Lernaufgabe Roman Abegglen Fachdidaktik Biologie, 03.06...Lernaufgabe Roman Abegglen Fachdidaktik Biologie, 03.06.2016 2 Lernaufgabe Diese Lernaufgabe richtet sich laut Lehrplan an

Lernaufgabe Roman Abegglen Fachdidaktik Biologie, 03.06.2016

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Vergleichende Botanik - eine explorative Einführung


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Lernaufgabe

Diese Lernaufgabe richtet sich laut Lehrplan an Schülerinnen und Schüler der 9 Klasse (Quarta). Die Lernaufga-

be soll eine lebendige und teils Spielerische Einführung in das Pflanzenreich geben. Ziel der Lernaufgabe ist es,

den Lernenden auf interaktive Weise einen sehr groben Überblick in das Pflanzenreich zu geben. Da Pflanzen oft

als eher wenig interessantes Gebiet wahrgenommen werden, da sie kaum sichtbares Verhalten zeigen, soll diese

Aufgabe primär das Interesse wecken. Die Theorie zur Aufgabe stützt sich zu einem Teil auf dem Lehrmittel:

Biologie Sekundarstufe II, herausgegeben vom Cornelsen Verlag Schweiz.

Lernvoraussetzungen

Die Lernenden sind mit den Grundbegriffen der Taxonomie vertraut, die sie mit Hilfe des Lehrmittels erlernt ha-

ben. Diese Grundbegriffe sind zuvor in der vergleichenden Zoologie schon aufgegriffen worden und die Lernen-

den haben ein Gefühl für die "Einteilung des Lebens" entwickelt. Es wäre vermutlich auch noch unterstützend,

wenn die Lernenden zuvor einige Theorielektionen zur vergleichenden Botanik erteilt bekommen hätten.

Lernziele

(Kog) Die Lernenden können grob das Pflanzenreich, zumindest hier in der Schweiz nach den bearbeite-

ten Gesichtspunkten einteilen.

(Kog) Lernende erkennen anhand des lebenden Beispiels wie Moose aufgebaut sind und wie sie ihr

Wasser aufnehmen.

(Kog) Lernende erkennen am lebenden Beispiel wo sich bei Farnen die Sporen (Sori) befinden.

(Kog) Lernende haben sich mit der Blattarchitektur von Palmfarnen und Palmen befasst und können die-

se unter Umständen auch unterscheiden.

(Kog) Die Lernenden können einkeimblättrige und zweikeimblättrige Pflanzen ohne die Ausnahmen (z. B

Aronstab) unterscheiden.

(Kog) Als Weiterführung zum Unterthema Koevolution, haben die Lernenden sich bereits mit Bestäubern

befasst und Beobachtungen gemacht. Dies wird später im Unterricht weitergeführt.

(Affektiv) Die Lernenden nehmen das Pflanzenreich bewusst und am lebenden Beispiel war und entwi-

ckeln Interesse für die lebende Umwelt, welche sich um sie befindet.

Grobplanung

Bearbeitung der Lernaufgabe:

10' Einstieg und Einführung in die Aufgaben

20' Lesen des Textes

60' Bearbeitung der Aufgaben

Nachbesprechung in der nächsten Lektion:

Diskussion der Aufgaben für ca. 20'


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Lieteratur: Biologie Oberstufe - Schweiz Cornelsen Verlag ISBN: 978-3-06-010087-3

Lernaufgabe Botanischer Garten - Einführung in die Systematik und Evolution

von Pflanzen

Diese Lernaufgabe stützt sich unter anderem auf das Lehrmittel Biologie - Sekundarstufe II, vom Cor-

nelsen Verlag Schweiz (2015).

1. Einleitung

Was um uns herum wächst interessiert den Menschen schon seit geraumer Zeit. Als der Mensch noch

in Gruppen als Jäger und Sammler lebte, war es essentiell für das Überleben dieser Gruppen, die

jeweiligen essbaren Pflanzen zu kennen. Infolge der Neolithischen Revolution wurden dann aktiv

Pflanzen angebaut. Dieser sich im nahen Osten etablierende teilweise sesshafte, oder ganz sesshafte

Lebensweise (etwa 13500 Jahre vor der heutigen Zeitrechnung) breitete sich verhältnismässig rasch

in der alten Welt aus. Auch hier wurden die Pflanzen als Ressourcen genutzt. Unter vielem anderem

war die Kenntnis um diese Pflanzen ein Stein in der Strasse auf dem Weg zu unserer heutigen Ge-

sellschaftsstruktur.

