Wahlkammer im virtuellen Labor: Taxis, Kinese, Chi-Quadrat

Mit der Wahlkammer im virtuellen Labor führen Sie den klassischen Versuch zum Verhalten von Tieren durch, ohne eine einzige Assel sammeln zu müssen. Die Lernenden setzen 10 Asseln in eine Kammer mit einer trockenen Hälfte (Kieselgel) und einer feuchten Hälfte (Wasser), zählen sie 10 Minuten lang, tauschen die Seiten und wiederholen den Versuch. Die mittlere Geschwindigkeit und die Wendehäufigkeit auf jeder Seite zeigen, dass sich Asseln durch Kinese in feuchter Luft sammeln und nicht, weil sie auf das Wasser zusteuern. Ein Chi-Quadrat-Test für einzelne und zusammengefasste Versuche zeigt, warum die Stichprobengröße wichtig ist. Jeder Wert unten stammt aus der Simulation.

Lehrplanbezug

• AQA A-level Biology 7402, 3.6.1.1 (Überleben und Reaktion): Taxien und Kinesen als einfache Reaktionen, die einen Organismus in einer günstigen Umgebung halten; Pflichtpraktikum 10 (required practical 10), der Einfluss eines Umweltfaktors auf die Bewegung eines Tieres mit einer Wahlkammer oder einem Labyrinth.
• AP Biology, Thema 8.1 (Reaktionen auf die Umwelt): Organismen reagieren durch ihr Verhalten auf die Umwelt, wie in der Untersuchung zum Verhalten von Taufliegen.

Simulic ist weder mit dem College Board noch mit AQA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Zehn Asseln werden in der Mitte einer Kammer mit einer trockenen und einer feuchten Hälfte freigelassen. Wo werden die meisten nach 10 Minuten sein, und warum?“

Viele Lernende glauben, dass die Asseln das Wasser wahrnehmen und darauf zulaufen.

Durchführung in der Simulation

1. Lassen Sie Versuchsaufbau auf Wahlkammer, Tier auf Asseln, Anordnung auf Trocken – feucht, Modell auf Wie das echte Tier, Tiere auf 10 und Dauer auf 10 min. Geben Sie vor dem ersten Versuch 2 bei Startwert ein.
2. Drücken Sie Tiere freilassen – Versuch 1, dann Bis zum Ende. Notieren Sie, bevor Sie die Tiere zurückbringen, die Endzahlen und die Zeile „Mittlere Geschwindigkeit (mit Pausen) und scharfe Wendungen pro Minute“.
3. Drücken Sie Tiere in den Lebensraum zurückbringen, dann Seiten tauschen, und führen Sie Versuch 2 durch. Bringen Sie die Tiere zurück, drücken Sie erneut Seiten tauschen und führen Sie Versuch 3 durch.
4. Klicken Sie in der Versuchstabelle auf die Zeile Σ, um die Chi-Quadrat-Rechnung für die zusammengefassten Versuche zu sehen.
5. Kontrolle: Stellen Sie Anordnung auf Gleich (Kontrolle) und führen Sie einen weiteren Versuch durch.

Versuch	Seiten	Trocken (Ende)	Feucht (Ende)	χ²	Signifikant bei p = 0,05?
1	normal
2	getauscht
3	normal
Zusammengefasst

Ethik: Verwenden Sie im echten Labor wenige Tiere, bewegen Sie sie mit einem weichen Pinsel und bringen Sie sie danach in feuchtes Laub zurück.

Erwartete Ergebnisse

Mit Startwert 2 auf einer frisch geöffneten Seite:

Versuch	Seiten	Trocken	Feucht	χ²	p
1	normal	4	6	0,40	≈ 0,53
2	getauscht	2	8	3,60	≈ 0,06
3	normal	3	7	1,60	≈ 0,21
Zusammengefasst		9	21	4,80	≈ 0,03

