Experimentieren und ausprobieren gehört zu den schönsten und wichtigsten Dingen im Biologieunterricht bzw. in der Umweltbildung und man kann auch mit einfachen Experimenten im Unterricht oder zu Hause vieles leicht selbst entdecken.
Bei diesem Versuch handelt es sich lediglich um einen Geschmackstest, d.h. er ist lange nicht so präzise wie die üblichen Tüpfelprobe mit Iod-Kaliumiodid-Lösung, dafür aber einfach, schnell und gefahrlos auch mit Kleinstkindern durchführbar.
Zeit
ca. 10 Minuten
Material & Geräte
Mehl oder Stärke, Getreidekörner (gequollen), Messer, Schneidebrett
Durchführung
Die Getreidekörner werden über Nach in Wasser eingeweicht
die gequollenen Körner mit einem Meser zerschneiden und beschreiben
Probieren und mit Mehl oder Stärke durch probieren vergleichen
Auswertung
Das Innere der Getreidekörner sieht beim Zerschneiden bereits mehlig aus. Die Geschmacksprobe bestätigt dies.
Variante (Tüpfelprobe mit Iod-Kaliumjodidlösung)
In einem Reagenzglas etwas destilliertes Wasser und etwas Stärke mischen und einige Tropfen der Iod-Kaliumjodidlösung (Lugolsche Lösung) hinzugeben. Die Probe verfärbt sich tiefblau und dient als Referenz bzw. Kontrolle für die zu beprobenden Lebensmittel. Mit der Lugolschen Lösung lassen sich ann viele verschiedene Lebensmittel auf ihren Stärkegehalt prüfen. Je mehr Stärke ein Lebensmittel enthält, desto dunkler färbt sich die Lösung.
Die Testsubstanz wird mittels Piipette/Glasstab auf das Löschpapier getropft, bzw. verrieben
Das Löschpapier wird getrocknet und die Ergebnisse verglichen.
Man kann auch mit Fingern, Nasen oder Haaren versuchen Fettflecke zu produzieren
Die produzierten Fettflecke lassen sich (mit relativ guter Genauigkeit) auch niach ihrer Inensität sortieren. (Sahne –> Vollmilch –> fettarme Milch)
Auswertung
Es bilden sich die typischen Fettflecke, die nach dem trocknen meist auch sehr gut zu erkennen sind. Je höher der Fettgehalt der Probe, desto durchsichtiger wird darüber hinaus das Papier. Gleichzeitig kann man auf diese Weise fettige Finger und andere fettige Körperoberflächen nachweisen und schaft so die Verbindung zur Lebenswelt der Teilnehmer, denn jeder kennt sie, die kleinen fettigen Fingerspuren auf den Oberflächen von Smartphones, Fenstern, Tischen und Co.
Hinweise/Ergänzungen
Für diesen Versuch eignet sich dunkles Löschpapier deutlich besser als helles. Dunkles Tonpapier funktioniert auch, wirft weniger Wellen, braucht aber auch deutlich länger zum Trocknen.
Auch Pflanzen bewegen sich, bzw. auch Pflanzen “schlafen”
Zeit
10-15 Minuten
Material & Geräte
Gänseblümchen (Bellis perennis) am Originalstandort, mit gepflückten Pflanzen funktioniert der Versuch nicht bzw. bei Topfpflanzen nur schlecht
Pappkarton
Durchführung
Ein Gänseblümchen mit geöffnetem Blütenköpfchen wird mit einem Pappkarton vom Tageslicht abgeschirmt.
(Ein Gänseblümchen mit geöffnetem Blütenkörbchen wird an den randständigen weißen Zungenblüten mehrfach mit dem Finger leicht berührt.)
Beobachtung
Nach einigen Minuten beginnt das Gäseblümchen das Köpfchen langsam zu schließen.
Gänseblümchen (Bellis perennis) mit geschlossenem Köpfchen
Auswertung
Pflanzen merken mehr, als man gemeinhin glaubt. So orientieren sie sich anhand der Gravitaion immer Richtung Himmel (Geotropismus, Sproßachse wächst negeativ geotrop) oder anhand des Lichts immer zum Licht hin oder vom Licht weg (Phototropismus).
