Einführung
Das Gehirn ist ein faszinierendes Organ, das uns ermöglicht, Informationen aufzunehmen, zu speichern und wiederzugeben. Es steuert unsere Bewegungen, Gefühle und Gedanken. Im Schulalltag sind Schülerinnen und Schüler ständig mit den Funktionen ihres Gehirns konfrontiert. Dieses Unterrichtsmaterial soll Schülerinnen und Schüler für die Komplexität und Bedeutung des Gehirns begeistern.
Lernziele
Die Schülerinnen und Schüler sollen:
- Den Aufbau des Gehirns kennenlernen.
- Sich Wissen über die verschiedenen Hirnregionen und ihre Funktionen aneignen und erfahren, wie diese zusammenarbeiten.
- Verstehen, wie das Gehirn Informationen verarbeitet und speichert.
- Etwas über die Behandlung neurologischer Krankheiten, z. B. Parkinson, erfahren.
- Die verschiedenen Möglichkeiten der Hirnstimulation kennenlernen und verstehen, mit welchen Mitteln und Methoden das Gehirn bzw. einzelne Areale beeinflusst und Gehirnleistungen somit verbessert werden können.
- Erkennen, dass bei diesem Thema verschiedene Wissenschaftsbereiche aufeinandertreffen, von der Neurologie über die Psychiatrie bis hin zur Ethik.
- Erfahren, dass es Grenzen in der Erforschbarkeit dieses Organs gibt, beispielsweise was die Ich-Identität und die Frage nach der Entstehung von Gefühlen anbelangt.
- Ethische Fragen diskutieren, die durch medizinische Fortschritte aufkommen, wie z. B. "gläserner Mensch" beim Thema Gedankenlesen oder Persönlichkeitsveränderung durch Hirnschrittmacher.
Hinführung zum Thema
Das Thema Gehirn ist für Schülerinnen und Schüler leicht zugänglich, da sie in ihrem Schulalltag ständig mit dem Aufnehmen, Speichern und Reproduzieren von Informationen beschäftigt sind. In höheren Klassenstufen kann das Thema "sanfte und weiche Drogen sowie Dopingmittel" aufgegriffen werden, um zu veranschaulichen, wie diese im Gehirn eingreifen und die Gehirnleistung verändern können.
Lehrplanbezug
Das Unterrichtsmaterial ist auf die Lehrpläne der bayerischen Realschule und des Gymnasiums abgestimmt:
Bayerische Realschule, 7. Jahrgangsstufe:
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- B7.2 Kommunikations- und Informationsverarbeitung: Wahrnehmung und Reaktion beim Menschen, subjektive Wahrnehmung als Zusammenwirken von Sinnesorganen und Gehirn, Signale im Körper und ihre Übertragung, Bau und Arbeitsweise von Nervenzellen (vereinfachte Darstellung), Zusammenarbeit von Sinnesorgan, Muskulatur und Gehirn, Beteiligung von Hormonen.
Bayerisches Gymnasium, 9. Jahrgangsstufe:
- B 9.1 Informationsaufnahme und Informationsverarbeitung durch Nerven- und Hormonsystem: Die Schüler setzen sich vorwiegend am Beispiel des Menschen mit Vorgängen der Informationsaufnahme und Verarbeitung auseinander und lernen dabei das sich ergänzende Zusammenspiel von Sinnesorganen, Nerven- und Hormonsystem kennen. Evolutionäre Zusammenhänge werden den Schülern vor allem bei der stammesgeschichtlichen Entwicklung des Gehirns und Nervensystems deutlich. Nervensysteme: Optimierung der Informationsverarbeitung, z.B. Zentralisation, Bau und grundlegende Funktionsweise von Nervenzelle und Synapse, Erkrankung des Nervensystems.
Arbeitsblätter und Materialien
Das Unterrichtsmaterial umfasst verschiedene Arbeitsblätter und Materialien, die den Schülerinnen und Schülern helfen, den Aufbau und die Funktionen des Gehirns zu verstehen:
- Arbeitsblatt 1: Visualisierung der Anatomie des Gehirns anhand einer Grafik mit verschiedenen Arealen.
