Entwicklung von Lernstationen zum Thema „Sinne“

Inhaltsverzeichnis

Stationsblock „Auge“
Sachanalyse
Laufzettel
Stationen

Stationsblock „Ohr“
Sachanalyse
Laufzettel
Stationen

Stationsblock „Geruch und Geschmack“
Sachanalyse
Laufzettel
Stationen

Weitere Anlagen
Beispiele der Stationskarten
Plakat Symbolerklärung
Klassenarbeit
Fragebogen
Impressionen vom Lernen an Stationen
Informationsblatt zum Lernen an Stationen

Aufbau der Anlage

In der Anlage sind entsprechend des o. a. Inhaltsverzeichnisses alle für die Unterstützung der Examensarbeit relevanten Unterlagen gesammelt. Jeden Stationsblock leite ich mit einer an die Sachanalyse des Kapitels 4.2 anschließende Analyse des entsprechenden Sinnesorgans ein. Dem folgen der Laufzettel und anschließend die Stationen.

Anschließend an die Stationsblöcke befinden sich dann weitere Unterlagen, auf die im Laufe meiner Examensarbeit verwiesen wurde.

Stationsblock „Auge“

Sachanalyse

Für die Sinneswahrnehmung „Sehen“ bedarf es der Augen, dessen adäquater Reiz beim Menschen elektromagnetische Strahlungen mit einer Wellenlänge von etwa 350 nm bis etwa 750 nm sind. Der Sehsinn hat für Menschen eine große Bedeutung, da es sich hierbei um unseren Leitsinn handelt, der uns eine sichere Orientierung ermöglicht. Augen sind empfindliche Sinnesorgane. Sie liegen in den knöchernen Augenhöhlen des Schädels und werden von Nasenbein, Jochbein, Stirnbein und Fettpolstern gut geschützt umgeben. Fliegen Fremdkörper in die Wimpern, so wird das Augenlid zum Schutz durch den Augenlidreflex geschlossen. Sollte dennoch etwas ins Auge gelangen, wird es mit der Tränenflüssigkeit wieder hinausgeschwemmt.^[1] Das Auge des Menschen ist eines der hochentwickelsten Sehsinnesorgane. Das eigentliche Sehen findet jedoch nicht im Auge, sondern im Gehirn statt, was sich gut anhand von optischen Täuschungen verdeutlichen lässt.

Die äußerste Schicht des Augapfels bildet eine zarte Schicht Epithelzellen, die Conjunctiva, die gleichzeitig die Außenfläche der Sklera, ein weißes Bindegewebe, bildet. Darunter liegt die Chorioidea, eine Schleimschicht, die das Auge feucht hält. Der vordere Bereich, in dem die Conjunctiva die Sklera nicht bedeckt, wird als Cornea bezeichntet. Sie bildet eine starre Linse, durch die das Licht ins Auge eintreten kann. Die Iris wird durch die Chorioidea im vorderen Bereich gebildet und verleiht dem Auge die Farbe. Sie reguliert die Lichtmenge, die durch die eine Öffnung in ihrer Mitte, der sog. Pupille, eintritt.

Die innerste Zellschicht des Auges bildet die Retina mit den Photorezeptoren. Diese wandeln dann durch chemische und physikalische Prozessen die auf sie treffenden Lichtreize in elektrische Impulse um und senden sie über den Sehnerv in das Gehirn weiter. An der Durchtrittsstelle des Nerves findet aufgrund fehlender Photorezeptoren keine Sinneswahrnehmung statt, weshalb dieser Bereich als „blinder Fleck“ bezeichnet wird.

