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„Workshop Schüler untersuchen Kalmare“ Forum Fachdidaktik Universität zu Köln Sven Gemballa 1/34 Schler untersuchen Kalmare: Präparation eines faszinierenden Jägers im Kontext von Ökologie und Evolution (Sek II) Sven Gemballa Uhlandgymnasium Tbingen • Universität Tbingen Workshop A: 9.30-11.00 • B: 11.15-12.45 • C: 14.00-15.30

Schüler untersuchen Kalmare - Universität zu Köln...Verwandtschaftsforschung im Unterricht stärker berücksichtigen. 24/34 „Workshop Schüler untersuchen Kalmare“ Forum Fachdidaktik

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Schuler untersuchen Kalmare:Präparation eines faszinierenden Jägers

im Kontext von Ökologie und Evolution (Sek II)

Sven GemballaUhlandgymnasium Tubingen • Universität Tubingen

Workshop A: 9.30-11.00 • B: 11.15-12.45 • C: 14.00-15.30

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Der Kalmar Loligovulgaris

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Der Kalmar Loligovulgaris

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Loligovulgaris und seine engste Verwandtschaft

Decabrachia-TeuthoideaArtenzahl: ca. 250

Größte lebende Art: ArchiteuthisduxMantellänge >2,5m; gesamt 18m

Bekannte Art: Humboldt- KalmarDosidicusgigasMantellänge >1m; gesamt 2,5m

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Der Kalmar Loligovulgaris und seine Verwandtschaft

LebendfotoDer Krake Paul

26.01.08 - 26.10.10

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Der Kalmar Loligovulgaris und seine Verwandtschaftspiralig aufgedrehte Kalkschale

Nautiloidea-NautilidaeArtenzahl: 7 ArtenLebensraum: Pazifik/ Ind. Ozean0-500m; meist >150mz.T. in Schauaquarien

Evolution innerhalb der Cephalopoda:Lichtsinn: Grubenauge Linsenauge CephalopodaKlebearme SaugnäpfeSpiralig aufgedrehte Kalkschale weitgehende ReduktionReduktion der Fangarme (ca. 100 8-10) und Kiemen (4 2)Neuentwicklung von Tintendrüsen und ChromatophorenRamirez MD, Oakley TH. 2015. Eye-independent, light-activatedchromatophoreexpansion (LACE) and expression of phototransduction genes in theskin of Octopusbimaculoides. J ExpBiol 2015 218:1513-1520

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Einschaler(Monoplacophora)

Kahnfüßer(Scaphopoda)

Muscheln(Bivalvia)

Schnecken(Gastropoda)

Tintenfische(Cephalopoda)

Schalenweichtiere Conchifera

dreischichtige Kalkschale, Radula

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

An Leitfragen orientiert ...zielorientiertes Arbeiten, mit dem Teilaspekte eines Organismus erschlossen werden (z.B. Kiemenatmung bei Fischen, herznaher Kreislauf bei Haien, Beutefangapparat bei Kalmaren)

Sezieren im Unterricht: Neugiergeleitet oder an Leitfragen orientiert?

neugiergeleitet ...einfach mal aufschneiden

• Fragen kommen von alleine• Erreichen eines Organismusverständnisses fraglich• bevorzugt bei wenig komplexen Organismen oder

Organen (z.B. Schweineauge, Seegurke, Seeigel)

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

NRW Kernlehrplan Sek II: Inhaltsfeld 5 Ökologie

Kompetenzbereich FachwissenBasiskonzept Struktur und Funktion: ökologische Nische

SuS ...erläutern am Beispiel des Kalmars Angepasstheiten des Beutefang-, Fortbewegungs- und Sinnesapparates an die Jagd im Freiwasser

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Zur Biologie von Loligovulgaris

Fortpflanzung: getrenntgeschlechtlich; zur Fortpflanzungszeit in Schwärmen; keine Kopulation sondern Spermatophorenübertragung über Hektokotylus

Lebensdauer: extrem schnelle Entwicklung; Lebenszeit nur 1-2 Jahre

Ernährung: piscivor, aber auch hartschalige Wirbellose

Gehirn: etliche verschmolzene Ganglien mit Fähigkeit zu integrativen Leistungen

Anatomie: Besonderheit Knorpelkapsel im Kopfbereich: everses Linsenauge

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Ökologische Rolle von Loligovulgaris: Jäger des Freiwassers1a. Merkmale des Beutefangapparates

