Augenpräparation und Augenmodelle

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1 Staatliches Seminar für Didaktik und Lehrerbildung (Realschulen) Reutlingen Fächerverbund Naturwissenschaftliches Arbeiten Augenpräparation und Augenmodelle o Allgemeine Präparation: Bestandteile des Auges o Grauer-Star-Operation o Gefrorenes Auge o Modell-Ideen Im Rahmen des NWA-Tag 2011 zum Thema Der Mensch eingereicht von: Anita Betz Tanja Glaser Kathrin Schlegel Sandra Stefan

2 Inhaltsverzeichnis Teil I: Sachanalyse und Augenpräparationen Sachanalyse Das Auge Anatomie des menschlichen Auges Funktionen der einzelnen Augen-Bestandteile Die Akkommodation Didaktische Analyse Bezug zum Bildungsplan Kompetenzerwerb / Lehr- und Lernziele Fachspezifische Arbeitsweise: Präparieren Durchführung der Präparationen von Schweineaugen Allgemeine Präparation Bestandteile des Auges Schnitt durch ein gefrorenes Auge Grauer-Star-Operation... 7 Teil II: Augenmodelle Sachanalyse Was ist ein Modell? Sinn und Bedeutung Kategorisierung Einsatz Bezug zum Bildungsplan Verschiedene Augenmodelle Einfaches Luftballonmodell Funktionsweise Bauanleitung und Beschreibung Art des Modells Modellkritik

3 3.2 Luftballonmodell zur Funktion des Ringmuskels (Ciliarmuskels) Funktionsweise Bauanleitung und Beschreibung Art des Modells Modellkritik Anatomisches Modell zum Aufbau des Auges Funktionsweise Beschreibung Art des Modells Modellkritik Selbstgebautes anatomisches Modell zum Aufbau des Auges Funktionsweise Bauanleitung Art des Modells Modellkritik...15 Literaturverzeichnis...16 Anhang

4 Teil I: Sachanalyse und Augenpräparationen 1 Sachanalyse 1.1 Das Auge Das Auge ist eines der wichtigsten Sinnesorgane. Durch das Auge nehmen wir unsere Umwelt differenziert wahr. Das Thema Auge ist immer aktuell und aus dem Alltag der Schülerrinnen und Schüler aufgegriffen. Täglich können sie ihre Augen im Spiegel betrachten und Blickkontakt zu anderen Menschen aufnehmen. Die Augen sind ein wichtiger Bestandteil des täglichen Lebens und dienen der Orientierung in der Umwelt. Der Augapfel, der Sehnerv und die Hilfseinrichtungen wie z.b. der Tränenapparat und die Augenlider gehören zum eigentlichen Sehorgan Auge. 1 Die Farbwahrnehmung, das räumliche Sehen, das Richtungssehen, sowie die Akkommodation das Scharfsehen von Nahem und Fernem, sind wichtige Funktionen unserer Augen. Diese Funktionen ermöglichen uns, uns in unserer Umwelt zu orientieren. Von der Aufnahme von Lichtreizen, durch die lichtempfindlichen Sinneszellen auf der Netzhaut, bis hin zur Entstehung von Bildern im Gehirn wird ein komplexer Vorgang durchlaufen. Die Anatomie des menschlichen Auges bildet somit das Fundament für das Verstehen des Sehvorgangs und weiteren wichtigen Funktionen des Auges. 1.2 Anatomie des menschlichen Auges Mit Verweis auf die Abbildung Seite 710 in FALLER 2008 wird im Folgenden die Anatomie des menschlichen Auges näher erläutert. Das menschliche Auge ist nahezu kugelförmig und enthält eine gallertartige Füllung - den Glaskörper. Der Augapfel besteht aus drei Augenhäuten. Die äußerste Augenhaut besteht aus der weißen, festen Lederhaut (Sclera), die nach vorne hin in die durchsichtige, vorgewölbte Hornhaut (Cornea) übergeht. Zudem gehört hier die Bindehaut (Conjunctiva), welche den vorderen sichtbaren Teil des Auges und die Innenseiten der Augenlider bedeckt, hinzu. Die mittlere Augenhaut umfasst sowohl die Aderhaut (Cornea), welche im vorderen Teil des Auges in die Iris (Regenbogenhaut) übergeht, als auch den Ziliarkörper mit den Ziliarmuskeln. Die Iris enthält ein Sehloch, auch Pupille genannt, welches das Eindringen von Lichtstrahlen ermöglicht. Hinter der Pupille liegt die Linse, die glasklar und elastisch ist. Sie ist über die sogenannten Zonulafasern mit dem Ziliarmuskel verbunden. Die Iris wird von der vorderen und hinteren Augenkammer umgeben. Diese Kammern enthalten das Kammerwasser, die Nährstoffe über Diffusion an Iris und Hornhaut weitergeben. Die innerste Augenhaut wird aus der Netzhaut (Retina) gebildet. Die Netzhaut besteht wiederum aus zwei Blättern dem äußeren Pigmentepithel, welches braune, längliche Pigmentkörnchen enthält und der inneren lichtempfindlichen Sinneszellschicht. Die Stäbchen, die für das Hell-Dunkel- Sehen oder auch für das Dämmerungssehen verantwortlich sind und die Zapfen, welche das Farbsehen ermöglichen, gehören zu den Lichtsinneszellen der Netzhaut. Die entstandenen Erregungen der Netzhaut werden über den sogenannten Sehnerv (Nervus opticus) in das Gehirn weitergleitet. 2 1 vgl. FALLER 2008, S vgl. FALLER 2005, S ; MENCHE 2007, S

