Education World vă propune în această vacanță de vară câteva activități STEM amuzante care pot fi organizate în timpul școlii de vară, în tabere sau, de ce nu, chiar acasă. Pentru astăzi vă propunem primele trei din cele șapte idei de activități.

Având în vedere faptul că se estimează că 75% dintre locurile de muncă din următorul deceniu vor solicita competențe legate de STEM (Știință, Tehnologie, Inginerie și Matematică), este mai important ca niciodată pentru educatori să inspire și să implice dragostea pentru aceste subiecte, adesea provocatoare pentru unii copii.

Consultați aceste activități STEM distractive și captivante, care sunt ușor de pus în practică în clasă sau acasă.

– https://www.educationworld.com/teachers//fun-engaging-stem-activities-kids

1. Lucrurile vii și diversitatea acestora

În această activitate distractivă și interactivă puteți determina diversitatea diferitelor specii din mediul local. Plecând de la asta le puteți explica și importanța biodiversității, a lanțurilor trofice și îi puteți ajuta pe copii să înțeleagă importanța păstrării înregistrărilor făcute în timpul unui experiment și, de asemenea importanța modului în care se fac observațiile științifice – ambele abilități esențiale în știință.

Necesitând doar o mică ieșire în natură pentru a face înregistrări, această activitate sugerată de Muzeul American de Istorie Naturală* îi va ajuta pe elevi să calculeze indicele de biodiversitate folosind datele culese de ei, cu o formulă simplă.

* Cum se calculează Indexul Biodiversității

Întrebarea: Câte specii diferite există într-un anumit mediu? – este esențială pentru a înțelege de ce este important să promovăm și să păstrăm diversitatea speciilor. O populație uniformă a unei singure specii de plante, adaptate unui anumit mediu este mai expusă riscului dacă apar schimbări de mediu. O populație mai diversă, constând din multe specii de plante, are șanse mai mari de a include indivizi care ar putea fi capabili să se adapteze la schimbările din mediu. Oamenii de știință folosesc o formulă numită indice de biodiversitate pentru a descrie cantitatea de diversitate a speciilor dintr-o zonă dată.

Un indice de biodiversitate simplu se calculează după cum urmează:

Numărul de specii din zonă ÷ numărul total de indivizi din zonă = indicele de biodiversitate

De exemplu, o arie de 4 X 4 metri pătrați dintr-un răzor plantat cu morcovi are ~300 de plante de morcovi, toate de aceeași specie. Indicele de biodiversitate al acestei arii este foarte scăzut. de 1/300 sau 0,003.

Spre deosebire de aceasta, o suprafață de pădure de aceeași dimensiune, 4 X 4 metri pătrați poate avea mai multe specii – de exemplu 1 pin, 1 ferigă, 1 conifer, 1 specie de mușchi și una de licheni, rezultând un total de 5 specii diferite și 5 indivizi. Indicele de biodiversitate aici este mai mare, 5/5 = 1.

Activitatea cu copiii

Alegeți o zonă de observație din apropierea școlii sau a casei și cereți copiilor să observe și să numere speciile de plante și insecte și, eventual numărul de indivizi din fiecare specie. Pentru a-și compara descoperirile, copii pot desena sau fotografia fiecare specie. După ce elevii își compară descoperirile și stabilesc câte specii există în aria aleasă, cereți-le să calculeze Indexul Biodiversității.

La final puteți discuta cu ei despre modul în care s-ar putea crește acest index (ex. plantare de pomi/ flori diverse, care să atragă o mai mare diversitate de insecte și mici animale.

Cum și de ce se calculează Indexul de Biodiversitate
Un indice de biodiversitate oferă oamenilor de știință o modalitate concretă și uniformă de a vorbi și de a compara biodiversitatea diferitelor zone.