Fangarm=Tentakel

Arme

Linsen-auge

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Ökologische Rolle von Loligovulgaris: Jäger des Freiwassers1b. Merkmale des Beutefangapparates

Miserez A et al. 2008. TheTransitionfromStiff to Compliant Materials in SquidBeaks. Science 319, 1816-19

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Ökologische Rolle von Loligovulgaris: Jäger des Freiwassers2a. Merkmale des Fortbewegungsapparates

Flossensaum

Mantel

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Ökologische Rolle von Loligovulgaris: Jäger des Freiwassers2b. Merkmale des Fortbewegungsapparates

aus: GemballaS (2013). Schüler untersuchen Kalmare. Praxis der Naturwissenschaften Biologie 62 (8): 25-29

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Ökologische Rolle von Loligovulgaris: Jäger des Freiwassers2b. Merkmale des Fortbewegungsapparates

aus: GemballaS (2013). Schüler untersuchen Kalmare. Praxis der Naturwissenschaften Biologie 62 (8): 25-29

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

aus: GemballaS (2013). Schüler untersuchen Kalmare. Praxis der Naturwissenschaften Biologie 62 (8): 25-29

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Lösungshinweise zu 1Zu beobachten sind: Arme: 8 plus 2 lange; darauf Saugnäpfe; auffällige Augen; Mundöffnung zwischen Tentakel und darin versteckt die harten GreifkieferJagd: Gute Augen detektieren Beute → Fangarme werden vorgestreckt, umschließen Beute und halten sie mit Saugnäpfen → zum Mund führen Töten mit Greifkiefer

Lösungshinweise zu 2Zusammenpressen des Mantels führt zum Ausstoß des Wassers aus dem Trichter. Das funktioniert nur, wenn der übrige Rand des Mantels verschlossen ist. Dabei helfen die Knorpelspangen am Rand von Trichter und Kopf. Der Kalmar bewegt sich dann rückwärts. Er muss die Beute rückwärts schwimmend wie ein Pfeil überholen und schlägt dann mit dem Fangarm zu.

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Information zu 3SuS sollten in der Lage sein den Tintenausstoß als wirksame Verteidigung mit eigenen Worten zu beschreiben.

Lösungen zu 4Gladius ist Versteifungsleiste für Eingeweidesack. Unterstützend beim schnellen Rückstoßschwimmen (siehe Aufg. 2)

Lösungen zu 5Mantel in Scheiben schneiden ergibt Tintenfischringe

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Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Präparationen am Meer

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Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Lehrerfortbildung:Mittelmeer- Fauna, Flora, Ökologie

Samstag 29.09.- Samstag 03.10.2015www.biodiva.de

[email protected]

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

NRW Kernlehrplan Sek II: Inhaltsfeld 6 Evolution

Kompetenzbereich FachwissenBasiskonzept Struktur und Funktion: Homologie

Kompetenzbereich ErkenntnisgewinnungSuS ...

entwickeln und erläutern Hypothesen zu phylogenetischen Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien(E3, E5, K1, K4)erstellen und analysieren Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen von Arten (E3, E5)

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Kriterium der Lage

Merkmalsevolution und Stammbaumtraining im UnterrichtGrundvoraussetzung: Homologiebegriff&Homologiekriterien

Kriterium derspezifischen Qualität

nach: Markl Biologie Oberstufe Klett Verlag; Biologie Oberstufe Cornelsen Verlag

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Merkmalsevolution und Stammbaumtraining im Unterricht

Im Biologieunterricht fallen die Stammbäume „vom Himmel“. Damit können die SuS das Lesen von Stamm-bäumen üben, aber nicht erkennen, wie Stammbäume generiert werden (Meir et al. 2007. College Students’

MisconceptionsaboutEvolutionaryTrees. The American BiologyTeacher Online 69 (2007) Nr.7, 71-76).

SuS sollten auch Stammbäume generieren, um zu erkennen, dass Evolutionsbiologie -hier die Verwandtschaftsforschung- eine hypothesengeleitete Wissenschaft ist. Dazu benötigen sie geeignete Beispiele.

