Blutkreislaufmodell
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Seite aus: Prisma Biologie aktuell 1, ISBN: 3-12-028473-4 Autor: Wolfgang Zink Grafiken: Jörg Mair, Herrsching www.klett-verlag.de Schrittweise Entwicklung eines Blutkreislaufmodells Klassenstufe: 7 – 9 Schwerpunkt: Mensch und Gesundheit Voraussetzungen: äußere Atmung, Zusammensetzung des Blutes, Transportfunktion des Blutes Didaktisch-methodische Hinweise Demonstrationsmodelle zum Thema Blutkreislauf werden von den verschiedensten Lehrmittelfirmen angeboten. Zudem gibt es eine große Anzahl audiovisueller Medien, anhand derer die Vorgänge des Kreislaufgeschehens demonstriert werden können. Sämtliche Bauteile für das Kreislaufmodell sowie das Modell des Bunsenventils werden als komplette Bausätze von Schneider-Laborplan, 79219 Staufen angeboten. Literaturhinweis FALKENHAHN, H. H.: Handbuch der praktischen und experimentellen Schulbiologie, Menschenkunde Band II. Aulis Verlag, Köln 1970 Das hier vorgestellte Modell unterscheidet sich von den erwähnten wesentlich. Es lässt Schülerinnen und Schüler nicht in der Rolle des mehr oder weniger staunenden Zuschauers sondern ermöglicht den selbsttätigen Aufbau eines funktionierenden Kreislaufsystems. Dies kann zu einem vertieften Verständnis der tatsächlichen Verhältnisse führen. Im eigenständigen Umgang erfahren Schülerinnen und Schüler die Wirkungsweise einer Saug-Druck-Pumpe und erkennen, dass man Ventile einbauen muss, um mithilfe einer Pumpe eine Flüssigkeit von A nach B und zurück transportieren zu können. Als zu transportierende Flüssigkeit eignet sich Wasser (pro Gruppe etwa 0,5 Liter), das mit einer Spatelspitze Soda versetzt und mit 10 Tropfen Phenolphthalein angefärbt wurde. Alternativ zum Anfärben kann auch ein einfacher Strömungsanzeiger eingebaut werden. Alle benötigten Teile der Bausätze „Kreislaufmodell“ und „Bunsenventil“ sind auf den Arbeitsblättern S.36 bzw. S. 39 aufgelistet. Versuche und Aufgaben sind so konzipiert, dass Schülerinnen und Schüler, nachdem sie das Material kennen gelernt haben, das Kreislaufmodell Schritt für Schritt entwickeln und stufenweise selbstständig aufbauen können. Mit Ausnahme der beiden Reagenzgläser bestehen alle Bauteile aus bruchsicheren Materialien, sodass beim Aufbau keine Verletzungsgefahr besteht. Der eigenständige Umgang mit den Materialien und der selbsttätige Aufbau lassen Fehler zu. Nicht jedem Schüler ist von vornherein klar, dass für den Transport Ventile benötigt werden und wie diese in das System zu integrieren sind. Werden sie falsch eingebaut, ist kein Transport möglich. Außerdem besteht je nach Einbau Spritzgefahr. Angefärbtes Wasser kann zu Verunreinigung der Kleidung führen. Soll dieses Risiko vermieden werden, wäre es sinnvoll auf das Anfärben gänzlich zu verzichten und gegebenenfalls auf einen Strömungsanzeiger zurückzugreifen. Kennen lernen des Materials und Aufbau eines funktionierenden Kreislaufmodells nehmen etwa eine Doppelstunde in Anspruch. Für das Erstellen eines ausführlichen Versuchsprotokolls ist eine weitere Stunde zu veranschlagen. Sollen die benötigten Ventile selbst gebaut werden (s. „Bun- senventil“, S. 39), wird eine weitere Unterrichtsstunde benötigt. Arbeitsblatt Seite 36 1.1 Der Vorgang des Auspressens benötigt Muskelarbeit, während das Ansaugen passiv erfolgt. Mithilfe des Gummiballs lässt sich eine Flüssigkeit ansaugen und auspressen. Deshalb kann er als Saug-Druck-Pumpe bezeichnet werden. 1.2 Die Ventile lassen das Wasser nur in eine Richtung (hier von A nach B) durchströmen. Arbeitsblatt Seite 37 2.1 Neben einer Pumpe müssen Ventile eingebaut werden, um einen gerichteten Flüssigkeitsstrom zu erzeugen. 