Arbeitsblatt: Knochen

Werkstattarbeit Knochen Livia Munz Fachdidaktik Biologie 2.1 Sekundarstufe FHNW Basel Dozent: Ruedi Küng März 2012 Werkstattarbeit zum Knochen Informationen: Zusammensetzung des Knochens: Knochen sind lebendig. Sie übernehmen eine Vielfalt von Funktionen und sind sehr speziell aufgebaut. Knochen haben eine enorme Biegefestigkeit, sind trotzdem sehr elastisch und haben eine grosse Festigkeit gegenüber Zug und Druck. Diese Eigenschaften verdanken sie ihrer speziellen Zusammensetzung aus unterschiedlichen Baustoffen. Das Knochengewebe ist zusammengesetzt aus 2025% Wasser, 25-30% organischen Substanzen wie Knochenzellen und Grundsubstanz und 45-55% Kalk. Mit dem Alter nimmt der Anteil des Knochenleims im Knochen ab und der Anteil des Kalks im Knochen zu. Aus diesem Grund werden die Knochen im Alter brüchig. Knorpel: Bei einem Fetus besteht noch fast das ganze Skelett aus Knorpel. Knorpelzellen enthalten sehr viel Wasser und kollagene Fasern und eignen sich darum zum Auffangen grosser Drucke. Weil die nicht dehnbaren Fibrillen in unterschiedliche Richtungen verlaufen, ist das Knorpelgewebe ziemlich verformbar, ohne Schaden zu nehmen. Das Knorpelgewebe enthält keine Blutgefässe. Es wird von der Knorpelhaut versorgt. Sobald die Blutgefässe ins Knorpelgewebe hineinwachsen, verwandelt sich das Knorpelgewebe in Knochengewebe. Bei älteren Fetus weisen schon mehrere Skelettteile verknöcherte Zonen auf. Diese Knorpelteile werden mit zunehmendem Alter vermehrt verknöchert. Bei älteren Personen werden langsam auch die knorpeligen Rippenteile verknöchert, was langsam zu zunehmenden Atembeschwerden führen kann. Das Knochengewebe: Da in den fertigen Knochen nicht nur die organischen, sondern auch die anorganischen Bestandteile dauernd erneuert werden, hat der Körper einen täglichen Bedarf an Calcium, Phosphor und Vitamin D. Innert ungefähr 200 Tagen wird das gesamte Knochenkalzium ausgetauscht. Das Knochengewebe ist sehr stark durchblutet. Lernziele: SuS kennen den Grob- und Feinaufbau eines Röhrenknochens und können ihn beschreiben. SuS können erklären, woraus Knochen bestehen. SuS haben erkannt, dass Knochen ein lebendiges Gebilde sind, die einen Stoffwechsel haben. Aufbau der Postenarbeit: Posten 11: Aufbau eines Knochens Posten 12: Feinaufbau eines Röhrenknochens Posten 13: Bälkchenstruktur im Knochen, Versuch zur Festigkeit Posten 14: Versuch: Woraus bestehen die Knochen? Posten 15: Der Anteil des Knochenleims nimmt mit zunehmendem Alter ab. Posten 16: Zusammenfassung 2 3 Materialliste: Kopien und Postenvorbereitung Frischer Querschnitt durch einen Oberschenkelknochen Kalkstücke Holzwürfelchen Hühnerknochen, der schon seit einigen Tagen in Salzsäure oder Essig eingelegt ist. Bunsenbrenner Hühnerknochen Gittergestell, um über den Bunsenbrenner zu stellen 4 zylindrische Bauklötze (ø: ca. 4 cm, Länge: ca. 10 cm) Klopapierrollen, pro Gruppe mindestens vier. Ein Holzbrett (40cm 40cm 1,5cm) Schulbücher, Quellen: Menschenkunde: für die Sekundarstufe I, Forster Jakob, Verlag SekZH, 2006, S. 55 – 137. Urknall 5/6: Aegerter Klaus, Klett und Balmer Verlag Zug, 2009, Schulbuch S. 9/120 – 9/125, Lehrerhandbuch S. 249 – 259. Biologie 1 GN: Bayerischer Schulbuch Verlag GmbH,1999, Schulbuch S. 21 – 30, Lehrerhandbuch S. 17 – 28. 