Auge und Sehen

Auge und Sehen
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Einführung/Lösung 1
Dauer:
4 Stunden inkl. Abschlusstest
Schultyp:
Realschule/Gymnasium/Gesamtschule
Jahrgangsstufe: 7.-10. Klasse
Voraussetzungen
Allgemeine Einführung zur Bedeutung der Sinnesorgane
Der Inhalt in Kürze
Während der Unterrichtssequenz wird Bau und Funktion des Auges, stellvertretend für weitere Sinnesorgane,
erarbeitet.
Es werden benötigt:
Technische Ausstattung
Material für Experimente
NATURA multimedial 3 und die entsprechende
Präsentationstechnik
Augenmodell
Folien, OH-Projektor
Lupen, Umkehrbrillen, Fotoapparat
PC-Arbeitsplätze für Schüler
Schweineauge und Präparationsbesteck
Organisation
Die Übersicht auf Seite 2 zeigt eine Grobplanung der Unterrichtssequenz mit einer möglichen Zuordnung von
Experimenten, Medien aus NATURA multimedial 3 und Arbeitsblättern. Lektionen aus NATURA multimedial 3
können entweder durch eine Präsentationstechnik, oder aber als Folien am OH-Projektor gezeigt werden.
An die Unterrichtssequenz könnte sich eine Einheit über das Regelkreismodell, die Netzhaut und die
Umwandlung physikalischer Reize in Nervenimpulse anschließen.
Lösung zum Arbeitsblatt 1: Auge und Sehen
Bezeichnung
Funktion
a
Netzhaut
Reizaufnahme
b
Sehgrube, Gelber Fleck
Stelle des schärfsten Sehens
c
blinder Fleck
Austritt des Sehnervs
d
Sehnerv
Signalleitung zum Gehirn
e
Aderhaut
Ver- und Entsorgung
f
Lederhaut
schützt, stabilisiert
g
Hornhaut
Lichtbrechung
h
Kammerwasser
Lichtbrechung, Druck
i
Regenbogenhaut (Iris)
reguliert den Lichteinfall über die Pupillenöffnung
j
Linse
Akkommodation
k
Ziliarmuskel
verändert Linsenform beim Scharfstellen
l
Linsenbänder
Befestigung der Linse
m
Wimpern
Schmutz abweisen
n
Augenlid
Schutz, Befeuchtung
o
Augenmuskeln
koordinierte Augenbewegung
p
Fettkörper
Stoßdämpfer
q
Augenbrauen
Schweiß- und Schmutz abweisen
r
Schädelknochen
bilden Augenhöhle
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Auge und Sehen
Unterrichtsphase
1. Stunde
Augenaufbau
Hausaufgabe
2. Stunde
Die Abbildung
Unterrichtsverlauf
Unterrichtsverlauf
Der Einstieg kann über die Präparation eines
Schweineauges erfolgen.
S
Es folgt die Erarbeitung des Augenaufbaus
anhand der Lektion „Das Auge“ in NATURA
multimedial 3, des Arbeitsblattes „Bau und
Funktion des Auges“ und des Augenmodells.
U/E
Schweineauge
Präparationsbesteck
NATURA multimedial 3:
„Das Auge“
AB: Bau und Funktion
des Auges
Augenmodell
E
Einstieg über die Abbildung an einer Lupenlinse
U
Lupen, Umkehrbrillen
P/G
NATURA multimedial 3:
„Strahlengang und
Akkommodation“
AB: Strahlengang
AB: Nah- und
Ferneinstellung
Kurzreferat zur Nah- und Ferneinstellung
Material: NATURA Biologie für Gymnasien
„Scharfes Sehen nah und fern“
E
3. Stunde
Fehlsichtigkeit
und ihre
Korrektur
Die Frage, warum Brillen notwendig sind und
worin sie sich unterscheiden, wird in Bezug auf
die HA hergeleitet.
Kamera und Auge werden verglichen. Warum
kann die Augenlinse in einem zu kurzen oder zu
langen Auge nicht scharf stellen?
U
4. Hausaufgabe
Welche Effekte haben die jeweiligen Brillen
Material: NATURA Biologie für Gymnasien „Viele
Sehfehler sind korrigierbar“
E
5. Stunde
Abschlusstest
Sozialform
Medien
Arbeitsblatt “Bau und Funktion des Auges“
Strahlengang und Akkommodation
(Die Eigenschaften von Mittelpunkt-, Parallelund Brennpunktstrahl werden dabei nur genutzt,
nicht hergeleitet).