Die Form erhält das Auge durch den Glaskörper, der mit einer gallertartigen Flüssigkeit gefüllt ist. Neben dem Glaskörper ist das Auge in zwei weitere Hohlräume unterteilt, die mit Kammerwasser gefüllt sind. Wenn es zu Verstopfungen des Abflusses des vom Ciliarkörper produzierten Kammerwassers kommt, kann es zum sog. „grünen Star“ und folgend zur Erblindung führen. Glaskörper und Kammerwasser haben die Funktion von Flüssigkeitslinsen und tragen somit zur Fokussierung des Lichtes auf der Retina bei. Durch die Akkomodation der Linse ist es möglich ein scharfes Bild auf der Retina abzubilden. Das funktioniert durch die Fokussierung, d. h. die Form der Linse wird durch Muskeln variiert, wodurch sich die Brechkraft entsprechend ändert. Bei entfernten Objekten ist die Linse abgeflacht, bei nahen Objekten hingegen kugelförmig. Funktioniert die Akkomodation nicht mehr einwandfrei, kommt es zu Fehlsichtigkeit. Wird die Linse bei entfernten Objekten nicht flach genug gezogen, wird das Bild vor der Retina scharf abgebildet. Man spricht von Kurzsichtigkeit. Ist die Brechung bei nahen Objekten nicht optimal, wird das Bild hinter der Retina scharf abgebildet und es handelt sich um eine Weitsichtigkeit. Eine dritte Form ist die Alterssichtigkeit, bei der die Elastizität der Muskeln nachlässt und somit der Nahpunkt weiter in die Ferne rückt.

Bei den Photorezeptoren - eine Art der Rezeptoren für elektromagnetische Strahlung - der Retina lassen sich zwei Typen unterscheiden, welche 70 Prozent aller Sinneszellen ausmachen und damit die Bedeutung der Augen zur Sinneswahrnehmung unterstreicht. Es handelt sich dabei um die sog. Stäbchen und Zapfen, die unterschiedliche Funktionen beim Sehen haben. Die Stäbchen sind lichtempfindlicher als die Zapfen und ermöglichen sogar nachts zu sehen, allerdings nur in Schwarz und Weiß. Für die Farben sind die Zapfen verantwortlich. Sie werden jedoch erst bei größeren Lichtstärken gereizt. Das Verhältnis der beiden Typen in der Retina lässt erkennen, ob es sich um tag- oder nachtaktive Tiere handelt.

Im sog. „gelben Fleck“ oder Fovea centralis befindet sich die größte Dichte an Zapfen. Die Stäbchen fehlen, was dazu führt, dass sich hier tagsüber der schärfste Punkt des Sehens befindet, der erreicht wird, wenn wir ein Objekt direkt ansehen. Folgerichtig lassen sich nachts direkt betrachtete Objekte nicht erkennen.^[2]

Für einen räumlichen Eindruck unserer Umwelt werden zwei Augen benötigt, denn beide liefern ein etwas anderes Bild, bedingt durch das Sehfeld eines Auges. Die Leistung des Gehirns besteht dann darin, die Informationen beider Augen zu verschmelzen. Dort, wo sich die Sehfelder unserer Augen überschneiden, lässt sich am besten räumlich sehen und auch Entfernungen richtig abschätzen.^[3]

Laufzettel zum Themenblock

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Aufbau des Auges

Arbeitsauftrag

1. Sieh dir das Augenmodell an und beschrifte die Grafik des Auges.

Zur Unterstützung dient der Informationstext.

2. Kontrolliere anschließend deine Beschriftung mit der Augengrafik in deinem Biologiebuch.

Von allen Sinnesorganen haben die Augen für den Menschen die größte Bedeutung. Sie führen dem Gehirn etwa zehnmal mehr Informationen zu als alle anderen Sinnesorgane zusammen. Die Augen werden durch die Augenlider und die Wimpern nach außen geschützt. Die Augenwand besteht aus drei übereinander liegenden Häuten: Lederhaut (Harte Au¬genhaut), Aderhaut und Netzhaut. Die Lederhaut grenzt das Auge nach außen ab. Diese äußere Schicht ist weiß und fest. An ihr setzen die Muskeln zur Bewegung des Auges an. In dem Bereich, in dem das Licht ins Auge eintritt, wird die Lederhaut zur durchsichtigen Hornhaut. Sie muss immer durch Tränenflüssigkeit befeuchtet sein.