- Arbeitsblatt 2: Vertiefung des Wissens einzelner Hirnteile und deren Funktionen anhand von Fotos, auf denen unterschiedliche Tätigkeiten und Gefühle gezeigt werden.
- Arbeitsblatt 3: Auseinandersetzung mit den Möglichkeiten der Hirnstimulation am Beispiel der Parkinson-Krankheit.
- Arbeitsblatt 5: "Wie viele Dinge kannst du dir merken? - Gedächtnissport im Klassenraum" - Ausprobieren der Loci-Methode.
- Arbeitsblatt 6: "Wie merken sich Gedächtnissportler Fakten?"
- Arbeitsblatt 8: "Was macht dein Gehirn, wenn du schläfst?" - Lückentext zum Thema Schlaf.
- Arbeitsblatt 9: "Superhirne?"
- Arbeitsblatt 10: "Wie lernst du, über Jahre, ein Instrument?" - Erstellung eines Flussdiagramms zum Thema.
- Arbeitsblatt 11: "Pubertät: Umbau im Gehirn - warum die Pubertät so anstrengend ist…"
Unterrichtsablauf
Der Unterricht kann in verschiedene Phasen unterteilt werden:
Einführung:
- Wiederholung der Grundlagen zu Nervenzellen und Nervensystem.
Hinführung zum Film/Anmoderation:
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- Ankündigung der Themen, die im Film angesprochen werden: Informationen zur Gedächtnissportlerin Dorothea Seitz, Informationen zu Nervenzellen, Was macht das Gehirn beim Radfahren?, Wie merkt sich Dorothea die Gegenstände auf dem Zug?, Was passiert in Dorotheas Gehirn beim Training?
- Gruppeneinteilung: Jede Gruppe bearbeitet eines der oben genannten Themen.
Film:
- Vorführung des Films "Das Gehirn" (online abrufbar bei: www.planet-schule.de).
Auswertung des Films:
- Allgemeine Äußerungen der Schüler zum Film.
- Klärung von Inhalten/Fragen im Lehrer-Schüler-Gespräch.
Gruppenarbeit:
- Die Schüler werten den Film nach dem Thema ihrer Gruppe aus und erstellen eine Powerpoint-Präsentation unter Verwendung von Screenshots aus dem Film, welche sie kommentieren/beschreiben.
Detaillierte Betrachtung der Hirnregionen und ihrer Aufgaben
Um ein umfassendes Verständnis der Gehirnfunktionen zu gewährleisten, ist es wichtig, die einzelnen Hirnregionen und ihre spezifischen Aufgaben genauer zu betrachten. Hier eine Übersicht über einige wichtige Bereiche:
Großhirn (Cerebrum)
Das Großhirn ist der größte Teil des Gehirns und für höhere kognitive Funktionen wie Sprache, Denken, Gedächtnis und bewusste Wahrnehmung verantwortlich. Es ist in zwei Hälften (Hemisphären) unterteilt, die durch den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Jede Hemisphäre ist in vier Lappen unterteilt:
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- Frontallappen (Stirnlappen): SteuertMotorik, planvolles Handeln, Entscheidungsfindung, Persönlichkeit und sozialeInteraktion. Hier befindet sich auch das Broca-Areal, das für dieSprachproduktion wichtig ist.
- Parietallappen (Scheitellappen): Verarbeitung sensorischer Informationen wie Berührung, Temperatur, Schmerz und räumliche Wahrnehmung.
- Temporallappen (Schläfenlappen): Verarbeitung von auditorischen Informationen,Sprachverständnis (Wernicke-Areal), Gedächtnis und Emotionen.
- Okzipitallappen (Hinterhauptslappen): Verarbeitung visueller Informationen.
Kleinhirn (Cerebellum)
Das Kleinhirn spielt eine wichtige Rolle bei der Koordination von Bewegungen, dem Gleichgewicht und der Feinmotorik. Es ist auch an Lernprozessen beteiligt, insbesondere beim Erlernen motorischer Fähigkeiten. Hirnforscher haben erkannt, dass das Kleinhirn an verschiedensten Gehirnfunktionen wie dem Zeit- und dem Tastempfinden beteiligt ist. Womöglich spielt sie sogar bei Autismus und Schizophrenie eine wichtige Rolle.
