Diffusion und Osmose

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Zur Bedienung

Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung (DVD-Player) oder der Maus (Computer) können Sie Menüpunkte und Buttons ansteuern und mit der OK-Taste bzw. Mausklick starten. Um das Arbeitsmaterial zu sichten / auszudrucken, legen Sie die DVD in das Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen den Ordner „material“. Die Datei „In-haltsverzeichnis“ öffnet die Startseite.

Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards

Die Schülerinnen und Schüler• erhalteneinenÜberblicküberden

Aufbau der Tier- und Pflanzenzellen,• lernendieAufgaben,denBauund

die Funktionsweise der biologischen Membran kennen,

• kennendieBegriffehydrophilundhydrophob und die Folgen, die von Stoffen mit diesen Eigenschaften aus-gehen,

• verstehendiePhänomeneDiffusionund Osmose an selektiv permeablen Membranen,

• erkennendenUnterschiedzwischenaktivem und passivem Stofftransport,

• lernenDiffusions-undOsmoseexpe-rimente kennen,

• könnendiegenanntenPhänomenemodellhaft auf der Teilchenebene darstellenunderklären,

• unterscheidendieBegriffehypo-,hyper- und isotonisch und können deren Auswirkungen auf Nachbarre-aktionsräumevorhersagen,

• verstehendasZustandekommenso-wie die Folgen der Plasmolyse und Deplasmolyse in Tier- und Pflanzen-zellen.

• erkennendieBedeutungderFlüssig-keitsaufnahme für Lebewesen,

• beurteilenGefahrenundNotwendig-keiten von Salzen für den Körper,

• verstehengrundlegendeFachliteraturzur Diffusion, Osmose und osmoti-schem Druck,

• recherchierenFachwissenausver-schiedenen Quellen,

• sindinderLage,Experimenteselbst-ständigdurchzuführenunddieEr-gebnissezuerklären,

• stellenkomplexeSachverhaltever-ständlichineigenenWortendar,

• diskutieren basierend auf einemLehrinhalt Sachverhalten unterschied-lichster Fach- und Alltagsbereiche.

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Zum Inhalt

Diffusion und Osmose (Film 18 min) Ein Teebeutel wird ins heiße Wasser ge-taucht,StoffeverteilensichinZellenundüberihre(selektivpermeablen)Grenz-membranen,eineZuckerlösungkanndurch Wasser nach oben gedrückt wer-den, Pflanzen welken, geschlucktes Salz-wasserkannlebensgefährlichseinundGuppyssindFische,die inSalz-undSüßwasser leben können. All dies sind ausgewählteBeispiele,dieaufdemPrin-zip der Diffusion bzw. der Osmose mit

all den daraus resultierenden Folgen basieren. Wie genau funktioniert aber diese Diffusion bzw. die Osmose? Was geschieht auf der Teilchenebene, um diesePhänomenezuerklären?Dieseund andere spannende Fragen werden in diesem Film beantwortet.

Sequenzen des Films „Diffusion und Osmose“LebewesenbestehenausZellen (Filmsequenz 1:40 min)UmzudenMembranen,welcheZellenumgeben und die im Inneren für abge-trennteReaktionsräumesorgen,hinzu-

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führen, wird die Bedeutung der biologi-schen Zelle für die Lebewesen auf- gegriffen. Diese kleinsten Baueinheiten eines Körpers treten in den verschiedens-ten Arten auf. Der Trickfilm stellt modell-haft, die Einteilung in die verschiedens-tenBereichederZelle,wiez.B.Zellkernoder Mitochondrien, vor.

AufbauderZellmembran (Filmsequenz 3:20 min)Diese Sequenz beginnt mit dem Aufbau der Membranen, wobei auf die Eiweiße, die Phospholipide und das aus deren Eigenschaften (hydrophil bzw. hydro-phob) und Anordnungen resultierende Flüssig-Mosaik-Modell besonders ein-gegangenwird.DieGrundlagefürdieOsmose wird bei der Betrachtung der DurchlässigkeitderMembranengelegt.

DasbesondereAugenmerkfällthierbeiauf die Möglichkeiten der Stoffaufnahme bzw. –abgabe eines offenen Systems.

Diffusion (Filmsequenz 3:30 min)In dieser Sequenz wird mit Hilfe von Ani-mationenanschaulichdiewärmeabhän-gige brownsche Molekularbewegung erarbeitet. Auf der Teilchenebene werden zunächstdieausderBewegungresultie-renden Abstoßungsreaktionen der Teil-chenbehandelt.IndiesemZusammen-hang findet die Sequenz eine Verbindung zudenAggregatzuständen.DieDiffusionwirdamExperimentderDurchmischungvon gelöstem Kochsalz in Wasser erar-beitet. Basierend auf der Kenntnis des DiffusionsphänomenswirddieAbhän-gigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit von der Temperatur, der Teilchengröße

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und des -gewichts sowie des Konzen-trationsgefällesveranschaulicht.