4 Laufblatt zur Werkstattarbeit: Knochen 5 Num mer 11 Postenname Zeit Wie viele? Aufbau eines Knochens 12 13 Feinaufbau eines Röhrenknochens Vergleich Knochen Eiffelturm 14 15 Woraus bestehen die Knochen? Anteil des Knochenleims 25 min 15 min 25 min 30 min 15 min Bemerkungen Auch als Hausaufgabe möglich Versuch Versuch Auch als Hausaufgabe möglich Gelöst Posten 11: Aufbau eines Knochens 1. Vor dir liegt ein Längsschnitt durch einen Oberschenkelknochen. Schaue ihn dir mit deinem Arbeitspartner deiner Arbeitspartnerin genau an und bespricht zusammen, was ihr erkennen könnt. 2. Beschreibe in dein Biologieheft, was du erkennen kannst. Welche Farben kannst du erkennen? Stelle eine Vermutung an, wieso der Längsschnitt so gefärbt ist. Wo kannst du Hohlräume erkennen, wo ist der Knochen eher dick? Was beeindruckt dich, wenn du den Knochen anschaust? Wo hast du schon geahnt oder gewusst, dass es so aussehen würde? 3. Nimm das Arbeitsblatt aus der Mappe und beschrifte mit Hilfe der Begriffe die Abbildung. 6 Posten 11: Arbeitsblatt Längsschnitt durch das obere Ende eines Oberschenkelknochens. Ordne die Begriffe auf dem farbigen Papier den passenden Nummern der Abbildung zu. 1 2 3 4 5 1. Überprüfe deine Beschriftung mit der Lösung. 2. Schau dir nun nochmals genau den Querschnitt des Oberschenkelknochens an. Kannst du die unterschiedlichen Begriffe am Knochen erkennen? Beantworte in dein Biologieheft folgende Fragen: 1. Woran erkennst du die Knorpelschicht? 2. Kannst du die Knochenbälkchen erkennen? Beschreibe sie. 3. Was kannst du über das Knochenmark sagen? 4. Miss die Knochenrinde mit einem Massstab nach. Wie dick ist sie? Ist sie an einigen Knochen dicker? Falls ja, wo? 5. Kannst du die Knochenhaut erkennen? Falls ja, beschreibe sie. Falls du sie nicht erkennen kannst, hast du eine Vermutung, wo sie ist? 7 Posten 11: Lösung Längsschnitt durch das obere Ende eines Oberschenkelknochens. Ordne die Begriffe auf dem farbigen Papier, den passenden Nummern der Abbildung zu. 1 Knochenhaut 2 Knochenrinde 3 Knochenbälkchen des Schwammgewebes 4 Knochenmark 5 Knorpelschicht im Bereich des Hüftgelenkes 1. Überprüfe deine Beschriftung mit der Lösung. 2. Schau dir nun nochmals genau den Querschnitt des Oberschenkelknochens an. Kannst du die unterschiedlichen Begriffe am Knochen erkennen? Beantworte in dein Biologieheft folgende Fragen: 1. Woran erkennst du die Knorpelschicht? Helle, weichere Schicht an den Gelenkenden des Knochens. 2. Kannst du die Knochenbälkchen erkennen? Beschreibe sie. Dünne netzartige Strukturen aus Knochenmaterial, in den breiteren Enden der Knochen. 3. Was kannst du über das Knochenmark sagen? Das Knochenmark ist eine zähe Masse, die dunkel bis hell gefärbt sein kann. Das dunklere (rote) Knochenmark produziert die roten Blutkörperchen. 4. Miss die Knochenrinde mit einem Massstab nach. Wie dick ist sie? Ist sie an einigen Knochen dicker? Falls ja, wo? An den dünnen, langen Stellen des Knochens ist die Knochenrinde dicker, als an den breiteren Enden, da sie dort von der Knorpelschicht abgelöst wird. 5. Kannst du die Knochenhaut erkennen? Falls ja, beschreibe sie. Falls du sie nicht erkennen kannst, hast du eine Vermutung, wo sie ist? Schabe mit einem scharfen Messer ein wenig am Knochen. Die Knochenhaut lässt sich relativ einfach vom Knochen abschaben. Sie ist eine dünne, durchsichtige Haut, die den Knochen überzieht. 8 Posten 11: Begriffe Folgende Begriffe sollten auf ein farbiges Blatt Papier ausgedruckt und ausgeschnitten werden und neben die Postenbeschreibung gelegt werden. Knochenhaut Knochenrinde Knochenbälkchen des Schwammgewebes 9 Knochenmark Knorpelschicht im Bereich des Hüftgelenkes Posten 12: Feinaufbau eines Röhrenknochens 1. Nimm das Arbeitsblatt aus der beiliegenden Mappe. Übertrage die beschriftete Abbildung auf dein eigenes Arbeitsblatt. 