Vorschau - Netzwerk Lernen

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Der Mensch • Beitrag 25
Das Nervensystem des Menschen (Kl. 9/10)
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Reinste Nervensache –
eine Lerntheke zum Nervensystem des Menschen
Ein Beitrag von Erwin Graf, Freiburg
Mit Illustrationen von Julia Lenzmann, Stuttgart
In dieser Lerntheke erhalten Ihre Schüler Einblicke in Bau und Funktion unseres Nervensystems. Dabei werden sie im
selbstständigen und eigenverantwortlichen Lernen gezielt gefördert.
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Foto: Colourbox
Riechen, klettern, Klavier spielen oder uns
in einer fremden Umgebung orientieren –
unser Nervensystem vollbringt tagtäglich
fantastische Leistungen, die uns nur selten bewusst sind.
Nicht nur beim Klettern ist unser Nervensystem stark
gefragt.
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- und Nachtest!
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Das Wichtigste auf einen Blick
Klassen: 9–10
Dauer: 6 Stunden (Minimalplan: 3)
Kompetenzen: Die Schüler …
• beschreiben den Aufbau unseres Nervensystems.
• skizzieren den Aufbau einer Nervenzelle
und beschriften die Skizze korrekt.
• erläutern die Erregungsleitung innerhalb einer Nervenzelle und an einer
Synapse.
• nennen die vier Teile unseres Gehirns
und deren Hauptfunktionen.
• führen selbstständig Versuche durch
und werten diese aus.
Aus dem Inhalt:
• Lerntheke „Das Nervensystem des
Menschen“:
o Vom Reiz zur
Reaktion
o Unser Nervensystem im Überblick
o So sind Nervenzellen aufgebaut
o Reaktionstest
o Relexe
o Erregungsleitung
innerhalb einer
Nervenzelle und
an einer Synapse
o Das Zentralnervensystem
o Parasympathikus
und Sympathikus
• Teste dich selbst! – Was weißt du alles
über das Nervensystem des Menschen?
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Das Nervensystem des Menschen (Kl. 9/10)
Der Mensch • Beitrag 25
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Rund um die Reihe
Warum wir das Thema behandeln
Das Nervensystem ist unser „alltäglicher Begleiter“ – keinen Augenblick können wir auf
dieses komplexe System verzichten. Oft ist uns gar nicht bewusst, wie „abhängig“ wir von
ihm sind – ob beim Riechen, Klettern, Klavierspielen oder wenn wir uns in einer fremden
Umgebung orientieren. Diese Lehr-Lern-Einheit unterstützt Ihre Schülerinnen und Schüler*
dabei, Einblicke in dieses System zu erhalten und seine Bedeutung für unseren Körper zu
erkennen. Denn nur das, was man selbst kennt und schätzt, ist man auch bereit zu schützen.
Darüber hinaus lassen sich bei diesem Thema einige grundlegende Aspekte der Biologie
wiederholen und vertiefen, z. B. der Aufbau somatischer Zellen, die Spezialisierung von Zellen, das Zusammenspiel verschiedenster Zellen innerhalb eines Systems, das Wechselspiel
verschiedener Systeme, die Hierarchie innerhalb von Systemen sowie die Grundprinzipien
der Informationsverarbeitung und -weitergabe in einem System.
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* Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur „Schüler“ verwendet.
Was Sie zum Thema wissen müssen
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Wie ist unser Nervensystem aufgebaut?
Unser Nervensystem lässt sich in zwei große Untersysteme einteilen: Das Zentralnervensystem mit Gehirn und Rückenmark steuert alle Nerventätigkeiten im Körper. Hier werden
auch Informationen, die von den Sinnesorganen aufgenommen werden, ausgewertet und
körpereigene Reaktionen eingeleitet.
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Das periphere Nervensystem liegt außerhalb des Zentralnervensystems. Es leitet ausgewählte Informationen von Muskeln und inneren Organen, wie Leber, Niere, Magen und Lunge,
zum zentralen Nervensystem und wiederum Informationen des Zentralnervensystems zu den
Muskeln und inneren Organen.
Die Bausteine unseres Nervensystems sind Nervenzellen (Neurone). Alle Neuronen sind auf
die Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen spezialisiert und bestehen aus einem
Zellkörper mit Zellkern und meist zahlreichen fein verästelten Fortsätzen, den Dendriten.
Vom Zellkörper geht ein dickerer und bis zu 1 m langer Fortsatz ab, die Nervenfaser (Neurit).
