Fachdidaktik Biologie – Lernaufgabe

Grobziel: Zellbiologie

Inhalt: Pflanzliche und tierische Zellen im lichtmikrosko-pischen Bild

Fach: Biologie Zielstufe: 1. Gymnasiale Schuljahr (Zyklus 1) Lektion: 45 Minuten Autorin: Maria Ruffieux Datum: 30.10.2017 Ort: PH Bern Dozent: Andreas Meier

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1 Rahmenbedingungen der Lernaufgabe

1.1 Eingliederung im Lehrplan

Im Lehrplan 2017 für den gymnasialen Bildungsgang des Kantons Bern ist die Zellbiologie ein

Lernziel im ersten Zyklus des Grundlagenfachs Biologie. Folgende Grobziele und Inhalte wer-

den aufgeführt:

Grobziele Inhalte Zellbiologie Sich mit dem Bau und den Funktionen der Zelle befassen:

- Die Zelle und ihre Strukturen beobachten, kennenlernen und mit der stammesge-schichtlichen Entstehung in Verbindung bringen.

Die Zelle mit ihren Organellen und deren Funktionen im licht- und elektronenmikro-skopischen Bild.

- Grundtypen von Zellen unterscheiden können.

Prokaryotische, pflanzliche und tierische Zelle.

- Bedeutung grundlegender Stoffwechsel-vorgänge in Zellen kennen.

Fotosynthese und Zellatmung (Bruttoglei-chungen), Enzyme, Autotrophie und Hete-rotrophie, Wärmebewegung, Diffusion und Osmose, Plasmolyse, Endocytose, Exocy-tose, passiver und aktiver Transport.

- Zellteilung und deren Bedeutung bei Ein- und Vielzellern erfassen.

Zellzyklus und Phasen der Mitose, Lichtmik-roskopische Strukturen der Chromosomen, Zellwachstum, Differenzierung, Stammzel-len, Gewebe.

1.2 Vorwissen und Lernvoraussetzungen

Die SuS (Schüler und Schülerinnen) haben in einer ersten Lektion den Bau von Zellen kennen-

gelernt und wurden mit der stammesgeschichtlichen Entstehung konfrontiert. Anhand von

elektronenmikroskopischen Bildern und schematisch gezeichneten Abbildungen von Zellen

wurden die Zellorganellen und ihre Hauptfunktionen behandelt. Das Elektronenmikroskop

wurde in der Theorie bereits eingeführt. In der folgenden Lektion wird an das Vorwissen der

SuS angeknüpft und im Sinne des kumulativen Lernens neuer Lernstoff eingeführt.

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1.3 Leitidee

Die SuS erlernen selbständig das Arbeiten mit dem Lichtmikroskop, das Herstellen von mikro-

skopischen Präparaten und zugleich die Unterschiede von pflanzlichen und tierischen Zellen.

Durch die selbständige Erarbeitung während der enaktiven Phase wird das Lernen problemori-

entiert und steigert aktiv die Informationsverarbeitung, die wichtig ist, für nachhaltiges Lernen.

Die SuS können besser bei ihrem individuellen Leistungsniveau abgeholt werden und in eige-

nem Rhythmus den Lernstoff erarbeiten. Zugleich kann die Lehrperson besser auf die Denk-

weise einzelner SuS eingehen, damit die verbindlichen Lernziele möglichst für alle erreichbar

sind. Dazu gehört, dass die SuS erkennen, dass sie mit zunehmendem Alter eine Mitverantwor-

tung für ihr Lernen tragen. Durch die hohen Anteile von selbstreguliertem Lernen und einer

hohen Unterstützungsqualität kann ein Unterricht lehrreicher und befriedigender erlebt werden.

1.4 Lernziele

- Die SuS können ein Lichtmikroskop ordnungsgemäss benutzen.

- Die SuS können ein mikroskopisches Präparat erfolgreich herstellen.

- Die SuS erkennen Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen pflanzlicher und tieri-

scher Zelle.

