
FNR, Script
Benötigtes Material
Zyklus: 4
Dauer: 1-2 Schulstunden
Ablauf
Um Dich mit dem Ablauf und dem Material vertraut zu machen, ist es wichtig, dass Du das Experiment im Vorfeld einmal durchführst.
Möchtest Du die SchülerInnen das Experiment dokumentieren lassen? Am Ende dieses Artikels (über der Infobox) findest Du ein Forschertagebuch (PDF mit zwei A4-Seiten), welches deine SchülerInnen hierfür nutzen können.
Schritt 1: Stellt eine Frage und formuliert Hypothesen
Die Frage, die Ihr euch in dieser Einheit stellt, lautet:
Wie viel Luft passt in unsere Lungen?
Als Einstieg in das Thema bitte die SchülerInnen, ihre Augen zu schließen und die Hände auf den Hals, dann auf den Brustkorb (und vielleicht auch den Bauch und die Taille) zu legen und ein paarmal tief ein- und auszuatmen. So können sie selbst den Weg der Atemluft verfolgen. Sie können spüren, wie die Luft ein- und ausströmt und wie der Brustkorb sich ausdehnt und wieder abflacht.
Doch wie viel Luft passt eigentlich in unsere Lungen? Haben alle Menschen gleichgroße Lungen? Wovon hängt die Lungengröße ab? Gibt es Unterschiede zwischen Kindern und Erwachsenen? Ist das Lungenvolumen abhängig von der Körpergröße, vom Gesundheitszustand usw.? Ist das Lungenvolumen von Sportlern größer als das von eher unsportlicheren Menschen? Lasse die Kinder Vermutungen anstellen, wie viel Luft (in Litern) wohl in ihre Lungen passt. Damit sich die SchülerInnen gut vorstellen können, wieviel Volumen einem Liter entspricht, zeige ihnen den Messbecher oder weise sie darauf hin, dass Saft und Milch häufig in 1-Liter-Packungen angeboten wird.
Halte die Hypothesen an der Tafel fest. Die richtige Antwort zu finden ist hier nebensächlich. Es geht vielmehr darum Ideen zu entwickeln und herauszufinden, was die SchülerInnen bereits wissen.
Schritt 2: Führt das Experiment durch
Um herauszufinden, wieviel Luft in die Lungen passt, kann jede(r) SchülerIn nun sein/ihr eigenes Lungenvolumen bemessen.
Du kannst den SchülerInnen sofort die Anleitungen zum Experiment geben, du kannst sie aber auch, um ihre Neugierde zu wecken, zuerst in Gruppen überlegen und ausprobieren lassen, wie man das Lungenvolumen bemessen könnte. Dies erhöht den Zeitaufwand, ist aber sehr ergiebig.
Gehe folgende Schritte gemeinsam mit den SchülerInnen durch, aber lasse sie das Experiment selbst durchführen:
- Stelle den Eimer in die Schüssel oder Wanne und fülle ihn randvoll mit Wasser.
- Nimm tief Luft und atme einmal in den Luftballon aus. Versuche, so viel Luft wie nur möglich mit einer Ausatmung in den Ballon zu blasen. (Da sich einige Ballons beim erstmaligen Gebrauch nur schwer aufblasen lassen, kannst du deinen Ballon auch im Vorfeld einmal aufblasen und die Luft wieder entweichen lassen.)
- Verknote den Ballon.
- Drücke deinen Ballon nun in den mit Wasser gefüllten Eimer. Versuche, ihn vollständig im Eimer zu versenken.
- Nun kannst du das übergelaufene Wasser, das in der Schüssel oder in der Wanne gesammelt wurde, in den Messbecher schütten und das Volumen ablesen.
Schritt 3: Beobachtet was passiert
Je nach Alter, Fitness und Körpergröße werden die SchülerInnen zwischen 1,5 und 3,0 Liter gemessen haben. (Die Angaben beziehen sich auf Kinder, die zwischen 10-11 Jahre alt und 140-145cm groß sind).
