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Berlin - 11. Klasse

Entwicklungsbiologie

Die hormonale Steuerung des weiblichen Zyklus unter Einbeziehung der Auswirkungen von Stress (Langentwurf)

Klasse: 11/E3 Biologie

1 Unterrichtsgegenstand
1.1 Thema der Unterrichtsstunde
Die hormonale Steuerung des weiblichen Zyklus unter Einbeziehung der Auswirkungen von Stress
1.2 Thema der Unterrichtsreihe
Stress
1.3 Thema des unmittelbar vorangegangenen Unterrichts
Wege zur Gesunderhaltung: Belastungspulsmessung
1.4 Thema der folgenden Stunden
Neue Reihe, voraussichtlich zum Immunsystem

2 Unterrichtsvoraussetzungen
2.1 Allgemeine Unterrichtsvoraussetzungen
Die Klasse E3 ist seit Anfang des Schuljahres Seminarklasse. Seit einigen Monaten unterrichtet jeden Freitag ein Referendar die Klasse im Fundamentalbereich. Für mich ist es der erste eigene Unterricht in dieser Klasse, deren Leistungsniveau heterogen ist. Einige S. beteiligen sich regelmäßig, andere sind sehr zurückhaltend. Da mir erst sehr spät ein Sitzplan der Klasse vorlag, kenne ich nur die Hälfte der Namen aller Schüler. Um bei arbeitsteiliger Gruppen- bzw. Partnerarbeit sinnvoll differenzieren und Nichtmelder einbeziehen zu können, habe ich mich noch einmal über die Beteiligungsniveau der S. informiert. Es ist immer möglich, dass einige S. etwas später zum Unterricht erscheinen, da sie eigentlich eine Nachbarschule, mit der kooperiert wird, besuchen (vgl. Vermerk im Sitzplan).
In den vergangenen Lehrprobenstunden haben die Schüler meiner Ansicht nach gezeigt, dass sie Informationstexte und Arbeitsbögen gut in Partnerarbeit bearbeiten können, weshalb diese Methode auch in der heutigen Stunde Anwendung finden kann.
2.2 Spezielle Unterrichtsvoraussetzungen
In der vorangegangenen Stunde wurde vom Fachlehrer ein Lehrprobenthema zu Ende geführt (Fitnesstraining/Belastungspulsmessung). Mit dem heutigen Thema wird die Reihe zum Bereich Gefährdung menschlicher Gesundheit/Stress/Gesunderhaltung abgeschlossen. Gegenstand der neuen Unterrichtsreihe wird vermutlich das menschliche Immunsystem sein. Es bietet sich daher Gelegenheit, an dieser Stelle einmal das Thema "weiblicher Zyklus", was den S. - falls überhaupt - aus der neunten (hier soll laut Rahmenplan auf Hormone nicht näher eingegangen werden) und zehnten Klasse (im Bereich der Entwicklungsbiologie) bekannt sein könnte, auf dem Niveau einer Oberstufe zu behandeln. Es ist aber mit großer Sicherheit davon auszugehen, dass die S. kaum Vorkenntnisse über die hormonalen Steuerungsmechanismen mitbringen, weshalb angesichts dieses schweren Inhalts didaktische Reduktion und einfache Methoden angezeigt sind.

2.3 Hausaufgabe zu dieser Stunde im Wortlaut
Eine vorbereitende Hausaufgabe - für eine solche Stunde grundsätzlich sinnvoll, weil vorentlastend - wurde nicht erteilt. Zur Begründung s. unter 5.