Das Wissen um Heilpflanzen war auch jeher immer wichtig. Auch wenn es unwahrscheinlich er-

scheint, so stammen sehr viele Wirkstoffe, die die moderne Pharmazie zur Anwendung bringt, ur-

sprünglich aus Pflanzen. Ein Beispiel ist Aspirin, bei welchem der unprozessierte Wirkstoff Salizylsäu-

re ursprünglich aus Weidenrinde stammt. Auch Narkosemittel, welche früher in der Medizin eingesetzt

wurden und heute bedeutenden Schaden in unserer Gesellschaft anrichten stammen in ihren Grund-

bestandteilen aus Pflanzen. So wird Kokain aus der Kokapflanze gewonnen, Heroin wird aus Schlaf-

mohn gewonnen und ganz Prominent natürlich Cannabis, welches in der Schweiz zwar illegal, ver-

pönt, aber dennoch fast gesellschaftsfähig ist. Ob diese Entwicklung um Cannabis jetzt gut oder

schlecht ist, sei dahingestellt, jedoch ist diese Drogenpflanze wahrscheinlich schon seit dem Mittelalter

im Gebrauch als die ersten Cannabispflanzen zur Seilherstellung gepflanzt wurden.

Auch schaurige Geschichten um Pflanzen gibt es. So wird zum Beispiel gesagt, dass ein paar Hundert

Jahre zuvor, Ehefrauen die ihrer Ehemänner überdrüssig waren, die Kleider derer in Wasser wuschen,

in welchem Pflanzen des gelben oder blauen Eisenhuts zerdrückt wurden. Das Gift ist so potent, dass

es über die Kleider durch die Haut aufgenommen wurde und die Ehemänner einen eher schmerzhaf-

ten und langsamen Tod starben. Aber ohne dieses Wissen konnten sich die erbosten, gekränkten und

gepeinigten Frauen nicht ihrer Ehemänner entledigen.

Im wissenschaftlichen Sinn begründete Carl von Linée die Pflanzensystematik, wie wir sie heute ken-

nen. Er führte das binäre Nomenklatursystem ein, wobei jeweils die Gattung und die Art auf Lateinisch


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beschrieben wurde. So ist zum Beispiel unser gewöhnlicher Löwenzahn in Latein Taraxacum officina-

le. Wobei Taraxacum die Gattung darstellt und officinale die Art bezeichnet. Diese Schreibweise ist

heute noch gängig und in der Wissenschaft unabdingbar etabliert, da sie eine Bezeichnung mit sich

bringt, die über Sprachgrenzen hinweg einheitlich und anwendbar ist. Somit hat heute jede identifizier-

te Pflanze einen Gattungsnamen und einen Artnamen, den sie eindeutig bestimmt und dadurch identi-

fizierbar macht.

Doch wie kam man ursprünglich auf diese Namen? Im hinteren Buchdeckel ihres Buchs finden Sie die

verschiedenen Abteilungen und Unterabteilungen des Pflanzenreichs. Diese Abteilungen lassen sich

in Klassen einteilen, wobei diese wiederum in Ordnungen eingeteilt sind. Diese Ordnungen bestehen

aus Familien, wobei diese Familien wiederum aus Gattungen bestehen, welche die Arten beinhalten.

Nehmen wir die Rottanne, Picea abies. Diese befindet sich in der Abteilung der Samenpflanzen. Sie

gehört aber der Klasse der Koniferen an und gehört zur Familie der Kieferngewächsen (Pinaceae). In

dieser Familie gehört sie der Gattung Picea an und wird durch die Art Abies bezeichnet. Wenn Sie

dies verwirrt, ist das nicht schlimm. Es ist nur ein Beispiel und wird bei der Heutigen Arbeit nicht in

dem Ausmasse zum Zug kommen. Es soll Ihnen nur die Komplexität dieser Hierarchischen Namens-

gebung und Klassifizierung zeigen.

