begabungsfördernder natur- wissenschaftlicher unterricht mit ... - ÖZBF

4.5.6 Assignment „Biophysik“ – Nawi 8. Klasse
Das Assignment verschränkt Gebiete der Physik mit Biologie bis in die Medizin und
besteht aus 4 größeren Bereichen, nämlich aus den Einheiten Grundlagen der Strömungslehre,
Viskosität, Biographie und Plakatgestaltung.
Für die Bearbeitung des gesamten Themas stehen 3 Arbeitswochen (6 Unterrichtseinheiten)
zur Verfügung.
Es findet ein „Class meeting“ und 3 Lectures statt. In den Lectures präsentiert jeweils
ein Schülerteam die Biographie eines Physikers, dessen Namen man im Zusammenhang
mit Strömungslehre kennen sollte.
Folgende Kenntnisse und Fähigkeiten sollen die SchülerInnen nach dem Durcharbeiten
des Arbeitsprogramms haben:
Wesentliche Grundlagen der Strömungslehre, wie Hydrodynamisches Paradoxon,
Bernoulli Gleichung, ideale und reale Fluide auf Transporterscheinungen
anwenden können.
Viskositätsmessung durchführen und über das Prinzip bescheid wissen.
Wissenschafter und ihre Erkenntnisse im historischen Kontext sehen.
Ein biologisch relevantes Thema anhand eines Plakats präsentieren.
Bei den „Grundlagen Strömungslehre“ stehen den SchülerInnen einige einfach
durchzuführende Vorversuche zur Wahl, die sich alle durch einen Überraschungseffekt,
dem hydrodynamischen Paradoxon, auszeichnen. Sie sollen durch genaue Beobachtung
und Überlegung dieses physikalische Phänomen beschreiben und weitere
Anwendungsbeispiele finden.
Danach folgt eine einfache Berechnung zur Strömungsgeschwindigkeit am Beispiel
einer Arterie.
Die 2. sehr umfangreiche Einheit widmet sich der Viskosität. Es soll anfangs der Begriff
Viskosität erklärt und mit typischen Werten für unterschiedliche Fluide ergänzt
werden.
Die SchülerInnen sollen am Beispiel Blut zeigen, dass es Unterschiede zwischen
Newton’schen und Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten gibt und in diesem Zusammenhang
die Begriffe Rheopexie und Thixotropie anhand von Beispielen erklären.
Sie sollen weiters ein Diagramm, aus dem Blutbestandteile prozentuell ersichtlich
sind, anfertigen und recherchieren, welche Funktionen Blut im Kreislaufsystem erfüllt.
Danach steht ihnen die Möglichkeit offen, sich weiter in das Thema zu vertiefen, zur
Wahl steht das Rechenbeispiel „Reynoldszahl“, das die SchülerInnen mit Werten für
laminare und turbulente Strömungen vertraut machen und eine Vorstellung geben
soll, wie sich Ablagerungen in einem Gefäß auf die Reynoldszahl auswirken können
oder eine Recherche zum Thema Blutdruckmessung.
Den Abschluss dieser Einheit bilden Messmethoden zur Bestimmung der Viskosität.
Die SchülerInnen bestimmen die Zähigkeit von Öl mit Hilfe des Stokes’schen Kugelfallviskosimeters
bei unterschiedlichen Temperaturen und stellen die Abhängigkeit
der Zähigkeit von der Temperatur graphisch dar. Schließlich recherchieren sie 2 wei-
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