Inhaltsübersicht
1 MINT in Bewegung – Grundgedanken zu einem interdisziplinären Schülerlabor
I MINT & Springen
2 Beschleunigungs-Zeit-Verläufe – Squat Jump und Counter Movement Jump
3 Bewegungsdiagramme – Squat Jump, Counter Movement Jump und Drop Jump
II MINT & Fortbewegen
6 Rekorde im Tierreich – der Gepard
III MINT & Werfen
7 Die biomechanischen Prinzipien beim Basketballstandwurf
8 Genauigkeit des Zielwurfs vor und nach Belastung
IV MINT & Herz-Kreislauf- System
9 Funktion und Anatomie des Herzens
11 Den Herzschlag sehen und hören
12 Kraftsport und Blutdruck – der Baroreflex
V MINT & Thermoregulation des Körpers
13 Wissenschaftliche Erforschung der Thermoregulation
1 MINT in Bewegung – Grundgedanken zu einem interdisziplinären Schülerlabor
Für viele Herausforderungen in der modernen Gesellschaft ist ein vernetztes und fachübergreifendes Denken notwendig. Um (angehende) Lehrkräfte dabei zu unterstützen, Schüler*innen auf solch ein interdisziplinäres Problemlösen vorzubereiten, werden in diesem Buch 13 fachübergreifende Lerneinheiten ausführlich beschrieben. Sie ermöglichen einen innovativen Zugang durch die Verknüpfung von MINT-Inhalten und sportlichen Bewegungen, die die Lernenden am eigenen Körper direkt erfahren können. So sollen das Interesse besonders gefördert und Impulse gesetzt werden, um traditionelle Denkweisen in den MINT-Fächern durch neue Perspektiven zu erweitern. Die Lerneinheiten stammen aus dem Schülerlabor „MINT in Bewegung“ am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).
I MINT & Springen
2 Beschleunigungs-Zeit-Verläufe – Squat Jump und Counter Movement Jump
In dieser Lerneinheit wird anhand des Squat Jump und des Counter Movement Jump die Beschleunigung im Zusammenhang mit der Zeit thematisiert. Im ersten Schritt werden dabei die Beschleunigungs-Zeit-Verläufe der beiden Sprünge anhand vorgegebener Aufgaben analysiert, im zweiten Schritt sollen die Schüler*innen ihre eigenen Beschleunigungs-Zeit-Verläufe und ihre eigenen maximalen Beschleunigungen bestimmen.
3 Bewegungsdiagramme – Squat Jump, Counter Movement Jump und Drop Jump
Das Ziel dieser Lerneinheit ist es, ausgehend von den beidbeinigen Sprungformen Squat Jump, Counter Movement Jump und Drop Jump die vertikale Bewegung dieser Sprünge in Zusammenhang mit den Weg-Zeit-Diagrammen der Körperschwerpunktbahn zu bringen. Im Bereich der inhaltsbezogenen Kompetenzen geht es um das Beschreiben und Interpretieren dieser Bewegungsdiagramme in Verbindung mit den Bewegungsphasen der Sprünge. Durch die Videoaufnahmen der Sprungformen, die zur Unterstützung für die Bearbeitung der Aufgaben dieser Station verwendet werden, wird im Bereich der Medienbildung der Einsatz von digitalen Medien wie Smartphones und Tablets für Bewegungsanalysen im Sport thematisiert. Zudem werden fächerübergreifende Inhalte aus den Fächern Sport, Physik und Mathematik implizit miteinander verknüpft.
