Das grüne Wunder

Teaser „Das grüne Wunder“

Was wird vermittelt?

Wie kann man Fotosynthese für Kinder einfach erklären? Welche Rolle spielt die Sonne bei der Fotosynthese?

Im Experiment „Das grüne Wunder“ lernen Kinder, was bei der Fotosynthese geschieht und warum Pflanzen Sonnenlicht brauchen. Ausgehend von einer Sonnenblume, die sich im Tagesverlauf zur Sonne dreht, wird zunächst der Begriff „Fotosynthese“ erklärt. Anschließend beobachten die Kinder in einem Versuch, wie eine Wasserpflanze unter Lichteinfluss kleine Bläschen produziert – aber woraus bestehen sie, Kohlenstoffdioxid oder Sauerstoff? Mit einer Glimmspanprobe gelingt der Nachweis, dass tatsächlich Sauerstoff entsteht. Im nächsten Schritt wird durch eine Belichtung eines Pflanzenblattes und den Einsatz von Lugolscher Lösung sichtbar gemacht, dass in den beleuchteten Bereichen Stärke entsteht – ein Energieträger, den die Pflanze aus Traubenzucker bildet. Ein Erklärfilm zeigt, dass Licht, Wasser, Kohlenstoffdioxid und Chlorophyll notwendig sind, damit die Pflanze durch Fotosynthese Sauerstoff und Zucker herstellen kann. Im optionalen Expertentest ordnen die Kinder die wichtigsten Begriffe der Fotosynthese einer schematischen Darstellung zu und festigen so ihr Verständnis des Prozesses.

Direkt zum Experiment

Schritt-für-Schritt-Anleitung für den Einsatz im Unterricht

Dauer: ca 30-40 Minuten

Lernziel: Die Schülerinnen und Schüler verstehen, was beim Prozess der Fotosynthese passiert und wie Kohlenstoffdioxid und Stärke als Produkte der Fotosynthese nachgewiesen werden können.

Einstieg

Die Lernenden betreten das virtuelle Labor und folgen der Einführung von Dr. Blubber. Eine Animation zeigt, dass sich eine Sonnenblume stets in Richtung Sonne neigt. Die griechische Herkunft und Bedeutung des Begriffs Fotosynthese werden erläutert. Im Experiment soll geklärt werden, was genau bei der Fotosynthese passiert.

Schritt 1: Materialien auswählen

Nun suchen die Lernenden die benötigten Materialien im virtuellen Materialschrank.
  • einen großen Glasbehälter
  • einen Glastrichter
  • ein Stativ
  • eine Lampe
  • ein Holzstäbchen
  • ein Becherglas
  • eine Pipette
Hinweise helfen den Lernenden bei der Auswahl.

Schritt 2: Pflanze ins Wasser setzen

Die Lernenden schalten das Licht im Labor aus, um die folgenden Vorgänge besser sichtbar zu machen. Sie setzen eine Wasserpflanze in das Glasgefäß und füllen es mit Wasser. Sie beobachten die Pflanze und sehen, dass kleine Luftblasen im Wasser aufsteigen.

Schritt 3: Lampe einschalten (Lichtzufuhr)

Nun wird die Lampe mit der Steckerleiste verbunden. Die Lernenden beantworten die Frage, was wohl passiert, wenn man die Lampe einschaltet – die Fotosynthese verstärkt sich durch das zusätzliche Licht sofort. Die Lampe wird nun eingeschaltet lassen und sofort steigen im Wasser viele Luftbläschen auf. Dr. Blubber erläutert, dass bei der Fotosynthese die Gase Sauerstoff (O2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) eine Rolle spielen.

Schritt 4: Stativ und Trichter positionieren

Um herauszufinden, welches Gas die Pflanze hier im Experiment produziert, sollen die Lernenden das Gas in Kontakt mit einem glimmenden Holzspan bringen. Dazu bewegen sie das Stativ zum Glasgefäß und befestigen den Glastrichter daran. Sie beantworten zuvor die Zwischenfrage nach der korrekten Position des Trichters. Am Forscherpad drehen sie den Trichter mit der großen Öffnung nach unten.

