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Experimentiertag - Neurobiologie

Ein reizvolles Thema!

Bezug zur FZJ Forschung

Das Forschungszentrum Jülich ist Europas größtes Hirnforschungszentrum, hier wird versucht das menschliche Gehirn in seiner ganzen Komplexität zu verstehen. Das Gehirn ist aus einzelnen Neuronen aufgebaut.

Wir wollen an diesem Tag einen ersten Einblick in die interdisziplinäre Forschung geben.

Ablaufbeschreibung

Die Schüler*innen erleben die Reizbarkeit in der Biologie zunächst am Salinenkrebs Artemia salina.

Danach untersuchen sie an sich selbst verschiedene Phänomene wie beispielweise den Lidschlussreflex oder Patellarsehnenreflex und lernen so Unterschiede zwischen Eigenreflexen und Fremdreflexen kennen.

Durch Aufzeichnen eines eigenen EKGs und EMGs lernen die Schüler*innen Spannung bzw. elektrische Impulse als „Sprache“ der Nervenzellen kennen.

Die Weiterleitung dieser elektrischen Impulse über das Axon wird anschließend mithilfe eines Modellversuches veranschaulicht. Dabei erarbeiten die Teilnehmenden auch die Funktion der Myelinisierung von Axonen.

Die SuS der Sek-II ermitteln abschließend mithilfe von Diffusionskammern experimentell Eigenschaften von Neuromembranen (für Sek-I nur optional bei entsprechender Zeit).

Lernziele

In Überarbeitung! 

Geplante Experimente

  1. Reizbarkeit, eine Eigenschaft aller Organismen – Beispiel Salinenkrebs als einfacher Organismus

    1.1.    Können Artemia salina auf einen optischen Reiz reagieren?

    1.2.    Wie reagieren Artemia salina auf einen chemischen Reiz?

  2. Eigenschaften von Reflexen

    2.1.     * Wie läuft ein Eigenreflex ab?

    2.2.     * Welche Eigenschaften hat der Lidschluss-Reflex?

    2.3.    Wie groß ist die Geschwindigkeit der Informationsweiterleitung beim Achillessehnen-Reflex?

  3. Sichtbarmachen von neuronalen Abläufen

    3.1.    Was kann ich an einem EKG ablesen?

    3.2.    Welche Gemeinsamkeiten zwischen EKG und EMG kann man sichtbar machen?

  4. Erregungsleitung am Axon

    4.1.    Wie schnell läuft die Erregungsleitung am „nackten“ Axon ab?

    4.2.    Welche Funktion hat die Myelinisierung des Axons?

  5. ** Eigenschaften der Neuromembranen

    5.1.    Welche Vorgänge laufen während des Vorganges der Diffusion ab?

    5.2.    Welche Eigenschaften hat die Neuromembran?

* nur Sek-I

** optional für Sek-I, bei ausreichend zur Verfügung stehender Experimentierzeit

Lernvoraussetzungen

Sek-I

Die Schüler*innen sollen…

  • Bau und Funktionen von Nervenzellen kennen.
  • ein Reiz-Reaktionsschema erstellen können.
  • den Begriff „Spannung“ kennen.
  • ggf. den Unterschied zwischen Fremdreflex und Eigenreflex kennen.

Sek-II

Die SuS sollen…

  • Bau und Funktionen von Nervenzellen kennen.
  • ein Reiz-Reaktionsschema erstellen können.
  • Mechanismen des Membrantransports (insbesondere Diffusion, Osmose) kennen.
  • die Begriffe „Spannung“ und  „Potenzial“ definieren können.

Vorteilhafte, nicht unbedingt zwingende Lernvoraussetzungen:

  • Aufbau und Eigenschaften von Biomembranen (insbesondere Permeabilität)
  • Membranpotenzial, Ruhepotenzial, Aktionspotenzial, Depolarisation
  • Ionengitter, Dissoziation von Ionen, elektrostatische Anziehungskräfte 

Anbindung an den Lehrplan

Sek-I

Mittelstufe (Gymnasium)

Thema: Sinnesorgane + Kommunikation und Regulation 

Kompetenzen des SI-Lehrplanes:

  • Die Schüler*innen beschreiben den Aufbau des Nervensystems einschließlich ZNS und erklären die Funktion im Zusammenwirken mit Sinnesorganen und Effektor (Reiz-Reaktions-Schema) (SF10).
  • Die Schüler*innen beschreiben die Zusammenarbeit von Sinnesorganen und Nervensystem bei Informationsaufnahme, -weiterleitung und -verarbeitung. (SF12).

Mittelstufe (Biologie, Gesamtschule)

Inhaltsfeld: Information und Regulation

Kompetenzen des Biologie-Lehrplanes:

  • Die Schüler*innen können den Aufbau und die Vernetzung von Nervenzellen beschreiben und ihre Funktion bei der Erregungsweiterleitung und bei Kommunikationsvorgängen erläutern. (UF1)

Mittelstufe (WP Biologie, Realschule/Gymnasium)

Thema: Vom Umweltreiz zum Sinneseindruck (Neuronale Steuerung und Regelung)

Kompetenzen des WP Biologie-Lehrplanes:

  • Die Schüler*innen können Reflexe mithilfe eines Reflexbogen-modells erklären (E7).
  • Die Schüler*innen können unwillkürliche [und willkürliche Bewegungen] voneinander abgrenzen (UF2, UF3).
  • Die Schüler*innen können Aufbau und Vernetzung von Nervenzellen mithilfe von Modellen beschreiben und ihre Funktion erklären (UF1).  

SEK-II

Oberstufe (Gymnasium/Gesamtschule):

Informationsfeld 4: Neurobiologie

Thema: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung

Inhaltliche Schwerpunkte:

  • Aufbau und Funktion von Neuronen
  • Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung 

Kompetenzen des SII-Lehrplanes:

  • Die Schüler*innen vergleichen die Weiterleitung des Aktionspotenzials an myelinisierten und nicht myelinisierten Axonen miteinander und stellen diese unter dem Aspekt der Leitungsgeschwindigkeit in einen funktionellen Zusammenhang (UF2, UF3, UF4).
  • Die Schüler*innen stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Entstehung des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar (K1, K3).

Anbindung an den Lehrplan

in Überarbeitung!

Lernform

Arbeitsgleiche Gruppenarbeit (2er-Gruppen)

Fachrichtung

Biologie

Zielgruppe

Jahrgangsstufe: 8, 9, 10, 11, 12, 13, EF, Q1, Q2

Teilnehmeranzahl

Min. 10 Personen

Max. 26 Personen

Beginn - Ende

08:30 Uhr - ca. 16:00 Uhr

Kosten

7,00 € pro Person inklusive eines warmen Mittagessens

Termine und Anmeldung

Hier.