Skelett und Muskulatur des Menschen - Was unseren Körper trägt und stützt

Rund um die Reihe

Warum wir das Thema behandeln

Ihre Schülerinnen und Schüler* sollten schon früh ihren eigenen Körper kennenlernen und damit einhergehend notwendige Kompetenzen für ein gesundheitsförderliches Verhalten er- werben. Die vorgeschlagene Unterrichtsreihe unterstützt sie darin. Darüber hinaus ermöglicht die Reihe einen anschaulichen und phänomenorientierten Unterricht. Dies erleichtert das na- turwissenschaftliche Vorgehen und garantiert, dass die Lernenden auf ihrem aktuellen Wis- sensstand abgeholt werden.

* Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur „Schüler“ geschrieben.

Was Sie zum Thema wissen müssen

Das menschliche Skelett

Das menschliche Skelett setzt sich aus dem Schädel, dem Brustkorb, der Wirbelsäule, dem Beckengürtel und den Gliedmaßen (Extremitäten) zusammen. Ihm kommen drei wichtige Aufgaben zu:

1. Stütze unseres Körpers: Die Wirbelsäule sowie die Knochen von Armen und Beinen geben unserem Körper Stabilität. Sie ermöglichen uns eine aufrechte Haltung und einen aufrech- ten Gang.

2. Schutz unserer lebenswichtigen Organe: So schützen die Schädelknochen unser Gehirn.

Unter den Rippen liegen das Herz und die Lunge geschützt im Brustkorb. Im Becken liegen geschützt die Eingeweide.

3. Bewegung: In Gelenken sind einzelne Knochen beweglich miteinander verbunden. Durch das Zusammenspiel von Gelenken, Muskeln und Sehnen können wir unseren Körper bewe- gen. Sehnen stellen dabei die Verbindung zwischen den Muskeln und den Knochen her.

Unsere Wirbelsäule besitzt eine doppelte s-förmige Krümmung. Dadurch federt sie Schläge ab und verhindert, dass unser Gehirn zu sehr erschüttert wird. Dem Abfedern von Erschütte- rungen dienen auch die Bandscheiben, die sich zwischen den Wirbelknochen der Wirbelsäule beinden. Am Rücken sind die Rippen mit der Wirbelsäule und im Brustbereich mit dem Brust- bein beweglich verbunden.

Die Armgliedmaßen bestehen aus einem Oberarm- und zwei Unterarmknochen. Der längere Unterarmknochen, die Elle, liegt auf der Seite des kleinen Fingers. Die Speiche ist kräftiger als die Elle. Sie liegt daumenseitig.

Das Beinskelett setzt sich aus dem Oberschenkelknochen, der Kniescheibe und den aus Schienbein und Wadenbein bestehenden Unterschenkelknochen zusammen. Der Fuß besteht aus Fußwurzel-, Mittelfuß- und Zehenknochen.

Aufbau von Knochen

Die Gesamtzahl der Knochen im Körper variiert von Mensch zu Mensch. Säuglinge kommen mit über 300 Knochen zur Welt, von denen im Laufe der Zeit allerdings einige zusammenwach- sen. Erwachsene besitzen durchschnittlich 210 Knochen.

Ihre Härte erhalten Knochen durch die Einlagerung von Mineralsalzen, vor allem Calciumphos- phat, in die Grundsubstanz. Die tragfähigsten Knochen sind die Röhrenknochen der Glied- maßen. Ihre Stabilität erreichen sie durch ihren besonderen Bau. Die Wand der Knochen, die Knochenrinde, besteht aus zwei Schichten verknöcherter Bindegewebsfasern. Im Bereich der beiden Knochenenden liegen dichtgepackt die Knochenbälkchen, die nach den Hauptrichtun- gen der einwirkenden Kräfte ausgerichtet sind. Das schwammartige Gerüstwerk dieser feinen Knochenbälkchen bezeichnet man als Schwammgewebe. Im Bereich des Knochenschafts,

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d.  h. den inneren Teil des Knochens, der die beiden Knochenenden miteinander verbindet, fehlt das Schwammgewebe. Im Inneren des Knochenschafts sowie in den Zwischenräumen des Schwammgewebes bei ndet sich das Knochenmark. Die gesamte Außenfl äche der Kno- chen – ausgenommen der Gelenkfl ächen – wird von der Knochenhaut überzogen. Sie enthält die zur Versorgung des Knochens notwendigen Blutgefäße und Nerven.