Osmose (Filmsequenz 4:10 min)Basierend auf dem erworbenen Wissen über den Membranaufbau, die Teilchen und deren Diffusionsvermögen werden dieFolgenerläutert,diesichfürdenKonzentrationsausgleich an selektiv per-meablen Membranen ergeben. Als All-tagsbezug greift die Sequenz die Durch-lasskontrollederZellmembranenbzgl.der vom Blut transportierten Stoffe auf. Dargelegt wird der Sachverhalt, indem dasbekannterealeDiffusionsexperimentmit schwarzem Tee der Animation eines Stoffausgleichs an einer selektiv perme-ablen Membran gegenübergestellt wird. Der definierte Begriff der Osmose wird anschließendaneinemrealenExperi-

mentmiteinerZuckerlösung,diedurcheine selektiv permeable Membran von reinem Wasser getrennt ist vertiefend eingeübt und veranschaulicht. Abschlie-ßendwerdendieGeschehnisse,dieei-nen osmotischen Druck verursachen, dessen Folgen und die entgegenwirken-denKräfteaufgezeigt.

Passiver Transport (Filmsequenz 2:50 min)DieseSequenzbeleuchtetzunächstdieEnergiebilanz von Diffusion und Osmo-se. Der eingeführte Begriff des passiven TransportswiederholtdieGrundvoraus-setzungen von Konzentrationsunter-schieden und weist auf den Verlust des EinflussesderZellenundderMembra-nen auf die Durchlasskontrolle zuguns-ten des Wegfalls weiterer Energiekosten

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hin.GestütztaufdieKenntnissebiolo-gischer Membranen wird die leichte Diffusion von kleinen und fettlöslichen Teilchen an selektiv permeablen Mem-branendargestellt.IndiesemZusam-menhang wird auf die Notwendigkeit vonKanälenundTunnelproteinenein-gegangen, die den Durchlass für hydro-phile und größere Teilchen zulassen. Die Bedeutung der Diffusion und Osmose in,anunddurchZell-undOrganellmem-branen rundet das Thema schließlich ab. Vertieft wird das Wissen durch den All-tagsbezugvonderZuckerzugabezuschwarzemTee.EineErgänzungfindetder Inhalt durch Energie verbrauchende aktive Transportprozesse, die für den Stoffaustausch und die Kommunikation eines somit offenen aber regulierten Systems unverzichtbar sind.

Hypertonisch, isotonisch & hypotonisch (Film 10 min)In diesem Film wird am Beispiel des wel-kenden Salats und des mikroskopischen PräparatseinerZwiebelhautaufdieBe-griffe hyper-, iso- und hypotonisch hin-geführt. An Videoaufnahmen von mik-roskopischenPräparateninVerbindungmit Trickfilmmodellen werden die Ein-flüsse von Lösungen unterschiedlichster Konzentrationen auf die biologischen ZellengezeigtundmitFachbegriffenklarerläutert. In diesemZusammenhangwirdderFokusaufdiebeidenPhänomender Plasmolyse und der Deplasmolyse gerichtet. Ein Vergleich im Trickfilm-modell, der parallel die unterschied-lichen Auswirkungen verschieden kon-zentrierter Salzlösungen auf Zellendarstellt und den bisherigen Lehrinhalt

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wiederholt, rundet die Thematik hier ge-lungen ab. Im weiteren Verlauf des Films werdendieerworbenenGrundlagenaufdie Folgen von hyper-, iso- und hypoto-nischen Lösungen auf Blutzellen über-tragen, wobei die drei Fachbegriffe nacheinander an diesem Beispiel mit realen Aufnahmen erarbeitet und ab-schließend miteinander im Modell ver-glichen werden. Den Abschluss bilden gesundheitliche Aspekte, die die Wir-kungsweise von Infusionen und gesun-derErnährungunddieNotwendigkeitausreichender Flüssigkeitszufuhr in den Vordergrund stellen.

GrafikenKonzentrationsgefälleMit der Darstellung eines Konzentrati-onsgefällesistdieseGrafikgeeignet,den Verlauf der Diffusion zu diskutieren.

KonzentrationsausgleichDieGrafikzeigtdenKonzentrations-ausgleich nach erfolgter Diffusion.

Selektiv permeable MembranIndieserGrafikisteineselektivperme-able Membran dargestellt. Sie ist geeig-net, den Verlauf der Osmose zu disku-tieren.