Hausaufgabe
Sozialform
Alter Fotoapparat;
NATURA multimedial 3
„Fehlsichtigkeit
Arbeitsblatt: Sehfehler
und ihre Korrektur“
E
E = Einzelarbeit; G = Gruppenarbeit, L = Lehrervortrag, P = Partnerarbeit, R = Recherche,
S = Schüleraktivität, U = Unterrichtsgespräch, HA = Hausaufgabe
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Auge und Sehen
Arbeitsblatt 1
Aufgabe
1. Benenne die dargestellten Teile des menschlichen Auges und gib jeweils ein Stichwort zur Funktion an.
Erstelle zur besseren Übersicht eine geeignete Tabelle.
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Auge und Sehen
Arbeitsblatt 2
Lichtbrechung
Im 15. Jahrhundert wurden erstmals Linsen aus
reinem Quarzsand hergestellt, die später auch zur
Herstellung von Brillen verwendet werden konnten.
Zunächst experimentierten Naturforscher mit
möglichst großen Linsen, um Sonnenenergie zu
konzentrieren. Mit doppelten Brennlinsen erreichte
LAVOISIER so hohe Temperaturen, dass er einen
Diamanten anzünden und verbrennen konnte.
Brennlinsen von LAVOISIER für chemische Experimente
Man unterscheidet zwei wesentliche Linsentypen:
Die Zerstreuungslinse (Konkavlinse), die am Rand dicker ist als in der Mitte. Sie besitzt nur einen scheinbaren
Brennpunkt. Parallele Strahlen streben hinter der Linse auseinander.
Die Sammellinse (Konvexlinse) ist in der Mitte dicker als am Rand und besitzt eine bestimmte Brennweite, die
umso kleiner ist, je stärker die Linse gekrümmt ist. Der Brennpunkt wird mit F bezeichnet (vom lateinischen
focus Feuer). Um die Lichtbrechung zu untersuchen, vereinfacht man auf eine einmalige Brechung an der
Hauptebene der Linse und benutzt drei Strahlen mit folgenden Eigenschaften:
- der Parallelstrahl, der nach der Linse zum Brennpunktstrahl wird
- der Brennpunktstrahl, der nach der Linse zum Parallelstrahl wird
- der Mittelpunktstrahl, der ungebrochen durch die Linse geht.
Aufgaben
1. Konstruiere zu den Gegenständen A und B die Bilder A` und B` mit den vorgegebenen Brennpunkten F1 und
F2.
2. Die Linse in unseren Augen ist eine Sammellinse. Begründe: Sie besitzt zwar einen Brennpunkt, kann aber
nichts anzünden.
3. Überträgt man die Konstruktion auf das Auge, kann man A als ferner und B als näheren Gegenstand
betrachten. Zeichne die Lage der Netzhaut in die Konstruktion ein. Können derartige Unterschiede im Auge
vorkommen?
4. Wie müsste sich die Linse verändern, sodass bei gleich bleibender Lage der Netzhautebene nahe oder ferne
Gegenstände scharf gesehen werden?
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Auge und Sehen
Lösung 2/3
Arbeitsblatt 2: Lichtbrechung
Aufgaben
1.
2. Die Augenlinse besteht aus einer gallertähnlichen verformbaren Substanz, die die Strahlen bündelt, aber
nicht so hohe Temperaturen wie die Glaslinse erzeugen kann.
3. Die Lage der Netzhaut entspricht der Bildebene A` und B`. Die Unterschiede können im Auge nicht
vorkommen, da Glaskörper und Lederhaut/Netzhaut nicht ständig ihre Lage ändern können.
4. Bei gleich bleibender Lage der Netzhautebene wie für A` müsste die Linse dicker werden. Durch stärkere
Krümmung wird die Brennweite kleiner und das Bild B` rückt nach vorn.