Mehrere Knochen bilden ein Gelenk

Zwei oder mehrere Knochen können sich zu einem Gelenk verbinden. Dabei bildet ein Kno- chen den Gelenkkopf, ein anderer Knochen die Gelenkpfanne. Die Gelenkfl ächen sind mit ei- ner glatten Knorpelschicht überzogen. Eine aus elastischen Fasern bestehende Gelenkkapsel hält die Knochen zusammen. In der Gelenkkapsel bei ndet sich die Gelenkschmiere.

Je nach Bau der Gelenke sind verschiedene Bewegungsrichtungen möglich. Man unterschei- det Kugelgelenke (z.  B. Hüftgelenk), Sattelgelenke (z.  B. Grundgelenk des Daumens) und Scharniergelenke (z. B. Ellbogengelenk).

Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung

Voraussetzungen der Lerngruppe

Die Unterrichtsreihe setzt keine fachlichen Kenntnisse Ihrer Schüler voraus. Da mehrere Schü- lerversuche durchgeführt werden, ist es von Vorteil, wenn die Lernenden im selbstständigen Durchführen und Protokollieren von Versuchen geübt sind.

Aufbau der Reihe

Als Einstieg in die Einheit dient Farbfolie M 1, die einen Comic mit einer Geschichte vom Zau- bermädchen Kim Karfunkel zeigt. Im 1. Teil der Geschichte bricht sich Kim beim Airballspiel den Arm, woraufhin dieser außer Form gerät. Im Unterrichtsgespräch wird festgestellt, dass unser Skelett unserem Körper die nötige Form und Stabilität gibt. Im zweiten Teil der Ge- schichte wird Kims Arm wieder gesund gezaubert. Dabei entsteht allerdings auch ein unge- ordneter Knochenhaufen. Nun werden die Schüler an das naturwissenschaftliche Vorgehen herangeführt: Sie sollen herausi nden, um welches Skelett es sich beim Knochenhaufen han- delt. In Einzelarbeit wird anschließend das Skelettpuzzle M 2 gelöst. Schnell wird klar, dass es sich um ein menschliches Skelett handelt. Sind die Skelette erstellt, werden noch die einzelnen Knochen des menschlichen Skeletts auf Arbeitsblatt M 3 bezeichnet. Die Ergebnisse können anschließend an einem Modellskelett gesichert werden.

Als Einstieg in die 3. Stunde wird ein Foto des Gerichts „Beinscheibe vom Rind“ (Zusatzma- terial auf CD ) genutzt. Es zeigt, dass die Röhrenknochen von Wirbeltieren innen hohl sind.

Im Schülerversuch M  4 bauen die Schüler dann ein Modell eines Röhrenknochens, dessen Belastbarkeit getestet wird. Mithilfe von Arbeitsblatt M 5 werden die Vor- und Nachteile des Knochenmodells betrachtet. Nachdem der Aufbau des menschlichen Skeletts und der Röh- renknochen geklärt ist, stellt sich die Frage, wieso das Skelett beweglich ist: Es liegt an den Gelenken. Diese werden in der 4. Stunde betrachtet werden. Angeleitet durch Arbeitsblatt M 6 bauen die Schüler ein Gelenkmodell und lernen die Arthrose als eine Form der Gelenkerkran- kung kennen (Arbeitsblatt M 7). Abschließend wird noch kurz auf das Gegenspielerprinzip der Muskeln eingegangen (Arbeitsblatt M 8).

Zum Abschluss der Einheit können die Schüler ihren Wissensstand mithilfe des Selbst-Tests M 9 und des Suchsels M 10 abrufen.

Tipps zur Differenzierung

Um allen Schülern das Mitarbeiten zu ermöglichen, können bei Bedarf bei den Arbeitsblättern M 5 und M 6 Tippkarten (Zusatzmaterial auf CD ) genutzt werden.

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Ideen für die weitere Arbeit

Sollte Ihnen nach Durchführung der Einheit noch Zeit zur Verfügung stehen, kann das Thema Gelenke vertieft werden, indem die verschiedenen Gelenktypen vorgestellt werden. Als Ein- stieg können Sie die Schüler erforschen lassen, mit welchen Gelenken an welcher Stelle ihres Körpers welche Formen von Bewegungen möglich sind.

Im Anschluss an die Einheit bietet es sich an, das Thema „Muskeln“ zu behandeln. Daran an- knüpfend können die Themen „Fit durch Bewegung“ bzw. „Sporterziehung“ im Unterricht besprochen werden.

Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler

Die Schüler …

• beschriften die Knochen eines menschlichen Skeletts.

• erklären den Aufbau und die Funktion von Röhrenknochen.

• erklären den Aufbau und die Funktion von Gelenken.

• nennen die Unterschiede zwischen einem gesunden Gelenk und einem Gelenk mit Arthrose.

• erläutern das Gegenspielerprinzip bei Muskeln.

• wenden den naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg an.

• üben den kritischen Umgang mit Modellen.

• zeichnen einfache Versuchsaufbauten.

• planen und führen selbst einfache Versuche durch und erstellen Versuchsprotokolle.

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Mit einem Comic als Einstieg!

Was unseren Körper trägt und stützt – Skelett und Muskulatur des Menschen

Ein Beitrag von Kim Möhrke, Oldenburg

Mit Illustrationen von Julia Lenzmann, Stuttgart

Unser Skelett stützt unseren Körper, ist da- für verantwortlich, dass wir uns bewegen können, und schützt die lebenswichtigen Or- gane.

In dieser Einheit wird dieser wichtige Teil un- seres Körpers unter die Lupe genommen.

Ihre Schüler erforschen aus der Perspekti- ve des Zaubermädchens Kim Karfunkel den Aufbau des Skeletts und bauen ein Knochen- und Gelenkmodell. Am Ende der Einheit wird das Gegenspielerprinzip der Muskeln im Schülerversuch erforscht. Im Mittelpunkt der Einheit steht die Anwendung des naturwis- senschaftlichen Erkenntniswegs.

Das Wichtigste auf einen Blick

Klasse: 5/6

Dauer: 6 Stunden (Minimalplan: 3) Kompetenzen: Die Schüler …

• beschriften die Knochen eines mensch- lichen Skeletts.

• erklären den Aufbau und die Funktion von Röhrenknochen und Gelenken.

• nennen die Unterschiede zwischen einem gesunden Gelenk und einem Ge- lenk mit Arthrose.

• erläutern das Gegenspielerprinzip bei Muskeln.

Aus dem Inhalt:

• Vom Schädel bis zum Zeh – das Skelett- puzzle

• Wir beschriften das menschliche Skelett

• Wir bauen Knochen- und Gelenkmodelle

• Vor- und Nachteile von Modellen

• Wenn Knochen aneinander reiben – Ge- lenkverschleiß

• Das Gegenspielerprinzip von Muskeln

• Selbst-Test und Suchsel zu Skelett und Muskulatur des Menschen

Foto: Colourbox

Aus der Perspektive des Zaubermädchens Kim Kar- funkel erhalten Ihre Schüler Einblicke in Skelett und Muskulatur des Menschen.

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Die Reihe im Überblick

 V = Vorbereitung SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt

 D = Durchführung Fo = Folie LEK = Lernerfolgskontrolle = Zusatzmaterial auf CD TK = Tippkarte PP = PowerPoint-Präsentation Stunden 1–2: Das menschliche Skelett

Material Thema und Materialbedarf M 1 (Fo) Das verhexte Airballspiel

M 2 (Ab) Vom Schädel bis zum Zeh – das Skelettpuzzle M 3 (Ab) Wir beschriften das menschliche Skelett Stunden 3–4: Knochen- und Gelenkmodelle, Gelenkverschleiß

Material Thema und Materialbedarf

M 4 (Ab/SV) Wie sind unsere Knochen aufgebaut?

 V: 2 min

 D: 10 min

 5 transparente Klebestreifen  8 gleich große Blätter Papier

(PP) Das Gericht „Beinscheibe vom Rind”

M 5 (Ab) Das Röhrenknochenmodell – Vor- und Nachteile (TK) Tippkarten zu M 5

M 6 (Ab/SV) Wir entwickeln ein Gelenkmodell

 V: 3 min

 D: 15 min

 2 Stück Kreide

 1 feuerfeste Unterlage

 1 Teelicht

 1 Becherglas mit Öl

 1 Packung Streichhölzer

(TK) Tippkarten zu M 6

M 7 (Ab) Wenn Knochen aneinander reiben – Gelenkverschleiß Stunde 5: Das Gegenspielerprinzip der Muskeln

Material Thema und Materialbedarf M 8 (Ab/SV)

 V: 2 min

 D: 6 min

Jetzt kommt Bewegung ins Spiel! – Das Gegenspielerprinzip unserer Muskeln

Stunde 6: Lernerfolgskontrolle

Material Thema und Materialbedarf

M 9 (LEK) Teste dich selbst! – Was weißt du alles über das Skelett und die Muskulatur des Menschen?