3 Unterrichtsziele/Lernziele
3.1 Grobziel

    Die S. kennen mindestens einen hormonalen Rückkopplungsmechanismus des weiblichen Zyklus, das hypothalamo-hypophysäre System, und wissen, warum Stress den weiblichen Zyklus verlängern oder verkürzen kann.
3.2 Feinziele
  • Die S. können mit Hilfe eines AB und einer schematischen Darstellung einen hormonalen Rückkopplungsmechanismus erklären, indem sie auf dem AB Wirk-Verknüpfungen als hemmend oder fördernd/anregend/aufbauend bestimmen und den hormonalen Rückkopplungsmechanismus vor der Klasse anhand einer OH-Folie erklären.
  • Die S. verstehen den Einfluss von Stress bzw. Umweltfaktoren auf den weiblichen Zyklus, indem sie mit Hilfe eines zweiten AB die Bedeutung der Releasing-Hormone für die Freisetzung von LH und FSH erklären.
4 Didaktische Überlegungen
4.1 Rahmenplanbezug, Begründung der Schwerpunktsetzung
Der Berliner Rahmenplan nennt für die E-Phase im Fundamentalkurs die Behandlung physiologischer Grundlagen und die Verdeutlichung des Zusammenwirkens physiologischer Prozesse als Kursziel. Als Lerninhalt wird hormonale Steuerung als Beispiel angeführt.

Die Motivation zum Thema "weiblicher Zyklus" entspringt einer Selbstanalyse eingesetzten Unterrichtsmaterials aus der neunten und zehnten Klasse, die ich im vergangenen Jahr nacheinander unterrichtet hatte. Hierbei machte ich die Beobachtung, dass die S. bei der Behandlung des Themas die Informationen deutlich besser aufnehmen konnten, je besser sie für sie visualisiert wurden und je strukturierter dies geschah. Zur Verbesserung der eigenen Kompetenz bezüglich Visualisierung komplexer Sachverhalte schien mir diese Stunde eine gute Gelegenheit, einmal das weiterentwickelte und verbesserte Material einzusetzen und es so auf dem höheren Niveau einer elften Klasse zu erproben.
Der Schwerpunkt dieser Stunde wird deshalb vor allem auf der hormonalen Steuerung und dem Zusammenwirken physiologischer Prozesse liegen. Es ergibt sich eine vergleichsweise hohe Relevanz des Unterrichtsgegenstandes (auch für männliche Schüler!), denn die Zykluslänge entscheidet auch über die fruchtbaren Tage der Frau. Man kann also schwanger werden und Mann kann Vater werden, wenn man/Mann nichts darüber weiß. Ebenso verfügen Männer über die Hormone FSH und LH, was vielen nicht geläufig ist. Um den Bezug zu vorangegangenen Themen herzustellen und so die Themenvernetzung nicht aus den Augen zu verlieren, soll der zu behandelnde Sachverhalt thematisch an das Phänomen des Einflusses von Stress auf die Zyklusdauer angeknüpft werden. So wird dem Eindruck einer vom Thema her isolierten Stunde entgegengewirkt. Im Mittelpunkt der Stunde stehen also die hormonale Steuerung und ihre Wirkmechanismen, die wiederum vor allem aus Rückkopplungs- (Feedback-) Mechanismen bestehen.