Învățați-i pe elevii cum să calculeze ei înșiși acest număr, utilizând fișa de mai jos:

2. Privește mai atent / de mai aproape

Permiteți elevilor să participe la o experiență reală cu echipamentele de laborator, punând în același timp teoria în practică. Microscoapele sunt un instrument fantastic pentru a realiza acest lucru. Elevii își pot colecta chiar și propriile exemplare de examinat – de la roci și insecte găsite afară, până la articole de zi cu zi precum țesături, nasturi și chiar păr; o mostră folosită în mod obișnuit în astfel de experimente este o bucată de ceapă, deoarece celulele sunt destul de clar de văzut și au o structură definită, care se repetă. Pentru a realiza acest experiment practic veți avea nevoie de un microscop cu lumină de bază, lame și câteva specimene demne de atenție.

Puteți pune elevii să deseneze/ fotografieze ceea ce au văzut cu ajutorul microscopului și să compare mostrele între ele. De asemenea puteți discuta cu ei despre cum arată structura materialelor mai rezistente (cum sunt pietrele, cristalele) în comparație cu structura materialelor mai moi (țesături) și a celor vii (mostre de ceapă, salată, roșie, castravete etc.)

3. Experimente legate de procesul de fotosinteză

Procesul de fotosinteză este unul dintre principiile de bază în biologie, așa că văzând acest proces în acțiune și testând diferiți factori care pot afecta procesul, îi poate ajuta cu adevărat pe elevi să înțeleagă conceptul. Există o varietate de planuri de lecție care pot încorpora procesul de fotosinteză, inclusiv testarea efectelor diferitelor culori și expunerea la lumină asupra creșterii plantelor. Pentru astăzi, vă propunem un experiment de la Science Buddies.

– https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/photosynthesis-floating-leaves

Activități și experimente pentru a explora fotosinteza în clasă

De fiecare dată când respirați adânc sau când mâncați felul preferat de mâncare, trebuie să mulțumiți plantelor. Asta deoarece plantele eliberează oxigen și furnizează material nutritiv pentru fiecare animal de pe Pământ. Pentru a-i ajuta pe elevi să înțeleagă modul în care plantele oferă aceste elemente de susținere a vieții, este bine să învețe mai multe despre fotosinteză.

a. Măsurarea fotosintezei cu ajutorul frunzelor plutitoare

Sumar

Durata totală a proiectului: 45 minute până la 1 oră

Concepte cheie: Fotosinteza

Credit: Prof. Dr. Svenja Lohner, Science Buddies

Introducere

Știți cum obțin plantele energia de care au nevoie pentru a crește și a se reproduce? Ele nu mănâncă, ca oamenii și animalele; își produc singure hrana printr-un proces numit fotosinteză. În timpul fotosintezei, plantele transformă lumina, apa și dioxidul de carbon din aer în oxigen și zaharuri.

În această activitate, veți putea observa producția de oxigen din frunze făcând un experiment cu discuri plutitoare din frunze. De asemenea, puteți afla cât de repede produc plantele oxigen și ce variabile afectează fotosinteza.

Cât de mult crezi că contează lumina?

Materiale

• Căni transparente, 4 sau mai multe
• Marker permanent
• Bicarbonat de sodiu
• Cană de măsurare
• Apă
• Linguriță de 1/8 sau 1/4
• Detergent de vase
• Sursă de lumină (o lumină puternică funcționează cel mai bine)
• Perforator cu o singură gaură
• Frunze de plante (frunzele de spanac sau de iederă funcționează cel mai bine)
• Seringă de plastic, de 10 ml sau mai mare (fără ac)
• Folie de aluminiu
• Șervețele de hârtie
• Temporizator
• Caiet de laborator
• Creion sau pix
• Opțional: un adult care să ajute

