Topaktuelle Forschung im Unterricht: das Körpergewicht in Balance bringen Teach article

Übersetzt von Hildegard Kienzle-Pfeilsticker. Friedlinde Krotscheck beschreibt wie sie einen Artikel über topaktuelle Forschung aus Science in School für ein Schwerpunktthema einer Unterrichtseinheit über den menschlichen Körper nutzte.

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Schulstunden sind für Teenager meist von untergeordneter Bedeutung. Viele Schüler interessieren sich hauptsächlich für ihr Aussehen, ihre Partner und für Spaß außerhalb der Schule; sie haben auch feine Antennen für die Meinungen ihrer Peers. Als ich für Science in School einen Artikel über eine neue, mögliche Hormontherapie bei Adipositas (Fettleibigkeit, Fettsucht) begutachtete (Wynne & Bloom, 2007), überlegte ich deshalb, ob ich den Artikel und die Interessen der Teenager nutzen könnte, um meine Schüler der zehnten Klassenstufe (15 bis 16 Jahre) dazu zu bringen, sich mehr im Biologieunterricht zu engagieren.

Das erste Semester im zehnten Schuljahr ist dem ‘menschlichen Körper’ gewidmet; das ist das erste und einzige Mal, dass die Schüler tiefer in das Thema einsteigen. Über drei Monate widmete ich alle 24 Biologiestunden (jede 45 Minuten lang) dem untergeordneten Thema „Homöostase und der menschliche Körper“, wobei ich mich auf den Science-in-School-Artikel stützte, den ich mit Videoclips aus den The-Science-of-Fat (Fettwissenschaft)- Vorträgen (Evans & Friedman, 2004) ergänzte.

Friedlinde Krotscheck
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von Eckhard Krotscheck

Ich begann damit, dass ich meine Schüler fragte, ob sie gerne eine andere Unterrichtsmethode ausprobieren wollten, die auf einem von mir erstellten Ordner mit Arbeitsblättern und Tabellen beruht. Die Schüler sollten unabhängig und in Gruppen arbeiten, um ihre eigenen Informationsmappen (Aufzeichnungen, Diagramme und Analysen) zu entwickeln, um ihre Ergebnisse den anderen zu präsentieren und sich an den Diskussionen in der Klasse zu beteiligen. Die Schüler waren von der Idee begeistert.

Der Enthusiasmus sowohl für das Thema als auch die Herangehensweise hielt während der nächsten drei Monate an. Sehr motiviert studierten sie die Organsysteme, eigneten sich das Verständnis von Homöostase an und hinterfragten kritisch ihre eigenen Lebensstile. Ich war beeindruckt, wie intensiv sie an ihren Mappen arbeiteten – auch außerhalb des Unterrichts – und auch von dem Eifer, mehr über die damit verbundene Wissenschaft zu lernen, die Lerneinheit zu gestalten, einander zu unterrichten und die ethischen Fragestellungen zu diskutieren.

Ein Anliegen beim Thema Adipositas ist natürlich der sensible Umgang mit übergewichtigen oder adipösen Schülern in der Klasse. Da sich die Unterrichtseinheit zunächst ziemlich lange mit Homöostase und Metabolismus beschäftigte, gingen die Schüler ganz entspannt das Thema Body-Mass-Index an – und natürlich blieben die individuellen Daten der Schüler geheim.

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Als wir die Diskussion über Adipositas und den Forschungsartikel eröffneten, zeigten sich meine zwei übergewichtigen Schüler ermutigt davon, dass ihr Zustand nicht unbedingt ihrem eigenen Fehlverhalten zuzuschreiben war – was zur Folge hatte, dass sie offen ihre Essgewohnheiten in der Klasse diskutierten. Andere Schüler sprachen offen über andere Gewichtsprobleme wie Anorexie und Bulimie.