Die Schlafwegegungen aufgrund des fehlenden Lichtes, die sogenannten nyktinastische Bewegungen, finden sich bei vielen Pfanzen und werden in der Regel durch Turgoränderungen in den Blattgelenken ausgelöst. Beim Gänseblümchen sind es jedoch thermonastische Bewegungen, hierbei wächst die lichtbeschienene und damit wärmere Oberseite der Blütenblätter schneller als die schattige, kühlere Unterseite und die Blüte öffnet sich, fehlt dieses Licht, wächst die kalte Oberseite langsamer als die Unterseite und die Blüte schließt sich. Da diese Blattbewegungen fortwährend ablaufen, verlängern sich die Blütenblätter im Laufe eines Blühzyklus.
Hinweise
Wie bereits oben erwähnt, ist dies ein Freilandversuch, der einige Zeit in Anspruch nimmt. Daran lässt sich leider auch nichts wenig ändern, da eingetopfte Gänseblümchen suboptimal bis überhaupt nicht reagieren. Der Grund ist mir aber unbekannt. (Wildpflanze und keien Zimmerpflanze?)
Die Blüten des Gänseblümchen schließen sich auch, wenn man sie mehrfach berührt. hierfür ist mir aber der Grund nicht ganz verständlich, daher sei dies an dieser Stelle nur der Vollständigkeit halber mit erwähnt.
Mit Mimosen lässt sich der Versuch aber auch indoor durchführen
Bei Tulpen und Krokussen kann man die Thermonastie zum Teil auch an Schnittbluhmen herbeiführen
verschiedene trockene Bodenproben (grob- bis feinkörnig)
je Bodenprobe einen durchsichtigen Einweg-Trinkbecher (500 ml) und eine Petrischale, Filterpapier, Knete, Wasser, Stoppuhr
Durchführung
in den Boden der Trinkbecher mit heißer Nadel mehrere Löcher bohren und mit der Knete kleine Füßchen außen ankleben, damit die Becher nicht auf der Petrischale aufsitzen und die Wasseraufnahme verhindern
Das Filterpapier auf den Boden der Einwegbecher legen und die Bodenproben einfüllen.
Die befüllten Einwegbecher in die Petrischalen stellen und diese reichlich mit Wasser befüllen.
In festgelegten Zzeiträumen die Höhe des Wasseranstiegs in den Trinkbechern messen.
Bei Bedarf Wasser in die Petrischalen nachfüllen
Auswertung
Die Messergebnisse tabellaris darstellen.
Je nach Bodenart bewegt sich das Wasser in den Bodenproben unterschiedlich schnell. In den gröberen Proben steigt das Wasser zu Beginn schneller und verlangsamt sich dann, während die Geschwindigkeit in den feinkörnigeren Proben langsamer ist, dafür steigt der Wasserpegel aber höher.
Mit diesem Versuch werden die Kapillarkräfte oder Saugkräfte des Bodens demonstriert. Diese werden durch die unterschiedlich großen Hohlräume (Poren) des Boden bestimmt und stellen auf diese Weise die Verbindung zwischen Grundwasser und Pflanzenwurzel her.
Hinweise
Bodenproben sollten “normal” trocken, nicht staubtrocken sein.
Mit diesem Versuch können Fragestellungen nach dem Überleben von Pflanzen bei Trockenheit und trockenen Böden ebenso beantwortet werden, wie auch die Funktion von Kapillarkräften insgesamt.
Eine quantitative Mengenanlyse der Saugfähigkeit ist auch durch das Messen der anfangs zugeführten Wassermenge im Vergleich zur übrig gebliebene Wasser am Ende des Versuchszeitraumes möglich.
Rotkohl, Messer, Schneidebrett, 8 Reagenzgläser mit Reagenzglasständer, Leitungswasser, Herd
Reagenzien: Zitronensaft (oder Entkalkerlösung), Haushaltsessig, Leitungswasser, Kernseife in Spiritus oder Ethanol, Kernseife in Wasser, Kaisernatron-Lösung (gesättigt mit Bodensatz), Vollwaschmittel-Lösung (gesättigt mit Bodensatz), Sodalösung (gesättigt mit Bodensatz)
Durchführung
Rotkohl klein schneiden und mit wenig Wasser kochen, abkühlen lassen und filtrieren
einie Milliliter Rotkohlsaft (etwa daumenbreit) zu gleichen Anteilen in die 8 Reagenzgläser füllen
Rotkohlsaft ist eine Indikatorlösung, also ein Farbstoff, der je nach p-H-Gehalt seine Farbe ändert. Verantwortlich dafür sind die Anthozyane. Die Farbskala des Rotkohls reicht dabei von Rot über Lila und Kornblumenblau bis hin zu Grün und Gelb. Gelb ist übrigens eine Farbe, die die irreversible Zerstörung des roten Farbstoffs anzeigt. Bei Zugabe von Säure wird er dann nicht wieder rot.
Hinweise
Wenn man zu verdünnte Alkalien nimmt, wird die Lösung nur grün.
Das Gelbwerden dauert etwas länger. Geduld haben!
Man kann zum Rotkohlsaft auch größere Menge Mineralwasser hingießen, da die Kohelnsäure ausgast, verändert sich auch hier aufgrund des abnehmenden Säuregehaltes die Färbung.
mehrere Esslöffel echte Lavendelbüten (Lavandula angustifolia), 98% Ethanol in ausreichender Menge sauberes und luftdicht schließendes Schraubdeckelglas (Marmeladenglas)
feines Sieb, Flakons
Durchführung
Blütenblätter, gern auch samt Stielen in den Glasbehälter füllen, sowiel Ethanol hinzugeben, dass alles sicher bedeckt ist. Glas Luftdicht verschließen.
1-2 Wochen an einer dunklen und kühlen Stelle stehen lassen. Ab und an gut durchschütteln.
Lavendelfeld
Auswertung
Die ätherischen Öle des Lavendels treten in die Alkoholphase über.
Hinweise
Da der Versuch recht lange dauert, eignet er sich nicht für eine einzelne Unterrichtsstunde, aber “Zubereitung” in der einen Woche und dann im Wochenrhythmus kontrollieren, funktioniert super.
Es ist egal ob frische oder getrocknete Lavendelblätter verwendet werden.
Man kann das Parfüm auch filtrieren und dann in kleine Flakons abfüllen, diese sollten dann weiterhin kühl und dunkel gelagert werden, damit der Duft erhalten bleibt. MIt Phantasienamen versehen auch ein schönes Mitbringsel für die Eltern (v.a. zu Weihnachten)
Wird der magische Brei zusammengedrückt, ist er fest, sobald der Druck aber nachlässt, zerfließt er sofort wieder.
Zeit
ca. 5 Minuten für das Anrühren
Material & Geräte
(Plastik-) Schüssel
Maisstärke
Wasser
(Löffel)
Durchführung
Mische die Stärke mit dem Wasser im Verhältnis 3:2 (= 3 Teile Stärke und 2 Teile Wasser)
Tauche den Löffel langsam in den fertigen Brei! Was beobachtest du?
Schlage den Löffel schnell und kräftig auf den fertigen Brei! Was beobachtest du?
“Wetten ich kann den Löffel schneller aus der Flüssigkeit herausziehen als du?”
“Wetten du kannst keine Kugel daraus formen und sie mir zeigen!”
Beobachtung
Tippt oder schlägt man kräftig auf den Brei, sinkt der Löffel nicht ein, er prallt auf der Oberfläche regelrecht ab. Wenn man den Löffel jedoch langsam senkt, sinkt er in die Flüssigkeit ein.
Bei der kleinen Wette gewinnt derjenige, der den Löffel langsam herauszieht. Derjenige, der versucht den Löffel schnell heruaszuziehen, reißt die gesamte Schüssel mit.
Hintergrund
Der bei diesem Experiment angerührte Brei ist eine Suspension, also ein heterogenes Gemisch aus einer Flüssigkeit (dem Wasser) und einem Feststoff (der Maisstärke), die sich nicht oder kaum in einander lösen oder chemisch miteinander verbinden. Das Ganze bildet in diesem Falle eine nichtnewtonsche Flüssigkeit.
Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten haben keine konstante Viskosität, sondern verhalten sich je nach einwirkenden Kräften mal wie ein Feststoff, mal wie eine Flüssigkeit. Die Stärkekörner der Maisstärke sind von Wasser umgeben, was die Viskosität erhält, wird nun durch Druck diese Wasserhülle zwischen den Körnern verdrängt, “verhaken” sich die Körner und es entsteht eine feste Oberfläche.
Tipp
Man kann den Versuch auch mit Weizenstärke machen, allerdings wurde in unseren Versuchen das Ergebnis längst nicht so schön wie mit Maisstärke. Kartoffelstärke soll dagegen nicht funktionieren, da diese das Wasser aufsaugt und aufquillt, das wurde von uns aber nicht überprüft oder getestet.
Bei der Herstellung muss nicht sklavisch das exakte Verhältnis abgemessen werden, man kann es auch “aus dem Handgelenk” zusammenmischen. Dabei ist darauf zu achten das Wasser in die Stärke einzurühren, da man immer noch etwas Wasser hinzugeben kann, aber meist nur eine begrenzte Menge Stärke zur Verfügung hat.
Nachtrag
Wir haben bei Youtube ein Video gefunden, das den Versuch noch einmal illustriert:
Man kann das Ganze natürlich auch “eine Nummer größer” aufziehen, wie verschiedene Fernsehsender und -sendungen (auch in Deutschland) immer wieder beweisen. Hier mal eine Folge der inzwischen auch in Deutschland bekannten Mythbusters im englischen Original:
Dieser Versuch eignet sich besonders für den Biologieanfangsunterricht, da mit einfachen Mitteln das Interesse an biologischen Phänomenen geweckt werden kann.
Zeit
ca. 10 Minuten
Material & Geräte
je Schülergruppe 1 Regenwurm, 1 Blatt Löschpapier, 1 Blatt dicke Plastikfolie (z. B. Klarsichtdeckel von Schnellheftern)
Viele Tiere können sich in der Luft fortbewegen, die markantesteten sind natürlich die Vögel mit ihren befederten Flügeln. Aber was ist das besondere an den Ferdern? Wie ist sie aufgebaut und wie funktioniert eine Feder?
Ein schöner Einstieg in den Themenkomplex der Anpassungen von Vögeln an ihren Lebensraum, der einen handlungsorientierten Zugang zum Beutefangverhalten bei Greifvögeln bietet und gleichzeitig sensorische und psychomotorische Fähigkeiten fördert.
Zeit
Das Ganze ist etwas zeitintensiv, da für die Beschaffung und Sterilisation mehrere Stunden erforderlich sind. DIe Vorarbeiten im Unterricht muss jeder selbst einschätzen, die Schülerarbeit dauert dann mindestens bis zum Ende der Stunde. Hier wird also auf die Schüler wohl eine Hausaufgabe zukommen, oder es muss in der nächsten Stunde weiter gearbeitet werden. Weiterlesen
Untersuchung zur negativen Fototaxis, also der Flucht vor dem Licht, am Beispiel von Regenwürmern. Durch die Verwendung verschiedener Substrate können auch scheinbar logische Ergebnisse, wie die “Flucht ins Feuchte” näher untersucht werden. Weiterlesen
Vorbereitung: ca. 30 Minuten
Durchführung: mehrere Tage, je ca. 10 Minuten für die Protokollierung
Material & Geräte
ein kleines Aquarium oder ein großes Gurkenglas, 3-6 Regenwürmer, Humusboden, Sand, Gaze oder Gardinenstoff, Gummiband, Pappe oder lichtundurchlässiges Tuch, verschiedenes pflanzliches Material (Laub, Gras,…) Weiterlesen
Die Haut ist das größte Organ des Menschen und beherbergt unter anderem den Temperatursinn. Dieser dient der Thermoregulation innerhalb des Körpers und zum Schutz vor extremen Umgebungseinflüssen (Verbrennung, Erfrierung), aber leider können wir mit diesem Sinnesorgan keine exakten Temperaturen messen, sondern nur Veränderungen wahrnehmen.
Zeit
ca. 5 Minuten (ohne Vorbereitung)
Material & Geräte
3 große Schalen, Wasser, Wasserkocher
Durchführung
Die drei Schalen werden mit unterschiedlich warmem Wasser gefüllt. Eine Schale enthält “heißes” Wasser, eine Schale kaltes Wasser und in der Dritten befindet sich Wasser, das ungefähr den Mittelwert bildet.
