Алтернативни схващания за растенията

Растенията са една от първите научни теми, преподавани в началното училище. Учениците засаждат семена, отглеждат и измерват растения, наблюдават жизнения им цикъл и научават за структурата и функциите им.

Докато тези концепции изглеждат лесни за преподаване, учениците развиват значителни погрешни схващания за растенията и техните нужди. Някои от тях са свързани с ограничените класификационни умения на учениците, а други произтичат от склонността им да придават на растенията човешки характеристики като приемане на храна, пиене на вода, дишане, нужда от грижи. Ролята на светлината за растежа на растенията също е трудна за осмисляне. За много от децата тя е полезна, но не и съществена за развитието на растенията.

Ако и вие се чудите как да преборите алтернативните схващания на учениците за растенията - продължавайте да четете! В тази статия ще разгледаме по-често възприеманите от тях и ще ви предложим дейности, с които да ги опровергаете.

Гъбите са растения

Много ученици са твърдо убедени, че гъбите са вид растения, тъй като имат някои сходни характеристики и визуално си приличат с тях. На практика обаче, те не са растения. Основна причина за това е, че гъбите нямат хлоропласти и не могат да извършват процеса фотосинтеза, който е характерен за храненето на растенията. Вместо това гъбите са хетеротрофни организми, използващи като източник на енергия вече образувани органични съединения. Те отделят храносмилателни ензими, след което абсорбират хранителни вещества от заобикалящата ги среда. Това е в рязък контраст с растенията, които сами произвеждат храната си (благодарение на своите хлоропласти).

Растенията приемат всички необходими за растежа им вещества чрез корените

Чрез корените се приемат вода и минерали. Освен от тях растенията имат нужда и от въглероден диоксид и кислород, които поемат от въздуха чрез листата. Тези вещества са необходими на растенията за осъществяване на процесите фотосинтеза и дишане, които са жизнено важни за растежа и развитието им.

Растенията получават своята „храна“ от почвата

Учениците са склонни да вярват, че хранителните вещества (белтъци, мазнини, въглехидрати) трябва да идват от външен за организма източник. Такъв тип хранене е характерен за хетеротрофните организми - хората, животните, гъбите и повечето бактерии. За разлика от тях растенията са автотрофни организми - те произвеждат сами хранителните вещества, необходими за растежа им. Всъщност някои видове растения съществуват без изобщо да имат допир с почвата. Те използват за физическа опора и източник на минерали живи организми или скали, върху които се развиват.

Алтернативното схващане, че получават храната си от почвата произхожда от склонността на учениците да придават на растенията човешки характеристики. Освен това торът, известен като „растителна храна“, може да увеличи объркването. Въпреки че това вещество се използва за подобряване на растежа на растенията, учениците могат да изтълкуват погрешно името, придавайки му съществено значение за оцеляването на растенията.

Растенията дишат чрез вдишване на въглероден диоксид и издишване на кислород

Растенията нямат дихателни органи и не могат да вдишват и издишват газообразни вещества по начина, характерен за животните. През светлата част на денонощието, когато в листата се извършва процесът фотосинтеза, растенията абсорбират въглероден диоксид от околния въздух. Въпреки че отделят кислород, той е страничен продукт от фотосинтезата и не се освобождава чрез дишане. Дишането се извършва на клетъчно ниво и при него се отделя въглероден диоксид. Докато фотосинтезата се извършва само при наличието на светлина и в листата, съдържащи хлоропласти, дишането се извършва както през деня, така и през нощта във всички живи клетки.

Растенията получават енергия директно от слънцето

Чрез фотосинтеза растенията преобразуват слънчевата светлина в потенциална енергия под формата на химични връзки на въглехидратни молекули. Въпреки това, за да използват тази съхранена енергия за захранване на основните си жизнени процеси – от растеж и възпроизводство, до заздравяване на повредени структури – растенията трябва да я превърнат в използваема форма. Това преобразуване се осъществява чрез клетъчно дишане, когато захарите се разграждат и съхранената в тях енергия се трансформира в удобен за метаболитните процеси вид.