Die zweite Schicht heißt Aderhaut. Sie ist reich an Blutgefäßen und versorgt die ihr an¬liegenden Schichten mit Nährstoffen und Sauerstoff. Darauf folgt die Pigmentschicht, deren Zellen braun-schwarze Farbstoffe (Pigment) enthalten.

Die dritte und innerste Schicht ist die Netz¬haut. Sie enthält die Lichtsinneszellen. An der Stelle, an der der Sehnerv das Auge verlässt, ist die Netzhaut unterbrochen. Hier be¬finden sich keine Lichtsinneszellen Deshalb können an dieser Stelle, dem Blinden Fleck, keine Lichtreize empfangen werden. An die¬ser Stelle ist man blind, doch das Gehirn gleicht diese „Lücke“ bei der Wahrnehmung wieder aus. Der Hornhaut gegenüber liegt eine etwas vertiefte Netzhautstelle der Gelbe Fleck.

Der Lichteintritt in das Auge erfolgt durch die Hornhaut und das Sehloch, die Pupille. Sie ist von der farbigen Regenbogenhaut der Iris, umgeben. Durch Vergrößern und Ver¬kleinern der Pupille wird die ins Auge kommende Lichtmenge geregelt. Hinter der Iris ist die elastische Augenlinse an Bändern aufgehängt. Die Linsenbänder verlaufen speichenartig zum ringförmigen Ziliarmuskel. In der vorderen und hinteren Augenkammer befindet sich das Kammerwasser, das der Ernährung der Linse und der Hornhaut dient. Der Glaskörper, eine gallertartige Masse, gibt dem Auge die Form.

Aufbau des Auges

Arbeitblatt

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Aufgabe: Beschrifte das Auge

Die Lochkamera

Arbeitsauftrag

1. Benutze die Lochkamera. Als abzubildender Gegenstand kann alles Mögliche dienen. Positioniere die Lochkamera nun so, dass ein scharfes Bild auf der Mattscheibe entsteht. Wiedrhole den Versuch anschließend mit einer Linse anstelle der Öffnung.

2. Was für ein Bild entsteht

a. mit der Öffnung?
b. mit der Lise?

3. Wie lassen sich (Loch-)kamera und Auge vergleichen und wie unterscheiden sie sich. Vervollständige dazu die Tabelle auf dem Arbeitsblatt.

Der Informationstext dient zur Unterstützung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Strahlengang bei einer Lochkamera.

Wie sehen Auge und Kamera?

Das Licht fällt durch die Pupille in unser Auge. In der Dämmerung ist die Pupille weit geöffnet, um möglichst viel Licht hineinzulassen. Wenn wir in helles Licht schauen, verengt sich die Pupille und das Loch für das Licht wird kleiner.

Die Linse kann durch Muskeln verändert werden. Wenn wir Dinge scharf sehen wollen, die nah vor unserem Auge sind, wird die Linse stärker gewölbt. Um Dinge in weiter Entfernung scharf sehen zu können, ist sie flacher. Wenn die Muskeln nicht richtig arbeiten, kommt es beim Sehtest zu Fehlern. Oft muss. dann eine künstliche (Brillen-)Linse die Augen linse unterstützen.

In der Netzhaut unserer Augen gibt es viele Millionen Sehzellen, die das Licht auffangen. Mit den einen, den Stäbchen, können wir hell und dunkel unterscheiden. Mit den anderen, den Zapfen, sehen wir Farben. Es gibt Menschen, deren Zapfen rote und grüne Farben nicht unterscheiden können. Solche Menschen sind “Rot-Grün-Blind“.

Stäbchen und Zapfen wandeln die Lichtreize in Signale um und schicken diese über den Sehnerv zum Gehirn. Dort werden die Signale zu einem Bild zusammengesetzt. An der Stelle, an der der Sehnerv in der Netzhaut anfängt, können keine Lichtreize aufgenommen werden; das Bild oder Teile des Bildes verschwinden. Dies ist der blinde Fleck.

