Reinste Nervensache eine Lerntheke zum Nervensystem des Menschen VORSCHAU. Das Wichtigste auf einen Blick. o So sind Nervenzellen

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1 Der Mensch Beitrag 25 Das Nervensystem des Menschen (Kl. 9/10) 1 von 30 Reinste Nervensache eine Lerntheke zum Nervensystem des Menschen Ein Beitrag von Erwin Graf, Freiburg Mit Illustrationen von Julia Lenzmann, Stuttgart Riechen, klettern, Klavier spielen oder uns in einer fremden Umgebung orientieren unser Nervensystem vollbringt tagtäglich fantastische Leistungen, die uns nur selten bewusst sind. In dieser Lerntheke erhalten Ihre Schüler Einblicke in Bau und Funktion unseres Nervensystems. Dabei werden sie im selbstständigen und eigenverantwortlichen Lernen gezielt gefördert. Klassen: 9 10 Dauer: 6 Stunden (Minimalplan: 3) Kompetenzen: Die Schüler beschreiben den Aufbau unseres Nervensystems. skizzieren den Aufbau einer Nervenzelle und beschriften die Skizze korrekt. erläutern die Erregungsleitung innerhalb einer Nervenzelle und an einer Synapse. nennen die vier Teile unseres Gehirns und deren Hauptfunktionen. führen selbstständig Versuche durch und werten diese aus. Mit Vor- und Nachtest! Nicht nur beim Klettern ist unser Nervensystem stark gefragt. Das Wichtigste auf einen Blick Aus dem Inhalt: Lerntheke Das Nervensystem des Menschen : o Vom Reiz zur Reaktion o Unser Nervensystem im Überblick o So sind Nervenzellen aufgebaut o Reaktionstest o Relexe o Erregungsleitung innerhalb einer Nervenzelle und an einer Synapse o Das Zentralnervensystem o Parasympathikus und Sympathikus Teste dich selbst! Was weißt du alles über das Nervensystem des Menschen? Foto: Colourbox

2 2 von 30 Rund um die Reihe Warum wir das Thema behandeln Das Nervensystem ist unser alltäglicher Begleiter keinen Augenblick können wir auf dieses komplexe System verzichten. Oft ist uns gar nicht bewusst, wie abhängig wir von ihm sind ob beim Riechen, Klettern, Klavierspielen oder wenn wir uns in einer fremden Umgebung orientieren. Diese Lehr-Lern-Einheit unterstützt Ihre Schülerinnen und Schüler* dabei, Einblicke in dieses System zu erhalten und seine Bedeutung für unseren Körper zu erkennen. Denn nur das, was man selbst kennt und schätzt, ist man auch bereit zu schützen. Darüber hinaus lassen sich bei diesem Thema einige grundlegende Aspekte der Biologie wiederholen und vertiefen, z. B. der Aufbau somatischer Zellen, die Spezialisierung von Zellen, das Zusammenspiel verschiedenster Zellen innerhalb eines Systems, das Wechselspiel verschiedener Systeme, die Hierarchie innerhalb von Systemen sowie die Grundprinzipien der Informationsverarbeitung und -weitergabe in einem System. * Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur Schüler verwendet. Was Sie zum Thema wissen müssen Wie ist unser Nervensystem aufgebaut? Unser Nervensystem lässt sich in zwei große Untersysteme einteilen: Das Zentralnervensystem mit Gehirn und Rückenmark steuert alle Nerventätigkeiten im Körper. Hier werden auch Informationen, die von den Sinnesorganen aufgenommen werden, ausgewertet und körpereigene Reaktionen eingeleitet. Das periphere Nervensystem liegt außerhalb des Zentralnervensystems. Es leitet ausgewählte Informationen von Muskeln und inneren Organen, wie Leber, Niere, Magen und Lunge, zum zentralen Nervensystem und wiederum Informationen des Zentralnervensystems zu den Muskeln und inneren Organen. Die Bausteine unseres Nervensystems sind Nervenzellen (Neurone). Alle Neuronen sind auf die Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen spezialisiert und bestehen aus einem Zellkörper mit Zellkern und meist zahlreichen fein verästelten Fortsätzen, den Dendriten. Vom Zellkörper geht ein dickerer und bis zu 1 m langer Fortsatz ab, die Nervenfaser (Neurit). Die Nervenfasern des Menschen bestehen aus einem Axon, das fast immer von Hüllzellen, auch Myelinscheide oder Myelinschicht genannt, umgeben ist. Die einzelnen Hüllzellen sind durch Ranviersche Schnürringe voneinander getrennt. Am Ende des Axons beinden sich die Synapsen. Mit diesen steht jede Nervenzelle mit weiteren Neuronen, Drüsen- oder Muskelzellen in engem Kontakt. Wie erfolgt die Erregungsleitung in unserem Nervensystem? Die Informationsübertragung durch die Axone der Nervenzellen erfolgt auf bioelektrische Weise. Im Ruhezustand sind die Zellmembranen der Axone außen positiv und innen negativ elektrisch geladen. Man spricht vom Ruhepotential. Wird die Nervenzelle gereizt, kehrt die Ladungsverteilung an der Zellmembran an dieser Stelle um: Sie wird außen negativ und innen positiv. Man nennt dies Aktionspotential. Dieses Aktionspotential wird entlang des Axons weitergeleitet (Erregungsleitung). 1 bis 2 Millisekunden danach kehrt diese Spannungsumkehr automatisch wieder in den Ausgangszustand zurück. Die Axone des Menschen und der Wirbeltiere sind von Hüllzellen umgeben. Dadurch werden die Aktionspotentiale nicht in kleinen Schritten, sondern sprunghaft von Schnürring zu Schnürring weitergeleitet. Man spricht von einer saltatorischen Erregungsleitung. Infolgedessen wird bei Wirbeltierneuronen eine Leitungsgeschwindigkeit von bis zu 120 Meter

