Unterrichtsgang: Schilddrüse
Vorbemerkungen
Der Unterrichtsgang deckt die Standards der inhaltsbezogenen Kompetenzen zum Hormonsystem ab. Am Beispiel eines Strumapatienten erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler in fünf aufeinander aufbauenden Gruppenarbeiten das Fachwissen, das für eine abschließende Diagnose notwendig ist. Im Mittelpunkt der Problematisierung stehen die vermeintlichen Widersprüche, dass sowohl Hyper- als auch Hypothyreose mit Strumabildung einhergehen können, als auch Jodmangel und Jodüberschuss mit der Strumaentstehung in Verbindung gebracht werden.
Sachanalyse und didaktische Reduktion
Schilddrüsenhormone
Die Schilddrüse (Glandula thyeoidea) ist die größte endokrine Drüse des Menschen. Sie produziert unter Verwendung von Jodid die Hormone Thyroxin (T4) und Trijodthyronin (T3). Die Schilddrüsenzellen produzieren vorwiegend das langlebigere T4 (Halbwertszeit bis 7 Tage), welches in den Zielzellen zum kurzlebigeren T3 (Halbwertszeit bis 18 Stunden) umgewandelt (dejodiert) wird. Im Blutserum sind sie größtenteils an das Thyroxin-bindende Globulin (TBG) und weitere Transportproteine gebunden. Thyroxin (T4) und Trijodthyronin (T3) spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation von Stoffwechsel, Wachstum und Herzfunktion. Im Gegensatz zu anderen Hormonen (bspw. Insulin), die als extrazelluläre Liganden von Rezeptoren in der Zellmembran wirken, passieren T4 und T3 die Zell- und Kernmembran und binden im Zellkern an ihren spezifischen Rezeptor. Ohne Bindung des Hormons binden diese Rezeptoren an die DNA und unterbinden dadurch die Expression ihrer Zielgene. Diese Hemmung wird durch Hormonbindung aufgehoben. T3 ist hierbei um ein Vielfaches wirksamer als T4. Obwohl die eukaryotische Genregulation über die Bildungsstandards nicht abgedeckt ist (lediglich die Behandlung prokaryotischer Genregulation) wird die Hemmung und Aktivierung der Transkription durch Transkriptionsfaktoren zum vollständigen Verständnis der Hormonwirkungsmechanismen im Material modellhaft aufgegriffen
Schilddrüsenhormone im Hypothalamus-Hypophysen-System
Das hypothalamisch-hypophysäre System ist die zentrale Kontrollinstanz und bestimmt in einem Feedbackmechanismus (negative Rückkopplung) die Konzentration der Hormone im Blut. Hierbei induziert der Hypothalamus über die Freisetzung des Thyreotopin-releasing-Hormons (TRH) die Freisetzung des thyreoideastimulierenden Hormons (TSH) aus der Adenohypophyse. Dieses stimuliert die Sekretion der Schilddrüsenhormone. Dabei bewirkt TRH über einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor an den thyreotropen Zellen der Hypophyse über Stimulation von Phospholipase C und Protein-Kinase-C eine vermehrte Transkription und Translation von TSH. Dieses wiederum aktiviert den membranständigen G- Protein-gekoppelten Rezeptor auf den Epithelzellen des Schilddrüsenfollikels und stimuliert über die Bildung von cAMP und der Proteinkinase-A die Synthese und Freisetzung von T4 und T3. Die Schilddrüse erhält, im Gegensatz zur Freisetzung von Insulin, keine Signale aus dem vegetativen peripheren Nervensystem.
Zur didaktischen Reduktion wurden im Material einige Vereinfachungen vorgenommen, die vor allem den Zustand von T3 und T4 im Blut und im Cytoplasma und die Prozesse nach Bindung am Rezeptor betreffen. Weitere Details dazu finden sich in den Hintergrundinformationen in den Materialien der Gruppenarbeiten.
Didaktisch-methodische Schwerpunkte
Induktive, kompetenz- und problemorientierte Vorgehensweise
Die Arbeit in den möglichst durchgängig gleichen Dreiergruppen fördert eigenverantwortliches, sorgfältiges und konsequentes Denken und Arbeiten im Team. Das kleinschrittige Vorgehen ermöglicht dadurch, dass nach und nach zur Erkenntnis geführt wird, komplexe Prozesse und Zusammenhänge 30200_dok_unterrichtsgang_hormone_schilddruese ZPG Biologie 2020 Seite 2 von 5 selbst zu vollziehen, den Stoff zu durchdringen und sich einzuprägen. Ergebnisse aus vorhergehenden Gruppenarbeiten dienen in den folgenden Gruppenarbeiten als Hilfen, wodurch die Eigenverantwortlichkeit für sorgfältige Ergebnissicherung eingefordert wird.
Kooperatives Lernen
Einzelarbeitsphasen zu Beginn jeder Gruppenarbeit übergeben die Verantwortung an jedes einzelne Gruppenmitglied, da nur durch das Zusammenfügen aller Einzelergebnisse die Aufgaben der sich anschließenden Gruppenarbeitsphase erfolgreich zu lösen sind. Die Gruppenarbeitsaufgaben verdeutlichen den Schülerinnen und Schülern, dass komplexe Vorgänge im Team oft leichter zu erarbeiten und damit auch zu verstehen sind. Das Teilen der Materialien und das gemeinsame Erstellen der Ergebnisse, die dann kopiert jedem Gruppenmitglied zur Verfügung gestellt werden, erhöhen den Teamcharakter und die gemeinsame Verantwortung.
Differenzierung
Für schnelle Gruppen stehen Aufgaben zur Verfügung, die weitere Aspekte der Themen hinterfragen oder vertiefen oder das be0reits erworbene Wissen zur Unterstützung anderer Gruppen anwenden. Zur Lösung komplexer Aufgaben stehen Tipps zur Verfügung. Die Aufgabenvorschläge Text in Bild können auch in Bild in Text Umsetzungen umgestaltet werden und binnendifferenziert eingesetzt werden.
Umgang mit unterschiedlichen Darstellungsformen
Der Umgang mit unterschiedlichen Darstellungsformen ist eine zentrale Fähigkeit im naturwissenschaftlichen Unterricht. Das Zusammenführen von Informationen aus unterschiedlichen Darstellungsformen in eine neue Darstellungsform wird im Unterricht vorrangig durch Entnahme von Informationen aus beispielsweise Tabellen, Diagrammen und Graphiken mit textbasierter Antwort oder durch Zusammenfassungen von Texten in Flussdiagrammen geübt. In diesem Unterrichtsgang werden zusätzlich auch die Darstellung von Textinformationen in komplexeren Bildern zur Verbesserung von Textverständnis, Erschließen komplexer Zusammenhänge und Verwenden von Fachbegriffen geübt.
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