Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Halt mal die Luft an! - Atmung beim Menschen

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1 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Halt mal die Luft an! - Atmung beim Menschen Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de

2 IV Der Mensch Beitrag 16 Die Atmung beim Menschen (Klasse 7/8) 1 von 32 Halt mal die Luft an! Atmung beim Menschen Ein Beitrag von Dr. Erwin Graf, Freiburg Mit Illustrationen von Julia Lenzmann Wir atmen täglich mindestens Liter Luft ein und aus. Dies geschieht für uns völlig unbewusst. Doch was passiert mit der Luft eigentlich in unserem Körper und welche Vorgänge laufen beim Prozess der Atmung ab? Diese Einheit gibt Antworten auf diese Fragen. Ihre Schüler führen selbst viele verschiedene Versuche zum Prozess der Atmung durch und vollziehen den Weg der Atemluft durch unseren Körper nach. Durch die handlungs- und schülerorientierte Vorgehensweise fördert die Einheit neben den fachlichen Kompetenzen auch methodisch-strategische und sozial-kommunikative Fähigkeiten bei den Lernenden. Unsere Lunge ist ständig gefragt. Welche Vorgänge laufen eigentlich in ihr ab? Foto: Thinkstock/Hemera Mit vielen Schülerversuchen! Das Wichtigste auf einen Blick Klassen: 7/8 Dauer: 8 Stunden (Minimalplan: 6) Kompetenzen: Die Schüler können den Weg der Atemluft beschreiben. sind in der Lage, Brust- und Bauchatmung voneinander abzugrenzen. können erklären, an welchen Stellen im Körper welcher Gasaustausch erfolgt. können mit anderen Schülern konstruktiv zusammenarbeiten, sich in gemeinsame Arbeitsteams einbringen und auftretende Problemsituationen erfolgsorientiert angehen. Aus dem Inhalt: Welchen Weg nimmt die Atemluft durch unseren Körper? Wie erfolgt der Gasaustausch in der Lunge und im Körpergewebe? Wie unterscheiden sich Brust- und Bauchatmung? Wie groß ist unser Atem- und Lungenvolumen? Wie unterscheiden sich Ein- und Ausatemluft? Welchen Sauerstoffbedarf haben verschiedene Lebewesen?