2 Grobplanung der Lektion

2.1 Aufnehmen: Einführung (5 Min.)

Zu Beginn der Lektion werden die Lernziele bekannt gegeben. Als Einstieg wird ein kurzes

Video über das Lichtmikroskop gezeigt (Bsp. https://www.youtube.com/watch?v=j79la-

Vcy54Q). Dieses Video zeigt einen Kriminalbiologen bei der Arbeit mit dem Lichtmikroskop.

Dadurch kann das Interesse und die Motivation der SuS geweckt und einen gesellschaftlich

relevanten Bezug geschaffen werden. Anschliessend werden die Lernaufgaben ausgeteilt und

die einzelnen Arbeitsschritte A bis D kurz erläutert.

2.2 Verarbeiten: Lernaufgabe (30 Min.)

Als erstes sollen die SuS den Auftrag sorgfältig durchlesen, damit Fragen und Unklarheiten im

Plenum besprochen werden können. Anschliessend wird die Lernaufgabe von den SuS selb-

ständig erarbeitet. Die Lehrperson steht bei Bedarf unterstützend zur Seite.

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2.3 Evaluieren: Besprechung und Auswertung (10 Min.)

Das Arbeitsblatt wird am Schluss im Plenum grob besprochen und auf offene Fragen eingegan-

gen. Die SuS sollen auch in dieser Phase im Zentrum stehen und aktiv beim Problemlösen

beteiligt sein. Dabei können Fehler von SuS für die Lerndiagnose genutzt werden. Die Lern-

aufgabe ist zeitaufwendig, möglicherweise können nicht alle SuS Aufgabe A bis C lösen. Als

Hausaufgabe wird daher Aufgabe D für die nächste Lektion aufgetragen. Durch das Lesen des

Textes können die Aufgaben B und C korrigiert und ergänzt werden. Es ist wichtig, dass die

SuS alles korrekt notiert haben, um die Ergebnissicherung zu gewährleisten. Um einen mög-

lichst starken lernreichen Effekt zu erzielen, werden in der nächsten Lektion die Hausaufgaben

kurz besprochen und anschliessend das Lösungsblatt ausgeteilt.

2.4 Ausblicke und Weiterführung

In einer folgenden Lektion können die prokaryotischen Zellen behandelt werden. Anschlies-

send an die Themen Zelltypen, Zellorganellen und Zellfunktionen stehen grundlegende Stoff-

wechselvorgänge in Zellen auf dem Lehrplan.

3 Quellen Bilder der Zellen. Zugriff unter: http://www.bayernkolleg-sw.de/fileadmin/user_up-

load/bk_sw/Dateien_Faecher/Dateien_Biologie/Dateien_Bio_Material/LM-Bild_

Zelle.pdf

Braun, J., Paul, A. & Westendorf-Bröring, E. (2011). Biologie Heute S11. Braunschweig:

Schroedel.

Informationen zum Lichtmikroskop. Zugriff unter: https://www.lichtmikroskop.net/aufbau-be-

standteile/grobtrieb.php

Lehrplan 2017 für den gymnasialen Bildungsgang des Kantons Bern. (2017). Zugriff unter:

http://www.erz.be.ch/erz/de/index/mittelschule/mittelschule/gymnasium/lehrplan_ma-

turitaetsausbildung.assetref/dam/documents/ERZ/MBA/de/AMS/GYM%20LP%2017/

ams_gym_lehrplan_17_biologie_gf.pdf

Skizze vom Lichtmikroskop. Zugriff unter: https://www.frustfrei-lernen.de/images/biolo-

gie/mikroskop-gross.jpg

Weber, U. (2001). Biologie Oberstufe. Gesamtband. Berlin: Cornelsen Verlag.

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4 Lernaufgabe

Pflanzliche und tierische Zellen im lichtmikroskopischen Bild

Ziele

Ich kann ein mikroskopisches Präparat herstellen und unter dem Lichtmikroskop anschauen.

Ich kenne die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen pflanzlicher und tierischer Zelle.

Vorgehen

- Die Lernaufgabe ist eine Einzelarbeit. Sie wird nicht benotet, bietet jedoch die Grund-

lagen für die Lernziele und ist prüfungsrelevant.

- Legen Sie das Material auf ihrem Arbeitsplatz bereit.

