Die Rolle von Ökosyste- men im globalen Kohlen
Werbung
Die Rolle von Ökosystemen im globalen Kohlenstoff Kreislauf Eine Unterrichtseinheit im Fach Geographie für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II 1. Der globale Kohlenstoff-Kreislauf 2. Rolle des Landökosystems im globalen Kohlenstoff-Kreislauf 3. CO2 Senken als Lösung des Klimaproblems? Autorin: Ana Sesartic Fachdidaktiker: Dr. Alfred Schwarzenbach Fachdozent: Dr. Andreas Fischlin Zürich, den 13. Februar 2008 Inhaltsverzeichnis 1 | ÜBERBLICK ÜBER DEN INHALT................................... 5 2 | LEKTION 1......................................................... 6 2.1 |Lernziele................................................................................... 6 2.2 |Ablaufplan................................................................................ 6 2.2.1 |Informierender Unterrichtseinstieg................................... 7 2.2.2 |Informationen für die Lehrperson..................................... 8 2.2.3 |Schluss der Lektion.......................................................... 9 2.3 |Begründung der Methodenwahl............................................... 9 2.4 |Materialien................................................................................ 9 2.5 |Prüfungsfragen.......................................................................10 2.5.1 |Frage 1........................................................................... 10 2.5.2 |Frage 2........................................................................... 10 3 | LEKTION 2....................................................... 12 3.1 |Lernziele.................................................................................12 3.2 |Ablaufplan.............................................................................. 12 3.2.1 |Informierender Unterrichtseinstieg................................. 13 3.2.2 |Informationen für die Lehrperson................................... 13 3.2.3 |Schluss der Lektion........................................................ 14 3.3 |Begründung der Methodenwahl............................................. 14 3.4 |Materialien.............................................................................. 15 3.5 |Prüfungsfragen.......................................................................16 3.5.1 |Frage 1........................................................................... 16 3.5.2 |Frage 2........................................................................... 17 4 | LEKTION 3....................................................... 18 4.1 |Lernziele.................................................................................18 4.2 |Ablaufplan.............................................................................. 18 4.2.1 |Informierender Unterrichtseinstieg................................. 19 4.2.2 |Informationen für die Lehrperson................................... 20 4.2.3 |Schluss der Lektion........................................................ 20 4.3 |Begründung der Methodenwahl............................................. 20 4.4 |Materialien.............................................................................. 21 4.5 |Prüfungsfragen.......................................................................21 4.5.1 |Frage 1........................................................................... 21 4.5.2 |Frage 2........................................................................... 22 5 | LITERATURVERZEICHNIS.........................................23 Die Autorin dankt Dr. Jill A. Peloquin und Dr. Gian-Kasper Plattner vom Institut für Biogeochemie und Schadstoffdynamik der ETH Zürich für das Bereitstellen von Abbildungen und Informationen über den Kohlenstoff Kreislauf. Ana Sesartic Seite 4 von 24 1 | ÜBERBLICK ÜBER DEN INHALT 1| LEITIDEE Bla bla DER UNTERRICHTSEINHEIT Überblick über den Inhalt Der Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) veröffentlichte letztes Jahr den vierten Sachstandsbericht (AR4), der den neusten wissenschaftlichen Kenntnisstand über die globale Erwärmung zusammenfasst. Dabei wird im Bericht der Arbeitsgruppe II, welche sich mit den Auswirkungen des Klimawandels beschäftigt, neuerdings auch stärker auf die Eigenschaften, Güter und Dienstleistungen der Ökosysteme eingegangen und wie sie vom Klimawandel beeinflusst werden. Das Kapitel "Ökosysteme" (Fischlin, 2007a) des Berichts der Arbeitsgruppe II bildet die Hauptquelle für diese Unterrichtseinheit. Da das Gas Kohlenstoffdioxid (CO2) - und somit das Element Kohlenstoff (C) - eine Schlüsselrolle beim Klimawandel spielt, bietet es sich an, die Funktionsweise von Kreisläufen am Beispiel des Kohlenstoffs in terrestrischen Ökosystemen zu betrachten. Auf diese Weise erhalten die Schülerinnen und Schüler Einblick in ein