Kopf-Herz-Hand. Gehirngerechtes Werken - technisch: Unterricht am Beispiel Elektrotechnik in der Sekundarstufe 1

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Die Evolution des Begreifens
2.1. Aufrechter Gang - Werkzeuggebrauch Werkzeuggebrauch
2.2. Auge - Hand - Koordination
2.3. Vom Angreifen zum Begreifen

3. Das Begreifende Gehirn
3.1. Einleitung
3.2. Wie funktioniert unser Nervensystem?
3.3. „Begreifen“ – Das periphere Nervensystem
3.4. Rückenmark
3.5. Verlängertes Mark
3.6. Mittelhirn
3.7. Kleinhirn
3.8. Zwischenhirn
3.9. Großhirn
3.10. Conclusio

4. Vier Hauptstadien der geistigen Entwicklung nach Piaget
4.1. Das Stadium der sensumotorischen Entwicklung (Geburt bis ca. 2 Jahre)
4.2. Das Stadium des voroperatorischen, anschaulichen Denkens (ca. 2-7 Jahre)
4.2.1. Entwicklung der Symbolfunktion
4.2.2. Sprachgebrauch
4.2.3. Zentrierung
4.2.4. Widersprüchlichkeit des Denkens
4.3. Das Stadium der konkreten Operationen (ca. 7 bis 11 Jahre):
4.3.1. Gruppierung
4.3.2. Klasseninklusion
4.3.3. Seriation
4.3.4. Zahlsystem
4.3.5. Räumlich - zeitliche Operationen
4.4. Das Stadium der formalen Operationen (ca. ab 11 oder 12 Jahren)
4.4.1. Kombinatorik

5. Elektrotechnik als Gehirnjogging
5.1. Die elektrische Ladung
5.1.1. Der Aufbau eines Atoms
5.1.2. Kraftwirkung im Atom
5.1.3. Die Elementarladung
5.1.4. Die SI Basiseinheiten
5.2. Der elektrische Strom
5.2.1. Allgemeines
5.2.2. Die Wirkung des Stromes
5.2.3. Die Stromdichte
5.2.4. Die Stromarten
5.3. Die elektrische Spannung
5.3.1. Allgemeines
5.3.2. Die Arten der Spannungserzeugung
5.4. Der elektrische Stromkreis
5.5. Der elektrische Widerstand
5.6. Das Ohm’sche Gesetz
5.7. Die Kirchhoff’schen Gesetze
5.7.1. Erste Kirchhoff’sche Regel
5.7.2. Zweite Kirchhoff’sche Regel:
5.8. Die Grundschaltungen
5.8.1. Die Serienschaltung
5.8.2. Die Parallelschaltung
5.9. Die elektrische Arbeit
5.10. Die elektrische Leistung
5.11. Der Wirkungsgrad
5.12. Die Gefahren des Stromes
5.12.1. Wirkung auf den Körper
5.12.2. Maßnahmen beim Elektrounfall
5.12.3. Arbeits– und Sicherheitsunterweisungen
5.13. Die Einteilung des Schutzkonzeptes
5.13.1. Der Basisschutz
5.13.2. Der Fehlerschutz
5.13.3. Der Zusatzschutz
5.14. Der Fehlerstromschutzschalter (FI)
5.14.1. Aufbau des FI
5.14.2. Wirkungsweise des FI
5.15. Sicherungen
5.15.1. Grundlegendes
5.15.2. Einteilung der Schutzsysteme
5.15.3. Aufbau der Systeme
5.15.4. Schmelzsicherungen
5.15.5. Leitungsschutzschalter
5.15.6. Bereichs- und Funktionsklasse
5.16. Installationstechnik
5.16.1. Anforderungen an die Installation
5.16.2. Grundsätze:
5.16.3. Installationszonen
5.17. Messung von elektrischen Größen
5.17.1. Allgemeines
5.17.2. Grundbegriffe in der Messtechnik
5.17.3. Messung elektrischer Grundgrößen
5.17.4. Das Digitalmultimeter
5.18. Elektrotechnik in der Sekundarstufe I
5.18.1. Didaktische Grundsätze
5.18.2. Konkrete mittelfristige Planung

6. Quantitative Empirische Erhebung
6.1. Methodische Herangehensweise
6.2. Quantitative Erhebung mittels Fragebogen
6.3. Durchführung der empirischen Erhebung
6.4. FRAGEBOGEN ZU HANDWERKEN
6.5. Darstellung der Ergebnisse
6.6. Zusammenfassung

7. Schlusswort

8. Literaturverzeichnis

9. Abbildungsverzeichnis

10. Eidesstattliche Erklärung

1. Einleitung

Mehr denn je spielt Handwerk – Begabung – Intelligenz in unserer Gesellschaft eine wichtige Rolle. „Intelligente Menschen“, so heißt es, haben Erfolg, Macht und Einfluss. „Weniger intelligente Menschen“ hingegen werden oft minderwertig behandelt. In unserer Gesellschaft gelten sie als Außenseiter.

Doch so einfach ist es nicht mit Intelligenz und Begabung. Klischees bestimmen unser Bild. In einer Zeitschrift wurde einmal ein Artikel veröffentlicht, in dem es um eine amerikanische Hausfrau mit einem Intelligenzquotienten von 148 ging. Dieser IQ, der knapp unter dem von Albert Einstein liegen dürfte, sollte diese Hausfrau dazu befähigen, Raketen und Atomwaffen zu bauen, so die reißerisch aufgemachte Schlagzeile des Artikels. Doch diese Aussage ist sehr fraglich. Intelligenz und bestimmte Fähigkeiten bieten nur dann die Möglichkeit, bestimmte Tätigkeiten auszuüben, wenn ein Individuum spezielle Kenntnisse besitzt. Ein hoher IQ alleine nützt nichts. Aus diesen Aussagen haben sich bestimmte Fragen förmlich aufgedrängt. Haben alle Personen von Geburt an die gleichen Vorraussetzungen um handwerklich begabt zu sein oder eben nicht? Und vor allem, wie kann man diese Vorraussetzungen unterstützen und fördern? Lassen sie sich überhaupt fördern oder entwickeln?

Diese Voraussetzungen werden mit Hilfe von Grundlagen aus der Neuroanatomie und –physiologie sowie den Erkenntnissen von Piaget in der Entwicklungspsychologie evaluiert.

Wichtig dabei ist auch, die grundlegende physiologische Funktionsweise unseres Gehirns zu beschreiben. Welche Entwicklung hat unser Gehirn bzw. der Mensch durchgemacht, wie ist der anatomische Aufbau unseres Gehirns? Über Intelligenzentwicklung gibt es genügend Erkenntnisse.

Der empirische Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Erforschung verschiedenster Faktoren, die bei Jugendlichen Interesse und Verständnis für Technik erwecken können. Es erfolgt auch der Beweis bzw. die Widerlegung tradierter Hypothesen wie beispielsweise die Auswirkung des Geschlechts auf handwerkliches Können.

Mit einem quantitativen Fragebogen und dessen statistischer Auswertung wird versucht, diesen Fragen auf den Grund zu gehen. Eventuell lassen sich aus dieser Befragung zum Thema Handwerk spezielle Erkenntnisse herauslesen.