3 2 von 32 Die Atmung beim Menschen (Klasse 7/8) Der Mensch Beitrag 16 III Rund um die Reihe Warum wir das Thema behandeln Wir atmen mindestens Liter Luft täglich ein und aus. Dies ist so selbstverständlich, dass wir unseren Atemorganen erst dann Beachtung schenken, wenn wir außer Atem sind oder in Atemnot geraten. In dieser Einheit werden unsere Atemorgane in den Mittelpunkt gerückt. Neben sachlichfachlichen Themenfeldern (wie Der Weg der Atemluft, Regulation der Atmung, Grundprinzipien des Gasaustauschs in Lunge und Kapillaren und Atemmechanik ) werden die Schülerinnen und Schüler* dabei auch in zahlreichen anderen Kompetenzbereichen gefördert. So können durch die Nutzung spezifisch naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen, wie vertieftes Betrachten, folgerichtiges Beobachten, problemlösendes Experimentieren und systematisches Vergleichen, methodisch-strategische Fähigkeiten geschult und angewandt werden. Auch sozial-kommunikative Kompetenzen können durch den adäquaten Wechsel verschiedener Methoden und Lernformen gefördert und gefestigt werden. * Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur Schüler verwendet. Was Sie zum Thema wissen müssen Wozu braucht unser Körper überhaupt Sauerstoff? Unser Körper benötigt für die unterschiedlichen Körpervorgänge (z. B. Zellteilung, Abwehr von Krankheitserregern, Muskel- und Nerventätigkeit) fortlaufend Energie. Diese wird in Form von ATP (Adenosintriphosphat) im Vorgang der Zellatmung (innere Atmung) bereitgestellt. Die Zellatmung erfordert Sauerstoff und erfolgt in den Mitochondrien der Zellen. Dabei wird Glucose unter Freisetzung von Wasser und Kohlenstoffdioxid vollständig oxidiert. In der Alltagssprache versteht man unter Atmung meist den Vorgang, bei dem Sauerstoff aus der Umwelt in den Körper aufgenommen wird und das im Körper entstandene Kohlenstoffdioxid an die Umwelt abgegeben wird (äußere Atmung). Die Menge an Kohlenstoffdioxid, die ein Organismus ausscheidet, ist ein Maß für die Intensität der Atmung, d. h., je mehr Kohlenstoffdioxid ausgeschieden wird, desto höher ist der Sauerstoffbedarf des Organismus. Der Weg der Atemluft durch unseren Körper Die Atemgase Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid werden beim Menschen nicht nur durch aktive, gerichtete Strömungsvorgänge (Konvektion), sondern auch passiv durch Diffusion transportiert. Durch Diffusion gelangt der Sauer stoff nicht nur aus der Lungenluft ins Blut, sondern auch aus dem Blut in die Zellen der unterschiedlichen Gewebe und Organe. Gleiches gilt in umgekehrter Richtung für das Kohlenstoffdioxid. Der Mensch nimmt die Luft beim Atmen über die Mundhöhle oder die Nasengänge auf. Über den Rachenraum (Pharynx) gelangt die eingeatmete Luft in die dünnwandige Luftröhre (Trachea), die bei einem Erwachsenen einen Durchmesser von ca. 2 cm hat und durch c-förmige Knorpelspangen vor dem Kollabieren infolge der wechselnden Drücke beim Einund Ausatmen bewahrt wird. Einige dieser Knorpelringe kann man unterhalb des Kehlkopfs ertasten. Die Atemluft gelangt anschließend in die beiden Hauptbronchien, in die sich die Luftröhre unterhalb des Kehlkopfes teilt und die in den rechten und linken Lungenflügel führen. In den Lungenflügeln teilen sich die Bronchien immer stärker auf: Während die Bronchien noch Knorpelringe haben, sind diese bei den Bronchiolen bereits verschwunden. Die Bronchiolen wiederum zweigen sich ebenfalls immer stärker auf, sodass schließlich eine baumartige Struktur entsteht, an deren Enden sich die dünnwandigen Alveolen (Lungenbläschen) befinden. Diese sind die Orte des pulmonalen Gasaustauschs. Die Alveolen haben einen Durchmesser von 0,1 bis 0,3 mm und ergeben beim Menschen eine Oberfläche von bis zu