M 10 (LEK) Das verzauberte Biologiebuch – ein Suchsel zu Skelett und Muskulatur des Menschen

Minimalplan

Ihnen steht wenig Zeit zur Verfügung? Dann verzichten Sie auf die Stunden 5 und 6 und setzen Sie die Arbeitsblätter M 4 und M 7 als Hausaufgabe ein. So kann die Einheit in 3 Stunden un-

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Das verhexte Airballspiel M 1

Das Zaubermädchen Kim Karfunkel spielt am liebsten Airball im Sportteam ihrer Zau- berschule. Doch eines Tages …

stration: Julia Lenzmann

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Wir beschriften das menschliche Skelett M 3

Aus dem Knochenhaufen ist ein menschliches Skelett entstanden. Aber wie nennt man eigent- lich die einzelnen Bestandteile? Lerne hier die richtigen Bezeichnungen der Knochen kennen.

Aufgabe

Beschrifte die Zeichnung eines menschlichen Skeletts mit den folgenden Begriffen:

Kniescheibe – Wadenbein – Kreuzbein – Schädel – Unterkiefer – Rippen – Brustwirbel –  Speiche – Fingerkochen – Becken – Halswirbel – Schlüsselbein – Schienbein –  Oberarmknochen – Handwurzelknochen – Fußwurzelknochen – Zehenknochen –  Elle – Lendenwirbel – Schulterblatt – Brustbein – Wirbelsäule – Steißbein – Mittelhand-

knochen – Oberschenkelknochen – Mittelfußknochen

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M 4 Wie sind unsere Knochen aufgebaut?

Kim freut sich, dass es heute endlich mal wieder ihr Lieb- lingsessen gibt: Beinscheibe vom Rind mit Kartoffelbrei.

Heute bekommt sie ein besonders großes Stück, sogar noch mit Knochen. Nach dem Essen sieht sie, dass der Knochen hohl ist. Warum ist das so?

Aufgabe 1

Verwirrt schaut Kim in ihrem Biologiebuch nach. Dort entdeckt sie eine Abbildung zum Aufbau der Knochen von Wirbeltieren (siehe links). Diese Knochen nennt man Röhrenknochen. Betrachte dir die Abbildung eines Röhrenknochens aus Kims Biologiebuch.

a) Entwickle eine Forschungsfrage, die sich Kim nach Betrachten der Abbildung stellen könnte.

b) Stell eine Vermutung zu deiner Forschungsfrage auf.

c) Nenne Möglichkeiten zur Überprüfung deiner Frage.

Aufgabe 2

a) Führe den folgenden Versuch durch. Notiere dann deine Beobachtungen.

Schülerversuch in Einzelarbeit  Vorbereitung: 2 min  Durchführung: 10 min Das benötigt ihr

 5 transparente Klebestreifen  8 gleich große Blätter Papier So führst du den Versuch durch

1. Drehe drei Blätter Papier zu kleinen Röhren zusam- men und befestige sie jeweils mit Klebestreifen.

2. Drehe nun ein weiteres Blatt Papier um die drei aufeinandergestapelten kleinen Röhren und befes- tige es mit Klebestreifen.

3. Drehe eine gleich große Röhre aus vier Blättern Pa- pier und befestige sie mit Klebestreifen.

4. Vergleiche durch verschiedene Tests die Belastbar- keit beider Röhren.

b) Versuche, jeweils eine Erklärung für deine Beobachtungen zu i nden.

Foto: Thinkstock/iStock

Beinscheibe vom Rind mit Kartoffelbrei

Vom Papier (links) zum Modell eines Röhrenknochens (rechts)

Schnittbild eines Röhrenknochens Knorpel

Knochenrinde Knochenmark Knochenhaut

Markhöhle Knochenbälkchen

Blutgefäße

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M 6 Wir entwickeln ein Gelenkmodell

Kim besucht wie jeden Sonntag ihren Opa. „Wie geht es dir?“, fragt sie ihn zur Begrüßung.

„Leider nicht so gut. Mir tun die Gelenke weh“, antwortet ihr Opa. Er leidet nämlich unter Ge- lenkverschleiß.