4.2 Sachanalyse und didaktische Reduktion
Als Schnittstelle zwischen Nerven- und Hormonsystem nimmt die Hypophyse bei der hormonalen Regulation der Wirbeltiere eine Schlüsselstellung ein. Ihre beiden Teile - Adenohypophyse (Vorderlappen) und Neurohypophyse (Hinterlappen) - verkörpern dabei zwei verschiedene Prinzipien neurohormonaler Interaktion:
Bei der ontogenetisch dem Zwischenhirnboden entstammenden neuroektodermalen Neurohypophyse handelt es sich um ein Neurohämalorgan. Hier enden die Axone neurosekretorischer Zellen aus hypothalamischen Kerngebieten (Nucleus supraopticus und N. paraventricularis). Die in die Blutbahn ausgeschütteten Neurohormone (Vasopressin, Ocytocin) wirken direkt auf ihre Zielorgane (Nierenkanälchen bzw. Uterusmuskulatur). Die Adenohypophyse - ontogenetisch wie der anliegende Zwischenlappen (Pars intermedia) eine Ausstülpung der Mundhöhle (Rathke-Tasche) und daher entodermaler Herkunft - ist dagegen eine echte endokrine Drüse. Die Ausschüttung ihrer Hormone wird von Neurosekreten (Releasing- und Inhibiting-Hormone) kontrolliert, die im Hypothalamus gebildet, in dessen ventralem Teil (Eminentia mediana) an die Blutkapillaren eines Pfortadersystems abgegeben und von diesen zur Adenohypophyse transportiert werden. Dort stimulieren oder hemmen sie die Freisetzung der Adenohypophysenhormone. Letztere wirken entweder direkt auf das Zielorgan oder regulieren als glandotrope Hormone die Hormonausschüttung anderer endokriner Drüsen.
Dieses hierarchische System der Hormonkontrolle bietet den Vorteil, auf verschiedenen Ebenen Rückkoppelungs-(Feedback-) Mechanismen einzufahren. Zunächst führen in der Adenohypophyse hypothalamische Releasing-Hormone (RH) zur Ausschüttung der Gonadotropine FSH (follikelstimulierendes Hormon) und LH (Luteinisierungshormon). Im Ovar induziert FSH die Reifung der Follikel (von denen jeder eine Oocyte enthält) und LH die Synthese von Östrogenen. Da während dieser Follikelphase Östrogen stimulierend auf die LH-RH-sezernierenden Zellen im Hypothalamus zurückwirkt (positive Rückkoppelung), kommt es zu einem raschen Anstieg der LH- und Östrogenkonzentrationen. Beim LH-Maximum wird die Ovulation eingeleitet: Der Follikel platzt, das Ei tritt aus und wandert den bewimperten Eileiter hinab. In der jetzt folgenden Sekretionsphase wandelt sich der Follikel unter LH-Einfluss in den Progesteron sezernierenden Gelbkörper (Corpus luteum) um. Progesteron präpariert die Uterusschleimhaut (Endometrium) für die Aufnahme des Eies. Neben Progesteron wird vom Gelbkörper auch Östrogen sezerniert. Beide Sexualhormone wirken in dieser Phase auf die hypothalamischen RH-Zellen hemmend, sodass die Gonadotropinsekretion sinkt (negative Rückkoppelung).
Leider sind die Lehrbücher bezüglich dieser Zusammenhänge untereinander nicht widerspruchsfrei,  einmal, was die Begriffe betrifft (hier werden vmtl. meist Hormone zusammengefasst), ferner bezüglich der Darstellung obiger Wirkmechanismen. So fehlt etwa im Linder ein Hinweis auf die Rückkopplung von Progesteron auf LH.

Wird das Ei befruchtet, nistet es sich unter Ausbildung einer Placenta im Endometrium ein (Nidation). Die Placenta sezerniert ein LH-ähnliches Hormon, das Choriogonadotropin (CG), das die weitere Entwicklung des Corpus luteum zum Corpus luteum graviditatis und damit die weitere Sekretion von Östrogen und Progesteron stimuliert. CG übernimmt jetzt also die Funktion der Gonadotropine, deren Produktion während der Schwangerschaft blockiert ist.
Wenn keine Befruchtung des Eies stattgefunden hat, degeneriert der Gelbkörper. Als Folge davon sinken der Östrogen- und Progesteronspiegel, was über die oben erwähnte negative Rückkoppelung zu einem erneuten Anstieg der FSH/LH-RH-Sekretion führt: Teile des Endometriums werden abgestoßen (Menstruationsblutung Menses), und ein neuer Sexualzyklus beginnt.

Aus dieser kurzen Übersicht ist bereits zu ersehen, dass das gewählte Thema von hoher Komplexität ist, besonders für eine elfte Klasse. Daher ergibt sich zunächst einmal der Zwang, das Thema zu verschlanken, indem man es didaktisch auf das Notwendige reduziert und so verhindert, dass der Blick aufs Wesentliche versperrt wird.
Die hormonalen Vorgänge bei einer Schwangerschaft bilden einen eigenen Schwerpunkt. Außerdem haben diese keinen Bezug zur Behandlung des Einflusses von Stress auf den Zyklus, der ja vor allem an der - in einer Schwangerschaft ausbleibenden - Monatsblutung zeitlich festgemacht wird.
Mit dem Entfallen des Bereiches "Schwangerschaft" kann auch die hormonale Aktivität der Neurohypophyse thematisch ausgegliedert werden, da dieses Neurohämalorgan lediglich ein in diesem Zusammenhang relevantes Hormon ausschüttet: das Wehenhormon Ocytocin. Die Rolle dieses Hormons kann folglich ebenfalls unberücksichtigt bleiben.
Der ontogenetische Bildungsweg von Adeno- und Neurohypophyse kann komplett entfallen, da er für den untersuchten Zusammenhang keine Relevanz hat.
Die folgenden Fachbegriffe können für die elfte Klasse vereinfacht werden:

  • Eminentia mediana: Bereich, in dem Releasing-Hormone an die Arterien des Vorderlappens abgegeben werden.
  • Eingruppierung von Östradiol unter die Gruppe der Östrogene oder als Östrogen (wie in Lehrbüchern durchaus üblich).
  • Bezeichnung der Adenohypophyse als Hypophysenvorderlappen (entsprechend die Neurohypophyse als H.-hinterlappen). Auf eine Darstellung des rudimentären Zwischenbereiches (Pars intermedia) möchte ich nicht verzichten, obwohl er auch in Schulbüchern in zeichnerischen Darstellungen nicht auftaucht. Hier sollte man meiner Ansicht nach ruhig möglichst wirklichkeitsgetreue Abbildungen zeigen.
Der entscheidende Lernzuwachs für die S. soll in dieser Stunde darin bestehen, dass die S. das Prinzip der beim Zyklus wirksamen Feedbackmechanismen verstehen und so erklären können, warum eine in der Hypophyse (z. B. durch Stress) bewirkte erhöhte Ausscheidung der Releasing-Hormone auf die den Zyklus regulierenden Wirk-Kreisläufe zurückwirkt und so zu einer Verschiebung des Zyklus führen kann. Damit ist ein entscheidender Schritt zum Verständnis physiologischer Grundlagen biologischer Prozesse erreicht.