Растенията се нуждаят от грижите на хората

Растенията като цяло не зависят от хората. За да оцелеят, повечето растения се нуждаят от хранителни вещества, вода, слънчева светлина, въглероден диоксид, топлина и опрашване. Отделни растителни видове може и да зависят от хората за задоволяване на тези нужди (стайни растения, хибридни зеленчуци или определени култури), но като цяло представителите на растителното царство могат да оцелеят и без човешки грижи. Те сами произвеждат хранителните вещества, от които се нуждаят, набавят микроелементи, макроелементи и вода от почвата, а светлина и топлина - от слънцето. По отношение на въглеродния диоксид, освен от човека, този газ се отделя в атмосферата от всички животни и микроорганизми, а също и от самите растения. А колкото до опрашването, въпреки че човекът със сигурност влияе върху това кои растения да се възпроизвеждат и разпространяват по света, в общи линии растителното царство не зависи от него за този процес.

Голяма част от алтернативните схващания на учениците за растенията са свързани в различна степен с храненето и дишането. За щастие можем лесно да опровергаем повечето от тях. Чудите се как? Ето някои интересни дейности, които можете да изпробвате с вашите ученици:

Хидропоника: градинарство без почва

Растенията използват почвата за физическа опора и получават от нея макроелементи (като въглерод, азот и фосфор), микроелементи (като желязо, натрий и цинк) и вода. Без тези вещества растенията не могат да осъществят процеса фотосинтеза и да оцелеят. Ако обаче поставим необходимите количества минерали във водна среда, растенията ще могат да оцелеят и без наличието на почва. Този метод се нарича хидропоника. Как работи? Опитайте този проект и се убедете сами!

Този експеримент ще ви позволи да сравните скоростта на растеж на семена от босилек или маруля, отглеждани в почва и чрез хидропоника, с различна концентрация на минерали във водната среда. Кой метод ще произведе разсад най-бързо? При кой от тях растенията са най-силни?

Изработка на хидропонни контейнери

Разделете учениците в шест групи и раздайте на всеки ученик по един работен лист. Всяка от групите трябва да изработи по един контейнер за разсад, следвайки тези основни стъпки:

Върху празна пластмасова бутилка от два литра учениците трябва да начертаят линия, точно под мястото, където цилиндърът започва да се извива към капачката. С помощта на ножица или макетно ножче бутилката се разрязва по линията.
Горната част се обръща надолу и се поставя в по-голямата долна част на бутилката. Във фуниевидната част учениците ще отгледат своите растения, а долната част на бутилката служи като резервоар за задържане на водата.
Учениците трябва да изработят фитил, който ще доставя на растенията вода от резервоара. За целта две памучни ленти се връзват заедно в единия край, така че да се получи дебел възел, който не може да премине през гърлото на бутилката и да остане във фунията, докато свободните краища на лентите висят надолу в резервоара.

Подготовка на растежната среда

Зоната за отглеждане на всичките шест контейнера трябва да бъде напълнена с хранителната среда. Две от групите поставят почва, а останалите четири - пясък. Необходимо е фитилът да бъде издърпан нагоре около 2/3 от височината на слоя хранителна среда. Това ще гарантира, че водата и хранителните вещества, съхранявани в резервоара, ще достигнат до корените на растението.
След това учениците трябва да напълнят контейнерите си с вода. Двете групи, които имат почва като растителна среда поставят филтрирана/пречистена вода. Две от групите с инертна среда сипват същата вода в контейнерите си. Останалите две групи с инертна среда трябва да приготвят воден разтвор на течна тор за растения, която ще използват за хидропоника. Водата/хранителния разтвор се налива в контейнерите през хранителната среда, докато съдовете се напълнят до около 1/2 - 2/3 от обема им.
Няколко семена се поставят непосредствено над възела на фитила и се покриват с растежна среда. Използвайте семена от босилек или маруля. Избраният вид трябва да бъде еднакъв за всички групи.
Всеки работен екип трябва да етикетира контейнера си, отбелязвайки вида на растежната среда и водния разтвор.