Hirnstamm
Der Hirnstamm verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark und steuert lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag, Blutdruck und Schlaf-Wach-Rhythmus. Er besteht aus:
- Mittelhirn (Mesencephalon): Steuert Augenbewegungen, Hör- und Sehreflexe.
- Brücke (Pons): Verbindet das Großhirn mit dem Kleinhirn und ist an der Steuerung von Atmung und Schlaf beteiligt.
- Verlängertes Mark (Medulla oblongata): Steuert lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag und Blutdruck.
Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn befindet sich zwischen Großhirn und Mittelhirn und besteht aus:
- Thalamus: Schaltzentrale für sensorische Informationen, die zum Großhirn gelangen.
- Hypothalamus: Steuert das vegetative Nervensystem, den Hormonhaushalt, die Körpertemperatur, den Schlaf-Wach-Rhythmus und das Essverhalten.
- Epiphyse (Zirbeldrüse): Produziert Melatonin, ein Hormon, das den Schlaf-Wach-Rhythmus reguliert.
- Hypophyse (Hirnanhangsdrüse): Produziert verschiedene Hormone, die andere Drüsen im Körper steuern.
Limbisches System
Das limbische System ist ein Netzwerk von Hirnstrukturen, das für Emotionen, Motivation, Gedächtnis und Lernen wichtig ist. Dazu gehören:
- Amygdala (Mandelkern): Verarbeitung von Emotionen, insbesondere Angst und Furcht.
- Hippocampus: Bildung neuer Gedächtnisinhalte.
- Gyrus cinguli: Steuerung von Aufmerksamkeit, Motivation und emotionalen Reaktionen.
Vertiefung: Neuronale Grundlagen der Informationsverarbeitung
Um das Gehirn und seine Funktionen vollständig zu verstehen, ist es wichtig, die neuronalen Grundlagen der Informationsverarbeitung zu betrachten. Die kleinste funktionelle Einheit des Nervensystems ist die Nervenzelle (Neuron).
Nervenzellen (Neuronen)
Neuronen sind spezialisierte Zellen, die elektrische und chemische Signale empfangen, verarbeiten und weiterleiten können. Sie bestehen aus:
- Zellkörper (Soma): Enthält den Zellkern und die Organellen.
- Dendriten: Empfangen Signale von anderen Neuronen.
- Axon: Leitet Signale zu anderen Neuronen oder Zielzellen (z.B. Muskelzellen).
- Synapsen: Kontaktstellen zwischen Neuronen, an denen Signale übertragen werden.
Synaptische Übertragung
Die Übertragung von Signalen zwischen Neuronen erfolgt an den Synapsen. Wenn ein Aktionspotential (elektrisches Signal) das Ende des Axons erreicht, werden Neurotransmitter (chemische Botenstoffe) freigesetzt. Diese Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Zelle (dem nächsten Neuron) und lösen dort entweder eine Erregung oder eine Hemmung aus.
Neurotransmitter
Es gibt verschiedene Arten von Neurotransmittern, die unterschiedliche Wirkungen auf das Gehirn haben. Einige wichtige Neurotransmitter sind:
- Acetylcholin: Beteiligt an Muskelkontraktion, Gedächtnis und Lernen.
- Dopamin: Beteiligt an Bewegung, Motivation, Belohnung und Sucht.
- Serotonin: Beteiligt an Stimmung, Schlaf, Appetit und Schmerzempfindung.
- Noradrenalin: Beteiligt an Aufmerksamkeit, Wachheit und Stressreaktion.
- Glutamat: Wichtigster erregender Neurotransmitter im Gehirn.
- GABA: Wichtigster hemmender Neurotransmitter im Gehirn.
Neuroenhancement: Das optimierte Gehirn?