5 1.3 Funktionen der einzelnen Augen-Bestandteile Im vorherigen Kapitel (vgl.1.2) wurden die anatomischen Bestandteile des Auges näher erläutert. Aus diesen anatomischen Gegebenheiten bilden sich Funktionen und Aufgaben für die Bestandteile des Auges heraus. Diese werden in der nachfolgender Tabelle (Abb. 1) veranschaulicht. Bestandteil des Auges Funktionen Glaskörper Lederhaut Hornhaut Bindehaut Aderhaut Iris (Regenbogenhaut) Ziliarkörper Linse Zonulafasern Vordere und hintere Augenkammer Netzhaut Sehnerv Gelber Fleck Blinder Fleck Formgebung, Stabilisation Andrücken der Netzhaut auf die Aderhaut Schutz, Stabilität, Formgebung Lichtbrechung Schutz Schleimhautschicht zum Schutz des Auges Versorgung der umliegenden Schichten mit Nährstoffen und Sauerstoff Farbgebung Regulierung des Lichteinfalls durch Pupillenerweiterung oder - verengung (Adaptation) Verändert über den Ziliarmuskel die Linsenform (für die Scharfeinstellung) Lichtbrechung Akkommodation Aufhängung der Linse Versorgung der Iris und Hornhaut mit Nährstoffen und Sauerstoff Regulierung des Augeninnendrucks Reizaufnahme Weiterleitung elektrischer Erregungen ans Gehirn Stelle des schärfsten Sehens Austritt des Sehnervs Abb. 1 Funktionen der einzelnen Augenbestandteile Die Akkommodation Der Akkommodationsvorgang wird durch die Veränderung der Linsenform hervorgerufen. Durch die unterschiedlich starke Krümmung der Linse, verändert sich die Brechkraft, wodurch Gegenstände auf der Netzhaut scharf abgebildet werden können. Die Linse ist über die sog. Zonulafasern mit dem Ziliarmuskel verbunden. Dieser Muskel kann durch Kontraktion (Anspannung) bzw. Relaxation (Entspannung) die Linsenform verändern. Durch die Akkommodation können unterschiedlich weit entfernte Gegenstände scharf gesehen werden. Dabei können zwei Vorgänge unterschieden werden: die Nahsicht (Nahakkommodation) und 3 vgl. FALLER 2005, S und MENCHE 2007, S

6 die Fernsicht (Fernakkommodation). Bei der Nahsicht ist der Ziliarmuskel angespannt, was bewirkt, dass die Zonulafasern entspannt sind und die Linse gewölbt wird. Dabei nimmt die Brechkraft der Linse zu und der nahegelegene Gegenstand wird auf der Netzhaut scharf abgebildet. Bei der Ferneinstellung des Auges ist genau das Gegenteil zu beobachten: Der Ziliarmuskel ist entspannt, die Zonulafasern werden hierdurch gespannt. Die Brechkraft nimmt durch die abgeflachte Linse ab und weit entfernte Gegenstände werden dadurch scharf auf der Netzhaut abgebildet. 4 Dieser Vorgang kann mit Hilfe verschiedener Modelle (Vgl. Teil II - Kapitel 3) verdeutlicht werden. 2 Didaktische Analyse 2.1 Bezug zum Bildungsplan Im Bildungsplan 2004 für Realschulen in Baden-Württemberg werden Kompetenzen und Inhalte formuliert, die die Schüler erwerben und entwickeln sollen. Aspekte aus den Leitgedanken zum Kompetenzerwerb im NWA-Unterricht können mit dieser Thematik in Verbindung gebracht werden. Ein wichtiger Bestandteil ist dabei, dass Naturwissenschaftliche Bildung ein bedeutender Teil der Allgemeinbildung darstellt. Außerdem wird das Verstehen von Begriffen, Prinzipien und Prozessen der Naturwissenschaften angestrebt. Auch das Vorstellungsvermögen soll gefördert und das Vorwissen der Schülerinnen und Schüler mit einbezogen werden. Direkte Begegnungen mit dem Original (Primärerfahrungen) ist des Weiteren ein wichtiger Aspekt im Zeitalter des Medienkonsums. Im Fach Naturwissenschaftliches Arbeiten werden im Bildungsplan 2004 angestrebte Unterrichtsziele benannt. Dabei ist es z.b. wichtig, dass Schülerinnen und Schüler erkennen, dass jedes einzelne Teil eine Bedeutung hat und zeitgleich Bestandteil eines größeren Systems ist. Außerdem sollen sie durch Kenntnisse über Bau und Funktionen bestimmter Organsysteme ihren Körper als komplexes System verstehen, den Körper in seiner Ganzheit wahrnehmen und auf dessen Gesunderhaltung achten Kompetenzerwerb / Lehr- und Lernziele Im Folgenden werden die fachlichen, methodischen, personalen, sozialen und affektiven Lernziele, die bei der Präparation von Schweineaugen angebahnt bzw. erreicht werden können, benannt Fachliche Ziele Die Schülerinnen und Schüler können die Bestandteile des Auges am präparierten Auge erkennen und benennen. kennen den Aufbau des menschlichen Auges. Methodische Ziele Die Schülerinnen und Schüler können eine Präparation mit Hilfe einer Anleitung durchführen. 4 vgl. FALLER 2005, S MINISTERIUM FÜR KULTUS, JUGEND UND SPORT BADEN-WÜRTTEMBERG 2004, S. 96 f 5