Schritt 5: Gas im Trichter sammeln

Der Trichter wird automatisch ins Glasgefäß getaucht. Die Lernenden schließen den Drehverschluss am Trichter. Sie schalten die Lampe ein, um die Gasproduktion zu starten und das Gas im Trichter zu sammeln. Nach etwa 20 min (Zeitraffer) wird das entstandene Gas durch das automatische Absenken des Trichters unter Druck gesetzt – die Voraussetzung für den nächsten Schritt.

Schritt 6: Glimmspan-Probe durchführen (Sauerstoffnachweis)

Der Bunsenbrenner wird automatisch aktiviert und die Lernenden entzünden an ihm ein Holzstäbchen. Einmal ausgepustet wird daraus ein glimmender Span. Sie platzieren ihn über dem Trichter und öffnen dessen Drehverschluss. Sie beobachten: Der Glimmspan flammt beim Kontakt mit dem Gas auf. Im Forscherpad wird nach einer Vermutung gefragt, warum dies so ist – weil es sich bei dem ausströmenden Gas um Sauerstoff handelt, denn Feuer braucht Sauerstoff, um zu brennen.

Schritt 7: Erläuterung zum Pflanzenwachstum

Dr. Blubber fasst zusammen, dass Pflanzen den produzierten Sauerstoff an die Luft bzw. an Wasser abgeben. Für ihr Wachstum scheint er keine Rolle zu spielen. Dafür benötigen Pflanzen Energie, die sie aus Stärke gewinnen. Stärke ist das zweite Produkt, das bei der Fotosynthese entsteht.

Schritt 8: Vorbereitung Stärkenachweis (Belichtung)

Dr. Blubber hat ein kleines Sonnenmotiv auf ein Blatt der Pflanze geklebt. Die Lernenden stellen die Pflanze unter die Lampe und schalten diese ein. Im Zeitraffertempo vergehen 12 Stunden, in denen die Pflanze mit ihrem teilweise abgeklebten Blatt belichtet wird.

Schritt 9: Stärkenachweis mit Lugolscher Lösung

Das Blatt mit dem Sonnenmotiv wird automatisch entfärbt. Die Lernenden geben mit der Pipette etwas Lugolsche Lösung und außerdem Wasser in ein Becherglas und legen das Blatt hinein. Sie beobachten: Die Lugolsche Lösung macht durch eine Blaufärbung sichtbar, dass sich an den belichteten Stellen Stärke gebildet hat. Die abgedeckte Stelle hingegen konnte keine Stärke bilden – das sieht man am hellen Sonnenmotiv.

Schritt 10: Prozess der Fotosynthese verstehen

Ein Erklärfilm erläutert den Prozess der Fotosynthese mit den wichtigsten Erkenntnissen: ohne Licht keine Fotosynthese, ohne Pflanzen kein Sauerstoff, und ohne Sauerstoff kein Leben. Das Rätsel in der Animation vom Anfang wird aufgelöst: Die Sonnenblume folgt im Tagesverlauf immer dem Licht, um für ihr Wachstum so viel wie möglich davon zu bekommen.

Schritt 11: Aufräumen

Die Lernenden entscheiden, ob sie das virtuelle Labor selbst aufräumen oder dies automatisch erledigen lassen möchten. Wenn sie sich für das selbstständige Aufräumen entscheiden, müssen sie die benutzten Materialien korrekt sortieren.

Expertentest (optional)

Im Expertentest können die Lernenden ihr Wissen unter Beweis stellen, indem sie sechs Begriffe (Licht, Kohlenstoffdioxid, Wasser, Sauerstoff, Traubenzucker/Stärke) an die richtigen Stellen im Bild einer Sonnenblume anordnen: Chlorophyll/Blatt, Wasser/Wurzeln, Licht/Sonnenstrahlen, Kohlenstoffdioxid / graue Bläschen, Sauerstoff / blaue Bläschen, Traubenzucker / rote Bläschen. Die Lernenden erhalten ein Expertendiplom, wenn sie den Test vollständig bis zum Ende durchführen. Optional können sie sich Dr. Blubbers Anleitung für das Wachsen eigener Sonnenblumen als PDF herunterladen.

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