Neurobiologie

Zielgruppe: Schulklassen der Jahrgangsstufe: 8, 9, 10, 11, 12, 13, EF, Q1, Q2
Kategorie: Biologie

Lernvoraussetzungen (Sek-I):

Die Schülerinnen und Schüler sollten…

-          Bau und Funktionen von Nervenzellen kennen.

-          ein Reiz-Reaktionsschema erstellen können.

-          den Begriff „Spannung“ kennen.

-          ggf. den Unterschied zwischen Fremdreflex und Eigenreflex kennen.

 ...ein reizvolles Thema

Reizbarkeit gilt in der Biologie als ein Kennzeichen des Lebendigen. Dass tatsächlich auch einfache Organismen Reizbarkeit zeigen, weisen die Schülerinnen und Schüler mithilfe des Salinenkrebs Artemia salina nach.

Darüber hinaus testen Sek-I-Lerngruppen verschiedene Reiz-Reaktionen wie beispielsweise den Lidschlussreflex oder Patellarsehnenreflex an sich selber und lernen so Unterschiede zwischen Eigenreflexen und Fremdreflexen kennen.

Durch Aufzeichnen eines eigenen EKGs und EMGs lernen die Schülerinnen und Schüler Spannung bzw. elektrische Impulse als „Sprache“ der Nervenzellen kennen.

Die Weiterleitung dieser elektrischen Impulse über das Axon wird anschließend mithilfe eines Modellversuches veranschaulicht. Dabei erarbeiten die Schülerinnen und Schüler auch die Funktion der Myelinisierung von Axonen.

Die Schülerinnen und Schüler der Sek-II ermitteln abschließend mithilfe von Diffusionskammern experimentell Eigenschaften von Neuromembranen (für Sek-I nur optional bei entsprechender Zeit).

 

Lernform:

Arbeitsgleiche Gruppenarbeit

2er-Gruppen

 

Lernvoraussetzungen (Sek-I):

-          Bau und Funktionen von Nervenzellen

-          Reiz-Reaktionsschema

-          Begriff „Spannung“

-          Unterschied zwischen Fremdreflex und Eigenreflex

Lernvoraussetzungen (Sek II):

-          Bau und Funktion einer Nervenzelle

-          Reiz-Reaktions-Schema

-          Überschwelliger Reiz

-          Adäquater Reiz

-          Mechanismen des Membrantransports (insbesondere Diffusion, Osmose)

-          Begriffe „Spannung“ und  „Potenzial“

Vorteilhaft, nicht unbedingt zwingende Lernvoraussetzungen:

-          Aufbau und Eigenschaften von Biomembranen (insbesondere Permeabilität)

-          Membranpotenzial, Ruhepotenzial, Aktionspotenzial, Depolarisation

-          Ionengitter, Dissoziation von Ionen, elektrostatische Anziehungskräfte

 

Anbindung an den Lehrplan (Sek I):

Mittelstufe (Gymnasium)

Thema: Sinnesorgane + Kommunikation und Regulation

 

Kompetenzen des SI-Lehrplanes:

  • SuS beschreiben den Aufbau des Nervensystems einschließlich ZNS und erklären die Funktion im Zusammenwirken mit Sinnesorganen und Effektor (Reiz-Reaktions-Schema) (SF10).
  • SuS beschreiben die Zusammenarbeit von Sinnesorganen und Nervensystem bei Informationsaufnahme, -weiterleitung und -verarbeitung. (SF12).

 

Mittelstufe (Biologie, Gesamtschule)

Inhaltsfeld: Information und Regulation

 

Kompetenzen des Biologie-Lehrplanes:

  • SuS können den Aufbau und die Vernetzung von Nervenzellen beschreiben und ihre

          Funktion bei der Erregungsweiterleitung und bei Kommunikationsvorgängen

          erläutern. (UF1)

 

Mittelstufe (WP Biologie, Realschule)

Thema: Vom Umweltreiz zum Sinneseindruck (Neuronale Steuerung und Regelung)

 

Kompetenzen des WP Biologie-Lehrplanes:

  • SuS können Reflexe mithilfe eines Reflexbogen-modells erklären (E7).
  • SuS können unwillkürliche [und willkürliche Bewegungen] voneinander abgrenzen (UF2, UF3).
  • SuS können Aufbau und Vernetzung von Nervenzellen mithilfe von Modellen beschreiben und ihre Funktion erklären (UF1).

 

Mittelstufe (WP Biologie, Realschule)

Thema: Vom Umweltreiz zum Sinneseindruck (Neuronale Steuerung und Regelung)

 

Kompetenzen des WP Biologie-Lehrplanes:

  • SuS können Reflexe mithilfe eines Reflexbogen-modells erklären (E7).
  • SuS können unwillkürliche [und willkürliche Bewegungen] voneinander abgrenzen (UF2, UF3).
  • SuS können Aufbau und Vernetzung von Nervenzellen mithilfe von Modellen beschreiben und ihre Funktion erklären (UF1)

 

Anbindung an den Lehrplan (Sek II):

 

Oberstufe (Gymnasium/Gesamtschule):

Informationsfeld 4: Neurobiologie

Thema: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung

Inhaltliche Schwerpunkte:

-          Aufbau und Funktion von Neuronen

-          Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung

 

Kompetenzen des SII-Lehrplanes:

  • SuS vergleichen die Weiterleitung des Aktionspotenzials an myelinisierten und nicht myelinisierten Axonen miteinander und stellen diese unter dem Aspekt der Leitungsgeschwindigkeit in einen funktionellen Zusammenhang (UF2, UF3, UF4).
  • SuS stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Entstehung des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar (K1, K3).

 

 

Geplante Experimente:

1. Reizbarkeit, eine Eigenschaft aller Organismen – Beispiel Salinenkrebs als einfacher Organismus

     1.1 Können Artemia salina auf einen optischen Reiz reagieren?

     1.2 Wie reagieren Artemia salina auf einen chemischen Reiz?

2. Eigenschaften von Reflexen

     2.1* Wie läuft ein Eigenreflex ab?

     2.2* Welche Eigenschaften hat der Lidschluss-Reflex?

     2.3 Wie groß ist die Geschwindigkeit der Informationsweiterleitung beim Achillessehnen-Reflex?

3. Sichtbarmachen von neuronalen Abläufen

     3.1 Was kann ich an einem EKG ablesen?

     3.2 Welche Gemeinsamkeiten zwischen EKG und EMG kann man sichtbar machen?

4. Erregungsleitung am Axon

     4.1 Wie schnell läuft die Erregungsleitung am „nackten“ Axon ab?

     4.2 Welche Funktion hat die Myelinisierung des Axons?

5.** Eigenschaften der Neuromembranen

     5.1 Welche Vorgänge laufen während des Vorganges der Diffusion ab?

     5.2 Welche Eigenschaften hat die Neuromembran?


*= nur Sek-I

**=optional für Sek-I, bei ausreichend zur Verfügung stehender Experimentierzeit

 



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