2.2 Um eine optimale Pumpleistung zu erzielen, müssen zwei Ventile in das System eingebaut werden. Die Ventile sind so anzuordnen, dass eines vor und eines nach der Pumpe liegt. Man kann also von einem Einlass- und einem Auslass-Ventil sprechen. (Dies entspricht der Funktion der Segelklappen und Taschenklappen.) Es muss unbedingt beachtet werden, dass beide Ventile gleichgerichtet sind, damit das „Blut“ von der Lunge (A) zur Muskulatur (B) strömen kann. Arbeitsblatt Seite 38 2.3 In der Regel wird zum Rücktransport von der Muskulatur zur Lunge zunächst nur eine einfache Schlauchverbindung angebracht. Beim Test dieser Versuchsanordnung stellen Schülerinnen und Schüler dann fest, dass so kein effektiver Kreislauf möglich ist. 2.4 Das gleichzeitige Betätigen beider Pumpen ermöglicht einen gleichmäßigen, kräftigen Blutstrom. Die Betätigung der beiden Pumpen im Wechsel erzeugt einen schwächeren Blutstrom und somit eine geringere Transportkapazität, bietet allerdings den einzelnen Pumpen längere Ruhephasen (Skizzen s. S. 35). 2.5 Das Kreislaufsystem arbeitet völlig unabhängig von der Lage. Sowohl in der Vertikalen, als auch in der Horizontalen ist ein gleichmäßiges Zirkulieren möglich. Arbeitsblatt Seite 39 Bau eines Bunsenventils: Die Ventile sind nur von A nach B durchlässig. Strömt die Flüssigkeit in den Schlauch ein, entsteht im Schlauch ein Innendruck, der den Schlitz öffnet. Wird Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung auf den Schlauch gepresst, drückt die Flüssigkeit die Schlauchwände zusammen und verschließt so die schlitzförmige Öffnung. © Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2003. Von dieser editierbaren Druckvorlage ist die Vervielfältigung und Veränderung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Für Veränderungen durch Dritte übernimmt der Verlag keine Verantwortung. 34 Seite aus: Prisma Biologie aktuell 1, ISBN: 3-12-028473-4 Autor: Wolfgang Zink Grafiken: Jörg Mair, Herrsching www.klett-verlag.de Zu 2.4: Aufbau des vollständigen Blutkreislaufmodells Zu 2.4: Skizze mithilfe der angegebenen Symole © Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2003. Von dieser editierbaren Druckvorlage ist die Vervielfältigung und Veränderung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Für Veränderungen durch Dritte übernimmt der Verlag keine Verantwortung. 35 Seite aus: Prisma Biologie aktuell 1, ISBN: 3-12-028473-4 Autor: Wolfgang Zink Grafiken: Jörg Mair, Herrsching www.klett-verlag.de Bau eines funktionsfähigen Kreislaufmodells (1) Versuchsmaterial pro Arbeitsgruppe: a) Bausatz: 2 Saug-Druck-Gummibälle, 2 T-Verbindungsstücke (Ø 8 mm), 4 Winkelverbinder (Ø 8 mm), 4 Schlauchverbinder gerade ( 8 mm, Länge 6 cm), 4 Rückschlagventile, 4 Silikonschläuche ( 8 mm, Länge 30 cm), 4 Silikonschläuche ( 8 mm, Länge 5 cm), 4 PVC-Schläuche (Ø 8 mm, Länge 18 cm), 2 Reagenzgläser ( 3 cm, Länge 20 cm), 2 Stopfen 29 mit 2 Bohrungen mit 8 mm b) Laborgeräte und Hilfsmittel: 1 Stativ mit 2 Doppelmuffen und 2 Universalklemmen, 2 Bechergläser (250 ml), Trichter, 0,5 l Wasser, Soda, Phenolphthaleinlösung Mithilfe des Bausatzes soll ein funktionsfähiges Kreislaufmodell entwickelt werden, das den Transport des Blutes von der Lunge zur Muskulatur und zurück simuliert. Dokumentiere Planungen, Beobachtungen und Versuchsergebnisse in deinem Biologieheft. 