So “sieht“ eine Camera

Lichtstrahlen, die auf einen Gegenstand oder eine Person fallen, werden zurückgeworfen und kommen so in die Camera.

Die Lichtstrahlen dringen zunächst durch eine oder mehrere Linsen aus Glas, wodurch sie ihre Richtung verändern. Diese Linsen können sich nicht wölben oder abflachen. Deshalb wird der Abstand zwischen den Linsen und dem Film verändert, wenn das Bild scharf eingestellt werden soll.

Anschließend fallen die Lichtstrahlen durch eine Blende, deren Öffnung verändert und geschlossen werden kann. Bei schlechten Lichtverhältnissen (Dämmerung, Regen, Nebel) wählt man eine große Blendenzahl, d.h. die Blende wird weit geöffnet, um möglichst viel Licht hereinzulassen. So lange wie die Blende offen ist, fällt Licht auf einen Fotofilm und belichtet ihn.

Das Negativ-Bild auf dem Film hat folgende Eigenschaften: Es ist verkleinert, seitenverkehrt und steht auf dem Kopf. Im Fotolabor wird das Negativ entwickelt und es entsteht das endgültige Foto.

Informationstext

Die Lochkamera

Arbeitblatt

Fülle die leeren Kästchen der Tabelle aus.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bestimmung des Nahpunktes

Für diese Station ist es von Vorteil vorher die Station 12 gemacht zu haben!

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Arbeitsauftrag

Material: Bleistift, Lineal

Durchführung: Bei der Nah-Akkommodation des Auges gibt es eine Grenze,

den Nahpunkt. Der Versuch wird in Partnerarbeit durchgeführt, abwechselnd.

Schließe ein Auge. Halte den Bleistift mit ausgestreckter Hand und fixiere

dessen Spitze. Nähere diese langsam dem offenen Auge bis auf

nächstmögliche Bildschärfe. Der Partner misst nun den Abstand zum Auge!

Aufgaben:

a) Bestimmt innerhalb eurer Gruppe den Nahpunkt und vergleicht!
b) Tragt eure Werte in die Tabelle an der Station ein und vergleicht mit den anderen Werten.
c) Vergleicht ebenfalls mit den „Normalwerten“ und erklärt die Altersabhängigkeit der Nahpunktentfernung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bestimmung des Nahpunktes

Klassenliste

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Räumliches Sehen

Arbeitsauftrag

Material: Standzylinder

Durchführung:

1. Versuche, mit abgewinkeltem Finger (bei ausgestrecktem Arm) die Öffnung des Standzylinders jeweils zehn Mal zu treffen und zwar

- mit geschlossenem rechten Auge,
- mit geschlossenem linken Auge,
- mit geöffneten Augen.

2. Wenn ihr zu zweit arbeitet, verrückt der Partner den Standzylinder nach jedem Versuch, ohne dass die Versuchsperson es sieht.

3. „Daumensprung“: Wende den Daumen der ausgestreckten Hand mit der Nagelfläche beiden Augen zu und schließe jetzt abwechselnd das rechte und das linke Auge.

4. Beobachte die Daumenlage vor dem Hintergrund.

Aufgaben:

a) Worin liegt der Vorteil des zweiäugigen Sehens?
b) Erkläre deine Beobachtungen, indem du die Funktionen von Netzhaut, Sehnerv und Großhirn berücksichtigst.

Wahrscheinlich ist es dir leichter gefallen die Öffnung zu treffen, wenn du beide Augen geöffnet hattest. Woran liegt das?

Da unsere Augen auseinanderstehen, erhältst du von jedem Auge ein etwas anderes Bild. Das konntest du besonders beim „Daumensprung“ erkennen. Man sagt, jedes Auge hat ein anderes Sehfeld. Dort, wo sich die Sehfelder unserer Augen überschneiden (in der Abbildung schwarz), kannst du gut räumlich sehen und auch Entfernungen richtig abschätzen.

Der Informationstext dient zur Unterstützung.

