieren gängige Fehlvorstellungen selbstständig.

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Stationenrotation zur Fotosysteme erwarten einige Schülerinnen und Schüler, dass direkt Glukose entsteht.

  Fordern Sie die Gruppen auf, nach jedem Stationenblatt den Prozessschritt zu benennen und mit einem Pfeil in eine Gesamtübersicht einzutragen. So wird sichtbar, dass ATP und NADPH erst in der Dunkelreaktion zu Glukose führen.

• Während des Hill-Reaktionsexperiments mit DPIP glauben manche, Chlorophyll spalte Wasser ohne Beteiligung der Fotosysteme.

  Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler die Farbänderung von DPIP mit der Beschriftung der Fotosysteme in ihrem Experimentprotokoll verknüpfen und den Elektronenfluss explizit einzeichnen.

• Während des Modellbaus der Elektronentransportkette nehmen einige einen linearen, unidirektionalen Elektronenfluss an.

  Bitten Sie die Paare, ihre Modelle mit Pfeilen zu kennzeichnen und Schleifen zwischen PS I und II sichtbar zu machen. Lassen Sie sie im Klassenverband die Zickzack-Struktur benennen und gemeinsam korrigieren.

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In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Flipped Classroom
• Planspiel