Arbeitsblatt: Zwei Modelle zur Bergmannschen Regel

Vorentwurf zur Lehrprobe (Bio LK 12) Thema: Entwicklung, Begründung und Grenzen eines ökologischen Modells am Beispiel der Bergmannchen Regel. Unterrichtsreihe: Ökologie, abiotische Umweltfaktoren, Temperatur als abiotischer Umweltfaktor bisheriger Schwerpunkt: Experimente als Weg wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns Begrüßung: Einstieg: (Medium: OHF mit der Abbildung verschieden großer Pinguine, deren Lebensraum angegeben wird.) Im UG wird die Bergmannche Regel von den SuS formuliert (nach mehreren Unterrichtsstunden über Vor und Nachteile sowie unterschiedlicher Anpassungstypen gleich und wechselwarmer Tiere wird dies vermutlich relativ einfach gelingen). Überleitung: LV: Die von den SuS aufgestellte Regel wird als Hypothese aufgegriffen. Da ein Experiment mit lebenden Pinguinen nicht möglich ist, wollen wir versuchen die Hypothese durch theoretische Überlegungen plausibel zu machen. Erarbeitung: Die SuS arbeiten in selbstgebildeten 2erGruppen (Fabian arbeitet alleine, da er bei Gruppenarbeiten nicht konstruktiv mitarbeitet. Der Fachlehrer des Kurses gibt an, dass dies vermutlich kein rein pädagogisches Problem darstellt, so dass ich in dieses Problem nicht angehe). Zwei verschiedene AB stehen zur Verfügung, von denen jede Gruppe nach Neigung eines zur Bearbeitung auswählt: AB 1: Mathematische Herangehensweise (Berechnen des OberflächeVolumenverhältnisses von Kugeln) AB2: Haptischkreative Herangehensweise: Basteln eines zylindrischen Modells aus Papier, entwickeln von Vorschlägen, wie dieses weiterentwickelt werden könnte. Sicherung: Vortrag der Arbeitsergebnisse der Gruppen im Schülervortrag. Thematisierung des Modellcharakters der Darstellungen. Diskussion bzgl. der Verbindlichkeit der Regel Optional: Transferoperationen und Diskussion echter und scheinbarer Ausnahmen (Elefant in Afrika, große Tropische Insekten) Stellen der Arbeitsanweisungen für die folgende Stunde In der 6. Stunde sollen die Schüler selbständig ein selbst entwickeltes Experiment zur Wachstumsgeschwindigkeit von Weizenkeimlingen auswerten. Quellen: Die Bergmannche Regel Ein mathematisches Modell Naturwissenschaftliche Modelle werden benutzt, um komplexe Sachverhalte anschaulich darzustellen. Dabei versucht man sich auf die wesentlichen Faktoren des Sachverhaltes zu beschränken und diese zu vereinfachen. Weniger wichtige Aspekte werden weggelassen. de/fun/malen/pinguin .html a) Überlegen Sie zunächst, welche Teile der Realität durch Kugel und Wasser dargestellt werden sollen. In diesem Modell werden Pinguine durch eine mit Wasser gefüllte Glaskugel dargestellt. b) Berechnen Sie die Oberfläche und das Volumen verschieden großer Kugeln. Benutzen Sie dazu die Tabelle 1. Bestimmen Sie anschließend den Faktor, um den Radius, Oberfläche und Volumen von Stufe zu Stufe steigen. Oberfläche einer Kugel: 4 r2 12,6 r2 Volumen einer Kugel: 4/3 r3 4,2 r3 Radius (r) Faktor Oberfläche(A) Faktor Volumen (V) Faktor 1 cm 2 cm 5 cm 10 cm c) Übertragen Sie die in b) gewonnenen Werte in das Koordinatensystem. Oberfläche [cm2] 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Volumen [cm3] 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 d) Welche Aufgaben haben das Körperinnere bzw. die Körperoberfläche für den Temperaturhaushalt gleichwarmer Tiere? Welche Konsequenzen ergeben sich demzufolge aus den Ergebnissen der Aufgaben b) und c) für den Wärmehaushalt von großen und kleinen Pinguinen? e) Überlegen Sie, welche Aspekte der Wirklichkeit werden in diesem Modell berücksichtigt? Welche werden weggelassen oder reduziert? Die Bergmannche Regel Ein Modell zum