7 trainieren naturwissenschaftliche Arbeitsweisen wie das Präparieren, Dokumentieren und Beschreiben. können grundlegende Sicherheitsmaßnahmen und Verhaltensregeln beim Umgang mit Laborgeräten und beim Präparieren einhalten. können mit Laborgeräten, wie z.b. Skalpell, Pinzette und Schere umgehen und diese fachgerecht einsetzen. Personale und Soziale Ziele Die Schülerinnen und Schüler üben sich in Partnerarbeit/Gruppenarbeit zu verständigen und miteinander zu arbeiten. vertiefen ihre Kommunikationskompetenz, indem sie mit einem Partner/einer Gruppe zusammenarbeiten üben selbstständig und eigenverantwortlich zu arbeiten. Affektive Ziele Die Schülerinnen und Schüler finden einen Einblick in die Komplexität des menschlichen Auges. haben einen direkten Bezug zum Thema und fühlen sich persönlich angesprochen. können neue Inhalte anhand von Primärerfahrungen und mit Beziehung zum eigenen Körper erschließen. können durch die Präparation evtl. ihre Abneigung oder Scheu vor biologischen Sezierversuchen abbauen. 2.3 Fachspezifische Arbeitsweise: Präparieren Beim Präparieren oder Sezieren wird das Objekt, unter Verwendung von Laborgeräten, wie beispielsweise einem Skalpell, einer Pinzette und einer Schere in seine einzelnen Bestandteile zerlegt. Dabei können Beobachtungen und Betrachtungen durchgeführt und anatomische Strukturen und Gegebenheiten besser erkannt werden. Bei dieser Arbeitsweise sollten Schülerinnen und Schüler theoretisch, praktisch, aber auch psychologisch darauf vorbereitet werden. Ekel, Scheu oder sogar Ablehnung einer solchen Arbeitsweise können im Unterricht auftreten. Daher sollte stets alternatives Arbeitsmaterial (Arbeitsblätter, Aufgaben zum Schulbuch, Arbeiten an Modellen etc.) bereitgestellt werden. Demzufolge sollten auch aus ästhetischen Gründen, vor der Schülerpräparation, beim Schweineauge die Fettpolster und das Muskelgewebe entfernt werden. Außerdem ist es hilfreich den Schülerinnen und Schülern Einweghandschuhe bereitzulegen. Sie können dann selbstständig abwägen, wann sie ihre Handschuhe ablegen möchten. Die Schülerinnen und Schüler dürfen in keinem Fall zu dieser Arbeitsweise gezwungen werden. Auch die Sicherheitsbelehrung, wie beispielsweise Umgang mit Skalpell und Schere und hygienische Maßnahmen müssen getroffen werden. Um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten müssen diese Belehrungen zu Beginn der Unterrichtsstunde verdeutlicht werden. Dabei sollte ihnen auch der Ablauf der Präparation, z.b. mit Hilfe einer Folie, dargelegt werden (siehe Anlage 1). 6 6 vgl. ESCHENHAGEN u.a. 2006, S.313f und KÖHLER, K. 2004, S.148 6