Räumliches Sehen

Arbeitblatt

Hier hast du Platz um die Aufgaben a) und b) zu beantworten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Male den Bereich, in dem wir besonders gut räumlich sehen können, farblich aus.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das Sehfeld

Arbeitsauftrag

Material: Wandtafel; Farbtafeln; Farbkreide; Geo-Dreieck

Durchführung: Die Versuchsperson (VP) schließt ein Auge und fixiert mit dem anderen Auge stur aus ca. 1m Entfernung ein auf die Mitte der Tafel gezeichnetes kleines Kreuz. Mitschüler führen nun abwechselnd Farbtäfelchen langsam vom Tafelrand her in Richtung Kreuz. Dabei meldet die VP, an welchen Stellen sie Bewegung, Form und Farbe erkennt. Die Stelle der Bewegungswahrnehmung wird z. B. mit einem weißen Punkt, die der Formwahrnehmung mit einem weißen Kreuz und die der Farberkennung mit einem entsprechenden Farbkreuz markiert.

Aufgaben:

a) Bestimmt die Grenze des Gesichtsfeldes durch Verbinden der

weißen Punkte! Messt mit dem Geo-Dreieck vom Standpunkt der VP aus, über

wie viel Winkelgrade sich das Gesichtsfeld eines Auges erstreckt!

b) In welchem Bereich der Netzhaut werden Formen erkannt?

c) Findet die Verteilung der 3 Sorten farbempfindlicher Zapfen durch Verbinden

der gleichen Farbmarkierungen heraus.

d) Wie sind Stäbchen und Zapfen in der Netzhaut verteilt?

Der Infotext unterstützt euch wieder bei der Lösung der Aufgaben.

Bau und Funktion der Netzhaut

Die Netzhaut besteht aus drei Zellschichten. Unmittelbar an die Pigmentzellen schließt eine Schicht mit den Lichtsinneszel¬len an. Das Bild zeigt, dass es zwei unter¬schiedlich gebaute Typen dieser Sinneszel¬len gibt: Stäbchen und Zapfen. Die längli¬chen, schlanken Stäbchen sind für das Hell-Dunkel-Sehen und das Dämmerungssehen zuständig. Sie sprechen schon auf sehr schwaches Licht an. Die kürzeren, gedrun¬genen Zapfen benötigen weitaus helleres Licht. Sie dienen dem Farbsehen.

Die Netzhaut eines jeden Auges enthält etwa 125 Millionen Stäbchen und 6 Millionen Zap¬fen. Auf jedem Quadratmillimeter stehen un¬gefähr 140000 dieser Sehzellen. Im Zentrum der Netzhaut, dem Gelben Fleck, gibt es nur Zapfen. Es ist die Stelle des schärfsten Se¬hens. Hier stehen etwa 300000 Zapfen sehr eng aneinander. Zu den Randbereichen der Netzhaut hin findet man immer weniger Zap¬fen. Hier überwiegen die Stäbchen.

Trifft Licht auf eine Sehzelle, wird sie angeregt und die Lichtsinneszellen wandeln die Lichtreize in Ner¬vensignale um, die sie zum Gehirn weiterleiten.

Sehtest I

Arbeitsauftrag

Material: Testtafel für Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit und Farbensehen.

Durchführung:

1. Führt den Test auf gute Sehschärfe auf 3 m Entfernung für je ein Auge durch. Bei schlechtem Ergebnis besteht Verdacht auf Kurzsichtigkeit!
2. Führt den Lesetest für je ein Auge auf kurze Entfernung (30 cm) durch. Ein
schlechtes Ergebnis deutet auf Weitsichtigkeit hin.
3. Testet euer Farbensehen durch beidäugiges Betrachten der Farbtest-Tafel. Der

häufigste Sehfehler dabei ist die meist bei Männern vorkommende Rot-Grün-

Blindheit.