Arbeitsblatt 3: Auge und Sehen – Nah- und Ferneinstellung
Aufgaben
1. Im Auge wird die einfallende Lichtmenge von der Regenbogenhaut (Iris) durch Muskelfasern, in der Kamera
von der Irisblende reguliert. Die Blende besteht aus dünnen Metallplättchen, die kreisförmig übereinander
geschoben werden. Ihre Öffnung entspricht der Pupille. Hornhaut und Linse werfen ein umgekehrtes reelles
Bild auf die Netzhaut, ebenso wie die Sammellinse im Fotoapparat ein Bild auf dem Film erzeugt. Im Auge
bleibt die Linse jedoch immer in derselben Lage und ändert mit ihrer Form die Brennweite, sodass ein
scharfes Bild erzielt wird.
2. Die Linsenbänder müssen erschlafft gezeichnet werden, da der Ringmuskel kontrahiert und die Linse durch
die Eigenelastizität abgekugelt ist.
3. Der Ringmuskel kann nicht gleichzeitig kontrahiert und entspannt sein.
4. Beim Druck auf den Ballon erhöht sich der Innendruck auf die Luft (Glaskörper) und der Ballongummi
(Aderhaut/Lederhaut) wird gespannt. Lässt der Druck nach, nimmt die Gummihaut wieder ihre alte Form an.
Die Naheinstellung ist also durch die Muskelkontraktion ein aktiver, energieverbrauchender Prozess, die
Ferneinstellung hingegen erfolgt passiv.
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Auge und Sehen
Arbeitsblatt 3
Auge und Sehen – Nah- und Ferneinstellung
Aufgaben
1. Das Auge ist mit einem Fotoapparat älterer Bauart gut vergleichbar.
In der Abbildung ist unten eine sogenannte Balgenkamera dargestellt.
Hier wird der Abstand Linse – Film bei unterschiedlich weit entfernten
Objekten durch Vor- und Zurückschieben angepasst. Vergleiche
Fotoapparat und Auge in Bezug auf die Nah- und Ferneinstellung.
2. Im Augenquerschnitt ist die Nahakkommodation gezeichnet. Ergänze
in der Zeichnung den Zustand der Linsenbänder und beschreibe, wie
die Scharfeinstellung für die Gegenstände in der Nähe erreicht wird.
3. Warum können Kuh und Bleistift nicht gleichzeitig scharf gesehen
werden?
4. Mit einem aufgeblasenen runden Luftballon (Modell des Augapfels)
kann das Wechselspiel zwischen Aderhaut/Lederhaut und
Ziliarmuskel verdeutlicht werden.
- Zeichne auf der Vorderseite mit einem Filzschreiber (permanent)
einen Kreis auf, der die Lage des Ziliarmuskels angeben soll.
- Drücke den Ballon dann im Bereich des Ziliarmuskels ringförmig
zusammen und beschreibe die Veränderung.
- Wird der Druck verringert, entspricht es im Modell der
Fernakkommodation. Beschreibe auch hier die Veränderung.
- Begründe aus dem Versuch, warum konzentriertes Lesen eher
ermüdet, als der entspannte „Blick in die Ferne“.
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Auge und Sehen
Arbeitsblatt 4
Sehfehler und Korrektur
Aufgaben
1. Benenne die Augenfehler und beschreibe sie.
2. Gib an, wie die Augenfehler korrigiert werden können.
Bezeichnung:
Beschreibung:
Korrektur:
Bezeichnung:
Beschreibung:
Korrektur:
Bezeichnung:
Beschreibung:
Korrektur:
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Auge und Sehen
Lösung 4
Bezeichnung:
Beschreibung: Abstand zwischen Linse und Netzhaut ist zu
Kurzsichtigkeit
groß, ein scharfes Bild entsteht schon vor der Netzhaut.
Korrektur: Eine Zerstreuungslinse rückt den Brennpunkt
weiter nach hinten, so dass auf der Netzhaut ein scharfes
Bild entsteht.
Bezeichnung:
Beschreibung: Der Abstand zwischen Linse und der
Weitsichtigkeit
Netzhaut ist zu gering, ein scharfes Bild entsteht erst hinter
der Netzhaut.
Korrektur: Eine Sammellinse unterstützt die Brechkraft der
Linse, sodass auf der Netzhaut ein scharfes Bild entsteht.
Bezeichnung:
Beschreibung: Die Linse verliert ihre Elastizität.
Alterssichtigkeit
Eine starke Wölbung ist nicht mehr möglich und damit
auch kein scharfes Sehen in der Nähe.
Sehen in der Ferne ist weiterhin gut.
Korrektur: Eine Sammellinse unterstützt die Linse beim
Sehen in der Nähe.