- Befolgen Sie die Anweisungen der Lernaufgabe der Reihe nach von A bis C und lösen

sie jeweils die dazugehörigen Aufgaben.

- Sie haben dafür 30 Minuten Zeit.

- Falls Sie früher fertig sind, lösen sie die Zusatzaufgabe D (Hausaufgaben).

Material

Aufgabenblatt, Text „Aufbau des Lichtmikroskops“, Text „Das lichtmikroskopische Bild der

Zelle“, Lichtmikroskop, 2 Objektträger, 2 Deckgläser, Pipettenflasche mit Wasser, Pinzette,

Zahnstocher, Haushaltspapier, Wasserpest

A. Aufbau des Lichtmikroskops

Lesen Sie den Text „Aufbau des Lichtmikroskops“ und lösen Sie die Aufgabe dazu.

B. Pflanzliche Zelle: Wasserpest-Blatt

- Nehmen Sie einen Objektträger und geben Sie in deren Mitte einen Tropfen Wasser.

- Entnehmen sie mit der Pinzette der Sprossspitze der Wasserpest ein junges Blatt und

legen Sie es in den Wassertropfen.

- Legen Sie ein Deckglas auf das Präparat und saugen Sie die überschüssige Flüssigkeit

mit einem Haushaltspapier ab.

- Mikroskopieren Sie das Präparat mit dem 40er Objektiv.

- Suchen Sie einen dünnen Ausschnitt mit wenigen Zellschichten (Nähe der Mittelrippe).

- Lösen Sie die Aufgaben dazu.

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C. Tierische Zelle: Mundschleimhaut

- Nehmen Sie einen Objektträger und geben Sie in deren Mitte einen Tropfen Wasser.

- Streichen sie mit dem Zahnstocher über die Innenseite der Wange, anschliessend drehen

Sie den Zahnstocher einige Male im Wassertropfen.

- Legen Sie ein Deckglas auf das Präparat und saugen Sie die überschüssige Flüssigkeit

mit einem Haushaltspapier ab.

- Mikroskopieren Sie das Präparat mit dem 40er Objektiv.

- Lösen Sie die Aufgaben dazu.

D. Zusatzaufgabe

Lesen Sie den Text „Das lichtmikroskopische Bild der Zelle“ durch und ergänzen / korrigieren

Sie anschliessend die Aufgaben B und C.

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5 Aufgaben

A. Das Lichtmikroskop

Beschriften Sie die Teile des Lichtmikroskops.

B. Pflanzliche Zelle: Wasserpest-Blatt

1. Zeichnen Sie zwei bis drei Zellen und beschriften Sie die Zellbestandteile.

2. Beobachten Sie das Blatt während einigen Minuten, was stellen Sie fest?

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3. Beschreiben Sie Stichwortartig die Hauptfunktionen der Zellbestandteile im Lichtmik-

roskop.

Zellbestandteile Hauptfunktionen

C. Tierische Zelle: Mundschleimhaut

1. Zeichnen Sie zwei bis drei Zellen und beschriften Sie die Zellbestandteile.

2. Vergleichen Sie mehrere Schleimhautzellen miteinander. Was stellen Sie fest?

3. Nennen Sie Unterschiede zwischen der tierischen und der pflanzlichen Zelle. Weshalb?

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6 Text: Aufbau des Lichtmikroskops Das Lichtmikroskop wird aus den griechischen Wörtern „micron“ und „skopein“ zusammen-

gesetzt und bedeutet so viel wie „etwas klein anschauen“. Diese Definition erklärt sehr genau

was ein Lichtmikroskop tut: Es vergrößert Objekte, und belichtet sie so, dass man sie anschauen

kann. Das Lichtmikroskop soll also durch verschiedene optische Vergrößerungen und Verbes-

serung der Auflösung Details für das Auge sichtbar machen. Im Folgenden sind die wichtigsten

Bestandteile und ihre Funktion aufgeführt.

