Drehsinnes- und Lagesinnesorgan des Ohrs - Staatliches Seminar ...

Staatliches Seminar für Didaktik und Lehrerbildung (RS) ReutlingenAusarbeitung für den NWA-Tag 2011Der Mensch - biologisch, chemisch und physikalischbetrachtet.ThemaDrehsinnes- und Lagesinnesorgan des Ohrs.Bearbeitet vonJan-Michael FeuchterTanja TrucksesJens Wäschle

Inhaltsverzeichnis1. Sachliche Überlegungen...................................................................................... 31.1. Das Ohr............................................................................................................ 31.2. Drehsinnes- und Lagesinnesorgan .................................................................. 42. Didaktische Reflexion und Entscheidungen ...................................................... 52.1. Bezug zum Bildungsplan NWA ........................................................................ 52.2. Relevanz für die Schüler .................................................................................. 53. Kompetenzen und Ziele ....................................................................................... 64. Literatur................................................................................................................. 75. Anhang .................................................................................................................. 85.1. Arbeitsblatt: Der Drehwurm.............................................................................. 85.2. Arbeitsblatt: Die Gleichgewichtsorgane............................................................ 95.3. Arbeitsblatt: Die Gleichgewichtsorgane.......................................................... 102

1. Sachliche ÜberlegungenDas menschliche Ohr beherbergt zwei verschiedene Sinnesorgane. So sitzen hier sowohldas Hörorgan, das zur Aufnahme von Schallreizen dient, als auch das Gleichgewichtsorgan,dessen Aufgabe es ist, die Körperlage und die Bewegungen des Körpers zu registrieren.Hier ist also der Dreh- und Lagesinn lokalisiert. 1Im Folgenden werden nun zunächst der Aufbau des Ohrs und die Funktionsweise desHörorgans in aller Kürze dargestellt. Anschließend wird dann der Gleichgewichtssinn inausführlicherem Maße beschrieben.1.1. Das OhrDas menschliche Ohr kann grob in drei Abschnitte unterteilt werden. Hierbei ist zunächst dasäußere Ohr mit der von außen sichtbaren Ohrmuschel, dem Gehörgang und demTrommelfell, welches die Schallwellen aufnimmt und weiterleitet, zu nennen. Daran schließtsich das Mittelohr an. Im Mittelohr befinden sich die für den Hörvorgang immens wichtigenGehörknöchelchen, Hammer, Amboss und Steigbügel. Durch diese Gehörknöchelchen wirdder Schallreiz zum eigentlichen Hörorgan befördert. Das Mittelohr bildet also eine Brückezwischen der Schallaufnahme im äußeren Ohr und dem Hörorgan, das sich im Innenohrlokalisieren lässt. In diesem dritten Abschnitt des Ohrs befindet sich die Schnecke, wie dasHörorgan genannt wird. In dieser Schnecke wird der Schallreiz schließlich überSinneshärchen aufgenommen und an den Hörnerv weitergeleitet. 2Schallwellen sind Druckschwankungen der Luft und werden, wie bereits erwähnt, von derOhrmuschel aufgenommen und über den äußeren Gehörgang zum Trommelfellweitergeleitet. Dieses wird dadurch in Schwingung versetzt. Die so entstehendenSchwingungen werden nun über das Zusammenspiel der Gehörknöchelchen zum Eingangder Schnecke, dem ovalen Fenster, geleitet. Die Schnecke selbst ist mit einer Flüssigkeitgefüllt. Durch die Schwingungen entstehen in dieser Flüssigkeit sogenannte Wanderwellen,die sich in der Schnecke ausbreiten und schließlich verebben. Auf der Membran im Innerender Schnecke befinden sich außerdem Sinneszellen mit Sinneshärchen. DieseSinneshärchen werden durch die entstandenen Wanderwellen in Bewegung versetzt, d.h. siewerden im Grunde „verbogen“. Aufgrund dieses mechanischen Bewegungsreizes werden dieSinneszellen erregt. Die Sinneszellen geben schließlich den Reiz an die Nervenfasern desHörnervs weiter, welche zum Hörzentrum im Großhirn ziehen. 3Die Nervenfasern der Schnecke vereinigen sich im Übrigen mit den Nervenfasern desGleichgewichtsorgans, was letztlich bedeutet, dass für diese beiden Sinne dieselbeNervenbahn ins Gehirn genutzt wird. Hierbei wird die Verbindung dieser beidenSinnesorgane deutlich, weshalb eine Betrachtung des Gleichgewichtsorgans und damit desDreh- und Lagesinns ohne eine kurze Beschreibung der Hörfunktion und der damitverbundenen Vorgänge nicht sinnvoll erscheint. 41 Vgl. Menche N. (Hrsg.) (2007): Biologie, Anatomie, Physiologie. S. 1692 Vgl. Bayrhuber H., u.a. (Hrsg.) (1998): Linder Biologie. S. 2063 Vgl. Menche N. (Hrsg.) (2007): Biologie, Anatomie, Physiologie. S. 1714 Vgl. Menche N. (Hrsg.) (2007): Biologie, Anatomie, Physiologie. S. 1713

1.2. Drehsinnes- und LagesinnesorganDas Gehör und das Gleichgewichtsorgan sind zwei Sinnesorgane, die in ihrerFunktionsweise sehr nahe miteinander verwandt sind. Die Erregbarkeit der Sinneszellenbeider Organe beruht auf der Bewegung sogenannter Haarsinneszellen. Darüber hinaus istauch das Innere des Gleichgewichtsorgans mit einer Flüssigkeit gefüllt und die Sinnesreizewerden dementsprechend ähnlich, wie es bei der Hörfunktion bereits dargelegt wurde,aufgenommen und weitergeleitet. Auch ist das Gleichgewichtsorgan durch seine Lage imInnenohr eng mit dem Hörorgan assoziiert. 5Allgemein formuliert dient der Gleichgewichtssinn zusammen mit anderen Sinnesorganen,wie beispielsweise dem Auge, zur Orientierung im Raum, aber auch zur Aufrechterhaltungder Kopf und Körperhaltung, sowohl in Ruhe als auch in Bewegung. DasGleichgewichtsorgan setzt sich aus einem Vorhof und drei Bogengängen zusammen. DerVorhof ist, wie auch die Schnecke beim Hörvorgang, mit Flüssigkeit gefüllt. Der Vorhof selbstunterteilt sich in ein großes Vorhofsäckchen (Utriculus) und ein kleines Vorhofsäckchen(Sacculus), die durch zwei kleine Gänge verbunden sind. In ihnen enthalten sindHaarsinneszellen, die Bewegungen in der Flüssigkeit wahrnehmen und dadurch einen Reizaufnehmen können. Die Bogengänge stehen in den drei Raumebenen im rechten Winkelzueinander und beginnen und enden alle im Vorhof. Sie bilden mit diesem also einen Ring.Auch in den Bogengängen befindet sich Flüssigkeit und die schon mehrfach erwähntenHaarsinneszellen. 6Der Lagesinn ist im Vorhof lokalisiert. Hier reagieren die Sinneszellen auf Einwirkungen vonSchwerkraft und Beschleunigung, sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung. DieSinneshärchen werden auch hier durch die Bewegung in der Flüssigkeit, welche durchBewegungen des Körpers ausgelöst wird, stimuliert. Die Signale, die die Sinneszellen dannsenden, werden im ZNS aufgenommen und verarbeitet, was schließlich zu Empfindungenwie „Fallen“, „Bremsen“ oder „Steigen“ führt. Dies hat außerdem eine reflexartige Anpassungdes Tonus und der Bewegung der Körpermuskulatur zur Folge. Der Drehsinn befindet sichin den drei Bogengängen. Hier reagieren die Haarsinneszellen auf Drehbewegungen. Beieiner solchen Drehbewegung kommt es zu einer entsprechenden Bewegung der Flüssigkeitin den Bogengängen, was letztlich wiederum zu einer Bewegung der Sinneshärchen unddamit zu einer Stimulation der Sinneszellen führt. Dadurch können Drehbewegungen desKörpers bewusst empfunden und die Körperhaltung an die jeweilige Situation angepasstwerden. Allerdings führt die Trägheit der Flüssigkeit in den Bogengängen dazu, dass sichdiese nach einiger Zeit „mitdrehen“ und dadurch kein Reiz mehr übertragen wird. Folglichführen also nur Änderungen in der Drehbewegung zu einer Reizung desBogengangsystems. 7 Eine bekannte Sinnestäuschung in diesem Zusammenhang ist derDrehschwindel. Da die Flüssigkeit in den Bogengängen bei dauerndem Drehen in eineRichtung die Bewegung mitmacht, wird wie beschrieben kein Reiz mehr übertragen, mangewöhnt sich sozusagen an die Drehbewegung. Stoppt diese Körperbewegung dannplötzlich ab, strömt die Flüssigkeit aufgrund ihrer Trägheit zunächst weiter. In diesemMoment werden die Sinneshärchen wieder „gebogen“ und ein Sinnesreiz übertragen.5 Vgl. Campbell N.A., u.a. (Hrsg.) (2006): Biologie. S. 12766 Vgl. Menche N. (Hrsg.) (2007): Biologie, Anatomie, Physiologie. S. 172f7 Vgl. Menche N. (Hrsg.) (2007): Biologie, Anatomie, Physiologie. S. 1734

