Grundkurs – Q 2:
Hinweis: Thema, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte und Kompetenzen hat die Fachkonferenz der Beispielschule verbindlich vereinbart. In allen anderen Bereichen sind Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bei der Konkretisierung der Unterrichtsvorhaben möglich. Darüber hinaus enthält dieser schulinterne Lehrplan in den Kapiteln 2.2 bis 2.4 übergreifende sowie z.T. auch jahrgangsbezogene Absprachen zur fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit, zur Leistungsbewertung und zur Leistungsrückmeldung. Je nach internem Steuerungsbedarf können solche Absprachen auch vorhabenbezogen vorgenommen werden.
Inhaltsfeld 4: Neurobiologie
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Unterrichtsvorhaben IV: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung – Wie wird aus einer durch
einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung?
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Unterrichtsvorhaben V: Das formbare Gehirn - Welche Rolle spielen
funktionelle und strukturelle Plastizität für Lernen und Gedächtnis?
Inhaltliche Schwerpunkte:
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Aufbau und Funktion von Neuronen
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Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung
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Plastizität und Lernen
Basiskonzepte:
System
Neuron, Membran, Ionenkanal, Synapse, Gehirn, Rezeptor
Struktur und Funktion
Neuron, Natrium-Kalium-Pumpe, Potentiale, Amplituden- und Frequenzmodu-lation, Synapse, Neurotransmitter, Hormon, second messenger, Sympathikus,
Parasympathikus
Entwicklung
Neuronale Plastizität
Zeitbedarf: ca. 28 Std. (45 Std.) à 45 Minuten
2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben für die Qualifikationsphase 2
Unterrichtsvorhaben IV
Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung – Wie wird aus einer durch einen
Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung?
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Inhaltsfeld 4: Neurobiologie
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Inhaltliche Schwerpunkte:
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Aufbau und Funktion von Neuronen
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Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung
Zeitbedarf: ca. 16 Std. (30 Std.) à 45 Minuten
Grau unterlegte Passagen zeigen ein Additum von Unterrichts-
gegenständen, Materialien und Methoden für Schulen auf, die dem Inhaltsfeld Neurobiologie mehr Stunden zuordnen möchten, wenn sie im Vergleich zum Beispielcurriculum im Internet an ihrer Schule bezogen auf die Inhaltsfelder andere Schwerpunkte setzen.
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Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Die Schülerinnen und Schüler können…
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UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.
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UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden.
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E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen.
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K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren.
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Mögliche didaktische Leitfragen/
Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
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Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans
Die Schülerinnen und Schüler…
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Empfohlene Lehrmittel /
Materialien / Methoden
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Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen
Absprachen der Fachkonferenz
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Neuronale Regulation -
Wie reagiert der Körper auf verschiedene Reize?
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zentrales Nervensystem,
peripheres Nervensystem
(vegetatives NS und somatisches NS
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vegetatives NS – Sympathikus und Parasympathikus
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erklären die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an einem Beispielen (UF4, E6, UF2, UF1).
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Experiment:
Simulation zur antagonistischen
Arbeitsweise von Sympathikus und Parasympathikus:
Kaltwasser-Stresstest (Ermittlung des Blutdrucks und Pulsschlags in Abhängigkeit von der Zeit)
Informationsblatt zum Sympathikus und Parasympathikus
Linealexperiment in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern
Legekarten zur Erstellung eines Reiz-Reaktions-Schemas:
http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/materialeintrag.php?matId=5365&marker=Reiz
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SuS ermitteln den funktionellen
Zusammenhang zwischen Afferenz und Efferenz.
Anknüpfung an Sekundarstufe I-Kenntnisse
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Das Neuron - Wie wird ein Reiz im Neuron verarbeitet?
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Aufbau und Funktion eines Neurons
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beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons (UF1).
erklären die Weiterleitung des
Aktionspotentials an myelinisierten Axonen (UF1).