Da es unmöglich ist, die Lungen vollkommen zu entleeren, ist das tatsächliche Lungenvolumen etwa einen Liter größer als bemessen.
Entsprechen die Resultate in etwa den Schätzungen der SchülerInnen?
Lasse die SchülerInnen berichten, welche Erfahrungen sie gemacht haben.
Schritt 4: Erklärt das Ergebnis
Gesunde Erwachsene haben ein Lungenvolumen zwischen 4,2-6,0 Litern. Tatsächlich durch Ein- und Ausatmen bewegt werden können aber nur etwa 3,5-4,8 Liter, da 0,7-1,2 Liter Luft aus verschiedenen Gründen immer in der Lunge bleiben müssen. Beispielsweise, um ein Zusammenfallen und irreversibles Verkleben der Lungenbläschen zu verhindern. Das Lungenvolumen ist abhängig von der Körpergröße und dem Gesundheitszustand eines Menschen. Raucher haben ein geringeres Lungenvolumen als Nichtraucher, da die Elastizität der Lungenbläschen mit der Zeit nachlässt. Das Lungenvolumen lässt sich trainieren, Leistungsschwimmer können beispielsweise bis zu acht Liter, Apnoe-Taucher sogar bis zu zehn Liter Luft aufnehmen.
Natürlich ist die oben beschriebene Methode zur Bestimmung des Lungenvolumens wissenschaftlich nicht hundertprozentig exakt: Es bedarf schon einiger Fingerfertigkeit, den Ballon ganz zu versenken, ohne die Finger mit ins Wasser einzutauchen. Es kann auch sein, dass beim Verknoten des Ballons etwas Atemluft entweicht. Wie schon bei Punkt 3 angegeben, ist es unmöglich, die Lungen vollständig zu entleeren. Das tatsächliche Lungenvolumen ist also größer als das gemessene Volumen.
Da das Lungenvolumen abhängig von der Körpergröße ist, haben Kinder ein geringeres Lungenvolumen als Erwachsene. Mit steigendem Alter nimmt das Lungenvolumen zu, ab etwa 25 Jahren allerdings auch wieder ab.
Eine detailliertere Erklärung und weitere Infos findest Du in der Infobox.
Anmerkung: Du musst als LehrerIn nicht alle Antworten und Erklärungen bereits kennen. Es geht in dieser Rubrik „Ideen für den naturwissenschaftlichen Unterricht in der Grundschule“ vielmehr darum den SchülerInnen die wissenschaftliche Methode (Frage – Hypothese – Experiment – Beobachtung/Fazit) näher zu bringen, damit sie lernen diese selbstständig anzuwenden. Ihr könnt die Antwort(en)/Erklärung(en) in einem weiteren Schritt gemeinsam in Büchern, im Internet oder durch Experten-Befragung erarbeiten.
Oft werfen das Experiment und die Beobachtung (Schritt 2 & 3) neue Fragen auf. Nimm Dir die Zeit auf diese Fragen einzugehen und Schritt 2 und 3 mit Hinblick auf die neugewonnenen Erkenntnisse und mit anderen Variablen zu wiederholen.
Lade Dir diese Experimentbeschreibung als vollständigen Unterrichtsentwurf oder in Kurzfassung (ohne erweiterte Experimente, Ausflugsziele, und weitere zusätzliche Infos) als PDF Datei herunter.
Autoren: Marianne Schummer und Olivier Rodesch (script), Michèle Weber (FNR), Insa Gülzow (scienceRelations)
Redaktion: Michèle Weber (FNR)
Konzept: Jean-Paul Bertemes (FNR), Michelle Schaltz (FNR); Joseph Rodesch (FNR), Yves Lahur (script)

Die Ausarbeitung dieser Rubrik wurde von science.lu in Kooperation mit dem Script (Service de Coordination de la Recherche et de l´Innovation pédagogiques et technologiques) durchgeführt.