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10. Klasse

Genetik

Langentwurf: Wird Intelligenz überwiegend vererbt, oder ist sie überwiegend umweltbedingt?

1 Unterrichtsgegenstand

1.1 Thema der Unterrichtsstunde

Wird Intelligenz überwiegend vererbt, oder ist sie überwiegend umweltbedingt?

1.2 Thema der Unterrichtsreihe

Humangenetik - Anwendung genetischer Erkenntnisse auf den Menschen

1.3 Thema des unmittelbar vorangegangenen Unterrichts

Zwillingsforschung

1.4 Thema der folgenden Stunden

Modifikationen; Vererbung der Hautfarbe 

2 Unterrichtsvoraussetzungen

Die Klasse zeigte sich bisher biologischen Themen gegenüber immer sehr aufgeschlossen und interessiert. In alphabetischer Reihenfolge wechseln sich die S. beim Anfertigen von Stundenprotokollen ab; diese werden jeweils benotet und gehen in die Zensur der allgemeinen Mitarbeit ein.
In der vorangehenden Stunde über die Zwillingsforschung konnten die Komponenten genetische Determination und umweltbedingte Modifikation (der Begriff wurde noch nicht eingeführt) in Bezug auf den Menschen zusammengeführt werden. Die S. haben gelernt, dass die Zwillingsforschung eine Methode darstellt, die es ermöglicht, Erkenntnisse über den Grad der Erblichkeit eines Merkmals zu gewinnen und diesbezügliche Hypothesen zu verifizieren. 

3 Lernziele

3.1 Grobziel

Die S.:

  • schließen von den Untersuchungsresultaten der Zwillingsforschung auf den Grad der Erblichkeit des Merkmals "Intelligenz".

3.2 Feinziele

Die S.:

  • nennen Erblichkeit und Umwelteinflüsse als Faktoren für Intelligenz, indem sie diese aus einem Fallbeispiel ableiten (Ind.: S.-Äußerungen zu AB 1). (LZ 1)
  • begründen, weshalb die Zwillingsforschung eine geeignete Methode zur näheren Bestimmung des erblichen Anteils der Intelligenz darstellt, indem sie ihre Erkenntnisse aus der letzten Stunde heranziehen (Ind.: S.-Äußerungen). (LZ 2)
  • bestimmen den Verwandtschaftsgrad unterschiedlicher Personengruppen und ordnen diesem eine erwartete Übereinstimmung im IQ bei völliger Erbbedingtheit sowie bei völliger Umweltbedingtheit des Merkmals "Intelligenz" zu. (Ind.: Einträge AB 2). (LZ 3)
  • leiten den Anteil der genetischen Komponente des Merkmals "Intelligenz" aus Untersuchungsergebnissen der Zwillingsforschung ab und problematisieren diese, indem sie die Übereinstimmungswerte bzgl. des Merkmals "Intelligenz" bei verschiedenen Personengruppen unterschiedlichen Verwandtschaftsgrades interpretieren (Ind.: S.-Äußerungen). (LZ 4)
fakultativ:
  • problematisieren den zu Grunde gelegten Intelligenzbegriff (Ind. S.-Äußerungen). (LZ 5)

4 Sachanalyse

Die Zwillingsforschung verfolgt den Ansatz, durch umfangreiche Studien die Frage zu klären, inwieweit der Mensch durch seine Gene und inwieweit er durch seine Umwelt bestimmt wird. Die Auseinandersetzung mit dieser Frage birgt für jeden Menschen ein hohes Maß an Faszination, besonders wenn es sich um geistige Merkmale oder um menschliches Verhalten handelt.
Das umfassende Forschungsprojekt der Universität von Minnesota, an dem Zwillingsforscher aus aller Welt unter der Leitung von T. Bouchard arbeiten, erlaubte trotz Auswertung der Daten von über 100 getrennt aufgewachsenen eineiigen Zwillingen noch kein abschließendes Urteil der Studie.  Dennoch lassen sich vorläufige Aussagen zur Korrelation einiger Merkmale bei Zwillingen treffen. Eineiige Zwillinge, die zusammen aufgewachsen sind, korrelieren bezüglich des IQ stark positiv miteinander (r = 0,86). Dieser Wert hebt sich deutlich gegenüber dem Wert gemeinsam aufgewachsener Geschwister ab (r = 0,47).
Problematisch ist aber einerseits der Umstand, dass es schwierig ist, Intelligenz hinreichend zu definieren und adäquat zu messen (hier konnten nur die bekannten standardisierten IQ-Tests als Basis dienen). Andererseits ist natürlich niemals eine vollständige Bedingtheit der Intelligenz weder durch die Umwelt noch durch das Erbgut möglich; jede Intelligenzleistung ist einerseits genetisch vorgegeben, andererseits durch die Umwelt beeinflusst : "Erbgut und Umwelt arbeiten kooperativ, nicht additiv. (...) Man darf davon ausgehen, dass die Fähigkeit zu geistigen Leistungen polygen bedingt ist und daher eine große Reaktionsbreite aufweist. Eben diese Reaktionsbreite ist durch die Gene festgelegt, nicht aber die Leistungsfähigkeit selbst. Die Reaktionsnorm, die Umwelt und vor allem die Erziehung sowie das Maß der Nutzung der lebenslangen Lernfähigkeit des Menschen bestimmen auch die Grenzen der geistigen Leistungsfähigkeit" (BAYRHUBER, S. 398).
Für die Planung der Stunde ergeben sich Schwierigkeiten, die dadurch bedingt sind, dass die in der Literatur anzutreffenden Werte nicht einheitlich sind, da sie sich offensichtlich auf verschiedene Untersuchungen stützen. Hierauf muss ggf. hingewiesen werden, damit nicht der Eindruck entsteht, der Lehrer habe die Werte manipuliert, um ein bestimmtes Ergebnis ableiten zu können.
Ferner unterscheiden sich die Einheiten, in denen diese Werte angegeben sind, von Quelle zu Quelle. Gemessen bzw. bestimmt werden:

  • absolute Werte
  • Konkordanz bzw. Diskordanz sowie
  • der Korrelationskoeffizient

Der Korrelationskoeffizient (r) gibt das Maß der Abhängigkeit zweier Zufallsgrößen voneinander an. Er liegt zwischen –1 (negative Korrelation) und +1 (positive Korrelation). Ist der Korrelationskoeffizient gleich null, sind die Werte unkorreliert, d. h., es besteht keine Beziehung zwischen beiden Größen. Mit diesem Wert soll in der Stunde zwar gearbeitet werden, es ist aber für das Verständnis der S. ausreichend, wenn diese davon ausgehen, dass der angegebene Wert den Grad der Übereinstimmung zwischen zwei Größen angibt, der ihnen vereinfacht als Prozentwert vorgegeben wird. Eine Einführung des Korrelationsbegriffs würde unweigerlich eine Überfrachtung der Stunde bedeuten, da hier ein Vergleich zum Konkordanzbegriff (in der letzten Stunde eingeführt) angezeigt wäre, was unter Beibehaltung des Stundenschwerpunktes in einer Unterrichtsstunde nicht zu leisten ist. Streng genommen kann es möglich sein, dass es sich bei den gemessenen Übereinstimmungen lediglich um Scheinkorrelationen handelt (auch das Alter irischer Mönche und der Bierpreis korrelieren positiv, es besteht aber keine Ursache-Wirkungs-Beziehung). Dieser Aspekt kann aber unter oben genannten Gesichtspunkten vernachlässigt werden und der didaktischen Reduktion anheim fallen, da das Thema für die S. ohnedies recht komplex und abstrakt genug ist.

5 Didaktisch-methodische Überlegungen

Der Rahmenplan für die zehnte Klasse nennt als Lernziel u. a. das Erkennen der biologischen Bedeutung der Weitergabe erblicher Merkmale. Modifikatorische Anpassungen an die Umwelt und erbliche Merkmale sowie Erbkrankheiten werden als Lerninhalte explizit vorgegeben.
Der Unterrichtsgegenstand ist für die S. gut zugänglich, da sie über Alltagskenntnisse bezüglich des Merkmals "Intelligenz" verfügen und das Thema eine hohe Schülerrelevanz besitzt (Schulerfolg hängt [auch] mit Intelligenz zusammen).
Mit den Vorkenntnissen bezüglich der Zwillingsforschung müssten die S. über ein Instrumentarium verfügen, das es ihnen ermöglicht, den Forschungsansatz zum Thema "Erblichkeit von Intelligenz" nachzuvollziehen. Den S. ist bspw. geläufig, dass die Zwillingsforschung eineiige Zwillinge (EZ) besonders dann für Untersuchungen heranzieht, wenn diese in getrennter Umgebung aufgewachsen sind, damit man den Anteil der erblichen Determination von Merkmalen aufzeigen kann.
Eine Stunde zum Thema "Vererbung von Intelligenz" kann verschiedene Aspekte der Thematik akzentuieren, etwa den Intelligenzbegriff (Definierbarkeit von "Intelligenz"), Möglichkeiten und Schwierigkeiten der Intelligenzmessung oder die Anlage-Umwelt-Thematik. Ich habe mich entschieden, in einer Reihe zur Humangenetik den letzten Aspekt vertieft zu behandeln.
Ein BILD-Artikel, der mir in den letzten Wochen in die Hände fiel, bietet sich als Hinführung zum Thema geradezu an, da der Bericht sofort die Frage aufwirft, inwieweit der hohe IQ des bemitleidenswerten Mädchens, von dem dort die Rede ist, erblich bedingt ist (wovon die Eltern offensichtlich ausgehen); zugleich kann die Frage nicht direkt beantwortet werden, da dem Mädchen auch eine hohe und gezielte Förderung durch seine Umwelt zuteil wurde. Der Artikel ist als Einstieg deshalb ausgesprochen gut geeignet, denn er bewirkt, dass die S., deren natürliche Neugier hier genutzt wird, nach wissenschaftlichen Ergebnissen verlangen müssen (und hoffentlich auch werden), um die aufgeworfene Frage zu beantworten. Denkbare Alternativen könnten in einem Einstieg über eine IQ-Test-Frage (Rätsel-Effekt) oder einem Goethe-Gedicht ("Vom Vater hab‘ ich die Statur, ... vom Mütterchen die Frohnatur ..." usw.) bestehen, dies würde allerdings andere Akzente bezüglich des  Stundenschwerpunkts setzen.
Für den gewählten Einstieg kann es notwendig sein, die Bedeutung des Begriffs "IQ" zu klären, weshalb ich mich dazu entschieden habe, sie auf der Rückseite des Einstiegstextes gleich mitzuliefern. An Hand der dort dargestellten Normalverteilung kann zugleich eine Kontrollfrage bezüglich des mutmaßlichen Mittelwert des IQs der Klasse gestellt werden.  Sollten die S. die Frage nach der Ermittlung der "Altersintelligenz" nicht aufwerfen, kann eine diesbezügliche Problematisierung außen vor bleiben, da sie auf einen anderen Schwerpunkt hinauslaufen würde (Möglichkeiten und Schwierigkeiten der Intelligenzmessung). Ganz aussparen kann man die Klärung eines zentralen Begriffs wie dem des Intelligenzquotienten meiner Ansicht nach nicht.
Zur Beantwortung der Frage, ob Intelligenz überwiegend vererbt wird oder durch die Umwelt bedingt ist, reicht eine Beschränkung auf die Untersuchung eineiiger Zwillinge, die in unterschiedlichen Umwelten aufgewachsen sind, nicht aus. Beispielsweise ergibt sich keine 100-prozentige Übereinstimmung im IQ, wenn diese gemeinsam aufgewachsen sind, sondern nur eine 86-prozentige. Hier bietet sich eine Bearbeitung mit Hilfe eines vorbereiteten Arbeitsbogens an, der auch die Diskussion und Problematisierung der Werte von Gruppen unterschiedlichen Verwandtschaftsgrades ermöglicht. Eine abschließende Auswertung kann im Plenum z. B. auf OH-Folie erfolgen. Der AB stellt insgesamt hohe Anforderungen an die Abstraktionsfähigkeit (und/oder Intelligenz) der S., da sie zunächst den Verwandtschaftsgrad unterschiedlicher Personengruppen bestimmen müssen, anschließend eine Erwartung hinsichtlich der Übereinstimmung im IQ bei Erb- und Umweltbedingtheit festlegen und abschließend die ermittelten Werte interpretieren müssen. Ein schwerer Inhalt bedingt die Wahl einer einfachen Methode, weshalb z. B. der Verwandtschaftsgrad noch im UG bestimmt werden kann. Eine konzentrierte Stillarbeitsphase/Einzelarbeit ist anfangs aber zwingend notwendig; vor der Formulierung und dem Vortragen von Ergebnissen sollten diese aber sinnvollerweise zumindest in Partnerarbeit diskutiert werden. Außerdem ist ausreichend Zeit für die Bearbeitung einzuplanen, die ich mit 15 Minuten veranschlagt habe. Die erwarteten Ergebnisse können dem AB 2 (Antwort- und Lösungseinträge) entnommen werden. Die Aussagekraft der Ergebnisse ist unbedingt zu problematisieren (vgl. antizipierter Tafelanschrieb).
Sollte nach einer Diskussion und Ergebnissicherung im Plenum noch Zeit zur Verfügung stehen, kann eine Problematisierung des zu Grunde gelegten Intelligenzbegriffs erfolgen. Hier kann auch auf den alternativen Unterrichtseinstieg "IQ-Test-Frage" (als OH-Folie) zurückgegriffen werden, der auf Grund seines Wettbewerb-Faktors zwangsläufig motivierend wirkt. Alternativ kann der Gegenstand des Einstiegstextes erneut thematisiert werden, indem auf "soziale" bzw. "emotionale Intelligenz" abgehoben wird.

Eine Hausaufgabe kommt nicht in Betracht, da in der folgenden Stunde (Montag) ein Biologie-Test geschrieben wird und die Klasse anschließend ein Betriebspraktikum absolviert.

6 Tabellarische Übersicht des geplanten Unterrichtsverlaufs

Zeit Unterrichtsphasen / Lehrerverhalten Schülerverhalten Methoden / Medien


08:00 Hinführung/Problemfindung
Eingabe AB 1 mit der Aufforderung, aus dem Artikel eine für den Biologen/Genetiker interessante Fragestellung abzuleiten; Klärung von Begriffen ("Headhunter", "IQ" - hierzu Kontollfrage zur Normalverteilung).
(Hilfsimpuls: "Von welcher Annahme sind Vikkis Eltern ausgegangen?")
L.: "Nennt einen anderen Faktor, der dazu führen könnte, dass Vikki so intelligent ist!"
(Hilfsimpuls: "Wodurch könnte Intelligenz noch bedingt sein?")
S.: "Die Eltern gehen offensichtlich von der Annahme aus, dass Intelligenz vererbt wird."
S. nennen Einflüsse der Umwelt wie z. B. Förderung durch Nachhilfe o. ä.
 AB 1, StA, UG, Tafel

Stundenthema (Tafel): Wird Intelligenz überwiegend vererbt, oder ist sie überwiegend umweltbedingt?

08:10 Erarbeitung
L.: "Schlagt eine geeignete Methode vor, die uns bei der Beantwortung der Frage helfen könnte!"
(Hilfsimpuls: "Welche Personengruppe erfüllt die Bedingungen, die zur Beantwortung unserer Frage erfüllt sein müssen?")
Eingabe AB 2, Aufforderung zum Bearbeiten in StA und Diskussion in PA; ggf. Bestimmung der Verwandtschaftsgrade im UG.
S. schlagen Untersuchung von eineiigen Zwillingen vor, die in verschiedenen Umwelten aufgewachsen sind (eineiige Zwillinge, die nach der Geburt getrennt wurden, sind genetisch identisch, unterliegen aber anderen Umwelteinflüssen.)
S. bearbeiten AB 2. UG, StA, PA, AB 2

08:25 Auswertung/Ergebnissicherung
L. fordert zum Vortragen der Ergebnisse auf.
Sicherung auf OHF1 durch L.
S.
  • verweisen auf Unterschied zwischen ZZ und Geschwistern, die zusammen aufgewachsen sind;
  • verweisen auf relativ hohe Übereinstimmung bei Nichtverwandten, die zusammen aufgewachsen sind;
  • verweisen darauf, dass auch EZ, die zusammen aufgewachsen sind, keine 100-prozentige Übereinstimmung hinsichtlich des IQ zeigen;
  • interpretieren vor diesem Hintergrund den Übereinstimmungswert eineiiger Zwillinge, die in verschiedenen Umwelten aufgewachsen sind. UG, AB 2, OHF1

08:35 - 08:40 Problematisierung
L.: "Diskutiert die Aussagekraft der Werte!"
(Hilfsimpuls: "Ermöglichen die Werte eine eindeutige Aussage über den genetischen Anteil von ‚Intelligenz‘?"
S. problematisieren die mögliche Ähnlichkeit der "verschiedenen" Umwelten, in denen eineiige Zwillinge aufgewachsen sind (z. B. Deutschland / USA - ähnlicher kultureller Kontext, ähnliche Gesellschaftsstruktur etc.). UG

Ergebnis:
  • Intelligenz wird offensichtlich auch vererbt. 
  • Der genetisch bedingte Anteil der Intelligenz scheint höher zu sein als der umweltbedingte.

Mögliches Stundenende

08:40 Vertiefung/Problematisierung
L. legt OHF2 (Aufgabe aus IQ-Test) auf, bittet S., Aufgabe zu lösen.
L.: "Werden alle Möglichkeiten, problemlösend zu denken, durch Aufgaben wie diese erfasst?"

Rückgriff auf AB 1: "Seit einiger Zeit kursiert der Begriff ‚soziale Intelligenz‘. Wendet diesen Begriff auf das Beispiel ‚Vikki‘ bzw. ihre Eltern an!"
S. problematisieren Schwierigkeiten der Intelligenzmessung und den zu Grunde liegenden Intelligenzbegriff. OHF2, UG

08:45 Stundenende

7 Verzeichnis der verwendeten Quellen und Hilfsmittel

7.1 Fachliteratur

ARNS, W., u. a.: Neurologie und Psychiatrie für Krankenpflegeberufe. Stuttgart und New York 1983, S. 180 ff. und 205 f.
BETZ, E., u. a. (Hg.): Mörike/Betz/Mergenthaler. Biologie des Menschen. 14Wiesbaden 1997.
DAUMER, K., u. a.: Biologie – Genetik. München 1984. S. 122 ff.
WEHNER, R., Gehring, W.: Zoologie. 22Stuttgart, New York 1990.

7.2 Fachdidaktische Literatur und Schulbücher

BAYRHUBER, H., u. a.: Linder Biologie. Lehrbuch für die Oberstufe. 21Hannover 1998. S. 388 f., 397 f.
BICKEL, H., u. a.: Natura 3. 2Stuttgart u. a. 1998. S. 339.
CLAUS, R., u. a.: Natura 2. Stuttgart u. a. 1991. S. 128.
ESCHENHAGEN, D., u. a.: Fachdidaktik Biologie. 3Köln 1996.
HAFNER, L., u. a.: Genetik. Hannover 1984, S. 133.
MIRAM, W., Scharf, K.-H. (Hrsg.): Biologie heute S II. Hannover 1997. S. 214 u. 380.
STAECK, L.: Zeitgemäßer Biologieunterricht. Eine Didaktik. 4Stuttgart 1987.

7.3 Internet-Quellen

Eine Auswahl gängiger IQ-Tests findet man unter
http://www.testedich.de/

8 Anhang

8.1 Antizipierter Tafelanschrieb

Wird Intelligenz überwiegend vererbt, oder ist sie überwiegend umweltbedingt?

Methode: Untersuchung eineiiger Zwillinge, die in verschiedenen Umwelten aufgewachsen sind, hinsichtlich ihrer Übereinstimmung im IQ.

I   (ggf. auf OHF:)
I   Ergebnis:
I - Intelligenz wird offensichtlich auch vererbt.
I - Der genetisch bedingte Anteil der Intelligenz scheint höher zu sein als der umweltbedingte.

Problem:
- Untersuchung macht keine Aussage über eine Steigerung der Intelligenz durch Förderung!

8.2 AB 1

8.3 AB 2

8.4 OHF2/3 


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