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Arbeitsmaterial zum Bau eines Wirbeltierneurons:
http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/materialeintrag.php?matId=5371&marker=neuron
Schaumodell und Legekarten zur Simulation des elektrischen und chemischen Potentials zur Einführung des Ruhepotentials
Arbeitsblatt zu den Vorgängen am Axon während eines Aktionspotentials
Modelldarstellung zur saltatorischen Erregungsleitung nach Prof. Frings:
http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/list.php?suche=bioelektrizit%E4t
Selbstlernplattform von Mallig
http://www.mallig.eduvinet.de/bio/neuron/neuro10.htm
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SuS knüpfen an Vorwissen aus der Sekundarstufe I an und erweitern und vertiefen ihre Kenntnisse zum Aufbau und der Funktion eines Neurons.
SuS lernen durch den Einsatz eines beweglichen Modells die Grundlagen der Bioelektrizität in Abhängigkeit von der Ionenbeweglichkeit und dem Konzentrationsgradienten kennen.
Die Verwendung der Arbeitsblätter aus dem LK zu den Experimenten von Von Helmholtz zur Leitungsgeschwindigkeit im Axon und
Untersuchungen von Hodgkin und Huxley an Riesenaxonen des
Loligo ist auch im Grundkurs
empfehlenswert.
Das Material von Prof. Frings ist hervorragend zur Simulation der Erregungsleitung geeignet und bietet die Möglichkeit zur Modellkritik in Bezug auf die Lokalisation des Aktionspotentials.
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Die Synapse – Wie wird das Signal von Neuron zu Neuron und vom Neuron zum Muskel übertragen?
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Verschaltung von Neuronen
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erregende und hemmende Synapsen
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Frequenz- und Amplitudenmodulation
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Verrechnung von Potentialen (EPSP und IPSP)
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erläutern die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene (UF1, UF3).
erklären Ableitungen von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse und werten Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen aus (E5, E2, UF1, UF2).
dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exoge-nen Stoffen auf Vorgänge am A-xon, der Synapse und auf Gehirn-areale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2).
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Einsatz von selbst erstellten, großen Schaubildern mit beweglichen Einzelteilen zum Aufbau des Wirbeltierneurons und der Synapse
Informationstexte zur neuronalen Verrechnung, Partnerpuzzle zur zeitlichen und räumlichen Summation.
Arbeitsblatt zu den verschiedenen Potentialarten:
http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/materialeintrag.php?matId=5372&marker=Potentialarten
Arbeitsblatt mit Übungsaufgaben zur neuronalen Verrechnung unter Berücksichtigung von EPSP und IPSP
Informationstexte und Mess-daten zu erregenden und hemmenden Neurotransmittern und zu Eigenschaften von Neurotransmittern
Informationsblatt zur Methode des Lerntempoduetts
Lerntempoduett (oder Lerntempoquartett) zu den Angriffspunkten verschiedener Drogen und
Gifte
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SuS gewinnen einen ersten Eindruck von der Verschaltung von Neuronen und von der strukturellen und funktionalen Plastizität neuronaler Strukturen.
SuS lernen die Unterschiede zwischen zeitlicher und räumlicher Summation kennen.
SuS differenzieren zwischen
Aktionspotential, erregendem postsynaptischen Potential und Endplattenpotential
SuS ordnen Ableitungen zu den verschiedenen Stellen im Perikaryon und Axon zu und bilden Hypothesen zu den Spannungsverläufen an ausgewählten Stellen des Neurons.
SuS ermitteln die Eigenschaften der Neurotransmitter und präsentieren diese.
SuS bearbeiten Texte zu einem hemmenden und einem erregenden Gift unter Berücksichtigung von
Dosis-Wirkungsbeziehungen (Antidot-Wirkungen).
Die SuS arbeiten bei dieser Methode mit ihren individuellen Lerntempi.
Die Methode ist besonders geeignet für in Länge und Schwierigkeitsgrad gleiche Texte.
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Das Auge – Wie werden optische Reize in elektrische Potentiale übersetzt?
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Aufbau und Funktion des Auges
Alternativ: Riechen, Schmecken
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stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Konstruktion des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar (K1, K3).
stellen das Prinzip der Signaltransduktion an einem Rezeptor anhand von Modellen dar (E6, UF1, UF2, UF4).