Wichtig dabei sind auch gewisse Grundlagen der Elektrotechnik mit verschiedensten Größen und wichtigen Erkenntnissen, da die Herangehensweise an das Forschungsprojekt über dieses ausgewählte Kapitel des Unterrichtsgegenstandes TW erfolgt.

Die Aufarbeitung erfolgt im Teil „Elektrotechnik als Gehirnjogging“, der einerseits aus einer sehr ausführlichen Sachanalyse und andererseits aus einer didaktischen Analyse und einer konkreten Unterrichtsplanung besteht.

2. Die Evolution des Begreifens

„Die Evolution hat uns mit der Frucht vom Baum der Erkenntnis die Fähigkeit zum Denken, aber auch einen manchmal vielleicht als bitter empfundenen Beigeschmack beschert: Wir sind unablässig gefordert, die eigene Natur zu erkennen“ (Schachl 2006, S. 11).

„Wir tragen in uns eine Seele, die wir nicht kennen, und werden von ihr getragen. Wenn sich das Rätsel auf zwei Beine stellt, ohne gelöst zu werden, dann sind wir an der Reihe… Denn wir sind das Rätsel, das niemand löst… Wir kommen und gehen, ohne Klarheit zu erlangen“ (Gaarder, 2000a; nach Schachl 2000, S. 11).

„Erkenne dich selbst“ (Inschrift am Tempel zu Delphi) ist zum bestimmenden Thema geworden. Die Schwierigkeit ist nur, kann ein System sich je ganz selbst bestimmen?

Der amerikanische Nobelpreisträger Steven Weinberg spricht von einer „hartnäckigen Doppelrolle“, wenn wir zugleich als Forscher und als Forschungsobjekt auftreten (vgl. Weinberg 1995; nach Schachl 2000, S. 11).

Trotz der prinzipiellen Unmöglichkeit einer absolut exakten Erforschung seiner selbst hat das Gehirn doch schon manches von seinen Geheimnissen preisgegeben und das, obwohl wir erst am Anfang dieser wichtigen und faszinierenden Forschung stehen. (Schachl 2006, S. 11).

Eine spannende Reise mit dem Blick auf die Evolution des Gehirns

Es war ein weiter Weg von Lucy, einer Hominidendame aus Äthiopien, deren drei Millionen Jahre altes Skelett lange Zeit als das älteste Zeugnis eines menschlichen Vorfahrens galt (vgl. Tattersall, 2000; Wong, 2003a; nach Schachl 2000, S. 11).

Dass der Mensch mit seinem Denkorgan das Produkt der Evolution ist, bezweifeln heute nur mehr wenige. „Der Geist fiel nicht vom Himmel!“ formulierte Hoimar von Dithfurth (1976) in einem seiner großartigen Bücher.

Speziell der Vergleich mit den Affen macht deutlich, dass wir gemeinsame Vorfahren haben: Dies belegen nicht nur Schädelform, Hirnstruktur, Ähnlichkeiten im Verhalten, sondern auch Untersuchungen am Immunsystem und an der Erbsubstanz. (vgl. Schachl 2006, S. 11)

Wann hat unsere Denkvergangenheit begonnen?

Wir müssten bei der Ur- Ur- Sache anfangen, dem Bigbang, dem Urknall, durch den unser Universum mit allen lebensnotwendigen Bausteinen entstanden ist.

„…als der Anfang aller Geschichten in einem kompakten Kern aus undetonierter Schöpfkraft Platz gehabt hat…“ (Gaarder 2000a; nach Schachl 2000, S. 11).

Oder noch früher?

Aristoteles sprach vom „unbewegten Beweger“, der den ersten Anstoß gab, andere sagen Gott. Warum es den Urknall gab, was vor diesem Elementarereignis war, das gehört zu den Glaubensfragen. Alles aber, was sich aus diesem Anfang ergeben hat, ist legitimer Gegenstand naturwissenschaftlicher Forschung.

Der schon eingangs zitierte Steven Weinberg hat mit den Mitteln der theoretischen Physik, also mit mathematischen Methoden, auf der Basis der so genannten Hintergrundstrahlung (Überreste von Strahlung als Folge des Urknalls) zum Anfang des Universums zurückgerechnet. Dieser liegt im riesigen Zeitraum von vor etwa zehn bis zwanzig Milliarden Jahren!

Was allerdings 0,000000000000001 Sekunden nach dem tatsächlichen Bigbang alles passiert ist, kann sehr genau beschrieben werden.

Wir können hier auf die Entstehung unserer Grundbedingungen (Entstehung des Sonnensystems, unseres Planeten vor ca. 4,5 Millionen Jahren, der Atmosphäre, der Urmeere, der ersten Lebensmoleküle, der unterschiedlichen Lebensformen) nicht eingehen. Der Schritt von den ersten Lebensformen bis hin zum Denken war jedoch kleiner als jener, der vom Molekül zum Leben führte (vgl. Schachl 2006, S. 12).

2.1. Aufrechter Gang - Werkzeuggebrauch

Man schätzt, dass sich die Entwicklungslinien der Menschen von denen der Menschenaffen vor ca. 5 bis 8 Millionen Jahren abgespalten haben (vgl. Picq 2003; nach Schachl 2000, S. 38). „We are basically apes; it’s just we walk on two legs and have got a fancy head“. (Leakey 2001; nach Schachl 2000, S. 38). Aber: Auch gewisse Affen können den aufrechten Gang einsetzen, wenn sie ihn brauchen.

„Wahrscheinlich waren die Ursachen der Evolution der Affen zu den Menschen–Affen die drastischen geologischen und klimatischen Veränderungen in der Zeit vor 10 bis 5 Millionen Jahren: Lange Trockenperioden in Äquatorialafrika mit Rückgang der Wälder und Bildung der Savannen. Der Gang in die Savannen erforderte den aufrechten Gang; dieser ermöglichte eine Nutzung der „freien Hände“ zum Jagen, Transportieren, vielleicht auch für eine bessere Gestik.

In Millionen Jahren der Evolution haben sich in wechselseitiger Verstärkung vier Fähigkeiten vorbereitet: Werkzeuggebrauch, Sprache, Tradierung durch Nachahmung, Bewusstsein und Denken. Diese Fähigkeiten gibt es ansatzweise – unterschiedlich in Ausprägung, Art, Niveau – auch im Tierreich“ (Schachl 2006, S. 38).

Der Mensch: Das ist ein intelligentes Wesen mit einem großen Gehirn, das aufrecht geht. Also folgerten Generationen von Urmenschenforschern, dass sich der erste Mensch von seinen äffischen Vorfahren zuerst durch ein größeres Hirn unterschieden haben musste. Heute ist freilich eindeutig klar, dass auch die Australopithecus-Arten aufrecht gingen, obwohl sie kleine Gehirne besaßen.

