Seit Mitte des 20. Jahrhunderts wird Schlaf systematischer untersucht, doch es bleiben immer noch viele ungeklärte Fragen:

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1 IdeenSet Wearables: Einheit Schlaf Kommentar: für Lehrpersonen Theoretischer Hintergrund Der Schlaf ist zwar ein alltägliches, aber keineswegs ein simples Phänomen. Schon die alten Griechen stellten Vermutungen an, wofür der Schlaf überhaupt gut ist, warum Menschen ¼ ihres Lebens unbewusst daliegen. Auch das Phänomen des Träumens wurde vielfältig diskutiert und gedeutet. Didaktische Idee: Eine Art sokratisches Gespräch zum Thema Schlaf könnte durchgeführt werden, um die Präkonzepte der Schülerinnen und Schüler zu erfassen, auf die Merkwürdigkeit des Phänomens aufmerksam zu machen und Fragen aufzuwerfen. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts wird Schlaf systematischer untersucht, doch es bleiben immer noch viele ungeklärte Fragen: Welchen Sinn hat der stete Wechsel zwischen Phasen der Aktivität und extremer Desaktiviertheit? Wieso können wir nicht länger als zwei Tage ohne Schlaf sein? Didaktische Idee: Hier würden sich die Experimente zur Fatalität von Schlafentzug an Ratten anbieten, um die Ethik von Experimenten zu besprechen. (Dabei werden Ratten auf einer sich langsam drehenden Plattform im Wasser gehalten, wo sie beim Einschlafen ins Wasser fallen.) Wie entstehen Träume? Haben sie eine Funktion? Hypothese: Der Schlaf als Reparatur- und Erholungsphase Argumente, die dafürsprechen: Wenn Menschen nicht schlafen, stellt sich ein nicht zu beherrschendes Schlafbedürfnis ein. Didaktische Idee: Je nach Alter der Schülerinnen und Schüler kann das Phänomen «Sekundenschlaf» und Fahrsicherheit thematisiert werden. Ausschüttung des Wachstumshormons findet nur im Schlaf statt. Zellteilungsvorgänge sind am häufigsten in den späten Nachtstunden. Erhöhte Verdauung in der Nacht. Aufgrund von Hirnaktivitätsmessungen wird vermutet, dass Schlaf mit der Regeneration von Neuronen zusammenhängt. Tiefschlafphasen werden nach längerem Schlafentzug bevorzugt nachgeholt. Nach Phasen extremer körperlicher Anstrengung, wird ebenfalls mehr geschlafen. Beispiel: Marathonläufer schlafen nach einem anstrengenden Lauf etwa eineinhalb Stunden länger über die folgenden Nächte. Verminderung von Aufmerksamkeit und motorischen Fähigkeiten bei Schlafentzug. Raphael Roten, PHBern

2 Lehrplanbezug Der Lehrplanbezug besteht einerseits zum Modullehrplan «Medien und Informatik», vor allem in den Anwendungskompetenzen: Es findet sich auch ein Bezug zu den Informatik-Kompetenzen MI.2.1: Ausserdem findet man das Thema Schlaf im Bereich NT.7.2: Die NT-Kompetenz geht allerdings über die Grundanforderungen hinaus. PHBern

3 Methoden der Schlafbeobachtung Schlaf beobachten ist keine einfache Aufgabe. Äusserlich kann zum Beispiel die Anzahl Wechsel der Körperlage beobachtet werden, aber auch Zuckungen, Gesichtsausdruck und Geräusche. Doch die Funktion des Schlafes spielt sich offensichtlich im Körper drin ab. Ein Experimentieren mit Schlaf ist viel komplexer als das Untersuchen beispielsweise eines Pendels. Didaktische Idee: Bei einem Gespräch wo Ideen um Schlaf zu untersuchen gesucht werden, kann man die Schülerinnen und Schüler auf die Komplexität der Hirnforschung sensibilisieren. Ein Teil dieser Sensibilisierung kann es auch sein, Produkten die «verbesserte Denkaktivität» etc. versprechen, sehr skeptisch entgegenzutreten. In den 1950er Jahren wurde der Schlaf systematisch mit EEG und EOG untersucht. Dabei stellten die Forscher fest, dass es verschiedene Schlafphasen gibt. Eine ganz spezielle Phase ist die REM-Phase (Rapid Eye Movement Phase), in welcher die Forscher rasche Augenbewegungen messen konnten. Die REM-Phase scheint in einem Zusammenhang mit dem Träumen zu stehen, da Versuchspersonen, welche in oder kurz nach einer REM- Phase geweckt wurden, vermehrt von Träumen berichteten. In der REM-Phase stellt man auch eine vollständige muskuläre Inaktivierung fest und eine verstärkte Genitaldurchblutung. Der REM-Schlaf wird auch als paradoxer Schlaf bezeichnet, da eine hohe Hirnaktivität mit dem EEG gemessen wird, aber die Muskulatur inaktiv ist. Die REM-Phase ist eine von zwei Tiefschlafphasen. Didaktische Idee: EEG und EOG genauer zu betrachten scheint wenig Sinn zu machen. Doch man könnte einige Bilder von «verdrahteten Patienten» und ein paar Diagramme einmal anzuschauen als Anwendung der Elektrizität anschauen. Zusätzlich könnte man auch einen Spitalbesuch durchführen und einmal schauen, was alles an Technik verwendet wird. Wichtig scheint hier der Fokus darauf, was die Messgeräte «erreichen» (Datengeneration) und warum diese Messungen gemacht werden. (Funktion von Daten im Wissenschaftlichen Prozess.) Drei weitere Fakten zum REM-Schlaf: 1. Er tritt bei allen Säugetieren auf. 2. In den ersten Monaten nach der Geburt ist etwa 50% der Schlafenszeit im REM- Zustand. Dieser Anteil nimmt im Alter kontinuierlich ab bis auf nur noch etwa 10-15% bei älteren Menschen. 3. Unterdrückung von REM-Schlafphasen führt zu vermindertem Lernerfolg. Alle Informationen zum Thema Schlaf wurden aus dem Buch «Biologische Psychologie» (2. Auflage, BELTZ PVU Verlag) von Rainer Schandry entnommen. (Seiten ) PHBern