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Informationstext zum Aufbau eines Säugetierauges und zur Funktion der Bestandteile
Ggf. Sezieren eines Schweineauges in Einzelarbeit mit Hilfe einer Anleitung und einem Arbeitskatalog:
http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/list.php?suche=schweineauge
Arbeitsblatt zum Aufbau der Netzhaut
Informationsmaterial zu den Zapfentypen
Arbeitsblatt zur Signaltransduktion (hier am Beispiel der Fototransduktion)
Informationsblatt zur Erstellung eines Storyboards für die Fototransduktion unter besonderer Berücksichtigung der Bedeutung von second messengern
Modell für den Stop-Motion-Film
App zur Erstellung eines Stop-Motion-Films: http://picpac.tv/
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Die für das Auge formulierte didaktische Leitfrage kann auch auf andere Sinnesorgane übertragen werden.
Soll auch das Schweinegehirn
seziert werden, bietet es sich an, beide Präparationen zu einem späteren Zeitpunkt durchzuführen, wenn die Anatomie des Gehirns bekannt ist.
Die Signaltransduktion kann auch am Beispiel des Riechens oder Schmeckens thematisiert werden.
SuS definieren den Begriff „Transduktion“ aus der Sicht der Neurobiologie und Zellbiologie im Sinne der Umwandlung eines äußeren Reizes in ein physiologisches Signal (z. B. Fototransduktion).
Der Lehrer stellt den SuS ein vereinfachtes Storyboard zur Fototransduktion zur Verfügung.
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Diagnose von Schülerkonzepten und Kompetenzen:
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Umgang mit Modellen
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Sezieren mit anschließender Fehleranalyse
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Stop-Motion-Film zur Fehleranalyse
Leistungsbewertung:
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Stop-Motion-Film nach vorgegebenen Kriterien
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ggf. angekündigte schriftliche Übungen
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ggf. Klausur
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ggf. Facharbeit
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Unterrichtsvorhaben V
Thema/Kontext: Das formbare Gehirn - Welche Rolle spielen funktionelle und strukturelle Plastizität für Lernen und Gedächtnis?
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Inhaltsfeld 4: Neurobiologie
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Inhaltliche Schwerpunkte:
Zeitbedarf: ca. 12 Std. (15 Std.) à 45 Minuten
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Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Die Schülerinnen und Schüler können…
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UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.
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K1 bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten,
theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden.
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B1 fachliche, wirtschaftlich-politische und moralische Kriterien bei
Bewertungen von biologischen und biotechnischen Sachverhalten
unterscheiden und angeben.
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B2 Auseinandersetzungen und Kontroversen zu biologischen und biotechnischen Problemen und Entwicklungen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Entscheidungen auf der Basis von Sachargumenten vertreten.
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B3 an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten.
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B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problem-lösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten.
Im Vergleich zum veröffentlichten schulinternen Beispiellehrplan (siehe Lehrplannavigator) werden B1 - B4 zusätzlich als Schwerpunkte aufgenommen.
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Mögliche didaktische Leitfragen/
Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
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Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans
Die Schülerinnen und Schüler…
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Empfohlene Lehrmittel /
Materialien / Methode
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Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen
Absprachen der Fachkonferenz
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Das Gehirn – Wie erfolgt die
Informationsverarbeitung und
-speicherung?
Teufelswerk oder Heilmittel?
Welche Chancen und Risiken birgt der Einsatz von Neuroenhancern?
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ermitteln mithilfe von Aufnahmen eines bildgebenden Verfahrens Aktivitäten verschiedener Gehirnareale (E5, UF4)
stellen aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomisch-physiologischer Ebene dar (K3, B1).
erklären die Bedeutung der Plastizität des Gehirns für ein lebens-langes Lernen (UF4).
recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung (K2, K3).
dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exoge-nen Stoffen auf Vorgänge am
Axon, der Synapse und auf Gehirn-areale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2).
erklären Wirkungen von exogenen Substanzen auf den Körper und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft (B3, B4, B2, UF4).