Weiter unten finden Sie Anleitungen, wie Sie die Unterrichtseinheit übernehmen können. Ich nutzte sie, um (mit dem Einverständnis der Schüler) eine andere Herangehensweise an Biologiestunden einzuführen, die eher der eines Wissenschaftlers entspricht. Dadurch kamen meine Schüler auch zu der Einsicht, dass grundlegendes Faktenwissen zum Verständnis topaktueller Forschung wichtig ist.

Steht Ihnen nicht so viel Zeit für das Thema zur Verfügung, könnten Sie auch nicht so umfangreiche Teile des Projekts verwenden oder einzelne Arbeitsblätter.

1) Der Alltag eines Schülers

Das Energiegleichgewicht.
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von Katie Wynne

Beginnen Sie ihren Unterricht mit der einfachen Frage “Wie geht es Euch?“. Bei der Besprechung und Aufteilung der Schülerantworten in höfliche und aufrichtige Mitteilungen ihrer derzeitigen Gefühlslagen (z.B. traurig, glücklich, müde, gelangweilt) sollten Faktoren ermittelt werden können, die ihre Antworten beeinflusst haben, zum Beispiel:

  • Ob sie gerne in die Schule gehen
  • Ob sie hungrig sind oder Durst haben
  • Wieviel und was sie gegessen haben
  • Wieviel sie geschlafen haben.

Davon ausgehend lenken Sie die Diskussion hin zum menschlichen Metabolismus und einer der Abbildungen (die Energiebalance, siehe links) von Wynne & Bloom (2007). Als Hausaufgabe sollten die Schüler jeden Tag Tabelle 1 ausfüllen, wobei sie aufschreiben was sie essen und wieviel sie sich bewegen. Alle Tabellen und Arbeitsblätter, die man für diese Einheit braucht, kann man von der Science-in-School-Webseite herunterladenw1.

 

Tabelle 1: Nahrungsaufnahme und Energieverbrauch. Schreibe jeden Tag auf, was Du isst, wieviel Du isst und wie und wie lang Du körperlich aktiv bist
  Nahrungsaufnahme Energieverbrauch
Tag Beschreibung des Essens ml oder g Körperliche Aktivität Zeit Entfernung
           
           

2) Die Organsysteme

Um das Thema Metabolismus angehen zu können, müssen die Schüler die Organsysteme des Körpers verstehen und wie sie für die Homöostase zusammenarbeiten. Während der ganzen Einheit sollten die Schüler Informationsmappen über die verschiedenen Funktionen der Organsysteme zusammenstellen, entweder in Gruppenarbeit oder einzeln, im Klassenzimmer oder zuhause. Es ist wichtig, dass der Lehrer nur das Material besorgt (Lehrbücher, Webseiten, Modelle, Diagramme und weitere Informationen über die verschiedenen Organsysteme); die Schüler sollten die Fakten selbst sammeln. Ich habe meinen Schülern sehr wenig Anleitung gegeben, welche Fakten sie sammeln sollen – Unterstützung gab ich überwiegend den schwächeren Schülern. Andere Lehrer mögen einen stärker strukturierten Unterricht bevorzugen.

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Jede Schülergruppe könnte sich auf ein Organsystem konzentrieren und eine 15minütige Präsentation zeigen. Den Abschluss könnte ein Quiz für die Zuhörer bilden.

Haben sie Informationen über alle Organsysteme gesammelt, sollten die Schüler Arbeitsblatt 1 benutzen, um:

  1. Die Funktion jedes Systems zu beschreiben und die dazugehörigen Organe zu benennen.
  2. Mit Pfeilen und Beschriftungen den gegenseitigen Einfluss der Organsysteme aufeinander zu darzustellen.

Mit Bezug auf ihre Angaben in Tabelle 1 sollten die Schüler eine Hypothese zu ihrer eigenen Energiebalance aufstellen (zum Beispiel Gewichtsverlust oder Gewichtszunahme). Sie sollten dann überlegen, wie die Ergebnisse mit denen ihrer Mitschüler quantitativ verglichen werden könnten – und auf die Idee mit dem Body-Mass-Index (BMI) kommen.