Sie werden sich aber heute sehr wohl mit einer oberflächlichen taxonomischen Einteilung von Pflan-

zen befassen und dazu werden sie den Pflanzenreichtum des botanischen Gartens in Bern nutzen.

Gewisse Aufgaben beziehen sich auf bestimmte Örtlichkeiten des Garten. Nehmen Sie den hier ab-

gedruckten Plan zur Hilfe:


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Material:

Schere

Lupe

Verschliessbarer Plastikbeutel

Notizmaterial und Bleistift, sowie Kugelschreiber

Wichtiger Hinweis: Sie sind dazu angehalten Pflanzenmaterial zu sammeln. Sie werden aber nur die

in den Aufgaben beschriebenen Materialien sammeln. Reissen Sie nicht wahllos Blumen aus. Die

Instandhaltung des Botanischen Gartens erfordert viel Zeit, Geld und sehr viel Herzblut für diese De-

tailtiefe zu erreichen, die der Garten zu diesem Zeitpunkt hat. Respektieren Sie die Arbeit der hier

angestellten Gärtner und Botaniker!


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2. Theoretische Einführung

Diese Informationen finden Sie ebenfalls in ihrem Lehrbuch. Die wichtigsten Anhaltspunkte sind aber

hier zusammengefasst. Es kann aber sein, dass Sie zur Lösung gewisser Aufgaben ihr Lehrmittel

verwenden müssen. Hinten im Buchdeckel ihres Lehrbuches finden Sie die verschiedenen Abteilun-

gen oder Unterabteilungen des Pflanzenreichs. Diese sind folgend eingeteilt:

Lebermoose (Echte Landpflanzen)

Laubmoose (Echte Landpflanzen)

Bärlappgewächse (Gefässpflanzen)

Schachtelhalme (Gefässpflanzen)

Farne (Gefässpflanzen)

Nadelhölzer (Nacktsamer)

Ginkgo-Gewächse (Nacktsamer)

Palmfarne (Nacktsamer)

Einkeimblättrige (Bedecktsamer)

Zweikeimblättrige (Bedecktsamer)


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2.1 Moose (Lebermoose und Laubmoose)

Abb. 1.: Links: Laubmoos. Rechts: Lebermoos

Moose sind allgemein damit gekennzeichnet, dass sie kleinwüchsig sind und daher selten grösser

werden als einige Zentimeter. Dies rührt daher, dass Moose kein Festigungsgewebe enthalten, wel-

ches ihnen eine grössere Wuchsform erlauben würde. Sie bilden meist dicke, weiche Polster am Bo-

den aus und prägen somit feuchte Standorte besonders in unseren Wäldern. Moose sind stark von

Wasser abhängig, besonders bei der Fortpflanzung. Die beweglichen Spermatozoiden benötigen

Wasser um die jeweilige Eizelle zu befruchten (Vgl. Abb. 5 im Cornelsen, s. 311). Moose verfügen

ebenfalls über kein Wurzelsystem, das ihnen eine starke Verankerung auf dem Boden erlauben würde

und nehmen das Wasser über die ganze Oberfläche der Pflanze auf. Aufgrund dieser Eigenschaft

können diese Pflanzen fast völlig austrocknen und später wieder ergrünen, wenn sie Wasser aufneh-

men.

2.2 Bärlappgewächse, Schachtelhalme und Farne

Abb. 2.: Schlangenbärlapp (links) und Adlerfarn (rechts)


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Bärlappgewächse gehören zu den Farnpflanzen und verfügen wie auch andere Vertreter der Farne

über Stützgewebe und geschlossene Transportsysteme für Wasser und Nährstoffe. Durch dieses

Stützgewebe wachsen Bärlappgewächse höher als zum Beispiel Moose. Sie Pflanzen sich mit Hilfe

von Sporen fort (mehr dazu im Cornelsen s. 312). Die Befruchtung erfolgt ebenfalls via Spermatozoi-

de, welche vom Wasser abhängig sind. Echte Farne besitzen ebenfalls wie Bärlappgewächse Stütz-

gewebe und Transportsysteme und pflanzen sich mit Hilfe von Sporen fort. Jedoch unterscheiden die

Pflanzen sich in der Fortpflanzung zu einem gewissen Grad (vgl. Cornelsen, s. 312). Auffällig an Far-

nen sind die Sogenannten Sori, unten an den Blättern, welche die Sporangien tragen, welche die Spo-

ren zur Fortpflanzung freisetzen. Nur ganz am Rande sind hier die Schachtelhalme zu erwähnen.

