Πληροφορίες

2.2: Φωτοσύνθεση Σημειώσεις Προετοιμασίας Εκπαιδευτικού - Βιολογία

2.2: Φωτοσύνθεση Σημειώσεις Προετοιμασίας Εκπαιδευτικού - Βιολογία


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ:

Αυτή η διερεύνηση φωτοσύνθεσης περιλαμβάνει:

  • Μέρος 1. Μέτρηση του ρυθμού φωτοσύνθεσης

Σε αυτή την ενότητα, οι μαθητές μαθαίνουν πώς να χρησιμοποιούν τη μέθοδο του αιωρούμενου δίσκου για τη μέτρηση του ρυθμού καθαρής φωτοσύνθεσης (δηλ. Συγκρίνουν τον ρυθμό καθαρής φωτοσύνθεσης στο νερό έναντι ενός διαλύματος διττανθρακικού νατρίου. Οι ερωτήσεις καθοδηγούν τους μαθητές στην ανασκόπηση της σχετικής βιολογίας και Αυτή η ενότητα θα απαιτήσει πιθανώς μια εργαστηριακή περίοδο 45-50 λεπτών. Για να διασφαλιστεί η ολοκλήρωση εντός μίας εργαστηριακής περιόδου, μπορεί να θέλετε να χρησιμοποιήσετε τη σελίδα 1 και το επάνω μέρος της σελίδας 2 του Φυλλάδιο μαθητή ως προεργαστήριο ή/και μπορεί να θέλετε να χρησιμοποιήσετε το κάτω μέρος της σελίδας 3 με το επάνω μέρος της σελίδας 4 ως μετα-εργαστήριο.

  • Μέρος 2ο. Διερεύνηση ενός παράγοντα που επηρεάζει το ποσοστό της καθαρής φωτοσύνθεσης

Αυτή η έρευνα που σχεδιάστηκε από μαθητές θα απαιτήσει πιθανώς δύο έως τρεις περιόδους 45-50 λεπτών για τους μαθητές:

  • Σχεδιάστε την έρευνα
  • Λάβετε σχόλια για το σχεδιασμό της έρευνάς τους και κάντε τις απαραίτητες βελτιώσεις
  • Πραγματοποιήστε την έρευνα
  • Αναλύστε και ερμηνεύστε τα αποτελέσματα
  • Ετοιμάστε μια γραπτή ή προφορική έκθεση
  • Συμμετέχετε σε μια συζήτηση παρακολούθησης ευρημάτων, ερμηνειών και πιθανών βελτιώσεων στον πειραματικό σχεδιασμό ή/και τις επακόλουθες έρευνες.

Προς το μειώσετε το χρόνο του μαθήματος απαιτείται, μπορεί να θέλετε να ζητήσετε από τους μαθητές σας να απαντήσουν στην ερώτηση 13 κατά τη συλλογή δεδομένων για το Μέρος 1 και να προετοιμάσουν το σχέδιο της έρευνάς τους ως εργασία στο σπίτι. Μπορεί επίσης να θέλετε να ζητήσετε από τους μαθητές σας να προετοιμάσουν την αναφορά των αποτελεσμάτων τους ως εργασία για το σπίτι. Αν κάνεις δεν έχω αρκετό χρόνο στο μάθημα και/ή πόρους για αυτήν την έρευνα, οι μαθητές σας μπορούν να επωφεληθούν από τη διεξαγωγή του Μέρους 1 ως πρακτικής δραστηριότητας που βελτιώνει την κατανόηση της φωτοσύνθεσης και της κυτταρικής αναπνοής και την εισαγωγή στο Μέρος 2 ως πρακτική στο σχεδιασμό μιας έρευνας.

Πριν ξεκινήσει αυτή τη δραστηριότητα, οι μαθητές θα πρέπει να έχουν μια βασική κατανόηση της φωτοσύνθεσης και πώς η φωτοσύνθεση και η κυτταρική αναπνοή συνεργάζονται για να παράγουν ΑΤΡ. Για το σκοπό αυτό, προτείνουμε τη δραστηριότητα ανάλυσης και συζήτησης "Χρήση μοντέλων για την κατανόηση της φωτοσύνθεσης" (http://serendip.brynmawr.edu/exchange/bioactivities/modelpho

προς το).