BMI = Körpergewicht (kg)
          (Körpergröße (m))2

Mit der Gleichung oder einem Online-BMI-Rechnerw2 sollte jeder Schüler/jede Schülerin seinen/ihren eigenen BMI berechnen. Die erste der Ferienvorlesungen The Science of Fat („Ein genauer Blick auf Adipositas” von Jeffrey M Friedman) kann dazu benutzt werden, einige Grenzen des BMI aufzuzeigen, vor allem dass er nicht gleichermaßen für jeden geeignet ist.

Dann, mit Hilfe der Tabelle 2 und den Daten aus Tabelle 1, sollte jeder Schüler seine/ihre Bilanz für jeden Tag ausrechnen und die Daten über die Woche mitteln, um zu sehen, in welche Richtung sich sein/ihr Energiegleichgewicht bewegt. Dafür werden die Schüler die Anleitung des Lehrers brauchen, um die Daten aus Tabelle 1 in Kilojoules umzurechnen. Es gibt auch viele Webseiten, die diese Berechnungen machen oder die dazu nötigen Informationenw3 bereitstellen.

 

Table 2: Food intake and energy expenditure balance
Food intake minus energy expenditure
Day + kJ (food intake) – kJ (energy expenditure) Energy balance
       
       
Arbeitsblatt 1:
Körperhomöostase. Der
menschliche Körper besteht
aus Organsystemen; jedes
System hat seine eigene
Charakteristik, aber alle
Systeme arbeiten zusammen,
indem sie ständig
Informationen austauschen
und Eingang und Ausgang an
die jeweilige Situation
anpassen. Diese Kooperation
und Kommunikation schafft
Homöostase. Zum
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Mit freundlicher
Genehmigung von Friedlinde
Krotscheck

Die berechnete Energiebilanz wird von Schüler zu Schüler variieren – und könnte sich von den Annahmen am Beginn dieses Abschnitts unterscheiden. In das Diagramm „Energiebalance“ (siehe oben) muss man die Energiebilanz (in kJ) für jeden Schüler eintragen, dann können die Ergebnisse diskutiert werden. Die Schüler werden erkennen, dass der Gesamtenergieverbauch in die Energie aufgeteilt werden kann, die der Körper in Ruhe für metabolische Prozesse verbraucht (unser Grundumsatz) und der Energieverbrauch während körperlicher Aktivität. Tabelle 2 beinhaltet jedoch nur den Energieverbrauch bei Aktivität – und der Grundumsatz wird von Schüler zu Schüler variieren.

Our metabolic energy expenditure can be estimated, Unser Energieverbrauch durch Metabolismus kann aufgrund unserer Größe, unseres Gewichts, Geschlechts und Alters geschätzt werdenw4, w5. Die Schüler könnten ihren metabolischen Grundumsatz schätzen und ihn in die Berechnung ihrer Energiebilanz in Tabelle 2 einbeziehen. Wie ändert das die Einstellung der Schüler gegenüber dem „Energiebalance“-Diagramm (siehe oben)?

Arbeitsblatt 2: Die Zelle als
kleinste Einheit des Lebens.
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von Friedlinde Krotscheck

Nun kann Metabolismus auf zellulärer Ebene mit dem Arbeitsblatt 2 eingeführt werden. Die Schüler sollten ihre Lehrbücher benutzen, um die folgenden Fragen zu beantworten und stellen damit die Verbindung zwischen unserer eigenen Energiebilanz und den Zell-, Gewebe- und Organaktivitäten her.

  1. Liste alle zellulären Strukturen und Organellen auf, die bei jeder der Funktionen im Diagramm beteiligt sind.
  2. Zeige in Arbeitsblatt 2 mit Hilfe von Pfeilen die Abhängigkeit dieser Funktionen voneinander.
  3. Vergleichen Dein Wissen über zelluläre Funktionen mit der Homöostase des menschlichen Körpers. Beschreibe alle Parallelen, die Du erkennst.