3 Der Mensch Beitrag 25 Das Nervensystem des Menschen (Kl. 9/10) 3 von 30 pro Sekunde erzielt und das bei doch relativ dünnen Neuronen. Bei Tieren mit marklosen Nervenfasern, z. B. bei der Weinbergschnecke oder dem Regenwurm, werden dagegen nur Leitungsgeschwindigkeiten von bis zu 6 Metern pro Sekunde erreicht. Bei ihnen indet eine kontinuierliche Erregungsleitung statt. Gehirn und Rückenmark die Schaltzentrale unseres Nervensystems Gehirn und Rückenmark bilden das Zentralnervensystem (ZNS), das mit dem vegetativen Nervensystem (Regelung der Funktionen der inneren Organe und des Blutkreislaufs) und dem somatischen Teil des Nervensystems (Signalaustausch zwischen ZNS und Skelettmuskeln) in intensivem Kontakt steht. Das Rückenmark ist ingerdick und durchläuft den Wirbelsäulenkanal. Es besteht aus einer weißen und einer grauen Substanz. In der schmetterlingsförmigen grauen Substanz beinden sich die Zellkörper der Nervenzellen. Die weiße Substanz enthält vor allem Axone der sensorischen und motorischen Fasern. Die sensorischen Nervenfasern leiten Informationen der Sinnesorgane zum Gehirn, die motorischen Nervenfasern leiten Befehle des Gehirns an die Muskeln. Das Gehirn besteht im Wesentlichen aus vier verschiedenen Hirnteilen: dem Großhirn, dem Kleinhirn, dem Zwischenhirn und dem Stammhirn. Das Stammhirn setzt sich zusammen aus dem verlängerten Rückenmark, dem Mittelhirn und einer Brücke zwischen Mittel- und Kleinhirn. Hier liegt u. a. die Umschaltstelle zwischen Sensorik und Motorik. Zwischen dem Stammhirn und dem Großhirn liegt das Zwischenhirn. Es iltert den Informationsluss von den Sinnesorganen zum Groß hirn und regelt einige lebenswichtige Körperfunktionen. Das Kleinhirn liegt direkt hinter dem Stammhirn und erhält Kopien von allen Informationen, die durch das Stammhirn laufen. Dadurch kann es Befehle höherer Zentren an die Muskeln und die Informationen sensorischer Nervenfasern an die höheren Zentren vermitteln. Fast 90 Prozent des gesamten Gehirnvolumens macht das Großhirn aus. Es spielt die entscheidende Rolle für Lernen, Gedächtnis und bewusstes Verhalten. Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung Voraussetzungen der Lerngruppe Idealerweise haben die Schüler einen vertieften Einblick in den Körperbau des Menschen erhalten, wissen um den Aufbau von Zellen und kennen die Aufgaben der wichtigsten Zellbestandteile. An methodisch-strategischen Kompetenzen sollten die Schüler Versuche weitgehend selbstständig durchführen und auswerten können, ebenso sich auch etwas komplexere Texte erschließen können. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Schüler mit dem selbstständigen Arbeiten in Kleingruppen vertraut sind. Aufbau der Reihe Über die Farbfolie M 1 mit dem Ratespiel Wer bin ich?, das anhand von erstaunlichen Fakten zum Nervensystem des Menschen auf das Thema der Stunde lenkt, erfolgt der Einstieg in die Unterrichtsreihe. Anschließend besprechen Sie anhand der Zeichnung auf Farbfolie M 1 das Zusammenspiel der beim Torschuss beteiligten Organe in unserem Körper. Im Wissenstest M 2 überprüfen die Schüler dann ihr Vorwissen. Der Test wird in der Abschlussstunde erneut eingesetzt, um den Schülern ihren Lernfortschritt bewusst zu machen. In der Lerntheke M 3 M 12 erarbeiten sich Ihre Schüler in Einzel- oder Partnerarbeit selbstständig das Fachwissen zum Reiz-Reaktions-Schema (M 3), zum Aufbau unseres Nervensystems (M 4) und einer Nervenzelle (M 5), zur Erregungsleitung innerhalb einer Nervenzelle (M 7) und an einer Synapse (M 8), zu Aufbau und Funktion von Rückenmark (M 9) und Gehirn (M 11) sowie zu den Grundlagen von Sympathikus und Parasympathikus (M 12). An