Μαθησιακοί Στόχοι

Σύμφωνα με τα Πρότυπα Επιστήμης επόμενης γενιάς (http://www.nextgenscience.org/next-generation-science-standards),

  • Οι μαθητές μαθαίνουν την πειθαρχική βασική ιδέα LS1.C. "Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης μετατρέπει την φωτεινή ενέργεια σε αποθηκευμένη χημική ενέργεια μετατρέποντας το διοξείδιο του άνθρακα συν νερό σε σάκχαρα συν το απελευθερωμένο οξυγόνο.… Η κυτταρική αναπνοή είναι μια χημική διαδικασία κατά την οποία οι δεσμοί των μορίων των τροφίμων και των μορίων οξυγόνου σπάνε και δημιουργούνται νέες ενώσεις" με αποτέλεσμα μια μεταφορά ενέργειας από οργανικά μόρια όπως η γλυκόζη στο ATP που παρέχει την ενέργεια για τις κυτταρικές διεργασίες.
  • Οι μαθητές συμμετέχουν στις επιστημονικές πρακτικές του σχεδιασμού και της διεξαγωγής μιας έρευνας, της ανάλυσης και της ερμηνείας δεδομένων και της κατασκευής επεξηγήσεων.
  • Αυτή η δραστηριότητα μπορεί να βοηθήσει τους μαθητές να κατανοήσουν τη διασταυρούμενη έννοια: ενέργεια και ύλη.
  • Αυτή η δραστηριότητα βοηθά στην προετοιμασία των μαθητών για τις προσδοκίες απόδοσης: HS-LS1-5. «Χρησιμοποιήστε ένα μοντέλο για να απεικονίσετε πώς η φωτοσύνθεση μετατρέπει την φωτεινή ενέργεια σε αποθηκευμένη χημική ενέργεια».

Υλικά

Απαιτείται για το Μέρος 1 για κάθε ομάδα μαθητών:

  • Πέντε φύλλα σπανάκι (σκούρο πράσινο, φρέσκα φύλλα σπανάκι παράγουν καλύτερα, γρηγορότερα αποτελέσματα.)
  • Δύο φλιτζάνια (Τα κοντά διαφανή πλαστικά κύπελλα πάρτι λειτουργούν καλύτερα.)
  • ~ 300 mL νερού με 0,2% όξινο ανθρακικό νάτριο (μαγειρική σόδα · μπορεί να προτιμάτε να χρησιμοποιείτε 0,3% -0,5% όξινο ανθρακικό νάτριο που θα έχει ως αποτέλεσμα ταχύτερο ρυθμό φωτοσύνθεσης και ταχύτερη πλεύση για τους δίσκους των φύλλων)
  • ~ 300 ml νερού χωρίς όξινο ανθρακικό νάτριο
  • Δύο σταγόνες αραιωμένου απορρυπαντικού (Για την προετοιμασία του αραιωμένου απορρυπαντικού, προσθέστε περίπου 5 mL υγρού σαπουνιού πλυντηρίου πιάτων σε 250 mL νερού.)

Επαναχρησιμοποιήσιμος εξοπλισμός:

  • Άχυρο, τρύπα ή ψαλίδι (Εάν χρησιμοποιείτε τρυπητή, θα θέλετε είτε να αγοράσετε είτε να τροποποιήσετε το τρυπάνι σας έτσι ώστε οι δίσκοι των φύλλων να μπορούν να απελευθερωθούν εύκολα.)
  • Δύο σύριγγες των 10 ml χωρίς βελόνες (οι σύριγγες μπορούν να ξεπλυθούν, να στεγνώσουν και να επαναχρησιμοποιηθούν)
  • Λαμπτήρας με σπειροειδή συμπαγή λαμπτήρα φθορισμού 23 W (Εάν έχετε λάμπα σφιγκτήρα, προφανώς θα μπορούσε να συνδεθεί σε μια βάση δακτυλίου ή σε άλλο κάθετο πόλο. Εάν δεν έχετε αρκετούς κάθετους πόλους, μπορείτε να τοποθετήσετε το στήριγμα λαμπτήρα χρησιμοποιώντας ένα κουτί από χαρτόνι .)
  • Κάποιος τρόπος για να παρακολουθείτε τα λεπτά