Das Thema Neuroenhancement, also die Verbesserung der Gehirnleistung durch Medikamente oder andere Substanzen, ist ein aktuelles und kontrovers diskutiertes Thema. Anhand von Arbeitsblättern können neurophysiologische Grundlagen, Lernvorgänge und Gedächtnistypen in einem Gruppenpuzzle erarbeitet werden.
Gedächtnistraining
Gedächtnissportler verwenden verschiedene Methoden, um sich eine Abfolge von Gegenständen oder Fakten zu merken. Zwei dieser Methoden werden in dem Film „Das Gehirn“ vorgestellt. Mithilfe des Arbeitsblattes 5 „Wie viele Dinge kannst du dir merken? - Gedächtnissport im Klassenraum“ können die Schüler die Loci-Methode ausprobieren. Mit Hilfe des Films füllen die Schüler auch das Arbeitsblatt 6 „Wie merken sich Gedächtnissportler Fakten?“ aus. Der Schweizer Gedächtnistrainer Gregor Staub zeigt in seinem online verfügbaren Kurzvortrag an einem Elternabend (38 min), wie wir uns Lerninhalte besser merken können und sogar noch Spaß haben dabei.
Schlaf und Gehirn
In der Sendung erfahren die Schüler, was in ihrem Gehirn passiert, wenn sie schlafen. Mit Hilfe des Lückentextes auf dem Arbeitsblatt 8 „Was macht dein Gehirn, wenn du schläfst?“ und Arbeitsblatt 9 „Superhirne?
Pubertät und Gehirn
Während der Arbeit mit dem Arbeitsblatt 11 „Pubertät: Umbau im Gehirn - warum die Pubertät so anstrengend ist…“ finden die Schüler heraus, dass Jugendliche so anstrengend sind, weil ihr Gehirn während der Pubertät umgebaut wird.
Möglichkeiten der Hirnstimulation am Beispiel der Parkinson-Krankheit
Arbeitsblatt 3 fordert die Schüler auf, sich mit den Möglichkeiten der Hirnstimulanz schriftlich auseinanderzusetzen am Beispiel der Parkinson-Krankheit.
Split Brain Experiments
Split Brain Experiments sind ein weiteres interessantes Thema, um die Funktionen der beiden Hirnhälften zu untersuchen.
Besuch bei einem Neurochirurgen
Ein Besuch bei einem Neurochirurgen, der ein echtes (totes) Gehirn zeigen könnte, um die Anatomie zu veranschaulichen, wäre eine interessante Ergänzung des Unterrichts.
Interaktive Lernmethoden
- Interaktives Tafelbild: Ein interaktives Tafelbild (ppt) im Powerpoint-Format veranschaulicht den Aufbau des Gehirns ohne Erklärungen. Die einzelnen Abschnitte sind durchnummeriert und können im Unterrichtsverlauf selbst beschriftet oder auch die vorgegebenen Beschriftungen einzeln eingeblendet werden.
- Lernspiele: In einem Spiel werden wesentliche Teile des Zentralen Nervensystems, der Hormondrüsen und der Hormone erarbeitet. Dafür werden die Schülerinnen und Schüler in drei Gruppen unterteilt - in eine Darstellergruppe und zwei Rategruppen.
Unterrichtsmaterialien zum Download
Es gibt zahlreiche Unterrichtsmaterialien zum Thema Gehirn, die kostenlos heruntergeladen werden können:
- Was jeder über das Gehirn wissen sollte: pdf-Datei. 4 Seiten
- So lernt das Gehirn - Kleines „ABCʺ der Neuronen: pdf-Datei.
- Fünf kostenlos herunterladbare ältere Arbeitsblätter von ʺSimply Scienceʺ zum Thema.
- Unterrichtsmaterial "Informationsweiterleitung im Gehirn" zum Download
- Unterrichtsmaterial "Transmission of Information in the Brain" zum Download
Online-Ressourcen
- Neuroscience for Kids (englisch)
- Das menschliche Gehirn - Werner Stangls Arbeitsblätter
- Onlineangebot zur Zeitschrift ʺGehirn und Geistʺ
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