Die Nervenfasern des Menschen bestehen aus einem Axon, das fast immer von Hüllzellen,
auch Myelinscheide oder Myelinschicht genannt, umgeben ist. Die einzelnen Hüllzellen sind
durch Ranviersche Schnürringe voneinander getrennt. Am Ende des Axons beinden sich die
Synapsen. Mit diesen steht jede Nervenzelle mit weiteren Neuronen, Drüsen- oder Muskelzellen in engem Kontakt.
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Wie erfolgt die Erregungsleitung in unserem Nervensystem?
Die Informationsübertragung durch die Axone der Nervenzellen erfolgt auf bioelektrische
Weise. Im Ruhezustand sind die Zellmembranen der Axone außen positiv und innen negativ
elektrisch geladen. Man spricht vom Ruhepotential. Wird die Nervenzelle gereizt, kehrt die
Ladungsverteilung an der Zellmembran an dieser Stelle um: Sie wird außen negativ und
innen positiv. Man nennt dies Aktionspotential. Dieses Aktionspotential wird entlang des
Axons weitergeleitet (Erregungsleitung). 1 bis 2 Millisekunden danach kehrt diese Spannungsumkehr automatisch wieder in den Ausgangszustand zurück.
Die Axone des Menschen und der Wirbeltiere sind von Hüllzellen umgeben. Dadurch werden die Aktionspotentiale nicht in kleinen Schritten, sondern sprunghaft von Schnürring
zu Schnürring weitergeleitet. Man spricht von einer saltatorischen Erregungsleitung. Infolgedessen wird bei Wirbeltierneuronen eine Leitungsgeschwindigkeit von bis zu 120 Meter
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pro Sekunde erzielt – und das bei doch relativ dünnen Neuronen. Bei Tieren mit marklosen
Nervenfasern, z. B. bei der Weinbergschnecke oder dem Regenwurm, werden dagegen nur
Leitungsgeschwindigkeiten von bis zu 6 Metern pro Sekunde erreicht. Bei ihnen indet eine
kontinuierliche Erregungsleitung statt.
Gehirn und Rückenmark – die Schaltzentrale unseres Nervensystems
Gehirn und Rückenmark bilden das Zentralnervensystem (ZNS), das mit dem vegetativen
Nervensystem (Regelung der Funktionen der inneren Organe und des Blutkreislaufs) und
dem somatischen Teil des Nervensystems (Signalaustausch zwischen ZNS und Skelettmuskeln) in intensivem Kontakt steht.
Das Rückenmark ist ingerdick und durchläuft den Wirbelsäulenkanal. Es besteht aus einer
weißen und einer grauen Substanz. In der schmetterlingsförmigen grauen Substanz beinden sich die Zellkörper der Nervenzellen. Die weiße Substanz enthält vor allem Axone der
sensorischen und motorischen Fasern. Die sensorischen Nervenfasern leiten Informationen
der Sinnesorgane zum Gehirn, die motorischen Nervenfasern leiten Befehle des Gehirns an
die Muskeln.
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Das Gehirn besteht im Wesentlichen aus vier verschiedenen Hirnteilen: dem Großhirn, dem
Kleinhirn, dem Zwischenhirn und dem Stammhirn. Das Stammhirn setzt sich zusammen
aus dem verlängerten Rückenmark, dem Mittelhirn und einer Brücke zwischen Mittel- und
Kleinhirn. Hier liegt u. a. die Umschaltstelle zwischen Sensorik und Motorik. Zwischen dem
Stammhirn und dem Großhirn liegt das Zwischenhirn. Es iltert den Informationsluss von
den Sinnesorganen zum Großhirn und regelt einige lebenswichtige Körperfunktionen. Das
Kleinhirn liegt direkt hinter dem Stammhirn und erhält Kopien von allen Informationen, die
durch das Stammhirn laufen. Dadurch kann es Befehle höherer Zentren an die Muskeln und
die Informationen sensorischer Nervenfasern an die höheren Zentren vermitteln. Fast 90 Prozent des gesamten Gehirnvolumens macht das Großhirn aus. Es spielt die entscheidende
Rolle für Lernen, Gedächtnis und bewusstes Verhalten.
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Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung
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Voraussetzungen der Lerngruppe
Idealerweise haben die Schüler einen vertieften Einblick in den Körperbau des Menschen
erhalten, wissen um den Aufbau von Zellen und kennen die Aufgaben der wichtigsten Zellbestandteile.