8 3 Durchführung der Präparationen von Schweineaugen 3.1 Allgemeine Präparation Bestandteile des Auges Bei der ersten Präparation (siehe Anlage 2) kann der Aufbau des Auges und die einzelnen Bestandteile genauer betrachtet werden. Die Sicherheitsbelehrung für den Umgang mit Gerätschaften und Präparierbestecken, sowie die Hygienehinweise und der Ablauf der Unterrichtsstunde sollten zu Beginn der Stunde angesprochen werden. Dies kann z.b. mit Hilfe einer Folie (siehe Anlage 1) erfolgen. Bei der Präparation zum Aufbau des Schweineauges kann die Präparationsanleitung 1 (siehe Anlage 2) verwendet werden. Zu Beginn der Präparation sollen die Schülerinnen und Schüler an das Auge herangeführt werden. Sie kommen mit dem Auge in Kontakt und berühren es dabei zum ersten Mal. Sie beschreiben ihren Eindruck und notieren ihn auf der Anleitung. Die anfängliche Scheu bzw. der anfängliche Ekel soll hierbei abgebaut werden. Anschließend sollen sie protokollieren, welche Bestandteile sie bereits am Auge, von außen betrachtet, erkennen. Für diesen Schritt sollten die Schüler bereits Vorkenntnisse bezüglich des Aufbaus des Auges haben. Nach dieser Betrachtungsaufgabe folgt die eigentliche Präparation. Dabei müssen die Schülerinnen und Schüler sehr vorsichtig mit ihren Präparierbestecken arbeiten. Nach und nach entnehmen sie dem Auge wichtige Bestandteile (z.b. Stück des Sehnervs, der Lederhaut, der Hornhaut, die Netzhaut und die Linse etc.) und sammeln diese auf einem Sammelblatt (siehe Anlage 3). Dieses Sammelblatt bietet eine Übersicht über die wichtigsten Bestandteile des Auges. Außerdem kann der Lehrer sofort erkennen, ob die Schülerinnen und Schüler die Bestandteile erkannt und sachrichtig zugeordnet haben. Im letzten Arbeitsschritt können die einzelnen Gruppen ihre Präparationsergebnisse mit Hilfe dem Sammelblatt vergleichen. 3.2 Schnitt durch ein gefrorenes Auge Für diese Präparation dient die Präparationsanleitung 2 (siehe Anlage 4). Hierbei wird mit einer Säge das Auge im Längsschnitt geteilt. Anschließend können die einzelnen Bestandteile des Auges benannt und die einzelnen Schichten aufgezeigt werden. Ein großer Vorteil dieser Präparation ist, dass der Querschnitt des gefrorenen Auges mit anderen Abbildungen, z.b. aus dem Schulbuch verglichen werden kann. Die Schüler können nach der Präparation eine eigene Zeichnung des Auges mit Beschriftung anfertigen. Diese Präparation kann unabhängig von der oben beschriebenen Unterrichtsstunde (siehe Teil I - Kapitel 3.1) durchgeführt werden. 3.3 Grauer-Star-Operation Beim Grauen Star (Katarakt) handelt es sich um eine Augenkrankheit, die durch Trübung der Linse hervorgerufen wird. Dabei lässt die Sehfunktion immer mehr nach. Die Linse kann dann in einer Operation durch eine Kunststofflinse ausgetauscht werden. Bei dieser Präparation können die Schülerinnen und Schüler eine solche Operation mit Hilfe von Schweineaugen nachstellen (siehe Anlage 5 Präparationsanleitung 3). Diese Präparation kann als Differenzierungsmöglichkeit zu den Präparationen von Teil I - Kapitel 3.1 und 3.2 angeboten werden. 7

9 Teil II: Augenmodelle 1 Sachanalyse 1.1 Was ist ein Modell? Der Begriff Modell stammt vom lateinischen Wort modus ab, was mit Maß, Maßstab oder Art und Weise übersetzt werden kann. Ein Modell wird als Gegenbegriff zu dem des Originals verstanden und demzufolge als eine vereinfachte Abbildung von Originalen definiert, deren Grundlage Modellvorstellungen sind. Diese werden v.a. aus denkökonomischen Gründen gemacht. Nach Steinbuch behilft sich das menschliche Bewusstsein damit, Teilbereiche der Wirklichkeit durch Denkmodelle abzubilden, um wenigstens in Teilbereichen erfolgreich denken zu können 7. Modellierung Original Denkmodell Anschauungsmodell Abbildung 1: Modellbildung Ein Original besitzt wie alle anderen Gegenstände unendlich viele Eigenschaften. Beim Prozess der Modellierung findet nun eine theoriebezogene Reduktion auf das Wesentliche 8 statt, bei welcher entschieden wird, welche Eigenschaften als wesentlich betrachtet werden. Grundlage für diese Entscheidung sind Annahmen (Theorien, Hypothesen), nach denen die originale Wirklichkeit gedeutet wird und die Denkmodelle gebildet werden 9. Der Abschluss der Modellierung bildet das Erstellen des Denkmodells, welches nur in gedanklicher Form vorliegt und sich nur auf die wesentlichen Eigenschaften bezieht. Entsteht aus dem Denkmodell ein Anschauungsmodell, so besitzt dieses, da es sich hierbei wiederum um einen Gegenstand handelt, unendlich viele Eigenschaften die entsprechend der Modellierung wesentlichen, aber auch unwesentliche Eigenschaften. Es kann also gesagt werden, dass Modelle keine Kopien der Originale 10 sind, denn ihre Eigenschaften stimmen nicht mit denen des Originals überein. Es handelt sich eher um theoriebezogene Abbilder von Originalen STEINBUCH 1977, S ESCHENHAGEN u.a. 2006, S ESCHENHAGEN u.a. 2006, S ESCHENHAGEN u.a. 2006, S. 330, ESCHENHAGEN u.a. 2006, S

