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Der Mensch • Beitrag 16
Die Atmung beim Menschen (Klasse 7/8)
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Halt mal die Luft an! – Atmung beim Menschen
Ein Beitrag von Dr. Erwin Graf, Freiburg
Mit Illustrationen von Julia Lenzmann
Wir atmen täglich mindestens 10.000 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?
Foto: Thinkstock/Hemera
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.
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Unsere Lunge ist ständig gefragt.
Welche Vorgänge laufen eigentlich in
ihr ab?
M i t vi e l e n
versuchen!
Schüler
Das Wichtigste auf einen Blick
Klassen: 7/8
Dauer: 8 Stunden (Minimalplan: 6)
Aus dem Inhalt:
Kompetenzen: Die Schüler …
• Welchen Weg nimmt die Atemluft
durch unseren Körper?
• können den Weg der Atemluft
beschreiben.
• Wie erfolgt der Gasaustausch in der
Lunge und im Körpergewebe?
• sind in der Lage, Brust- und Bauchatmung voneinander abzugrenzen.
• Wie unterscheiden sich Brust- und
Bauchatmung?
• können erklären, an welchen Stellen im
Körper welcher Gasaustausch erfolgt.
• Wie groß ist unser Atem- und
Lungenvolumen?
• können mit anderen Schülern konstruktiv zusammenarbeiten, sich in
gemeinsame Arbeitsteams einbringen
und auftretende Problemsituationen
erfolgsorientiert angehen.
• Wie unterscheiden sich Ein- und
Ausatemluft?
• Welchen Sauerstoffbedarf haben
verschiedene Lebewesen?
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Der Mensch • Beitrag 16
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Die Reihe im Überblick
· V = Vorbereitung
· D = Durchführung
SV = Schülerversuch
Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt
= Zusatzmaterial auf CD
LEK = Lernerfolgskontrolle
Stunde 1: Vor- und Nachtest
Material
Thema und Materialbedarf
M 1 (Ab)
Wie stellst du dir unsere Atmung vor?
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1 Rolle Packpapier
M 2 (LEK)
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
Thema und Materialbedarf
M 3 (Ab)
Stationsübersicht: Halt mal die Luft an! – Die Atmung des Menschen
M 4 (SV)
Station 1: Wie häuig atmet ihr pro Minute?
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· V: 5 min
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1 Stoppuhr
M 5 (SV)
Station 2: Welcher Zusammenhang besteht zwischen eurer Atem- und
Pulsfrequenz?
· D: 15 min
· V: 5 min
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· D: 15 min
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1 Stoppuhr
M 6 (Ab)
Station 3: Welchen Weg nimmt die Atemluft im Körper?
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M 7 (SV)
· V: 5 min
Station 4: Welche Temperatur hat die Einatemluft und welche die
Ausatemluft?
· D: 10 min
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1 Thermometer
M 8 (SV)
Station 5: (Wie) Verändert sich der Brustumfang beim Atmen?
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· V: 5 min
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Biologiebücher
· D: 15 min
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1 Maßband oder 1 Stück
Schnur mit Metermaß
M 9 (SV)
Station 6: Wie groß ist euer Atemvolumen?
· V: 5 min
· D: 25 min
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1 Glas- oder Kunststoffglocke mit Literangaben (Spirometer)
r
1 große Kunststoffwanne (10–20 l)
r
1 gebogenes Glasrohr
M 10 (SV)
· V: 5 min
· D: 15 min
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
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2 Teelichter
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4 Bechergläser (200 ml)
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1 Packung Streichhölzer
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1 Stoppuhr
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1 feuerfeste Unterlage
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M 11 (Ab)
Station 8: Wie viel Sauerstoff benötigen verschiedene Lebewesen?
M 12 (Ab)
Station 9: Gasaustausch in der Lunge und im Körpergewebe
(LEK)
Wo stehen die Begriffe? – Die Atmung
(LEK)
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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Teste dich selbst! –
Was weißt du alles über die Atmung des Menschen?