Wasserliebend und wasserabweisendAufdieserGrafikisteineMembranmithydrophilen und hydrophoben Kompo-nenten dargestellt.

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Didaktische Hinweise

Die Filme sowie die Arbeitsmaterialien ermöglichen es den Schülerinnen und Schülern(SuS),dieGrundlagenderFach-bereicheDiffusion,Osmose,Zellaufbau,Membranstrukturen und –aufgaben, basierendaufdenGrundeigenschaftender Teilchen und Stoffebene, sowie deren Wechselbeziehungen zu ermessen. Da-beiwerdennotwendigeGrundlagendesBiologie-, Chemie- und Physikunterrichts exaktzudembehandelndenStoffwie-derholt bzw. eingeführt. Dies führt dazu, dass die SuS den Unterschied und die ZusammenhängebeiderSchwerpunktenachvollziehen und verbalisieren kön-nen. Ein besonderes Augenmerk wird auf den in großen Umfang dargebote-nen Modellvorstellungen gelegt, mit derenHilfeAlltagsphänomeneverschie-denster Art erarbeitet und diskutiert werden können. Die Arbeitsmaterialien unddieFilmeergänzensichhiernichtnur, sondern sind auf die verschiedenen Jahrgangsstufen mit unterschiedlicher Informationstiefe abstimmbar.So ergeben sich diverse Einsatzmöglich-keiten für Film und Arbeitsmaterialien:a) Um mittels Einstieg in eine Unter-richtseinheit einen Gesamtüberblicküber deren Inhalt zu gewinnen.

b)AlsabschließendeZusammenfassungam Ende einer Unterrichtseinheit.c)InTeilenpassendausgewähltzudenjeweiligen Abschnitten der Unterrichts-einheit.d)Alsfächerübergreifendesundfächer-verbindendes Lehrmaterial.e)ErgänzungzudenimLehrplanvorge-sehenen fachlichen Basisinhalten.

Der Lehrkraft wird die entscheidende Rolle zuteil, den Schülern klar zu ma-chen,dassreinphänomenologischeBe-obachtungeneinerErklärungaufTeil-chenebene bedürfen. Hier ist es unverzichtbar,dieBedeutung,Gültigkeitund Aussagekraft von Modelldarstellun-gen zu vermitteln oder zu wiederholen. Basierend auf der aktiven Auseinander-setzung mit den kognitiven Inhalten entstehen so Verbindungen zwischen den unterschiedlichsten naturwissen-schaftlichenPhänomenen,diedurchdenFokusaufdieGrundinhaltederProduk-tionfachübergreifendundfächerverbin-denderklärtwerdenkönnen.VertiefendundergänzendsinddabeidiefünfbeigefügtenArbeitsblättereinsetz-bar, die je nach Unterrichtsfach und Jahr-gangsstufe eine unterschiedlich starke

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Gewichtungerfahren.SomiterfährtdieProduktioneinevielfältigenichtnuraufwenige Lehrinhalte konzentrierte Ein-satzmöglichkeit quer durch alle Jahr-gangsstufen und naturwissenschaft-lichenUnterrichtsfächer.

Arbeitsmaterial

Als Arbeitsmaterial steht Ihnen ein um-fangreichesAngebotanergänzendenMaterialien zur Verfügung (siehe Tabelle). DieArbeitsblätterliegensowohlalsPDF-als auch als Word-Dateien vor:• DiePDF-Dateien können direkt am

Computer ausgefüllt oder ausge-druckt werden.

• DieWord-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichts-situation angepasst werden.

Ordner Materialien

Didaktische Hinweise HinweisezumEinsatzderFilme,derGrafikenundder ergänzendenArbeitsmaterialien

Arbeitsblätter(mit Lösungen, als PDFs zum Ausfüllen; z. T. differenziert)

1) Stoffe verteilen sich – Die Diffusion2) Kreuzworträtsel3) Osmose im menschlichen Körper – Haut4) Experiment:TinteverteiltsichinWasser5) Diffusion und Osmose in Süß- und Salzwasser

Grafiken • Konzentrationsgefälle• Konzentrationsausgleich• SelektivpermeableMembran• Wasserliebendundwasserabweisend

Filmkommentare Filmkommentare als PDF-Dokument

Programmstruktur ÜbersichtüberdenAufbauderDVD

Weitere Medien InformationenzuergänzendenFWU-Medien

Produktionsangaben Produktionsangaben zur DVD und zum Film

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46 11087 Diffusion und Osmose