10 1.2 Sinn und Bedeutung Zum einen wird die Modellierung im Hinblick auf bestimmte Zwecke durchgeführt, zum anderen werden die so gebildeten Modelle zu bestimmten Zwecken eingesetzt 12 beispielsweise im NWA-Unterricht. Somit können Modelle als Hilfsmittel bezeichnet werden, die gemacht wurden, um einen bestimmten Zweck zu erfüllen und die Funktion besitzen, Erkenntnisse zu gewinnen und zu vermitteln. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, müssen Modelle verschiedenen Anforderungen gerecht werden. Dies kann aber nur mit Hinblick auf den Zweck des Modells geschehen. Solche Anforderungen sind z.b.: - Ähnlichkeit und Entsprechung: Die Hauptmerkmale sollen ähnlich sein, d.h. das Modell und das Original stimmen in den wesentlichen Eigenschaften überein. - Einfachheit und Adäquatheit: Die wesentlichen Eigenschaften des Originals sollen adäquat, aber vereinfacht abgebildet werden. - Exaktheit und Fruchtbarkeit: Das Modell soll geeignet sein, um Voraussagen über das Original treffen zu können Kategorisierung Die folgende Grafik verdeutlicht, in welche Typen Modelle eingeteilt werden können. Die verschiedenen Modelltypen sind nach verschiedenen Gesichtspunkten unterteilt. So können Modelle z.b. nach Realitätsbereichen unterteilt werden und zwar in gedankliche Denkmodelle und materielle Anschauungsmodelle. Abbildung 2: Einteilung von Modellen Einsatz Im Biologie- bzw. NWA-Unterricht können Lehr- und Lernmodelle eingesetzt werden, um den Schülerinnen und Schülern einen Sachverhalt zu veranschaulichen und zu demonstrieren. Auch gibt es die Möglichkeit mit ihrer Hilfe etwas zu entdecken, zu erkunden, zu erklären oder auch zu bestätigen. So kommen besonders Lernmodelle beim forschenden Lernen zum Einsatz, wenn Schüler handelnd mit dem Modell umgehen können. Am Stärksten beschäftigen sich Schüler mit 12 ESCHENHAGEN u.a. 2006, S vgl. ESCHENHAGEN u.a. 2006, S. 331, vgl. ESCHENHAGEN u.a. 2006, S

11 Modellen, die sie selbst erarbeitet und angefertigt haben. Bei jedem Einsatz von Modellen, so auch in der Schule, muss aber stets ein Modell kritisch betrachtet werden (Modellkritik) und zwar in Hinsicht auf dessen Leistungen, Grenzen und Überschuss (Beiwerk an unwesentlichen Eigenschaften). Hierbei empfiehlt es sich im Unterricht, um eine Verwirrung der Schüler zu vermeiden, die Grenzen der Aussagekraft der Modelle, als auch der mit deren Hilfe durchgeführten Experimente zu diskutieren. Ob Modelle oder Originale (z.b. Lebewesen) im Unterricht zum Einsatz kommen, muss stets didaktisch durchdacht werden. Sinnvoll sind Modelle und Modellversuch speziell dann, wenn das Original nicht zur Verfügung steht, oder für bestimmte Versuche nicht brauchbar ist. Allerdings können Modelle Originale nicht ersetzen, weil kein Modell das Original optimal abbildet, weswegen gegebenenfalls weitere Modelle und Medien im Unterricht eingesetzt werden müssen, um den Schülern ein umfangreiches Bild zu vermitteln Bezug zum Bildungsplan Im Bildungsplan ist die Arbeit mit Modellen zum Auge in folgenden Kompetenzen eingebunden: Die Schülerinnen und Schüler können - Gesetze, Modelle und Konzepte zur Klärung heranziehen [ ] - Begriffe oder Modelle bilden und Zusammenhänge formulieren [ ] - auf Modellebene denken und eigene Modelle entwickeln [ ] - mit Modellen sich selbst und anderen Phänomene beschreiben, dem Verstehen zugänglich machen und in einen Kontext einordnen [ ] - die Leistungen eines Sinnesorgans [ ] nachvollziehen 16 3 Verschiedene Augenmodelle 3.1 Einfaches Luftballonmodell Funktionsweise Das Einfache Luftballonmodell veranschaulicht den Vorgang der Akkommodation, d.h. der dynamischen Anpassung der Brechkraft des Auges (siehe Kapitel 1.4). Der Vorgang der Nahakkommodation ist gekennzeichnet durch die Anspannung des Ringmuskels (Ciliarmuskels), die Entspannung der Zonulafasern und eine Wölbung der Linse. Die Fernakkommodation hingegen ist an der Entspannung des Ringmuskels (Ciliarmuskels), an der Anspannung der Zonulafasern und an der abgeflachten Linse zu erkennen Bauanleitung und Beschreibung Zunächst wird ein Luftballon schwach aufgepustet und zugeknotet. Der Luftballon steht für den gesamten Augapfel. Auf der gegenüberliegenden Seite des Verschlusses wird mit Edding ein Kreis (Durchmesser etwa cm) aufgezeichnet, welcher die Linse darstellt. Am Kreisring setzen die Zonualfasern an, die durch ca. 4 cm- lange Edding-Striche symboli- 15 vgl. ESCHENHAGEN u.a. 2006, S MINISTERIUM FÜR KULTUS, JUGEND UND SPORT BADEN-WÜRTTEMBERG 2004, S