Entscheidende Hinweise geben aber auch Skelettmerkmale der Australopithecinen: ein zur Schädelmitte verlagertes Hinterhauptloch zum Balancieren des Kopfes auf der Wirbelsäule; Oberschenkelknochen (Femur) mit großem Kopf und langem Oberschenkelhals; leichte x-Beinigkeit, wodurch die streckfähigen Kniegelenke unter dem Körperschwerpunkt liegen; Fuß mit Fußgewölbe und in einer Reihe stehenden Zehen; Becken mit kurzen, breiten, nach innen gedrehten Darmbeinschaufeln zum Abstützen innerer Organe und mit großen Ansatzflächen für den großen Gesäßmuskel, der die Beinstreckung ermöglicht; S-Form der Wirbelsäule, verbunden mit einer Schwerpunktverlagerung ins Becken.

Da die Australopithecinen Gehirne besaßen, die denen von Schimpansen sehr ähnlich waren, und gleichzeitig den aufrechten Gang praktizierten, konnten die menschlichen Merkmale sich also nicht zur selben Zeit, sondern nur unterschiedlich schnell zu unterschiedlichen Zeiten entwickelt haben. Tatsächlich zeigen gerade die ältesten Hominiden Anpassungen sowohl an den aufrechten Gang als auch an das Klettern in Bäumen (lange, gekrümmte Finger und Zehen). (vgl. Willig 2008)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Entwicklung des aufrechten Ganges

Von den baumbewohnenden Vorfahren hatten die ersten Hominiden die guten Augen sowie räumliches und farbliches Sehvermögen geerbt. Die lange Affenschnauze hatte sich zurückgebildet, der Schädel ist runder geworden. Das Gebiss hatte sich zur menschentypischen U-Form hin entwickelt, die Eckzähne ragten nicht mehr hervor. Arme und Hände glichen ebenfalls weitgehend dem Bauplan Homo. All diese Veränderungen lassen sich durch relativ einfache Umwandlungen bestehender und bewährter Körpermerkmale im Laufe der Evolution erklären. Dies gilt freilich nicht für den aufrechten Gang: Er verlangt eine grundsätzliche Rekonstruktion unserer Anatomie, argumentiert der amerikanische Evolutionsbiologe Stephen Jay Gould (1997, S. 215), vor allem im Fuß und am Becken. In der Tat ist es erstaunlich, weshalb die Menschen-Vorläufer den sicheren vierbeinigen Gang gegen die labile Zweibeinigkeit eingetauscht haben sollen: Beim aufrechten Gang torkelt der Körper, dem britischen Anthropologen John Napier (nach Willig 2008) zufolge, Schritt für Schritt an einer Katastrophe entlang. Nur ein aufwendiger, rhythmischer Balanceakt aus sieben eng koordinierten Bewegungen - gehen genannt - bewahrt uns davor, auf die Nase zu fallen. Wie aber konnten unsere Vorfahren den gefährlichen Übergang überstehen, ohne auszusterben? Die Zweibeinigkeit muss zudem ziemlich rasch entstanden sein. Man entwickelt sich nicht allmählich von einem Vierbeiner zu einem Zweibeiner.

Der Anatom und Bewegungsexperte Owen Lovejoy (nach Willig 2008)

entwickelte Anfang der 1980er Jahre eine Theorie über die Anfänge des aufrechten Ganges. Sie wurde erstmals 1981 in der Zeitschrift Science vorgestellt. Er geht davon aus, dass das Fortbewegungssystem eines Tieres Teil einer komplexen Anpassung an bestimmte ökologische Gegebenheiten ist. Von diesen Umwelteinflüssen wird auch das Fortpflanzungsverhalten beeinflusst. „Sie werden nicht glauben, dass aufrechtes Gehen irgendetwas mit Sex zu tun haben könnte, hat es aber“, meint Lovejoy (nach Willig 2008).

Er kam zu dieser Überzeugung nach ausgiebigen Vergleichen des Fortbewegungs- und Fortpflanzungsverhaltens von Menschenaffen und Menschen.

Demnach haben sich die Menschenaffen durch ihre - ökologisch gesehen - extrem spezialisierte Fortpflanzungsstrategie an den Rand des Aussterbens manövriert: Weibliche Schimpansen zum Beispiel bekommen ein einziges Kind, welches sie allein aufziehen, wobei sie den Nachwuchs bei der Nahrungssuche jahrelang mit sich herumtragen. Lovejoy argumentiert nun, dass für die ersten Hominiden die Zweibeinigkeit - und ein verändertes Sozialverhalten - der Ausweg aus der sexuellen Sackgasse gewesen sei. Denn beim Sammeln von Nahrung wie auch beim Tragen der (nicht mehr zum Festklammern im Haarkleid fähigen) Babys wären freie Hände von Vorteil gewesen. Schließlich hätte eine Beteiligung der Männchen an der Nahrungsbeschaffung im Austausch gegen eine zusehends ausgedehnte Fähigkeit zum Geschlechtsverkehr - einen verlängerten Östrus - der Weibchen mehr Nachkommenschaft als bei den Menschenaffen ermöglicht.

Für jene Hominiden, denen der Weg in die Zweibeinigkeit einen Ausweg aus der Fortpflanzungskrise eröffnete, war der Übergang zum aufrechten Gang gar nicht so groß, argumentiert Lovejoy. Sie stammten ja von baumbewohnenden Vorfahren ab, die sich am Boden wahrscheinlich mit dem heute noch für Gorillas üblichen „Fingerknöchelgang“ fortbewegten - eine Gangart, die dem aufrechten Gehen kaum überlegen ist. Die verminderte Beweglichkeit sei deshalb mehr als ausgeglichen worden. Durch die Vorteile der sexuell geförderten Zweibeinigkeit, nämlich durch die Möglichkeit, eine „Heimatbasis“ einzurichten, dorthin Nahrung zu transportieren und so gemeinsam mehr Nachkommen großzuziehen.

Welche Selektionsdrucke die Entstehung des aufrechten Ganges einleiteten, ist schwer zu analysieren, da jeder Anpassungsschritt Rückwirkungen auf weitere Funktionskreise hatte. Biomechanische Untersuchungen (Biomechanik) an Fußskeletten von Australopithecinen deuten darauf hin, dass es artspezifische, mit der Ökologie im Zusammenhang stehende Unterschiede in der Fortbewegungsweise gegeben hat.

Der Wandel zum aufrechten Gang, jener aufwendige anatomische Umbau des Skeletts, muss sich noch im Wald vollzogen haben. Denn das früher vorgebrachte Argument, die Vorläufer der Hominiden hätten erst draußen in der offenen Savanne den zweibeinigen Gang gelernt, ist laut Lovejoy lächerlich: Sie hätten das nie geschafft, weil sie für Raubtiere eine leichte Beute geworden wären. Wie des weiteren von Wissenschaftlern der Harvard und der Yale University gezeigt wurde, die in vielen Teilen Ostafrikas die chemische Zusammensetzung der Böden untersuchten, sind die afrikanischen Savannen mit ihren großen Wanderherden in ihrem Charaker relativ jungen Datums und haben sich vor weniger als drei Millionen Jahren entwickelt, lange nachdem es bereits die ersten zweibeinigen Hominiden gab.