4 4 von 30 zwei Stationen werden Versuche zur Reaktionszeit (M 6) und zu unseren Relexen (M 10) durchgeführt. Die Schüler können ihre Ergebnisse nach jedem Material eigenständig mithilfe von Lösungskarten kontrollieren. Nach der gesamten Bearbeitung der Lerntheke erfolgt eine Besprechung der Aufgaben im Plenum. Tipps zur Differenzierung Bei den Stationen 4 (M 6) und 5 (M 7) stehen Zusatzaufgaben für stärkere Schüler zur Verfügung. Darüber hinaus gibt es verschiedene Differenzierungsmöglichkeiten an den einzelnen Stationen (siehe Erläuterungen zu M 3 M 12). Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler Die Schüler beschreiben den Aufbau unseres Nervensystems. erläutern den Reiz-Reaktions-Mechanismus beim Menschen. skizzieren den Aufbau einer Nervenzelle und beschriften die Skizze korrekt. erläutern die bioelektrische Erregungsleitung innerhalb einer Nervenzelle. beschreiben die biochemische Erregungsleitung an einer Synapse. erläutern Aufbau und Funktion des Rückenmarks. nennen die vier Teile unseres Gehirns und deren Hauptfunktionen. führen selbstständig Versuche durch und werten diese aus. stärken ihre soziale Kompetenz durch Partner- und Gruppenarbeit. Ideen für die weitere Arbeit Im Anschluss an die Einheit können Ihre Schüler zur Vertiefung des Themas z. B. eines der folgenden Themen als Referat oder Hausarbeit aufbereiten: Nervensysteme im Tierreich, Lernen bei Schimpansen, Träume, Einlüsse von Drogen auf unser Nervensystem oder die Krankheit Parkinson. Als weiterführende Themen bieten sich der Aufbau und die Funktion einzelner Sinnesorgane sowie das Hormonsystem des Menschen an.