5 Methodische Überlegungen
Als Stundeneinstieg ist es sinnvoll, zunächst das Vorwissen der S. zu eruieren, das auf dem Niveau von Alltagskenntnissen bereits vorhanden sein dürfte, indem der L. fragt, was die S. bereits über Einflüsse durch Stress oder die Umwelt auf die hormonale Steuerung wissen. Die Einbeziehung vorhandenen Wissens kann motivierend wirken und führt schnell zu der Frage, welche physiologischen Mechanismen den weiblichen Zyklus regulieren. Alternativ bietet sich ein Einstieg über einen Comic an, der das Problem der Zyklusverschiebung thematisiert.
Die nun anstehende schwierige Erarbeitung kann nur geleistet werden, wenn den S. die notwendigen Informationen zur Verfügung gestellt werden. Ich habe mich deshalb entschieden, den S. einen Informationstext vorzulegen. Eine Vorentlastung der Stunde könnte durch eine vorbereitende Hausaufgabe erfolgen, also z. B. bereits durch das Studium eines entsprechenden Textes. Ich habe aber darauf aus folgendem Grund verzichtet: Wie die Erfahrung zeigt, reicht die Eingabe eines solchen Textes bei weitem nicht aus, um den S. die wichtigen Zusammenhänge zu verdeutlichen. Deshalb habe ich schematische Darstellungen erstellt, die die wirksamen Mechanismen der hormonalen Steuerung auf zweierlei Art visualisieren: einmal in Form einer Gesamtübersicht, die aber noch einen zu hohen Komplexitätsgrad aufweist, und einmal in Form einer Herauslösung einzelner übersichtlicherer Wirkzusammenhänge. Dies erhöht zum einen die Übersichtlichkeit und führt zu einem besseren Verständnis der hormonalen Abläufe, zum anderen sind die einzelnen reduzierten Darstellungen deckungsgleich und können als OH-Folien zur Gesamt- oder Zweifachdarstellung übereinander gelegt werden. So bleibt es den S. erspart, zeitraubend einen Vorgang zu erarbeiten, von dem sie weder den Gesamtzusammenhang noch einen einzelnen Feedbackmechanismus richtig verstanden haben. Bei der Aufteilung der hormonalen Abläufe habe ich mich bemüht, im Hinblick auf den Komplexitätsgrad gleichwertige Arbeitsbögen zu erstellen. Aus diesem Grund schied eine vorbereitende Bearbeitung als Hausaufgabe für die Stunde aus. Die letztlich auf drei Gruppen aufgeteilten Einzeldarstellungen eines einfacheren hormonalen Ablaufs des weiblichen Zyklus unterscheiden sich nur geringfügig in ihrem Komplexitätsgrad. Den immer noch schwierigen Inhalten sollen sich die S. durch einen zunächst einfachen Arbeitsauftrag annähern, der darin besteht, mit Hilfe des Informationstextes zu entscheiden, ob es sich um hemmende oder verstärkende/fördernde/aufbauende Prozesse handelt.
Im zweiten Teil der Erarbeitung sollen sie dann stichpunktartig den auf ihrem Teilausschnitt dargestellten Gesamtprozess erklären können, wofür der erste Arbeitsauftrag eine sehr gute Hilfe bietet. Durch das Aufschreiben können die S. ihr Verständnis auch noch einmal überprüfen.
Es könnte die mögliche Schwierigkeit auftreten, dass der AB1 für die S. einer oder mehrerer Gruppen zu schwierig ist. Sollte ich aber während der Erarbeitungsphase diesen Eindruck gewinnen, wird die Phase abgebrochen, und die OH-Folien werden gemeinsam nacheinander mit der gesamten Klasse besprochen. Sollte die Erarbeitung reibungslos ablaufen, kann der L. sich weitgehend zurückziehen und die anschließende Auswertung den S.n überlassen. Die anderen S. sichern ihre Ergebnisse auf den Bögen mit der Gesamtdarstellung.
Ein Zwischenergebnis noch einmal genau auszuformulieren halte ich nicht für notwendig, da den S.n erstens das Ergebnis bereits in Form des Informationstextes, als geordnete graphische Darstellung und als Stichpunktsammlung vorliegt und eine gute Formulierung - sofern nicht vom Lehrer vorgegeben - Zeit braucht, die hier aufgrund der Komplexität des Stoffes nicht zur Verfügung steht, zumal den S.n in dieser Stunde ausführlicher biologische Zusammenhänge verdeutlicht werden.
Wenn sich an dieser Stelle abzeichnet, dass die S. wesentlich mehr Zeit für Erarbeitung und Auswertung benötigen, als veranschlagt war, kann die Bearbeitung des AB2 als HA gestellt werden. Der Nachteil bestünde darin, dass die anfangs aufgeworfene Frage, wie Stress den Zyklus beeinflussen kann, nicht im Verlauf einer Stunde beantwortet werden konnte. Im Rahmen der vertieften Erarbeitung des Schwerpunktes (Behandlung hormonaler Steuerung und des Zusammenwirkens physiologischer Prozesse) wäre dies allerdings noch akzeptabel.
Die Bearbeitung des AB2 hat vor allem den Zweck, die erarbeiteten hormonalen Zusammenhänge noch einmal an einer Gesamtdarstellung zu überprüfen und das erworbene Wissen so zu sichern. Gleichzeitig wird so die interessante Frage nach dem Einfluss von Stress auf die Zyklusdauer beantwortet.

Auf eine nochmalige schriftliche Fixierung der Ergebnisse an der Tafel kann ggf. verzichtet werden, da die S. ihre diesbezüglichen Notizen in einer elften Klasse selbständig komplettieren können sollten und da die Ergebnisse zusätzlich auf einfache Art dem AB2 entnommen werden können. 

Im unwahrscheinlichen Fall von Zeitüberschuss kann die Frage aufgeworfen werden, welche Hormone auch beim Mann vorliegen und wie sie dort wirken (FSH: Samenkanälchen/Hoden -> Spermatocytendifferenzierung; LH: interstitielle Zellen im Hoden -> Synthese und Sekretion von Testosteron).