Die Versuchspersonen legen für 30-60 Sekunden jeweils eine Hand in das warme und eine in das kalte Wasser. Danach werden beide Hände in das “mittlere” Wasser gehalten, ohne sich dabei zu berühren.
Bei Temperaturen von 10° (kalt), 20° (mittel) und 40° (warm) reicht es, wenn die Hände ca. 1 Minuten in das kalte bzw. warme Wasser gelegt werden.
Weberscher 3-Schalen-Versuch Versuchsaufbau
Beobachtung
Die Hand aus dem kalten Wasser meldet warmes Wasser, die Hand aus dem warmen Wasser meldet kaltes Wasser, obwohl beide Hände im selben Wasser sind. (Anm. d. Red.: eine recht interessante Erfahrung, wenn die Sinne so wiedersprüchliche Empfindungen melden) Und die Rezeptoren passen sich unterschiedlich schnell an. Die Rezeptoren der Hand im warmen Wasser melden länger die Temperaturänderung als die der kalten Hand.
Auswertung
In der Haut und in den Organen sitzen Thermorezeptoren für die Wahrnehmung von Wärme und Kälte. Diese messen aber nicht wie ein Thermometer eine absolute Temperatur, d.h. wir können also nicht den Finger ins Wasser halten und feststellen, welche Temperatur das Wasser hat, sondern nur Temperaturdifferenzen wahrnehmen. Die Kälterezeptoren geben dabei mit zunehmender Kälte immer mehr Aktionspotentiale pro Zeit ab. Die Wärmerezeptoren verhalten sich dementsprechend umgekehrt (je wärmer desto mehr). Aber dieses Empfinden der Temperatur schwindet mit der Zeit, die Wahrnehmung adaptiert, passt sich an die neue Umgebung an. Die Erregunsfrequenz der Aktionspotentiale haben eine gleich bleibende Frequenz angenommen. Erst wenn sich diese gewohnte Umgebung in der dritten Schale, mit dem Wasser der mittleren Temperatur, wieder ändert, wird wieder eine Veränderung der Umgebung wahrgenommen. Es werden aufgrund der Temperaturänderung wieder mehr Aktionspotentiale abgegeben und die Rezeptoren der “kalten Hand” melden warmes Wasser und die der “warmen Hand” kaltes Wasser.
Wir haben etwa 10-Mal mehr Kälterezeptoren als Wärmerezeptoren. Dazu kommt, dass die Kälterezeptoren schneller adaptieren, da die Kälte für den menschlichen Körper gefährlicher ist, als Wärme und daher schneller neue Informationen verarbeitet werden müssen.
Tipp
Je größer die Temperaturdifferenz zwischen dem warmen und dem kalten Wasser ist, desto schöner ist das Ergebnis. Da die Wahrnehmung des Effekts von der Änderungsgeschwindigkeit dT/dt und von der Größe des Hautareals abhängt, sollte der Wechsel zwischen den Schalen sehr zügig erfolgen und nach Möglichkeit die gesamte Hand in eine Schale bzw. beide Hände bequem in die mittlere Schale hineinpassen. (User-Tipp: Die Hände sollten sich im “Mischwasser” nicht berühren, da das Gehirn sonst sofort die unterschiedlichen Sinneseindrücke mit einem einheitlichen Eindruck überschreibt.)
Die Hand aus dem kalten Wasser meldet warmes Wasser, die Hand aus dem warmen Wasser meldet kaltes Wasser, obwohl beide Hände im selben Wasser sind.
Haare von Menschen, Haustieren (Hunde-, Katzen-, Meerschweinchenhaar), Schafwolle (am besten ungefärbt und nicht versponnen), Vogelfeder, Baumwolle aus Verbandsmaterial (oder Jute, Flachs oder Hanf), Bunsenbrenner und eine Pinzette.
Durchführung
Die Testmaterialien werden nacheinander mit der Pinzette in die Flamme des Bunsenbrenners gehalten.