hochaktuelles Thema, und lernen die Rolle von Mensch und Ökosystem im globalen Kohlenstoffkreislauf (C-Kreislauf) kennen. Schliesslich sind Kenntnisse über die Funktionsweise des C-Kreislaufs eine wichtige Voraussetzung um politische Entscheidungen und Massnahmen zur Reduktion der anthropogenen CO2 Emissionen vornehmen zu können. ADRESSATEN Die vorliegende Unterrichtseinheit richtet sich an Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II, sprich in ungefähr der 5./6. Klasse des Gymnasiums. Sie wurde für die Eingliederung in das Fach Geographie konzipiert und soll den Lernenden die Bedeutung des terrestrischen Ökosystems im globalen Kohlenstoffkreislauf näher bringen. Dabei empfiehlt sich eine Abstimmung der Lerninhalte mit dem Biologie-Unterricht. Alternativ wäre es auch denkbar, diese Unterrichtseinheit als Exkurs z.B. in landwirtschaftlicher Berufsmittelschule einzusetzen. VORWISSEN Die Klasse sollte über ein Verständnis der Abläufe von Photosynthese und Zellatmung verfügen, sowie ein Grundwissen über die Biome der Erde mitbringen. Ausserdem sollten die Begriffe „Nachhaltigkeit“ und „Klimawandel“ bekannt und deren Inhalt verstanden sein. Die SchülerInnen sollten ausserdem die Funktionsweise des Treibhauseffekts kennen. Diese Voraussetzungen dürften bei der genannten Zielgruppe gegeben sein. Bei lückenhaften Vorkenntnissen, sind evtl. Anpassungen der Unterrichtseinheit durch die Lehrperson vorzunehmen. Ana Sesartic Seite 5 von 24 2 | LEKTION 1 2| Lektion 1 Der globale Kohlenstoff-Kreislauf 2.1 | Lernziele LEITIDEE Die Erde ist ein komplexes System mit untereinander vernetzten und wechselwirkenden Sphären. Diese Lektion legt den Fokus auf terrestrische Ökosysteme – sprich die Schnittstelle Boden-Biosphäre – als einen der wichtigsten Kohlenstoffspeicher. Terrestrische Ökosysteme (auch Landökosysteme genannt) sind eine zentrale Station im CKreislauf der Erde. Sie können sowohl als Quelle als auch als Senke von Kohlenstoff agieren und werden massgebend durch menschliches Handeln beeinflusst. DISPOSITIONSZIEL Die Lernenden verfügen über Wissensgrundlagen zum C-Kreislauf in terrestrischen Ökosystemen. Sie kennen natürliche und anthropogene Quellen und Senken von Kohlenstoff. OPERATIONALISIERTE LERNZIELE Die SchülerInnen wissen wie der C-Kreislauf im Prinzip funktioniert und können es in eigenen Worten erklären (K2). Sie nennen natürliche und anthropogene Quellen und Senken von Kohlenstoff und können am Beispiel vom Kohlenstoff die Begriffe „Stofffluss“, sowie „Quelle“ und “Senke“ erläutern und deren Bedeutung erklären (K2). 2.2 | Ablaufplan Thema Dauer Der globale Kohlenstoff-Kreislauf LS Fachlicher Inhalt Informierender 2' 3' 1. 2. Aktivitäten Lernende Aktivitäten Lehrperson Materialien Zuhören, Einstimmen, Motivieren, Programm erläutern, Ziele deklarieren. Folie 1 Unterrichtseinstieg Sich einstimmen. Prinzipien des Kreislaufs Mit Banknachbar diskutieren und C-flüsse zwischen den Sphären im Handout einzeichnen (Systembild). Vorwissen der Lernenden Aktivieren. Handout 1.1 verteilen. Handout 1.1 Wandtafel und bunte Kreide Handout 1.2 3' 3. Prinzipien des Kreislaufs Zuhören, Lösung vorschlagen, Handout korrigieren. Fragen, Zuhören, Lösungsvorschläge auf Wandtafel malen, Korrekturen anbringen, Fragen beantworten. 2' 4. Einführung in Zuhören. In Gruppen zusam- Puzzle Methode erklären Ana Sesartic OHP Seite 6 von 24 2 | LEKTION 1 mensitzen. und Gruppen einteilen, Handout 1.2 und Handout 1.3 verteilen. Gruppen: Wasser, Boden, Luft, Organismen „Zeitmesser“ Puzzle Methode 14' 16' 5' 45' 5. 6. 7. Puzzle Expertenrunde Puzzle Unterrichtsrunde Anschauen unter Aspekten: menschliche/natürliche Quelle/Senke von C Fragen beantworten Arbeit überwachen Gruppen bilden mit je einem Vertreter der Gruppe Wasser, Boden, Luft, Organismen. Jeder hat 4min um sein „Fachgebiet“ vorzustellen. Fragen beantworten Zuhören. Lektion abschliessen und kurz Revue passieren lassen. Ausblick über die nächste Lektion geben. Handouts verteilen, damit alle ein Handout zu Wasser, Boden, Luft und Organismen haben. Abschluss, Zusammenfassung und Ausblick. „Zeitmesser“ Arbeit überwachen Handout 1.3 Handout 1.2 Handout 1.3 Handout 1.2 Handout 1.3 Handout 1.2 Total 2.2.1 | Informierender Unterrichtseinstieg Lehrperson: „Hallo miteinander, ich begrüsse Sie zur heutigen Lektion. Dies ist die erste von drei Lektionen in denen wir uns mit der Rolle der terrestrischen Ökosysteme im Kohlenstoff-Kreislauf der Erde beschäftigen werden. Bevor wir uns aber genauer mit den Landökosystemen beschäftigen, wollen wir heute zuerst schauen wie der globale Kohlenstoff-Kreislauf funktioniert.“ LERNZIELE Lehrperson zeigt die Folie 1 und umschreibt die Lernziele in eigenen Worten: – Sie wissen wie der Kohlenstoff-Kreislauf funktioniert. – Sie kennen natürliche und anthropogene Quellen und Senken von Kohlenstoff. Lehrperson: „Unser Programm für die heutige Stunde sieht folgendermassen aus...