Das Gehirn: Aufbau, Funktion und Unterrichtsmaterial

Das Gehirn ist eines der erstaunlichsten und komplexesten Organe des menschlichen Körpers. Bis heute sind noch nicht alle seine Funktionen vollständig erforscht. Dieser Artikel bietet einen Überblick über den Aufbau und die Funktionsweise des Gehirns und stellt Unterrichtsmaterialien vor, die für den Einsatz im Schulunterricht geeignet sind.

Einführung in das menschliche Gehirn

Das menschliche Gehirn ist ein faszinierendes Organ. Es wiegt etwa 1,5 kg und besteht hauptsächlich aus Nervengewebe. Es ist die komplexeste Struktur, die wir im Universum kennen. Keine Maschine kann die Prozesse nachvollziehen, die im Gehirn ablaufen.

Aufbau des Gehirns

Das Gehirn besteht aus verschiedenen Bereichen, die jeweils spezifische Aufgaben haben. Zu den wichtigsten Bereichen gehören:

• Großhirn (Cerebrum): Das Großhirn ist der größte Teil des Gehirns und für höhere kognitive Funktionen wie Denken, Sprache, Gedächtnis und bewusste Wahrnehmung verantwortlich. Es ist in zwei Hälften unterteilt, die als Hemisphären bezeichnet werden.
• Kleinhirn (Cerebellum): Das Kleinhirn ist für die Koordination von Bewegungen, das Gleichgewicht und die Feinmotorik zuständig. Hirnforscher haben das Kleinhirn bisher verkannt. Es ist an verschiedensten Gehirnfunktionen wie dem Zeit- und dem Tastempfinden beteiligt. Womöglich spielt es sogar bei Autismus und Schizophrenie eine wichtige Rolle.
• Hirnstamm (Truncus encephali): Der Hirnstamm verbindet das Gehirn mit dem Rückenmark und steuert lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag und Blutdruck.
• Zwischenhirn (Diencephalon): Das Zwischenhirn umfasst Strukturen wie den Thalamus und den Hypothalamus, die für die Steuerung von Emotionen, des Schlaf-Wach-Rhythmus und des Hormonhaushaltes wichtig sind.

Funktionen des Gehirns

Das Gehirn steuert eine Vielzahl von Funktionen, die für unser Überleben und unsere Interaktion mit der Umwelt notwendig sind. Zu den wichtigsten Funktionen gehören:

• Informationsverarbeitung: Das Gehirn nimmt Informationen über die Sinnesorgane auf, verarbeitet sie und speichert sie ab.
• Steuerung von Bewegungen: Das Gehirn steuert willkürliche und unwillkürliche Bewegungen des Körpers.
• Regulation von Körperfunktionen: Das Gehirn reguliert lebenswichtige Körperfunktionen wie Atmung, Herzschlag, Blutdruck, Körpertemperatur und Hormonhaushalt.
• Emotionen und Verhalten: Das Gehirn ist für die Entstehung von Emotionen und die Steuerung des Verhaltens verantwortlich.
• Kognitive Funktionen: Das Gehirn ermöglicht höhere kognitive Funktionen wie Denken, Sprache, Gedächtnis, Lernen und Problemlösen.

Unterrichtsmaterialien zum Thema Gehirn

Es gibt eine Vielzahl von Unterrichtsmaterialien, die für die Vermittlung des Themas Gehirn im Schulunterricht geeignet sind. Hier sind einige Beispiele:

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• planet schule: Das Gehirn: Ein Video der Sendung vom 19.08.2022 mit Untertiteln, das den Aufbau und die Funktionsweise des Gehirns erklärt. Die Produktion zeigt in einem Mix aus aufwändigem Realfilm, humorvollen Comics und gut verständlichen Animationen, wie drei Jugendliche die großen und kleinen Hürden des Tages nehmen. Die Filme erklären, welche Teile des Gehirns diese Aufgaben bewältigen und was passiert, wenn dabei Ablenkung oder Gefühle ins Spiel kommen - wie Glück, Angst oder Stress. Der Gehirnforscher Prof.
• ʺDein Gehirnʺ - dreiteilige Reihe: Die Produktion zeigt in einem Mix aus aufwändigem Realfilm, humorvollen Comics und gut verständlichen Animationen, wie drei Jugendliche die großen und kleinen Hürden des Tages nehmen. Die Filme erklären, welche Teile des Gehirns diese Aufgaben bewältigen und was passiert, wenn dabei Ablenkung oder Gefühle ins Spiel kommen - wie Glück, Angst oder Stress.
• Gehirnaufbau - interaktives Tafelbild (ppt): Ein interaktives Tafelbild im Powerpoint-Format, das den Aufbau des Gehirns ohne Erklärungen kurz veranschaulicht. Die einzelnen Abschnitte sind durchnummeriert und können im Unterrichtsverlauf selbst beschriftet oder auch die vorgegebenen Beschriftungen einzeln eingeblendet werden.
• Arbeitsblätter von ʺSimply Scienceʺ: Fünf kostenlos herunterladbare ältere Arbeitsblätter zum Thema Gehirn.
• Unterrichtseinheit "Informationsweiterleitung im Gehirn": Eine Unterrichtseinheit mit Videos, Arbeitsblättern und didaktisch-methodischem Kommentar, die den Aufbau und die Funktion von Neuronen und Synapsen erklärt. Die Lernenden erfahren durch das Video "Das Gehirn: Steuerzentrale des Körpers" welche Bereiche es im Gehirn gibt und für welche Sinneswahrnehmungen und Steuervorgänge diese zuständig sind. Danach wiederholen sie mithilfe des Videos "Das Gehirn: Neuronen und Synapsen - Signalverarbeitung im Gehirn" ihr Wissen über Aufbau und Funktion von Neuronen, um sich anschließend selbstständig über die vorgestellte Patch-Clamp-Technik zu informieren.
• Neuroscience for Kids (englisch): Eine Webseite mit Informationen und Aktivitäten zum Thema Gehirn für Schüler und Lehrer.