5 6 von 30 Die Reihe im Überblick V = Vorbereitung SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführung Fo = Folie LEK = Lernerfolgskontrolle = Zusatzmaterial auf CD Stunde 1: Einstieg in die Einheit, Wissenstest Material M 1 (Fo) M 2 (LEK) Thema und Materialbedarf Wer bin ich? Teste dich selbst! Was weißt du alles über das Nervensystem des Menschen? Stunden 2 5: Lerntheke Das Nervensystem des Menschen Material (Ab) M 3 (Ab) M 4 (Ab) M 5 (Ab) M 6 (SV) V: 3 min D: 10 min M 7 (Ab) M 8 (Ab) M 9 (Ab) M 10 (SV) V: 5 min D: 10 min M 11 (Ab) M 12 (Ab) Thema und Materialbedarf Laufzettel zur Lerntheke Station 1: Hält der Torwart den Ball? Vom Reiz zur Reaktion Station 2: Netzwerk Nerven unser Nervensystem im Überblick Station 3: Dendrit, Axon & Co. so sind Nervenzellen aufgebaut Station 4: Gibt es die Schrecksekunde? Ein Reaktionstest 1 Lineal (Länge cm) Station 5: Von Schnürring zu Schnürring Erregungsleitung innerhalb einer Nervenzelle Station 6: Von Synapse zur Folgezelle Erregungsleitung von Nervenzelle zu Nervenzelle Station 7: Unser Rückenmark eine Schaltzentrale für Relexe Station 8: Ganz von selbst? Wir testen unsere Relexe Station 9: Allen übergeordnet unser Gehirn Station 10: Sympathikus und Parasympathikus ein ungleiches Paar Stunde 6: Wissenstest und Besprechung der Lerntheke Minimalplan Bei wenig Zeit können Sie die Einheit auch auf drei Stunden reduzieren. Gehen Sie in diesem Fall nach dem Einstieg mithilfe von Farbfolie M 1 zur Lerntheke über. Reduzieren Sie die Lerntheke auf wenige Plichtstationen, indem Sie die Stationen 4 (M 6), 8 (M 10) und 10 (M 12) weglassen. Der Vor- und Nachtest M 2 entfällt oder wird in abgespeckter Form als Hausaufgabe eingesetzt.

6 Der Mensch Beitrag 25 Das Nervensystem des Menschen (Kl. 9/10) 7 von 30 Wer bin ich? Würde man alle meine Bausteine sorgfältig hintereinanderlegen, würden sie von der Erde zum Mond und wieder zurück reichen. In mir rasen Informationen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 430 km/h! Dies erfolgt v. a. in Form von elektrischen Impulsen. Es prasseln pro Sekunde rund elf Millionen Inputs auf mich ein. Nur die 40 wichtigsten iltere ich heraus und verarbeite ich weiter. In mir ist alles eng vernetzt. Meine rund 100 Milliarden Bausteine sind an rund 100 Billionen Kontaktstellen miteinander verknüpft. Manche meiner Bausteine haben so Kontakt mit bis zu 1000 anderen. Dank mir sind Menschen Meister der schnellen Datenbearbeitung, Bewertung und Emotionen. Hier ein kleiner Einblick von meinen wichtigsten Untereinheiten beim Tennisspielen: M 1 Illustration: Julia Lenzmann

7 14 von 30 M 5 l Dendrit, Axon & Co. so sind Nervenzellen aufgebaut Unser Körper ist ein sehr komplexes System, das aus Billionen verschiedener Zellen besteht. Auch die Nervenzellen gehören dazu. Doch bei aller Verschiedenheit weisen die Nervenzellen (Neuronen) viele Gemeinsamkeiten auf. Aufgabe 1 a) Lies dir den folgenden Info-Text durch. Die verschiedenen Nervensysteme der vielzelligen Tiere, einschließlich des Menschen, sind aus zahlreichen einzelnen Zellen aufgebaut, die man Nervenzellen oder Neuronen nennt. Alle Neuronen sind auf die Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen spezialisiert und bestehen aus einem Zellkörper mit Zellkern und meist zahlreichen fein verästelten Fortsätzen. Diese Fortsätze nennt man Dendrite. Ein weiterer, meist dickerer und bis zu 1 m langer Fortsatz geht vom Zellkörper ab. Ihn bezeichnet man als Nervenfaser (Neurit). Die meisten Nervenfasern bestehen im Inneren aus einem Achsenfaden, dem Axon. Das Axon ist von Hüllzellen, auch Myelinscheide oder Myelinschicht genannt, umgeben, welche die verschiedenen Axone isolieren. Die einzelnen Hüllzellen sind durch Schnürringe voneinander getrennt. Am Ende des Axons beinden sich zahlreiche Endknöpfchen, die Synapsen, über welche die Informationen von der Nervenzelle an eine weitere Nervenzelle oder Muskelzelle weitergegeben werden. b) In der folgenden Skizze ist eine typische Nervenzelle stark schematisch dargestellt. Beschrifte die Skizze mit den fett markierten Begriffen aus dem Info-Text. Aufgabe 2 Parallel verlaufende Nervenfasern sind durch Bindegewebe zu Bündeln zusammengefasst. Mehrere Nervenfaserbündel zusammen bilden einen Nerv. Unten sind der Bau eines Nervs und eines Stromkabels schematisch dargestellt. Nenne zwei Gemeinsamkeiten und zwei Unterschiede zwischen einem Nerv und einem Stromkabel. Abbildung: Thinkstock/iStock Blutgefäße Bindegewebshülle Bündel mit Nervenfasern Nervenfasern Nerv im Querschnitt Stromkabel Abbildungen: links: Colourbox; rechts: Thinkstock/iStock