Die zweite wichtige Theorie zur Erklärung für das Entstehen der Bipedie sei unter den veränderten Umweltbedingungen vor 7,5 Millionen Jahren von Vorteil gewesen, weil sie eine effizientere Fortbewegung ermöglicht habe. Als die Wälder zurückgingen, lagen die in bewaldeten Habitaten vorkommenden Nahrungsquellen wie etwa Obstbäume, zu weit auseinander, um von den bisherigen Menschenaffen effizient genutzt werden zu können. Nach dieser Hypothese waren die ersten zweibeinigen Affen lediglich in der Weise ihrer Fortbewegung menschlich. Ihre Hände, Kiefer und Zähne blieben weiterhin die von Affen, da ihre Nahrung dieselbe blieb; geändert hatte sich lediglich die Methode, sich die Nahrung zu beschaffen.

Vielen Biologen erschien diese Erklärung zunächst unwahrscheinlich; schließlich hatten Wissenschaftler an der Harvard University einige Jahre zuvor gezeigt, dass das Gehen auf zwei Beinen weniger effizient ist als das auf vier Beinen. Die Forscher hatten allerdings die Energieeffizienz zweibeiniger Menschen mit der von vierbeinigen Pferden und Hunden verglichen. Rodman und McHenry wiesen darauf hin, dass der einzig sinnvolle Vergleich - der zwischen Mensch und Schimpanse - zugunsten des ersteren ausfalle. Deshalb, so lautete Ihr Fazit, könne die Zweibeinigkeit aufgrund ihrer höheren Energieeffizienz gegenüber den vierbeinigen Affen durchaus ein selektiver Vorteil gewesen sein.

Es gab noch zahlreiche andere Vorschläge für die Faktoren, die eine Evolution des aufrechten Gangs gefördert haben sollen, zum Beispiel: die Notwendigkeit, über hochwüchsiges Savannengras blicken zu können, um mögliche Feinde rechtzeitig zu erkennen oder eine für die Kühlung während der Futtersuche günstigere Körperhaltung. Von allen diesen erscheint für Richard Leakey die Hypothese von Rodman und McHenry am zwingendsten, weil sie auf rein biologischen Überlegungen aufbaut und die ökologischen Veränderungen einbezieht, die zu der Zeit eintraten, als sich die frühesten Menschen entwickelten.

Der aufrechte Gang gilt als ein Schlüsselereignis in der Evolution des Menschen und hatte tief greifende Folgen: Die Hände wurden endgültig von Fortbewegungsaufgaben befreit und konnten verstärkt Aufgaben der Nahrungsgewinnung, Nahrungsaufbereitung, Verteidigung und auch des Gebrauchs und der Herstellung von Werkzeugen übernehmen, so dass Eckzähne und Schneidezähne in der für den Menschen typischen Weise verkleinert werden konnten. Da der Schädel auf der Wirbelsäule balanciert wurde, verringerte sich der Einfluss von Nackenmuskulatur und Kaumuskulatur auf die Schädelausformung, die daraufhin mehr und mehr vom expandierenden Gehirn bestimmt wurde. Auf die Entstehung des aufrechten Ganges und in selektiver Rückkopplung mit der immer vielfältiger einsetzbaren Hand, folgte stammesgeschichtlich die enorme Entfaltung von Schädel und Gehirn (vgl. Willig 2008).

Werkzeuggebrauch

Dazu gibt es nach Gould & Gould (1997, S. 92ff) im Tierreich viele interessante Beispiele. Einer unserer Vorfahren (1,8 Millionen Jahre) wurde nach seiner Fähigkeit zum Werkzeuggebrauch benannt: Homo habilis (der „geschickte“ Mensch).

Homo habilis ist eine wohlbekannte, aber schlecht definierte Spezies. Das Fundstück, das zur Benennung dieser Spezies führte, wurde 1960 von den Leakeys in der Olduvai Schlucht in Tansania entdeckt. Es trägt die Bezeichnung OH 7 und war Gegenstand vieler Kontroversen, die sich über die gesamten 1970er Jahre hinzogen. Das Material wurde im gleichen Gebiet entdeckt, indem vorher schon ein Australopithecus boisei (OH 5) gefunden worden war, jedoch waren nicht alle Forscher davon überzeugt, dass sich die beiden Funde so stark voneinander unterschieden, um die Benennung einer neuen Spezies zu rechtfertigen. Louis Leakey war jedoch überzeugt, dass OH 7 der Hersteller der Werkzeuge war, die man schon früher in der Schlucht fand, hatte er doch fast sein ganzes Leben damit verbracht, nach diesem Hominiden zu suchen.

Das Fundstück wurde von einem facherübergreifenden Team, bestehend aus Louis Leakey, John Napier und Phillip Tobias intensiv studiert. Sie kamen u.a. wegen der großen Schneidezähne von OH 7 zu dem Ergebnis, dass der Fund außerhalb der bekannten Variationsbreite von Australopithecus africanus lag. Auch das große Gehirn und die Form der Hand überzeugten die Forscher davon, dass der Fund der Gattung Homo zuzuschreiben sei. Im Januar 1964 verkündete das Team die neue Spezies Homo habilis. Der Name wurde von Raymond Dart vorgeschlagen und bedeutet "geschickter Mensch", ein Hinweis auf die vermutete Fähigkeit dieser Hominiden, Werkzeuge herzustellen. Seither wurden in der ca. 40 km langen Olduvai-Schlucht zahlreiche Reste des Homo habilis geborgen: 9 Schädelreste, 4 Unterkieferfragmente, 19 Zähne und 8 Fragmente von Skelettpartien. (vgl. Willig 2008)

Der Archäologe Louis Leakey war zeitlebens von den afrikanischen Wurzeln der Menschheit überzeugt. Bereits 1932 fand er erste Hinweise auf eine frühe Existenz der Gattung Homo in Afrika mit dem Fund eines Unterkieferfragments in Kanam an der Ostseite des Lake Victoria, das heute zu Homo erectus gerechnet wird. In der Olduvai-Schlucht (Bett I, Alter ca. 1,8 Millionen Jahre) entdeckte Leakey später sehr ursprüngliche Gerölle, von denen Splitter abgeschlagen waren, Reste der von ihm so genannten Oldowan-Kultur. Auf der Suche nach deren Produzenten tauchte 1959 zunächst Zinjanthropus auf, der aber aufgrund seines geringen Hirnvolumens nicht als "Urmensch" überzeugte. (vgl. Willig 2008)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Die Evolution des Menschen hin zum Homo sapiens

Darstellung der einzelnen Werkzeugperioden

Technik ist ein wichtiges Merkmal des Menschseins; ihre Entstehung und Evolution nachzuzeichnen, stellt einen entscheidenden Teil der Paläoanthropologie dar. Bei weniger als 20 Tierarten hat man in freier Wildbahn beobachtet, dass sie Werkzeuge benutzen, und unter den Primaten tun nur Menschen und Schimpansen dies regelmäßig. Zur Auswahl und Bearbeitung der Rohstoffe für die Steinwerkzeuge bedienten die Frühmenschen sich hoch entwickelter Wahrnehmungsmechanismen. Im weiteren Sinne entwickelte sich die Steintechnologie von recht rudimentären Anfängen zu raffinierteren Typen, die immer kompliziertere Herstellungsverfahren erforderten.