Name:
Klasse:
 Vortest am
Datum:
 Nachtest am
Erreichte Punktzahl:
(/22)
Erreichte Punktzahl:
(/22)
Aufgabe 1: Beschrifte die Skizze zu den Atmungsorganen des Menschen.
a
5 Punkte
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Aufgabe 2: Welche Muskeln sind primär zuständig für die …
2 Punkte
a) Bauchatmung:
b) Brustatmung:
Aufgabe 3: Wie ist es zu erklären, dass man einem Ohnmächtigen durch Mund-zu-MundBeatmung helfen kann und er durch unsere Ausatemluft nicht erstickt?
2 Punkte
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Foto: Oberkörper: Thinkstock/iStock, Vergrößerung: Thinkstock/Hemera
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M2
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Station 1: Wie häufig atmet ihr pro Minute?
M4
Die Anzahl der Atemzüge pro Minute bezeichnet man als Atemfrequenz. Sie ist von Mensch
zu Mensch und von Situation zu Situation verschieden. Aber indet selbst heraus …
Aufgabe 1
Führt den folgenden Versuch durch.
Schülerversuch · Vorbereitung: 5 min
· Durchführung: 15 min
Das benötigt ihr
 1 Stoppuhr
So führt ihr den Versuch durch
1. Jeder von euch setzt sich ruhig auf einen Stuhl, schließt seine Augen und atmet etwa
eine Minute lang ruhig ein und aus.
2. Öffnet die Augen, bleibt ruhig auf eurem Stuhl sitzen und zählt eine Minute lang eure
Atemzüge. Notiert den Wert.
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3. Steht nun auf, bleibt ruhig stehen und zählt eure Atemzüge eine Minute lang. Notiert
auch diesen Wert.
4. Geht gemütlich durch den Raum oder den Schulflur entlang. Zählt währenddessen eine
Minute lang eure Atemzüge. Notiert den Wert.
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5. Macht 20 rasche Kniebeugen. Zählt im Anschluss eure Atemzüge pro Minute. Schreibt
euch den Wert auf.
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Versuchstabelle mit Versuchsbeobachtungen
Sitzen
V
Atemfrequenz
(Anzahl der
Atemzüge
pro Minute)
Stehen
Gehen
nach 20
raschen Kniebeugen
a
a
a
a
b
b
b
b
c
c
c
c
d
d
d
d
Aufgabe 2
a) Vergleicht eure Atemfrequenz unter den verschiedenen Versuchsbedingungen. Versucht,
eine Regel daraus abzuleiten.
b) Vergleicht eure Atemfrequenzen untereinander. Welche Unterschiede gibt es und wie lassen
sich diese erklären? Formuliert dazu eine zusammenfassende Regel. („Je …, desto …“)
„Je
desto
Expertenaufgabe
Zeichnet ein Balkendiagramm für eure Messwerte.
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,
!“
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Informationstext zu Station 8: Wie viel
Sauerstoff benötigen verschiedene Lebewesen?
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Mit Ausnahme bestimmter Einzeller und Pilze benötigen alle anderen Lebewesen Sauerstoff zum Überleben, d. h., auch Planzen wie Moose, Farne und Blütenplanzen (z. B.
Heckenrose, Kirschbaum, Fichte und Buche) kommen nicht ohne Sauerstoff aus. Nicht nur
tagsüber, sondern auch nachts benötigen diese Lebewesen den Sauerstoff zur Aufrechterhaltung ihrer Lebensvorgänge, insbesondere zur Bereitstellung von Energie.
Wir Menschen können über 10 Tage lang ohne feste Nahrung auskommen und einige
Tage lang auch ohne zu trinken. Ohne Luft und den darin enthaltenen Sauerstoff können
wir jedoch höchstens einige Minuten überleben. Insbesondere unser Gehirn reagiert sehr
empindlich auf Sauerstoffmangel: Wird unser Gehirn mehr als drei Minuten nicht ausreichend mit Sauerstoff versorgt, so besteht die Gefahr von schweren Gehirnschäden oder
es droht sogar der Tod infolge von Sauerstoffmangel („Erstickungstod“).