Diffusion und Osmose 46 11087 Programmstruktur

Untermenü

Hauptmenü

Diffusion und Osmose Lebewesen bestehen aus Zellen 1:40 min Aufbau der Zellmembran 3:20 min Diffusion 3:30 min Osmose 4:10 min Passiver Transport 4:10 min

Arbeitsmaterial

Didaktische Hinweise

5 Arbeitsblätter (mit Lösungen)

4 Grafiken

Filmkommentare

Programmstruktur

Weitere Medien

Produktionsangaben

Diffusion und Osmose Diffusion und Osmose Film 18 min Diffusion und Osmose Sequenzen Hypertonisch, isotonisch & hypotonisch Film 10 min Diffusion Grafik Osmose Grafik Arbeitsmaterial

Programmstruktur

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Produktionsangaben Diffusion und Osmose (DVD)

ProduktionFWU Institut für Film und Bild, 2014

DVD-KonzeptFWU Institut für Film und Bild, 2014

DVD-Authoring und DesignTVWerkGmbHim Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2014

Cover© Hemera – thinkstock

Didaktische FachberatungMonique Meier

Arbeitsmaterial und BegleitheftFWU Institut für Film und Bild, 2014

Pädagogischer Referent im FWUDaniel Schaub

Produktionsangaben zu den Filmen

„Diffusion und Osmose“ & „Hypertonisch, isotonisch & hypotonisch“

ProduktionSchwabenFilm

im Auftrag desFWU Institut für Film und Bild, 2014

mitSven FalgeFelixKarliczek,MarkusMatschke.ThomasTrautsch

DrehbuchMarkus Matschke

Regie, Ausführende ProduktionSven Falge, Markus Matschke

KameraMarkusMatschke,FelixKarliczek,ThomasTrautsch

Schnitt, Animation & MikroskopieaufnahmenFelixKarliczek

3D-Animation BlutMarkus Matschke

MusikBluevalley

Sounddesign & MischungTobias von BrockdorffTONSCHIEBER – Tonstudio Stuttgart

SprecherFabianGröver

BuchMeike Brinkmann

Didaktische FachberatungMonique Meier

RedaktionDaniel Schaub

Vielen Dank anSportschule Park, Heike Bührer, Tatiana Falge, Andreas Isking, Steffen Kayser, Roland Haaga

Nur Bildstellen/Medienzentren:öVzulässig

© 2014 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützigeGmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031Grünwald Telefon (089) 6497-1 Telefax (089)6497-240 E-Mail info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet www.fwu.de

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46 11087Diffusion und OsmoseSiefindenständiginunseremKörperundunsererUmweltstattunddennochsehenwirdiese lebensnotwendigen Prozesse selten: Diffusion und Osmose. Die FWU-Produktion stelltdiebeidenProzesseanschaulichundklarvoneinanderdifferenziertdar.ZusätzlichstehenArbeitsblätter,didaktischeHinweiseundweitereergänzendeUnterrichtsmaterialienzur Verfügung.

FWU Institut für Film und Bild

in Wissenschaft und Unterricht

gemeinnützigeGmbH

Geiselgasteig

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82031Grünwald

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info@fwu.de

www.fwu.de

www.fwu-shop.deBestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444vertrieb@fwu.de

Lehrprogrammgemäß

§ 14 JuSchG

Erscheinungsjahr: 2014Laufzeit: 28 minFilme: 2Sequenzen: 5Grafiken: 4Sprache: Deutsch

DVD-ROM-Teil: UnterrichtsmaterialienArbeitsblätter: 5 (mit Lösungen, als PDFs zum

Ausfüllen)Adressaten: Allgemeinbildende Schule

(Klasse 8-11)

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GEMAFREI

Schlagwörter: Aggregatzustand, brownsche Molekularbewegung, Deplasmolyse, Druck, Flüssigkeit, hydrophil, hydrophob, lipophil, lipophob, Membran, Konzentration, Konzentrationsausgleich,Konzentrationsgefälle,Lebewesen,Lösung,Molekularbewegung,Plasmolyse,Stofftransport,Stoffaustausch,Zelle

Systematik: Chemie Allgemeine Chemie GesetzmäßigkeitenchemischerReaktionen ChemischesGleichgewichtundseineBeeinflußung Arbeitsmethoden, Unter suchungsmethoden Physikalische Chemie Chemische Thermodynamik

Chemische Kinetik Biochemie Stoffwechselvorgänge Angewandte Chemie Chemie in Alltag und UmweltBiologie Allgemeine Biologie Biochemie,Biophysik,Zellenlehre ChemischesGleichgewichtundseineBeeinflußung Arbeitsmethoden, Unter suchungsmethodenPhysik WärmelehreWärmetheorie Biophysik