Die frühesten Hominiden und die Australopithecinen konnte man nie mit Herstellung und Verwendung von Steinwerkzeugen in Verbindung bringen; andersartige Werkzeuge könnten sie allerdings durchaus benutzt haben. So zeigen manche in Swartkrans ausgegrabenen Knochen aus Antilopenhörnern seltsame Streifen, die in der Nähe der abgerundeten Spitze senkrecht und waagerecht verlaufen. Sie könnten entstanden sein, weil ein Hominide mit dem Horn Knollen und Wurzeln aus dem steinigen Boden unter dem Geröll in der Nähe der Höhle ausgrub - in ihrer großen Mehrzahl gehören die Fossilien von Swartkrans zu Australopithecus robustus.

Steinwerkzeuge dagegen dürften eine Neuerung und Anpassung gewesen sein, die unserer eigenen Gattung Homo vorbehalten war. Die Frühmenschen benutzten Steinwerkzeuge als Erweiterung ihrer eigenen Körperteile und bearbeiteten oder veränderten damit andere Gegenstände oder Elemente ihrer Umwelt. Dies wurde zu einem wichtigen Teil unserer ökologischen Anpassung, und das ging so weit, dass die Evolution der Steinzeittechnologie offenbar parallel zur Vergrößerung des Gehirns und zur Entwicklung des Sozialverhaltens von Homo ablief.

(vgl. Willig 2008)

2.2. Auge - Hand - Koordination

Die Auge - Hand - Koordination ist die Fähigkeit, Gegenstände mit den Augen zu erfassen und entsprechend dem Wahrgenommenen die Hände zu bewegen. Als Beispiel: Das Kind will einen Ball fangen, der ihm zugeworfen wird, aber es greift daneben. Je jünger Kinder sind umso unausgeprägter ist die Auge - Hand - Koordination.

Das Sehen von Zusammenhängen und das Zusammenfügen von Einzelteilen zu einem großen Ganzen werden den Kindern auf einer spielerischen Weise zu Eigen gemacht.

Eine große Anzahl an spezifischen Materialien fördert den aktiven Sprachgebrauch der Kinder und dient darüber hinaus der Erweiterung des Wortschatzes. Sie sind von großer Bedeutung für die Vorbereitung auf das Lesen, Schreiben und Rechnen.

Mit verschiedensten Spielen können Kinder unterschiedliche Übungen in aufsteigender Reihe und Schwierigkeit durchführen und damit die Augen-Hand-Koordination auf systematische Weise üben. Alle Aktivitäten, die im Zusammenhang mit den Händen stehen, verlangen ein gutes Zusammenspiel zwischen Augen und Händen. Die Übungsmöglichkeiten sind vielfältig. (vgl. Schachl 2006, S. 53; Wilkening & Krist 2000, S. 407 ff)

2.3. Vom Angreifen zum Begreifen

Eines muss im Vorhinein klar sein: Alle Sinnesorgane liefern wertvolle Informationen über die Umwelt.

Schon im Wort „begreifen“ ist eindrucksvoll die Bedeutung des Tastsinns (Angreifen) angesprochen. Sowohl in der Evolution als auch in der individuellen Entwicklung ist der Stellenwert dieses Sinns für das Entstehen von Intelligenz deutlich erkennbar. Der Werkzeuggebrauch war und ist eines der entscheidenden Elemente für unsere Höherentwicklung. Schon bald nach der Geburt ertasten wir unser Umfeld und koordinieren unsere Eindrücke mit den Bildern, die wir sehen. Der Fachbegriff dafür heißt Auge-Hand-Koordination.

Das Wort Eindruck weist auch auf die Funktionsweise des Tastinstrumentariums hin: Die menschliche Haut ist sehr empfindlich für mechanische Reize, die mehr oder weniger stark „drücken“. Man unterscheidet vier Empfindungsarten: Druck-, Berührungs-, Vibrations- und Kitzelempfindungen. Für alle diese Empfindungen gibt es entsprechende Punkte auf der Haut, an denen sich unterschiedliche Sensoren befinden.

Die Hand ist für das Begreifen besonders wichtig und hat daher eine besonders dichte Anordnung von Sensoren, etwa 17.000 auf der Innenfläche. Zusätzlich zum Instrumentarium an der Oberfläche ist auch die so genannte Tiefensensibilität von Bedeutung. Sie liefert Informationen über die Stellung der Gelenke, über Bewegung und Muskelkraft.

Die Bahnen von den einzelnen Sensoren der Haut und aus der Tiefe ziehen über das Rückenmark nach oben. Wesentliche Schaltstellen sind die Formatio reticularis und der Thalamus. Die Empfindungen werden dann im sensorischen Feld der Großhirnrinde registriert und insgesamt auch bewusst (vgl. Schachl 2006, S. 53).

Beim Lernen lassen sich Veränderungen in den Synapsen feststellen. Durch Tätigkeiten werden neue Kontakte zu Neuronen geschaffen; damit wird das Netzwerk erweitert. Bestehende Synapsenkontakte werden durch Verdickung der Kontaktoberfläche und durch Vermehrung der synaptischen Verbindungen verbessert. Dies alles mit dem Ziel, das neuronale Netzwerk und die Informationsübertragung zu optimieren. Parallel dazu werden aber auch Verbindungen aufgebaut, falls die entsprechenden Tätigkeiten nicht mehr ablaufen, vergessen werden.

3. Das Begreifende Gehirn

3.1. Einleitung

Was hat „Handwerken“ mit dem Gehirn zu tun?

Dieses Kapitel beschäftigt sich mit der Klärung dieser Frage und geht dabei auf physiologische Vorgänge im Gehirn ein, die insbesondere für handwerkliche Tätigkeiten einen hohen Stellenwert haben. Dabei ist auch ein kleiner Exkurs in die Neuroanatomie und vor allem in die Theorien für „hirngerechtes Lehren und Lernen“ (Schachl 2006) erforderlich. Da sich die Arbeit auf technisches Werken in der Sekundarstufe I bezieht, ist gerade auf den Aspekt des „hirngerechten“ Lernens im technisch-handwerklichen Bereich Rücksicht zu nehmen.

Deshalb werden bereits in der Einleitung die wichtigsten Grundsätze kurz zusammengefasst.

Beim Verständnis für das „begreifende Gehirn“ sind die verschiedenen Intelligenzbereiche, vernetztes und ganzheitliches Lernen unabdingbar. Diese Schlüsselaussagen zum ganzheitlichen Lernen sind nach Schachl (2006, S. 83) unumgänglich:

- mit Freude und Neugier forschen und entdecken,
- mit allen Sinnen die Welt wahrnehmen und begreifen,
- eigene und konkrete Erfahrungen machen,
- Bewegungsfreiräume schaffen, Raum und Zeit bewegt erfahren,
- ins Gleichgewicht mit sich und der Umwelt gelangen,
- Konzentration und Entspannung fördern,
- Denkstrukturen entwickeln, hirngerecht und vernetzt lernen,
- Individualität und differenziertes Lernen fördern,
- erziehliche Partnerschaft, Eigen- und Mitverantwortung entwickeln,
- mit Kopf, Herz und Hand lernen! (Anm. d. Verf.)