An methodisch-strategischen Kompetenzen sollten die Schüler Versuche weitgehend selbstständig durchführen und auswerten können, ebenso sich auch etwas komplexere Texte
erschließen können. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Schüler mit dem selbstständigen Arbeiten in Kleingruppen vertraut sind.
Aufbau der Reihe
Über die Farbfolie M 1 mit dem Ratespiel „Wer bin ich?“, das anhand von erstaunlichen Fakten zum Nervensystem des Menschen auf das Thema der Stunde lenkt, erfolgt der Einstieg in
die Unterrichtsreihe. Anschließend besprechen Sie anhand der Zeichnung auf Farbfolie M 1
das Zusammenspiel der beim Torschuss beteiligten Organe in unserem Körper. Im Wissenstest M 2 überprüfen die Schüler dann ihr Vorwissen. Der Test wird in der Abschlussstunde
erneut eingesetzt, um den Schülern ihren Lernfortschritt bewusst zu machen.
In der Lerntheke M 3–M 12 erarbeiten sich Ihre Schüler in Einzel- oder Partnerarbeit selbstständig das Fachwissen zum Reiz-Reaktions-Schema (M 3), zum Aufbau unseres Nervensystems (M 4) und einer Nervenzelle (M 5), zur Erregungsleitung innerhalb einer Nervenzelle
(M 7) und an einer Synapse (M 8), zu Aufbau und Funktion von Rückenmark (M 9) und
Gehirn (M 11) sowie zu den Grundlagen von Sympathikus und Parasympathikus (M 12). An
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Das Nervensystem des Menschen (Kl. 9/10)
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zwei Stationen werden Versuche zur Reaktionszeit (M 6) und zu unseren Relexen (M 10)
durchgeführt. Die Schüler können ihre Ergebnisse nach jedem Material eigenständig mithilfe
von Lösungskarten kontrollieren. Nach der gesamten Bearbeitung der Lerntheke erfolgt eine
Besprechung der Aufgaben im Plenum.
Tipps zur Differenzierung
Bei den Stationen 4 (M 6) und 5 (M 7) stehen Zusatzaufgaben für stärkere Schüler zur Verfügung. Darüber hinaus gibt es verschiedene Differenzierungsmöglichkeiten an den einzelnen
Stationen (siehe Erläuterungen zu M 3–M 12).
Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler
Die Schüler …
• beschreiben den Aufbau unseres Nervensystems.
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• erläutern den Reiz-Reaktions-Mechanismus beim Menschen.
• skizzieren den Aufbau einer Nervenzelle und beschriften die Skizze korrekt.
• erläutern die bioelektrische Erregungsleitung innerhalb einer Nervenzelle.
• beschreiben die biochemische Erregungsleitung an einer Synapse.
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• erläutern Aufbau und Funktion des Rückenmarks.
• nennen die vier Teile unseres Gehirns und deren Hauptfunktionen.
• führen selbstständig Versuche durch und werten diese aus.
• stärken ihre soziale Kompetenz durch Partner- und Gruppenarbeit.
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Ideen für die weitere Arbeit
Im Anschluss an die Einheit können Ihre Schüler zur Vertiefung des Themas z. B. eines der
folgenden Themen als Referat oder Hausarbeit aufbereiten: „Nervensysteme im Tierreich“,
„Lernen bei Schimpansen“, „Träume“, „Einlüsse von Drogen auf unser Nervensystem“ oder
„die Krankheit Parkinson“.
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Als weiterführende Themen bieten sich der Aufbau und die Funktion einzelner Sinnesorgane
sowie das Hormonsystem des Menschen an.
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Die Reihe im Überblick
· V = Vorbereitung
SV = Schülerversuch
Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt
· D = Durchführung
Fo = Folie
LEK = Lernerfolgskontrolle
= Zusatzmaterial auf CD
Stunde 1: Einstieg in die Einheit, Wissenstest
Material
Thema und Materialbedarf
M 1 (Fo)
Wer bin ich?
M 2 (LEK)
Teste dich selbst! – Was weißt du alles über das Nervensystem des
Menschen?