Mit solchen Beispielen lassen sich die Methoden der Verwandtschaftsforschung im Unterricht stärker berücksichtigen.

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„Workshop Schüler untersuchen Kalmare“ Forum Fachdidaktik Universität zu Köln Sven Gemballa24/34

ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Linder Biologie, Schroedel Verlag 2005

Merkmalsevolution und Stammbaumtraining: Schulbücher

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„Workshop Schüler untersuchen Kalmare“ Forum Fachdidaktik Universität zu Köln Sven Gemballa25/34

ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Cornelsen Biologie, 2007

Merkmalsevolution und Stammbaumtraining: Schulbücher

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„Workshop Schüler untersuchen Kalmare“ Forum Fachdidaktik Universität zu Köln Sven Gemballa26/34

ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

„Stammbaumtraining“ im Unterricht als hypothesengeleitetes Arbeitsverfahren

=Bewertung konkurrierender Verwandtschaftshypothesen

=Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung

=

Die SuS...• entwickeln und erläutern Hypothesen zu phylogenetischen

Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien (E3, E5, K1, K4),• erstellen und analysieren Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen von Arten (E3, E5)

Merkmalsevolution und Stammbaumtraining im Unterricht

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Die SuS...

• entwickeln und erläutern Hypothesen zu

phylogenetischen Stammbäumen auf der

Basis von Daten zu anatomisch-

morphologischen und molekularen Homologien

(E3, E5, K1, K4),

• erstellen und analysieren Stammbäume anhand von

Daten zur Ermittlung von Verwandtschafts-

beziehungen von Arten (E3, E5)

Schulbuchbeispiel:Methode

aus: MarklBiologie Oberstufe

Klett Verlag 2010

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Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Schulbuchbeispiel:Methode

aus: MarklBiologie Oberstufe

Klett Verlag 2010

Außengruppe Innengruppe

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„Workshop Schüler untersuchen Kalmare“ Forum Fachdidaktik Universität zu Köln Sven Gemballa29/34

ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Zur Erklärung dieserHypothese muss man 9

Evolutionsschritte annehmen.Die Erklärung erfordert 3

Zusatzannahmen, nämlich die zweimalige Entstehungvon M2, M3 und M4.

Zur Erklärung dieserHypothese muss man nur 6

Evolutionsschritte annehmen.Die Erklärung erfordert keine

Zusatzannahmen.

Schulbuchbeispiel:Methode

aus: MarklBiologie Oberstufe

Klett Verlag 2010

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„Workshop Schüler untersuchen Kalmare“ Forum Fachdidaktik Universität zu Köln Sven Gemballa30/34

ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Hamann M, Scheffel L. 2005. Stammbaumtraining durch Vergleichen. – Unterricht Biologie 310: 38-44

Merkmalsevolution und Stammbaumtraining im Unterricht

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„Workshop Schüler untersuchen Kalmare“ Forum Fachdidaktik Universität zu Köln Sven Gemballa31/34

ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Schulbuchbeispiel: Verwandtschaftshypothesen(Markl Biologie 1, Klett Verlag 2014)

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„Workshop Schüler untersuchen Kalmare“ Forum Fachdidaktik Universität zu Köln Sven Gemballa32/34

ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Erläuterung und Analyse von Stammbäumen am Beispiel der Kopffüßer

Spiralig aufgedrehtes Kalkgehäuse mit organischerAuflage

aus: GemballaS (2013). Schüler unter-suchenKalmare. Praxis der Natur-wissenschaftenBiologie 62 (8): 25-29

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ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext

Lösung: Erläuterung und Analyse des Cephalopoden-Stammbaumes

Spiralig aufgedrehtes Kalkgehäuse mit organischerAuflage

Streckung des spiraligen Gehäuses

Verlust der Kalk-schicht und derorganischen Auf-lage

Verlust derKalkschicht

aus: GemballaS (2013). Schüler unter-suchenKalmare. Praxis der Natur-wissenschaftenBiologie 62 (8): 25-29

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„Workshop Schüler untersuchen Kalmare“ Forum Fachdidaktik Universität zu Köln Sven Gemballa34/34

ÜberblickConchifera/Cephalopoda

Überblick Kalmare

Bildungsplan: Ökologischer Kontext

Bildungsplan: EvolutiverKontext