Das Nervensystem verstehen: Arbeitsblätter mit Lösungen für den perfekten Unterricht

Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das die Grundlage für Wahrnehmung, Reaktion und Informationsverarbeitung im menschlichen Körper bildet. Es ist ein faszinierendes Thema, das sich hervorragend für den Biologieunterricht in verschiedenen Jahrgangsstufen eignet. Dieser Artikel bietet einen Überblick über Lernziele, Unterrichtsmethoden und Materialien, die im Zusammenhang mit Arbeitsblättern zum Thema Nervensystem eingesetzt werden können. Dabei werden sowohl Aspekte des bayerischen Realschullehrplans für die 7. Jahrgangsstufe als auch des Gymnasiallehrplans für die 9. Jahrgangsstufe berücksichtigt.

Einführung in das Thema Nervensystem

Es dürfte nicht schwer sein, Schülerinnen und Schüler für das Thema Gehirn zu begeistern, sind sie doch in ihrem Schulalltag ständig mit Aufnehmen, Speichern und Reproduzieren von Informationen beschäftigt. In der 8. Klasse spielt auch das Thema sanfte und weiche Drogen sowie Dopingmittel eine Rolle, anhand derer u.a. veranschaulicht werden kann, wie sie im Gehirn eingreifen und die Gehirnleistung verändern können.

Um in das Thema einzusteigen, können die Schüler mit Schulbuch oder Internet in Partnerarbeit ihre Kenntnisse über das Nervensystem und dessen Funktion wiederholen und gegebenenfalls ergänzen. Ihre Ergebnisse können sie dann in das Arbeitsblatt 1 „Die Datenautobahn in unserem Körper - das Nervensystem“ eintragen.

Lernziele

Die Schülerinnen und Schüler sollen:

Den Aufbau des Gehirns kennenlernen.
Sich Wissen über die komplexen Gehirnfunktionen aneignen.
Etwas über die Behandlung von neurologischen Krankheiten erfahren, z. B. Parkinson.
Verstehen, mit welchen Mitteln und Methoden das Gehirn bzw. einzelne Areale beeinflusst und Gehirnleistungen somit verbessert werden können.
Erkennen, dass es Grenzen in der Erforschbarkeit dieses Organs gibt - beispielsweise was die Ich-Identität und die Frage nach der Entstehung von Gefühlen anbelangt.

Lehrplanbezug

Bayerische Realschule, 7. Jahrgangsstufe (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; Nervensysteme: Optimierung der Informationsverarbeitung, z.B. Zentralisation; Bau und grundlegende Funktionsweise von Nervenzelle und Synapse; Erkrankung des Nervensystems, Z.B. Reiz-Reaktions-Kette.

Unterrichtsmethoden und Materialien

Arbeitsblätter zur Visualisierung und Vertiefung

Arbeitsblätter sind ein zentrales Element, um das Thema Nervensystem im Unterricht zu bearbeiten. Sie dienen der Visualisierung, Vertiefung und Anwendung des erlernten Wissens.

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Arbeitsblatt 1: Visualisierung der Anatomie des Gehirns anhand einer Grafik mit sieben Arealen, über die in der Sendung berichtet wurden.
Arbeitsblatt 2: Vertiefung des Wissens einzelner Hirnteile und deren Funktionen anhand von vier Fotos, auf denen unterschiedliche Tätigkeiten und Gefühle gezeigt werden.
Arbeitsblatt 3: Auseinandersetzung mit den Möglichkeiten der Hirnstimulanz am Beispiel der Parkinson-Krankheit.
Arbeitsblatt "Überblick über das Nervensystem - Begriffsnetz": Das Arbeitsblatt besteht aus einem Begriffsnetz, das die Schüler mit Hilfe vorgegebener Begriffe füllen. Es dient der Wiederholung und Zusammenfassung. Man kann den Schwierigkeitsgrad erhöhen, indem man die Begriffe weglässt.

Filme und interaktive Medien

Filme und interaktive Medien können den Unterricht anschaulicher und abwechslungsreicher gestalten.