Unterrichtsideen und Aktivitäten

Hier sind einige Ideen für den Einsatz der Unterrichtsmaterialien im Unterricht:

• Filmvorführung und Diskussion: Zeigen Sie den Film "planet schule: Das Gehirn" oder die dreiteilige Reihe "Dein Gehirn" und diskutieren Sie anschließend mit den Schülern über den Aufbau und die Funktionen des Gehirns. Die Schüler äußern sich allgemein zum Film. Inhalte/Fragen der Schüler werden im Lehrer-Schüler-Gespräch geklärt. 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.
• Interaktives Tafelbild: Verwenden Sie das interaktive Tafelbild, um den Aufbau des Gehirns zu veranschaulichen und die Schüler die einzelnen Bereiche beschriften zu lassen.
• Arbeitsblätter: Bearbeiten Sie die Arbeitsblätter von ʺSimply Scienceʺ oder die Arbeitsblätter zur Unterrichtseinheit "Informationsweiterleitung im Gehirn", um das Wissen der Schüler zu vertiefen.
• Gruppenpuzzle: Erarbeiten Sie neurophysiologische Grundlagen, Lernvorgänge und Gedächtnistypen in einem Gruppenpuzzle.
• Modellieren eines Gehirn-Modells: Die Schüler modellieren ein Gehirn nach bestimmten Vorgaben plastisch. Am anschaulichsten wird die Aufgabe, wenn die Schüler das Gehirn aus unterschiedlich farbiger Knetmasse modellieren. Als Informationsmaterial dienen die ausgefüllten Gehirn-Landkarten von Arbeitsblatt 6a und b. Für die wichtigen Regionen des Gehirns gibt es Knetmasse in verschiedenen Farben (beispielsweise ist das Frontalhirn rot und das limbische System grün und das Kleinhirn ist gelb). Aufgabe ist es nun, das Gehirn eines Schachweltmeisters, eines Fußballers, eines Geigers und eines Alzheimer-Patienten darzustellen. Dafür wird der Kurs in vier Gruppen aufgeteilt. Die Anlage dieses Versuchs und Musterlösungen sind auf AB 7 genau erläutert.
• Gedächtnistraining: Führen Sie Übungen zur Stärkung der kognitiven Fähigkeiten durch, z.B. Übungen zum Gedächtnis, zur Aufmerksamkeit und zum problemlösenden Denken. 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.

Lehrplanbezug

Das Thema Gehirn ist in den Lehrplänen verschiedener Schularten und Jahrgangsstufen verankert. Hier sind einige Beispiele:

• Lehrplan für die bayerische Realschule, Biologie, 7. Jahrgangsstufe: Kommunikations- und Informationsverarbeitung, Wahrnehmung und Reaktion beim Menschen, Signale im Körper und ihre Übertragung, Bau und Arbeitsweise von Nervenzellen, Zusammenarbeit von Sinnesorgan, Muskulatur und Gehirn.
• Lehrplan für das bayerische Gymnasium, Biologie, 9. Jahrgangsstufe: Informationsaufnahme und Informationsverarbeitung durch Nerven- und Hormonsystem, Nervensysteme, Bau und grundlegende Funktionsweise von Nervenzelle und Synapse, Erkrankung des Nervensystems.

Ethische Aspekte

Im Unterricht sollte auch auf ethische Fragen eingegangen werden, die durch medizinische Fortschritte aufkommen, z.B. beim Thema Gedankenlesen oder Persönlichkeitsveränderung durch Hirnschrittmacher. Ebenfalls wäre ein Besuch bei einem Neurochirurgen interessant, der ein echtes (totes) Gehirn zeigen könnte, um die Anatomie zu veranschaulichen.

Neuroenhancement: Doping für das Gehirn

Neuroenhancement ist ein weiterer wichtiger Aspekt, der im Unterricht behandelt werden sollte. Es geht um die Frage, ob und wie man die Gehirnleistung verbessern kann, z.B. durch Medikamente oder andere Substanzen. Anhand von Arbeitsblättern werden neurophysiologische Grundlagen, Lernvorgänge und Gedächtnistypen in einem Gruppenpuzzle erarbeitet.

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