Unter meinen Schülern hat diese Tatsache, dass unser Phänotyp – beispielsweise ob wir schlank oder dick sind – durch die Funktion der Zellen in unseren Organen bestimmt wird, eine Diskussion ausgelöst. Manchmal sind die Zellen da, funktionieren aber nicht richtig. Meine Schüler kamen dann zu dem Schluss, dass sich Homöostase auf allen Ebenen einstellt – zwischen Zellen und zwischen Organen – und dass Homöostase (Balance) für einen gesunden Körper nötig ist.

4) Die Einführung des Science-in-School-Beitrags

Nicht alle Schüler weisen eine Energiebilanz nahe Null auf, auch wenn man variablen metabolischen Energieverbrauch berücksichtigt; stattdessen nehmen manche ganz klar mehr (oder weniger) Energie zu sich als sie verbrauchen. Warum? Die Diskussion sollte zum Konzept der Sättigung führen: dem Gefühl, genug gegessen zu haben.

Oxyntomodulin bewirkt ein
Sättigungsgefühl. Zum
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von Katie Wynne

Führen Sie eine zweite Abbildung von Wynne & Bloom (2007) – aber ohne Beschriftungw1. Beschreiben Sie die im Artikel beschriebene Forschung und erklären Sie die Signale, die mit Appetit, Essen und Sättigung verbunden sind. Mit dem Wissen der Schüler über Zellfunktionen in unseren Organsystemen, kann besonders die Rolle der L-Zelle ergründet und diskutiert werden.

Die Schüler sollten die Abbildung entsprechend beschriften.

Bitten Sie Ihre Schüler sich vorzustellen, sie wären adipös und die folgenden Fragen zu beantworten:

  1. Welche der Nachteile, die mit Adipositas verbunden sind (siehe Arbeitsblatt 3) würdet Ihr zuerst angehen?
  2. Wie würdet Ihr vorgehen?
  3. Würdet Ihr um Hilfe bitten? Wenn ja, von wem?
  4. Erstellt eine Liste kleiner Schritte, um Euer Ziel zu erreichen
  5. Wie hängen die Nachteile von Adipositas voneinander ab? Wozu könnten diese Nachteile führen?
  6. Könntet Ihr Euch vorstellen, dass es Euch passieren könnte sehr dick zu werden? Erklärt es.

Die Diskussion sollte die Schüler zu der Erkenntnis bringen, dass Adipositas ein Zeichen gestörter Homöostase ist, wenn möglicherweise manche Menschen aufgrund einer Fehlfunktion der L-Zellen kein Sättigungsgefühl erreichen. Eine Behandlung mit Oxyntomodulin kann möglicherweise zu Gewichtsverlust führen, indem es die Energiebilanz des Körpers korrigiert und so dauerhaft ein gesundes Körpergewicht ermöglicht.

5) Behandlungsperspektive

Arbeitsblatt 3: Eine adipöse
Person. Zum Vergrößern auf
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von Friedlinde Krotscheck

Vor einem breiteren Einsatz von Oxyntomodulin sind weitere Studien nötig. Verwenden Sie aus Wynne & Bloom (2007) den Kasten über klinische Arzneimittelstudien (siehe unten) um zu zeigen, dass Arzneimittel durch viele Teststadien gehen bevor sie zugelassen werden, um Nebenwirkungen zu identifizieren und zu minimieren.

Folgende Fragen könnten auftauchen oder gestellt werden:

  1. Welche Wirkungen hat injiziertes Oxyntomodulin auf die Hirnrezeptoren?
  2. Welchen Effekt außer dem Sättigungsgefühl hatte Oxyntomodulin in der Studie mit Freiwilligen noch?
  3. Könnte das injizierte Hormon die körpereigene Oxyntomodulin-Produktion stören (Substrat-Hemmung)? Stellt eine Hypothese auf.

Abschluss des Themas

Bitten Sie die Schüler, einen kurzen Aufsatz über die mögliche Bedeutung von Oxyntomodulin zur Behandlung von Adipositas zu schreiben — entweder in Form einer kreativen Geschichte oder als Diskussion der Fakten.