Film „Das Gehirn“ (planet-schule.de): Der Film zeigt, wie ein Gehirn funktioniert - am Beispiel des Fahrradfahrens erklärt. Er thematisiert auch die Steuerung eines Computers mit der Kraft von Gedanken und stellt Methoden von Gedächtnissportlern vor.
Onlinetraining (topteach.ch): In 19 Fragen kann man sein Wissen rund ums Nervensystem testen.
BR-Telekolleg Biologie: Ein Blick in das Innere des Körpers zeigt, wie das Wunderwerk Nervensystem funktioniert. Im Quiz können Sie Ihr Wissen testen.

Praktische Übungen und Simulationen

Praktische Übungen und Simulationen helfen den Schülern, das Gelernte zu verinnerlichen und anzuwenden.

Rollenspiel zum Einstieg (Gedächtnis und Lernen): Das Rollenspiel kann gut als Einstieg in das Thema benutzt werden.
Übung Aktionspotential mit u.ohne Myelinscheide: SuS stellen mit einfachen Materialien ein Axon nach und begreifen, warum es ein Ruhepotential gibt.
Simulation der Erregungsleitung von Nervenfasern: Diese Simulation verdeutlicht den Unterschied in der Leitungsgeschwindigkeit zwischen markhaltigen und marklosen Nervenzellen.

Weitere Unterrichtsideen

Diskussion ethischer Fragen: Im weiteren Verlauf des Unterrichts bietet es sich an mit der Klasse über ethische Fragen zu diskutieren, die durch medizinische Fortschritte aufkommen - Stichwort "gläserner Mensch" beim Thema Gedankenlesen oder Persönlichkeitsveränderung durch Hirnschrittmacher.
Besuch bei einem Neurochirurgen: Ebenfalls wäre ein Besuch bei einem Neurochirurgen interessant, der ein echtes (totes) Gehirn zeigen könnte, um die Anatomie zu veranschaulichen.
Arbeit mit Fallbeispielen: Die Behandlung von neurologischen Krankheiten wie Parkinson kann anhand von Fallbeispielen veranschaulicht werden.

Detaillierte Betrachtung der Nervenzelle

Aufbau einer Nervenzelle

Eine Nervenzelle (auch Neuron genannt) ist eine spezialisierte Zelle, die Informationen aufnehmen, verarbeiten und weiterleiten kann. Ein Mensch besitzt laut neuesten Schätzungen bis zu 1 Billion Nervenzellen.

Wichtig: Eine Nervenzelle kann sich nicht teilen. Das bedeutet, dass bereits bei der Geburt die maximale Anzahl an Nervenzellen festgelegt ist.

Eine Nervenzelle besteht aus mehreren spezialisierten Strukturen, die gemeinsam die Informationsaufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung ermöglichen:

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Zellkern: Wie jede Zelle besitzt auch die Nervenzelle einen Zellkern, die Steuerzentrale der Zelle. Hier werden wichtige Prozesse wie die Eiweißproduktion und die Zellaktivität reguliert.
Soma: Das Soma, auch Zellkörper genannt, enthält den Zellkern und die meisten Organellen.
Dendriten: Dies sind verästelte Fortsätze, an denen Informationen von anderen Nervenzellen empfangen werden. Diese Informationen werden über einen langen Fortsatz - das Axon - weitergeleitet. Eine einzige Nervenzelle kann bis zu 10.000 Verbindungen mit anderen Zellen eingehen. Manche Axone können über einen Meter lang werden.
Axonhügel: Der Übergang vom Soma zum Axon wird Axonhügel genannt. Hier wird entschieden, ob ein Aktionspotenzial ausgelöst wird.
Synaptische Endigungen: Am Ende des Axons befinden sich die synaptischen Endigungen. Dort wird eine Synapse gebildet - die Kontaktstelle zu einer anderen Zelle. Über diese werden mithilfe von chemischen Botenstoffen (den Neurotransmittern) Informationen an die nächste Nervenzelle weitergegeben.
- Man unterscheidet dabei:
  - präsynaptische Zelle (die sendende Zelle)
  - postsynaptische Zelle (die empfangende Zelle)
  - (lat. „prä“ = vor, „post“ = nach)
Myelinscheide: Um Informationen schnell und verlustfrei weiterzuleiten, ist das Axon bei vielen Nervenzellen von einer Myelinscheide (auch Markscheide) umgeben. Diese besteht aus Schwann’schen Zellen, einer Art von Gliazellen, die das isolierende Myelin produzieren. Die Myelinscheide ist nicht durchgängig, sondern wird regelmäßig von Ranvier’schen Schnürringen unterbrochen. Neuronen mit Myelinscheide nennt man markhaltig.