Aufgabe:

a) Erstellt, jeder für sich eine "Augendiagnose". Beachtet dabei, dass diese nur einen groben Hinweis darstellt. Zum Erstellen einer verlässlichen Diagnose muss der Brillenoptiker oder der Augenarzt aufgesucht werden.
b) Löse die Aufgaben auf dem Arbeitsblatt

Sehtest I

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Sehschärfetest aus 30 cm Entfernung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Sehtest I

Sehschärfetest aus 3 m Entfernung

Sehtest I

Arbeitsblatt

Aufgabe: Ordne die folgenden Aussagen den entsprechenden Bildern zu.

1. normales Auge

Das Bild erscheint scharf auf der Netzhaut.

2. Augapfel zu lang.(Kurzsichtigkeit)

Das Bild erscheint scharf VOR der Netzhaut.

3. Augapfel zu kurz. (Weitsichtigkeit)

Das Bild erscheint scharf HINTER der Netzhaut.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Sehtest II

Farbensehen

Betrachte das Bild. Kannst du eine Zahl erkennen? Um welche handelt es sich?

Hast du auf der Karte die Zahl 6 gelesen? Wenn ja, dann bist du normalsichtig. Wenn nein, dann gehörst du zu den Rot-Grün-Verwechslern.

Für das Farbensehen sind in der Netzhaut des Auges bestimmte Sehzellen verantwortlich, die sog. Zapfen.

Bei Rot-Grün-Verwechslern arbeiten einige von ihnen nicht richtig. Aber auch bei

Normalsichtigen brauchen die Zapfen genügend Licht, um zu reagieren. In der Dämmerung oder in einem schlecht beleuchteten Raum fällt es uns deshalb schwer, Farben zu unterscheiden. Wir sehen nur Grautöne.

Rot-Grün-„Blindheit“ kann vor allem für Verkehrsteilnehmer ein Problem sein, denn schließlich ist es u. U. lebenswichtig unterscheiden zu können, ob eine Ampel “Rot“ oder “Grün“ zeigt. Trotzdem dürfen auch Rot-Grün-Verwechsler den Führerschein machen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Überlege dir Berufe, die mit einer Rot-Grün-„Blindheit“ nicht ausgeübt werden

Können und notiere sie in deiner Mappe.

Blinder Fleck

Arbeitsauftrag

Material: Arbeitsblatt mit Abbildung

Durchführung: Halte die Abbildung etwa eine Armlänge von dir entfernt. Schließe das linke Auge und fixiere mit dem rechten Auge das sich links befindende Kreuz. Hole die Abbildung langsam näher an das Gesicht heran.

Aufgaben:

a) Beobachte und beschreibe (schriftlich).
b) Inwiefern ist dieser Versuch ein Nachweis für den Blinden Fleck?
c) Warum muss ein Auge geschlossen sein?
d) Welches Phänomen lässt sich an der Abbildung mit der Maus im Käfig erkennen? (Beachte das Gitter)

Der Informationstext dient wieder der Unterstützung.

Der Blinde Fleck ist die Stelle, wo der Sehnerv und die Aderversorgung ins Auge tritt. Dort sind keine Sinneszellen. Dementsprechend findet dort keine Sinneswahrnehmung statt. Dass das Gitter dennoch zu sehen ist, ist eine Leistung unseres Gehirns. Die Maus „verschwindet“ bei einem gewissen Abstand. Das Gehirn schließt die Lücke, indem die Gitterstäbe durchgezogen werden. Das Gehirn vervollständigt das Bild mit Hilfe der Informationen, die in unmittelbarer Nachbarschaft zum Blinden Fleck liegen.

Die „Blindheit“ des einen Auges wird beim Sehen durch das andere Auge aufgehoben. Das Gehirn korrigiert bei der Bildverarbeitung die fehlenden Informationen des einen Auges mit den Informationen des anderen Auges für diesen Bildbereich.

Blinder Fleck

Arbeitsblatt

Verfahre bei dem Versuch, wie in der Versuchsanleitung beschrieben und bearbeite anschließend die Aufgaben.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[...]

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^[1] vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Auge; 06.07.2006, 16:30

^[2] vgl. Campbell; 2000, 1123

^[3] siehe Anhang: Stationsblock Auge: Station 4