Der Fuss dient zur Stabilisierung des Geräts. Man kann das Mikroskop daran heben oder be-

wegen, um die Position auf dem Tisch festzulegen. Am Fuß des Mikroskops befindet sich eine

Lichtquelle, damit man überhaupt etwas vom Objekt erkennen kann. Dabei kann es sich um

eine elektrische Lampe oder um einen Spiegel handeln, mit dem man das Tageslicht auf das

Objekt lenkt. Oberhalb der Lichtquelle befindet sich der Objekttisch, auf diesen wir der Ob-

jektträger gelegt und mit zwei Klemmen aus Metall befestigt, damit er nicht verrutscht. Der

Objektträger ist eine dünne Glasplatte, auf welche man das Objekt zum Beobachten legt. Zu-

sätzlich kann auf das Objekt eine dünne Glasplatte, das sogenannte Deckglas, gelegt werden.

Zwischen der Lichtquelle und dem Objekttisch befindet sich der Kondensor, welcher wie eine

Blende wirkt. Dieser ist am Objekttisch befestigt und dient zur Regulierung des Lichteinfalls.

Über einen Regelschieber lässt sich die Blende öffnen oder schließen und so die Betrachtung

des Objekts optimieren. Um das vergrösserte Bild scharf zu erkennen, kann die Höhe des Ob-

jekttisches mit dem Grob- und Feintrieb verstellt werden. Mit dem Grobtrieb kann der Abstand

schneller (gröber) eingestellt werden. Der Feintrieb dient der Bildschärfe. Man reguliert damit

sehr fein und genau die Distanz zwischen dem Objekt und dem Objektiv. Die Objektive dienen

zur Vergrößerung der Objekte. Bei Standard Mikroskopen sind die üblichen Vergrößerungen

der Objektive 4x, 10x und 40x. Die verschiedenen Objektive werden dabei durch den Objekt-

revolver über ein drehbares Rädchen ausgewählt und eingerastet. Dadurch können die Vergrö-

ßerungen beliebig gewählt werden. Am obersten Ende befindet sich das Okular, durch welches

man hindurchschaut. Im Inneren des Okulars befinden sich außerdem zusätzliche Linsen, die

das Bild noch weiter vergrößern – in den meisten Fällen 10-fach, 15-fach oder 20-fach. Mikro-

skope mit zwei Okularen nennt man Binokular Mikroskope. Durch diese kann man gleichzeitig

mit beiden Augen durchschauen und muss nicht ein Auge zu halten. Der Tubus (das Rohr)

schließt direkt an das Okular an und dient so als Halterung für das Okular. Damit man beim

Mikroskopieren eine angenehme Körperhaltung einnehmen kann, ist dieser schräg positioniert.

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7 Text: Das lichtmikroskopische Bild der Zelle Die pflanzliche Zelle. Beim Mikroskopieren von Wasserpestblättchen fällt die regelmässige

Struktur des Gewebes auf. Die Zellwände treten als Zellgrenzen deutlich hervor. Im Innern sind

die Chloroplasten zu erkennen, die sich in der lebenden Zelle mit der Plasmaströmung bewe-

gen. Das Cytoplasma scheint relativ strukturlos. Der Zellkern ist als meist rundlicher, etwas

dunklerer Körper nur schwer zu erkennen. Die vom Cytoplasma umgebene Zellsaftvakuole

kann durch Farbstoffe sichtbar gemacht werden. Sie enthält eine wässrige Lösung aus organi-

schen und anorganischen Stoffen. Eine Membran, der Tonoplast, begrenzt sie gegen das Cyto-

plasma.

Die tierische Zelle. Zellen der menschlichen Mundschleimhaut sind unregelmässig geformt.

Da sie nur durch die Zellmembran begrenzt sind, erscheinen die Zellgrenzen undeutlich. Das

Cytoplasma ist fein granuliert. Im Zentrum liegt der Zellkern. Nur bei sehr hoher Vergrösserung

werden im Plasma weitere Strukturen sichtbar: Nahrungsvakuole und Zellorganellen. Ihr Aus-

sehen ist im Lichtmikroskop nicht genauer zu erkennen. In der intakten Mundschleimhaut sind

die Zellen zu einem Gewebe, dem Plattenepithel verbunden.