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Stunden 2–5: Lerntheke „Das Nervensystem des Menschen“
Material
Thema und Materialbedarf
(Ab)
Laufzettel zur Lerntheke
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M 3 (Ab)
Station 1: Hält der Torwart den Ball? – Vom Reiz zur Reaktion
M 4 (Ab)
Station 2: Netzwerk Nerven – unser Nervensystem im Überblick
M 5 (Ab)
Station 3: Dendrit, Axon & Co. – so sind Nervenzellen aufgebaut
M 6 (SV)
Station 4: Gibt es die Schrecksekunde? – Ein Reaktionstest
· V: 3 min
 1 Lineal (Länge 20–30 cm)
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· D: 10 min
M 7 (Ab)
M 8 (Ab)
M 9 (Ab)
M 10 (SV)
· V: 5 min
· D: 10 min
M 11 (Ab)
Station 5: Von Schnürring zu Schnürring – Erregungsleitung innerhalb
einer Nervenzelle
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M 12 (Ab)
Station 6: Von Synapse zur Folgezelle – Erregungsleitung von Nervenzelle
zu Nervenzelle
Station 7: Unser Rückenmark – eine Schaltzentrale für Relexe
Station 8: Ganz von selbst? – Wir testen unsere Relexe
Station 9: Allen übergeordnet – unser Gehirn
Station 10: Sympathikus und Parasympathikus – ein ungleiches Paar
Stunde 6: Wissenstest und Besprechung der Lerntheke
Minimalplan
Bei wenig Zeit können Sie die Einheit auch auf drei Stunden reduzieren. Gehen Sie in diesem Fall nach dem Einstieg mithilfe von Farbfolie M 1 zur Lerntheke über. Reduzieren Sie
die Lerntheke auf wenige Plichtstationen, indem Sie die Stationen 4 (M 6), 8 (M 10) und 10
(M 12) weglassen. Der Vor- und Nachtest M 2 entfällt oder wird in abgespeckter Form als
Hausaufgabe eingesetzt.
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Wer bin ich?
M1
Würde man alle meine Bausteine sorgfältig hintereinanderlegen, würden sie von der
Erde zum Mond und wieder zurück reichen.
In mir rasen Informationen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 430 km/h! Dies
erfolgt v. a. in Form von elektrischen Impulsen.
Es prasseln pro Sekunde rund elf Millionen Inputs auf mich ein. Nur die 40 wichtigsten iltere ich heraus und verarbeite ich weiter.
In mir ist alles eng vernetzt. Meine rund 100 Milliarden Bausteine sind an rund 100
Billionen Kontaktstellen miteinander verknüpft. Manche meiner Bausteine haben so
Kontakt mit bis zu 1000 anderen.
Dank mir sind Menschen Meister der schnellen Datenbearbeitung, Bewertung und
Emotionen.
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Hier ein kleiner Einblick von meinen wichtigsten Untereinheiten beim Tennisspielen:
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Illustration: Julia Lenzmann
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Das Nervensystem des Menschen (Kl. 9/10)
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l Dendrit, Axon & Co. –
M5
so sind Nervenzellen aufgebaut
Unser Körper ist ein sehr komplexes System, das aus Billionen verschiedener Zellen besteht.
Auch die Nervenzellen gehören dazu. Doch bei aller Verschiedenheit weisen die Nervenzellen
(Neuronen) viele Gemeinsamkeiten auf.
Aufgabe 1
a) Lies dir den folgenden Info-Text durch.
Die verschiedenen Nervensysteme der vielzelligen Tiere, einschließlich des Menschen,
sind aus zahlreichen einzelnen Zellen aufgebaut, die man Nervenzellen oder Neuronen
nennt. Alle Neuronen sind auf die Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen
spezialisiert und bestehen aus einem Zellkörper mit Zellkern und meist zahlreichen
fein verästelten Fortsätzen. Diese Fortsätze nennt man Dendrite. Ein weiterer, meist
dickerer und bis zu 1 m langer Fortsatz geht vom Zellkörper ab. Ihn bezeichnet man
als Nervenfaser (Neurit). Die meisten Nervenfasern bestehen im Inneren aus einem
Achsenfaden, dem Axon. Das Axon ist von Hüllzellen, auch Myelinscheide oder Myelinschicht genannt, umgeben, welche die verschiedenen Axone isolieren. Die einzelnen
Hüllzellen sind durch Schnürringe voneinander getrennt. Am Ende des Axons beinden
sich zahlreiche Endknöpfchen, die Synapsen, über welche die Informationen von der
Nervenzelle an eine weitere Nervenzelle oder Muskelzelle weitergegeben werden.
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b) In der folgenden Skizze ist eine typische Nervenzelle stark schematisch dargestellt.
Beschrifte die Skizze mit den fett markierten Begriffen aus dem Info-Text.