4 IV Der Mensch Beitrag 16 Die Atmung beim Menschen (Klasse 7/8) 3 von m 2, was der Fläche eines Tennisplatzes entspricht. Da sowohl die Alveolarepithelien als auch die Kapillarendothelien extrem dünn sind, misst die Diffusionsstrecke zwischen Luft und Blut weniger als 2 µm. Ein- und Ausatmen Unsere Lunge liegt in der Brusthöhle, die oben vom Schultergürtel, unten vom Zwerchfell (Diaphragma) und seitlich vom Rippenkorb begrenzt wird. Die rechte und linke Hälfte der Brusthöhle sind vom Brustfell (Pleura), einer durchgehenden Zellschicht, ausgekleidet. Die beiden Blätter des Brustfells bilden einen schmalen Spalt, der als Pleurahöhle oder Interpleuralspalt bezeichnet wird. Die Pleurahöhle ist mit Flüssigkeit gefüllt, sodass beim Atmen die Innenflächen des Brustfells während der Atembewegungen fast widerstandslos beweglich sind. Infolge der Oberflächenspannung innerhalb des Interpleuralspalts ist es schwer, die beiden Blätter voneinander zu trennen. Kommt es beispielsweise durch einen Messerstich in die Brust zu einer Verletzung des Interpleuralspalts, so strömt bei jedem Atemzug Luft in den Spalt statt in die Lunge (Pneumohorax), wodurch sich der Interpleuralspalt ständig erweitert und die Lunge schließlich kollabiert, was zum Ersticken führen kann. Die Inspiration (Einatmen) wird durch die Kontraktion des muskulösen Zwerchfells eingeleitet. Durch diese Kontraktion kommt es zu einer Vergrößerung der Brusthöhle und zu einem Unterdruck, wodurch Luft in die Lunge strömt (sog. Unterdruckatmung). Das Ausatmen (Exspiration) beginnt, wenn die Kontraktion des Zwerchfells aufhört, dieses sich entspannt und sich im Brustkorb nach oben bewegt. Somit ist Einatmen ein aktiver Prozess, während das Ausatmen ein passiver Prozess ist. Atemvolumen, Vital- und Totalkapazität Pro Atemzug und in Ruhe atmen wir etwa 500 ml Luft ein und aus (Atemzugvolumen, Tidalvolumen). Atmen wir ganz tief ein, so können wir über das normale Atemvolumen hinaus bis zu 3 l Luft aufnehmen (bei Leistungssportlern ist dieses Volumen noch höher). Dieses Luftvolumen beim tiefen Einatmen bezeichnet man als inspiratorisches Reservevolumen. Atmen wir ganz tief aus, so können wir zusätzlich zum normalen Ausatemvolumen weitere 1 bis 1,5 l Luft als sog. exspiratorisches Reservevolumen ausatmen. Atemzugvolumen, inspiratorisches und exspiratorisches Reservevolumen bezeichnet man als Vitalkapazität. Sie ist bei Frauen etwas kleiner als bei Männern. Bei Sportlern kann die Vitalkapazität um bis zu 2 l erhöht sein. Die Vitalkapazität umfasst jedoch nicht das gesamte Lungenvolumen, da sich der Brustkorb nicht beliebig komprimieren lässt. Das Restvolumen, das auch nach maximalem Ausatmen in der Lunge verbleibt, bezeichnet man als Residualvolumen. Es beträgt ca. 1,5 l. Lunge und Luftwege können also nie ganz geleert werden. Addiert man Vitalkapazität und Residualvolumen, so erhält man die Totalkapazität der Lunge. Sie beträgt bei einem Jugendlichen im Alter von Jahren (abhängig von Geschlecht, Körpergröße, Konstitution, Trainingszustand etc.) im Schnitt 4 5 l. Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung Voraussetzungen der Lerngruppe Für die Einheit ist es vorteilhaft, wenn die Lernenden einen guten Überblick über den Bau des menschlichen Körpers haben und Organe wie Haut, Gehirn, Herz, Magen, Lunge, Niere benennen sowie verorten können. Ferner sollten die Schüler damit vertraut sein, in Kleingruppen nach Anweisung weitgehend eigenständig zu arbeiten, Versuche durchzuführen, Beobachtungen zu dokumentieren und auf geeignete Hilfsmittel wie Schulbücher, das Internet oder Lexika zurückzugreifen.