1. Kennen lernen des Materials: Versuch 1.1: Prüfe die Funktionsweise eines Gummiballs – Fülle ein Becherglas zu einem Drittel mit Wasser. – Färbe das Wasser, indem du eine Spatelspitze Soda hinzugibst, aufrührst und dann die Lösung mit 10 Tropfen Phenolphthaleinlösung versetzt. – Verbinde einen Gummiball mit einem der Schlauchverbinder. – Tauche nun den mit dem Gummiball verbundenen Schlauchverbinder ins Becherglas ein. Drücke den Ball zusammen und lass ihn sich danach wieder ausdehnen. Wiederhole zweimal. Aufgaben Welche Beobachtungen hinsichtlich der Flüssigkeit im Becherglas machst du beim Zusammendrücken, welche beim Ausdehnen? Protokolliere! Welcher Vorgang benötigt Muskelarbeit, welcher läuft passiv ab? Weshalb kann der Gummiball als Saug-Druck-Pumpe bezeichnet werden? Versuch 1.2: Überprüfung der Funktionsweise der Ventile – Verbinde eines der Ventile mithilfe eines Silikonschlauchstücks mit einem Trichter. Das dünnere Ventilende ist in der Skizze mit B, das dickere mit A gekennzeichnet. – Spanne nun den Trichter in ein Stativ ein. Stelle ein Becherglas unter die Versuchsanordnung und überprüfe die Durchlässigkeit des Ventils, indem du Wasser in den Trichter füllst. – Drehe danach das Ventil um und überprüfe die Durchlässigkeit erneut. Aufgabe Notiere, in welcher Richtung Flüssigkeit durch das Ventil strömen kann. © Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2003. Von dieser editierbaren Druckvorlage ist die Vervielfältigung und Veränderung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Für Veränderungen durch Dritte übernimmt der Verlag keine Verantwortung. 36 Seite aus: Prisma Biologie aktuell 1, ISBN: 3-12-028473-4 Autor: Wolfgang Zink Grafiken: Jörg Mair, Herrsching www.klett-verlag.de Bau eines funktionsfähigen Kreislaufmodells (2) 2. Schrittweise Entwicklung des Kreislaufmodells Versuch 2.1: Simulation des Transports von sauerstoffhaltigem Blut aus der Lunge in die Muskulatur – Spanne zwei Reagenzgläser in etwa derselben Höhe mithilfe zweier Universalklemmen so in ein Stativ ein, dass sie möglichst großen Abstand voneinander aufweisen (s. Abb.). – Fülle danach eines der beiden Gläser zu zwei Dritteln mit angefärbtem Wasser. Das mit angefärbtem Wasser gefüllte Glas symbolisiert die Lunge (A), das noch leere die Muskulatur (B), die es mit Sauerstoff zu versorgen gilt. – Verbinde nun Lunge und Muskulatur miteinander. Verwende dazu die in der unteren Abbildung angegebenen Bauteile. – Versuche Blut aus der Lunge zur Muskulatur zu pumpen. Aufgaben Protokolliere deine Beobachtung. Sollte ein Bluttransport in die Muskulatur nicht gelingen, suche nach einer möglichen Ursache und beschreibe diese! Welche zusätzlichen Bauteile sind für einen Flüssigkeitstransport von A nach B gegebenenfalls notwendige Voraussetzung? Weshalb? Versuch 2.2: Einbau von Ventilen in das Transportsystem Lunge – Muskulatur – Füge nun zuerst eines der Ventile in dein bisheriges Transportsystem ein. – Welche Veränderung hinsichtlich des „Blutstroms“ ist zu beobachten? – Reicht diese Veränderung für einen erfolgreichen Transport aus? Wenn nicht, überprüfe die Platzierung des Ventils! – Baue danach ein zweites Ventil ein. An welcher Stelle muss es nun sinnvollerweise platziert werden? Aufgabe Protokolliere deine Beobachtungen und Ergebnisse. © Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2003. Von dieser editierbaren Druckvorlage ist die Vervielfältigung und Veränderung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Für Veränderungen durch Dritte übernimmt der Verlag keine Verantwortung. 