modelle zum schlüssel- schloss-prinzip - Staatliches Seminar ...

MODELLE ZUM SCHLÜSSEL-SCHLOSS-PRINZIPAM BEISPIEL ANTIGEN-ANTIKÖRPER-KOMPLEXLena Kipfer, Hanna Lehmann, Martina Meyer, Janina Pfemeter – Kurs 30Staatliches Seminar für Didaktik und Lehrerbildung Reutlingen

Inhalt1. Fachlicher Hintergrund ......................................................................................... 22. Modellbeschreibung ............................................................................................. 32.1. Vor- und Nachteile von Modellen im Unterricht ............................................. 32.2. Funktionsmodell ............................................................................................ 33. Bildungsplanbezug ............................................................................................... 34. Einsatz im Unterricht ............................................................................................ 45.1 Infotext 1............................................................................................................ 75.2 Infotext 2............................................................................................................ 86. Literatur .................................................................................................................. 97. Bilder ...................................................................................................................... 91

1. Fachlicher HintergrundEine Infektionskrankheit ist eine Krankheit, die durch Erreger hervorgerufen wird. Zubeachten ist, dass nicht jede Infektion gleichzeitig eine Infektionskrankheit ist.Infektionskrankheiten unterteilt man in zeitliche Verläufe und Symptome. Diese sindfür den Erreger meist spezifisch.Der Ablauf der Antigen-Antikörper-Reaktion läuft, nachdem das Antigen zum erstenMal in den Körper eingedrungen ist, in mehreren Phasen (nach Bayrhuber et al2004) ab.a) ErkennungsphaseDas Antigen wird von einer B-Zelle oder einer Makrophage aufgenommen, wo esdann teilweise abgebaut und an Gewebsverträglichkeits-Proteinen (MHC-Proteinen)gebunden wird. Durch diese Bindungen werden T-Zellen zur Teilung angeregt. Esentstehen T-Killerzellen und T-Helferzellen, die bei den B-Lymphozyten Teilungenauslegen, die die Antigene präsentieren. Diese Vorgänge werden über Cytokinereguliert.b) DifferenzierungsphaseIn dieser Phase vermehren sich die B-Lymphozyten weiter und differenzieren sich zuPlasmazellen. Einige der B- und T-Zellen entwickeln sich zu Gedächtniszellen.c) WirkungsphaseHier erfolgt die Antigen-Antikörper-Reaktion. Es entsteht der Immunkomplex. Hierbeikann ein Antikörpermolekül zwei Antigenmoleküle binden. Sollte das Antigenmehrere Bindungsstellen besitzen, so können größere Komplexe entstehen. Werdendie Komplexe dementsprechend groß, sind sie nicht mehr löslich und fallen nichtmehr aus. Hier spricht man von Präzipitation. Binden sich die Antikörper an Zellenund verkleben, spricht man von Agglutination.Proteine bewirken eine erhöhte Durchlässigkeit der Kapillarwände für Proteine,sodass vermehrt Antikörper aus dem Blut in das Gewebe gelangen. Es entsteht dietypische Schwellung der Infektion.d) AbschaltphaseIn der vierten und letzten Phase bewirken die T-Unterdrückerzellen das allmählicheBeenden der Immunreaktion.Die Gedächtniszellen speichern Informationen über den Erreger, sodass beierneutem Kontakt die Abwehrzellen sofort reagieren können. Der Mensch wird sogegen diesen spezifischen Erreger immun.2