1 Knochenhaut mit Nerven und 2. Vervollständige danach den Lückentext Blutgefässen. auf deinem Arbeitsblatt. 2 Knochenlamellen 3 Knochensäulchen 4 Knochenbälkchen (Schwammgewebe) 5 Blutgefässe (versorgen den ganzen Knochen) 10 Posten 12: Arbeitsblatt Feinaufbau eines Röhrenknochens An einem Röhrenknochen lassen sich drei verschiedene „Bau-Zonen erkennen: 1 Die Knochenrinde besteht aus 2 , die rund um den 3 Knochen führen. 4 Die innere setzt sich aus 2 cm langen 5 zusammen. Im besteht der Knochen aus schwammartig angeordneten. 11 äussere, Innern, Knochenbälkchen, Knochenrinde, Knochensäulchen, Schichten Posten 12: Lösung Feinbau eines Röhrenknochens 1 Knochenhaut mit Nerven und Blutgefässen. An einem Röhrenknochen lassen sich drei verschiedene „Bau-Zonen erkennen: Die äussere Knochenrinde besteht aus 3 Knochensäulchen Schichten, die rund um den Knochen 4 Knochenbälkchen (Schwammgewebe) führen. 5 Blutgefässe versorgen den ganzen Knochen. Die innere Knochenrinde setzt sich aus 2 2 Knochenlamellen cm langen Knochensäulchen zusammen. Im Inneren besteht der Knochen aus schwammartig angeordneten Knochenbälkchen. 12 äussere, Innern, Knochenbälkchen, Knochenrinde, Knochensäulchen, Schichten 13 Posten 13: Vergleich Knochen Eiffelturm Seite 1 Vergleiche die Abbildung zum Aufbau eines Knochens mit den weiteren Bildern. Abbildung: Aufbau eines Knochens Eiffelturm Baukräne Brücke Warum werden dir solche Abbildungen vorgelegt? Was hat der Knochen mit einem Baukran, dem Eiffelturm und einer Brücke zu tun? Überlege dir genau, welche Ähnlichkeiten du erkennen kannst. Mache dir dazu Notizen in dein Biologieheft. Schaue dir danach erst die zweite Seite an. Posten 13: Vergleich Knochen Baukran Seite 2 Hilft dir nun diese Abbildung, um eine Ähnlichkeit zu finden? Falls du die Ähnlichkeit schon gefunden hast, hat diese Abbildung deine Annahme bestätigt? Übertrage folgenden Text in dein Biologieheft: In vielen Knochen wird Material gespart und das Gewicht verringert, indem anstelle des Massivbaus Bogenkonstruktionen mit Knochenbälkchen treten. 14 Nun fragst du dich sicher, ob der Knochen mit dieser Bälkchenstruktur nicht weniger stabil ist, als ein vollständig aufgefüllter Knochen. Um dies zu überprüfen sollst du den beiliegenden Versuch durchführen. Posten 13: Versuch Seite 3 15 Versuche zur Überprüfung der Festigkeit der Röhrenknochen Während dem du die Versuche durchführst, sollst du in dein Biologieheft genau protokollieren, was du machst. Material: 4 zylindrische Bauklötze (ø: ca. 4 cm, Länge: ca. 10 cm) mindestens 4 Klopapierrollen ein Holzbrett, etwa 40 cm 40 cm 1,5 cm Versuch 1: Stelle die vier Holzzylinder so auf, dass du das Brett darauf legen kannst. Der leichtere Schüler, die leichtere Schülerin stellt sich auf das Brett. Hält die Konstruktion dem Gewicht des Schülers, der Schülerin stand? Protokolliert in euer Heft, was ihr gemacht habt und haltet eure Schlussfolgerungen fest. Versuch 2: Stelle vier Klopapierrollen auf und lege das Brett darauf. Derselbe Schüler, dieselbe Schülerin soll sich wieder auf das Brett stellen. Hält die Konstruktion dem Gewicht des Schülers, der Schülerin stand? Protokolliert in euer Heft, was ihr gemacht habt und haltet eure Schlussfolgerungen fest. Versuch 3: Schneidet die 4 Kartonrollen der Länge nach auf und stellt sie wieder so hin, wie in Versuch 2. Legt danach wieder das Brett drauf. Derselbe Schüler oder dieselbe Schülerin, soll sich wieder auf das Brett stellen. Hält die Konstruktion dem Gewicht des Schülers, der Schülerin stand? Protokolliert in euer Heft, was ihr gemacht habt und haltet eure Schlussfolgerungen fest. Schreibt eine Zusammenfassung von den drei Versuchen und zieht daraus Schlüsse zum Aufbau der Knochen. Posten 13: Versuch Lösung 16 Versuche zur Überprüfung der Festigkeit der Röhrenknochen Versuch 1: Die vier Holzzylinder wurden so aufgestellt, dass wir ein Brett darauf legen konnten. Das bedeutet, in jede Ecke kam ein Zylinder. (Name) ist darauf gestanden und die Holzzylinder konnten die Last ohne Problem tragen. Versuch 2: Die vier Holzzylinder wurden gegen vier Klopapierrollen ausgewechselt. (Name) ist vorsichtig darauf gestanden und die Klopapierrollen konnten die Last ohne Problem tragen. Versuch 3: Nun haben wir die Klopapierrollen der Länge nach aufgeschnitten. (Name)_ ist darauf gestanden und die Konstruktion ist zusammengebrochen. Die aufgeschnittenen Klopapierrollen konnten die Last nicht mehr tragen. Schlussfolgerungen Auch die viel leichteren Kartonröhren können grosse Lasten tragen, nicht nur die massiven, schweren Holzzylinder. Aufgeschnittene Kartonröhren sind hingegen nicht mehr tragfähig. Sie haben ihre Stabilität verloren. Viele Knochen sind innen hohl und trotzdem sehr tragfähig. Mit massiv gebauten Knochen wären wir viel schwerer. Posten 14: Versuch 17 Woraus bestehen die Knochen? Material: Hühnerknochen, Bunsenbrenner, Drahtnetz, Salzsäure (10%), Kalksteine, Zündhölzchen Versuch 1: Ausglühen von Knochen: Nimm den Bunsenbrenner, Zündhölzchen, das Drahtnetz und einen Hühnerknochen und gehe nach draussen. Führe deinen Versuch auf einem unbrennbaren, stabilen Untergrund (wie Teerboden) durch. Glühe mit einem Bunsenbrenner den Hühnerknochen während mindestens 15 Minuten auf einem Drahtnetz aus. Lasse ihn danach eine kurze Zeit abkühlen, bevor du ihn in die Hände nimmst. Nimm den Knochen danach in die Hände und finde heraus was sich verändert hat. Protokolliere in dein Biologieheft den Versuch und deine Beobachtungen, die aus dem Versuch resultieren. Überlege dir, warum sich der Knochen so verändert hat und was demnach deine Schlussfolgerungen dazu sind. Versuch 2: Behandlung von Knochen mit verdünnter Salzsäure: Vor dir steht ein Knochen der schon seit einigen Tagen in einer verdünnten Salzsäure liegt. Nimm das Glas nebenan, das Salzsäure enthält. Lege ein Stück Kalk hinein. Protokolliere, was du gemacht hast und was du nun beobachtest. Nimm nun den Knochen mit einer Zange aus der Salzsäure heraus. Trockne ihn mit einem Papier gut ab und nimm ihn in die Hand. Was fällt dir auf? Protokolliere deine Beobachtungen ins Biologieheft. Lege das Stück Knochen wieder zurück in die Salzsäure. Überlege dir, warum sich der Knochen so verändert hat und was demnach deine Schlussfolgerungen dazu sind. Schreibe eine kurze Zusammenfassung zum Versuch in dein Biologieheft. 18 Posten 14: Lösung Woraus bestehen die Knochen? Lösung Versuch 1: Ausglühen von Knochen Der ausgeglühte Knochen hat zwar seine Form behalten, er ist aber spröde und brüchig geworden. Glühen wir einen Knochen auf einem Drahtnetz aus, so bleibt nur hartes, unbrennbares Material zurück. Es ist Kalk, das zurückbleibt. Lösung Versuch 2: Behandlung von Knochen mit verdünnter Salzsäure Um das Stück Kalk herum beginnt es zu sprudeln. Das Kalkstück löst sich langsam auf. Wenn wir den Knochen in die Hand nehmen, merken wir, dass der Knochen weich und biegsam geworden ist. Die