“ ABLAUF DER LEKTION – Prinzipien des Kreislaufs Ana Sesartic Seite 7 von 24 2 | LEKTION 1 – Puzzle zum globalen Kohlenstoff-Kreislauf mit „Expertenrunde“ und „Unterrichtsrunde“ (30min) Der Ablauf der Lektion kann vor dem Anfang der Lektion auch auf die Wandtafel geschrieben werden. Lehrperson verteilt Handout 1.1. Lehrperson: “Gewisse Informationen über Stoffkreisläufe sind Ihnen bereits aus anderen Fächern bekannt. Deshalb möchte ich Sie bitten, sich gemeinsam mit Ihrem Banknachbar das folgende Blatt anzuschauen. Überlegen Sie sich kurz was zwischen den verschiedenen Sphären abläuft und zeichnen Sie die Ihnen bekannten Kohlenstoffflüsse ein. Anschliessend werden wir Ihre Vorschläge sammeln und gemeinsam an der Wandtafel ein Systembild erstellen.“ 2.2.2 | Informationen für die Lehrperson Vorbereitung: Lehrperson schreibt Zeitablauf des Puzzles zur Orientation an die Wandtafel: 14 min Expertenrunde: Handout lesen, Notizen für Unterrichtsrunde. 16 min Unterrichtsrunde: 4 min pro Fachgebiet Lehrperson: „Nachdem wir uns einen ersten Überblick verschafft haben, wollen wir nun den Kohlenstoff-Kreislauf aus dem Blickwinkel der verschiedenen Sphären anschauen.“ Lehrperson verteilt Handout 1.2. und Handout 1.3. Lehrperson: „Sie bekommen nun ein Handout zu einem bestimmten Teilbereich ausgeteilt, das Sie zunächst eigenständig bearbeiten sollten, sowie den Arbeitsauftrag. Ich möchte Sie bitte dazu Gruppen zu bilden – die Personen mit dem gleichen System bilden eine Gruppe. Lesen Sie die Handouts sorgfältig durch und diskutieren Sie danach in Ihrer Gruppe wie Sie diese neuen Informationen Ihren Mitstudierenden am besten vermitteln können. Für diese erste Runde haben sie 14 Minuten Zeit. Danach werden wir die Gruppen neu mischen, so dass sich in jeder Gruppe eine Vertreterin oder Vertreter je einer Sphäre findet. Sie als Expertin oder Experte werden dann je 4 Minuten haben Ihr Fachwissen an die anderen „Fachleute“ weiterzugeben. Und nun, viel Spass an der Arbeit. Bei Fragen einfach Aufstrecken, und ich komme bei Ihrer Gruppe vorbei.“ Studierende arbeiten in Gruppen, die Lehrperson steht als AnsprechpartnerIn zur Verfügung und setzt Zeitmarken. Ana Sesartic Seite 8 von 24 2 | LEKTION 1 2.2.3 | Schluss der Lektion Zum Abschluss der Lektion fasst die Lehrperson die wichtigsten Erkenntnisse des Puzzles zusammen und verteilt die Handouts an die Klasse, so das alle je ein Handout zur Atmosphäre, Hydrosphäre, Pedosphäre und Biosphäre haben. Dabei kann die Lehrperson auch auf Fragen eingehen, die evtl. während des Puzzles aufgetaucht sind. Die Lehrperson soll daraufhin einen Ausblick auf die nächste Lektion geben, in welcher der Fokus auf den Landökosystemen liegt. 2.3 | Begründung der Methodenwahl Die Schülerinnen und Schüler im Gymnasium sollten im Hinblick auf ihr Studium gewisse Kompetenzen erlernen, welche sie auch während dem Studium werden nutzen können. Als Studentinnen und Studenten werden sie sich z.T. Ihr Wissen selber aneignen müssen, das wichtigste extrahieren und das neu erworbene Wissen auch weitergeben müssen. Die Puzzle Methode ist dafür hervorragend geeignet, denn die Lernenden arbeiten selbständig. Die Puzzle Methode produziert ausserdem ein hohes „Time on Task“, und steigert das Selbstwertgefühl und das Vertrauen der Lernenden in die eigene Leistungsfähigkeit. Man beschäftigt sich intensiver mit dem Thema und lernt die Sachverhalte in eigener Sprache zu erklären. Dabei gilt es zu beachten, dass sich der Lernstoff wie im Fall des globalen Kohlenstoff-Kreislaufs gut in vier Unterbereiche mit ähnlichem Schwierigkeitsgrad aufteilen lässt. 2.4 | Materialien Zur Durchführung dieser Lektion benötigt die Lehrperson folgende Materialien: – Folie 1 mit Lernzielen und Stundenablauf – Handout 1.1 (Stoffkreislauf) , 1.2 (Puzzle) und 1.3 (Arbeitsauftrag) – Wandtafel und bunte Kreide – OHP Ana Sesartic Seite 9 von 24 2 | LEKTION 1 Die beiliegende Datei „Folie 1“ mit Lernzielen und Stundenablauf kann entweder mit dem OHP präsentiert werden, als Poster ausgedruckt oder auf die Wandtafel abgeschrieben werden. Die Handouts 1.1, 1.2 und 1.3 sollen von der Lehrperson ausgedruckt und den Studierenden zum Beginn der Gruppenarbeiten verteilt werden. 