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Pflanzenstress-Daten im integrativen Biologie-Mathematik-Unterricht

Anhand authentischer FLuX-Messdaten werden innovative, problemorientierte Projekttage konzipiert, in denen Biologie und Mathematik integrativ verknüpft werden. Die Hubschrauber-Schleppsonde HELiPOD ist an einer groß angelegten Messkampagne der Europäischen Weltraumorganisation ESA beteiligt, bei der Daten über landwirtschaftlichen Feldern aufgezeichnet werden. Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich am Projekttag mit der Frage „Ab welchem Zeitpunkt und unter welchen Bedingungen weisen Mais- und Tomatenpflanzen Hitzestress auf?“ und untersuchen dabei zentrale Parameter der Photosynthese wie Chlorophyll-Fluoreszenz und Vegetationsindizes. Durch die Analyse dieser Frühindikatoren lassen sich bereits vor dem Auftreten sichtbarer Schäden Veränderungen in der Photosyntheseeffizienz nachweisen und Belastungsgrenzen bestimmen. So wird deutlich, wie Pflanzen auf abiotische Stressfaktoren wie Hitze, Trockenheit oder hohe Lichtintensität mit spezifischen Stoffwechselanpassungen reagieren. 

Die Messungen der Hubschrauber-Schleppsonde ermöglichen das Erfassen von Pflanzenstress, bevor dieser äußerlich den Pflanzen anzusehen sind und können zukünftig z.B. zum Bewässerungsmanagement genutzt werden. Im Sinne des Forschenden Lernens werten die Lernenden diese realen FLuX-Daten aus und erwerben dabei grundlegende wissenschaftliche Methodenkompetenzen: Sie führen eigene Versuche zum Einfluss verschiedener Variablen auf die Photosyntheserate durch, vergleichen Temperatur- und Fluoreszenzintensitäten, untersuchen Daten aus unterschiedlichen Höhenlagen und analysieren Flächen-Volumen-Beziehungen. Ein Highlight ist die Besichtigung der Hubschrauber-Schleppsonde. Ein zentrales Anliegen des Projekts ist dabei auch die Förderung der Scientific Literacy, indem die Lernenden naturwissenschaftliche Fragestellungen aufwerfen, authentische Datensätze analysieren sowie ihre Ergebnisse kritisch bewerten und diskutieren. So erweitern die Schülerinnen und Schüler ihren Blick auf ökologische Wechselwirkungen und gewinnen durch die direkte Einbindung in eine praxisnahe Forschungsumgebung wertvolle Einblicke in die Arbeitsweise von Wissenschaftler:innen zu aktuellen gesellschaftlichen Herausforderungen.

Im Projekt werden – in enger Zusammenarbeit von Fachdidaktik (Biologie und Mathematik) und dem Institut für Flugführung fachintegrative Lernangebote konzipiert, angeboten und evaluiert. Die ESA unterstützt das Projekt durch die Bereitstellung der Messdaten, die im Rahmen des Projekts FRM4FLUO mit der Hubschrauber-Schleppsonde HELiPOD der TU Braunschweig erhoben wurden.