Zuletzt könnten die Schüler darüber diskutieren, ob man solche Forschungen überhaupt fördern soll. Warum? Warum nicht? Dies führte zu einer lebhaften Debatte mit meinen Schülern und schloss den Aspekt ein, dass viel mehr Leute auf der Welt verhungern als wegen Adipositas sterben.

Am Ende der Unterrichtseinheit sollten die Schüler verstanden haben, dass unsere Organsysteme voneinander abhängen und sich gegenseitig beeinflussen und dass, wenn sich ein Parameter ändert, dies eine Reihe von Veränderungen an anderer Stelle im System auslöst. Dies gilt für jede Störung der Körperhomöostase, gleich ob Überernährung, Hunger oder Drogenabusus.

 

Klinische Arzneimittelstudien

Neue Wirkstoffe müssen eine Reihe von Tests durchlaufen, Phasen genannt, um zu ermitteln ob sie wirksam und sicher sind.

PHASE I: Frühe Untersuchung mit einer kleinen Gruppe üblicherweise gesunder Freiwilliger, um eine sichere Dosis zu ermitteln und mögliche Nebeneffekte zu sehen.

PHASE II: Untersuchung an einer größeren Gruppe (bis zu 100) mit der zu behandelnden Krankheit, um die kurzzeitige Wirksamkeit und Sicherheit nachzuweisen.

PHASE III: Wirkstoffstudie mit einer großen Gruppe Freiwilliger (bis zu mehreren Tausend) mit der Krankheit über einen längeren Zeitraum bis zu einem Jahr oder länger, um die Behandlung mit einer existierenden Behandlung oder gegen Placebo zu vergleichen.

PHASE IV: Wirkstoffstudie, die üblicherweise nach der Zulassung durchgeführt wird, um die Wirksamkeit der Behandlung nachzuweisen, wenn sie in größerem Umfang eingesetzt wird und um die langfristigen Risiken und Vorteile aufzuzeigen.

Dieses Vorgehen ist entscheidend um zu sichern, dass der Vorteil der Behandlung größer als irgendwelche möglichen Nebeneffekte ist. Das bedeutet aber auch, dass es mehrere Jahre dauern kann, bevor ein neues Arzneimittel verfügbar ist.

Phase
Table 3: Potential obesity drugs entering each phase of clinical trials in 1994-2007. Although many potential drugs are investigated, few reach the market: only two are currently licensed in the USA.
  I II III IV
Number 124 259 169 55

Anmerkung des Herausgebers

Falls Sie einen unserer Wissenschaftsartikel in Ihrem Unterricht genutzt habe, teilen sie uns bitte mit, wie Sie ihn verwendet haben. Kontakt: editor@scienceinschool.org

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References

  • Evans RM, Friedman JM (2004) Howard Hughes Medical Institute holiday lectures: The Science of Fat.
    • In diesen Vorlesungen für die weiterführende Schule diskutieren führende Wissenschaftler wie der Körper das Gewicht reguliert, indem er sorgfältig die Speicherung und die Verbrennung von Fett kontrolliert – und wie ein besseres Verständnis dieser komplexen metabolischen Systeme die Forscher zu Behandlungen führen könnte, die Adipositas im Zaum halten und die öffentliche Gesundheit verbessern könnte.
    • Vorlesung 1: Deconstructing obesity von Jeffrey M Friedman, MD, PhD (Ein genauer Blick auf Adipositas)
    • Vorlesung 2: Understanding fat: syndrome x and beyond, von Ronald M Evans, PhD (Fett verstehen: Syndrom X und mehr)
    • Vorlesung 3: Balancing the fat equation, von Ronald M Evans, PhD (Das Ausbalancieren der Fettgleichung)
    • Vorlesung 4: Exploring obesity: from the depths of the brain to the far Pacific, von Jeffrey M Friedman, MD, PhD (Die Erforschung der Adipositas: von den Tiefen des Gehirns in die Weite des Pazifik)
    • Diese und alle anderen Vorlesungen der Howard-Hughes-Medical-Institute-Ferienvorlesungen können online verfolgt oder kostenlos als DVD bestellt werden. Die Vorlesungsaufschriebe stehen zum Download bereit. Siehe: www.hhmi.org/biointeractive/obesity
    • Um mehr über einige der‚ Howard-Hughes-Medical-Institute- Ferienvorlesungen zu lernen, siehe die folgenden Rezensionen:
    • Hadjimarcou M (2006) Review of Learning from Patients: the Science of Medicine. Science in School 2: 83. www.scienceinschool.org/2006/issue2/patients
    • Hadjimarcou M (2007) Review of Clockwork Genes: Discoveries in Biological Time and Evolution: Constant Change and Common Threads. Science in School 7: 66-67. www.scienceinschool.org/2007/issue7/clockwork
    • Hadjimarcou M (2009) Review of Potent Biology: Stem Cells, Cloning, and Regeneration. Science in School 11: 92. www.scienceinschool.org/2009/issue11/potentbiology
  • Wynne K, Bloom S (2007) Oxyntomodulin: eine neue Therapie gegen Fettleibigkeit? Science in School 6. www.scienceinschool.org/2007/issue6/oxyntomodulin/german