4 Jump and Reach Test bei unterschiedlichen Sprungformen – Sprunghöhe bei unterschiedlichen Sprüngen bestimmen
In dieser Lerneinheit lernen die Schüler*innen, Bewegungen bzw. Bewegungskombinationen aus biomechanischer Sicht zu erklären und zu analysieren. Mithilfe verschiedener Sprungformen werden die biomechanischen Prinzipien, genauer das Prinzip der Anfangskraft und das Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilimpulsen, sowie deren Zusammenhang thematisiert. Die erreichte Sprunghöhe bei den verschiedenen Stationen wird mithilfe eines an der Wand befestigten Maßbands bestimmt. Außerdem werden prozessbezogene Kompetenzen im Bereich der Erkenntnisgewinnung durch das Durchführen und Auswerten des Experiments gefördert sowie Erkenntnisse verbalisiert und Ergebnisse bewertet.
II MINT & Fortbewegen
5 Gehen, Laufen und Sprinten
Anhand des Kontexts der menschlichen Fortbewegungsarten Gehen, Laufen und Sprinten werden die kinematischen Größen Geschwindigkeit, Strecke und Zeit sowie deren funktionaler Zusammenhang thematisiert. Die Berechnung der Geschwindigkeiten beim Gehen, Laufen und Sprinten basiert auf eigens aufgenommenen Messwerten der Schüler*innen. Daneben werden prozessbezogene Kompetenzen im Bereich der Erkenntnisgewinnung durch das Durchführen und Auswerten des Experiments gefördert sowie Erkenntnisse verbalisiert und Ergebnisse bewertet. Neben den physikalischen Inhalten werden spezifische Aspekte der drei Fortbewegungsarten Gehen, Laufen und Sprinten hervorgehoben und unterschieden.
6 Rekorde im Tierreich – der Gepard
Die Lerneinheit befasst sich mit dem Geparden und dessen Anpassungen an seine Lebenswelt. Als das schnellste Landsäugetier schafft es der Gepard auf Beschleunigungen, die einem Porsche 911 gleichen (Porsche, 2019). Die Schüler*innen sollen in dieser Lerneinheit einige der körperlichen Voraussetzungen, die eine Raubkatze zum Rennen benötigt, kennenlernen. Um ein solches Phänomen zu verstehen, sollen sich Schüler*innen besonders mit den Krallen des Geparden beschäftigen. Dazu sollen sie nicht nur deren Funktion in der Natur verstehen, sondern auch, inwieweit sich der Mensch solche Anpassungen der Tiere abgeschaut und sich zunutze gemacht hat. In reduzierter Form sollen die Schüler*innen selbst den Effekt der Bodenhaftung erleben. Dies testen sie in zwei Experimenten, welche sich mit der Geschwindigkeit des Sprints mit und ohne Turnschuhe beschäftigt.
III MINT & Werfen
7 Die biomechanischen Prinzipien beim Basketballstandwurf
Anhand eines Standwurfs im Basketball sollen folgende drei biomechanischen Prinzipien nach Hochmuth (1982) entdeckt und verdeutlicht werden: das Prinzip der Anfangskraft, das Prinzip des optimalen Beschleunigungswegs und das Prinzip der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen.
8 Genauigkeit des Zielwurfs vor und nach Belastung
Ziel dieser Lerneinheit, bei der ein Tennisball in einen Eimer geworfen werden soll, ist es herauszufinden, wie Belastung die Leistungsfähigkeit beeinflusst. Die Schüler*innen arbeiten dazu paarweise zusammen und übernehmen jeweils einen theoretischen und praktischen Teil. Dabei sollen alle Schüler*innen aktiv am Arbeitsprozess beteiligt sein: ein*e Schüler*in durch Tabata-Training und Tennisballwürfe, der*die andere Schüler*in durch die Dokumentation und Auswertung der Ergebnisse auf einem Arbeitsblatt.
IV MINT & Herz-Kreislauf- System
9 Funktion und Anatomie des Herzens
In dieser Lerneinheit sollen die Schüler*innen das menschliche Herz in Funktion und Anatomie näher kennenlernen. Es werden mithilfe verschiedener Aufgabenstellungen und Informationstexte die anatomischen Bestandteile des Herzens und seine Funktion in Verbindung mit sportlicher Leistung thematisiert. Durch eine Aufgabe zur Vergrößerung des Herzens bei Athlet*innen (Kardiomegalie) sollen die funktionellen langfristigen Adaptationsprozesse des Organs und ihre Abhängigkeit von körperlicher Belastung erlernt werden.
10 Ein eigenes EKG erstellen
In der Lerneinheit „Ein eigenes EKG erstellen“ sollen die Schüler*innen das menschliche Herz und seine Herzaktion als eine adaptive Kreislauffunktion näher kennenlernen. Mithilfe von medizintechnischen Hilfsmitteln werden Messungen der Herzaktion vor und nach sportlicher Betätigung von Schüler*innen selbst durchgeführt. Anschließend werden die gemessenen Daten ausgewertet. Dadurch sollen die Organfunktionen des Herzens und ihre Abhängigkeit von körperlicher Belastung mess- und erfahrbar gemacht werden. Darüber hinaus werden die Struktur und Funktion des Herzens thematisiert.
11 Den Herzschlag sehen und hören
In dieser Lerneinheit sollen die Schüler*innen das menschliche Herz und seine Herzaktion mit verschiedenen Sinnen näher kennenlernen. Mithilfe eines Stethoskops werden Auskultationen der Herztöne vor und nach sportlicher Betätigung von Schüler*innen selbst durchgeführt. Dadurch sollen die Organfunktionen des Herzens und ihre Abhängigkeit von körperlicher Belastung mess- und erfahrbar gemacht werden. Darüber hinaus wird die Entstehung der abgehörten Herztöne analysiert sowie der individuelle Ruhe- und Belastungspuls berechnet. Außerdem werden die Struktur und Funktion des Herzens thematisiert.
12 Kraftsport und Blutdruck – der Baroreflex
Ziel dieser Lerneinheit ist das Kennenlernen des Baroreflexes. Die Schüler*innen sollen zunächst ihren eigenen Blutdruck bestimmen und anschließend ein Experiment zu dessen Beeinflussbarkeit durch selbst herbeigeführten Überdruck im Oberkörper durchführen. Dabei sollen sie die Methode der Blutdruckmessung sowie deren Abhängigkeit vom Barorezeptor genauer kennenlernen. Am Ende der Station sollen sie den Einfluss von Kraftsport auf den Blutdruck bewerten können.
V MINT & Thermoregulation des Körpers
13 Wissenschaftliche Erforschung der Thermoregulation
In dieser Lerneinheit erforschen die Schüler*innen das Thema „Thermoregulation beim Sport“. Dabei setzen sie sich mit der Funktionsweise eines Infrarotthermometers, unterschiedlichen Regulationsmechanismen für die Körpertemperatur, der Funktion von Schweiß und der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung auseinander. Im Anschluss überprüfen sie die kühlende Wirkung von Schweiß empirisch. Ziel der Lernstation sind das Formulieren und das Überprüfen einer Hypothese, welche das Phänomen der Thermoregulation erklärt. Als Ausblick können sich interessierte Schüler*innen mit der Frage auseinandersetzen, warum sich die gefühlte und die gemessene Temperatur unterscheiden.
14 Wärmehaushalt des Körpers
In dieser Lerneinheit erforschen die Schüler*innen den Wärmehaushalt ihres Körpers. Dabei setzen sie sich zuerst praktisch mit einer Wärmebildkamera auseinander und erarbeiten sich im Anschluss theoretische Grundlagen zur Funktionsweise der Wärmebildkamera. Abschließend führen die Schüler*innen ein Experiment durch, um den Einfluss von sportlicher Betätigung auf den Wärmehaushalt zu erforschen. Als Ziel dieser Station können die Schüler*innen erkennen, dass unser Körper keine konstante Körpertemperatur aufweist, da diese durch viele unterschiedliche Aktivitäten beeinflusst wird. Zusätzlich können schnelle Schüler*innen durch eine optionale Differenzierungsaufgabe den Wärmehaushalt ihres Körpers genauer untersuchen.