6 Skizze des geplanten Unterrichtsverlaufs - Tabellarische Übersicht
  Geplantes Lehrerverhalten / Methoden und Medien, Antizipierte Schülerleistung

10:00 Thematisierung
L. stellt sich vor und fragt nach Vorwissen über Einflüsse durch Stress oder die Umwelt auf die hormonale Steuerung.
L. schreibt Phänomen an die Tafel, erläutert das Stundenthema, und bittet S., zu der Frage, welche physiologischen Prozesse den weiblichen Zyklus regulieren, eine Hypothese zu formulieren.
L. umreißt den Unterrichtsverlauf und kündigt die folgende Erarbeitungsphase an.
UG, TA

S. nennen Zyklusschwankungen als Folge von Stress (ggf. auch Umweltfaktoren wie Klimaveränderungen oder Ortswechsel).
S. formulieren Hypothese, die L. an der Tafel festhält.

10:05 Erarbeitung I
L. teilt AB1 für alle, eine schematische Darstellung eines Wirkgefüges je Gruppe (vier insgesamt) und eine schematische Gesamtdarstellung für alle aus.
L. beantwortet während der Arbeit Fragen.
AB1, OH-Folien, StA und PA
S. bearbeiten in Partnerarbeit AB1 (ein S. beschriftet zusätzlich die OH-Folie zur Auswertung).

10:15 Auswertung, Zwischenergebnissicherung, Festigung der vorläufigen Unterrichtsergebnisse
L. koordiniert die Auswertung. Die Beschriftung der OH-Folien wird auf Richtigkeit überprüft, ggf. können Folien übereinandergelegt werden, um Zusammenwirken bestimmter Vorgänge zu verdeutlichen.
Bei Zeitbedarf wird diese Phase ausgedehnt, da AB2 auch als HA mit Hilfe der Gesamtdarstellung, die allen S. vorliegt, bearbeitet werden kann. OHF1-3, S.-Vortrag, UG
Ein S. trägt am OH-Projektor die Ergebnisse seiner Gruppe vor, die anderen S. der Gruppe überprüfen den Vortrag auf Richtigkeit.
Mitschüler der Gruppe korrigieren ggf. ihre Ergebnisse.

10:25 Erarbeitung II
L. teilt AB2 für alle aus.
L. beantwortet während der Arbeit ggf. Fragen.
AB2, OHF4, StA und PA
S. bearbeiten in Partnerarbeit AB2.

10:35 Auswertung und Ergebnissicherung /Vertiefung
L. fordert S. auf zu erklären, wo und wie FSH und LH gebildet werden und inwiefern Stress oder Umweltfaktoren die Zykluslänge beeinflussen können.
UG, OHF4
S. erklären Funktion der RH und erläutern anhand der OHF4 (Gesamtdarstellung) Auswirkungen auf die Zyklusdauer.

10:45 Stundenende 

7 Literaturliste
BAYRHUBER, H., und U. Kull: Linder Biologie. Stuttgart20. 1989. S. 266 ff.
ESCHENHAGEN, D., u. a.: Fachdidaktik Biologie. 3. Aufl., Köln 1996.
GOECKE, C.: Arbeitsbuch Geburtshilfe. München, Wien, Baltimore 1981, S. 17 ff.
MIRAM, W., und K.-H. Scharf (Hrsg.): Biologie heute S II. Hannover 1997.
WEHNER, R., und W. Gehring: Zoologie. Stuttgart, New York 1990. S. 334 ff.
Internet/WWW-Links (Auswahl):

8 Anhang
8.1 Entwurf des Tafelbildes
  • Phänomen: Bei Stress kann sich der weibliche Zyklus verlängern oder verkürzen.
  • Fragestellung: Welche physiologischen Prozesse regulieren den weiblichen Zyklus?
  • Hypothese: Hormone sind beteiligt - hormonale Steuerung

8.2 OH-Folien

OHF 4
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und
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8.3 Arbeitsblatt

AB 1
AB 2

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