37 Seite aus: Prisma Biologie aktuell 1, ISBN: 3-12-028473-4 Autor: Wolfgang Zink Grafiken: Jörg Mair, Herrsching www.klett-verlag.de Bau eines funktionsfähigen Kreislaufmodells (3) Versuch 2.3: Entwickeln eines Rücktransportsystems Da das Blut nicht ständig neu gebildet wird, muss es nach der Sauerstoffabgabe zur Auffrischung wieder zur Lunge zurück gelangen. – Fülle nun zunächst beide Reagenzgläser zu 2/3 ihres Volumens mit angefärbtem Wasser. – Erweitere dein Modell so, dass ein Rücktransport zur Lunge möglich wird. Aufgabe Teste die erweiterte Versuchsanordnung. Funktioniert der Rücktransport? Versuch 2.4: Einbau einer zweiten Pumpe Der Einbau der zweiten Pumpe soll nun den Rücktransport von der Muskulatur zur Lunge unterstützen. – Baue die zweite Pumpe ins System ein. – Zwei weitere Ventile sind so einzubauen, dass die zweite Pumpe ihre Wirkung entfalten kann und ein gerichteter Blutstrom entsteht. – Betätige beide Pumpen a) gleichzeitig, b) nacheinander. Aufgaben Welchen Vorteil hat eine gleichzeitige Betätigung, welchen Vorteil bietet die Betätigung der Pumpen im Wechsel? Fertige eine einfache Skizze deines Sauerstofftransportsystems! Verwende hierfür folgende Symbole: Versuch 2.5: Veränderung der Lage Bei den bisherigen Experimenten waren Lunge und Muskulatur horizontal angeordnet, was den Verhältnissen bei einem liegenden Menschen entspricht. – Variiere nun mithilfe der Universalklemmen und Muffen dein Kreislaufsystem so, dass die Lunge sich senkrecht über der Muskulatur befindet. – Betätige die Pumpen deines Modells. Aufgabe Arbeitet es auch bei vertikaler Anordnung? © Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2003. Von dieser editierbaren Druckvorlage ist die Vervielfältigung und Veränderung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Für Veränderungen durch Dritte übernimmt der Verlag keine Verantwortung. 38 Seite aus: Prisma Biologie aktuell 1, ISBN: 3-12-028473-4 Autor: Wolfgang Zink Grafiken: Jörg Mair, Herrsching www.klett-verlag.de Bau und Funktion eines Bunsenventils Versuchsmaterial pro Arbeitsgruppe: a. Bausatz: Einwegspritze 20 ml, 1 Stopfen SB 19 (23/17) mit einfacher Bohrung mit 7 mm, 1 Silikonstopfen (9/6) ohne Bohrung, Silikonschlauch (Ø innen 7 mm, Länge 4 cm), 1 Schlauchverbinder ( 8 mm, Länge 6 cm), Schlauchstück aus PVC (Ø innen 4 mm, Länge 2 cm), Schlauchstück aus PVC (Ø innen 6 mm, Länge 4 cm), Gummischlauch (Ø innen 7 mm, Länge 4 cm) b. Laborgeräte und Hilfsmittel: Trichter Ø 6 cm, 2 Bechergläser 250 ml, Stativ mit Muffe und Universalklemme, Bleistift, Küchenmesser oder Skalpell, Glycerinlösung (85%) Bauanleitung: 1. Schiebe den Silikonschlauch über einen Bleistift und ritze mit einem Skalpell oder Messer einen etwa 1 cm langen Längsschnitt in den Schlauch. 2. Tauche den Schlauchverbinder zunächst zur Erhöhung der Gleitfähigkeit in Glycerin und setze ihn dann so in den Stopfen SB 19 ein, dass er den schmalen Teil des Stopfens 1 cm überragt. Schiebe den eingeritzten Silikonschlauch auf den überstehenden Schlauchverbinder und verschließe das freie Schlauchende mit dem Silikonstopfen (9/6). 3. Setze nun das Schlauchstück mit Stopfen, wie in der Skizze angegeben, in die Spritze ein (A). 4. Schiebe dann die beiden PVC-Schlauchstücke (als Verbinder für einen Gummischlauch) über den Kanülenansatz der Spritze (B). Versuch 1: Funktionsprüfung des Ventils – Spanne dein Ventil, wie in der nachfolgenden Skizze gezeigt, zunächst in Richtung B A (später auch in Richtung A B) senkrecht in das Stativ ein. – Stelle ein 250-ml-Becherglas als Auffanggefäß darunter. – Befestige den Trichter mithilfe des Gummischlauches am Ventil (s. Abb.) und gieße Wasser in den Trichter. – In welche Richtung ist das Ventil durchlässig? Erkläre! © Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2003. Von dieser editierbaren Druckvorlage ist die Vervielfältigung und Veränderung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Für Veränderungen durch Dritte übernimmt der Verlag keine Verantwortung. 39