8 18 von 30 Aufgabe 3 Vervollständige den folgenden Lückentext und unterstreiche die richtigen Textbausteine/ Wörter. Die allermeisten Nervenzellen in unserem Körper sind nur Bruchteile eines Millimeters lang und (berühren sich ganz leicht /nicht/sind fest miteinander verwachsen). Die Kontaktstellen zwischen zwei nennt man (Neuronen/Synapsen/ Symbiose). Den Spalt zwischen zwei Nervenzellen bezeichnet man als (synthetischen/ synaptischen/systematischen) Spalt. Kommt ein (Reiz/elektrischer Impuls) am Ende Foto: Thinkstock/iStock einer Nervenzelle an, so werden kleinste Mengen an (chemische Überträgerstoffe, Botenstoffe) aus den Bläschen der Endknöpfchen in den abgegeben. Der Stoff verteilt sich im Spalt zwischen den zwei -zellen und wird dann an der Zellmembran der Folgezelle von bestimmten Empfängerstellen, die man auch nennt, aufgenommen. In der Folgezelle wird nun ein neuer Impuls erzeugt und von der -zelle weitergeleitet. Synapsen arbeiten wie und stellen sicher, dass Informationen in einer Nervenbahn nur in einer Richtung weitergeleitet werden. Aufgabe 4 Nimm Stellung zu Noahs Aussage. Hat er recht? Korrigiere ihn gegebenenfalls. Ich glaube, innerhalb einer Nervenzelle werden die Impulse chemisch weitergegeben und an Synapsen elektrisch. Oder etwa nicht?

9 22 von 30 Aufgabe 2 In der Abbildung ist ein menschliches Gehirn dargestellt. a) Beschrifte es mit den folgenden Begriffen: Großhirn Kleinhirn Stammhirn Zwischenhirn. b) Welche Funktionen erfüllen die einzelnen Hirnbereiche? Beschreibe in wenigen Worten. Funktion: Funktion: Funktion: Brücke + Mittelhirn + verlängertes Rückenmark Funktion: Rückenmark

10 Der Mensch Beitrag 25 Das Nervensystem des Menschen (Kl. 9/10) 25 von 30 Lösungskarten zu den Stationen 1 10 (M 3 M 12) Lösungskarte zu Station 1: Vom Reiz zur Reaktion Aufgabe motorische Nervenfasern Gehirn und Rückenmark Gegenspieler wirft den Ball Aufgabe 2 Sinnesorgan Auge Torwart wehrt ab sensorische Nervenfasern a) Das Schreiben mit der Schreibhand und bei geöffneten Augen gelingt gut, mit der anderen Hand weniger gut. Am wenigsten klappt das Schreiben bei geschlossenen Augen. b) Bei geschlossenen Augen können wir das Schreiben nicht überprüfen und kontrollieren. Unsere Motorik arbeitet also eng zusammen mit unseren Sinnen. Aufgabe 3 Beispiel für Tier oder Planze Primeln verwelken ohne Wasser. Pflanzen wachsen zum Licht hin. Ohne Nährsalze verkümmert die Pflanze. 6 Wassermangel Licht 3 Salzkonzentration Reiz Bei zu wenig Licht werden die Blätter gelb. Bei Frost erfrieren die Blätter/Pflanzen. Hasen fliehen vor Feinden. Hunde jagen dem Hasen nach. Pferde scheuen bei einem plötzlichen Knall. Regenwurm zuckt bei Berührung. Biene sucht bunte Blüten auf. Licht Temperatur Geruch/Anblick/Geräusch des Feindes Geruch/Anblick/Geräusch der Beute Geräusch Berührung Blütenfarbe/Duft der Blüte