Провеждане на хидропонния експеримент

Учениците трябва да проверяват ежедневно дали субстратът около сементата е влажен.
След като семената покълнат, съдовете се поставят близо до прозорец (за предпочитане с южно или западно изложение, така че растенията да получават много слънчева светлина). Учениците трябва да отбележат в работните си листове датата на покълване.
Когато се появят листа, най-големият от тях във всеки контейнер се измерва и дължината му се записва в работните листове. Отбелязва се също общият брой листа във всяка пробна площ и датата на наблюдението. Наблюдението се повтаря всяка седмица в продължение на месец, месец и половина след поникването на семената. При необходимост учениците трябва да доливат вода/воден разтвор в контейнерите си.

Анализиране на данните

След края на периода за наблюдение растенията се изкореняват и се изследват.

Хранителната среда се отстранява от корените, след което растенията се претеглят на електронна везна. Изследва се цветът, обемът и гъстотата на разклоняване на кореновите системи. Сравнява се площта на най-големите листа на растенията (листата се поставят върху милиметрова хартия и се броят квадратите, които покриват).
Всички изследвани показатели се нанасят в работните листове и се изчисляват средни стойности за контейнерите с еднакви условия. Получените данни се представят графично.
Учениците трябва да направят изводи за растежа на растенията в трите изследвани растежни условия. Според получените данни, може ли да се заключи, че хидропонното отглеждане на растения в богата на хранителни вещества вода е добър избор? По-добър ли е този метод от хидропониката в обикновена вода или от отглеждането в почвен субстрат?

Безплатен бюлетин с ресурси

Запиши се, за да получаваш всяка седмица практични ресурси и идеи

Измерете фотосинтезата с плаващи листа

В тази дейност ще можете да наблюдавате производството на кислород в листата като направите експеримент с плаващи листни дискове. Разберете колко бързо растенията произвеждат кислород и какви променливи влияят на фотосинтезата.

Подготвителна работа

Етикетирайте три чаши с „+ сода за хляб“ и една чаша с „– сода за хляб“. Напълнете една от чашите "+ сода за хляб" с 300 милилитра вода със стайна температура. След това добавете около 1/8 чаена лъжичка сода за хляб към водата и разбъркайте, докато се разтвори. Добавете една капка препарат за съдове и внимателно разбъркайте. Избягвайте образуването на пяна в чашата.
Към чашата "- сода за хляб" добавете 300 милилитра вода и една капка препарат за съдове.
Настройте източника на светлина така, че да свети право надолу към работното ви пространство
С перфоратор изрежете 20 листни диска от листата на растение по избор. Уверете се, че всички са с еднакъв размер и форма.
Раздайте на учениците по един работен лист за изследване на фотосинтезата.