Πρόσθετα υλικά που μπορεί να χρειαστείτε για το Μέρος 2:

  • Διττανθρακικά, νερό, ζυγαριά και βαθμονομημένος κύλινδρος για τους μαθητές να κάνουν διαφορετικές συγκεντρώσεις διττανθρακικών διαλυμάτων
  • Χάρακας για τη μέτρηση της απόστασης από μια πηγή φωτός
  • Αλουμινόχαρτο ή κουτί για να αποτρέψετε το φως να φτάσει στους δίσκους των φύλλων
  • Πράσινο, μπλε και κόκκινο περιτύλιγμα σελοφάν ή φίλτρα φωτός (Μπορεί να είναι χρήσιμο να έχετε έναν φωτόμετρο για να αξιολογήσετε την προκύπτουσα μείωση της έντασης του φωτός (π.χ. από το Home Depot:
  • http://www.homedepot.com/p/General-Tools-Soil-Moisture-and-Light-Meter-GLMM100/202735103). Όταν χρησιμοποιείτε αυτά τα φίλτρα, μπορεί να είναι χρήσιμο να έχετε μια πιο έντονη πηγή φωτός.)
  • Ζεστό νερό, πάγος, μεγαλύτερο δοχείο, θερμόμετρο

Εκπαιδευτικές προτάσεις και πληροφορίες για το Μέρος 1 – Μέτρηση του ρυθμού φωτοσύνθεσης

Αυτή η δραστηριότητα βασίζεται στο Investigation 5 στο "College Board Teacher Manual for AP Biology Investigative Labs", (http://www.collegeboard.com/html/apcourseaudit/courses/pdfs/cb-biology-lab-manual-1-24 -12.pdf). Συμβουλευτείτε τις Σημειώσεις Δασκάλου σε αυτήν την πηγή που παρέχουν προτάσεις για τη διδασκαλία αυτής της δραστηριότητας και πρόσθετες πληροφορίες. Εάν διδάσκετε ένα μάθημα βιολογίας AP, μπορείτε να προτιμήσετε να χρησιμοποιήσετε το Φυλλάδιο για μαθητές σε αυτήν την πηγή.

Πριν οι μαθητές σας ξεκινούν το διαδικασία που περιγράφεται στη σελίδα 2 του Εγχειριδίου Φοιτητών, πιθανότατα θα είναι χρήσιμο να τους δείξετε α βίντεο βασικών βημάτων στη διαδικασία (διατίθεται στη διεύθυνση https://www.youtube.com/watch?v=vw8baZO89oc). Εάν δεν μπορείτε να εμφανίσετε αυτό το βίντεο, πιθανότατα θα θέλετε να το δείτε μόνοι σας, να δείξετε τη διαδικασία για τους μαθητές σας και ίσως να κυκλοφορήσετε αντίγραφα του παρακάτω στιγμιότυπου οθόνης που δείχνει πώς να τραβήξετε πίσω το έμβολο για να δημιουργήσετε ένα κενό.

Μερικές πρόσθετες προτάσεις για Επιτυχία με αυτήν τη διαδικασία είναι:

  • Εάν δεν έχετε πρόσβαση σε σκούρο πράσινο, φρέσκο ​​σπανάκι φύλλα, θα μπορούσατε να δοκιμάσετε πιλοτικά άλλα χόρτα, όπως κολάρα. Είχαμε επίσης επιτυχία με δίσκους φύλλων από γρήγορα φυτά. Εάν έχετε ένα κοντινό δέντρο ή θάμνο με πράσινα φύλλα, μπορεί να έχετε επιτυχία με τη διάτρηση δίσκων απευθείας από τα φύλλα του δέντρου ή του θάμνου. Ένας δάσκαλος έχει αναφέρει επιτυχία με τα φύλλα βελανιδιάς.
  • Είχαμε επιτυχία χρησιμοποιώντας ένα άχυρο, γροθιά ή ψαλίδι για την προετοιμασία των δίσκων φύλλων (ή τετραγώνων). Το ακριβές μέγεθος των δίσκων φύλλων δεν φαίνεται να επηρεάζει σημαντικά τα αποτελέσματα. Εάν οι μαθητές σας χρησιμοποιούν ψαλίδι, θα πρέπει να στοχεύουν σε ένα σχετικά ομοιόμορφο μέγεθος, περίπου το ίδιο μέγεθος με ένα φυλλικό δίσκο που παράγεται από καλαμάκι ή διάτρηση με τρύπα.
  • Βεβαιωθείτε ότι τα φύλλα είναι ξηρός πριν αρχίσουν οι μαθητές να τρυπάνε τους δίσκους των φύλλων. Διαφορετικά, υπάρχει η τάση να κολλάνε οι δίσκοι των φύλλων στο πλάι της σύριγγας.
  • Όταν οι μαθητές ρίχνουν τους δίσκους φύλλων στη σύριγγα, είναι εντάξει να πάρουν έναν δίσκο αδέσποτων φύλλων αρκεί να είναι ήπιοι και να βεβαιωθούν δεν προς το υλικές ζημιές ο ιστός του δίσκου των φύλλων.
  • Όταν πιέζετε το αέρα έξω από τη σύριγγα, οι μαθητές πρέπει να είναι σίγουροι ότι δεν θα κολλήσουν τους δίσκους στην άκρη της σύριγγας. Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούν να βγάλουν όλο τον αέρα από τη σύριγγα.
  • Όταν οι μαθητές τραβήξτε προς τα πίσω το έμβολο για να δημιουργήσουν το κενό, πρέπει να βεβαιωθούν ότι όλοι οι δίσκοι είναι βυθισμένοι στο υγρό. Μπορούν να χτυπήσουν ή να στροβιλίσουν τη σύριγγα, αλλά δεν πρέπει να την κουνήσουν, καθώς δεν θέλετε το απορρυπαντικό να βλάψει τα κύτταρα στους δίσκους των φύλλων. Αφού αφήσετε το έμβολο, περιμένετε έως και ένα λεπτό για να δείτε αν όλοι οι δίσκοι των φύλλων θα βουλιάξουν. Οι μαθητές μπορούν να επαναλάβουν αυτό το βήμα κενού έως και δύο ακόμη φορές, αλλά περισσότερες από αυτές μπορεί να καταστρέψουν τους δίσκους φύλλων. Εάν το διάλυμα γίνει πράσινο, αυτό υποδηλώνει υπερβολική ζημιά στα φύλλα. Εάν ένας ή δύο δίσκοι φύλλων εξακολουθούν να μην βυθίζονται, μπορούν να αφαιρέσουν αυτούς τους δίσκους φύλλων από το κύπελλο και να κάνουν τις παρατηρήσεις τους με μικρότερο αριθμό δίσκων φύλλων.
  • Πιθανότατα θα θέλετε δύο μαθητές σε κάθε ομάδα να προετοιμάστε τους δίσκους φύλλων σε διάλυμα διττανθρακικού και σε νερό ταυτόχρονα, οπότε η περίοδος παρατήρησης για τους δίσκους σε νερό και διάλυμα διττανθρακικού θα συμπέσει.
  • Για κάθε ομάδα μαθητών, και τα δύο κύπελλα πρέπει να βρίσκονται στο ίδια απόσταση από την πηγή φωτός, αφού η ένταση του φωτός είναι ανάλογη με το αντίστροφο της τετραγωνικής απόστασης.
  • Εάν επιλέξετε να προετοιμάζω δίσκοι φύλλων εμπρός του χρόνου, μπορούν να διατηρηθούν στο σκοτάδι στα κύπελλα για μισή ώρα πριν οι μαθητές αρχίσουν τις παρατηρήσεις τους.

Το κάτω μέρος της σελίδας 3 του Εγχειριδίου Φοιτητών εξετάζει τις σχέσεις μεταξύ της φωτοσύνθεσης και της κυτταρικής αναπνοής και εξηγεί ότι η μέθοδος του πλωτού δίσκου μετρά το ρυθμό καθαρή φωτοσύνθεσηΤο Μια χρήσιμη συζήτηση για τις επιδράσεις της έντασης του φωτός στον ρυθμό της καθαρής φωτοσύνθεσης (σχετική με την ερώτηση 10) είναι διαθέσιμη στην ενότητα "Επίδραση της έντασης του φωτός στις σχέσεις φωτοσύνθεσης/αναπνοής των φυτών σκιάς έναντι σκιάς" (βλ. "Σελίδα 54" του http: //generalhorticulture.tamu.edu/lectsupl/light/light.html).

Ερωτήσεις 9-12 ενθαρρύνει την κατανόηση των μαθητών για:

Οι σχέσεις μεταξύ φωτοσύνθεσης και κυτταρικής αναπνοής

Η σημασία των μορίων σακχάρου που παράγονται από τη φωτοσύνθεση, όχι μόνο για την κυτταρική αναπνοή, αλλά και ως δομικά στοιχεία για άλλα μόρια στο φυτό (όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα· προφανώς, άζωτο και φώσφορος από το νερό του εδάφους θα χρειαστούν επίσης για τη σύνθεση αμινοξέων νουκλεοτίδια και φωσφολιπίδια)

Η ανάγκη για κυτταρική αναπνοή για την παραγωγή ΑΤΡ, το μόριο που παρέχει ενέργεια σε μια μορφή που τα κύτταρα μπορούν να χρησιμοποιήσουν για να πραγματοποιήσουν κυτταρικές διεργασίες (μια βασική έννοια που εισάγεται στο "Πώς χρησιμοποιούν οι βιολογικοί οργανισμοί την ενέργεια;", που διατίθεται στο http:// serendip.brynmawr.edu/exchange/bioactivities/energy).

Διδακτικές προτάσεις και πληροφορίες για το Μέρος 2 - Διερεύνηση ενός παράγοντα που επηρεάζει το ποσοστό της καθαρής φωτοσύνθεσης

Το Κεφάλαιο 4 στο Εγχειρίδιο Εκπαιδευτικών του College Board για τα AP Biology Investigative Labs (http://www.collegeboard.com/html/apcourseaudit/courses/pdfs/cb-biology-lab-manual-1-24-12.pdf) παρέχει χρήσιμη καθοδήγηση για τη διδασκαλία μιας διερευνητικής δραστηριότηταςΤο Για παράδειγμα, αυτό το κεφάλαιο προτείνει χρήσιμους τρόπους για να συζητηθεί η σημασία όρων όπως υπόθεση, διαδικασία, μεταβλητές, ισχυρισμοί και στοιχεία. Αυτό το κεφάλαιο προτείνει επίσης ερωτήσεις για την αξιολόγηση της κατανόησης των μαθητών που μπορεί να είναι χρήσιμες για διαμορφωτική ή αθροιστική αξιολόγηση.

Ενθαρρύνετε τους μαθητές σας να σχεδιάσουν μια έρευνα που δοκιμάζει μια υπόθεση αυτό είναι με βάση την κατανόησή τους για τη βιολογία της φωτοσύνθεσηςΤο Για παράδειγμα, αυτό το σχήμα δείχνει αποτελέσματα από ένα πείραμα κατά το οποίο το κύπελλο με τους πλωτούς δίσκους αφαιρέθηκε από το φως και τοποθετήθηκε κάτω από ένα κουτί από χαρτόνι χωρίς φως μετά από 14 λεπτά.

Σε Έρευνα που βασίζεται σε επιχειρήματα στη βιολογία από τους Sampson et al. (NSTA Press, 2014), οι συγγραφείς προκαλούν τους μαθητές να συνδέστε τα αποτελέσματα των ερευνών των επιπτώσεων της θερμοκρασίας και της έντασης του φωτός για την κατανόηση της υποκείμενης βιολογίας.