Diese pflanzen sich ähnlich wie Farne und Bärlappe mit Sporen fort. Sie sind ebenfalls meist relativ

kleinwüchsig, können aber auch im Falle von einzelnen Arten sehr hoch werden (4m).

Nadelhölzer, Ginkgo-Gewächse, Palmfarne: Nacktsamer

Abb. 3.: (von links nach rechts) Nadelholz (Eibe), Ginkgo, Palmfarn

Die ersten Samenpflanzen, wie wir sie in der deutlichen Mehrheit in der belebten Natur sehen, sind

Samenpflanzen. Der Name Nacktsamer rührt daher, dass die Samenanlage frei auf den Fruchtblättern

liegt. Bei Fruchtblättern handelt es sich um dasjenige Organ, welches die Samenanlage Trägt. Die

Nacktsamer entwickelten sich aufgrund klimatischen Veränderungen zu einer sehr erfolgreichen und

bald die Landschaft dominierende Abteilung von Pflanzen. Die Befruchtung erforderte nun kein Was-

ser mehr, was die vollkommene Abhängigkeit von Wasser zur Fortpflanzung völlig ausschloss. Diese

Pflanzen verfügen als erste Pflanzen über Pollen, welche über die Luft oder Tiere wie Insekten trans-

portiert werden. Dies erwies sich vor allem bei trockeneren Bedingungen als sehr starker Vorteil.

Nadelhölzer sind sehr typisch für unsere Wälder. Die Blätter sind Nadelförmig, haben eine sehr dicke

Cuticula (sind relativ hart) und sind abgesehen von der Lärche immergrün. Immergrüne Pflanzen sind

das ganze Jahr über belaubt und ersetzen die Blätter kontinuierlich im Gegensatz zu Laubwerfenden

Pflanzen, welche die Blätter jährlich alle verlieren.

Allgemein sind die Nadelhölzer die einzigen Nacktsamer, welche natürlich in der Schweiz vor-

kommen.


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Ginkgo-Gewächse sind nur noch durch eine Art vertreten auf der Welt. Ganz typisch sind die Blätter,

welche typisch verzweigte gabelige Blattadern besitzen. Die Blätter von bedecktsamigen Bäumen sind

in der Regel abgesehen von Palmen immer netzartig nerviert. Ginkgo-Gewächse werfen im Herbst die

Blätter ab. Sie produzieren im Herbst ebenfalls sehr übelriechende Früchte, was durch einen hohen

Anteil von Buttersäure in den Früchten erklären ist.

Palmfarne muten auf den ersten Blick wie Palmen an, sind aber aufgrund des grossen Zapfens und

Blütenstände, sowie den Blättern, welche sehr dick (sehr dicke Cuticula) sind zu erkennen.

2.3 Bedecktsamer: Einkeimblättrige, Zweikeimblättrige (Detaillierte Beschreibung siehe: Cornelsen, s.

314-315)

Bedecktsamer haben alle gemeinsam die Eigenschaft, dass die Samenanlage vollständig von den

Fruchtblättern umschlossen sind. Die Samenanlage liegt also schön umschlossen in der Blüte, wäh-

rend z. B. bei Nadelhölzer die Samenanlagen offen liegen. Bedecktsamer dominieren unsere Grüne

Umwelt und sind in fast allen Lebensräumen am Land zu finden. Sie besitzen die für uns typische

Blüte, wie wir sie auch intuitiv als solches identifizieren würden. Es gibt zwar viele windbestäubende

Bedecktsamer, aber eine sehr grosse Vielfalt, insbesondere in wärmeren Regionen wird häufig durch

Tiere bestäubt. Diese Bestäuber haben viele Formen und es kann sich z. B von Vögeln bis um Insek-

ten handeln. Dies führte im Laufe der Evolution zu teils skurrilen Blütenformen, durch gegenseitige

Anpassung von Bestäuber und Pflanze. Bedecktsamer sind ebenfalls sehr wichtig für unsere Ernäh-

rung und demzufolge auch wirtschaftlich von Bedeutung (Getreide, Gemüse, Früchte, usw.).

