Materialien zum Thema Stoffwechsel (Sek. II) aktualisiert am 19. 9. 99

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A. Allgemeines

Kausalität und Finalität

Eines der großen Probleme im Biologieunterricht ist das finale Denken der Schüler, wenn es um biologische Zusammenhänge, insbesondere um die Angepasstheit von Verhalten oder Strukturen geht. Der Arbeitsbogen versucht, eine sprachliche Klarheit der Begriffe zu schulen. Funktionalität wird hier als biologische Bedeutung dargestellt; der Umdruck setzt keine Kenntnisse zur Evolution (also zur Geschichtlichkeit der Funktionalität) voraus.



B. Materialien zum Thema Atmung

Die folgenden Materialien bieten sich v.a. für eine Unterrichtseinheit an, die sich z.B. an den in NATURA 3 Stoffwechsel (Klett-Verlag) skizzierten Unterrichtsgang orientiert.

1. Atmungsprobleme in der Höhe

Themenbereich: Atmung, Partialdruck, Höhenkrankheit

Verwendung: Das Material bietet sich als Einstieg in die Unterrichtseinheit an: Ausgehend vom Phänomen der Ohnmacht in der Höhe kann das Problem der „dünnen Luft“ problematisiert werden. Die weitgehend konstante prozentuale Zusammensetzung der Luft unabhängig von der Höhe zeigt, dass nicht diese Größe, sondern die Dichte der Sauerstoffmoleküle (als indirektes Maß dient der Partialdruck) für die Atmung maßgeblich ist.



2. Der Partialdruck

Themenbereich: Atmung, Partialdruck (physikalische Grundlagen)

Verwendung: Der Umdruck ist als Einführungsinformation zum Thema Partialdruck brauchbar; die Rückfragen beziehen sich auf den dynamischen Gleichgewichtszustand, der im Falle der Sättigung des Gases in der Flüssigkeit erreicht wird, und auf die Unabhängigkeit der Sättigung (Partialdruckausgleich zwischen Gas- und Flüssigkeitsraum) von der Löslichkeit des betreffenden Gases: Obwohl sich in Wasser im Sättigungszustand erheblich weniger Stickstoff als Sauerstoff befindet (schlechte Löslichkeit), ist der Partialdruck des Stickstoffs im Sättigungszustand (aufgrund des hohen Gehaltes in der Luft) ca. 4x so groß wie der des Sauerstoffs.



3. Tauchen und Hyperventilation

Themenbereich: Atmung, Partialdrucke, evtl. Statistik (T-Test)

Verwendung: Materialien für Übung oder Klausur; die Verwendung dieses Materials setzt ein vertieftes Verständnis der äußeren Atmung und des Partialdruckes voraus. Vor allem muss den Schülern bekannt und klar sein, dass der Partialdruck der Gase im Blut sowohl vom Außendruck als auch von den Gleichgewichtszuständen im Bereich der Alveole (Gasraum Lunge - arterielles Blut) als auch im Bereich des Gewebes (,in dem auch während des Tauchens permanent Sauerstoff verbraucht und Kohlenstoffdioxid produziert wird) bestimmt werden. Zum Verständnis der Hyperventilation braucht er Kenntnisse über die Aufnahmekapazität des Blutes bezüglich der Atemgase in Abhängigkeit vom Partialdruck. Um die Brauchbarkeit des Materials für Klausuren etc. nicht zu gefährden, fehlt hier der Erwartungshorizont; bei Fragen bitte emailen an hdlichtner@gmx.de!



4. Tauchen und Hyperventilation - Zeitungsartikel

Verwendung: Einführungsartikel zum Thema Tauchen und Hyperventilation



5. Atemgasvolumen der Blutgase in Abhängigkeit vom Partialdruck (zum Thema Tauchen)

Verwendung: Für das Verständnis der Hyperventilation ist es wichtig zu verstehen, weshalb bei Hyperventilation zwar viel Kohlenstoffdioxid abgegeben wird (und damit der Zeitpunkt, an dem beim Tauchen Atemnot eintritt, deutlich verzögert wird), aber kaum mehr Sauerstoff aufgenommen wird. Die Diagramme und das Arbeitsblatt erlauben eine halbquantitative Betrachtung dieser aufgenommenen Sauerstoff- und der abgegebenen Kohlenstoffdioxidmengen. Vorkenntnisse zum Partialdruckgesetz sind notwendig.



C. Materialien zum Thema Homoiothermie / Poikilothermie

Die Herzfrequenz von Erdkröte und Maus

Themenbereich: RGT-Regel, Homoiothermie / Poikilothermie, Grundumsatz

Verwendung: Das Material zeigt bei der Erdkröte die Abhängigkeit der Herzfrequenz von der Temperatur gemäß der RGT-Regel. Das Material ist insofern vereinfacht, dass die auch bei Amphibien im Ansatz vorhandene Regelung der Herzfrequenz (in Abhängigkeit von der Temperatur) hier in keiner Weise berücksichtigt wird. Bei der Hausmaus offenbart sich die Regelung der Körpertemperatur. Hinweis: Mäuse schwitzen nicht! Die Erhöhung der Herzfrequenz bei hohen Außentemperaturen bewirkt - bei gleichzeitiger Erweiterung der peripheren Blutgefäße - eine schnellere Wärmeableitung nach außen (v.a. über die Ohren und Füße, die wenig behaart sind)



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