Im Gegensatz zu den grünen Planzen, die durch die Fotosynthese selbst Sauerstoff bilden
können und sogar überschüssig produzierten Sauerstoff an die Umwelt abgeben, sind
Tiere und wir Menschen auf den Sauerstoff aus der Luft angewiesen.
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Je kleiner und aktiver ein Tier ist, desto mehr Sauerstoff benötigt das betreffende Lebewesen. Krokodile, Elefanten und Blauwale sind sehr große Tiere und benötigen relativ
wenig Sauerstoff. Im Gegensatz dazu benötigen kleine, sehr aktive Tiere, wie Schmetterlinge im Flug, schwirrende Kolibris und jagende Libellen, relativ viel Sauerstoff.
Bachforelle
200 ml
Elefant
50 ml
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Feldhase
Lebewesen
Sauerstoffbedarf
pro kg Körpergewicht und Stunde
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Lebewesen
Sauerstoffbedarf
pro kg Körpergewicht und Stunde
Mensch, schlafend
80 ml
Mensch, im Stehen
100 ml
500 ml
Mensch, beim Gehen
150 ml
Feldmaus
1500 ml
Mensch, beim Rudern
1500 ml
Flusskrebs
40 ml
Schmetterling, sitzend
1000 ml
Flussmuschel
2 ml
Schmetterling, liegend
100.000 ml
Goldisch
90 ml
Tintenisch, schwimmend
V
90 ml
Fotos: links und rechts: Thinkstock/iStock;
Mitte: www.colourbox.com
Sauerstoffbedarf verschiedener ausgewählter Lebewesen
Eine Bachforelle, ein Elefant oder ein Mensch – welches Lebewesen hat wohl den höchsten Sauerstoffbedarf?
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Lösungskarte zu Station 9
Aufgabe 1
Lungenvene zum Herzen hin,
sauerstoffreiches Blut
Herz
Lungenarterie vom
Herzen weg, kohlenstoffdioxidreiches
Blut
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rotes Blutkörperchen
I
S
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Aufgabe 2
Die oberen Atemwege sind im einfachen Modell als ein Rohrsystem zu verstehen, das bei
jedem Einatmen „frische“ Luft aus der Atmosphäre in die Lunge führt und beim Ausatmen
„verbrauchte“ Luft wieder aus der Lunge abtransportiert. In den ca. 500 Millionen Lungenbläschen (= Alveolen) der Lunge wird durch die dünnen Membranen der Lungenbläschen
der Sauerstoff aus der eingeatmeten Luft vom Blut aufgenommen und Kohlenstoffdioxid
aus dem Blut in die Luft abgegeben. Diese „verbrauchte“ Luft wird dann ausgeatmet.
In den Geweben indet der innere Gasaustausch statt. Im Bereich der feinsten Verästelungen der Blutgefäße in den Geweben, den Blutkapillaren, wird Sauerstoff aus dem Blut
in die Zellen abgegeben und Kohlenstoffdioxid im Gegenzug von den Zellen ins Blut abgegeben. Dieses sauerstoffarme und kohlenstoffdioxidreiche (sog. venöse) Blut wird zur
Lunge transportiert und dort wieder durch den „äußeren Gasaustausch“ mit Sauerstoff
angereichert und kohlenstoffdioxidarm gemacht.
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Anmerkungen:
a) Während die Gasaustauschläche in der Lunge „nur“ ca. 200 m2 beträgt, ist die Gasaustauschläche im Körpergewebe im Bereich der Blutkapillaren etwa 70 mal so groß und
beträgt etwa 7 000 m2; das entspricht etwa der Größe eines Fußballfeldes nach FIFANorm (Länge: 105 m, Breite: 68 m; Fläche 7.140 m2).
Auch in anderen Atmungsorganen wie den Lungen (z. B. Kiemen bzw. Geweben bei
Knochen- und Knorpelischen sowie Tracheen bzw. Geweben bei Insekten) können die
Vorgänge von äußerem und innerem Gasaustausch beobachtet werden, d. h. Gasaustausch ist ein wichtiges Grundprinzip bei vielzelligen Tieren.
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A
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O
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