Abb. 4.: Bedecktsamer und Nacktsamer im Vergleich


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2.3.1 Einkeimblättrige

Wie der Name schon sagt, besitzen einkeimblättrige Samenpflanzen nur ein einziges Keimblatt als

austreibende Jungpflanze.

Abb. 5.: Einkeimblättrige und zweikeimblättrige Pflanzen im Vergleich

Weiterhin sind die Blattnervaturen bei einkeimblättrigen Pflanzen in fast allen Fällen längs zur Blatt-

richtung. Nicht zu verwechseln mit dem Ginkgoblatt, welches Nervaturen aufweist, welche handförmig

zum Blattende gehen. Einkeimblättrige Pflanzen prägen meist eine krautige Wuchsform (z. B Tulpen,

Orchideen) aus, können aber auch die Grösse eines Baums erreichen (z. B Palmen).

2.3.1 Zweikeimblättrige

Wie auf Abb. 5 zu sehen ist, weisen zweikeimblättrige Jungpflanzen bei der Keimung zwei Blätter auf.

Diese Pflanzen machen einen Grossteil der Bäume und verholzten Pflanzen aus, welche nicht als

Nadelhölzer zu identifizieren sind. Sehr leicht zu erkennen sind zweikeimblättrige anhand der vernetz-

ten Blattnervaturen. Dies ist jedenfalls für Arten in der Schweiz sehr gut anwendbar.


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3. Aufgaben

3.1 Moose

3.1.1

Suchen Sie an einer feuchten Stelle ausserhalb des Alpengartens ein Moospolster und entnehmen

Sie ganz wenig davon. Wie sieht die Pflanzen aus? Was können Sie erkennen? Sehen sie Wurzeln?

Wie gross ist die Pflanze?

3.1.2

Versuchen Sie ein Stück ausgetrocknetes Moos zu finden, sammeln Sie es in einem Plastikbeutel ein

und begiessen Sie es zuhause, oder im Schulzimmer mit Wasser. Was geschieht?

3.2 Farne (nur im Herbst möglich)

3.2.1

Suchen Sie unten in der Nähe des Teichs in der Nähe von Nr. 56 auf dem Situationsplan des botani-

schen Gartens, eine Farnpflanze. Entnehmen Sie ein Blatt und untersuchen Sie dieses. Was stellen

sie fest? Was können Sie auf der Blattunterseite sehen?

3.3 Nacktsamer

3.3.1 Eiben

Gerade beim Eingang des Botanischen Gartens, welcher von der Lorrainebrücke hinunterführt. Deut-

lich erkennbar an den roten "Beeren". Schauen Sie sich eine solche "Beere" an, aber essen Sie sie

nicht (Der Samen ist hochgiftig!!!!). Handelt es sich hier wirklich um eine Beere? Benutzen Sie ihr

Smartphone zur Lösung der Aufgabe.

3.3.2 Ginkgo

Gerade vor der Treppe zum Eingang des Palmenhauses (Nr. 49 - Asien) finden Sie einen Ginkgo

Baum. Versuchen Sie ein Blatt zu entnehmen und schauen Sie es sich an. Vergleichen Sie das Aus-

sehen es Blattes mit der Beschreibung in der Lernaufgabe und wenn Sie möchten, können Sie auch

ihr Smartphone zur Recherche benutzen.

3.3.3 Palmfarne

Betreten Sie das Palmenhaus (Nr. 36 auf dem Plan) und suchen Sie einen Palmfarn. Verwenden Sie

die Beschreibung und die Bilder im Text oben. Schauen Sie sich ein Blatt einer solchen Pflanze an


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und machen Sie mit ihrem Smartphone ein Foto davon. Suchen Sie eine echte Palme und wiederho-

len Sie den Vorgang. Welche Unterschiede bezüglich den Blättern können Sie feststellen.