2.5 | Prüfungsfragen 2.5.1 | Frage 1 FRAGE Stellen Sie in einer Skizze den globalen Kohlenstoff-Kreislauf dar. Zeichnen Sie dabei die verschiedenen Sphären und Kohlenstoff-Flüsse zwischen Ihnen ein. Die korrekt gelöste Aufgabe gibt insgesamt 10 Punkte. ANTWORT Insgesamt 4 Punkte gibt es für die Nennung von Atmosphäre, Hydrosphäre, Pedosphäre und Biosphäre; sprich ein Punkt pro Sphäre. Weitere 6 Punkte gibt es für das korrekte Einzeichnen der Kohlenstoffflüsse zwischen den Sphären. Es muss ersichtlich sein, dass jede Sphäre mit jeder anderen verbunden ist. Ausserdem müssen die korrekten Prozesse bei den Pfeilen eingezeichnet sein, wie z.B. Photosynthese, Zellatmung, Diffusion, Verwitterung, Sedimentation, Vulkanismus etc. 2.5.2 | Frage 2 FRAGE Erläutern Sie die Begriffe „Stofffluss“, „Quelle“ und „Senke“. Nennen sie je zwei natürliche und anthropogene „Quellen“ und „Senken“ von Kohlenstoff. Pro korrekt genannter „Quelle“ bzw. „Senke“ erhalten sie einen halben Punkt. Insgesamt können Sie dafür 4 Punkte erhalten. Für die richtig erklärten Begriffe „Stofffluss“, „Quelle“ und „Senke“ erhalten Sie insgesamt 6 Punkte, d.h. 2 Punkte pro Begriff. Diese Aufgabe ergibt insgesamt 10 Punkte. ANTWORT Stofffluss: Ist der gerichtete Transport von Stoffen von einem Speicher in einen anderen. Quelle: Stoffspeicher gibt den Stoff an einen anderen Speicher ab. Natürliche C-Quellen: Zellatmung, Vulkanismus, Zersetzung. Anthro- Ana Sesartic Seite 10 von 24 2 | LEKTION 1 pogene C-Quellen: Verbrennung fossiler Brennstoffe, Landnutzungsänderungen. Senke: Stoffspeicher nimmt den Stoff aus einem anderen Speicher auf. Natürliche C-Senken: Photosynthese, Lösungsprozesse. Anthropogene C-Senken: Landnutzungsänderungen. Ana Sesartic Seite 11 von 24 3 | LEKTION 2 3| Lektion 2 Die Rolle der Landökosysteme im globalen Kohlenstoff Kreislauf 3.1 | Lernziele LEITIDEE Basierend auf der ersten Lektion, wird in dieser zweiten Lektion vertieft auf die terrestrischen Ökosysteme eingegangen. Es werden Wechselwirkungen zwischen dem menschlichen Verhalten und den terrestrischen Ökosystemen aufgezeigt, basierend auf den neusten Erkenntnissen des 4. IPCC Klimaberichts. DISPOSITIONSZIEL Die Lernenden kennen die Rolle der menschlichen Einflüsse auf die Wechselwirkungen zwischen der Klimaerwärmung und den terrestrischen Ökosystemen als C-Senke. OPERATIONALISIERTE LERNZIELE Die SchülerInnen können menschliche Einflüsse auf den C-Kreislauf der terrestrische Ökosysteme benennen (K1). Sie verstehen den Einfluss der Klimaerwärmung auf die Eigenschaften der Landökosysteme (Grünland, Wald, Feuchtgebiete) als Quelle bzw. Senke von Kohlenstoff und können die Zusammenhänge mit eigenen Worten erklären (K2). 3.2 | Ablaufplan Thema Dauer 2' 13' 10' Die Rolle der Landökosysteme im globalen Kohlenstoffkreislauf LS Fachlicher Inhalt Aktivitäten Lernende Aktivitäten Lehrperson Materialien 1. Informierender Unterrichtseinstieg Zuhören Einstimmen, Motivieren, Programm erläutern, Ziele deklarieren. Folie 2.1 2. Menschliche Einflüsse auf den C-Kreislauf der Landökosysteme 3. Gruppenarbeit: wie reagiert die Vegetation? Sich einstimmen Zuhören Notizen machen In drei Gruppen Poster erstellen: wie reagiert die Pflanzenwelt auf (1) höhere Temperaturen, (2) mehr CO2, (3) Landnutzungsänderungen? Ana Sesartic Präsentation halten Präsentation 2.1 Beamer „Zeitmesser“ Fragen beantworten Arbeit überwachen Folie 2.2 als Input-Poster und Folie 2.3 als Anleitung Flipchart Seite 12 von 24 3 | LEKTION 2 Filzstifte Gruppenarbeit: 10' 4. 10' 45' 5. wie reagiert die Vegetation? Poster präsentieren, ca. 3' pro Gruppe. Wichtigstes aus Posterpräsentation zusammenfassen und Ausblick geben. Zuhören Notizen machen Präsentation moderieren und kommentieren Präsentation halten Wandtafel Magnete Präsentation 2.2 Beamer Total 3.2.1 | Informierender Unterrichtseinstieg Lehrperson: „Hallo miteinander, ich begrüsse sie zur heutigen Lektion. In der letzten Stunde haben wir uns einen Überblick über den globalen Kohlenstoff Kreislauf verschafft. Heute wollen wir den Fokus auf die Landökosysteme legen und schauen wie der Mensch sie beeinflusst.“ Lehrperson zeigt Folie 2.1 mit den Lernzielen und umschreibt sie in eigenen Worten: LERNZIELE – Sie kennen menschliche Einflüsse auf den C-Kreislauf der Landökosysteme – Sie verstehen wie der Klimawandel die Eigenschaften der Landökosysteme als Quelle/Senke von Kohlenstoff beeinflusst. Lehrperson: „Unser Programm für die heutige Stunde sieht folgendermassen aus...“ ABLAUF DER LEKTION – Inputvortrag – Gruppenarbeit Poster erstellen und Präsentieren (20 min) – Abschlussvortrag Der Ablauf der Lektion kann vor dem Anfang der Lektion auch auf die Wandtafel geschrieben werden. Lehrperson verteilt Handout-Zettel der Präsentation 2.1 und beginnt mit dem Vortrag. 3.2.2 | Informationen für die Lehrperson Es empfiehlt sich zur Vorbereitung in die Problematik einzulesen. Im Literaturverzeichnis sind Publikationen aufgelistet, welche für die Er- Ana Sesartic Seite 13 von 24 3 | LEKTION 2 stellung dieser Unterrichtseinheit verwendet wurden. Besonders geeignet für diese Lektion ist die Lektüre von Fischlin (2007a), Körner (2007) und Plattner (2007). Relevante Zusatzinformationen zu den einzelnen Präsentationsfolien finden sich als „Notizen“ in den Powerpoint Präsentationen. Ausserdem enthalten die Antworten auf die Prüfungsfragen nochmals genaue Informationen welche die Lehrperson in der Lektion vermitteln sollte. In dieser Lektion ist es besonders wichtig die Vorträge und den Arbeitsauftrag auf den Wissensstand der Lernenden anzupassen. Denn je nach Curriculum kann es sein, das gewisse Themen bereits in verwandten Fächern (wie z.B. Biologie) behandelt wurden oder eben nicht. Bei der Vorbereitung der Posterpräsentation reflektieren die Lernenden bereits vorhandenes Wissen aus dem Fach Biologie. Die Folie 2.2 – als Poster ausgedruckt oder am OHP aufgelegt – soll der Klasse ans Input und Denkstütze während der Erstellung ihrer eigenen Poster dienen. Tipps zur Erstellung des Posters und Arbeitsauftrag befinden sich auf Folie 2.3, welche am besten ausgedruckt und an die Klasse verteilt wird. Die Lösungen werden in der Posterpräsentation gemeinsam diskutiert und im anschliessenden Lehrervortrag, der auch als Handout verteilt wird, erläutert. 3.2.3 | Schluss der Lektion Zum Abschluss der Lektion fasst die Lehrperson die wichtigsten Erkenntnisse der Posterpräsentation mittels einem kurzen Vortrags zusammen. Die SchülerInnen können so nochmals die wichtigsten Informationen reflektieren und sich Notizen machen. Dabei kann die Lehrperson auch auf Fragen eingehen, die evtl. während der Posterpräsentation aufgetaucht sind. Die Lehrperson soll daraufhin einen Ausblick auf die nächste Lektion geben, in welcher die Frage gestellt wird, inwiefern CO2 Senken dem Klimawandel entgegenwirken können. 3.3 | Begründung der Methodenwahl LEHRERVORTRAG Der Vortrag der Lehrperson am Anfang der Lektion soll den Einstieg ins Thema erleichtern und Hintergrundwissen vermitteln. Am Schluss der Lektion dient er als Rückblick und Zusammenfassung. Zusätzlich bietet sich eine gute Übungsmöglichkeit für die Lernenden: sie sollen Ana Sesartic Seite 14 von 24 3 | LEKTION 2 aufmerksam zuhören und sich die wichtigsten Erkenntnisse notieren. Eine Fähigkeit die auch in ihrem zukünftigen Studentenleben benötigt wird. GRUPPENARBEIT UND POSTERPRÄSENTATION Während ihrer Studienzeit oder an ihrem künftigen Arbeitsplatz werden die Lernenden häufig in Gruppen zusammenarbeiten müssen. Deshalb ist es sinnvoll, das Diskutieren von Problemen, Einbringen der eigenen Meinung, aber auch das aufeinander achten und zuhören schon während des Studiums zu üben, damit die Gruppenarbeit im Studenten- und Berufsalltag leichter fällt. Auch werden sie häufig innerhalb kurzer Zeit ihre Ideen prägnant auf Papier bringen müssen. Deshalb erhalten die Studierenden in dieser Lektion die Aufgabe, in einer Gruppe ein Poster zu gestalten und sich gemeinsam die Reaktionen der Vegetation auf verschiedene äussere Einflüsse zu überlegen. Schliesslich sollen sie ihre Resultate aufschreiben und den anderen Gruppen präsentieren. So können sie sich im sicheren Rahmen der Klasse dem Lampenfieber stellen und sich im Vortragen üben. 3.4 | Materialien Zur Durchführung dieser Lektion benötigt die Lehrperson folgende Materialien: – Folie 2.1 mit Lernzielen und Stundenablauf, Folie 2.2 als Input für die Gruppenarbeit am Poster und Folie 2.3 mit dem Arbeitsauftrag und Tipps zur Postererstellung – Präsentation 2.1 (menschliche Einwirkungen) und 2.2 (Reaktionen der Vegetation) – Flipchart und Filzstifte – Wandtafel und Magnete – OHP und Beamer Die beiliegende Datei „Folie 2.1“ mit Lernzielen und Stundenablauf kann entweder mit dem OHP präsentiert werden, als Poster ausgedruckt oder auf die Wandtafel abgeschrieben werden. Die Folie 2.2 kann entweder mit dem OHP präsentiert oder als Poster aufgehängt werden. Folie 2.3 soll von der Lehrperson ausgedruckt und an die Klasse verteilt werden. Ana Sesartic Seite 15 von 24 3 | LEKTION 2 Die Präsentationen 2.1. und 2.2 sollen von der Lehrperson als Handout ausgedruckt und den Studierenden vor der jeweiligen Präsentation verteilt werden, damit sie sich direkt Notizen machen können. 3.5 | Prüfungsfragen 3.5.1 | Frage 1 FRAGE Beschreiben sie in eigenen Worten die Einflüsse des Menschen auf den Kohlenstoff Kreislauf der terrestrischen Ökosysteme. Erwähnen sie dabei auch die Auswirkungen der Klimaänderungen auf die Ökosysteme in der Schweiz. Die korrekt gelöste Aufgabe gibt 10 Punkte. ANTWORT Durch menschliche Aktivitäten wird die Kapazität globaler Kohlenstoffspeicher von Landökosystemen verändert. Am einschneidensten sind dabei die veränderte Landnutzung und die Folgen der Verbrennung fossiler Energieträger. (1 Punkt) Unter veränderter Landnutzung versteht man die Rodung von Wäldern, Trockenlegung von Feuchtgebieten und Umwandlung von Grasland in Ackerland. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe hat die Erhöhung der CO2 Konzentration in der Atmosphäre sowie zusätzliche Schadstoffemissionen zur Folge. Dies führt schliesslich zum heute beobachteten Klimawandel. Der lässt sich nämlich nur durch Berücksichtigung des menschlichen Einflusses erklären. (5 Punkte) Klimaänderungen können zusätzlich das Risiko von abrupten und unvorhersehbaren Änderungen in Ökosystemen erhöhen. Dies beeinträchtigt ihre Funktion, Produktivität und Biodiversität. Je grösser die Stärke und Geschwindigkeit der Änderungen, umso grösser wird das Risiko von negativen Folgen. (1 Punkt) Landökosysteme erfüllen nicht nur wichtige Funktionen wie den Schutz vor Naturgefahren, sie liefern auch ökonomisch relevante Produkte wie Holz, Nahrung und sauberes Wasser. Diese „Dienstleistungen“ der Schweizer Ökosysteme wird in der Zukunft durch verschiedene Klimaeffekte beeinträchtigt werden. Besonders die Kombination von z.B. hohen Temperaturen und geringeren Niederschlägen wird dabei ausschlaggebend sein. In höheren Lagen wird sich die Produktivität durch Erwärmung erhöhen, in tieferen Lagen wird sie unter sommerlicher Trockenheit leiden. Allgemein werden die Ökosysteme häufigeren und intensiveren Extremereignissen ausgesetzt sein, was Ana Sesartic Seite 16 von 24 3 | LEKTION 2 sie lokal gravierend stören wird, so dass sie zumindest kurzfristig ihre Schutzwirkung verlieren können. (3 Punkte) 3.5.2 | Frage 2 FRAGE Erläutern Sie in einigen kurzen Sätzen, wie sich die Klimaerwärmung auf Grünlandböden, Wälder und Feuchtgebiete auswirken könnte, und was dies für ihre Eigenschaft als Kohlenstoff Senke bedeutet. Die korrekt gelöste Aufgabe gibt 10 Punkte. ANTWORT Landökosysteme sind bedeutende Kohlenstoffspeicher und unter günstigen Bedingungen Kohlenstoffsenken. Die genaue Auswirkung der Temperaturzunahme auf die CO2 Bilanz von Wäldern ist noch ungenügend geklärt, da gleichzeitig gegenläufige Prozesse wirken, wie z.B. eine erhöhte Produktivität bei gleichzeitig erhöhter Bodenatmung. (2 Punkte) Grünlandböden sind eine Kohlenstoffsenke. Besonders in kühlen Regionen und höheren Lagen ist der Kohlenstoffvorrat des Bodens sehr gross. Bei einer Temperaturzunahme würde der Abbau organischer Substanz im Boden jedoch beschleunigt und solche Böden würden sich zu einer Kohlenstoffquelle entwickeln. (2 Punkte) In mittleren Breiten (d.h. auch in der Schweiz) sind die Wälder zurzeit Kohlenstoffsenken. Der Effekt wird verstärkt durch die steigende CO2 Konzentration und anthropogene Stickstoff-Ablagerungen sowie wärmere Temperaturen. Bei weiter steigenden CO2 Konzentrationen und Temperaturen besteht die Gefahr einer „Sättigung“ und des Abklingens der erhöhten Produktivität, da gleichzeitig gegenläufige Prozesse wirken (Pflanzen- und Bodenatmung). Ausserdem wird durch die Klimaerwärmung die Vegetationsstruktur der Wälder verändert. (5 Punkte) Feuchtgebiete sind ebenfalls grosse Kohlenstoffspeicher. Wärmeres und trockeneres Klima beschleunigt den Torfabbau und somit die Freisetzung von CO2. (1 Punkt) Ana Sesartic Seite 17 von 24 4 | LEKTION 3 4| Lektion 3 CO2 Senken als Lösung des Klimaproblems? 4.1 | Lernziele LEITIDEE Gegenwärtig steigt der CO2 Gehalt der Atmosphäre um 7.2 Gt C (IPCC, 2007) jährlich. Anthropogene Emissionen durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen, Zementherstellung, sowie veränderte Landnutzung, sind massgeblich für diese Zunahme in C-Flüssen verantwortlich und tragen somit zum Klimawandel bei. In vorangehenden Lektionen haben die Schülerinnen und Schüler ein Verständnis über den C-Kreislauf und den Einfluss des Klimawandels auf die terrestrischen Ökosysteme gewonnen. Nun sollen Handlungsund Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt werden und es stellt sich die Frage, inwiefern CO2 Senken eine solche Lösungsmöglichkeit darstellen. DISPOSITIONSZIELE Den Lernenden wissen, das zurzeit Bestrebungen im Gange sind um den CO2 Gehalt der Atmosphäre mittels C-Senken zu reduzieren und so dem Klimawandel entgegenzuwirken. Ihnen ist aber auch bewusst, dass diese Massnahmen sowohl Vor- als auch Nachteile bergen. OPERATIONALISIERTE LERNZIELE Die SchülerInnen können die aktuellen Vorschläge zur Reduktion des CO2-Gehaltes der Atmosphäre durch C-Senken benennen (K1) und sie können die Vor- und Nachteile dieser Lösungen abschätzen (K6). 4.2 | Ablaufplan Thema Dauer 2' 18' 3' CO2 Senken als Lösung des Klimaproblems? LS Fachlicher Inhalt Aktivitäten Lernende Aktivitäten Lehrperson Materialien 1. Informierender Unterrichtseinstieg Zuhören Einstimmen, Motivieren, Programm erläutern, Ziele deklarieren. Präsentation 3 2. 3. Vorstellung möglicher Massnahmen zur CO2 Reduktion mittels Senken Partnerarbeit einführen Ana Sesartic Sich einstimmen Zuhören Notizen machen Zuhören Präsentation halten Beamer Präsentation 3 Beamer Einführung in die Partnerarbeit: Erklären einer einfa- Präsentation 3 Seite 18 von 24 4 | LEKTION 3 chen Nutzwertanalyse. 12' 4. 10' 45' 5. Partnerarbeit: Nutzwertanalyse durchführen Durchführung einer einfachen Nutzwertanalyse der Massnahmen nach Gesichtspunkten der (1) Klimarelevanz, (2) Kosten, (3) Bequemlichkeit, (4) Nebenwirkungen Fragen beantworten Präsentation der Ergebnisse. Diskussion im Plenum und Abschluss. Ergebnisse der Nutzwertanalyse präsentieren. Zuhören. Diskutieren. Notizen machen. Ergebnisse auf Folie zusammentragen. Präsentation und Diskussion leiten. Fragen beantworten. Wichtige Punkte erläutern. Beamer „Zeitmesser“ Handout 3 Arbeit überwachen Folie 3 OHP Filzstift Total 4.2.1 | Informierender Unterrichtseinstieg Lehrperson: „Hallo miteinander, ich begrüsse Sie zur letzten Lektion über den Kohlenstoff Kreislauf und die Landökosysteme. In den letzten zwei Stunden haben Sie gelernt wie der globale Kohlenstoff Kreislauf funktioniert und welche Auswirkungen menschliches Handeln und der Klimawandel auf die Funktion der Landökosysteme als Kohlenstoff-Senke haben. Wir haben festgestellt, der stellt ein Problem für die Ökosysteme dar.“ Lehrperson startet Präsentation 3 und zeigt die erste Folie mit Bern im Tropenklima. Lehrperson: „Heute wollen wir uns die Frage stellen, ob wir eine solche Zukunft mittels Kohlenstoff Senken vermeiden könnten.“ Lehrperson zeigt Folie mit den Lernzielen und umschreibt sie in eigenen Worten: LERNZIELE – Sie kennen die aktuellen Vorschläge zur Reduktion des CO 2 Gehalts der Atmosphäre mittels Kohlenstoff Senken. – Sie kennen die Vor- und Nachteile dieser Lösungsvorschläge. Lehrperson: „Unser Programm für die heutige Stunde sieht folgendermassen aus...“ Lehrperson zeigt Folie mit dem Stundenablauf und umschreibt sie in eigenen Worten: ABLAUF DER LEKTION – Vortrag über die CO2 Reduktionsmassnahmen mittels Senken Ana Sesartic Seite 19 von 24 4 | LEKTION 3 – Nutzwertanalyse in Partnerarbeit – Diskussion im Plenum über die Vor- und Nachteile Der Ablauf der Lektion kann vor dem Anfang der Lektion auch auf die Wandtafel geschrieben werden. Lehrperson verteilt Handout-Zettel der Präsentation 3 und beginnt mit dem Vortrag. 4.2.2 | Informationen für die Lehrperson Die Themengebiete Klimawandel und Kohlenstoffsenken sind hochaktuell und unterliegen stets neusten Einsichten und Forschungsergebnissen. Deshalb sollte man von Zeit zu Zeit prüfen, ob die Präsentation auf dem neusten Stand des Wissens ist. Als Vorbereitung auf die Durchführung der Nutzwertanalyse empfiehlt es sich diese im Buch „Einführung in den Umgang mit Umweltsystemen“ von Frischknecht und Schmied (2002) nachzuschlagen. Die für diese Lektion vorgeschlagene Methode ist eine extrem vereinfachte Nutzwertanalyse. Besteht Interesse, diese Methode eingehend im Unterricht zu behandeln, bietet dieses Buch eine leicht verständliche theoretische Grundlage. 4.2.3 | Schluss der Lektion Zum Abschluss der Lektion sammelt die Lehrperson die Ergebnisse der Nutzwertanalyse ein und fasst sie zusammen. Je nach Klasse, kommt dabei eine andere Bewertung der Massnahmen zustande. Die Lehrperson soll diese Kommentieren und auf Fragen der Lernenden eingehen. Ausserdem soll als Quintessenz durchscheinen, dass Kohlenstoff Senken in der politischen Diskussion zwar beliebt in der Realität jedoch nur eine Symptombekämpfung sind. Dem Klima ist am besten geholfen, indem der Energieverbrauch und somit auch der Ausstoss an CO2 und anderen Treibhausgasen vermindert wird. 4.3 | Begründung der Methodenwahl LEHRERVORTRAG Der Vortrag der Lehrperson am Anfang der Lektion soll den Einstieg ins Thema erleichtern und Hintergrundwissen vermitteln. Der Sachverhalt, welcher in dieser Lektion vermittelt werden soll ist recht komplex. Somit eignet sich der Lehrervortrag hervorragend um in kompakter Form neue Informationen zu vermitteln. Ausserdem wird so gewährleistet, dass alle Schülerinnen und Schüler auf dem gleichen Ana Sesartic Seite 20 von 24 4 | LEKTION 3 Wissensstand sind, was eine Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung der darauf folgenden Nutzwertanalyse ist. Zusätzlich trainieren die Lernenden das aktive Zuhören und Notieren. NUTZWERTANALYSE Die Nutzwertanalyse ist eine beliebte Methode in den Umweltnaturwissenschaften. Sie wird häufig verwendet um verschiedene Handlungsalternativen qualitativ zu bewerten. Die Durchführung einer Nutzwertanalyse in Partnerarbeit gibt den Lernenden die Möglichkeit ein Gefühl für die Folgen von Eingriffen in die Umwelt zu entwickeln. Ausserdem lernen sie eine Methode kennen, die nicht nur in den Naturwissenschaften sondern auch bei ökonomischen Entscheidungen häufig angewandt wird. Zusätzlich können sie sich erneut in Teamarbeit und dem gemeinsamen Treffen von Entscheidungen (in diesem Fall der Vergabe von Punkten) üben. 4.4 | Materialien Zur Durchführung dieser Lektion benötigt die Lehrperson folgende Materialien: – Präsentation 3 und Beamer – Handout 3 – Folie 3, Filzstift und OHP Die Datei „Präsentation 3“ sollte von der Lehrperson als Handout ausgedruckt und den Studierenden vor dem Vortrag verteilt werden, damit sie sich direkt Notizen machen können. Das „Handout 3“ dient als Arbeitsblatt für die Nutzwertanalyse. Auf „Folie 3“ kann die Lehrperson die Ergebnisse der Nutzwertanalyse zusammentragen. 