Aufgabe 1

a) Lies dir den folgenden Info-Text durch.

Kims Opa erzählt: „Gelenkverschleiß musst du dir so vorstellen wie zwei Kreidestücke, die aneinander reiben. Geh mal in die Küche und hole zwei Stücke Kreide. Reibe sie aneinander und schau, was pas- siert.“ Kim tut dies und fragt verwundert: „Also wenn ich mein Knie bewege, tut das nicht weh. Mein Gelenk muss also anders aussehen als deins.“ – „Richtig!“, antwortet ihr Opa. „Fügst du noch etwas Öl oder Wachs hinzu, erhältst du das Modell eines gesunden Kniege- lenks, so wie du es hast.“

b) Entwickle eine Forschungsfrage zum Einstiegstext.

c) Stelle eine Vermutung zu deiner Forschungsfrage auf.

d) Nenne Möglichkeiten zur Überprüfung deiner Frage.

Aufgabe 2

a) Führt den folgenden Versuch durch.

Tipp Lasst das Wachs immer erst trocknen! Eine Kombination der Materialien (Wachs/

Öl) ist möglich!

Schülerversuch in Partnerarbeit  Vorbereitung: 3 min  Durchführung: 15 min Das benötigt ihr

 2 Stücke Kreide

 1 feuerfeste Unterlage

 1 Teelicht

 1 Becherglas mit Öl

 1 Packung Streichhölzer

So führt ihr den Versuch durch

Entwickelt aus den gegebenen Materialien ein Modell für ein gesundes Gelenk und eines für ein Gelenk mit Gelenkverschleiß.

b) Skizziert den Aufbau eures Modellversuchs.

c) Beschreibt eure Beobachtungen.

d) Ordnet den Bestandteilen eures Gelenkmodells eine Entsprechung aus der Wirklichkeit zu.

Wusstest du schon …

… dass Ärzte statt von Gelenkverschleiß häui g von Arthrose sprechen? Je älter ein Mensch ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass er Arthrose hat. So leiden zwei von drei Menschen im Alter von 65 Jahren unter Arthrose. Die Ursache liegt in der Abnutzung des Knorpels, welcher den Abrieb dämpft.

Foto: Thinkstock/iStock

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Das verzauberte Biologiebuch – ein Suchsel zu M 10 Skelett und Muskulatur des Menschen

Nach der Schule wollte Kim Karfunkel in ihrem Biologiebuch weiterlesen.

Leider hat ein Zauber alle Buchstaben durcheinandergebracht. Kannst du Kim helfen, die 22 Wörter zum Thema „Skelett und Muskulatur des Men- schen“ wiederzuinden?

Aufgabe

Finde die 23 Wörter und zeichne mindestens 3 der gefunden Begriffe.

Die erlaubten Richtungen sind oben – unten, unten – oben, links – rechts, rechts – links. Schreibe Ä, Ö, Ü, ß als AE, OE, UE, SS.

Der Mensch • Beitrag 28 Skelett und Muskulatur des Menschen (Kl. 5/6)

Finde die 23 Wörter und zeichne mindestens 3 der gefunden Begriffe.

Die erlaubten Richtungen sind oben-unten, unten-oben, links-rechts, rechts-links.

Schreibe Ä, Ö, Ü, ß als AE, OE, UE, SS.

E R Z V E O E L L E Q U A K S A L B E R B I Z E P S G E L E N K K A P S E L P R Q R I L L U N S R B R E I N H I T R I T U B L E R T E E O T A S P E Z I R T Z B A T E K N O C H E N B A E L K C H E N D G T K S E A T A H I K I M J B E K U I I E E N U R D M B R M R H O Z H H G R R O L U E M V A O B E N A T E F E R H E P E E N H E E D E D N E M U H U L P U G R R N B C Z N F K E K H N L R S A G U U E E K X S T F G N R N C E B K C K E N E L I P C R R A H O I O I H A E W R T R B E M F G E E S K L U C E C A F A E V E F I H A J B L E A T H H P O B C D E U I G P C N L O R R R T H E S N T T E L E K S S S N B E D N T R O N S K R B N E F F G N K E N R H N O U L L N E N M B A S D B E N K N I E N S B E C K E N T E F F G I G E A M T Z H E Z N I E B N E I H C S O E L S O T T U I Z E R K L Z N N N N E R G E M D F G K N E L E G R E T L U H C S P G

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