Pregătirea experimentului

1. Găsiți un spațiu de lucru care se poate uda puțin.
2. Etichetați două căni cu „+ bicarbonat de sodiu” și două căni cu „- bicarbonat de sodiu”.
3. Pregătiți soluția de bicarbonat de sodiu umplând una dintre cănile marcate „+ bicarbonat de sodiu” cu 300 de mililitri (ml) de apă la temperatura camerei. Apoi adăugați aproximativ 1/8 linguriță (linguriță) de bicarbonat de sodiu în apă și amestecați până când bicarbonatul de sodiu s-a dizolvat. Notă: Dacă utilizați 1/4 de linguriță, trebuie să umpleți doar jumătate din ea.
4. Adăugați o picătură de detergent de vase în soluția de bicarbonat de sodiu și amestecați ușor până se dizolvă. Evitați formarea de spumă în cană
5. Într-una dintre cănile marcate „- bicarbonat de sodiu”, adăugați 300 ml apă și o picătură de detergent de vase
6. Așezați sursa de lumină astfel încât să strălucească direct pe spațiul dvs. de lucru
7. Cu perforatorul, tăiați 20 de discuri de frunze din frunzele plantei. Asigurați-vă că toate au aceeași dimensiune și un cerc complet. Evitați găurirea prin venele majore ale frunzelor.
8. În caietul dumneavoastră de laborator, pregătiți un tabel de date cu trei coloane. Coloana 1 este timpul, în minute (min). În coloanele 2 și 3, veți înregistra rezultatele testului cu discuri de frunze – procedura de laborator pe care o utilizați pentru a investiga fotosinteza – atât în cănile cu bicarbonat de sodiu, cât și în cele fără bicarbonat de sodiu.

Instrucțiuni

– Obs.: Urmând link-ul de mai sus, puteți vedea și filmul cu întregul experiment

1. Scoateți pistonul din seringă și puneți 10 discuri de frunze în seringă. Puneți pistonul înapoi în seringă și împingeți-l în jos până când rămâne doar un volum mic de aer în seringă. Aveți grijă să nu zdrobiți discurile de frunze. Poate doriți să cereți unui adult să vă ajute cu acești pași.
2. Aspirați un volum mic de soluție de bicarbonat de sodiu în seringa cu discurile de frunze.
3. Împingeți cu grijă tot aerul din seringă.
4. Închideți deschiderea seringii cu un deget și trageți înapoi pe piston pentru a crea un vid. Țineți vidul timp de 10-15 secunde și răsuciți discurile de frunze pentru a le suspenda în soluție.
5. Eliberați pistonul și scoateți degetul din orificiul seringii pentru a elibera vidul. Observați discurile frunzelor.
6. Repetați pașii 4 și 5 până când toate discurile de frunze s-au scufundat pe fundul soluției.
7. Scoateți pistonul din seringă și turnați toate cele 10 discuri de frunze și soluția în a doua ceașcă „+ bicarbonat de sodiu”. Umpleți cana cu soluție de bicarbonat de sodiu, până la o adâncime de aproximativ 3 cm.
8. Acoperiți cana cu folie de aluminiu, astfel încât să nu pătrundă lumină în partea de sus. Discurile de frunze trebuie ținute la întuneric până ce cealaltă cană este gata.
9. Repetați pașii 1–7, dar de data aceasta utilizați soluția de săpun fără bicarbonat de sodiu pentru toți pașii. Puneți discurile de frunze în a doua „- cană de bicarbonat de sodiu”.
10. Scoateți folia de aluminiu de pe „+ cana cu bicarbonat de sodiu” și puneți ambele cești sub sursa de lumină. Asigurați-vă că lumina strălucește direct pe căni, de sus.
11. Porniți un cronometru. La sfârșitul fiecărui minut, înregistrați numărul de discuri cu frunze plutitoare pentru ambele căni în tabelul de date. Învârtiți scurt discurile pentru a preveni blocarea lor pe fundul sau părțile laterale ale cupei.
12. Continuați experimentul până când toate discurile de frunze plutesc într-una dintre căni.
13. Reprezentați grafic datele notate. Trasați timpul pe axa x și numărul de discuri de frunze plutitoare pe axa y.

Curățenia

Aruncați soluțiile în chiuvetă și discurile de frunze la gunoi. Puteți clăti și refolosi paharele de plastic și seringa.

Ce s-a întâmplat?

Testul cu discuri de frunze măsoară rata producției de oxigen în discurile frunzelor, care este o reprezentare a ratei de fotosinteză. Când ați introdus discurile de frunze în seringă, probabil ați observat că toate pluteau deasupra soluției. Acest lucru se datorează faptului că frunzele au în structura lor pungi de aer, pentru a facilita schimbul de gaze între diferitele părți ale frunzei. Vidul pe care l-ați aplicat în seringă a aspirat aerul din frunze, care apoi a fost înlocuit cu soluția din seringă. Fără buzunarele de aer, frunzele ar trebui să se fi scufundat pe fundul seringii. Odată ce ați plasat cana cu discurile frunzelor sub lumină, cloroplastele din frunze au început să foto-sintetizeze. Ca urmare, s-a produs oxigen gazos, care s-a acumulat în discurile frunzelor sau pe suprafața acesteia. S-ar putea să fi văzut bulele minuscule de oxigen deasupra sau dedesubtul discurilor de frunze. Bulele de oxigen sunt dovada că fotosinteza are loc în interiorul discului frunzei!