12 siert werden. Um die An-und Entspannung des Ringmuskels zu veranschaulichen, wird der Kreisring (Linse) mit Zeigefinger und Daumen beider Hände ringförmig umfasst und passend zur Nah- und Fernakkommodation angespannt bzw. entspannt Art des Modells Eschenhagen, Kattmann und Rodi (2006) teilen Modelle nach verschiedenen Gesichtspunkten ein. Nach diesen Gesichtspunkten wird im Folgenden das Einfache Luftballonmodell klassifiziert. 17 Einteilung nach... Einfaches Luftballonmodell =...Realitätsbereichen...dem Ort im Erkenntnisprozess...den Dimensionen der Abbildung...den abgebildeten Eigenschaften Anschauungsmodell Lern-und Lehrmodell Körperliches Modell Funktionsmodell Modellkritik In der folgenden Tabelle werden die Vor- und Nachteile des selbsthergestellten Augen- Modells aufgeführt. Vorteile Das Einfache Luftballonmodell ist sehr kostengünstig. SuS können das Modell schnell und einfach selbst herstellen. Die Wölbung und Abflachung der Linse sind sehr gut zu erkennen. Nachteile Das Modell ist nicht dauerhaft haltbar, da der Ballon nach kurzer Zeit schrumpft. Die Anspannung und Entspannung der Zonulafasern ist eher schwer zu erkennen. Der Luftballon bringt von sich aus bereits eine Wölbung mit, die bei Entspannung des Ringmuskels nicht vorhanden sein sollte. Der Handkreis ist kein exakter Ring und verzerrt deshalb die aufgezeichneten Augenbestandteile. 17 vgl. ESCHENHAGEN u.a. 2006, S

13 3.2 Luftballonmodell zur Funktion des Ringmuskels (Ciliarmuskels) Funktionsweise Das Luftballonmodell zeigt die Funktionsweise des Ringmuskels (Ciliarmuskels) und die damit zusammenhängende An- und Entspannung der Zonulafasern. Die Visualisierung der Wölbung und Abflachung der Linse leistet das Modell nicht Bauanleitung und Beschreibung Zuerst wird ein Luftballon schwach aufgepustet und zugeknotet, welcher den Augapfel darstellen soll. Ein Kabel oder ein fester Draht wird im Abstand von ca cm um den Ballon gelegt und symbolisiert den Ringmuskel. Wichtig ist, dass der Ring aus Kabel oder Draht nicht endgültig verschlossen wird, sondern beweglich und somit verstellbar bleibt. Dann werden gleichlange Klebebänder (Kreppband aus dem Baumarkt) vom Draht zum Luftballon gespannt. Diese stellen die Zonulafasern dar. Wenn nun der Radius des Rings verkleinert wird (= Anspannung des Ringmuskels), hängen die Klebebänder durch (=Entspannung der Zonulafasern). Wenn der Radius des Rings vergrößert wird (= Entspannung des Ringmuskels), sind die Klebebänder straff (=Anspannung der Zonulafasern) Art des Modells Eschenhagen, Kattmann und Rodi (2006) teilen Modelle nach verschiedenen Gesichtspunkten ein. Nach diesen Gesichtspunkten wird im Folgenden das Luftballonmodell zur Funktion des Ringmuskels klassifiziert. 18 Einteilung nach......realitätsbereichen...dem Ort im Erkenntnisprozess...den Dimensionen der Abbildung Luftballonmodell (Ringmuskel)= Anschauungsmodell Lern-und Lehrmodell Körperliches Modell... den abgebildeten Eigenschaften Funktionsmodell 18 vgl. ESCHENHAGEN u.a. 2006, S

14 3.2.4 Modellkritik In der folgenden Tabelle werden die Vor- und Nachteile des selbsthergestellten Augen- Modells aufgeführt. Vorteile Das Luftballonmodell ist sehr kostengünstig. Die An- und Entspannung der Zonulafasern in Abhängigkeit des Ringmuskels ist sehr gut erkennbar. In Teamarbeit kann das Modell von den SuS selbst hergestellt werden. Nachteile Das Modell ist nicht dauerhaft haltbar, da der Ballon nach kurzer Zeit schrumpft. Die Herstellung des Modells verlangt motorisches Geschick und ist allein nicht zu bewerkstelligen. Die Wölbung und Abflachung der Linse wird nicht abgebildet. 3.3 Anatomisches Modell zum Aufbau des Auges Funktionsweise Das Modell verdeutlicht den anatomischen Aufbau des Auges durch abnehmbare Einzelbauteile in realitätsnaher Bauweise Beschreibung Das anatomische Modell kann beispielsweise bei der Firma Erler-Zimmer für etwa 130 Euro erworben werden. Das Modell-Auge befindet sich auf dem knöchernen Boden der Augenhöhle und besteht aus folgenden Einzelteilen: Obere Hälfte der weißen Augenhaut mit Hornhaut und Augenmuskelansätzen, Linse und Glaskörper, dem Ansatz des Sehnervs und beiden Hälften der Aderhaut mit Iris, Netzhaut und den Zonulafasern Art des Modells Eschenhagen, Kattmann und Rodi (2006) teilen Modelle nach verschiedenen Gesichtspunkten ein. Nach diesen Gesichtspunkten wird im Folgenden das Anatomische Modell klassifiziert. 19 Einteilung nach... Anatomisches Modell =...Realitätsbereichen...dem Ort im Erkenntnisprozess...den Dimensionen der Abbildung Anschauungsmodell Lern-und Lehrmodell Körperliches Modell... den abgebildeten Eigenschaften Strukturmodell 19 vgl. ESCHENHAGEN u.a. 2006, S

