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Unterricht: Wenn der Frühling früher kommt - Die Jahreszeiten im Klimawandel

  • (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung)
  • Apfelblüte (Quelle: Angelika Wolter, Pixelio.de) Die Apfelblüte markiert den Beginn des Frühlings (Quelle: Angelika Wolter, Pixelio.de)
  • Eingerüstete Bäume (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) Eingerüstete Bäume: Forscher beobachten und messen ganzjährig die Entwicklung (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung)

Bezug zum Bildungsplan

Nachhaltiger Umweltschutz ist eine wesentliche globale Aufgabe. Dieses Bewusstsein gilt es bei Schülerinnen und Schülern der Klasse 10 gemäß gymnasialem Bildungsplan in Baden-Württemberg (S. 209) zu entwickeln. Die Schüler sollen „die Wechselwirkung zwischen Lebewesen eines Ökosystems anhand von Nahrungsketten und Nahrungsnetzen darstellen und den Energiefluss erläutern“. Die Einbindung des Films in den Unterricht schafft mehr als hierfür notwendiges ökologisches Grundlagenwissen: Theoretische Kenntnisse aus dem Unterricht werden mit neuesten Ergebnissen aus der Feldforschung, die im Film zu sehen sind, verknüpft.

Die Leitlinien für den Lehrplan Biologie der Klassen 7-10 in Rheinland-Pfalz (alle Schularten, S.22) besagen entsprechend für die Bereiche Ökologie und Umweltgefährdung: „Lebewesen in ihrer Vielfalt sind voneinander abhängig“ und „Die gestalterische und zerstörerische Kraft des Menschen beeinflusst das Leben auf der Erde.“ Mithilfe eines Wollfaden-Experiments (Beschreibung siehe unten) stellen alle Schülerinnen und Schüler zuerst die Wechselwirkungen zwischen den Lebewesen und ihrem Lebensraum Wald im ganzen Klassenzimmer dar – jeder Schüler übernimmt die Rolle eines Teils des Nahrungsnetzes.

Nahrungsketten und Nahrungsnetze verdeutlichen hierbei, dass ein stabiles Ökosystem Ergebnis des Zusammenwirkens unzähliger einzelner biotischer und abiotischer Faktoren ist. Das Experiment dient zur Veranschaulichung, was passiert, wenn bei einzelnen Faktoren eingegriffen wird: Im Laufe von Jahrmillionen haben sich alle Einflüsse und Mitwirkenden aufeinander eingestellt – und nicht nur das, sie regeln sich auch gegenseitig! Zwei Beispiele, die temperaturinduzierte (durch die Temperatur ausgelöste) Genregulation mancher Pflanzen und circadiane Rhythmen (innere Uhr) von Tieren, werden dann anschaulich anhand des Films erarbeitet.

Doch das Gleichgewicht des Ökosystems Wald gerät ins Wanken. Mithilfe der Einbindung der im Film vorgestellten Forschungsergebnisse lässt sich dies deutlich zeigen. Es wird klar, dass die Veränderung des Faktors Klima weitreichende und unerwartete Folgen haben könnte: Arten sterben aus und mit ihrem Verlust bricht unter Umständen das gesamte Ökosystem zusammen! Neben Fachkompetenzen werden immer mehr auch Methodenkompetenzen sowie fächerübergreifender Unterricht in der Schule gefordert. Durch die Hausaufgabe werden Schülerinnen und Schüler selbst zu Forschern, da sie erlernte Methoden aus der Biologie (Naturbeobachtung) und Geographie (Auswertung von Klimadiagrammen) anwenden sowie Fachwissen abrufen müssen. Aufgrund des vorangegangenen Unterrichts sollten sie schließlich eigenständig in der Lage sein, die unterschiedlichen Daten des beobachteten Phänomens des Frühlingseinzuges im Norden wie Süden Deutschlands nun folgerichtig als Blütenausbildung infolge unterschiedlicher Temperaturen zu erklären.

  • (Quelle: SWR - Screenshot aus der Sendung) Pflanzen reagieren auf Temperaturen (Quelle: SWR - Screenshot aus der Sendung)

Unterrichtsverlauf

Mit der ersten Filmsequenz (08:36 – 10:04) wird das Studienobjekt einer Forscherin, „die Blaumeise“, vorgestellt, ihr Ernährungs- und Fortpflanzungsverhalten kurz problematisiert. Hier wird deutlich, dass der Zeitpunkt der Jungenaufzucht mit dem maximalen Raupenvorkommen zusammenfallen muss, um den größten Fortpflanzungserfolg zu erreichen. Im Ökosystem der Blaumeise existiert folglich eine aufeinander abgestimmte Nahrungskette. Dies wird im Lehrer-Schüler-Gespräch herausgearbeitet und die Definition des Begriffes „Nahrungskette“ wird an der Tafel gesichert.

Jeder Schüler erhält nun einen Informationstext mit Abbildung (Materialblätter 1-6) zum Lesen. Zwei Texte enthalten die geheime Information: Eine Pflanzen- beziehungsweise Tierart stirbt aus. Die Schüler, die diese Karten in der Hand haben, bleiben zunächst außen vor. Weiterhin nötig: ein Wollknäuel.