Erregungsleitung und Synapsen

Die Erregungsleitung in Nervenzellen erfolgt durch Aktionspotentiale. Ein Aktionspotential ist eine kurzzeitige Änderung des Membranpotentials, die sich entlang des Axons ausbreitet. Die Geschwindigkeit der Erregungsleitung hängt von verschiedenen Faktoren ab, u.a. vom Vorhandensein einer Myelinscheide.

An den Synapsen werden die Informationen von einer Nervenzelle zur nächsten übertragen. Dies geschieht mithilfe von Neurotransmittern, die von der präsynaptischen Zelle freigesetzt werden und an Rezeptoren der postsynaptischen Zelle binden.

Einfluss von Stoffen auf das Nervensystem

Verschiedene Stoffe können das Nervensystem beeinflussen, z.B. Coffein, Opiate, Nicotin. Diese Stoffe können die Erregungsleitung oder die synaptische Übertragung verändern und somit die Funktion des Nervensystems beeinflussen. Auch Dopingmittel greifen in die Gehirnleistung ein und verändern sie.

Lernerfolgskontrolle

Zur Lernerfolgskontrolle können verschiedene Methoden eingesetzt werden, z.B.

Arbeitsblätter: Die Arbeitsblätter können zur Überprüfung des erlernten Wissens eingesetzt werden.
Quiz: Ein Quiz kann zur spielerischen Überprüfung des Wissens eingesetzt werden.
Kreuzworträtsel: Ein Kreuzworträtsel kann zur Wiederholung und Festigung des Wortschatzes eingesetzt werden.
Präsentationen: Die Schüler können Präsentationen zu verschiedenen Themen rund ums Nervensystem erstellen.

Unterrichtseinheit: Das Nervensystem des Menschen

Diese Unterrichtseinheit für die Klassenstufen 7-10 umfasst 6-8 Unterrichtsstunden und behandelt das menschliche Nervensystem.

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Kompetenzen: Sachkompetenz, Kommunikationskompetenz

Inhalt: Neurobiologie, Neurophysiologe, Aufbau und Funktion der Nervenzellen, Neuron, Nervensystem, Gehirn, Synapse, Erregungsweiterleitung, Axon

Lerntheke:

M 1 Das Nervensystem des Menschen
M 2 Das Nervensystem - Was weißt du?
M 3 Aufbau und Eigenschaften unserer Nervenzellen
M 4 Aufbau eines Neurons
M 5 Aufgaben der Bestandteile eines Neurons
M 6 Das Neuron - Teste dein Wissen!
M 7 Das „Alles-oder-nichts-Gesetz“
M 8 Die Erregungsleitung am Neuron
M 9 Die Erregungsweiterleitung - Teste dein Wissen!
M 10 Die Arbeit der Synapsen
M 11 Die Erregungsweiterleitung an der Synapse
M 12 Synapsen - Teste dein Wissen!
M 13 Vom Ruhepotenzial zum Aktionspotenzial
M 14 Neuronen und Synapsen - Kreuzworträtsel

Minimalplan: Bei Zeitmangel oder je nach Kenntnisstand der Lerngruppe kann auf verschiedene Teile der Einheit verzichtet werden.

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