15 3.3.4 Modellkritik In der folgenden Tabelle werden die Vor- und Nachteile des gekauften Augen-Modells aufgeführt. Vorteile Das anatomische Modell ermöglicht durch die abnehmbaren Bauteile einen konkreten Einblick in den Aufbau des Auges. Die einzelnen Bauteile sind meist sehr realitätsnah gestaltet. Das Modell ist groß und eignet sich deshalb hervorragend für den Einsatz im Unterricht. Die SuS können das Modell ohne weiteres anfassen, auseinanderbauen und wieder zusammensetzen. Das Modell ist über sehr lange Zeit haltbar. Nachteile Die Anschaffungskosten sind sehr hoch. Das Modell ist empfindlich im Gebrauch, da beispielsweise der Glaskörper und die Linse zerbrechlich sind. Das Modell ist relativ schwer und unhandlich im Transport. Die Netzhaut ist nicht als getrennt abnehmbares Bauteil dargestellt, sondern bildet mit der Aderhaut eine Einheit. Irritation! Als Strukturmodell leistet es nicht die Anschauung der Funktion. 3.4 Selbstgebautes anatomisches Modell zum Aufbau des Auges Funktionsweise Das Modell gibt in vereinfachter Weise den Aufbau des Auges wieder Bauanleitung Für den Bau des Modells wird eine innen hohle Styroporkugel, eine darin passende, durchsichtige Kunststoffkugel, einen Kreis aus Kopierfolie sowie Farben oder Seidenpapier benötigt. Die Kosten hierfür belaufen sich auf rund 5. In die Styroporkugel eine kreisrunde, zur Größe des Kopierfolienkreises passende Öffnung schneiden und die Folie befestigen. Die Styroporkugel selbst dient als Lederhaut. Die anderen Schichten können entweder mit Seidenpapier innen in der Styroporkugel angeklebt oder mit Farben eingezeichnet werden. Kunststoffkugel in Styroporkugel einlegen und Syroporkugel schließen Art des Modells Eschenhagen, Kattmann und Rodi (2006) teilen Modelle nach verschiedenen Gesichtspunkten ein. Nach diesen Gesichtspunkten wird im Folgenden das selbstgebaute anatomische Modell klassifiziert vgl. ESCHENHAGEN u.a. 2006, S

16 Einteilung nach... Anatomisches Modell =...Realitätsbereichen Anschauungsmodell...dem Ort im Erkenntnisprozess Lern-und Lehrmodell...den Dimensionen der Abbildung Körperliches Modell den abgebildeten Eigenschaften Strukturmodell Modellkritik In der folgenden Tabelle werden die Vor- und Nachteile des gekauften Augen-Modells aufgeführt. Vorteile Die Materialkosten für das Modell sind sehr niedrig. Das Modell kann kostengünstig in kleinerer Form von Schülern selbst hergestellt werden. Das Modell ermöglicht einen vereinfachten Einblick vom Aufbau des Auges. Durch die Verwendung von nicht zerbrechlichen Teilen, ist das Modell unempfindlich im Gebrauch und dementsprechend auch lange haltbar. Nachteile Das Modell ist stark vereinfacht. Viele Bestandteile des Auges, wie Regenbogenhaut, Sehnerv, Zonulafasern, etc. sind im Modell nicht berücksichtigt. Die einzelnen Schichten lassen sich nicht auseinandernehmen. Als Strukturmodell leistet es nicht die Anschauung der Funktion. 15

17 Literaturverzeichnis ESCHENHAGEN, D.; KATTMANN, U.; RODI, D. (2006): Fachdidaktik Biologie. Köln: Aulis Verlag Deubner FALLER, A.; BEARBEITET VON SCHÜNKE, M. (2008): Der Körper des Menschen. Einführung in Bau und Funktion. Stuttgart: Georg Thieme Verlag, 15. Aufl. FREUNDNER-HUNEKE, I.; KÄHLER, H.; LUTZ KLEIN, R.; KRAUSE, R.-H.; MEHLIß, D. (2004): WPU Biologie Sinne, Nerven und Hormone. Braunschweig: Bildungshaus Schulbuchverlage (Schroedel) KÖHLER, K. (2004): Welche fachgemäßen Arbeitsweisen werden im Biologieunterricht eingesetzt? In: SPÖRHASE-EICHMANN, U.; RUPPERT, W. (Hrsg.) (2004): Biologie- Didaktik. Praxishandbuch für die Sekundarstufe I und II. Berlin: Cornelsen Verlag Scriptor MENCHE, N. (Hrsg.) (2007): Biologie, Anatomie, Physiologie kompaktes Lehrbuch für Pflegeberufe. München: Elsevier GmbH, Urban & Fischer Verlag MINISTERIUM FÜR KULTUS, JUGEND UND SPORT BADEN-WÜRTTEMBERG (Hrsg.) (2004): Bildungsplan Realschule. Stuttgart: Neckar-Verlag STEINBUCH, K. (1977): Denken in Modellen. In: Trommer, G.: Denken in Modellen. Braunschweig: Westermann 16

