Θέµα: Φυτά στο Διάστηµα

Transcript

1 Ανδρεδάκης Γιώργος (Χηµικός) Χαλακατεβάκη Ειρήνη (Μαθηµατικός) Μουσικό Σχολείο Θερίσου-Χανίων Στοιχεία 1. Αρ. Μαθητών: Αρ. Οµάδων : 5 (των 4-5 ατόµων) 3. Αρ. Συναντήσεων : Περίπου 25 Δίωρα 4. Είδος Διδασκαλίας: Συνδιδασκαλία Θέµα: Φυτά στο Διάστηµα Γνωστικό Πεδίο Θέµατα που µελετήθηκαν είναι: Φωτοσύνθεση, πορεία της φωτοσύνθεσης, Φάσεις, Παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση της φωτοσύνθεσης, το φύλο ως όργανο φωτοσύνθεσης των φυτών, αυτότροφοι και ετερότροφοι οργανισµοί, ορατό φως - φωτοσυνθετικές χρωστικές, ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία, διατροφικές ανάγκες ανθρώπινου οργανισµού, µεταβολισµός Οι µαθητές σε ρόλο ερευνητη Οι µαθητές ερεύνησαν ποιων φυτών η καλλιέργεια θα µπορούσε να υποστηρίξει µια µελλοντική διαστηµική αποστολή. Ποιο συγκεκριµένα ερεύνησαν τις διατροφικές ανάγκες που έχουν οι άνθρωποι, την θρεπτική αξία προτεινόµενων από αυτούς φυτών. Επέλεξαν παράγοντες της φωτοσύνθεσης που θέλουν να εξετάσουν και σχεδίασαν τα πειράµατα τους. Ιδιαίτερη σηµασία έχει το ότι έκαναν τα πειράµατα σε προσωπικούς τους χώρους καθώς η καλλιέργεια είναι µακροχρόνια διαδικασία και οι σταθερές που έπρεπε να κρατούν σταθερές απαιτούσαν παρουσία τους και σε ώρες εκτός σχολείου. Αστροκηπουροί: Καλλιέργεια Φυτών Στο Διάστηµα- Μελετώντας τον τρόπο ανάπτυξης των φυτών, µε τη χρήση τριών µεταβλητών: το φως, το νερό και τον αέρα. 1. Ποιες οι διατροφικές ανάγκες ενός οκταµελούς πληρώµατος διαστηµοπλοίου; 2. Ποια η θρεπτική αξία των προτεινόµενων φυτών; 3. Το τεχνικό φως (LED) ή το φυσικό φως είναι προτιµητέο στη φωτοσύνθεση; 4. Πως επηρεάζει η συχνότητα ποτίσµατος;