Wer den Anfang macht, ist beliebig: Einer der Schüler nimmt sich das Wollknäuel und liest seinen Informationstext vor. Das lose Ende des Knäuels hält er bis zum Ende des Experiments fest. Die Schüler müssen nun dem Text entnehmen, zu welcher Tier- oder Pflanzenart eine Verbindung besteht. Der Schüler, der die Karte mit der entsprechenden Information hat, meldet sich und bekommt das Wollknäuel zugeworfen. Auch er / sie hält das lose Stück fest, bevor das Knäuel den Infokärtchen entsprechend weitergeworfen wird.

Durch lautes Vorlesen der Texte sowie geschicktes Kombinieren finden die Schülerinnen und Schüler im Laufe der nächsten Minuten weitere Nahrungsketten des Ökosystem Waldes heraus. Durch fangen, festhalten und weiterwerfen des Wollknäuels stellen sie diese Nahrungsketten dar: Ein komplettes Nahrungsnetz des Ökosystems Wald entsteht im Klassenzimmer – das Studienobjekt Blaumeise mittendrin. An der Tafel werden die Definitionen der Begriffe „Nahrungsnetz“ sowie „Ökosystem“ ergänzt.

Nun kommt die geheime Information ins Spiel – die Karten, die zunächst außen vor waren, werden vorgelesen. Zuerst stirbt die Blaumeise aus, danach die Fichtenart. Die Schülerin und der Schüler, deren Arten aussterben, lassen den Wollfaden los: Vor den Augen aller wird das zuvor stabile Nahrungsnetz geschwächt. Verdeutlicht wird so, dass Artensterben zu einem Ökosystemzusammenbruch führen kann. Im anschließenden Gespräch werden mögliche Ursachen diskutiert. Die Überschrift steht nun an der Tafel: „Ursachen und Folgen des Artensterbens im Ökosystem Wald“.

Dass enge Verzahnungen und voneinander abhängige biotische Faktoren in einem Ökosystem existieren, ist offensichtlich geworden. Wie verhält es sich jedoch mit dem Einfluss abiotischer Faktoren auf die Lebewelt? Die zweite Filmsequenz (10:20 – 13:55) gibt einen kurzen Einblick in die temperaturinduzierte Genregulation: Temperatur startet folglich das Blühen der Pflanzen im Frühling! Das erste Arbeitsblatt sichert die Ergebnisse.

  • Arbeitsblatt 1: Der Einfluss eines äußeren Faktors auf das Pflanzenwachstum

Die dritte Filmsequenz (14:07 – 19:14) erklärt die Reaktion der Tiere auf Umweltreize. Die sich ändernde Tageslänge zu Frühlingsbeginn leitet die Paarungszeit ein. Biologische Uhren werden hier thematisiert. Das Ausfüllen des zweiten Arbeitsblattes sichert diese Erkenntnisse.

Und wenn der Frühling früher kommt? Was bedeutet dies für das Studienobjekt Blaumeise und ihr Nahrungsnetz? Dieses mögliche Zukunftsszenario muss gegen Stundenende im Plenum von den Schülerinnen und Schülern selbst folgerichtig erläutert werden. Das Zeigen der Folie mit dem zuvor erarbeiteten Nahrungsnetz unterstützt die Besprechung!

Wie die Blaumeise diese Herausforderung annimmt, das zeigt schlussendlich die vierte Filmsequenz (19:00 – 27:15). Bereits messbare Synchronisationen, aber auch Desynchronisationen in der Pflanzen- und Tierwelt wurden erforscht. Darauf Bezug nehmend entsteht das endgültige Tafelbild im gemeinsamen Gespräch. Zu guter Letzt bleibt zu erörtern, ob das Ökosystem Wald durch klimabedingtes Artensterben sein Gleichgewicht verliert oder ob der Mensch durch mögliches Eingreifen und nachhaltigen Umweltschutz dies rechtzeitig verhindern kann.

In der Hausaufgabe (drittes Arbeitsblatt) beobachten Schülerinnen und Schüler den zeitlichen Ablauf des Frühlingseinzugs, indem sie den Blütenbeginn eines Apfelbaumes aus Freiburg mit dem eines Apfelbaumes aus Lübeck vergleichen. Sie greifen auf die empirisch erhobenen und durch die Redaktion Planet Wissen ausgewerteten Daten zurück, indem sie diese im Internet abrufen: http://www.planet-wissen.de/natur_technik/apfelbluetenland/unsere_aktion_apfelbluetenland/index.jsp.

Die Auswertung der Klimadiagramme beider Standorte zeigt deutlich, dass in Freiburg früher im Jahr wärmere Temperaturen gemessen werden können. Folglich werden die Apfelbäume in Freiburg durch Temperaturinduktion früher blühen als die in Lübeck – der Frühling hält in Freiburg früher Einzug!

  • Arbeitsblatt 3: Warum der Frühling Einzug hält
  • Tafelbild und Lösungen der Arbeitsblätter