Web References

Resources

Author(s)

Friedlinde Krotscheck hat 25 Jahre lang unterrichtet. Nach ihrer Ausbildung zur Lehrerin hat sie sowohl Sport als auch Biologie in Hamburg und Heidelberg, Deutschland, unterrichtet. 1988 zog sie mit ihrer Familie nach Texas, USA, wo sie sechs Jahre lang Wissenschaft unterrichtet hat und den jährlichen Tag für Mathematik und Wissenschaft organisiert hat. Nach Sommerkursen über Biotechnologie und Gentechnologie wurde sie Verantwortliche für Biotechnologie, das heißt sie hat die Fächer amerikanischen Highschool-Lehrern unterrichtet.

Nachdem sie 1995 an ihre alte Schule in Heidelberg (die Internationale Gesamtschule) zurückgekehrt war, beteiligte sie sich an den Unterrichtsangeboten am European Molecular Biology Laboratoryw6, indem sie das Labor mit ihren Schülern besuchte und an Trainingskursen für Lehrer teilnahm. Dies unterstrich die Bedeutung „realer“ Wissenschaft im Wissenschaftsunterricht – die Planung und Durchführung von Experimenten und das Verständnis und der Ablauf wissenschaftlicher Entdeckung.

Seit ihrem Umzug nach Österreich nach ihrer Pensionierung 2008 hat Friedlinde weiterhin Artikel und Quellen für Science in School rezensiert und den Vorsitz von Science on Stage Österreich innew7.


Review

Aktiv in ihren Unterricht eingebundene Schüler verfolgen ihn immer mit größerem Genuss und lernen immer mehr. Dieser Artikel zeigt wie dies erreicht werden kann, indem ein Beitrag zu topaktueller Forschung aus Science in School genutzt werden kann, um ein Thema aus dem Lehrplan komplett abzudecken.

Das Thema befasst sich mit Mathematik, Biologie und Diskussionen über Gesundheit und Wohlbefinden und wird für viele Schüler eine Herausforderung sein. Die Schüler müssen sich in der Klasse sicher fühlen, bevor sie eine Diskussion über Gewicht beginnen und es ist sicher eine gute Idee zu erwähnen, dass pesönliche Daten vertraulich behandelt werden und außerhalb des Klassenzimmers nicht darüber gesprochen werden sollte.

Die Frage nach Arzneimitteln zur Gewichtskontrolle und Förderung des Gewichtsverlustes ist ein interessantes Thema und könnte auf pflanzliche und OTC-Produkte (von englisch over the counter, rezeptfreie Arzneimittel) ausgedehnt werden. Die Schüler könnten die sozialen, kommerziellen und ethischen Belange von Produkten zur Gewichtsreduktion und deren Werbung diskutieren. Die Aneignung eines Themas durch das Erkennen seiner Bedeutung für das eigene Leben der Schüler kann nur Spaß machen und Interesse wecken.


Shelley Goodman, UK



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