Провеждане на експеримента

Извадете буталото на спринцовка и поставете 10 листни диска в нея. Поставете буталото обратно в спринцовката и го натиснете надолу, докато в нея остане само малко количество въздух. Внимавайте да не смачкате дисковете.
Изсмучете малко количество от разтвора на сода за хляб в спринцовката с дисковете. Какво се случва?
Внимателно избутайте целия въздух от спринцовката. Затворете отвора на спринцовката с пръст и дръпнете назад буталото, за да създадете вакуум. Задръжте вакуума за 10–15 секунди. Наблюдава ли се някаква промяна?
Освободете буталото и извадете пръста си от отвора на спринцовката, за да освободите вакуума. Наблюдавайте листните дискове. Какво се променя? Направените наблюдения се записват в работните листове.
Извадете буталото от спринцовката и изсипете всичките 10 листни диска и разтвора във чашата "+ сода за хляб".
Покрийте чашата с алуминиево фолио, за да не прониква светлина отгоре.
По същия начин пригответе и другите две чаши "+ сода за хляб".
След това направете отново всички стъпки като този път използвате сапунен разтвор без сода за хляб. Поставете листните дискове в чашата "- сода за хляб".
Отстранете алуминиевото фолио от чашите „+ сода за хляб“ и поставете всичките четири чаши под източника на светлина. Уверете се, че светлината свети право върху чашите отгоре.
Стартирайте таймер. В края на всяка минута записвайте броя на плаващите листни дискове в чашите в работните листове. Защо листните дискове започват да плават? Продължете експеримента, докато всички дискове започнат да плават в някоя от чашите.
Как се различават резултатите в чашите със и без сода бикарбонат? Получените данни се представят графично - времето се нанася по оста x, а броят на плаващите листови дискове по оста y.

Анализът на листния диск измерва скоростта на производство на кислород в листните дискове или скоростта на фотосинтезата. При поставяне на листните дискове в спринцовката, те плават на повърхността на разтвора. Това е така, защото листата имат въздушни джобове в структурата си, за да улеснят газообмена. В условия на вакуум въздухът от тях се изсмуква и дисковете потъват на дъното на спринцовката. Последващото поставяне на изследвания материал на светлина стимулира хлоропластите в листата да започнат да фотосинтезират. В резултат на това се получава кислород, който се натрупва в листните дискове и на повърхността им. Отделеният кислород променя плаваемостта на дисковете. Колкото повече газови мехурчета се натрупват с течение на времето, толкова по-плаващи стават те и в крайна сметка ще изплуват на повърхността на разтвора. В чашата със сода плаващи дискове се появяват след няколко минути, докато в чашата без сода бикарбонат няма такива през целия експеримент. Това е така, защото содата за хляб осигурява на листата на растението въглеродния диоксид, от който се нуждаят за фотосинтезата. Без въглероден диоксид фотосинтезата не е възможна.

За по-нататъшно проучване

Има много фактори, които влияят върху скоростта на фотосинтезата.

Променете температурата на разтвора на сода за хляб. Листните дискове започват ли да плуват по-рано в по-студен или в по-топъл разтвор?
Тествайте как интензитетът на светлината влияе върху фотосинтезата. Поставете чашата по-близо до източника на светлина, а след това и по-далеч. Как се променят резултатите?
Различните растения имат различни количества хлорофил. Проведете опити с дискове от различни растения. Как цветът на листата повлиява скоростта на фотосинтезата?
Проверете дали промяната на концентрацията на сода за хляб има ефект върху скоростта на процеса.

„Фотосинтезата“ е едно от най-важните абстрактни понятия. Това е тема, за която повечето ученици имат противоречиви знания и това я прави трудна за преподаване и учене на всички нива на обучение. Разбирането на процесите фотосинтеза, дишане и енергийна трансформация в растителните организми е ключът към осъзнаването на глобалните проблеми като енергиен поток, кръговрат на веществата и други екологични принципи.

Растенията функционират като мост между неживия и живия свят, и предоставят информация за това - как можем да живеем енергийно ефективно и природосъобразно, като същевременно задоволяваме всичките си потребности. Затова е необходимо да опровергаваме алтернативните схващания на учениците, когато забележим такива. Не се колебайте да опитате и вие!

За статията са използвани следните ресурси, допълнени с идеи от личния опит на автора:

Common Misconceptions about Plants — Polar Plants — Beyond Penguins and Polar Bears (osu.edu)

Students’ Misconceptions in Science Education (ukdiss.com)

Three Reasons Fungi Are Not Plants (asm.org)

Hydroponics: Gardening Without Soil | Science Project (sciencebuddies.org)

Use Floating Leaf Disks to Study Photosynthesis | Science Project (sciencebuddies.org)