5 4 von 32 Die Atmung beim Menschen (Klasse 7/8) Der Mensch Beitrag 16 III Tipps zur Differenzierung Ihnen stehen folgende Möglichkeiten zur Differenzierung der Einheit zur Verfügung: Beschränken Sie die Anzahl der Stationen und geben Sie eine bestimmte Anzahl an Pflichtund Wahlstationen vor. Dann können an leistungsstärkere Schüler zusätzliche Erwartungen gestellt und weitere Stationen eingefordert werden. An den Stationen 1 (M 4), 2 (M 5), 3 (M 6), 4 (M 7) und 8 (M 11) werden Expertenaufgaben angeboten. Diese können freiwillig von leistungsstärkeren Schülern beantwortet werden. Bei leistungsschwächeren Klassen oder Klassen, die eigenständiges Arbeiten noch nicht gewohnt sind, können Sie sogenannte Meilensteine einbauen: Diese erfolgen nach jeder Schulstunde in Form einer Zäsur, in der die Gruppen von ihrer Arbeit im Stationenlernen berichten und sich über aufgetretene Schwierigkeiten sowie Tipps zu den einzelnen Stationen austauschen. Aufbau der Reihe Der Einstieg in die Reihe erfolgt durch ein Brainstorming, bei dem Schüler alle Begriffe, die ihnen zum Thema Atmung des Menschen einfallen, an der Tafel sammeln. Anschließend bringen die Schüler ihre Vorstellungen zum Aufbau unserer Atemorgane und dem Weg der Atemgase durch unseren Körper zu Papier (Arbeitsblatt M 1). Der Aufbau der Atemorgane wird anschließend gemeinsam besprochen, bevor die Schüler mithilfe des Vor- und Nachtests M 2 ihr Vorwissen zum Thema Atmung überprüfen und somit ihren Leistungszuwachs während der Einheit nachvollziehen können. Im Stationenlernen (M 3 M 12) beschäftigt sich die Klasse in Gruppenarbeit an neun Stationen mit der Atem- und Pulsfrequenz (Stationen 1 2), mit dem Weg der Atemluft durch unseren Körper (Station 3), mit der Temperatur der Einatem- und Ausatemluft (Station 4), mit dem Brustumfang beim Atmen (Station 5), mit dem Atemvolumen (Station 6), mit dem Vergleich der Ausatem- und Einatemluft (Station 7), mit dem Sauerstoffbedarf verschiedener Lebewesen (Station 8) und mit dem Gasaustausch in Lunge und Körpergewebe (Station 9). Als Pufferstationen dienen zwei Arbeitsblätter mit einem Quiz und einem Rätsel (Zusatzmaterial auf CD ( )). Nach jeder Station kontrollieren die Schüler ihre Ergebnisse selbstständig mithilfe von Lösungskarten. Die Stationsübersicht M 3 dient als Checkliste. In der Abschlussstunde wird der Vor- und Nachtest M 2 erneut zur Selbsteinschätzung eingesetzt. Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler Die Schüler können den Weg der Atemluft beschreiben. sind in der Lage, Brust- und Bauchatmung voneinander abzugrenzen. können erklären, an welchen Stellen im Körper welcher Gasaustausch erfolgt. können die Zusammensetzung der ein- und ausgeatmeten Luft systematisch hinsichtlich ihrer prozentualen Zusammensetzung beschreiben. können den Zusammenhang von Atem- und Pulsfrequenz erfassen und erläutern, welche Auswirkungen körperliche Anstrengung auf die Atemfrequenz hat. wenden systematisch naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen an und erweitern ihre Kenntnisse hinsichtlich einer erfolgsorientierten Vorgehensweise. können mit anderen Schülern konstruktiv zusammenarbeiten, sich in gemeinsame Arbeitsteams einbringen und auftretende Problemsituationen erfolgsorientiert angehen. Ideen für die weitere Arbeit Die Einheit bzw. der eine oder andere Baustein kann auch in Form eines Projekts durchgeführt werden. Hierfür wären die folgenden Themen denkbar: Atmung und Gesundheit oder Konzen tration, Entspannung und Atmung.

6 IV Der Mensch Beitrag 16 Die Atmung beim Menschen (Klasse 7/8) 5 von 32 Medientipps Literatur für Schüler Brehme, Siegfried; Meincke, Irmtraut (Hrsg.): Wissensspeicher Biologie. Verlag Volk und Wissen. Berlin Besonders auch für junge Leser geeignetes Nachschlagewerk mit kurzen, verständlichen Informationen zu vielen Gebieten der Biologie. Literatur für Lehrer Hattie, John: Lernen sichtbar machen. Schneider Verlag. Hohengehren In diesem Werk werden über große empirische Studien zum Unterrichtserfolg ausgewertet und es wird herausgearbeitet, was im Unterricht im Hinblick auf Lernerfolge messbar wird. Man erhält dadurch sehr viele Anregungen für den eigenen erfolgreichen Unterricht. Markl, Jürgen (Hrsg.): Purves, Biologie. Spektrum Akademischer Verlag. Heidelberg Nachschlagewerk mit didaktisch gut aufbereiteten Texten und hervorragenden Abbildungen, auch zur Funktionsweise der menschlichen Lunge. Schmidt, Robert F. (Hrsg.): Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie. Springer Verlag. Heidelberg Das Standardwerk ist didaktisch bestens aufgebaut und stellt auch komplexe Sachverhalte sehr gut verständlich dar. Empfehlenswert als Nachschlagewerk zum Thema Atmung beim Menschen. Filme Die Atmung, DVD, 2005, ca. 20 min, Hagemann Verlag. FWU-Nr Der Film gibt einen guten Überblick über den Aufbau und die Funktion der Lunge. In den anschließenden Abschnitten werden der Weg der Atemluft sowie die Vorgänge des Gasaustauschs in der Lunge didaktisch gut aufbereitet visualisiert. Das Ein- und Ausatmen wird durch Versuche verdeutlicht. Auch Erkrankungen des Atmungssystems werden besprochen. Der Stoffwechsel der Tiere. Die Atmung, DVD, 2000, ca. 23 min, Hagemann Verlag. FWU-Nr Hier erhält man einen recht guten Überblick über den Aufbau und die Funktionsweise der verschiedenen Atmungsorgane im Tierreich (Lungen, Tracheen, Kiemen, Hautatmung). Dies kann zur Erweiterung der Thematik Atmung beim Menschen eingesetzt werden. Lunge, DVD, 2013, ca. 4 min, JPP Medien. FWU-Nr Der Film zeigt den Weg der Luft in die Lunge, die Verteilung von Sauerstoff im Körper und den Transport von Kohlenstoffdioxid nach außen. Auch auf den Aufbau der Lunge und den täglichen Sauerstoffbedarf wird eingegangen. Das Wunder der Lunge, DVD, 2011, ca. 7 min, Lungenliga Schweiz. FWU-Nr Der Film erklärt nicht nur die Funktionsweise und den Aufbau der Lunge, sondern informiert auch über den Einfluss von Schadstoffen auf die Leistungsfähigkeit und mögliche Vorbeugungs- und Schutzmaßnahmen. Der Film kann im Anschluss an die Einheit eingesetzt werden.