3.4 Samenpflanzen

3.4.1 Blätter

Im Teich bei Nr. 16 auf dem Plan wachsen Schwertlilien. Sie sind leicht zu erkennen, da sie einen

relativ hohen Wuchs erreichen und auffällige Blüten haben. Die Pflanzen sind ebenfalls beschriftet

und im Notfall können Sie zur Identifikation ihr Smartphone benutzen. Schauen Sie sich das Blatt die-

ser Pflanze an, machen Sie wenn nötig ein Foto davon. Falls keine Schwertlilien vorhanden sind,

nehmen Sie stattdessen ein Grashalm, welcher auf der offenen Grasfläche wächst.

Nun laufen Sie auf die offene Grasfläche unter dem Teich und suchen Sie ein Gänseblümchen. Sie

können ruhig ein Blatt entnehmen, da diese Pflanzen sehr häufig sind. Vergleichen Sie nun die Blätter

der beiden Pflanzen. Welche ist eine einkeimblättrige und welches ist eine zweikeimblättrige Pflanze?

3.4.2 Bestäuber

Suchen Sie sich Pflanzen aus die blühen. Beobachten Sie die Pflanze aufmerksam und machen Sie

sich Notizen von welchen Bestäubern diese Pflanze besucht wird. Können Sie Unterschiede mit der

Blütenform und den jeweiligen Bestäubern in Beziehung bringen?


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Lösungen und Erläuterungen zu den Aufgaben

Allgemein ist zu bemerken, dass es auf viele Aufgaben keine eindeutigen Lösungen gibt. Diese Lern-

aufgabe soll primär die Lernenden dazu anhalten, zu beobachten und die gegebenen Informationen

zu nutzen. Deshalb ist diese Lernaufgabe eher explorativ als nüchtern ergebnisorientiert.

3.1 Moose

3.1.1

Die Lernenden sollen hier beobachten, dass Moose keine Wurzeln haben und auch nicht über festes

Stützgewebe verfügen.

3.1.2

Hier soll den Lernenden gezeigt werden, dass Moose fast völlig austrocknen können und dann auch

wieder ergrünen können. Es soll ebenfalls zeigen, dass Moose über die ganze Oberfläche Wasser

aufnehmen können.

3.2 Farne (nur im Herbst möglich)

3.2.1

Hier soll lediglich gezeigt werden, wo Farne ihre Sporen tragen, welche zur Fortpflanzung dienen.

3.3 Nacktsamer

3.3.1 Eiben

Eiben tragen keine Beeren, es handelt sich lediglich um einen Samenmantel. Per Definition können

Nacktsamer keine Früchte produzieren.

3.3.2 Ginkgo

Die Lernenden sollen hier erkennen wie ein Ginkgo Blatt aussieht und wie man dieses Blatt nach äus-

seren Merkmalen in die gegebene Unterabteilung eingliedern kann. Schlussendlich sollte den Lernen-

den klar sein, dass es sich um einen Nacktsamer handelt.

3.3.3 Palmfarne

Palmfarne haben nicht die ausgeprägte Blattnervatur wie es echte Palmen aufweisen. Ebenfalls sind

die Blätter von einer wesentlich dickeren Cuticula umschlossen.

3.4 Samenpflanzen

3.4.1 Blätter


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Schwertlilie oder Gras sind einkeimblättrige Pflanzen. Das Gänseblümchen ist zweikeimblättrig. Es ist

zu erkennen anhand der Blattnervaturen.

3.4.2 Bestäuber

Das ist lediglich eine Beobachtungsaufgabe, in der die Lernenden auf das Zusammenspiel von

Bestäubern und Pflanzen aufmerksam werden. Es wäre erwünscht, wenn die Lernenden Unterschiede

von Bestäubern je nach Blütenform feststellen würden. Es ist aber nicht zwingend davon auszugehen.

Diese Aufgabe ist eher explorativ als ergebnisorientiert.

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