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Abbildung: Thinkstock/iStock






Aufgabe 2
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Parallel verlaufende Nervenfasern sind durch Bindegewebe zu Bündeln zusammengefasst.
Mehrere Nervenfaserbündel zusammen bilden einen Nerv. Unten sind der Bau eines Nervs
und eines Stromkabels schematisch dargestellt. Nenne zwei Gemeinsamkeiten und zwei
Unterschiede zwischen einem Nerv und einem Stromkabel.
Blutgefäße
Bündel mit Nervenfasern
Nervenfasern
Nerv im Querschnitt
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Stromkabel
Abbildungen: links: Colourbox; rechts: Thinkstock/iStock
Bindegewebshülle
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Aufgabe 3
Vervollständige den folgenden Lückentext und unterstreiche die richtigen Textbausteine/
Wörter.
Die allermeisten Nervenzellen in unserem Körper sind nur Bruchteile eines Millimeters lang und (berühren sich ganz leicht /nicht /sind fest miteinander verwachsen). Die
Kontaktstellen zwischen zwei
nennt man (Neuronen/Synapsen/
Symbiose). Den Spalt zwischen zwei Nervenzellen bezeichnet man als (synthetischen/
synaptischen/systematischen) Spalt. Kommt ein (Reiz/elektrischer Impuls) am Ende
einer Nervenzelle an, so werden kleinste Mengen an
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(chemische Überträgerstoffe, Botenstoffe) aus den Bläschen der Endknöpfchen in den
abgegeben. Der Stoff verteilt sich im Spalt zwischen
den zwei
-zellen und wird dann an der Zellmembran der Folgezelle von
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bestimmten Empfängerstellen, die man auch
men. In der Folgezelle wird nun ein neuer
der
nennt, aufgenom-
Impuls erzeugt und von
-zelle weitergeleitet. Synapsen arbeiten wie
und stel-
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len sicher, dass Informationen in einer Nervenbahn nur in einer Richtung weitergeleitet
werden.
Aufgabe 4
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Nimm Stellung zu Noahs Aussage. Hat er recht? Korrigiere ihn gegebenenfalls.
Ich glaube, innerhalb einer Nervenzelle
Foto: Thinkstock/iStock
werden die Impulse chemisch weitergegeben und an Synapsen elektrisch.
Oder etwa nicht?
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Aufgabe 2
In der Abbildung ist ein menschliches Gehirn dargestellt.
a) Beschrifte es mit den folgenden Begriffen:
Großhirn – Kleinhirn – Stammhirn – Zwischenhirn.
b) Welche Funktionen erfüllen die einzelnen Hirnbereiche? Beschreibe in wenigen Worten.
Funktion:
Funktion:
Funktion:
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
Brücke
+
S
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Funktion:
Mittelhirn
+
verlängertes
Rückenmark
Rückenmark
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Das Nervensystem des Menschen (Kl. 9/10)
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Lösungskarten zu den Stationen 1–10 (M 3–M 12)
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Lösungskarte zu Station 1: Vom Reiz zur Reaktion
Aufgabe 1
5
4
motorische Nervenfasern
1
U
A
Gehirn und Rückenmark
2
Gegenspieler wirft den Ball
3
6
Sinnesorgan Auge
H
C
Torwart wehrt ab
sensorische Nervenfasern
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Aufgabe 2
a) Das Schreiben mit der Schreibhand und bei geöffneten Augen gelingt gut, mit der anderen Hand weniger gut. Am wenigsten klappt das Schreiben bei geschlossenen Augen.
b) Bei geschlossenen Augen können wir das Schreiben nicht überprüfen und kontrollieren.
Unsere Motorik arbeitet also eng zusammen mit unseren Sinnen.
Aufgabe 3
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Beispiel für Tier oder Planze
Reiz
Primeln verwelken ohne Wasser.
Wassermangel
Pflanzen wachsen zum Licht hin.
Licht
Ohne Nährsalze verkümmert die Pflanze.
Salzkonzentration
Bei zu wenig Licht werden die Blätter gelb.
Licht
Bei Frost erfrieren die Blätter/Pflanzen.
Temperatur
Hasen fliehen vor Feinden.
Geruch/Anblick/Geräusch des Feindes
Hunde jagen dem Hasen nach.
Geruch/Anblick/Geräusch der Beute
Pferde scheuen bei einem plötzlichen Knall.
Geräusch
Regenwurm zuckt bei Berührung.
Berührung
Biene sucht bunte Blüten auf.
Blütenfarbe/Duft der Blüte
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