Sinnvoll, semantisch und vernetzt unterrichten

Es gilt ein grundlegendes Gesetz: Die Behaltensleistungen sind umso besser, je mehr die Verarbeitung (das Lernen) auf einer semantischen Ebene stattfindet. Trivial ausgedrückt und nichts Neues: Je „sinnvoller“ gelernt wird, desto besser wird behalten.

Schachl (2006, S. 85) beschreibt im Kontext des Lernens den Begriff „sinnvoll“ folgendermaßen:

- Die Lernenden müssen einen Sinn in dem erkennen, was sie lernen. Je besser es dem Lehrenden gelingt, die Frage nach dem Wozu zu beantworten, desto bereitwilliger und effizienter „begreift“ unser Gehirn.

- Sinnvoll bedeutet aber auch, dass die Lernenden überhaupt verstehen, was sie da tun sollen. Das heißt, die Sprache, die Darstellung der Lehrenden muss so beschaffen sein, dass für die Lernenden die Informationen keine spanischen Dörfer oder sinnlose Silben sind.
Daraus begründet Schachl (2006, S. 85) die Notwendigkeit für vernetztes Lernen folgendermaßen:
- Viele Experimente der Psychologie zeigen, dass unser Gedächtnis vernetzt arbeitet.
- Der biologische Apparat ist in seinen Verschaltungen extrem vernetzt (so wie alles in der Natur).
- Die ganze Welt ist ein hochkomplexes, vernetztes System

Diese „sinnvollen Erkenntnisse“ lassen sich gerade im technischen Werken sehr gut umsetzen, da hier auf dem Lernenden keine reine „Theorielast“ liegt, sondern die Lerninhalte mit vielen Experimenten und praktischen Übungen vermittelt werden können und immer wieder eine Vernetzung zwischen Theorie und Praxis erfolgt. Auch die Frage nach dem „Wozu“ kann dem Lernenden durch seine eigene Anfertigung von für ihn „brauchbaren“ Werkstücken leicht beantwortet werden.

3.2. Wie funktioniert unser Nervensystem?

Nach Blasnig et. al. (2005, S. 84) dient das Nervensystem der Informationsübertragung zwecks Steuerung der Körperfunktion. Die Nervenleitung erfolgt elektrisch über Aussprossungen von Nervenzellen (Axone) gemeinsam mit den Nervenscheidenzellen (Neuriten) als Leitungseinheiten. An den Schaltstellen, wo der Neurit endet, erfolgt die Übertragung durch Überträgerstoffe (Neurotransmitter). Diese werden von Rezeptoren aufgenommen, die innerhalb des Nervensystems den Impuls wieder elektrisch weitergeben.

Grundsätzlich kann das Nervensystem folgendermaßen untergliedert werden (vgl. Trepel 2008, S. 2f; Blasnig et. al. 2005, S. 84):

- Peripheres Nervensystem

Das periphere Nervensystem besteht aus Empfindungs- und Bewegungsnerven.

- Zentrales Nervensystem

Das zentrale Nervensystem besteht aus Gehirn und Rückenmark und ist von Gehirn- bzw. Rückenmarkhäuten umgeben. Das Gehirn lässt sich überblicksweise in Großhirn, Kleinhirn, Hirnstamm und Zwischenhirn unterteilen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Gliederung des Gehirns in seine Hauptabschnitte.

1 Verlängertes Mark, 2 Brücke, 3 Mittelhirn, 4 Zwischenhirn, 5 Kleinhirn, 6 Großhirn

- Vegetatives Nervensystem

Das vegetative Nervensystem hat seinen Hauptsitz im Hirnstamm und regelt alle Lebensfunktionen unabhängig von unserem Willen.

3.3. „Begreifen“ – Das periphere Nervensystem

Da technisches Werken nicht nur Kopf-, sondern auch „Handarbeit“ bedeutet, lohnt es sich, auch einen Blick auf das periphere Nervensystem zu werfen, schließlich müssen die Vorstellungen des Gehirns auch richtig auf die Hände übertragen werden, um technische Arbeiten verrichten zu können.

Das periphere Nervensystem besteht aus Empfindungs- und Bewegungsnerven und sind Verzweigungen der Spinalwurzeln. Beide liegen in einem gemeinsamen Nervenstrang und bestehen aus gebündelten Neuriten motorischer (=Bewegung) Nervenzellen, die in den hinteren Bogenwurzeln liegen. Die Spinalwurzeln, die für den Hals und die Extremitäten bestimmt sind, vereinigen sich zu Nervengeflechten. Aus diesen Geflechten gehen erst die eigentlichen peripheren Nerven hervor. Die Nerven selbst ziehen durch den Körper bis zu ihrem Bestimmungsort. Dies können Muskeln für Bewegungen oder vielfältigste Sinneszellen für die Wahrnehmung von Schmerz, Temperatur, Bewegung, Tastempfinden u.s.w. sein. (vgl. Blasnig et. al. 2005, S. 92f)

Ein motorischer Nerv innerviert häufig mehrere Muskeln, die oft ganz unterschiedliche Funktionen haben. Da ein Nerv aber aus Axonen von vielen tausend Nervenzellen besteht, die vom zentralen Nervensystem aus alle selektiv angesteuert werden können, ist fast nie der ganze periphere Nerv aktiv, sondern nur bestimmte Axone, die wiederum bestimmte Muskelgruppen innervieren (= anregen, reizen – Anm. d. Verf.) und aktivieren. (Trepel 2008, S.26)

Grundsätzlich unterscheidet Trepel (2008, S. 27) Spinalnerven, die ihren Ausgang vom Rückenmark nehmen von Hirnnerven, die ihren Ausgang vom Gehirn nehmen.

Nach Trepel (2008, S. 26) ist das periphere Nervensystem das Rezeptor- und Effektororgan des zentralen Nervensystems. Es leitet ihm die afferenten, sensiblen Informationen aus der Peripherie zu und trägt die efferenten, motorischen Impulse, die in der „Zentrale“ ausgearbeitet wurden, zu den Erfolgsorganen.

3.4. Rückenmark

Trepel (2008, S. 94) ordnet das Rückenmark dem zentralen Nervensystem zu.