Bulele de gaz de oxigen modifică flotabilitatea frunzei. Cu cât se acumulează mai multe bule de gaz în timp, cu atât frunzele pot pluti mai bine. Acest lucru este similar cu un scafandru care își poate schimba flotabilitatea punând aer în vestă (cu un dispozitiv de control al flotabilității) sau eliberând-o. Mai mult aer în vestă îl face pe scafandru să plutească spre suprafață, iar mai puțin aer îl face pe scafandru să se scufunde spre adânc. Pe măsură ce discurile frunzelor acumulează mai mult oxigen gazos, ele vor pluti în cele din urmă spre suprafață. Primele discuri de frunze din ceașca cu bicarbonat de sodiu ar fi trebuit să apară în câteva minute. În schimb, în cana fără bicarbonat de sodiu, niciun disc de frunze nu ar fi trebuit să plutească pe parcursul întregului experiment. Acest lucru se datorează faptului că bicarbonatul de sodiu, care este un bi-carbonat, oferă frunzei plantei dioxidul de carbon de care are nevoie pentru fotosinteză. Fără dioxid de carbon, fotosinteza nu este posibilă.

Cât timp durează pentru ca toate discurile frunzelor să plutească la suprafață depinde de mai mulți factori diferiți. Dacă ați făcut unele dintre experimentele sugerate în secțiunea Explorați mai multe, ar fi trebuit să observați că mai multă lumină, temperaturi mai ridicate și mai mult dioxid de carbon au crescut toate rata fotosintezei. Frunzele care au mai multe cloroplaste și mai mulți pigmenți verzi de clorofilă ar trebui, de asemenea, să poată face fotosinteza mai bine decât alte frunze.

Să săpăm mai adânc (pentru elevii de liceu)

Fiecare organism viu are nevoie de energie pentru a crește și a se reproduce. Oamenii și animalele mănâncă alimente cu carbohidrați, proteine și grăsimi pentru a produce energia de care au nevoie pentru a supraviețui. Dar plantele nu mănâncă. Ele își produc propria sursă de energie sub formă de carbohidrați (zaharuri), bogate în energie, printr-un proces numit fotosinteză. Fotosinteza este un proces în mai multe etape, mediat de enzime, care transformă energia luminoasă în energie chimică.

În timpul fotosintezei, celulele plantelor folosesc energia luminoasă (cum ar fi lumina emisă de soare), apa (H2O) și dioxidul de carbon (CO2) ca reactanți (elemente care intră în reacție) pentru a produce molecule de zahăr (C6H12O6) și oxigen (O2)

– 6CO2+6H2O+lumină→C6H12O6+6O2

Fotosinteza poate fi un concept dificil de înțeles, de aceea am compilat o selecție de activități practice și experimente pentru a le arăta elevilor câteva dintre conceptele în acțiune.

Fotosinteza are loc în cloroplastele din celulele plantei. Cloroplastele conțin pigmenți speciali care reacționează la lumină. Clorofila este unul dintre pigmenții care pot absorbi lumina din spectrul albastru și roșu, culori care fac parte din spectrul luminii vizibile. Clorofila nu absoarbe lumina din spectrul verde de lumină, ci o reflectă. Acesta este motivul pentru care frunzele cu clorofilă par de obicei verzi.

În timpul primei părți a fotosintezei – reacția dependentă de lumină – clorofila și alți pigmenți valorifică energia luminii pentru a produce NADPH și ATP, care sunt două tipuri de molecule purtătoare de energie. În același timp, apa este împărțită în oxigen (O2) și protoni (H+).