• Kein einzelner Versuch ist signifikant, aber das zusammengefasste χ² = 4,80 übertrifft den kritischen Wert 3,84 (1 Freiheitsgrad).
• Kinese in Versuch 1: trocken 7,3 mm/s und 11,5 scharfe Wendungen pro Minute; feucht 1,9 mm/s und 2,9 Wendungen pro Minute. In trockener Luft bewegen sich Asseln etwa 3,8-mal so schnell.
• Effekt der Momentaufnahme: In Versuch 1 saßen bei jeder Zählung von 4:30 bis 9:30 9 oder 10 Asseln auf der feuchten Seite, um 10:00 aber nur 6.
• Kontrolle (Versuch 4, beide Hälften gleich): Seite A 4, Seite B 6, χ² = 0,40.
• Startwerte 1–300: Versuch 1 allein war 182-mal signifikant, die zusammengefassten Versuche 299-mal.

Fragen für die Lernenden

1. (Vorhersage, nach dem Experiment erneut gestellt) Wo landen die meisten Asseln, und wie?
2. Welche Größe muss in beiden Hälften gleich gehalten werden?
3. Wie groß ist χ² für Ihre zusammengefassten Versuche 1–3?
4. Wie viel schneller bewegen sich Asseln auf der trockenen Seite als auf der feuchten?
5. Warum ist das zusammengefasste Ergebnis signifikant, Versuch 1 aber nicht, und warum tauscht man die Seiten?

Antworten für Lehrkräfte: (1) Auf der feuchten Seite, durch Kinese: In trockener Luft bewegen sie sich schneller und wenden häufiger. (2) Das Licht (die ganze Kammer dunkel halten). (3) 4,80 (4,75–4,85 akzeptieren). (4) 3,4–4,7 akzeptieren (3,8 mit Startwert 2). (5) Bei 10 Tieren kann der Zufall eine echte Vorliebe leicht verdecken; 30 Tiere sind eine zuverlässigere Stichprobe. Der Seitentausch zeigt, dass die Vorliebe der Feuchtigkeit folgt und nicht einer Seite der Schale.

Häufige Fehlvorstellungen

• „Kinese bedeutet, sich auf den Reiz zuzubewegen.“ Das ist Taxis. Bei der Kinese ändern sich Geschwindigkeit und Wendehäufigkeit, nicht die Richtung.
• „Nicht signifikant heißt keine Vorliebe.“ Versuch 1 war nicht signifikant, die zusammengefassten Daten aber schon. Es heißt nur, dass es noch nicht genug Belege gibt.
• „Die Endzählung sagt alles.“ Eine einzelne Momentaufnahme kann täuschen; ein Mittelwert aus mehreren Zählungen ist besser.

Erweiterung

• Stellen Sie Modell auf Nur Taxis, dann auf Nur Kinese, und setzen Sie das Häkchen bei Spuren anzeigen: Taxis-Spuren führen direkt zu einer Seite, Kinese-Spuren schweifen umher.
• Wählen Sie Fliegenmaden (Schmeißfliegenlarven) mit Hell – dunkel, um eine starke negative Phototaxis zu sehen.

Häufige Fragen

Kann die ganze Klasse dieselben Zahlen erhalten?

Ja. Legen Sie in den Startwerten des Links Zufallsstartwert (gleicher Startwert ergibt gleiche Ergebnisse) auf 2 fest und lassen Sie Tiere pro Versuch auf 10. Derselbe Startwert und dieselbe Versuchsnummer ergeben dasselbe Ergebnis, daher beginnen die Lernenden auf einer frisch geöffneten Seite mit Versuch 1.

Warum 10 Tiere, wenn 10 zu wenige sind?

Das entspricht einer typischen Wahlkammer in der Schule und macht den Punkt zur Stichprobengröße deutlich: Zehn Tiere ergeben einen Erwartungswert von 5, den kleinsten, den der Test zulässt.

Brauche ich eine Chi-Quadrat-Tabelle?

Nein. Die Simulation gibt den kritischen Wert (3,84) und p an. Lassen Sie die Lernenden χ² zuerst selbst berechnen und dann mit der Rechnung vergleichen.

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Einen weiteren Versuch mit Chi-Quadrat-Test finden Sie unter Mitoseindex im virtuellen Labor. Weitere Themen finden Sie unter Ideen für interaktiven Biologieunterricht.