18 Anlage 1: Folie Material: Jede Gruppe bekommt: - ein Schweineauge - ein Präparationsbesteck (Skalpell, Pinzette und Schere) - Einweghandschuhe - ein Becherglas mit Wasser gefüllt zum Reinigen des Schweineauges oder eurer Hände - eine Petrischale - eine Präparationsanleitung (beidseitig bedruckt) - ein Sammelblatt für die präparierten Bestandteile des Schweineauges Anhang Ablauf: 1. Arbeitsplätze mit Zeitungspapier abdecken oder eine Präparationswanne verwenden. 2. Materialien vorne am Lehrerpult vorsichtig abholen und am Arbeitsplatz bereitlegen.! Skalpelle und Scheren sind sehr scharf! Sie werden NUR zum Schneiden am Schweineauge verwendet und bleiben am Tisch! 3. Jede Gruppe präpariert mind. ein Auge! 4. Am Ende der Stunde: - Entsorgt alle Augenreste im vorgesehenen Müllsack. Wickle sie dazu in dein Sammelblatt ein, und werfe alles zusammen in den Müllsack. - Reinigt das Präparierbesteck und alle weiteren verwendeten Gefäße und räumt sie auf. - Wischt euren Tisch ab und wascht eure Hände mit Seife! 17

19 Anlage 2: Präparationsanleitung 1 1) Schaut euch das Schweineauge in Ruhe an! a) Wie fühlt sich das Auge an? b) Welche Bestandteile könnt ihr erkennen? 2) Die Präparation beginnt: a) Halte das Auge mit einer Hand so gut fest, dass es beim Schneiden nicht wegrutschen kann. Durchschneide mit dem Skalpell die Wand des Augapfels an einer Stelle in der Mitte (siehe Abb.), sodass ein kurzer Schnitt entsteht. Führe danach die Schere nicht zu tief (!) in den Schnitt ein und schneide vorsichtig das Auge in zwei Hälften. Vorsicht: Der Glaskörper läuft aus fang ihn mit der Petrischale auf! b) Löse den Glaskörper durch leichten Druck aus den beiden Augen-Hälften heraus und lege ihn in die Petrischale. 18

20 3) Betrachte zunächst die hintere Augenhälfte: a) Versuche die hintere Augenhälfte am Sehnerv zu halten. Innen im Auge, wo der Sehnerv austritt, findest du ein dünnes Häutchen, die Netzhaut. Welche Farbe hat sie? b) Schneide von der Netzhaut und vom Sehnerv ein Stück ab und lege sie auf dein Sammelblatt. c) Rund um das Auge herum, siehst du eine weitere Haut, die Lederhaut. Trenne von ihr ein kleines Stück heraus und lege es ebenfalls auf das Sammelblatt. 4) Betrachte jetzt die vordere Augenhälfte: a) Entferne durch leichten Druck auf das Auge von außen die Linse. Betrachte die Form der Linse was fällt dir auf? b) Lege die Linse auf den Text in deinem Sammelblatt. Was fällt dir auf? c) Welche Teile erkennst du in der vorderen Augenhälfte noch? Präpariere von diesen Teilen Stücke heraus und lege sie auf das Sammelblatt. 5) Vergleich der Ergebnisse: Wenn du fertig bist, kannst du deine Ergebnisse auf dem Sammelblatt mit anderen Gruppen vergleichen. 19

21 Anlage 3: Sammelblatt Muskelreste/Fettpolster Glaskörper (in der Petrischale) Stück des Sehnervs Linse Linse Teil der Netzhaut (innerste Haut) Teil der Lederhaut (äußere Haut) Linse Ziliarmuskel Teil der Hornhaut Regenbogenhaut (Iris) 20

22 Anlage 4: Präparationsanleitung 2 Material: - ein gefrorenes Schweineauge - eine kleine Handsäge Durchführung: Halte das Auge mit einer Hand so gut fest, dass es beim Sägen nicht wegrutschen kann. Säge nun das Auge durch. (siehe Bild) a) Schaue dir die Augen-Hälften genau an. Welche Bestandteile kannst du erkennen? b) Zeichne dein Auge im Querschnitt auf und benenne die Bestandteile. Anlage 5: Präparationsanleitung 3 Material: - 2 Schweineaugen - Skalpell und Schere Durchführung: a) Halte das Auge mit einer Hand so gut fest, dass es beim Schneiden nicht wegrutschen kann. b) Nun schneidest du, mit dem Skalpell ein ca. 0,5-1cm kleines Loch an der Übergangsstelle zwischen Hornhaut und Lederhaut ein (siehe Bild). c) Drücke nun vorsichtig die Linse aus dem Auge heraus. d) Verfahre beim zweiten Auge genauso. e) Nun könnt ihr die Linsen der beiden Augen tauschen und in die Augen wieder einsetzen. 21