2. Modellbeschreibung2.1. Vor- und Nachteile von Modellen im UnterrichtDurch ihre Anschaulichkeit erleichtern und beschleunigen Modelle dasErklären/Verstehen und die Erkenntnisgewinnung/-vermittlung. Modelle vereinfachenkomplexe Sachverhalte und erleichtern den SuS vor allem den Zugang zu abstraktenThemen. Allerdings spiegeln Modelle nicht die Realität wieder und dienen nur derVeranschaulichung. Darüber müssen die SuS aufgeklärt werden. Unverzichtbarbleiben trotz allem Realobjekte, welche fast immer dem Modell vorzuziehen sind (vgl.Graf 2010, S. 191).2.2. FunktionsmodellEin Modell ist immer eine vereinfachte Abbildung des Originals (vgl. Eschenhagen/Kattmann/ Rodi 2008, S. 330). Es soll dabei helfen, bestimmte Vorgänge oderStrukturen deutlich zu machen um sie besser verstehen zu können. Dabei sind dieEigenschaften des Modells nicht identisch mit denen des Realobjekts. Es enthältsowohl wesentliche, als auch unwesentliche Aspekte, die als Beiwerk bezeichnetwerden. In unserem Modell wäre die Farbe Beiwerk. Sie spielt keine wesentlicheRolle für das Verständnis des Vorgangs. Modelle besitzen immer auch einenbestimmten Zweck, für den sie konstruiert werden. Auf dieser Grundlage werdenverschiedene Modelle unterschieden. Modelle, die dynamische Eigenschaften desOriginals wiederspiegeln, werden als Funktionsmodelle bezeichnet. Sie zeichnensich dadurch aus, dass man die Funktionen und Mechanismen auch manipulativnachvollziehen kann (vgl. Berck, Graf 2010, S. 184). Das heißt, verschiedene Teiledes Modells lassen sich bewegen. Dabei stehen das Aussehen und dieanatomischen Verhältnisse eher im Hintergrund. Es ist also nicht so wichtig, welcheFarbe das Modell hat, oder aus welchem Material es besteht. Wenn die SchülerModelle selbst herstellen, sollte man allerdings beachten, dass sie ausreichend großsind und die wesentlichen Merkmale hervorgehoben werden.In unserem Fall soll das Modell den Schülern helfen, die Prozesse bei der Antigen-Antikörper-Reaktion zu verstehen. Es hat also zum einen eine Anschauungsfunktion,zum anderen soll es zum besseren Verständnis eines Prozesses beitragen. Mankann es deshalb den Funktionsmodellen zuordnen.3. BildungsplanbezugDie Realschule hat es sich zur Aufgabe gemacht, „…ein ausdifferenziertesVerständnis von Begriffen, Prinzipien und Prozessen der Naturwissenschaftenaufzubauen“ (Bildungsplan Realschule 2004, S. 96). Zudem sollen die Fähigkeitenund Fertigkeiten von Schülern ausgebaut werden. Dazu werden die kindlichenVorstellungen gerade im Bereich der Naturwissenschaften berücksichtigt (vgl.Bildungsplan Realschule 2004, S. 96).3