4 Unterrichtsidee Das Phänomen «Schlaf» kann von den Schülerinnen und Schülern selbst auf einem rudimentären Niveau untersucht werden. Je nach verwendetem Werkzeug, können mehr oder weniger genaue Messungen vorgenommen werden. Messungen ohne Hilfsmittel Wenn es Schülerinnen und Schüler gibt, welche keine elektronischen Daten sammeln wollen oder können, können sie ihre Schlafzeit von Hand festhalten. Am Einfachsten kann Einschlafzeit und Aufwachen jeweils notiert werden. Messungen mit FitBit / Smartphone Aufgrund der muskulären Inaktivierung in der REM-Schlafphase kann mit Hilfe von Bewegungssensoren festgestellt werden, wann eine solche Tiefschlafphase auftritt. (Dann wenn sich weniger bewegt wird, befindet sich die schlafende Person wahrscheinlich im Tiefschlaf.) IPhone-Apps: Sleep On It Sleep Cycle Beddit Sleep Tracker Android-Apps: Sleep Cycle Sleep As Android SleepBot Messung mit DIY-EMG/EKG Diese Variante ist nicht realistisch mit den meisten Klassen / meisten Lehrpersonen, sie wird jedoch trotzdem erwähnt, falls eventuell ein hochinteressierte(r), hochmotivierte(r) Schüler(innen) in einer Klasse vorhanden ist, welche(r) sich an Elektronik interessiert. Es gibt online Anleitungen, wie man selbst billige EMG/EGK (und etwas komplizierter EEG) Geräte herstellen kann, mit einem relativ kostengünstigen Hauptbauteil, dem Circuit Amplifier. Um die Messungen zu machen, kann Open Source Software wie Audacity verwendet werden, welche normalerweise für Tonaufnahmen verwendet wird. Anleitung: Der Chip und weitere Bauteile können zum Beispiel auf bestellt werden. PHBern

5 Big Data Aspekt Das Sammeln der Daten mit den verschiedenen Werkzeugen ist relativ einfach. Die Frage nach der Vergleichbarkeit der Daten ist weitaus schwieriger. Didaktische Idee: An dieser Stelle könnten die Schülerinnen und Schüler auf die Problematik von proprietären Datenformaten konfrontiert werden und darauf sensibilisiert werden, dass man sich mit geschlossenen Datenformaten «selbst einschliessen» kann. Der Wert von Datenstandards kann angesprochen werden. (Zum Beispiel HTML) Für die Schulstufe S1 bietet sich an im Zusammenhang mit Big Data den Umgang mit Daten in Excel zu bearbeiten. Dabei ist ein wichtiger Aspekt das Thema «Datenformate», welche gewisse Berechnungen in Excel zulassen. Im Zusammenhang mit den verschiedenen Möglichkeiten Schlaf zu messen, macht es Sinn die folgenden Daten einheitlich zu erfassen: 1. Einschlafzeit 2. Aufwachzeit 3. Aus 1. und 2. Schlafzeit berechnen 4. Anzahl Tiefschlafphasen 5. Aufgewacht in Tiefschlafphase (Ja = 1/ Nein = 0) Zusatzdaten Zusätzlich zu den Daten oben, können weitere Kontext gesammelt werden. Hier einige mögliche Ideen: 1. Wohlbefinden beim Aufwachen Es könnten Daten zum Wohlbefinden beim Aufwachen gesammelt werden. Es macht Sinn, sich am Anfang des Versuches auf eine Skala zu einigen. Zum Beispiel: 1. Schlecht, Aufwachen sehr schwer 2. Es geht so, normal 3. Gut, Aufwachen sehr einfach 2. Traumerinnerung Erinnere ich mich an einen Traum beim Aufwachen? 1. Ja 2. Nein 3. Testresultate Ein weiterer interessanter Datenpunkt könnten Testresultate mit Schlafzeit sein. Man könnte während der Dauer des Experimentes jeden Morgen bei Schulbeginn einen kurzen Test durchführen und die Resultate festhalten. Anbieten würde sich beispielsweise ein kurzes Kopfrechnen, wie zum Beispiel von (Zum Beispiel kann eine bestimmte Zeitspanne vorgegeben werden und die Anzahl richtig gelöster Rechnungen festgehalten werden.) PHBern

6 Unterrichtsdokumente Die Wahl der Messmethoden steht im Ermessen der jeweiligen Lehrperson, auch etwa, ob sie verschiedene Werkzeuge zulassen will oder nicht. Als Unterrichtshilfe habe ich einerseits eine Anleitung zum Erstellen einer Excel-Tabelle für die Schülerinnen und Schüler erstellt. Andererseits habe ich eine Beispieltabelle erstellt, falls man sich dafür entscheidet, die gesammelten Daten einfach zusammenzutragen. PHBern