7 6 von 32 Die Atmung beim Menschen (Klasse 7/8) Der Mensch Beitrag 16 III Die Reihe im Überblick V = Vorbereitung SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführung LEK = Lernerfolgskontrolle = Zusatzmaterial auf CD Stunde 1: Vor- und Nachtest Material M 1 (Ab) M 2 (LEK) Thema und Materialbedarf Wie stellst du dir unsere Atmung vor? r 1 Rolle Packpapier r 2 Filzstifte Teste dich selbst! Was weißt du alles über die Atmung des Menschen? Stunden 1 8: Stationenlernen Halt mal die Luft an! Die Atmung des Menschen Material M 3 (Ab) M 4 (SV) D: 15 min M 5 (SV) D: 15 min M 6 (Ab) M 7 (SV) D: 10 min M 8 (SV) D: 15 min M 9 (SV) D: 25 min M 10 (SV) D: 15 min Thema und Materialbedarf Stationsübersicht: Halt mal die Luft an! Die Atmung des Menschen Station 1: Wie häufig atmet ihr pro Minute? r 1 Stoppuhr Station 2: Welcher Zusammenhang besteht zwischen eurer Atem- und Pulsfrequenz? r 1 Stoppuhr Station 3: Welchen Weg nimmt die Atemluft im Körper? Station 4: Welche Temperatur hat die Einatemluft und welche die Aus atemluft? r 1 Thermometer r Biologiebücher Station 5: (Wie) Verändert sich der Brustumfang beim Atmen? r 1 Maßband oder 1 Stück Schnur mit Metermaß Station 6: Wie groß ist euer Atemvolumen? r 1 Glas- oder Kunststoffglocke mit Literangaben (Spirometer) r 1 große Kunststoffwanne (10 20 l) r 1 gebogenes Glasrohr r 1 Skelett des Menschen oder 1 Modell zur Brustatmung r evtl. Internetzugang oder Fachbücher r 3 Porzellanschiffchen r 1 Wasserstrahlpumpe r Leitungswasser r 1 Haushaltsmessbecher (1 l) r 1 Kunststoffschlauch (ca. 1 m lang) r 1 Mundstück (pro Schüler) Station 7: Wir untersuchen die eingeatmete und die ausgeatmete Luft r 2 Teelichter r 4 Bechergläser (200 ml) r 1 Packung Streichhölzer r 1 Stoppuhr r 1 feuerfeste Unterlage

8 IV Der Mensch Beitrag 16 Die Atmung beim Menschen (Klasse 7/8) 7 von 32 M 11 (Ab) M 12 (Ab) (LEK) (LEK) Station 8: Wie viel Sauerstoff benötigen verschiedene Lebewesen? Station 9: Gasaustausch in der Lunge und im Körpergewebe Wo stehen die Begriffe? Die Atmung Richtig oder falsch? Der Weg der Atemluft Dein Bio-Lexikon Begriffe von A bis Z Minimalplan Bei wenig Zeit können Sie den Vor- und Nachtest M 2 als Hausaufgabe einsetzen oder ganz wegfallen lassen und nur mit Arbeitsblatt M 1 in die Unterrichtsreihe einsteigen. Das Stationenlernen M 3 M 12 können Sie um zwei Stunden verkürzen, indem Sie auf die Stationen M 4, M 5 und M 7 verzichten.

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