Zugfestigkeit hat der Knochen weitgehend verloren. Wie im Versuch bemerkt wird das Stück Kalk von der Salzsäure aufgelöst. Salzsäure, löst also Kalk auf. Dies geschieht auch mit dem Knochen. Der Kalk im Knochen wurde herausgelöst. Zurück bleibt nur noch der säurebeständige Knochenleim. Schlussfolgerung Zusammenfassung: Der Kalk gibt dem Knochen die nötige Festigkeit. Der Knochenleim kittet die Kalkteilchen zusammen. Posten 15: Arbeitsblatt Arbeitsauftrag: Fülle den Lückentext aus. Färbe danach in der Skala den Anteil des Kalks mit blau und den Anteil des Knochenleims mit rot ein. Der Anteil des Knochenleims nimmt mit zunehmendem Alter ab. 1. Die Knochen von Säuglingen bestehen zu je 50% aus und . 2. Die Knochen von und jüngeren Erwachsenen bestehen zu 65-70% aus Kalk und zu aus Knochenleim. 3. Die Knochen von älteren Personen sind viel weniger kompakt aufgebaut und bestehen nur noch zu höchstens 25% aus. Sie sind darum recht. Schon ein harmloser Sturz kann schlimme Folgen haben. 19 Posten 15: Lösung Der Anteil des Knochenleims nimmt mit zunehmendem Alter ab. 1. Die Knochen von Säuglingen bestehen zu je 50% aus Kalk und Knochenleim. 2. Die Knochen von Jugendlichen und jüngeren Erwachsenen bestehen zu 65-70% aus Kalk und zu 30- 35% aus Knochenleim. 3. Die Knochen von älteren Personen sind viel weniger kompakt aufgebaut und bestehen nur noch zu höchstens 25% aus Knochenleim. Sie sind darum recht brüchig. Schon ein harmloser Sturz kann schlimme Folgen haben. 20 Posten 16: Zusammenfassung Aufbau des Knochens Der Knochen ist ein Gebilde, das sich ständig verändert. Mit zunehmendem werden die Knochen und. Erst wenn wir sind, haben unsere Knochen ihre grösste Festigkeit erreicht. Unsere Knochen bestehen aus und . Dank dieser Verbindung kann er grosse Last und aushalten. Das Schienbein vermag das Gewicht einer ganzen Schulklasse zu tragen! Der grösste Teil des Knochens ist von einer zähen Haut, der, überzogen. In ihr hat es viele die bis ins Innere des Knochens reichen. Zudem finden wir in dieser Haut viele . Deshalb ist ein harter Schlag ans Schienbein sehr schmerzhaft! Das ist in den Hohlräumen der Knochen. Dort entstehen die roten zum Sauerstofftransport. Weil die meisten unserer Knochen hohl sind, beträgt ihr Gesamtgewicht etwa nur 15 Kilogramm. Jewir werden, desto werden unsere Knochen. Daher ereignen sich im Alter auch mehr Knochenbrüche. Der Anteil an sinkt und es ist immer mehr vorhanden. 21 Posten 16: Lösung Der Knochen ist ein lebendes Gebilde, das sich ständig verändert. Mit zunehmendem Alter werden die Knochen grösser und fester. Erst wenn wir erwachsen sind, haben unsere Knochen ihre grösste Festigkeit erreicht. Unsere Knochen bestehen aus Kalk und Knochenleim. Dank dieser Verbindung kann er grosse Last und Stösse aushalten. Das Schienbein vermag das Gewicht einer ganzen Schulklasse zu tragen! Der grösste Teil des Knochens ist von einer zähen Haut, der Knochenhaut, überzogen. In ihr hat es viele Blutgefässe, die bis ins Innere des Knochens reichen. Zudem finden wir in dieser Haut viele Nerven. Deshalb ist ein harter Schlag ans Schienbein sehr schmerzhaft! Das Knochenmark ist in den Hohlräumen der Knochen. Dort entstehen die roten Blutkörperchen zum Sauerstofftransport. Weil die meisten unserer Knochen hohl sind, beträgt ihr Gesamtgewicht etwa nur 15 Kilogramm. Je älter wir werden, desto brüchiger werden unsere Knochen. Daher ereignen sich im Alter auch mehr Knochenbrüche. Der Anteil an Knochenleim sinkt und es ist immer mehr Kalk vorhanden. 22