Tier- und Pflanzenzellen im Vergleich. Die einzelnen Zellbestandteile, denen jeweils eine

bestimmte Struktur und Funktion eigen ist, werden Organellen genannt. Obwohl einige Orga-

nellen nur in pflanzlichen Zellen vorkommen, ist die Funktionsweise von Tier- und Pflanzen-

zelle sehr ähnlich.

Plastiden gibt es nur in pflanzlichen Zellen. Je nach der Funktion des Gewebes können Plasti-

den unterschiedlich ausgebildet sein. Die Zellen grüner Pflanzen enthalten Chloroplasten, de-

nen eine besondere Funktion bei der Fotosynthese zukommt. Chromoplasten sind Träger roter

und gelber Farbstoffe. Sie sind für die Färbung von Blüten, Früchten und Blättern verantwort-

lich. Die Farbveränderung beim Reifen von Früchten oder in Herbstlaub kommt dadurch zu-

stande, dass sie Chloroplasten im Chromoplasten umwandeln.

Zellsaftvakuolen finden sich nur in pflanzlichen Zellen. Neben ihrer Bedeutung für den Zell-

druck (Turgor), der die Zelle und den gesamten Pflanzenkörper festigt, dienen sie auch der

Stoffspeicherung.

Die Zellwand der Pflanzenzelle verleiht der Zelle eine unveränderbare Form. Die Zellmembran

ist im Lichtmikroskop nicht deutlich sichtbar. Für die tierische Zelle stellt sie die einzige Be-

grenzung dar. In der Pflanzenzelle liegt sie der Zellwand direkt an.

Auffälligstes Organell in beiden Zellarten ist der Zellkern. In seinem Innern findet sich die

netzartige Struktur des Chromatins, welches die die Erbinformation enthält.

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8 Lösungen

A. Das Lichtmikroskop

B. Pflanzliche Zelle: Wasserpest-Blatt

1. Zeichnen Sie zwei bis drei Zellen und beschriften Sie die Zellbestandteile.

1. Zellkern

2. Zytoplasma

3. Zellmembran

4. Chloroplast

5. Zellwand

6. Vakuole

2. Beobachten Sie das Blatt während einigen Minuten, was stellen Sie fest?

Die Chloroplasten wandern der Zellwand entlang. Die Bewegung kommt durch eine Strömung

im Zellplasma zustande, die durch sich zusammenziehende Faser-Eiweisse im Plasma verur-

sacht wird.

3. Beschreiben Sie Stichwortartig die Funktionen der Zellbestandteile im Lichtmikroskop.

Zellbestandteile Funktionen

Zellkern Steuerung der Lebensfunktionen Erbinformationen

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Zytoplasma Einbettung der Organellen Stoffwechselprozesse

Zellmembran Abgrenzung Stoffaustausch

Chloroplast Fotosynthese

Zellwand Festigung Schutz

Vakuole Speicherung von Stoffen Abbau von Abfallstoffen Aufrechterhaltung vom Zellinnendruck

C. Tierische Zelle: Mundschleimhaut

1. Zeichnen Sie zwei bis drei Zellen und beschriften Sie die Zellbestandteile.

1. Zellkern

2. Zytoplasma

3. Zellmembran

2. Vergleichen Sie mehrere Schleimhautzellen miteinander. Was stellen Sie fest?

Die tierischen Zellen sind nicht miteinander verbunden, während pflanzliche Zellen oft

feste Verbände von dicht an dicht liegenden Zellen bilden.

3. Nennen Sie Unterschiede zwischen der tierischen und der pflanzlichen Zelle. Weshalb?

- Tierische Zellen haben keine Chloroplasten, da sie keine Photosynthese betrieben.

- Zellwände gibt es nur bei pflanzlichen Zellen, damit werden sie in ihrer Beweglichkeit

eingeschränkt und in Position gehalten. Tierische Zellen müssen beweglicher sein. Zu-

sätzlich dient die Zellwand als Schutz vor dem Platzen, falls die Vakuole zu viel Flüs-

sigkeit aufnimmt.

- Vakuolen gibt es nur in pflanzlichen Zellen, da sie durch die feste Zellwand den Druck

in der Zelle gewährleisten und somit die Pflanze aufrechterhalten. Eine tierische Zelle

muss flexibler und beweglicher bleiben.