2 5. Ποια η επίδραση CO2 στη φωτοσύνθεση; Περίληψη: Αυτή η µελέτη διερευνά, στα πλαίσια του ευρωπαϊκού προγράµµατος chain reaction, το σχεδιασµό µίας αυτόνοµης Μονάδας Διατήρησης της Ζωής, µονάδα η οποία θα χρησιµοποιηθεί από το πλήρωµα διαστηµοπλοίου σε µία πτήση προς τον πλανήτη Άρη. Η έρευνα έγκειται στην µελέτη των παραγόντων που επηρεάζουν την φωτοσύνθεση µέσα από την διεξαγωγή ποικίλων πειραµάτων. Με τον συνδυασµό των µεταβλητών µας, και βάσει έρευνας δευτερογενών πηγών, ήρθαµε σε επαφή µε διάφορα φαινόµενα τόσο θεωρητικού όσο και πειραµατικού περιεχοµένου. Μετά την εύρεση και την καταγραφή τους ακολούθησε η ανάλυση των δεδοµένων από ένα εύρος πρωτογενών και δευτερογενών πηγών και χρήση των ευρηµάτων τους ως επιστηµονικές αποδείξεις δηλαδή πιο συγκεκριµένα η δηµιουργική αξιοποίηση και ανάπτυξή τους µε σκοπό την παραγωγή αλλά και την τεκµηρίωση της θεωρίας. Η ανάλυση των δεδοµένων-στοιχείων µας, µας έδειξε ότι το φυτό που χρησιµοποιήσαµε -δηλαδή, οι φακές- χρειάζονται αρκετά συχνό πότισµα για την ταχεία και αποτελεσµατική του ανάπτυξη, ενώ παράλληλα, είναι προτιµότερη η τοποθέτηση του σε χώρο µε φυσικό φωτισµό αντί για τεχνητό. Ωστόσο όµως, τα φυτά είτε βρίσκονται διοξείδιο του άνθρακα,είτε σε οξυγόνο παρουσιάζουν ιδιαίτερες ιδιοµορφίες. Με βάση την ανάλυση των αποτελεσµάτων, η έρευνα µας ενδέχεται να έχει ως αποτέλεσµα την δηµιουργία νέων ερωτηµάτων στον τοµέα της βιο-αστρονοµίας. Αποτελέσµατα: Προτεινόµενο φυτό η φακή. Οι καλύτερες συνθήκες ανάπτυξης της φακής είναι το φυσικό φως, ατµόσφαιρα µη επιβαρυµένη µε CΟ2 και πότισµα ανά 1 µέρα.

3 Αστροπαραγωγοί: Μελέτη των πρωτεϊνούχων φυτών σε φυσικό, τεχνητό φως και σε σκοτάδι για την επιβίωση του ανθρώπου στο διάστηµα. 1. Ποια η θρεπτική αξία των προτεινόµενων φυτών; 2. Πως επηρεάζει το µήκος κύµατος του φωτός την φωτοσύνθεση; 3. Το τεχνικό φως (LED) ή το φυσικό φως είναι προτιµητέο στη φωτοσύνθεση; Περίληψη: Αυτή η µελέτη διερευνά ποια είναι τα φυτά που µπορούν να παρέχουν σε ένα διαστηµικό πλήρωµα οχτώ ατόµων οξυγόνο, τροφή πλούσια σε βιταµίνες και ενέργεια και το πώς επηρεάζονται αυτά τα φυτά από το φυσικό φώς, το σκοτάδι και τις διάφορες αποχρώσεις τεχνητού φωτός. Με βιβλιογραφική έρευνα καταλήξαµε σε δύο φυτά µε µεγάλη διατροφική αξία, τη φακή και το παντζάρι. Έπειτα µετρήσαµε την ανάπτυξη των φυτών σε φυσικό φώς, σε σκοτάδι και σε τεχνητό κόκκινο και πράσινο φώς. Η ανάλυση των µετρήσεων και των παρατηρήσεων µας, έδειξε ότι η ανάπτυξη των φυτών ποικίλει ανάλογα µε το φώς που λαµβάνουν καθώς την βέλτιστη ανάπτυξη την είχαν τα φυτά στο φυσικό φώς ενώ στα τεχνητά φώτα και στο σκοτάδι µαραίνονταν και καταστρέφονταν. Με βάση την ανάλυση των αποτελεσµάτων το φυσικό φώς συµβάλει στην υγιή ανάπτυξή των φυτών ενώ τα τεχνητά φώτα και το σκοτάδι την εµποδίζουν και την. Με βάση τα πορίσµατα της µελέτης αυτής συζητούνται και άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την φωτοσύνθεση των φυτών. Αποτελέσµατα:

4 Για την διαστηµική αποστολή προτείνεται η φακή. Είναι φυτό πλούσιο σε πρωτεΐνες και βιταµίνες. Είναι ανθεκτικό φυτό µε ανάπτυξη τόσο σε φυσικό όσο και τεχνητό φως. Universe5: Καλλιέργεια και Ανάπτυξη των Φυτών στο Φως και στο Σκοτάδι. 1. Ποια η θρεπτική αξία των προτεινόµενων φυτών; 2. Πως επηρεάζει η απουσία του φωτός την φωτοσύνθεση; Περίληψη: Αυτή η µελέτη, µέσα από τα πλαίσια του Ευρωπαϊκού προγράµµατος Chain Reaction, διερευνά το πώς µπορεί να δηµιουργηθεί µια αυτόνοµη µονάδα ζωής στον πλανήτη Άρη. Η µελέτη αυτή διερευνήθηκε συγκεκριµένα το αν µπορούν να αναπτυχθούν φυτά σε µία από τις πολλές και παράξενες συνθήκες που επικρατούν στο διάστηµα, το σκοτάδι. Με την φύτευση διαφόρων φυτών και µε την ένταξή τους σε περιβάλλον συσκότισης, παρατηρήθηκε η ανάπτυξή τους στο σκοτάδι και καταγράφηκαν τα αποτελέσµατα των µετρήσεων της καλλιέργειάς τους σε αυτό, σε σύγκριση µε την καλλιέργεια στο φυσικό φως. Η µελέτη των αποτελεσµάτων έδειξε ότι τα φυτά δεν µπορούν να αναπτυχθούν φυσιολογικά σε περιβάλλον συσκότισης. Δεν φωτοσυνθέτουν και καταστρέφονται. Με βάση τα αποτελέσµατα της έρευνας η καλλιέργεια φυτών στο διάστηµα σε συνθήκες σκοταδιού δεν δύναται να φέρει κανένα αποτέλεσµα και τα φυτά δεν θα µπορέσουν να καλύψουν καµία ανθρώπινη ανάγκη σε οξυγόνο ή τροφή όπου είναι απαραίτητα για κάθε άνθρωπο πόσο µάλλον αστροναύτη. Η αναζήτηση µεθόδων που θα µπορούσαν να επισπεύσουν την διαδικασία της φωτοσύνθεσης, όπως η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα, ή

5 µεθόδων που θα µπορούσαν να την καταστήσουν πραγµατοποιήσιµη χωρίς την παρουσία του φυσικού φωτός, θα επεκτείνουν την έρευνα και θα οδηγήσουν σε καινούρια αποτελέσµατα. T T Αποτελέσµατα: Τα φυτά δεν µπορούν να αναπτυχθούν σωστά και να φωτοσυνθέσουν στο σκοτάδι. Αυξάνονται ραγδαία αλλά αρρωσταίνουν. Η χλωροφύλλη δεν παράγεται χωρίς φως και έτσι το πράσινο χρώµα στα φύλλα απουσιάζει. Τα κρεµµύδια, άρα και τα φυτά του χειµώνα τα καταφέρνουν για λίγο Area 51: Μελέτη πάνω σε ποικιλία φυτών: Ανάπτυξη των φυτών σε διαφορετική θερµοκρασία και φως. 1. Ποια η θρεπτική αξία των προτεινόµενων φυτών; 2. Πως επηρεάζει η θερµοκρασία την φωτοσύνθεση; 3. Πως επηρεάζει η ένταση φωτός την φωτοσύνθεση;

6 T T Περίληψη: Αυτή η µελέτη που βασίζεται στην διερευνητική µάθηση στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού προγράµµατος ''Chain Reaction'' διερευνά την ανάπτυξη των φυτών σε µία µικρή κλίµακα διαφορετικής θερµοκρασίας και φωτός. Η µέθοδος που ακολουθήθηκε, εντάσσεται στις άτυπες αλλά πρακτικές µεθόδους εκµάθησης. Η επιλογή των φυτών που χρησιµοποιήθηκαν για την έρευνα, έγινε µε βάση την διατροφική αξία στον ανθρώπινο οργανισµό. Ως αποτέλεσµα της µεθόδου που ακολουθήθηκε, διαπιστώσαµε οτι οι ιδανικές συνθήκες για την ανάπτυξη των φυτών, ήταν στην µέγιστη θερµοκρασία της κλίµακας, δηλαδή στους 25 βαθµούς. T T Αποτελέσµατα: Για την διαστηµική αποστολή προτείνεται το παντζάρι. Έχει ικανοποιητική ανάπτυξη και στο σκοτάδι. Η ιδανική θερµοκρασία είναι κάτω από 10 ο C. Διαστηµικά Λουλούδια: H ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΣΤΗΝ ΠΟΡΕΙΑ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗΣ

7 1. Ποιες οι διατροφικές ανάγκες ενός οκταµελούς πληρώµατος διαστηµοπλοίου; 2. Ποια η θρεπτική αξία των προτεινόµενων φυτών; 3. Πως επηρεάζει η ένταση του φωτός την φωτοσύνθεση; 4. Πως επηρεάζει το µήκος κύµατος του φωτός την φωτοσύνθεση; Περίληψη: Η εργασία αυτή βασίζεται στο µοντέλο της διερευνητικής µάθησης και πραγµατοποιήθηκε στο πλαίσιο της δράσης «Σχεδιασµός και ανάπτυξη αυτόνοµης µονάδας ζωής σε επανδρωµένη πτήση στον Άρη» του Ευρωπαϊκού προγράµµατος Chain Reaction. Σκοπός της είναι να µελετήσει ορισµένους βασικούς παράγοντες που σχετίζονται µε το φως και επηρεάζουν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, έτσι ώστε σε µία αυτόνοµη µονάδα ανάπτυξης φυτών στο διάστηµα να διαµορφωθούν οι βέλτιστες δυνατές τεχνητές συνθήκες για την πραγµατοποίηση της φωτοσύνθεσης και να εξασφαλιστεί έτσι η παραγωγή τροφής και οξυγόνου για το πλήρωµα. Μετά τη συλλογή θεωρητικού υλικού για τη φωτοσύνθεση επιλέχθηκαν δύο φυτά (σπανάκι &elodea) και έγιναν πειράµατα (που περιγράφονται αναλυτικά) ώστε να ερευνηθούν τα εξής: επίδρασης της απόστασης του λαµπτήρα από τα φυτά, ένταση του φωτός στη φωτοσύνθεση, παραγωγή οξυγόνου και καλλιέργεια φυτών κάτω από διαφορετικά µήκη κύµατος. Η ανάλυση των δύο πειραµάτων έδειξε ότι όσο πιο κοντά βρίσκεται το φυτό στην πηγή φωτός, δηλαδή όσο µεγαλύτερη είναι η ένταση του φωτός, τόσο µεγαλύτερος είναι ο ρυθµός της φωτοσύνθεσης. Ακόµη το πληρέστερο και καταλληλότερο χρώµα για την φωτοσύνθεση είναι το λευκό, αφού αποτελείται από διάφορες µονοχρωµατικές ακτίνες, µήκη κύµατος και ενέργειες. Έτσι επιτελεί τις

8 T λειτουργίες όλων των χρωµάτων. Στις διαστηµικές συνθήκες χρειάζεται συνδυασµός φωτισµού και άλλων χρωµάτων για την καλύτερη ανάπτυξη των φυτών. Τα πορίσµατα της εργασίας µπορούν να αξιοποιηθούν σε µία ολοκληρωµένη µελλοντική έρευνα. Αποτελέσµατα: Προτεινόµενα φυτά σπανάκι και elodea. Μικρότερη απόσταση λαµπτήρα- φυτού µεγαλύτερη ταχύτητα φωτοσύνθεσης, άρα, περισσότερο οξυγόνο & µεγαλύτερη ανάπτυξη. Κατάλληλο χρώµα: ΤΕΧΝΗΤΟ ΛΕΥΚΟ ΣΤΑΔΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ A. Ευαισθητοποίηση Μαθητών στην Ερευνητική Εργασία : Χρησιµοποιήθηκαν οι: συζήτηση, παιχνίδια, παρουσιάσεις. Τονίστηκε η αξία του λάθους µέσα στην ερευνητική διαδικασία µέσα από µικρές εργασίες και παρουσιάσεις µαθητών. B. Επιλογή Θέµατος Ευαισθητοποίηση σε αυτό: Παρουσίαση στους µαθητές των θεµατικών ενοτήτων που θα µπορούσαν να ερευνήσουν στο ερευνητικό πρόγραµµα. Συζήτηση και ψηφοφορία για την επιλογή θεµατικής. Παρουσίαση soundtracks διαστηµικών ταινιών, προβολή εκτενών αποσπασµάτων της ταινίας Martian που διαπραγµατεύεται ανάλογη µε το θέµα προσπάθεια. C. Πειραµατικό Κοµµάτι: Με καθοδηγούµενη συζήτηση καταλήξαµε σε µια λίστα παραγόντων που έπρεπε να εξεταστούν. Οι µαθητές σχηµάτισαν οµάδες εργασίας µετά από κάποιες παρεµβάσεις των διδασκόντων και επέλεξαν µε