4.5 | Prüfungsfragen 4.5.1 | Frage 1 FRAGE Zählen Sie fünf aktuelle Vorschläge zur Reduktion des atmosphärischen CO2 Gehalts mit Hilfe von Kohlenstoff Senken auf. Die korrekt gelöste Aufgabe gibt insgesamt 5 Punkte. Ana Sesartic Seite 21 von 24 4 | LEKTION 3 ANTWORT Aufforstung, Rodungsstopp, „Düngen“ von Meeresalgen mit Eisen, Industrielle Rückgewinnung von Kohlenstoff, Sequestrierung (Lagerung) von Kohlenstoff. 4.5.2 | Frage 2 FRAGE Führen Sie eine Nutzwertanalyse durch mit der Sie die verschiedenen Lösungsvorschläge aus Frage 1 bewerten. Als Bewertungskriterien können sie „Klimarelevanz“ der Massnahme, wirtschaftliche „Kosten“, „Bequemlichkeit“ der Durchführung und „Nebenwirkungen“ für Mensch und Natur verwenden. Begründen und beschreiben sie anschliessend in einigen kurzen Sätzen das Resultat Ihrer Nutzwertanalyse. Insgesamt gibt diese Aufgabe 15 Punkte. ANTWORT Als Grundlage für die Lösung dient das Handout 3. Bei der Korrektur der Frage 2 muss man die Antwort auf Frage 1 berücksichtigen, sprich, welche Lösungsvorschläge der oder die Lernende genannt hat. Für die Punktevergabe gibt es keine definitive Lösung, jedoch soll auf logische Argumentation geachtet werden. So soll z.B. erkannt werden, dass Kohlenstoffsequestrierung sehr kostspielig ist, während eine Aufforstung der Wälder recht kostengünstig durchgeführt werden kann. Zudem sollte das erhaltene Resultat sinnvoll begründet und kommentiert werden. Ana Sesartic Seite 22 von 24 5 | LITERATURVERZEICHNIS 5| Literaturverzeichnis Canadell, J.G., C. Le Quéré, M.R. Raupach, C.B. Field, E.T. Buiten huis, P. Ciais, T.J. Conway, N.P. Gillett, R.A. Houghton, G. Marland. (2007). Contributions to accelerating atmospheric CO2 growth from economic activity, carbon intensity, and efficiency of natural sinks. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Cambridge MA. Fischlin, A., G.F. Midgley, J.T. Price, R. Leemans, B. Gopal, C. Tur ley, M.D.A. Rounsevell, O.P. Dube, J. Tarazona, A.A. Velichko (2007a): Ecosystems, their properties, goods, and services. Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, M.L. Parry, O.F. Canziani, J.P. Palutikof, P.J. van der Linden and C.E. Hanson, Eds., Cambridge University Press, Cam bridge, 211-272. Fischlin, A. (2007b). Die Rolle von Ökosystemen im globalen C-Kreis lauf. Systemökologie. Institut für Integrative Biologie. D-UWIS ETH Zürich. Präsentation im Rahmen der Vorlesung „Fach wissenschaftliche Vertiefung mit pädagogischem Fokus Um weltlehre“ HS 2007. Frischknecht, P. und B. Schmied. (2002). Einführung in den Umgang mit Umweltsystemen. Oekom Verlag. München IPCC. (2007) Summary for Policymakers. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United King dom and New York, NY, USA. Körner, C., N. Buchmann, H. Bugmann, P. Duelli, E. Hiltbrunner, G. Müller-Ferch, J.P. Müller, O. Wildi, R. Zweifel. (2007). Land ökosysteme. In: Klimaänderungen und die Schweiz 2050. Er wartete Auswirkungen auf Umwelt, Gesellschaft und Wirt schaft. OcCC / ProClim– , Bern, 25-40. Kugler, M. (2007). Klimaschutz auf dem Feld: Die Nutzung bestimmt die CO2-Bilanz. In: DiePresse, Ausgabe vom 21.11.2007. Wien. Ana Sesartic Seite 23 von 24 5 | LITERATURVERZEICHNIS Lucius, E.R., H. Bayrhuber, K. Hildebrandt, K. Lochte, R. Peinert, C. Queisser, I. Parchmann, K. Schlüter, K.-H. Starke. (2005). Forschungsdialog: System Erde. Modul 9. Der Kohlenstoff kreislauf. Begleittext für Lehrkräfte. Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften an der Universität Kiel. Orr, J.C., V.J. Fabry, O. Aumont, L. Bopp, S.C. Doney, R.A. Feely, A. Gnanadesikan, N. Gruber, A. Ishida, F. Joos, R.M. Key, K. Lindsay, E. Maier-Reimer, R. Matear, P. Monfray, A. Mouchet, R.G. Najjar, G.-K. Plattner, K.B. Rodgers, C.L. Sabine, J.L. Sarmiento, R. Shlitzer, R.D. Slater, I.J. Totterdell, M.F. Weirig, Y. Yamanaka, A. Yool. (2005). Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century and its impact on calcifying organisms. Nature Vol. 437 29. September 2005. p. 681-686. doi:10.1038/nature04095 Plattner, Gian-Kasper. (2007). Global Biochemical Cycles and Cli ma te. Tutorial 5: Terrestrial Carbon Cycle. Institute of Biogeo chemistry and Pollutant Dynamics. ETH Zürich. Schwarzenbach, A.M. und F. Keller. (2006). Fachdidaktik Umwelt leh re. Umsetzung der Allgemeinen Didaktik. ETH Zürich. UNEP. (2005). Vital Climate Change Graphics. Arendal Zimov, S.A., E.A.G. Schuur, F.S. Chapin III. (2006). Permafrost and the global carbon budget. Science Vol. 312 16. June 2006. p. 1612-1613. doi: 10.1126/science.1128908 Ana Sesartic Seite 24 von 24