Die Verwendung und Anfertigung von Modellen durch die Schüler imnaturwissenschaftlichen Unterricht unterstützt diesen Kompetenzerwerb nachhaltig.Der Bildungsplan sieht dazu unteranderem vor, dass Schüler „…Gesetze, Modelleund Konzepte zur Erklärung heranziehen…“ und „…Begriffe oder Modelle bilden undZusammenhänge formulieren…“ (Bildungsplan Realschule 2004, S. 97). Auchkönnen sich die Schüler „…mit Modellen sich selbst und anderen Phänomenebeschreiben, dem Verstehen zugänglich machen und in einen Kontext einordnen…“(Bildungsplan Realschule 2004, S. 97). Die Schüler sollen langfristig „…aufModellebene denken und eigene Modelle entwickeln…“ können (BildungsplanRealschule 2004, S. 97).Dies soll Schülern auch dabei helfen den eigenen Körper verstehen zu können, dersich in deren kindlicher Vorstellung oft zu einem sehr komplexen Gefüge strukturiert.Im Bereich der Immunreaktion und der Immunisierung ist diese Komplexität fürSchüler auch erkennbar. Die Verwendung von Modellen kann Schüler maßgeblichunterstützen „…Mikroben als Krankheitserreger (zu er)kennen und das Prinzip derImmunabwehr sowie der Immunisierung (zu) verstehen…“ ((Bildungsplan Realschule2004, S. 99). Die Legitimation von Modellen im Bereich der Immunbiologie ist damitdeutlich zu erkennen.Da der Bildungsplan außerdem vorsieht, dass Schüler eigene Modelle entwickeln umsich Phänomene besser erschließen zu können (vgl. S. 4), wurde sich beimModelleinsatz in der didaktischen Umsetzung zu eigens von Schülern entwickeltenModellen zum Verständnis des „Schlüssel-Schloss- Prinzips der Immunreaktion“entschieden. Diese didaktische Umsetzung wird im Punkt 5 dieser Arbeit nähererläutert.4. Einsatz im UnterrichtDie Immunabwehr ist eines der schwersten Themen in Klasse 8. Modelle undvereinfachte Zeichnungen helfen den SuS den komplexen Zusammenhang zuverstehen.1) ImmunabwehrDie SuS bekommen einen Text (Text 1), auf dem die einzelnen Schritte desImmunsystems beschrieben sind. Der Text enthält keinerlei Bilder, da die SuS ihrerFantasie freien Lauf lassen sollen. Auf der Tafel ist die Überschrift „unspezifische undspezifische Immunabwehr“ zu sehen, außerdem ist eine Abbildung der Haut mit einerWunde zu erkennen, symbolisch sind drei Auffangnetzte dazu gezeichnet.Im zweiten Schritt werden die SuS in Gruppen eingeteilt. Bei großen Klassen könnenGruppen auch doppelt gebildet werden.Gruppe 1: KrankheitserregerGruppe 2: Fresszellen4

Gruppe 3:AntikörperGruppe 4: KillerzellenGruppe 5: GedächtniszellenDie einzelnen Gruppen sollen nun die ihnen zugeteilten Zellen auf buntem Papierzeichnen und ausschneiden. Jede Gruppe bekommt Filzstifte und buntes Papiereiner Farbe. Zusätzlich liest sich jede Gruppe den Text genau durch und überlegt, anwelcher Stelle des Tafelbildes ihre Modelle aufgehängt werden und was bei derPräsentation gesagt werden sollte.Wenn alle Gruppen fertig sind, wird mit der Präsentation begonnen. Die Gruppe mitden Krankheitserregern beginnt und pinnt ihre Modelle mit Tesafilm an die Tafel. Dieanderen Gruppen präsentieren ihre Modelle, sprechen kurz über die Aufgaben undArbeitsweise ihrer Zellen (siehe Text) und pinnen diese an der richtigen Stelle dazu.Immer wenn ein Fachbegriff wie: „spezifische, unspezifische Abwehr, 1/2/3Auffangnetz“ fällt, gibt die Lehrperson einen bereits vorbereiteten Zettel an die SuSweiter, der an der richtigen Stelle angebracht wird. Ein Tafelbild der Immunabwehrentsteht nach und nach.Wenn das Tafelbild vollständig ist, wird es noch einmal von einem/r SoSzusammengefasst. Zum Schluss wird es fotografiert und in der nächsten Stunde(wenn möglich in Farbe) an die SuS ausgeteilt, um längerfristig von der Arbeit zuprofitieren.Bild 1: Lena Kipfer, Oktober 20135

2) Antikörper-/AntigenkomplexDie SuS kennen den Verlauf der unspezifischen und spezifischen Abwehr schon.Nun wird Augenmerk auf den Antigen/Antikörperkomplex gelegt. Hierzu gibt eswieder einen Informationstext (Text 2), welcher zuerst zusammen gelesen underläutert wird. Danach sollen die SuS in Gruppen, Modelle eines solchen Komplexesbauen.Als Material kann eigentliches alles genommen werden. Hier wurde Folgendesausgelegt: Luftballons, Alugrillschalen, Streichhölzer, Plastikbesteck, Edding, Papier,Pappteller, Pakatschnur, Geschenkband, Plastikbecher, Servietten.Nun präsentieren die SuS in einer Art Gallerywalk ihre Antikörper-Antigen-Komplexeund beschreiben anhand der Modelle die Arbeitsweise der Antikörper genauer.Bild 2: Lena Kipfer, Oktober 20136