Einerseits ist das Rückenmark dafür zuständig, Nervensignale vom Gehirn an die peripheren Nerven und umgekehrt zu übertragen, andererseits sendet auch das Rückenmark selbst über Muskelreflexe Signale aus. Die peripheren Nerven verlassen das Rückenmark selbst über Muskelreflexe in je einer vorderen (motorischen) und hinteren (sensiblen) Bogenwand, die sich beidseits zu je einer Spinalwurzel vereinigen. Dies wurde bereits genauer im vorigen Kapitel erläutert und ist auch in der Abbildung genau ersichtlich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Übertragung von Nervensignalen

Das Rückenmark selbst liegt im Wirbelkanal und hat 31 (-32) Rückenmarkssegmente (siehe Abbildung). Im Inneren des Rückenmarks befindet sich die nervenzellreiche, graue Substanz, die von der weißen Substanz, die nur aus Nervenbahnen besteht, ummantelt. (siehe Abbildung) Die weiße Substanz, die die graue Substanz ummantelt, bildet ab- und aufsteigende Bahnen zwischen Gehirn und Rückenmark. Zu den aufsteigenden Bahnen gehört die Hinterstrangbahn, die alle sensiblen und sensorischen Impulse an das Gehirn weiterleitet, zu den absteigenden Bahnen die Pyramidenbahn im Seitenstrang und die extrapyramidalen Bahnen im Seiten- und Vorderstrang. Die Pyramidenbahn ist für die willkürliche Bewegung einzelner Muskeln zuständig. (vgl. Blasnig et. al. 2005, S. 92)

3.5. Verlängertes Mark

Unterhalb der Brücke (siehe Abbildung in der Einleitung, Anm. d. Verf.) schließt das verlängerte Rückenmarkt an. In diesem befindet sich die Pyramidenbahn, die dort größtenteils die Seite kreuzt. Sie leitet die motorischen Willkür-Impulse. Im verlängerten Mark finden sich ebenfalls Kerngebiete für Hirnnerven. Das Atemzentrum, das Schluckzentrum, das Brechzentrum, Steuerungszentralen für dien Nies- und Hustreflex und das Herz-Kreislauf-Zentrum (beeinflusst die Herzfrequenz und das Schlagvolumen des Herzens) befinden sich im verlängerten Mark (vgl. Blasnig et. al. 2005, S. 87; Trepel 2008, S. 126f)

3.6. Mittelhirn

Das Mittelhirn liegt zwischen dem Zwischenhirn und der Brücke. Der Nucleus ruber (Ansammlung von Nervenzellen des Mittelhirns, Anm. d. Verf.) koordiniert die Stützmotorik, die Substanzia nigra (Kernkomplex mit hohem intrazellulären Gehalt an Eisen und Melamin, Anm. d. Verf.) durch Rückkopplung der Impulse über den motorischen Thalamus die Zielmotorik. (Blasnig et. al. 2005, S. 86)

Das Mittelhirn grenzt direkt an die quer verlaufenden Fasermassen der Brücke und zur Spitze hin an das Zwischenhirn, gegen das es mit Beginn der Corpora mamillaria (Teil des limbischen Systems, Anm. d. Verf.) und mit dem Ende der Vierhügelplatte abgegrenzt ist. (vgl. Trepel 2008, S. 150)

Die Vierhügelplatte, die die Mittelhirnplatte bildet, gliedert sich in zwei obere und zwei untere Hügel. Die oberen Hügel, lateinisch Colliculli superiores, sind vor allem ein visuelles Blickzentrum während die unteren Hügel, Colliculli inferiores, ein Teil der Hörbahn sind.

Die oberen Hügel enthalten Kerne bzw. Zellschichten, die beim Zustandekommen willkürlicher und reflektorischer Augenbewegungen eine wichtige Rolle spielen. Sie sind für das Zustandekommen schneller Augeneinstellungen, um den Blick auf bestimmte Ziele zu richten, verantwortlich. Weiters haben die oberen Hügel eine wichtige Funktion bei Ab- und Zuwendungsbereichen von Augen und Kopf.

In den Kernen der unteren Hügel werden die meisten Fasern der Hörbahn verschaltet. Nach dieser Verschaltung verläuft die Hörbahn über den makroskopisch sichtbaren „unteren Bindearm“ zum medialen Kniehöcker (Corpus geniculatum mediale, „Umschaltstation der Hörbahn“) des Thalamus. Dort werden die auditorischen Impulse auf das letzte Neuron der Hörbahn verschaltet, das dann zur primären Hörrinde in den Temporallappen zieht. (vgl. Trepel 2008, S. 151f)

Formatio reticularis

Die Formatio reticularis ist ein Komplex grauer Substanz, der ein Netz von Nervenzellen bildet und das ganze Hirnstammtegmentum (also nicht nur das Mittelhirn) bis hinab ins Rückenmark durchzieht.

Der Formatio reticularis werden zahlreiche Funktionen zugeschrieben. Eine ihrer Aufgaben besteht darin, die Verschaltung einzelner Hirnstammkerne für zum Teil lebensnotwendige Funktionen (beispielsweise Atmung und Kreislauf) zu koordinieren. Sie hat auch eine kardinale Bedeutung für Schlaf-Wach-Rhythmen und damit auch für die Auf- und Abregulierung der Aktivität des gesamten Großhirnkortex. Über intensive Verbindungen mit dem Rückenmark hat die Formatio reticularis weiterhin eine wichtige Funktion bei der extrapyramidalen Motorik. (vgl. Trepel 2008, S. 155f)

3.7. Kleinhirn

Das Kleinhirn koordiniert die Bewegungen, sorgt gemeinsam mit dem Gleichgewichtsorgan für die Aufrechterhaltung des Körpers und beeinfluss den Muskeltonus (Spannungszustand der Muskulatur, Anm. d. Verf.). Gleich wie das Großhirn setzt sich das Kleinhirn aus zwei Hemisphären (Hirnhälften) zusammen und ist von einer Rinde ummantelt. Über Nervenbahnen ist es mit dem Groß- und Mittelhirn und dem verlängerten Rückenmark einerseits und dem Gleichgewichtsorgan andererseits verbunden. (vgl. Blasnig et. al. 2005, S. 86f)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Funktion des Kleinhirns

Das Kleinhirn hat viele Funktionen, die vor allem im Rahmen der Motorik zu sehen sind. Dabei stehen als die „Säulen“ der Kleinhirnfunktion im Vordergrund:

- Steuerung,
- Feinabstimmung und
- Erlernen

(vgl. Trepel 2008, S. 185)

Trepel (2008, S. 186) unterteilt das Kleinhirn funktionell in Vestibulo-, Spino- und Pontocerebellum. Nach ihm ist es sinnvoll, diese drei Teile des Kleinhirns in ihrer Funktion getrennt zu betrachten.

Vestibulocerebellum

Dieser Kleinhirnteil bekommt über die Körperlage und –bewegung (Lokomotion). Mit seinen Fasern zu den okulomotorischen Zentren der Formatio reticularis (siehe voriges Kapitel) und zum Teil direkt zu den Augenmuskelkernen ist das Vestibulocerebellum an der Feinabstimmung nahezu aller Augenbewegungen beteiligt. Es kann über seine Efferenzen (abführende Nervenbahnen) zu den Vestibulariskernen und zur Formatio reticularis auch indirekt Einfluss auf die Stützmotorik des Rumpfes nehmen.

Spinocerebellum

Dieses erhält seine Afferenzen (zuführende Nervenbahnen) überwiegend vom Rückenmark, von dem es ständig Informationen über die Stellung der Extremitäten und es Rumpfes sowie den Tonus der Muskeln bekommt. Diese Informationen werden im Spinocerebellum verarbeitet und über die Efferenzen hauptsächlich zum Ncl. ruber und zur Formatio reticularis geleitet. Beide Zentren projizieren mit koordinierenden und ggf. korrigierenden Impulsen wieder zurück ins Rückenmark. Dort beeinflussen diese Impulse den Muskeltonus und die Bewegungen vor allem jener Muskelbahnen, die der Schwerkraft entgegenwirken.