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Auge und Sehen
Test
Name:
Klasse:
Datum:
1. Beschrifte das Schema zum Aufbau des Auges und nenne jeweils ein Stichwort zur Funktion der Augenteile.
Bezeichnung
Funktion
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2. Die folgende Abbildung zeigt den Schnitt durch den vorderen Augenbereich bei der Fernakkommodation.
a. Benenne die Augenteile und zeichne in die Abbildung die Linsenbänder in ihrem Zustand bei der
Fernakkommodation ein.
b. Zeichne mit einer anderen Farbe die Veränderungen ein, die sich bei der Nahakkommodation ergeben
und trage die entsprechenden Stichworte in die Tabelle ein.
Zustand bei Einstellung des Auges auf
Bezeichnung
Ferne
Nähe
1
2
3
3. Ergänze den folgenden Lückentext mit den Begriffen
Dioptrien, Glaskörper, hinter, Hornhaut, Kammerwasser, kurz, Linse, Linsenelastizität, negative, positive,
Sammellinsen, umgekehrt, verkleinert, vor, weiter, Zerstreuungslinsen
Die Lichtstrahlen eines Objektes werden durch den optischen Apparat
,
Netzhaut
,
abgebildet. Mit steigendem Alter, liegt der
von den Augen entfernt, da die
Zunächst erscheinen Gegenstände in der Nähe
zu
, gesammelt und auf der
und
Nahpunkt
,
und das Bild wird erst
abnimmt.
. Bei der Weitsichtigkeit ist der Augapfel
der Netzhaut scharf abgebildet. Brillen mit
können diesen Fehler beheben. Bei der Kurzsichtigkeit ist der Augapfel dagegen zu
und ein scharfes Bild entsteht
der Netzhaut. Um dies zu korrigieren werden Gläser mit
eingesetzt. Die Brechkraft von Linsen misst man in
. Sammellinsen haben
Dioptrien und Zerstreuungslinsen
.
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Auge und Sehen
Test/Lösung
Aufgabe 1
Bezeichnung
Funktion
1
Hornhaut
Lichtbrechung
2
Linse
Lichtbrechung,
Akkommodation
3
4
Vordere Augenkammer
mit Kammerwasser
Regenbogenhaut mit
Pupille
Lichtbrechung, Druck
Adaptation, Augenfarbe
Stabilität, Weiterleitung
von Strahlen
Stabilität, Schutz, Ansatz
der Augenmuskeln
5
Glaskörper
6
Lederhaut
7
Aderhaut
Ver- und Entsorgung
8
Netzhaut
Reizaufnahme
9
Sehnerv
Weiterleitung zum Gehirn
10
Augenmuskeln
Koordinierte
Augenbewegung
Aufgabe 2a
Zustand bei Einstellung des Auges auf
Ferne
Nähe
entspannt
kontrahiert
flach
abgekugelt
straff
schlaff
Bezeichnung
1. Ringmuskel, Ziliarmuskel
2. Linse
3. Linsenbänder
Die Linsenbänder müssten straff gezeichnet werden.
Aufgabe 2b
Bei der Einstellung auf die Nähe wird der Ringmuskel dicker (kontrahiert), die Linse abgekugelter und die
Linsenbänder sind schlaff.
Aufgabe 3
Die Lichtstrahlen eines Objektes werden durch den optischen Apparat
Kammerwasser,
Netzhaut
Linse,
umgekehrt
Nahpunkt
weiter
und
zu
kurz
von den Augen entfernt, da die
und das Bild wird erst
Sammellinsen
lang
hinter
unscharf
gesammelt und auf der
abgebildet. Mit steigendem Alter, liegt der
Linsenelastizität
abnimmt.
. Bei der Weitsichtigkeit ist der Augapfel
der Netzhaut scharf abgebildet. Brillen mit
können diesen Fehler beheben. Bei der Kurzsichtigkeit ist der Augapfel dagegen zu
und ein scharfes Bild entsteht
Zerstreuungslinsen
Dioptrien
Glaskörper,
verkleinert
Zunächst erscheinen Gegenstände in der Nähe
Hornhaut,
. Sammellinsen haben
vor
der Netzhaut. Um dies zu korrigieren werden Gläser mit
eingesetzt. Die Brechkraft von Linsen misst man in
positive
Dioptrien und Zerstreuungslinsen
negative.
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Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten.
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Medien Menschenkunden
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