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Modell des Gehirns
Sezieren eines Schweinehirns,
Anleitung in: Unterricht Biologie 233 (1998) oder:
http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/list.php?suche=Schweinegehirn
Informationsmaterial zum Aufbau des Gehirns (funktionelle Anatomie)
Expertenquartett zum Aufbau des Gehirns mit anschließender Präsentation:
https://www.planet-schule.de/ wissenspool/dein_gehirn/inhalt.html
(letzter Zugriff: 19.05.2016)
Kartenabfrage zum Bau des
Gehirns
Informationsmaterialien zu
Modellvorstellungen zum Gedächtnis z.B. auf der Grundlage des Skripts
„Lernen und Gedächtnis“
(M. Brand / H. J. Markowitsch)
http://www3.hhu.de/biodidaktik/gehirn/doc/markowits.pdf
(letzter Zugriff: 16.06.16)
YouTube, Stichworte:
Markowitsch Gedächtnis
Websites:
http://www3.hhu.de/biodidaktik/gehirn/html/start.htm
http://www.gehirnlernen.de/gehirn/plastizit%C3%A4t/
(letzter Zugriff: 12.09.2016)
Tests zum Lernen und zum Gedächtnis
http://braintest.sommer-sommer.com/de/
http://neuronation.spiegel.de/web/testbrain
(letzter Zugriff: 19.05.2016)
Internetrecherche in arbeitsteiliger Gruppenarbeit nach vorgegebenen Kriterien zum Thema „degenerative Erkrankungen“, z. B. Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson, Creutzfeld-Jakob-Krankheit
Partnerarbeit und anschließende Präsentation zu Neuroenhancern als Medikamente gegen Morbus Alzheimer, Demenz, ADHS
Zeitungsartikel, z. B.
Gehirndoping - Stoff für´s Gehirn (FAZ 2008)
Gehirndoping wird auch in Deutschland immer beliebter
(Ärztezeitung 2009)
(letzter Zugriff: 19.05.2016)
http://www.wissenschaft-schulen.de/sixcms/media.php/1308/UE_Neuro-Enhancement_Ablauf.pdf
Arbeitsblätter dazu:
http://www.wissenschaft-schulen.de/sixcms/media.php/1308/Neuro-Enhancer_AB-L%C3%B6sungen_gesamt.pdf
(letzter Zugriff: 19.05.2016)
Pro-Contra Diskussion zum
Neuroenhancement
Anleitung und Bewertungsbogen bei den WIS-Materialien (siehe oben)
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SuS erfahren unmittelbar an der Konsistenz des Präparats die Empfindlichkeit des Gehirns.
Das Skript bietet einen Überblick zu folgenden Aspekten:
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zeitliche Einteilung des Gedächtnisses
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inhaltliche Einteilung
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Einteilung nach beteiligten
Prozessen
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zelluläre Grundlagen und deren Beeinflussung
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Anwendung der Erkenntnisse im Schulalltag
- Module zum Thema „Lernen aus
der Sicht der Neurobiologie“
- ausdruckbare PDF-Dateien
- Hinweise auf Fachbücher
- wissenschaftliche Informationen zur
Plastizität des Gehirns
SuS können ihre Gedächtnisleistung selbstständig überprüfen und trainieren.
SuS fassen aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu verschiedenen degenerativen Erkrankungen zusammen und präsentieren diese
Ergebnisse in einer Expertenrunde.
SuS lernen die Wirkungsweise von Neuroenhancern kennen.
Diese Kenntnisse ermöglichen es, eine eigene kritisch reflektierte Position zu beziehen
Ausgewählte Zeitungsartikel liefern Informationen und die Basis dafür, dass eine fachlich fundierte Arbeit im Kompetenzbereich Bewertung möglich wird.
Die Initiative „Wissenschaft in die Schulen!“ (WIS) bietet eine vollständige Unterrichtsreihe zum Neuro-enhancement an.
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Diagnose von Schülerkonzepten und Kompetenzen:
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Sezieren mit anschließender Fehleranalyse
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Kartenabfrage zum Aufbau des Gehirns
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Referate, mögliche Checkliste zur Beurteilung:
http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/materialeintrag.php?matId=5003&marker=Referate
Leistungsbewertung:
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ggf. schriftliche Übungen
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Referate
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Präsentationen
-
ggf. Klausur
-
ggf. Facharbeit
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