Schließlich führt dies zu einem Gefühl einer entgegen gesetzten Drehbewegung und damitzum Drehschwindel, wie im Drehstuhlversuch aufgezeigt werden kann. 82. Didaktische Reflexion und Entscheidungen2.1. Bezug zum Bildungsplan NWAIn den Leitgedanken zum Kompetenzerwerb für Naturwissenschaftliches Arbeiten wirdgefordert, dass Kenntnisse und Fähigkeiten durch eigenes Experimentieren, Recherchierenund Reflektieren erworben werden können, dass die Naturwissenschaftliche Arbeit dieSchüler Natur erfahren und begreifen lässt. Dabei bietet der NaturwissenschaftlicheFächerverbund ein hohes Maß an Handlungsorientierung. 9Die Schüler verstehen den eigenen Körper, indem sie „durch Kenntnisse von Bau undFunktion wichtiger Organsysteme den eigenen Körper als komplexes System begreifen“ 10 .Zusätzlich erwerben die Schüler Kompetenzen im projektorientierten Unterricht der Klassen10 in der Einheit Sinnesorgane und Nervensystem, indem sie z.B.: die Bauteile des Ohrsbzw. Innenohrs mit Hilfe eines Modells beschreiben. Außerdem sollen die Schüler Datenerheben durch Messen, Beobachten, Beschreiben, Vergleichen. 11Die Untersuchung des Drehsinnes- und Lagesinnesorgans ist für die Schüler wichtig, damitsie verstehen, welche Leistungen ein Sinnesorgan erbringen muss.Dabei ist das Durchführen von Versuchen eine wichtige Kompetenz, die auch in den anderenFächern des Fächerverbunds gefordert wird. Ergebnisse müssen dokumentiert werden,damit Erkenntnisse durch Primärerfahrungen gewonnen werden können.2.2. Relevanz für die SchülerJedem Schüler war es bestimmt schon einmal schwindelig oder er hatte einensogenannten „Drehwurm“ – ist es nicht spannend herauszufinden wieso sich plötzlichalles dreht? Und vor allem, was hat das alles mit unseren Ohren zu tun? Das Ohrwird von den Schülern meist nur als Organ zum Hören verstanden. Oft ziert Schmuckso manche Ohrmuschel. Aber was im Inneren verborgen ist, ist für die Schüler vonhoher Relevanz. Es laufen hoch komplexe Vorgänge im Innenohr ab, die die Schülerzum Staunen bringen werden.8 Vgl. Bayrhuber H., u.a. (Hrsg.) (1998): Linder Biologie. S. 2059 Vgl. Ministerium für Kultus, Jugend und Sport 2004, S. 9610 Vgl.Ministerium für Kultus, Jugend und Sport 2004, S. 9911 Vgl.Ministerium für Kultus, Jugend und Sport 2004, S. 975

3. Kompetenzen und ZieleFolgende Kompetenzen und Ziele, die im Bildungsplan 2004 im Fach NWA vorgesehen sind,avisieren wir mit den Inhalten.Übergeordnetes Ziel der Stunde:Die Schüler können das Ohr als Drehsinnes- und Lagesinnesorgan erkennen und mit Hilfevon Modellen, Versuchen und geeigneter Literatur untersuchen und wissen aus welchenBestandteilen es aufgebaut ist.Ziele zum fachlichen Kompetenzerwerb:Die Schüler…• können die Bestandteile eines Ohrs und Innenohrs nennen.• können erklären, welche Bedeutung die Bestandteile des Ohrs und Innenohrs haben.• können erklären, welche Funktion der Gleichgewichtssinn hat.• Wissen, dass das Ohr ein Drehsinnes- und Lagessinnesorgan ist.• können geeigneter Literatur Informationen entnehmenZiel zum personalen Kompetenzerwerb:Die Schüler…• Können eigenverantwortlich arbeiten, indem sie in Kleingruppen Versuchedurchführen.• stärken ihre Kommunikationsfähigkeit im Team.Ziel zum sozialen Kompetenzerwerb:Die Schüler … können miteinander kooperieren und zeigen dies, indem sie in Kleingruppenzusammenarbeiten, gemeinsam Informationen beschaffen und sich dabeigegenseitig bei Problemen helfen.Ziel zum methodischen Kompetenzerwerb:Die Schüler …• benutzen Arbeitsblätter zur eigenständigen Arbeit.• Üben mit Hilfe von Literatur Informationen zu recherchieren.Ziel zum affektiven Kompetenzerwerb:Die Schüler …• staunen über die komplexen Vorgänge des Drehsinnes- und Lagesinnesorgan imInnenohr.6

4. Literatur• Bayrhuber H., u.a. (Hrsg.) (1998): Linder Biologie. 21. Aufl. Hannover: Schroedel• Campbell N.A., u.a. (Hrsg.) (2006): Biologie. 6. Aufl. München: Pearson.• Eckebrecht, H. (2011): PRISMA BIOLOGIE SI. Experimentesammlung. 1.Aufl. Stuttgart: ErnstKlett Verlag.• Freytag,K. (Hrsg.)(2007): Biologische Kurzversuche. Band 1 Humanbiologie AllgemeineBiologie. 1.Aufl. Köln: Aulis Verlag Deubner.• Menche N. (Hrsg.) (2007): Biologie, Anatomie, Physiologie. 6. Aufl. München: Urban &Fischer• Ministerium für Kultus, Jugend und Sport (2004): Bildungsplan 2004 Realschule. Stuttgart:Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg.7

5. Anhang5.1. Arbeitsblatt: Der Drehwurm8

5.2. Arbeitsblatt: Die Gleichgewichtsorgane9

5.3. Arbeitsblatt: Die Gleichgewichtsorgane10