Beobachtungen (Optik und Geruch) notieren
Beobachtung
Die Menschen- und Tierhaare verschmoren und es entsteht der typische Geruch für denaturiertes Protein. Dieser Geruch entsteht übrigens auch bei angebrannten/verbrannten Spiegeleiern (Hitzedenaturierung)
Die Baumwollfasern verbrennen mit einer offenen Flamme nahezu geruchlos.
Mikroskop, Messer, rohe Kartoffel, Filterpapier, Lugol’sche Lösung (Iod-Kaliumiodid-Lösung mit dem Verhältnis von Iod zu Kaliumiodid in Wasser von 1:2)
Durchführung
Stärkekörner aus der Kartoffel
Von einer rohen Kartoffel wird ein Stück abgeschnitten.
Der an der Schnittstelle austretende Saft wird aufgefangen und mit etwas Wasser verdünnt.
Einen Tropfen auf einen Objektträger geben und ein Deckgläschen auflegen.
Das Präparat unter dem Mikroskop untersuchen und gefundene Stärkekörner zeichnen.
Einen Tropfen Lugol’sche Lösung an den Rand des Deckgläschen geben und mit Hilfe des Filterpapiers durchaugen
Wieder das Präparat mikroskopieren und eine Zeichnung anfertigen.
Lösung
Die Jod-Moleküle der Lugol’schen Lösung lagern sich an die Stärkemoleküle an. Es entsteht eine sich verdunkelnde Färbung der Stärke, deren optisch sichtbare Schichtung durch die weitere Anlagerung der Iod-Moleküle wieder verschwindet. Die Schichtung der Stärkekörner, die je nach Pflanze eine andere Form haben können, entsteht durch die ungleichmäßige Syntheseleistung bei der Stärkeproduktion.
Varianten
Die Stärkekörner können auch in anderen Pflanzen untersucht werden, z. B. in Weizenkörnern, in Bohnen, in vorgequollenen Maissamen. Es lohnt sich also die verschiedenen Früchte und Pflanzenteile einmal miteinander zu vergleichen.
Steht keine Lugol’sche Lösung zur Verfügung, geht es auch ohne, ist dann allerdings optisch nicht so ansprechend.
Dieser Versuch benötigt spezielle Chemikalien oder Reagenzien, die eine potentielle Gefahrenquelle darstellen. Der Versuch sollte nur nach Anweisung und unter Aufsicht durchgeführt werden. Die Richtlinien zur Sicherheit im Unterricht bzw. im Labor sind einzuhalten.
Zeit
ca. 20 Minuten
Material & Geräte
schwarzen und weißes Pfefferpulver, Aqua dest., Iod-Kaliumiodid-Lösung, Reagenzgläser, Filterpapier oder Wattebausch, Spatel
Durchführung
Eine Spatelspitze des weißen oder schwarzen Pfefferpulvers in ein Reagenzglas geben.
Aqua dest. hinzugeben und durch kräftiges Schütteln mischen
Das Gemisch durch das Filterpapier oder den Wattebausch filtern.
Die so entstandene milchige Suspension wird mit einigen Tropfen Iod-Kaliumiodid-Lösung versetzt.
Becherglas (350 ml), kochendes Wasser, Esslöffel oder Kochzange, Handtuch oder Küchenpapier, Lupe, 1 frisches Hühnerei pro Schülergruppe
Durchführung
Die Schüler in Gruppen einteilen und pro Gruppe ein Ei verteilen.
Untersuche die Oberfläche des Eis mit der Lupe, streiche auch mit den Fingerspitzen über das Ei. Lege danach das Ei in das Becherglas und übergieße es vorsichtig mit dem heißen Wasser. Beobachte das Ei mehrere Minuten lang im Wasser. Notiere deine Beobachtung im Versuchsprotokoll!
Nimm das Ei vorsichtig aus dem Wasser, trockne es ab, betrachte die Kalkschale erneut mit der Lupe und streiche auch wieder mit den Fingerspitzen drüber. Notiere deine Beobachtung im Versuchsprotokoll!
angerührte Brei ist eine Suspension, also ein heterogenes Gemisch aus einer Flüssigkeit (dem Wasser) und einem Feststoff (der Maisstärke), die sich nicht oder kaum in einander lösen oder chemisch miteinander verbinden. Das Ganze bildet in diesem Falle eine nichtnewtonsche Flüssigkeit.