Anfassen Naturwissenschaftliche Modelle werden benutzt, um komplexe Sachverhalte anschaulich darzustellen. Dabei versucht man sich auf die wesentlichen Faktoren des Sachverhaltes zu beschränken und diese zu vereinfachen. Weniger wichtige Aspekte werden weggelassen. de/fun/malen/pinguin .html a) Zerschneiden Sie das beigefügte Blatt entlang der vorgegebenen Linie und kleben Sie die Enden der schmaleren Seite so zusammen, dass sich eine Röhre ergibt. Stellen Sie die so entstandenen „Modellpinguine (klein, mittel und groß) nach Größe sortiert auf. In diesem Modell werden Pinguine als Zylinder dargestellt. b) Überlegen Sie, welche Teile eines lebenden Pinguins durch welche Teile des Modells repräsentiert werden. Wo entsteht Wärme, wo geht sie verloren? c) Stellen Sie den kleinsten Modellpinguin in den größten Modellpinguin und schätzen Sie ab, wie viele kleine Modellpinguine im großen Platz haben. Überlegen Sie, wie viele kleine Modellpinguine aus dem Stück Papier gefertigt werden könnten, aus dem der große Modellpinguin besteht. d) Das Innere der Modellpinguine ist hohl. Entwickeln Sie Ideen, wie der Hohlraum sinnvoll gefüllt werden kann, um das Modell noch anschaulicher zu gestalten. e) Überlegen Sie, welche Aspekte der Wirklichkeit werden in diesem Modell berücksichtigt? Welche werden weggelassen oder reduziert? mittlerer Modellpinguin Verschnitt kleiner Modellpinguin großer Modellpinguin Bildquelle: Entwicklung, Begründung und kritische Reflexion eines ökologischen Modells am Beispiel der Bergmannchen Regel. Phase Inhaltliche Schwerpunkte Methode/ Medien Sozialform Didaktischmethodische Erläuterungen Einstieg Aufgreifen der Thematik der letzten Stunde: Hypothesen zu den Verbreitungsgebieten gleich und wechselwarmer Tiere UG Tafel Aufgreifen des Stundenübergreifenden Themas: Hypothesenbildung und Überprüfung als Hintergrund für die heutige Stunde Problematisierung SuS erkennen anhand eine Abb. auf OHF, dass Pinguine kalter Lebensräume größer sind als die warmer Lebensräume. Hypothesenbildung zur Ursache, ggf. Möglichkeiten suchen diese zu Überprüfen. UG OHF 1 Vermutlich werden die SuS schon in dieser Phase ggf. OHF 2 einen korrekten Erklärungsansatz finden. Die Probleme, diesen durch ein Experiment zu beweisen führen über zum Modell. Erarbeitung SuS bearbeiten entweder ein mathematisches oder GA ein haptischkreatives Modell zum Oberfläche Volumenverhältnis bei verschiedenen Körpergrößen. Mögliche Zusatzaufgabe: Überlegen Sie einen Modellversuch. AB 1 oder AB 2 SuS können nach Neigung und Vorwissen eine eigenen Herangehensweise zur Begründung der Bergmannchen Regel wählen. Das Modell soll ggf. über die Vorgaben des Lehrers hinaus weiterentwicklt werden. Schüler sollen auf dem Weg zu selbst bestimmtem, selbst organisiertem Lernen weiterschreiten, nachdem sie bereits in Eigenregie ein Experiment entworfen und angesetzt haben. Sicherung SuS stellen Ihre Ergebnisse vor. Falls die Gruppe selbst keine Folie erstellt hat: Sicherung an der Tafel OHF Papier modelle ggf. Tafel SuS sind in der Rolle der Wissensvermittler für Ihre Mitschüler, die eine andere Herangehensweise gewählt haben. Ggf. Vorstellung eigener, neuer Ideen. Nichtvortragende SuS dienen als Kontrollgruppe. OHF 3 Durch die Konfrontation mit den Problemen wird UG fakultativ: Transfer SuS werden mit Fakten konfrontiert, die tatsächlich UG oder scheinbar der Bergmannchen Regel widersprechen. Stundenabschluss Organisatorische Informationen bzgl. der folgenden Stunde, Stellen der HA sichergestellt, dass der Geltungsbereich und die Rahmenbedingungen der Regel beachtet werden. Der Unterschied zwischen Regel und Gesetz wird thematisiert.