Informationsverarbeitung (5)

Neuronale Steuerung und Regelung

Worin unterscheiden sich die beiden Informationssysteme des Menschen im Wesentlichen?

Hormonsystem, Nervensystem

Was passiert beim Kniesehnenreflex bzw. Lidschlussreflex?

Phänomen: Reflex
Kniesehnenreflex/ Lidschlussreflex
Reflexbogenmodell
unwillkürliche Bewegung

(ca. 2 Stunden)

die Informationssysteme ZNS und Hormonsystem voneinander abgrenzen (UF2, UF3).

Reflexe mithilfe eines Reflexbogenmodells erklären (E7).

unwillkürliche [und willkürliche Bewegungen] voneinander abgrenzen (UF2, UF3).

Anknüpfung an Vorwissen:Informationsweiterleitung über Hormone (Think-Pair-Share-Verfahren)

ggf. Lehrervortrag zum Vergleich Nervensystem - Hormonsystem

• Selbstständiges Entdecken des Phänomens „Reflex“ am Beispiel des Kniesehnen- bzw. Lidschlussreflexes durch praktischen Nachvollzug
• Autauschen der Beobachtungen
• Formulierung von Fragen, die sich aus diesem Phänomen/ der Beobachtung ergeben
• Erklärung mithilfe eines Reflexbogenmodells das Phänomen.

Folgende Elemente soll das Modell enthalten:
Sinnesrezeptor (alternativ: Sensor), afferente Nervenfaser (alternativ: sensorische oder hinführende Nervenfaser), Rückenmark, efferente Nervenfaser (motorische oder wegführende Nervenfaser), Effektor (Erfolgsorgan: hier Oberschenkelmuskel bzw. Muskeln des Augenlids)

• Reflexion der Modellfunktion
• Einführung und Definition der Bezeichnung unwillkürliche Bewegung
• Ergänzung des Glossars mit Fachworten

Was unterscheidet eine unwillkürliche von einer willkürlichen Bewegung?

willkürliche Bewegung

ZNS (Gehirn, Rückenmark)

Hypothese

Variablenkontrolle

(ca. 2 Stunden)

unwillkürliche und willkürliche Bewegungen voneinander abgrenzen (UF2, UF3).

• Erweiterung des Reflexbogenmodells um die zusätzliche Instanz „Gehirn“ durch die Lehrperson
• Einführung und Definition der Bezeichnung willkürliche Bewegung
• Versuchsfrage: Welche Bewegung hat eine kürzere Reaktionszeit, eine willkürliche oder eine unwillkürliche Bewegung? (SuS nutzen erweitertes Modell zur Vorhersage bzw. Begründung der eigenen Hypothesen)
• Hilfsmittel: Kameras (ggf. auch Smartphones der Schülerinnen und Schüler) und Opensource-Software [z.B. VIANA, Tracker] zur digitalen Videoanalyse)
• Entwicklung von Experimenten zur Überprüfung der eigenen Hypothesen
• vorgefertigter Protokollbogen enthält mindestens die folgenden Elemente: Fragestellung / Hypothese / Versuchsplan: (inkl. abhängige Variable, unabhängige Variable, Messvorschriften)
• Gruppen stellen ihre Versuchspläne vor, diskutieren sie und reflektieren unter dem Aspekt Schlüssigkeit der Variablenkontrolle
• Durchführung und Auswertung der Experimente unter Rückbezug auf die Fragestellung und Hypothese
• (z.B. Ermittlung und Vergleich der unterschiedlichen Reaktionszeiten zwischen Kniesehnenreflex [unwilkürlicher Bewegung] und der willentlichen Bewegung des Unterschenkels.)
• Ergänzung des Glossars

Vertiefung und Transfer der bisher erworbenen Kompetenzen

(ca. 1 Stunde)

Üben und Überprüfen der Konzepte und Prinzipien

• Unterscheidung von hormoneller und neuronaler Weiterleitung mithilfe einfacher Diagramme (Reiz-Reaktion/Zeit) und Abbildungen
• Beschreibung der neuronalen Vorgänge mithilfe des Reflexbogens und einfacher Modelle zur willkürlichen Bewegung durch Transfer auf andere einfache Modelle und Beispiele (Treten in eine Reißzwecke, Elfmeterschuss etc.)
• Wechselseitige Kontrolle mithilfe von Tandembögen

Was unterscheidet Nervenzellen von anderen Zellen?

Aufbau einer Nervenzelle

(ca. 2 Stunden)

Aufbau und Vernetzung von Nervenzellen mithilfe von Modellen beschreiben und ihre Funktion erklären (UF1).

Aktivieren von Vorwissen:

Aufbau einer eukaryotischen Zelle Mikroskopieren von Nervenzellen (Fertigpräparat) und Identifizieren von Zellbestandteilen

Schulbuchtext zum Aufbau und zur Funktion Schülervortrag am Nervenzellenmodell

Wie nehmen wir Informationen auf?

Sinnesrezeptoren

Lichtrezeptoren

Netzhaut

Stäbchen

Zapfen

Mechanorezeptoren

(ca. 2 Stunden)

Aktivieren von Vorwissen: Mithilfe von Abbildungen zum Aufbau des Auges ( z.B. Think-Pair-Share-Verfahren)

Arbeitsteilige Untersuchung, anschließend Kurzpräsentation im Plenum

1. Untersuchung der Verteilung von Lichtsinneszellen auf der Netzhaut (Gelber Fleck / Blinder Fleck)
   Perimeterversuch zur Gesichtsfeldmessung mit farbigen Stiften (rot, grün, blau)
   einfacher Informationstext zu Mechanorezeptoren (Tastsinn auf der Haut)
2. selbstständige Planung eines Versuches zur Überprüfung der Verteilung von Mechanorezeptoren auf der Haut:
   Fragestellung (in Anknüpfung an Versuch a): Sind auch Mechanorezeptoren auf der Haut unterschiedlich verteilt?

Wie funktioniert die Reizweiterleitung?

Reizweiterleitung chemisch, elektrisch, Schlüssel-Schloss-Prinzip

(ca. 5 Stunden)

die Informationsübertragung an Synapsen und deren Bedeutung für die Erregungsweiterleitung in Grundzügen erklären (UF4).

Internetrecherche (Web-Quest):

1. Reizweiterleitung innerhalb der Nervenzelle
2. Informationsübertragung an der Synapse

Baustein des Methodenkonzepts der Schule:

• Erstellung einer animierten Powerpoint-Kurzpräsentation zur Reizweiterleitung innerhalb der Nervenzelle und an den Synapsen
• Präsentation und Reflexion der Ergebnisse

Wie wirken Nervengifte?

Inhibitoren, Schlüssel-Schloss-Prinzip, Belohnungssystem Gehirn

(ca. 2 Stunden)

die Informationsübertragung an Synapsen und deren Bedeutung für die Erregungsweiterleitung in Grundzügen erklären (UF4).

z.B.Gruppen-Puzzle zur Wirkweise von Nervengiften (z.B. Nikotin, Botox, Curare, Lidocain)

Tabellarische Übersicht zur Wirkweise von vier verschiedenen Nervengiften