Das Spinocerebellum ermöglicht dadurch einen unwillkürlichen, reibungslosen Ablauf von Stand- und Gangmotorik (vgl. Trepel 2008, S. 186)

Pontocerebellum

Dieser Teil des Kleinhirns ist für das Erlernen, die Feinabstimmung und den glatten Ablauf von willkürlichen Zielbewegungen verantwortlich, die vom motorischen Kortex aus generiert werden.

Sehr vereinfacht stellt Trepel (2008, S. 187) fest, dass „die im Großhirn entworfene und im Kleinhirn zu koordinierende feine Zielmotorik präzise Bewegungen der Extremitäten ebenso wie die an der Sprache beteiligten, muskulären Vorgänge einschließt.“

Zusammenfassend kann noch festgestellt werden, dass das Kleinhirn natürlich auch eine herausragende Rolle bei jeder Form motorischen Lernens besonders wichtig ist. (vgl. Trepel 2008, S. 186f)

3.8. Zwischenhirn

Anatomisch gesehen sitzt das Großhirn wie ein Pilzhut auf dem entwicklungsgeschichtlich älteren Zwischenhirn (lat. Diencephalon). Hier werden alle unbewussten vegetativen Lebensfunktionen koordiniert. Die Informationen von verschiedensten Rezeptoren lösen dort Reaktionen aus, die ein gleich bleibendes Milieu im Organismus garantieren, zum Beispiel die Thermorezeptoren (Regulierung der Körperkerntemperatur), Osmorezeptoren (lösen Durst aus) oder die Glukoserezeptoren (lösen Hunger aus).

Der Thalamus ist mit dem Großhirn über afferente Nervenbahnen verbunden. Alle Informationen, die im Rückenmark und den unteren Gehirnabschnitten ankommen, werden zunächst in den Thalamus geleitet. Dieser wirkt wie ein großer Filter und leitet nur wichtige Signale an das Großhirn weiter, damit dieses nicht mit den Reizen überflutet wird. Der Hypothalamus schließt sich unten an den Thalamus an und ist über den Hypophysenstiel mit der Hypophyse verbunden. Er steuert über die Aussendung von Nervensignalen und Ausschüttung von Hormonen wichtige Körperfunktionen. (vgl. Blasnig et. al. 2005, S. 86f)

3.9. Großhirn

Das Großhirn ist der größte Teil des Gehirns. Das gesamte Großhirn ist von der ca. 3 mm dicken Großhirnrinde bedeckt. Da sich ein großer Teil der Nervenzellen in der Großhirnrinde befindet, erscheint diese grau (graue Substanz). Die Falten der Großhirnrinde werden Hirnwindungen genannt.

Durch eine tiefe Längsfurche wird das Großhirn in eine rechte und linke Hemisphäre geteilt, die über den Balken (Corpus callosum) aus Nervenbahnen miteinander verbunden sind.

Es gibt motorische und sensorische sowie primäre und sekundäre Rindenfelder. Die primär motorischen Rindenfelder vor der Zentralfurche steuern die bewussten Bewegungen während die primär sensorischen Rindenfelder hinter der Zentralfurche für die Aufnahme bewusster Empfindungen zuständig sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Großhirn (Rindenfelder)

Die sekundären sensorischen Rindenfelder speichern Empfindungen und vergleichen sie mit neuen. Die Wernicke-Region für das Sprachverständnis liegt unterhalb der Seitenfurche und damit unterhalb der sensorischen Rindenfelder. In anderen Rindenfeldern werden Informationen der Sinnesorgane verarbeitet, z. B. die visuellen Informationen in der Sehrinde im Hinterhauptlappen. Zwischen den einzelnen Rindenfeldern bestehen Verbindungen (Assoziationsgebiete), die es uns ermöglichen, Schlüsse aus dem bisher Wahrgenommenen zu ziehen und Handlungsentwürfe zu entwickeln. (vgl. Blasnig et. al. 2005, S. 85f.)

Eine umfassende Beschreibung aller Funktionen des Großhirns würde den Rahmen dieser Arbeit sprengen, deshalb wird ein kurzer Überblick des sehr ins Detail gehenden Kapitels von Trepel (vgl. 2008, S. 216 – 276) gegeben und insbesondere auf für den technischen Werkunterricht relevante Bereiche eingegangen.

Zentrale Regulation der Motorik

Das Striatum ist eine zentrale Schaltstelle motorischer Impulse, wobei seine Hauptaufgabe in der intergratorischen, vor allem inhibitorischen Beeinflussung dieser Impulse liegt.

Nach Trepel (2008, S. 225) wird vereinfacht gesagt die gegenteilige Funktion des Striatums durch das Pallidum bewirkt. Das mediale Pallidumsegment unterdrückt, das laterale Pallidumsegment fördert Bewegungsimpulse. Der Einfluss des Pallidums auf die Motorik manifestiert sich über die Projektionen in den Teil des Thalamus, der motorische Kortexareale erregt. Striatum und Pallidum werden gemeinsam mit dem Ncl. subthalamicus als Basalganglien bezeichnet.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die wichtigste Aufgabe der Basalganglien die Steuerung von Ausmaß, Richtung, Kraft und Geschwindigkeit einer Bewegung ist.

Archikortex und limbisches System

Das limbische System setzt sich zum größten Teil aus allokortikalen Strukturen zusammen und der Begriff ist zum Schlagwort für die „Emotionslokalisierung im Gehirn“ geworden.

Folgende Strukturen werden meist dazugezählt (siehe Abbildung):

- Hippocampus (einschließlich Gyrus dentatus und Fornix)
- Cyrus cinguli
- Cyrus parahippocampalis mit Area entorhinalis
- Corpus amygdaloideum
- Corpus mamillare

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Die wichtigsten Komponenten des limbischen Systems

(1) Gyrus cinguli, (2) Hippocampus mit Gyrus dentatus und (3) Fornix, (4) Corpus amydaloideum, (5) Corpus mamillare, (6) Cyrus parahippocampalis, (7) Septumregion

Der Hippocampus hat eine sehr wichtige Funktion für die Gedächnisbildung und wird als Bestandteil des limbischen Systems ebenso mit endokrinen, viszeralen und emotionalen Vorgängen in Verbindung gebracht.

Der Gyrus cinguli beeinflusst einerseits vegetative Parameter wie z. B. die Nahrungsaufnahme und nimmt andererseits Einfluss auf den psychomotorischen und lokomotorischen Antrieb. Über direkte Projektionen um motorischen Fazialiskern im Hirnstamm steuert er emotional ausgelöste Gesichtsbewegungen wie Lachen oder Weinen.

Trepel (2008, S. 238) gibt folgenden Überblick über die Bestandteile des lymbischen Systems:

- Hippocampus: Gedächnis, Verhalten, emotionale und vegetative Funktionen
- Cyrus cinguli: psycho- und lokomotorischer Antrieb, vegetative Modulation
- Cyrus parahippocampalis mit Area entorhinalis: Gedächnis, Zuleitung von Sinnesinformationen zum Hippocampus
- Corpus amygdaloideum: Affektverhalten/Affektmotorik, „emotionales“ Lernen, Beeinflussung vegetativer Funktionen
- Corpus mamillare: Gedächnis, Affektverhalten, vegetative Funktionen

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