Anhang5.1 Infotext 1Spezifische und unspezifische ImmunabwehrDie Abwehrkräfte des Menschen bieten Schutz vor Krankheiten. Damit diese zumZuge kommen, müssen Krankheitserreger in unseren Körper eindringen. Die Hautund die Schleimhäute unseres Körpers schützen uns davor (1. Auffangnetz). Wennaber doch mal ein Krankheitserreger durchkommt, gibt es sogenannte Fresszellen,die die Krankheitserreger auffressen und somit unschädlich machen. Sie gehören zurunspezifischen Immunabwehr (2. Auffangnetz), da sie nicht gegen spezielle Erreger,sondern unseren Körper allgemein vor Eindringlingen schützen.Wenn sich aber trotzdem Krankheitserreger im Körper ausbreiten, kommt diespezifische Immunabwehr ins Spiel (3. Auffangnetz). Antikörper werden produziertund über das Blut im ganzen Körper verteilt. Sie passen wie ein Schlüssel zu einemSchloss genau zu dem Erreger. Sie schließen sich mit den Erregern zusammen undverklumpen diese. Wenn die Erreger schon in eine Zelle eingedrungen sind, sind dieAntikörper hilflos. Gegen diese Krankheitserreger bildet das spezifischeAbwehrsystem sogenannte Killerzellen. Sie zerstören alle Zellen, die von Erregerninfiziert wurden und stoppen damit die Verbreitung im Körper. Wenn ein Erregerbesiegt wurde, bildet das spezifische Immunsystem sogenannte Gedächtniszellen,sie merken sich die Erreger. Wenn der Körper noch einmal von denselben Erregernangegriffen wird, erkennt das Immunsystem sie wieder und kann schnell reagieren.So ist der Körper vor bereits bekannten, wiederkehrenden Krankheitserregerngeschützt. 11Lena Kipfer, Oktober 20137

5.2 Infotext 2Antigen- AntikörperkomplexAntikörper passen wie ein Schlüssel zu einem Schloss, zu einem bestimmtenAntigen (z.B. Bakterium). Nur ein bestimmter Schlüssel (Antikörper) passt zu einembestimmten Schloss (Antigen). Sie binden mit ihrer genau angepassten Oberfläche,Antigene an ihrem Äußeren und verklumpen diese; ein Antikörper-Antigenkomplexentsteht. Durch die Verklumpung sind die Erreger markiert und können nicht mehr inZellen eindringen und diese infizieren.Aufgabe:Gestaltet ein Modell eines Antikörpers und dem passenden Antigen. Eurer Fantasiesind keine Grenzen gesetzt. Achtet darauf, dass beide Modelle zueinanderpassenund zusammen einen Komplex darstellen. 2Antigen= Fremdstoff der Krankheiten auslösen kann (z.B. Bakterium)Komplex= zusammengesetzt2Lena Kipfer, Oktober 20138

6. LiteraturBayrhuber, Horst; Bäßler, Ulrike (2004). Linder Biologie. Hannover: SchroedelVerlag.Berck, K.-H./ Graf, D. (2010): Biologiedidaktik. Grundlagen und Methoden.Wiebelsheim: Quelle & Meyer Verlag (4. Auflage)Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. (2003). Biologie. Berlin, Heidelberg: SpektrumAkademischer Verlag.Eschenhagen, D./ Kattmann, U./ Rodi, D. (2008): Fachdidaktik Biologie. Köln: AulisVerlag (8. Auflage)Ministerium für Kultus, Jugend und Sport (Hrsg.) (2004): Bildungsplan für dieRealschule. Stuttgart http://www.bildung-staerktmenschen.de/service/downloads/Bildungsplaene/Realschule/Realschule_Bildungsplan_Gesamt.pdf (Stand: 28.10.2013, 20.04h)Lena Kipfer: Infotexte 1 und 2, Oktober 20137. BilderLena Kipfer, Geschwister-Scholl-Realschule Nürtingen, Klasse 8d, Oktober 20139