Projekt „Atmen“ in Mathematik und Biologie
Was haben Mathematik und Biologie gemeinsam? Auf den ersten Blick scheint es nicht viel zu sein. Doch die Mathematik als Grundlagenwissenschaft ist ein wichtiges Werkzeug für alle anderen Wissenschaften, einschließlich der Biologie. Und genau das haben wir auch im Rahmen unseres Beitrags zum schulweiten Projekt „Atmen“ genutzt.
In Zusammenarbeit zwischen den Klassen der dritten und ersten Jahrgangsstufe haben wir am 17. Juni 2026 mithilfe eines Messgeräts die Kohlendioxidkonzentration (CO₂) in einem unbelüfteten Raum gemessen und beobachtet, wie lange es dauert, bis ein für die Gesundheit schädlicher Grenzwert erreicht wird.
Bereits im Jahr 1771 entdeckte der britische Naturphilosoph und Chemiker Joseph Priestley, dass eine brennende Kerze oder ein Tier unter einer Glasglocke „gute Luft“ in „schlechte Luft“ verwandelt. Und umgekehrt, dass eine Pflanze im Licht die Fähigkeit besitzt, diese „schlechte Luft“ wieder in „gute Luft“ umzuwandeln. Heute wissen wir, was bei seinem Experiment geschah und dass die von ihm beschriebene „schlechte Luft“ einen höheren Kohlendioxidgehalt aufweist, während Pflanzen im Rahmen eines als Photosynthese bezeichneten Prozesses Kohlendioxid verbrauchen und Sauerstoff (O₂) produzieren.
Die SchülerInnen hatten die Aufgabe, die Abmessungen des Klassenzimmers zu messen und das Raumvolumen zu berechnen. Zu Beginn der Stunde wurde der Raum gelüftet und der CO₂-Ausgangswert notiert. Anschließend wurden die Fenster des Raumes geschlossen und die CO₂-Werte in Abständen von 10 Minuten in eine Tabelle eingetragen. Aus den gemessenen Werten (unter Verwendung einer Linearisierung) berechneten die Schüler, dass in einem Klassenzimmer mit den Abmessungen 8,6 x 10,5 x 3,1 Meter der Grenzwert von 1000 ppm bei einer Personenzahl von 31 innerhalb von 7 Minuten und 46 Sekunden überschritten wird. In einer normalen Klasse mit 16 SchülerInnen und einem Lehrer wird dieser Grenzwert nach 14 Minuten und 8 Sekunden überschritten.
Im biologischen Teil des Projekts führten die SchülerInnen ein Theaterstück auf, bei dem alle Jungen der Klassen 1A und 3ABC zu Schauspielern wurden. Ziel war es, die Funktionsweise des menschlichen Blutkreislaufs, die Anatomie des Herzens und den Zusammenhang zwischen Kreislaufsystem und Atmung zu verstehen. Die jungen Schauspieler schlüpften in die Rolle der Blutzellen des menschlichen Körpers und erfuhren so hautnah, wie rote Blutkörperchen im menschlichen Körper Sauerstoff und Kohlendioxid transportieren, wie der Gasaustausch durch Diffusion in der Lunge und im Körper stattfindet und wie Herz- und Gefäßklappen funktionieren.
Die Verknüpfung des biologischen und des mathematischen Teils dieses Projekts half den SchülerInnen zudem zu verstehen, wie wichtig der Austausch von frischer Luft in Räumen (aber auch in kleinen Räumen wie z. B. Autos) ist und welchen Einfluss eine höhere CO₂-Konzentration auf den menschlichen Organismus hat. Es ist daher wichtig, auch im Alltag an die Notwendigkeit der Belüftung zu denken, und zwar das ganze Jahr über, auch im Winter, wenn dies oft vergessen wird.