"Κρύο θερμοκρασίες έχουν ως αποτέλεσμα τα μόρια να κινούνται πιο αργά, επιβραδύνοντας έτσι τον ρυθμό των χημικών αντιδράσεων. Επειδή η φωτοσύνθεση είναι μια σειρά χημικών αντιδράσεων, η επιβράδυνση των επιμέρους αντιδράσεων επιβραδύνει τον ρυθμό της όλης διαδικασίας. Αν και η θερμότητα συνήθως επιταχύνει τις χημικές αντιδράσεις επειδή επιταχύνει την κίνηση των μορίων που εμπλέκονται στην αντίδραση, λειτουργεί μόνο σε ένα σημείο. Οι υψηλές θερμοκρασίες θα έχουν ως αποτέλεσμα τη διάσπαση των ενζύμων που εμπλέκονται στην αντίδραση. Έτσι η φωτοσύνθεση θα σταματήσει σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Η ενέργεια που απαιτείται για τη φωτοσύνθεση παρέχεται από το φως. Οπως και ελαφριά ένταση αυξάνεται, το ίδιο και η ποσότητα της διαθέσιμης ενέργειας. Περισσότερη ενέργεια έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερο ρυθμό αντίδρασης. Υπάρχει, ωστόσο, ένα σημείο στο οποίο η υψηλότερη ένταση φωτός δεν αυξάνει τον ρυθμό της φωτοσύνθεσης, επειδή άλλοι παράγοντες που εμπλέκονται στην αντίδραση της φωτοσύνθεσης θα λειτουργήσουν ως περιοριστικός παράγοντας».

Όπως υποδεικνύεται στον πίνακα της ερώτησης 13 στο κάτω μέρος της σελίδας 4 του Φοιτητικού φυλλαδίου, προβλέψεις σχετικά με τις επιπτώσεις του θερμοκρασία θα είναι πιο περίπλοκες για έρευνες που μετρούν το ρυθμό της καθαρής φωτοσύνθεσης, καθώς αυτές οι προβλέψεις θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τις επιπτώσεις της θερμοκρασίας στον ρυθμό της κυτταρικής αναπνοής, καθώς και τις επιπτώσεις της θερμοκρασίας στον ρυθμό της φωτοσύνθεσης. Οι μαθητές μπορεί να θέλουν να συμπεριλάβουν έναν έλεγχο δίσκων φύλλων στο νερό για να συγκρίνουν τις επιδράσεις της θερμοκρασίας στον ρυθμό της καθαρής φωτοσύνθεσης έναντι τυχόν φυσικών επιδράσεων της αλλαγής της θερμοκρασίας.

Για να βοηθήσετε τους μαθητές σας να καταλάβουν γιατί ελαφριά ένταση είναι ανάλογο με το αντίστροφο του τετραγώνου της απόστασης, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ακόλουθη εξήγηση:

Ας υποθέσουμε ότι μια μικρή πηγή φωτός τοποθετείται στο κέντρο δύο διαφανών σφαιρών. Η μία σφαίρα έχει ακτίνα R και η άλλη έχει ακτίνα 2R. Η ενέργεια με τη μορφή φωτός φεύγει από την πηγή με ρυθμό P. Η ίδια ισχύς P διέρχεται από την επιφάνεια της εσωτερικής σφαίρας και φτάνει στην εξωτερική σφαίρα. Η ένταση είναι η ισχύς ανά μονάδα επιφάνειας. Ποια είναι η ένταση σε κάθε σφαίρα; Λύστε αυτό το πρόβλημα λαμβάνοντας υπόψη τα ακόλουθα:

  • Πώς συγκρίνεται η δύναμη που διέρχεται από την εσωτερική σφαίρα με τη δύναμη που φτάνει στην εξωτερική σφαίρα;
  • Πώς συγκρίνονται οι επιφάνειες των δύο σφαιρών;
  • Γενικά, λοιπόν, πώς θα ποικίλει η ένταση ανάλογα με την απόσταση από την πηγή;

Προκειμένου να ερμηνευθούν οι επιδράσεις του έγχρωμα φίλτρα φωτός, οι μαθητές θα πρέπει να είναι εξοικειωμένοι με το φάσμα απορρόφησης της χλωροφύλλης (και άλλων χρωστικών των φυτών).


Δες το βίντεο: Η Φωτοσύνθεση (Οκτώβριος 2022).