Următoarea etapă este independentă de lumină și este adesea denumită reacția întunecată. În această etapă, cele două molecule purtătoare de energie, NADPH și ATP, sunt utilizate într-o serie de reacții chimice numite ciclul Calvin. În ciclul Calvin, plantele preiau dioxid de carbon (CO2) din aer și îl folosesc pentru a produce în cele din urmă zaharuri precum glucoza sau zaharoza. Aceste zaharuri pot fi stocate pentru a fi folosite ulterior de către plantă ca sursă de energie pentru a-și alimenta metabolismul și creșterea.

Fotosinteza este responsabilă pentru umplerea atmosferei Pământului cu oxigenul pe care îl respirăm. Astfel, procesul de fotosinteză nu este crucial doar pentru plante, ci și pentru toate organismele care se bazează pe oxigen pentru a supraviețui.

Sunt mulți factorii care afectează cât de repede plantele sunt capabile să efectueze fotosinteza. Fără suficientă lumină sau apă, de exemplu, o plantă nu poate realiza fotosinteza foarte repede. În mod similar, concentrația de dioxid de carbon – un alt reactant în fotosinteză – afectează cât de repede poate avea loc fotosinteza. Temperatura joacă, de asemenea, un rol semnificativ, deoarece fotosinteza este o reacție mediată de enzime. Acest lucru se datorează faptului că la temperaturi ridicate, enzimele pot fi deteriorate și astfel ele devin inactivate. Alți factori care afectează rata fotosintezei sunt intensitatea luminii, cantitatea de clorofilă și alți pigmenți de culoare dintr-o plantă, precum și culoarea luminii.

Similar oricărei alte reacții chimice, viteza fotosintezei poate fi determinată fie prin măsurarea scăderii reactanților săi, fie prin creșterea produșilor săi. Ați putea, de exemplu, să măsurați în timp producția de oxigen sau consumul de dioxid de carbon. Fără utilizarea unui echipament mai extins de laborator, viteza fotosintezei poate fi determinată indirect prin efectuarea unui test pe un disc plutitor de frunză pentru a măsura rata producției de oxigen. În testul discului cu frunze plutitoare, 10 sau mai multe mostre de disc de frunze sunt scoase din frunză. În următorul pas, se folosește un vid pentru a înlocui pungile de aer din structura frunzei cu o soluție de bicarbonat de sodiu (bicarbonat). Bicarbonatul de sodiu furnizează dioxidul de carbon de care frunza are nevoie pentru fotosinteză. Discurile de frunze sunt apoi scufundate în soluția de bicarbonat de sodiu și expuse la lumină. Pe măsură ce frunza plantei foto-sintetizează, se produce oxigen care se acumulează sub formă de bule de gaz de oxigen pe exteriorul discului frunzei. Bulele de oxigen atașate modifică flotabilitatea discului de frunză și, odată ce a fost produs suficient oxigen, discul de frunză se va ridica la suprafața soluției de bicarbonat de sodiu. Timpul până când discul de frunză se ridică la suprafața soluției este o măsură a cât de mult oxigen a fost produs și, prin urmare, un indicator pentru rata fotosintezei.

În testul cu discuri de frunze, de obicei 10 discuri sunt plasate în soluția de bicarbonat de sodiu în același timp. O modalitate bună de a colecta date este să numărați numărul de discuri plutitoare la sfârșitul unui interval de timp fix; de exemplu, după fiecare minut până când toate discurile plutesc. Timpul necesar pentru ca 50% din frunze să plutească reprezintă timpul efectiv (ET50). ET50 poate fi determinat prin reprezentarea grafică a numărului de discuri care plutesc în timp. Un ET50 de 11,5 minute, de exemplu, ar însemna că, după 11,5 minute, 50% din frunze (5 din din cele 10) au plutit deasupra soluției de bicarbonat de sodiu. În contextul producției de oxigen, poți spune că o valoare ET50 de 11,5 minute înseamnă că a fost nevoie de 11,5 minute pentru a produce suficient oxigen pentru ca 50% din discurile frunzelor să plutească.

Sperăm să folosiți și să vă placă aceste trei experimente.

P.S. Un alt experiment legat de fotosinteză găsiți și aici:

https://sciencing.com/photosynthesis-lab-experiments-7166808.html