9 ποια ερωτήµατα θα ασχοληθούν. Με καθοδηγούµενη συζήτηση, έρευνα στο διαδίκτυο και παροχή βιβλιογραφίας σχεδίασαν τα πειράµατα. Αποφασίστηκε ότι τα πειράµατα θα γίνουν σε προσωπικό χώρο για κάθε οµάδα. D. Παρουσιάσεις: Συνεχής έλεγχος της πορείας των πειραµάτων µέσα από παρουσιάσεις των οµάδων. Ανασχεδιασµός, βελτιωτικές παρεµβάσεις κατά την διάρκεια των παρουσιάσεων, συζητήσεις και προτάσεις από τις άλλες οµάδες. ΔΥΣΚΟΛΊΕΣ ΠΟΥ ΠΑΡΟΥΣΙΆΣΤΗΚΑΝ A. Πολλές χαµένες ώρες από αργίες, γιορτές κτλ που αναγκαστικά αναπληρώθηκαν εις βάρος άλλων µαθηµάτων. B. Λειτουργία Οµάδων. Το θέµα απαιτούσε την λειτουργία των οµάδων σε χρόνους και χώρους εκτός σχολείου. Σε κάποιες οµάδες αυτό δεν έγινε µε την συχνότητα που απαιτούσε το θέµα. Υπήρχαν παράπονα και τριβές µεταξύ µελών οµάδων. C. Έλεγχος Αποτελεσµάτων. Επειδή οι καλλιέργειες έγιναν σε προσωπικούς χώρους των µαθητών υπάρχει προβληµατισµός από τους συντονιστές καθηγητές για την ορθότητα και ειλικρίνεια των µετρήσεων κάποιας οµάδας. D. Χρόνος Επανάληψης Πειραµάτων. Το θέµα ήταν τέτοιο που απαιτούσε πολύ χρόνο για πραγµατοποίηση των πειραµάτων άρα έκανε πολύ δύσκολο τον προγραµµατισµό επαναληπτικών πειραµάτων. E. Ανταγωνισµός Οµάδων. Υπήρχε στο τέλος εµφάνιση ανταγωνισµού µεταξύ κάποιων οµάδων µε αποτέλεσµα την αποφυγή από αυτές να κάνουν παρουσιάσεις µε αποτελέσµατα. Οι διδάσκοντες έτσι δεν µπόρεσαν να οδηγήσουν µε παρατηρήσεις ισοδύναµα όλες τις οµάδες. ΡΌΛΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΉ ΣΤΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΉ ΕΡΓΑΣΊΑ Ο ρόλος των διδασκόντων ήταν κυρίως καθοδηγητικός. Ακόµα είχαν ρόλο κάποιες φορές εµψυχωτικό ενώ άλλες κριτικό. Παρείχαν πληροφορίες σε περιπτώσεις ορολογίας και σε εξειδικευµένες περιπτώσεις. Το φύλλο εργασίας του µαθητή µπορείτε να το βρείτε εδώ: