Biologie - Krupp-Gymnasium Europaschule · dingungen der Schule ermöglichen einen...

Schulinterner Lehrplanzum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe

Krupp-Gymnasium Europaschule

Biologie

(Arbeitsfassung vom 11.08.2015)

Hinweise zum Gebrauch:

Die vorliegende Arbeitsfassung wurde während des pädagogischenTages erstellt, in Fachdienstbesprechungen weiterentwickelt undsteht nun den Fachkollegen zur Verfügung und ist offen für Ände-rungsvorschläge.Kapitel 1 (Rahmenbedingungen) ist bereits an die Gegebenheitendes Krupp-Gymnasiums angepasst.Kapitel 2.1.1 (Übersichtsraster) sollte genau angesehen und in dernächsten regulären Fachkonferenz (nach etwaigen Änderungen) be-schlossen werden. Es enthält Festlegungen zu Titeln und Reihenfol-gen der zu unterrichtenden Kontexte für die SII und ist für die Q1dann bindend für alle Fachkollegen! Für die Q2 wird eine inhaltlicheVerschränkung der Ökologie und Evolution angestrebt, die in 2.1.1angelegten Übersichtsraster haben also vorläufigen Charakter.Kapitel 2.1.2 (Konkretisierte Unterrichtsvorhaben) soll Grundlage desUnterrichtes in der EP und Q1 im kommenden Schuljahr sein.Die Kapitel 2.2 – 4 sind weitestgehend dem Beispielcurriculum desMinisteriums entnommen und sollen zunächst eine Diskussions-grundlage sein.

Robert Hüllen, Fachvorsitzender

Inhalt

Seite

1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit 3

2 Entscheidungen zum Unterricht 5

2.1 Unterrichtsvorhaben 52.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben 7

2.1.2 Mögliche Konkretisierte Unterrichtsvorhaben 17

2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit 462.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung 472.4 Lehr- und Lernmittel 49

3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen 50

4 Qualitätssicherung und Evaluation 50

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1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit

Das Krupp-Gymnasium liegt am westlichen Stadtrand von Duisburg aufder linken Rheinseite. Exkursionen können innerhalb des westlichen Ruhr-gebiets, aber auch im Rheinland problemlos mit dem öffentlichen Nahver-kehr durchgeführt werden. Direkt neben der Schule befinden sich ein klei-ner Stadtparkteich sowie ein Wäldchen mit einer Naturschutzstation, sodass aquatische und terrestrische Ökosysteme leicht erkundet werdenkönnen. Das Schulgebäude verfügt über zwei Biologiefachräume, von de-nen der eine auch für Chemieunterricht genutzt wird. Daher muss ein Teildes Unterrichts in den eine Etage höher liegenden Physikfachräumenstattfinden. Alle Räume verfügen über die Möglichkeit, einen Beamer undein fahrbares Fernsehgerät mit Video/DVD-Gerät zu benutzen. In derSammlung sind in ausreichender Anzahl regelmäßig gewartete Lichtmikro-skope und Fertigpräparate zu verschiedenen Zell und Gewebetypen vor-handen, ebenso eine große Zahl an Lehrfilmen. Zudem verfügt die Samm-lung über 12 DNA-Modellbaukästen und zwei Analyse-Koffer zur physikali-schen und chemischen Untersuchung von Gewässern und Böden. DieFachkonferenz Biologie stimmt sich bezüglich in der Sammlung vorhande-ner Gefahrstoffe mit der dazu beauftragten Lehrkraft der Schule ab.

Im Sammlungsraum befinden sich außerdem 3 Gruppentische und zweiInternetarbeitsplätze für Schüler, die jederzeit für Kleingruppenarbeit ge-nutzt werden können. Im gleichen Trakt befindet sich zudem ein Medien-raum mit Beamer und 13 internetfähigen Computern. Für größere Projektestehen auch zwei Informatikräume mit jeweils 16 Computern zur Verfü-gung, die aber im Vorfeld reserviert werden müssen. Das Kruppgymnasi-um verfügt über einen eigenen Schulserver „I-Serv“, jeder Schüler verfügtüber einen personalisierten Zugang und kann z. B. auf seinen eigenen Ar-beitsbereich sowie auf Bereiche für seine Lerngruppen auch von zu Hauseaus zugreifen. Ein schulweites WLAN mit dem Ziel, auch digitalen Endge-räten von Schülern einen Zugang zum Schulserver und ins Internet zu er-möglichen, ist in Arbeit. Die Lehrerbesetzung und die übrigen Rahmenbe-dingungen der Schule ermöglichen einen ordnungsgemäßen laut Stun-dentafel der Schule vorgesehen Biologieunterricht.

In der Oberstufe befinden sich durchschnittlich ca. 100 Schülerinnen undSchüler in jeder Stufe. Das Fach Biologie ist in der Einführungsphase inder Regel mit 3 – 4 Grundkursen vertreten. In der Qualifikationsphasekönnen auf Grund der Schülerwahlen in der Regel 2 Grundkurse und einLeistungskurs gebildet werden.

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Die Verteilung der Wochenstundenzahlen in der SI und SII ist wie folgt:

Die Unterrichtstaktung an der Schule folgt einem 67,5 Minutenraster.

Um das Erziehungsziel der Schule, die Selbstständigkeit der Schülerinnenund Schüler zu erreichen, wird möglichst häufig die Gelegenheit gegeben,Schülerexperimente durchzuführen. Auch werden viele kooperative, dieSelbstständigkeit des Lerners fördernde Unterrichtsformen genutzt, so-dass ein individualisiertes Lernen in der Sekundarstufe II kontinuierlich un-terstützt wird. Hierzu eignet sich die Länge der Unterrichtsstunden beson-ders. Nach Veröffentlichung des neuen Kernlehrplans steht dessen unter-richtliche Umsetzung im Fokus. Hierzu werden sukzessive exemplarischkonkretisierte Unterrichtsvorhaben und darin eingebettet Überprüfungsfor-men entwickelt und erprobt.

Der Biologieunterricht soll Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestel-lungen wecken und die Grundlage für das Lernen in Studium und Beruf indiesem Bereich vermitteln. Dabei werden fachlich und bioethisch fundierteKenntnisse die Voraussetzung für einen eigenen Standpunkt und für ver-antwortliches Handeln gefordert und gefördert. Hervorzuheben sind hier-bei die Aspekte Ehrfurcht vor dem Leben in seiner ganzen Vielfältigkeit,Nachhaltigkeit, Umgang mit dem eigenen Körper und ethische Grundsät-ze.

Ein weiterer Leitgedanke des Schulkonzepts ist die Nachhaltigkeit.Dementsprechend bewirbt die Schule sich erneut um das Label „Schuleder Zukunft“ und will „Fair-Trade-Schule“ werden, beide Projekte liegen inden Händen von Biologielehrern.

Jg. Fachunterricht (Wochenstunden, ggf. epochal)

5 BI (1 durchgehend)

6 BI (2 in einem Halbjahr)

7 - - -

8 BI (2 in einem Halbjahr)

9 BI (2 durchgehend)

EP BI (2)

Q1 BI (2/3,5)

Q2 BI (2/3)

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2 Entscheidungen zum Unterricht

2.1 Unterrichtsvorhaben

Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitztden Anspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen aus-zuweisen. Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehrkraft, den Lernen-den Gelegenheiten zu geben, alle Kompetenzerwartungen des Kernlehr-plans auszubilden und zu entwickeln.

Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts-und der Konkretisierungsebene.

Im „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.1) werden die füralle Lehrerinnen und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindli-chen Kontexte sowie Verteilung und Reihenfolge der Unterrichtsvorhabendargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen und Kolle-gen einen schnellen Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorha-ben zu den einzelnen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan ge-nannten Kompetenzerwartungen, Inhaltsfeldern und inhaltlichen Schwer-punkten zu verschaffen. Um Klarheit für die Lehrkräfte herzustellen unddie Übersichtlichkeit zu gewährleisten, werden in der Kategorie „Schwer-punkte der Kompetenzentwicklung“ an dieser Stelle nur die übergeordne-ten Kompetenzerwartungen ausgewiesen, während die konkretisiertenKompetenzerwartungen erst auf der Ebene der möglichen konkretisiertenUnterrichtsvorhaben Berücksichtigung finden. Der ausgewiesene Zeitbe-darf versteht sich als grobe Orientierungsgröße, die nach Bedarf über-oder unterschritten werden kann. Um Spielraum für Vertiefungen, beson-dere Schülerinteressen, aktuelle Themen bzw. die Erfordernisse andererbesonderer Ereignisse (z.B. Praktika, Kursfahrten o.ä.) zu erhalten, wur-den im Rahmen dieses schulinternen Lehrplans nur ca. 75 Prozent derBruttounterrichtszeit verplant.

Während der Fachkonferenzbeschluss zum „Übersichtsraster Unterrichts-vorhaben“ zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absi-cherung von Lerngruppen- und Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder derFachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitzt die exemplarische Ausge-staltung „möglicher konkretisierter Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.2) ab-gesehen von den in der vierten Spalte im Fettdruck hervorgehobenen ver-bindlichen Fachkonferenzbeschlüssen nur empfehlenden Charakter. Refe-rendarinnen und Referendaren sowie neuen Kolleginnen und Kollegendienen diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung in der neuenSchule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgrup-

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peninternen Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächer-übergreifenden Kooperationen, Lernmitteln und -orten sowie vorgesehe-nen Leistungsüberprüfungen, die im Einzelnen auch den Kapiteln 2.2 bis2.4 zu entnehmen sind. Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorge-hensweisen bezüglich der konkretisierten Unterrichtsvorhaben sind imRahmen der pädagogischen Freiheit und eigenen Verantwortung derLehrkräfte jederzeit möglich. Sicherzustellen bleibt allerdings auch hier,dass im Rahmen der Umsetzung der Unterrichtsvorhaben insgesamt alleKompetenzerwartungen des Kernlehrplans Berücksichtigung finden.

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2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben

EinführungsphaseUnterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut undorganisiert?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl K1 Dokumentation

Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)

Inhaltliche Schwerpunkte: Zellaufbau Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1)

Zeitbedarf: ca. 9 Std. à 67,5 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung habenZellkern und Nukleinsäuren für das Leben?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen


Inhaltliche Schwerpunkte: Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 67,5 MinutenUnterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung ha-ben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen


Inhaltliche Schwerpunkte: Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2)

Unterrichtsvorhaben IV:

Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in un-serem Leben?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung

Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)

Inhaltliche Schwerpunkte: Enzyme

Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 67,5 Minuten Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 67,5 MinutenUnterrichtsvorhaben V:

Thema/Kontext: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperlicheAktivität auf unseren Körper?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF3 Systematisierung B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen


Inhaltliche Schwerpunkte: Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel

Zeitbedarf: ca. 17 Std. à 67,5 MinutenSumme Einführungsphase: 60 Stunden

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Die für den Leistungskurs zusätzlichen obligatorischen Inhalte und weitere Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung sind in blauer Schriftfarbe hervorgehoben!Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS / LEISTUNGSKURS

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Molekulare Grundlagen und Modellvorstellungen zur Proteinbio-synthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Ver-änderungen der genetischen und epigenetischen Strukturen auf einen Organis-mus?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: GK: LK: UF1 Wiedergabe E1 Probleme und Fragestellungen UF3 Systematisierung E3 Hypothesen UF4 Vernetzung E5 Auswertung E6 Modelle E6 Modelle

E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte: Proteinbiosynthese Genregulation

Zeitbedarf: ca. 13 (20 Std. LK) Std. à 67,5 Minuten


Thema/Kontext: Gentechnologie heute - Welche Chancen und welche Risiken be-stehen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K2 Recherche K3 Präsentation (LK) B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen


Inhaltliche Schwerpunkte: Gentechnik Stammzellforschung Bioethik I

Zeitbedarf: ca. 8 Std. (12 Std. LK) à 67,5 Minuten

Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Klassische und humangenetische Grundlagen für eine Beratung– Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert werden und welcheethischen Konflikte treten dabei auf?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E5 Auswertung K2 Recherche B2 Entscheidungen (GK) B3 Werte und Normen


Inhaltliche Schwerpunkte: Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik II

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Zeitbedarf: ca. 10 Std. (16 Std. LK) à 67,5 Minuten

Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURSUnterrichtsvorhaben IV:

Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informati-onsverarbeitung und Wahrnehmung – Wie wird aus einer durch einen Reizausgelösten Erregung eine Wahrnehmung?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E6 Modelle K3 Präsentation

Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte: Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbei-tung und Grundlagen der Wahrnehmung


Unterrichtsvorhaben V:

Thema/Kontext: Lernen und Gedächtnis – Wie muss ich mich verhalten,um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K1 Dokumentation UF4 Vernetzung


Inhaltliche Schwerpunkte: Plastizität und Lernen


Summe Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS: 60 Stunden

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Qualifikationsphase (Q2) – GRUNDKURSUnterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Evolution in Aktion – Welche Faktoren beeinflussen denevolutiven Wandel?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung K4 Argumentation

Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution)

Inhaltliche Schwerpunkte: Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Stammbäu-me (Teil 1)



Thema/Kontext: Evolution von Sozialstrukturen – Welche Faktoren beein-flussen die Evolution des Sozialverhaltens?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF2 Auswahl UF4 Vernetzung


Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution und Verhalten


Thema/Kontext: Humanevolution – Wie entstand der heutige Mensch?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF3 Systematisierung K4 Argumentation

Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution des Menschen Stammbäume (Teil 2)



Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss ha-ben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte: Umweltfaktoren und ökologische Potenz


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Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intras-pezifische Beziehungen auf Populationen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E6 Modelle K4 Argumentation


Inhaltliche Schwerpunkte: Dynamik von Populationen


Unterrichtsvorhaben VI:

Thema/Kontext: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch aufglobale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen

Inhaltsfelder: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte: Stoffkreislauf und Energiefluss

Zeitbedarf: ca. 4 Std. à 67,5 MinutenUnterrichtsvorhaben VII:

Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen– Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E5 Auswertung B2 Entscheidungen


Inhaltliche Schwerpunkte: Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 6 Std. à 67,5 MinutenSumme Qualifikationsphase (Q2) – GRUNDKURS: 40 Stunden

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Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURSUnterrichtsvorhaben IV:

Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neurona-len Informationsverarbeitung – Wie ist das Nervensystem des Menschenaufgebaut und wie ist organisiert?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe, UF2 Auswahl E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswertung, E6 Modelle


Inhaltliche Schwerpunkte: Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbei-tung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 1) Methoden der Neuro-biologie (Teil 1)



Thema/Kontext: Fototransduktion – Wie entsteht aus der Erregung einfal-lender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E6 Modelle K3 Präsentation

Inhaltsfelder: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte: Leistungen der Netzhaut Neuronale Informationsverarbeitung undGrundlagen der Wahrnehmung (Teil 2)

Zeitbedarf: ca. 5 Std. à 67,5 MinutenUnterrichtsvorhaben VI:

Thema/Kontext: Aspekte der Hirnforschung – Welche Faktoren beeinflus-sen unser Gehirn?

Kompetenzen: UF4 Vernetzung, K2 Recherche K3 Präsentation B4 Möglichkeiten und Grenzen


Inhaltliche Schwerpunkte: Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie (Teil 2)

Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 67,5 MinutenSumme Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS: 100 Stunden

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Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURSUnterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Evolution in Aktion – Welche Faktoren beeinflussen denevolutiven Wandel?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung K4 Argumentation E7 Arbeits- und Denkweisen


Inhaltliche Schwerpunkte: Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Entwicklung der Evolutionstheorie



Thema/Kontext: Von der Gruppen- zur Multilevel-Selektion – Welche Fak-toren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF2 Auswahl K4 Argumentation E7 Arbeits- und Denkweisen


Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution und Verhalten


Thema/Kontext: Spuren der Evolution – Wie kann man Evolution sichtbarmachen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen


Inhaltliche Schwerpunkte: Art und Artbildung Stammbäume



Thema/Kontext: Humanevolution – Wie entstand der heutige Mensch?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF3 Systematisierung E5 Auswertung K4 Argumentation


Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution des Menschen


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Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss ha-ben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen, E4 Untersuchungen und Experimente E7 Arbeits- und Denkweisen


Inhaltliche Schwerpunkte: Umweltfaktoren und ökologische Potenz


Unterrichtsvorhaben VI:

Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intras-pezifische Beziehungen auf Populationen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe E5 Auswertung E6 Modelle


Inhaltliche Schwerpunkte: Dynamik von Populationen


Unterrichtsvorhaben VII:

Thema/Kontext: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch aufglobale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E6 Modelle B2 Entscheidungen B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte: Stoffkreislauf und Energiefluss


Unterrichtsvorhaben VIII:

Thema/Kontext: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Licht-energie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen


Inhaltliche Schwerpunkte: Fotosynthese


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Unterrichtsvorhaben VIIII:

Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen– Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF2 Auswahl K4 Argumentation B2 Entscheidungen


Inhaltliche Schwerpunkte: Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 67,5 MinutenSumme Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS: 68 Stunden

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2.1.2 Mögliche Konkretisierte Unterrichtsvorhaben

Einführungsphase:

Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle

Unterrichtsvorhaben I: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und or-ganisiert?

Unterrichtsvorhaben II: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zell-kern und Nukleinsäuren für das Leben?

Unterrichtvorhaben III: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung habentechnischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?

Inhaltliche Schwerpunkte: Zellaufbau Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA

Basiskonzepte:

SystemProkaryot, Eukaryot, Biomembran, Zellorganell, Zellkern, Chromosom, Makromolekül, Cy-toskelett, Transport, Zelle, Gewebe, Organ, Plasmolyse

Struktur und FunktionCytoskelett, Zelldifferenzierung, Zellkompartimentierung, Transport, Diffusion, Osmose, Zell-kommunikation, Tracer

EntwicklungEndosymbiose, Replikation, Mitose, Zellzyklus, Zelldifferenzierung


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Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

Unterrichtsvorhaben I:Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert?Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der ZelleInhaltliche Schwerpunkte:

Zellaufbau Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1)


Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können …

UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben. UF2 biologische Konzepte zur Lösung von Problemen in eingegrenz-

ten Bereichen auswählen und dabei Wesentliches von Unwesentli-chem unterscheiden.

K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten struk-turiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge.

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehr-plansDie Schülerinnen und Schü-ler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Me-thoden

Didaktisch-methodische An-merkungen und Empfehlun-gen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

SI-Vorwissen muliple-choice-Test zu Zelle, Gewebe, Or-gan und Organismus

Informationstexteeinfache, kurze Texte zum notwendigen Ba-siswissen

SI-Vorwissen wird ohne Be-notung ermittelt (z.B. Selbst-evaluationsbogen)

Möglichst selbstständiges Auf-arbeiten des Basiswissens zu den eigenen Test-Problemstel-len.

Zelltheorie – Wie entsteht aus ei-ner zufälligen Beobachtung eine wissenschaftliche Theorie?

Zelltheorie Organismus, Organ, Ge-

webe, Zelle

stellen den wissenschaftli-chen Erkenntniszuwachs zum Zellaufbau durch techni-schen Fortschritt an Beispie-len (durch Licht-, Elektronen-und Fluoreszenzmikroskopie)dar (E7).

Arbeit mit dem Lichtmikroskop, Zentrale Eigenschaften natur-wissenschaftlicher Theorien (Nature of Science) werden beispielhaft erarbeitet.Bau des Lichtmikroskops und Funktionsprinzip des Elektro-nenmikroskops

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Was sind pro- und eukaryotische Zellen und worin unterscheiden sie sich grundlegend?

Aufbau pro- und eukaryoti-scher Zellen

beschreiben den Aufbau pro-und eukaryotischer Zellen und stellen die Unterschiede heraus (UF3).

elektronenmikroskopische Bilder sowie 3D-Modelle zu tierischen, pflanzlichen und bakteriellen Zellen

Gemeinsamkeiten und Unter-schiede der verschiedenen Zellen werden erarbeitet. EM-Bild wird mit Modell verglichen.

Wie ist eine Zelle organisiert und wie gelingt es der Zelle so viele verschiedene Leistungen zu er-bringen?

Aufbau und Funktion von Zellorganellen

Zellkompartimentierung Endo – und Exocytose Endosymbiontentheorie

beschreiben Aufbau und Funktion der Zellorganellen und erläutern die Bedeutung der Zellkompartimentierung für die Bildung unterschiedli-cher Reaktionsräume inner-halb einer Zelle (UF3, UF1).

präsentieren adressatenge-recht die Endosymbionten-theorie mithilfe angemesse-ner Medien (K3, K1, UF1).

erläutern die membranver-mittelten Vorgänge der En-do- und Exocytose (u. a. am Golgi-Apparat) (UF1, UF2).

erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für den intrazel-lulären Transport [und die Mitose] (UF3, UF1).

Stationenlernen zu Zellorganellen und zur DichtegradientenzentrifugationDarin enthalten u.a.:

Station: Arbeitsblatt Golgi-Apparat („Postverteiler“ der Zelle)

Station: Arbeitsblatt Cytoskelett Station: Modell-Experiment zur Dich-

tegradientenzentrifugation (Tischten-nisbälle gefüllt mit unterschiedlich konzentrierten Kochsalzlösungen in einem Gefäß mit Wasser)

Station: Erstellen eines selbsterklä-renden Mediums zur Erklärung der Endosymbiontentheorie für zufällig gewählte Adressaten.

Erkenntnisse werden in einem Protokoll dokumentiert.

Analogien zur Dichtegradien-tenzentrifugation werden erläu-tert.

Hierzu könnte man wie folgt vorgehen:Eine „Adressatenkarte“ wird per Zufallsprinzip ausgewählt. Auf dieser erhalten die SuS Angaben zu ihrem fiktiven Adressaten (z.B. Fachlehrkraft,fachfremde Lehrkraft, Mitschü-ler/in, SI-Schüler/in etc.). Auf diesen richten sie ihr Lernpro-dukt aus. Zum Lernprodukt ge-hört das Medium (Flyer, Plakat,Podcast etc.) selbst und eine stichpunktartige Erläuterung

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der berücksichtigten Kriterien.Zelle, Gewebe, Organe, Organis-men – Welche Unterschiede be-stehen zwischen Zellen, die ver-schiedene Funktionen überneh-men?

Zelldifferenzierung

ordnen differenzierte Zellen auf Grund ihrer Strukturen spezifischen Geweben und Organen zu und erläutern den Zusammenhang zwi-schen Struktur und Funktion (UF3, UF4, UF1).

Mikroskopieren von verschiedenen Zellty-pen

Mikroskopieren von Fertig-präparaten verschiedener Zelltypen an ausgewählten Zelltypen

Diagnose von Schülerkompetenzen: SI-Vorwissen wird ohne Benotung ermittelt (z.B. Selbstevaluationsbogen); Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende

der Unterrichtsreihe (Überprüfen der Kompetenzen im Vergleich zum Start der Unterrichtsreihe)

Leistungsbewertung: Überprüfung der Fähigkeiten im Umgang mit dem Lichtmikroskop

evtl. multiple-choice-Tests zu Zelltypen und Struktur und Funktion von Zellorganellen

ggf. Teil einer Klausur


Unterrichtsvorhaben II:Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben?Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)Inhaltliche Schwerpunkte:

• Funktion des Zellkerns • Zellverdopplung und DNA


Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können … UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Er-

kenntnisse modifizieren und reorganisieren. E1 in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teil-

probleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren. K4 biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und

überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren. B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtwei-

sen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen.Mögliche didaktische Leitfra- Konkretisierte Kompetenz- Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Metho- Didaktisch-methodische An-

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gen / Sequenzierung inhaltli-cher Aspekte

erwartungen des Kernlehr-plansDie Schülerinnen und Schüler…

den merkungen und Empfehlun-gen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Erhebung und Reaktivierung von SI-Vorwissen

Strukturlegetechnik bzw. Netzwerktechnik SI-Vorwissen wird ermittelt und reorganisiert.Empfehlung: Zentrale Begriffe werden von den SuS in eine sinnvolle Struktur gelegt, auf-geklebt und eingesammelt, umfür den Vergleich am Ende desVorhabens zur Verfügung zu stehen.

Was zeichnet eine naturwis-senschaftliche Fragestellung aus und welche Fragestellung lag den Acetabularia und den Xenopus-Experimenten zu-grunde?

Erforschung der Funkti-on des Zellkerns in derZelle

benennen Fragestellungen historischer Versuche zur Funktion des Zellkerns und stellen Versuchsdurchführun-gen und Erkenntniszuwachs dar (E1, E5, E7).

werten Klonierungsexperi-mente (Kerntransfer bei Xe-nopus) aus und leiten ihre Be-deutung für die Stammzellfor-schung ab (E5).

Plakat zum wissenschaftlichen Erkenntnisweg

Acetabularia-Experimente von Hämmerling

Experiment zum Kerntransfer bei Xenopus

Naturwissenschaftliche Frage-stellungen werden kriterienge-leitet entwickelt und Experi-mente ausgewertet.

Welche biologische Bedeutunghat die Mitose für einen Orga-nismus?

Mitose (Rückbezug auf Zelltheorie)

Interphase

begründen die biologische Bedeutung der Mitose auf derBasis der Zelltheorie (UF1, UF4).

erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für [den intrazel-lulären Transport und] die Mitose (UF3, UF1).

Informationstexte und AbbildungenFilme/Animationen zu zentralen Aspekten:1. exakte Reproduktion2. Organ- bzw. Gewebewachstum und Er-

neuerung (Mitose)3. Zellwachstum (Interphase)

Die Funktionen des Cytoske-letts werden erarbeitet, Infor-mationen werden in ein Modell übersetzt, das die wichtigsten Informationen sachlich richtig wiedergibt.

Wie ist die DNA aufgebaut, wo ordnen die biologisch bedeut-

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findet man sie und wie wird siekopiert?

Aufbau und Vorkom-men von Nukleinsäuren

Aufbau der DNA

Mechanismus der DNA-Replikation in der S-Phase der Interphase

samen Makromoleküle [Koh-lenhydrate, Lipide, Proteine,] Nucleinsäuren den verschie-denen zellulären Strukturen und Funktionen zu und er-läu-tern sie bezüglich ihrer we-sentlichen chemischen Ei-genschaften (UF1, UF3).

erklären den Aufbau der DNA mithilfe eines Strukturmodells (E6, UF1).

beschreiben den semikonser-vativen Mechanismus der DNA-Replikation (UF1, UF4).

Modellbaukasten zur DNA Struktur und Re-plikation

http://www.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT06DE.PDF

Der DNA-Aufbau und die Repli-kation werden lediglich modell-haft erarbeitet. Die Komple-mentarität wird dabei heraus-gestellt.

Verdeutlichung des Lernzu-wachses

Strukturlegetechnik bzw. Netzwerktechnik Methode wird mit denselben Begriffen wie zu Beginn des Vorhabens erneut wiederholt. Ergebnisse werden verglichen.SuS erhalten anschließend in-dividuelle Wiederholungsauf-träge.

Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen für die Zell-kulturtechnik?Zellkulturtechnik

Biotechnologie Biomedizin Pharmazeutische In-

dustrie

zeigen Möglichkeiten und Grenzen der Zellkulturtechnik in der Biotechnologie und Bio-medizin auf (B4, K4).

Informationsblatt zu Zellkulturen in der Bio-technologie und Medizin- und Pharmafor-schung

Rollenkarten zu Vertretern unterschiedlicher Interessensverbände (Pharma-Industrie, For-scher, PETA-Vertreter etc.)

Pro und Kontra-Diskussion zum Thema:„Können Zellkulturen Tierversuche ersetzen?“

Zentrale Aspekte werden her-ausgearbeitet.

Argumente werden erarbeitet und Argumentationsstrategien entwickelt.SuS, die nicht an der Diskussi-on beteiligt sind, sollten einen Beobachtungsauftrag bekom-men.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

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http://www.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT06DE.PDF

Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der UnterrichtsreiheLeistungsbewertung:

Feedbackbogen und angekündigte Leistungsüberprüfung zu Mitose und DNA-Aufbau; ggf. schriftliche Übung (z.B. aus einer Hypotheseoder einem Versuchsdesign auf die zugrunde liegende Fragestellung schließen) zur Ermittlung der Fragestellungskompetenz (E1)

ggf. Klausur


Unterrichtsvorhaben III:Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)Inhaltliche Schwerpunkte:

Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2)


Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können … K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten struktu-

riert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge. K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-tech-

nische Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten.

K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurz-vorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen.

E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben.

E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vor-gänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbe-reiche angeben.

E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufig-keit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe-tenzerwartungen des KernlehrplansDie Schülerinnen und Schü-ler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische An-merkungen und Empfehlungensowie Darstellung der verbind-lichen Absprachen der Fach-konferenz

Weshalb und wie beeinflusst die Salz- führen Experimente zur Dif- Zeitungsartikel z.B. zur fehlerhaften Das Plakat soll den SuS proze-

23

konzentration den Zustand von Zel-len?

Plasmolyse

Brownsche-Molekularbewe-gung

Diffusion

Osmose

fusion und Osmose durch und erklären diese mit Mo-dellvorstellungen auf Teil-chenebene (E4, E6, K1, K4).

führen mikroskopische Un-tersuchungen zur Plasmoly-se hypothesengeleitet durchund interpretieren die beob-achteten Vorgänge (E2, E3,E5, K1, K4).

recherchieren Beispiele der Osmose und Osmoregulati-on in unterschiedlichen Quellen und dokumentierendie Ergebnisse in einer ei-genständigen Zusammen-fassung (K1, K2).

Salzkonzentration für eine Infusion in den Unikliniken oder falsche Düngung oder Uferpflanzen an Salzgewässern

Plakat zum wissenschaftlichen Er-kenntnisweg wird wieder verwendet

Experimente mit Rotkohlgewebe und mikroskopische Untersuchungen

Kartoffel-Experimentea) ausgehöhlte Kartoffelhälfte mit

Zucker, Salz und Stärkeb) Kartoffelstäbchen (gekocht und

ungekocht)

Informationstexte, Animationen und Lehrfilme zur Brownschen Molekular-bewegung (physics-animations.com)

Demonstrationsexperimente mit Tin-te oder Deo zur Diffusion

Arbeitsaufträge zur Recherche osmo-regulatorischer Vorgänge

Informationsblatt zu Anforderungen an ein Lernplakat (siehe z. B. LaBudde 2010)

Checkliste zur Bewertung eines Lern-

durale Transparenz im Verlauf des Unterrichtsvorhabens bieten.

SuS formulieren erste Hypothe-sen, planen und führen geeigneteExperimente zur Überprüfung ih-rer Vermutungen durch.

Versuche zur Überprüfung der Hypothesen

Versuche zur Generalisierbarkeit der Ergebnisse werden geplant und durchgeführt.

Phänomen wird auf Modellebene erklärt (direkte Instruktion).

Weitere Beispiele (z. B. Salzwie-se, Niere) für Osmoregulation werden recherchiert.

Ein Lernplakat zur Osmose wird kriteriengeleitet erstellt.

Lernplakate werden gegenseitig

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plakats

Arbeitsblatt mit Regeln zu einem sachlichen Feedback

beurteilt und diskutiert.

Warum löst sich Öl nicht in Wasser?

Aufbau und Eigenschaften vonLipiden und Phospholipiden

ordnen die biologisch be-deutsamen Makromoleküle ([Kohlenhydrate], Lipide, Proteine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulä-ren Strukturen und Funktio-nen zu und erläutern sie be-züglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).

Demonstrationsexperiment zum Ver-halten von Öl in Wasser

Informationsblätter zu funktionellen Gruppen Strukturformeln von Lipiden und

Phospholipiden Modelle zu Phospholipiden in

Wasser

Lipidmodelle (3D) aus der Sammlung

Phänomen wird beschrieben.

Das Verhalten von Lipiden und Phospholipiden in Wasser wird mithilfe ihrer Strukturformeln und den Eigenschaften der funktionel-len Gruppen erklärt.

Einfache Modelle (2-D) zum Ver-halten von Phospholipiden in Wasser werden erarbeitet und diskutiert.

Welche Bedeutung haben technischerFortschritt und Modelle für die Erfor-schung von Biomembranen?

Erforschung der Biomembran (historisch-genetischer Ansatz)

- Bilayer-Modell

stellen den wissenschaftli-chen Erkenntniszuwachs zum Aufbau von Biomem-branen durch technischen Fortschritt an Beispielen darund zeigen daran die Ver-änderlichkeit von Modellen auf (E5, E6, E7, K4).

Plakat(e) zu Biomembranen

Versuche von Gorter und Grendel mit Erythrozyten (1925) zum Bilayer-Mo-dell

Arbeitsblatt zur Arbeit mit Modellen

Durchführung eines wissen-schaftspropädeutischen Schwerpunktes zur Erfor-schung der Biomembranen.

Folgende Vorgehensweise wird empfohlen: Der wissenschaftlicheErkenntniszuwachs wird in den Folgestunden fortlaufend doku-mentiert und für alle Kursteilneh-merinnen und Kursteilnehmer aufPlakaten festgehalten.

Der Modellbegriff und die Vorläu-figkeit von Modellen im For-schungsprozess werden verdeut-licht.

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- Sandwich-Modelle

- Fluid-Mosaik-Modell

- Erweitertes Fluid-Mosaik-Mo-dell (Kohlenhydrate in der Biomembran)

ordnen die biologisch be-deutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Pro-teine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüg-lich ihrer wesentlichen che-mischen Eigenschaften (UF1, UF3).

recherchieren die Bedeu-tung und die Funktionswei-se von Tracern für die Zell-forschung und stellen ihre Ergebnisse graphisch und

Partnerpuzzle zu Sandwich-ModellenArbeitsblatt 1: Erste Befunde durch die Elektronenmikroskopie (G. Palade, 1950er)Arbeitsblatt 2: Erste Befunde aus der Biochemie (Davson und Danielli, 1930er)

Abbildungen auf der Basis von Ge-frierbruchtechnik und Elektronenmikro-skopie

Partnerpuzzle zum Flüssig-Mosaik-ModellArbeitsblatt 1: Original-Auszüge aus dem Science-Ar-tikel von Singer und Nicolson (1972)Arbeitsblatt 2: Heterokaryon-Experimente von Frye und Edidin (1972)

Experimente zur Aufklärung der Lage von Kohlenhydraten in der Biomem-bran

Checkliste mit Kriterien für seriöse Quellen

Checkliste zur korrekten Angabe von Internetquellen

Auf diese Weise kann die Arbeit in einer scientific community nachempfunden werden.Die „neuen“ Daten legen eine Modifikation des Bilayer-Modells von Gorter und Grendel nahe und führen zu neuen Hypothe-sen (einfaches Sandwichmodell / Sandwichmodell mit eingelager-tem Protein / Sandwichmodell mitintegralem Protein).

Das Membranmodell muss er-neut modifiziert werden.

Das Fluid-Mosaik-Modell muss erweitert werden.

Quellen werden ordnungsgemäßnotiert (Verfasser, Zugriff etc.).

Die biologische Bedeutung (hier

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- Markierungsmethoden zur Ermittlung von Membranmo-lekülen (Proteinsonden)

- dynamisch strukturiertes Mo-saikmodel (Rezeptor-Inseln, Lipid-Rafts)

Nature of Science – naturwis-senschaftliche Arbeits- und Denkweisen

mithilfe von Texten dar (K2, K3).

recherchieren die Bedeu-tung der Außenseite der Zellmembran und ihrer Oberflächenstrukturen für die Zellkommunikation (u. a.Antigen-Antikörper-Reakti-on) und stellen die Ergeb-nisse adressatengerecht dar (K1, K2, K3).

Internetrecherche zur Funktionsweisevon Tracern

Informationen zum dynamisch struktu-rierten Mosaikmodell Vereb et al (2003)

Abstract aus:Vereb, G. et al. (2003): Dynamic, yet structured: The cell membrane three decades after the Singer-Nicolson model.

Lernplakat (fertig gestellt) zu den Bio-membranen

nur die proximate Erklärungsebe-ne!) der Glykokalyx (u.a. bei der Antigen-Anti-Körper-Reaktion) wird recherchiert.

Historisches Modell wird durch aktuellere Befunde zu den Re-zeptor-Inseln erweitert.

Ein Reflexionsgespräch auf der Grundlage des entwickelten Pla-kats zu Biomembranen wird durchgeführt.

Wichtige wissenschaftliche Ar-beits- und Denkweisen sowie die Rolle von Modellen und dem technischen Fortschritt werden herausgestellt.

Wie werden gelöste Stoffe durch Bio-membranen hindurch in die Zelle bzw.aus der Zelle heraus transportiert?

Passiver Transport Aktiver Transport

beschreiben Transportvor-gänge durch Membranen für verschiedene Stoffe mit-hilfe geeigneter Modelle und geben die Grenzen die-ser Modelle an (E6).

Gruppenarbeit:Informationstext zu verschiedenen Transportvorgängen an realen Beispie-len

SuS können entsprechend der Informationstexte 2-D-Modelle zuden unterschiedlichen Transport-vorgängen erstellen.

Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Evtl. KLP-Überprüfungsform: „Dokumentationsaufgabe“ oder „Reflexionsaufgabe“ zur Ermittlung der Dokumentationskompetenz (K1) und

der Reflexionskompetenz (E7)Leistungsbewertung:

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Evtl. KLP-Überprüfungsform: „Beurteilungsaufgabe“ und „Optimierungsaufgabe“ (z.B. Modellkritik an Modellen zur Biomembranoder zu Transportvorgängen) zur Ermittlung der Modell-Kompetenz (E6)

ggf. Klausur

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Einführungsphase:


Unterrichtsvorhaben IV: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unse-rem Leben?

Unterrichtsvorhaben V: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperliche Akti-vität auf unseren Körper?

Inhaltliche Schwerpunkte: Enzyme Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel

Basiskonzepte:

SystemMuskulatur, Mitochondrium, Enzym, Zitronensäurezyklus, Dissimilation, Gärung

Struktur und FunktionEnzym, Grundumsatz, Leistungsumsatz, Energieumwandlung, ATP, NAD+

EntwicklungTraining


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Unterrichtsvorhaben IV:Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben?Inhaltsfelder: IF 1 (Biologie der Zelle), IF 2 (Energiestoffwechsel)Inhaltliche Schwerpunkte:

Enzyme


Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können … E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergeb-

nisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben. E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip

der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften pla-nen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren.

E5 Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitati-ve und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fach-lich angemessen beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe-tenzerwartungen des KernlehrplansDie Schülerinnen und Schü-ler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische An-merkungen und Empfehlun-gen sowie Darstellung der ver-bindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Wie sind Proteine aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle?

Aminosäuren Peptide, Proteine Primär-, Sekundär-, Tertiär-,

Quartärstruktur

ordnen die biologisch be-deutsamen Makromoleküle ([Kohlenhydrate, Lipide], Proteine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulä-ren Strukturen und Funktio-nen zu und erläutern sie be-züglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).

Haptische Modelle (z.B. Legomodelle)zum Proteinaufbau

Informationstexte zum Aufbau und der Struktur von Proteinen

GruppenarbeitLernplakate zum Aufbau von Protei-nen

Der Aufbau von Proteinen wird erarbeitet.

Die Quartärstruktur wird am Bei-spiel von Hämoglobin veran-schaulicht.

Lernplakate werden erstellt und auf ihre Sachrichtigkeit und An-schaulichkeit hin diskutiert und ggf. modifiziert.Sie bleiben im Fachraum hängenund dienen der späteren Orien-tierung.

Welche Bedeutung haben Enzyme immenschlichen Stoffwechsel?

beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzym-

Experimentelles Gruppenpuzzle:a) Ananassaft und Quark oder

Götterspeise und frischgepres-

Die Substrat- und Wirkungsspe-zifität werden veranschaulicht.

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Aktives Zentrum

Allgemeine Enzymgleichung

Substrat- und Wirkungsspezifi-tät

hemmung (E6). ster Ananassaft in einer Ver-dünnungsreihe

b) Lactase und Milch sowie Gluco-seteststäbchen (Immobilisie-rung von Lactase mit Alginat)

c) Peroxidase mit Kartoffelscheibeoder Kartoffelsaft (Verdün-nungsreihe) – Dieses Experi-ment ist den „Chemikern“ be-kannt.

d) Urease und Harnstoffdünger (Indikator Rotkohlsaft)

Hilfekarten (gestuft) für die vier ver-schiedenen Experimente

Checklisten mit Kriterien für - naturwissenschaftliche Fra-

gestellungen,- Hypothesen,- Untersuchungsdesigns.

Gruppenrallye mit Anwendungsbei-spielen zu je einem Beispiel aus dem anabolen und katabolen Stoffwechsel.

Die naturwissenschaftlichen Fra-gestellungen werden vom Phä-nomen her entwickelt.

Hypothesen zur Erklärung der Phänomene werden aufgestellt.Experimente zur Überprüfung der Hypothesen werden geplant,durchgeführt und abschließend werden mögliche Fehlerquellen ermittelt und diskutiert.

Die gestuften Hilfen (Checklis-ten) sollen Denkanstöße für jedeSchlüsselstelle im Experimen-tierprozess geben.

Modelle zur Funktionsweise des aktiven Zentrums werden er-stellt.

Hier bietet sich an die Folgen ei-ner veränderten Aminosäurese-quenz, z. B. bei Lactase mithilfe eines Modells zu diskutieren.

Welche Wirkung / Funktion haben En-zyme?

Katalysator Biokatalysator Endergonische und exergoni-

sche Reaktion Aktivierungsenergie, Aktivie-

rungsbarriere / Reaktions-

erläutern Struktur und Funk-tion von Enzymen und ihre Bedeutung als Biokatalysa-toren bei Stoffwechselreak-tionen (UF1, UF3, UF4).

Schematische Darstellungen von Re-aktionen unter besonderer Berücksich-tigung der Energieniveaus

Die zentralen Aspekte der Bioka-talyse werden erarbeitet:

1. Senkung der Aktivie-rungsenergie

2. Erhöhung des Stoffum-satzes pro Zeit

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schwelleWas beeinflusst die Wirkung / Funkti-on von Enzymen?

pH-Abhängigkeit Temperaturabhängigkeit Schwermetalle

Substratkonzentration / Wech-selzahl

beschreiben und interpretie-ren Diagramme zu enzyma-tischen Reaktionen (E5).

stellen Hypothesen zur Ab-hängigkeit der Enzymaktivi-tät von verschiedenen Fak-toren auf und überprüfen sieexperimentell und stellen siegraphisch dar (E3, E2, E4, E5, K1, K4).

Checkliste mit Kriterien zur Beschrei-bung und Interpretation von Diagram-men

Experimente mithilfe von Interaktions-boxen zum Nachweis der Konzentrati-ons-, Temperatur- und pH-Abhängig-keit (Lactase und Bromelain)

Modellexperimente, z. B. mit Schere und Papierquadraten zur Substratkon-zentration

Das Beschreiben und Interpre-tieren von Diagrammen wird geübt.

Experimente zur Ermittlung der Abhängigkeiten der Enzymaktivi-tät werden geplant und durchge-führt.Wichtig: Denaturierung im Sinne einer irreversiblen Hemmung durch Temperatur, pH-Wert und Schwermetalle muss herausge-stellt werden.

Die Wechselzahl wird problema-tisiert.

Durchführung von Experimen-ten zur Ermittlung von Enzy-meigenschaften an ausge-wählten Beispielen.

Wie wird die Aktivität der Enzyme in den Zellen reguliert?

kompetitive Hemmung, allosterische (nicht kompetiti-

ve) Hemmung

Substrat und Endprodukthem-mung

beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzym-hemmung (E6).

GruppenarbeitInformationsmaterial zu Trypsin (al-losterische Hemmung) und Allopurinol (kompetitive Hemmung)

Modellexperimente z. B. mit Frucht-gummi und Smarties

Checkliste mit Kriterien zur Modellkritik

Wesentliche Textinformationen werden in einem begrifflichen Netzwerk zusammengefasst.Die kompetitive Hemmung wird simuliert.

Modelle zur Erklärung von Hemmvorgängen werden entwi-ckelt.Reflexion und Modellkritik

Wie macht man sich die Wirkweise von Enzymen zu Nutze?

Enzyme im Alltag- Technik- Medizin

recherchieren Informationenzu verschiedenen Einsatz-gebieten von Enzymen und präsentieren und bewerten vergleichend die Ergebnisse

(Internet)Recherche

(Umgang mit online-Quellen themati-sieren!)

Die Bedeutung enzymatischer Reaktionen für z.B. Veredlungs-prozesse und medizinische Zwe-cke wird herausgestellt.

32

- u. a. (K2, K3, K4).

geben Möglichkeiten und Grenzen für den Einsatz von Enzymen in biologisch-technischen Zusammenhän-gen an und wägen die Be-deutung für unser heutiges Leben ab (B4).

Als Beispiel können Enzyme im Waschmittel und ihre Auswir-kung auf die menschliche Haut besprochen und diskutiert wer-den.

Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe

Leistungsbewertung: z. B. multiple choice -Tests KLP-Überprüfungsform: „experimentelle Aufgabe“ (z.B. Entwickeln eines Versuchsaufbaus in Bezug auf eine zu Grunde liegende Frage-

stellung und/oder Hypothese) zur Ermittlung der Versuchsplanungskompetenz (E4) ggf. Klausur


Unterrichtsvorhaben V:Thema/Kontext: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper?Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)Inhaltliche Schwerpunkte: Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel


Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können … UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in ge-

gebene fachliche Strukturen begründen. B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen

Zusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralische Bewer-tungskriterien angeben.

B2 in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Entscheidungs-möglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begrün-deten Standpunkt beziehen.

B3 in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinan-dersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösun-gen darstellen.

Mögliche didaktische Leitfragen Konkretisierte Kompetenzer- Empfohlene Lehrmittel/ Materiali- Didaktisch-methodische Anmer-

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/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

wartungen des KernlehrplansDie Schülerinnen und Schüler …

en/ Methoden kungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Ab-sprachen der Fachkonferenz

Welche Veränderungen können während und nach körperlicher Belastung beobachtet werden?

Systemebene: Organismus

Belastungstest Schlüsselstellen der kör-

perlichen Fitness

Belastungstest, z B. Münchener Belastungstest oder multi-stage Be-lastungstest.

Selbstbeobachtungsprotokoll zu Herz, Lunge, Durchblutung Muskeln

Graphic Organizer auf verschiede-nen Systemebenen

Begrenzende Faktoren bei unter-schiedlich trainierten Menschen wer-den ermittelt.

Damit kann der Einfluss von Trai-ning auf die Energiezufuhr, Durch-blutung, Sauerstoffversorgung, Energiespeicherung und Ernäh-rungsverwertung systematisiert wer-den.

Die Auswirkung auf verschiedene Systemebenen (Organ, Gewebe, Zelle, Molekül) kann dargestellt und bewusst gemacht werden.

Wie reagiert der Körper auf unter-schiedliche Belastungssituationen und wie unterscheiden sich ver-schiedene Muskelgewebe vonein-ander?

Systemebene: Organ und Gewe-be

Muskelaufbau

Systemebene: Zelle Sauerstoffschuld, Energie-

reserve der Muskeln, Gly-kogenspeicher

Systemebene: Molekül Lactat-Test Milchsäure-Gärung

erläutern den Unterschied zwi-schen roter und weißer Mus-kulatur (UF1).präsentieren unter Einbezug ge-eigneter Medien und unter Ver-wendung einer korrekten Fach-sprache die aerobe und anaero-be Energieumwandlung in Ab-hängigkeit von körperlichen Ak-tivitäten (K3, UF1).

überprüfen Hypothesen zur Ab-hängigkeit der Gärung von ver-schiedenen Faktoren (E3, E2, E1, E4, E5, K1, K4).

Partnerpuzzle mit Arbeitsblättern zur roten und weißen Muskulatur und zur Sauerstoffschuld

Bildkarten zu Muskeltypen und Sportarten

InformationsblattExperimente mit Sauerkraut (u.a. pH-Wert)

Hier können Beispiele von 100-Me-ter-, 400-Meter- und 800-Meter-Läu-fern analysiert werden.

Verschiedene Muskelgewebe wer-den im Hinblick auf ihre Mitochondri-endichte (stellvertretend für den Energiebedarf) untersucht / ausge-wertet.Muskeltypen werden begründend Sportarten zugeordnet.

Die Milchsäuregärung dient der Ver-anschaulichung anaerober Vorgän-ge:Modellexperiment zum Nachweis von Milchsäure unter anaeroben Be-dingungen wird geplant und durch-

34

geführt.

Der Wechsel zwischen den biolo-gischen Systemebenen soll auch den Schülerinnen und Schülern bewusst gemacht werden.

Welche Faktoren beeinflussen den Energieumsatz und welche Methoden helfen bei der Bestim-mung?

Systemebenen: Organismus,Gewebe, Zelle, Molekül

Energieumsatz (Grundum-satz und Leistungsumsatz)

Direkte und indirekte Kalo-rimetrie

Welche Faktoren spielen eine Rol-le bei körperlicher Aktivität?

Sauerstofftransport im Blut Sauerstoffkonzentration im

Blut Erythrozyten Hämoglobin/ Myoglobin Bohr-Effekt

stellen Methoden zur Bestim-mung des Energieumsatzes bei körperlicher Aktivität verglei-chend dar (UF4).

Film zur Bestimmung des Grund- und LeistungsumsatzesFilm zum Verfahren der Kalorimetrie(Kalorimetrische Bombe / Respirato-rischer Quotient)

Diagramme zum Sauerstoffbin-dungsvermögen in Abhängigkeit verschiedener Faktoren (Tempera-tur, pH-Wert) und Bohr-Effekt

Arbeitsblatt mit Informationstext zurErarbeitung des Prinzips der Ober-flächenvergrößerung durch Kapillari-sierung

Der Zusammenhang zwischen re-spiratorischem Quotienten und Er-nährung wird erarbeitet.

Der quantitative Zusammenhang zwischen Sauerstoffbindung und Partialdruck wird an einer sigmoidenBindungskurve ermittelt.

Der Weg des Sauerstoffs in die Muskelzelle über den Blutkreislauf wird wiederholt und erweitert unter Berücksichtigung von Hämoglobin und Myoglobin.

Wie sind Zucker aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle?

Monosaccharid, Disaccharid Polysaccharid

ordnen die biologisch bedeutsa-men Makromoleküle (Kohlenhy-drate, [Lipide, Proteine, Nucle-insäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funk-tionen zu und erläutern sie be-züglich ihrer wesentlichen che-mischen Eigenschaften (UF1, UF3).

Informationstexte zu funktionellen Gruppen und ihren Eigenschaften sowie Kohlenhydratklassen und Vor-kommen und Funktion in der Natur

„Spickzettel“ als legale Methode des Memorierens

Museumsgang, ggf. digital

Gütekriterien für gute „Spickzettel“ werden erarbeitet (Übersichtlichkeit,auf das Wichtigste beschränkt, sinnvoller Einsatz von mehreren Farben, um Inhalte zu systematisie-ren etc.) werden erarbeitet.

Der beste „Spickzettel“ kann gekürt

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Beobachtungsbogen mit Kriterien für „gute Spickzettel“

und allen SuS über I-Serv zur Ver-fügung gestellt werden.

Wie entsteht und wie gelangt die benötigte Energie zu unterschied-lichen Einsatzorten in der Zelle?

Systemebene: Molekül NAD+ und ATP

erläutern die Bedeutung von NAD+ und ATP für aerobe und anaerobe Dissimilationsvorgän-ge (UF1, UF4).

Arbeitsblatt mit Modellen / Sche-mata zur Rolle des ATP

Die Funktion des ATP als Ener-gie-Transporter wird verdeutlicht.

Wie entsteht ATP und wie wird derC6-Körper abgebaut?

Systemebenen: Zelle, Molekül Tracermethode Glykolyse Zitronensäurezyklus Atmungskette

präsentieren eine Tracermetho-de bei der Dissimilation adres-satengerecht (K3).

erklären die Grundzüge der Dis-similation unter dem Aspekt der Energieumwandlung mithilfe einfacher Schemata (UF3).

beschreiben und präsentieren die ATP-Synthese im Mitochon-drium mithilfe vereinfachter Schemata (UF2, K3).

Advance OrganizerArbeitsblatt mit histologischen Elektronenmikroskopie-Aufnahmen und Tabellen

Informationstexte und schemati-sche Darstellungen zu Experimen-ten von Peter Mitchell (chemiosmoti-sche Theorie) zum Aufbau eines Protonengradienten in den Mit-ochondrien für die ATP-Synthase (vereinfacht)

Grundprinzipien von molekularen Tracern werden wiederholt.

Experimente werden unter dem Aspekt der Energieumwandlung ausgewertet.

Wie funktional sind bestimmte Trainingsprogramme und Ernäh-rungsweisen für bestimmte Trai-ningsziele?

Systemebenen: Organismus,Zelle, Molekül

Ernährung und Fitness Kapillarisierung Mitochondrien

Systemebene: Molekül Glycogenspeicherung Myoglobin

erläutern unterschiedliche Trai-ningsformen adressatengerechtund begründen sie mit Bezug auf die Trainingsziele (K4).

erklären mithilfe einer graphi-schen Darstellung die zentrale Bedeutung des Zitronensäure-zyklus im Zellstoffwechsel (E6, UF4).

Fallstudien aus der Fachliteratur (Sportwissenschaften)

Arbeitsblatt mit einem vereinfach-ten Schema des Zitronensäurezy-klus und seiner Stellung im Zellstoff-wechsel (Zusammenwirken von

Hier können Trainingsprogramme und Ernährung unter Berücksichti-gung von Trainingszielen (Aspekte z.B. Ausdauer, Kraftausdauer, Maxi-malkraft) und der Organ- und Zelle-bene (Mitochondrienanzahl, Myoglo-binkonzentration, Kapillarisierung, erhöhte Glykogenspeicherung) be-trachtet, diskutiert und beurteilt wer-den.

Verschiedene Situationen können „durchgespielt“ (z.B. die Folgen ei-ner Fett-, Vitamin- oder Zuckerunter-versorgung) werden.

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Kohlenhydrat, Fett und Proteinstoff-wechsel)

Wie wirken sich leistungssteigern-de Substanzen auf den Körper aus?

Systemebenen: Organismus,Zelle, Molekül

Formen des Dopings Anabolika EPO …

nehmen begründet Stellung zur Verwendung leistungssteigern-der Substanzen aus gesund-heitlicher und ethischer Sicht (B1, B2, B3).

Anonyme Kartenabfrage zu Do-ping

Informationstext zu Werten, Nor-men, FaktenInformationstext zum ethischen Reflektieren (nach Martens 2003)

Exemplarische Aussagen von Per-sonen

Informationstext zu EPOHistorische Fallbeispiele zum Ein-satz von EPO (Blutdoping) im Spit-zensport

Weitere Fallbeispiele zum Einsatz anaboler Steroide in Spitzensport und Viehzucht

Juristische und ethische Aspekte werden auf die ihnen zugrunde lie-genden Kriterien reflektiert.

Verschiedene Perspektiven und de-ren Handlungsoptionen werden er-arbeitet, deren Folgen abgeschätzt und bewertet.

Bewertungsverfahren und Begriffe werden geübt und gefestigt.

Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der UnterrichtsreiheLeistungsbewertung:

KLP-Überprüfungsform: „Bewertungsaufgabe“ zur Ermittlung der Entscheidungskompetenz (B2) und der Kriterienermittlungs-kompetenz (B1) mithilfe von Fallbeispielen

ggf. Klausur.

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Konkretisierte Kontexte für die Qualifikationsphase

Unterrichtsvorhaben I:Thema/Kontext: Molekulare Grundlagen und Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merk-male und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen & epigenetischen Strukturen auf einen Organismus?Inhaltsfeld: IF 3 GenetikInhaltliche Schwerpunkte: Proteinbiosynthese Genregulation Epigenetik

Zeitbedarf: GK ca. 13 Std (20 Std. LK) à 67,5 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können … UF1 Wiedergabe – biologische Phänomene und Sachverhalte

beschreiben und erläutern. UF2 Auswahl – zur Lösung von biologischen Problemen

zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden.

UF3 Systematisierung – biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen.

E2 Wahrnehmung und Messung – Beobachtungen und Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern.

E6 Modelle – Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen.

E1 Probleme und Fragestellungen – selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren.

E3 Hypothesen – mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten.

E4 Untersuchungen und Experimente – Experimente mit komplexen Versuchsplänen und –aufbauten mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien (Sicherheit, Messvorschriften, Variablenkontrolle, Fehleranalyse) durchführen.

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Mögliche didaktische Leitfragen/Sequenzierung inhalt-licher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartun-gen des KernlehrplansDie Schülerinnen und Schüler …

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen

Sind Bakterien ein geeignetes Mo-dell?

Aufbau E. coli

begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für beson-dere Fragestellungen genetischer For-schung (E6, E3).

Erarbeitung der Bedeutung von ModellorganismenHistorische Experimente z.B. Griffith, Avery und/oder Hershey undChase

Wie entsteht ein Protein? Zellstrukturen: Ribosomen,

mRNA, Aminosäuren, tRNA Proteinbiosynthese

Code-Sonne genetischer Code Auswirkungen von

Genmutationen Transkription Translation Prozessierung

Genmutationen Genwirkketten

erläutern wissenschaftliche Experimente zur Aufklärung der Proteinbiosynthese, ge-nerieren Hypothesen auf der Grundlage der Versuchspläne und interpretieren die Versuchsergebnisse (E3, E4, E5).

benennen Fragestellungen und stellen Hy-pothesen zur Entschlüsselung des geneti-schen Codes auf und erläutern klassische Experimente zur Entwicklung der Code-Sonne (E1, E3, E4).

erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hil-fe Genmutationen [Mutationstypen] (UF1, UF2).

vergleichen die molekularbiologischen Ab-läufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3).

erklären die Auswirkungen verschiedener Genmutationen auf den Phänotyp (u.a. un-ter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4).

reflektieren und erläutern den Wandel des Genbegriffes (E7).

[Wdh.: Aufbau und Struktur der mRNA im Vergleich zur DNA]Analyse von Experimenten zur Aufklärung der Proteinbio-synthese GIDA-Filme

Experimente von Nirenberg zur Entschlüsselung des genetischen Codes

Transkription und Translation z.B. anhand von Animationsprogram-men des Schulbuches (Schroedel heute) oder z.B. GIDA-Filme

Proteinbiosynthese bei Prokaryonten im Vergleich zu Eukaryonten(Introns/Exons, Prozessierung)

Mutagene, DNA-ReparaturAuswirkungen von Genmutationen auf die Genwirkkette des Phe-nylalaninstoffwechsels

Reflexion: Von der „ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese“ zur „ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese“

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Wie lassen sich Gene ein- undausschalten?

Regulation der Genaktivität Substratinduktion,

Endproduktrepression

Genregulation durch epigenetische Mechanismen

Tumorgene

erläutern und entwickeln Modellvorstellun-gen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Pro-karyoten (E2, E5, E6).

erläutern die Bedeutung der Transkripti-onsfaktoren für die Regulation von Zell-stoffwechsel und Entwicklung (UF1, UF4).

erklären mithilfe von Modellen genregulato-rische Vorgänge bei Eukaryoten (E6).

erklären einen epigenetischen Mechanis-mus als Modell zur Regelung des Zellstoff-wechsels (E6).[erläutern epigenetische Modelle zur Rege-lung des Zellstoffwechsels und leiten Kon-sequenzen für den Organismus ab (E6).]

erklären mithilfe eines Modells die Wech-selwirkung von Proto-Onkogenen und Tu-mor-Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und erklären [/ beurteilen] die Folgen von Mutationen in diesen Ge-nen (E6, UF1, UF3, UF4).

Operon-Modell

Bedeutung von Enhancer- und Silencer-Elementen

Zusammenwirken von Transkriptionsfaktoren und Transkriptionsak-tivatoren bei der Regulation der Genaktivitätz.B. mittels Gruppenarbeit

Erarbeitung der Methylierung von DNA und Acetylierung von Hi-stonproteinen z.B. in Form eines Mystery zur Histonmodifikation oder zur DNA Methylierung (BIK-Material)

Krebsentstehung durch Mutationen in Proto-Onkogenen (z. B. ras-Gene) und Tumor-Suppressorgenen (z. B. p53-Gen) (BIK-Material)

Diagnose von Schülerkompetenzen: z.B. Selbstevaluationsbogen (evtl. Überprüfen der Kompetenzen im Vergleich Start-Ende der Unterrichtsreihe)Leistungsbewertung: multiple-choice-Tests oder angekündigte Kurztests zu z.B. Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Regulation der Genaktivität


Unterrichtsvorhaben II:Thema/Kontext: Gentechnologie heute – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?

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Inhaltsfeld: IF 3 GenetikInhaltliche Schwerpunkte: Gentechnik Stammzellforschung Bioethik I

Zeitbedarf: GK ca.6 Std. (12 Std LK) à 67,5 Minuten.

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können … UF1 Wiedergabe – biologische Phänomene und Sachverhalte

beschreiben und erläutern. E2 Wahrnehmung und Messung – Beobachtungen und

Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern.

E4 Untersuchungen und Experimente – Experimente mit komplexen Versuchsplänen und –aufbauten mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien (Sicherheit, Messvorschriften, Variablenkontrolle, Fehleranalyse) durchführen.

K1 Dokumentation – bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden.

B1 Kriterien - fachliche, wirtschaftlich- politische und moralische Kriterien bei Bewertungen von biologischen und biotechnischen Sachverhalten unterscheiden und angeben.

B3 Werte und Normen – an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten.


Konkretisierte Kompetenzerwartungen des KernlehrplansDie Schülerinnen und Schüler …


Wie funktioniert ein Gentransfer? molekulargenetische Werkzeuge

und Grundoperationen1. Klonierungsvektoren2. Restriktionsenzyme3. Ligase Transformation von Bakterien

beschreiben molekulargenetische Werk-zeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1).

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molekulargenetische Verfahren

Herstellung und Verwendung auch höherer transgener Lebewesen

DNA-Chips

aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie

erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1).

stellen mithilfe geeigneter Medien die Her-stellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3).

geben die Bedeutung von DNA-Chips [undHochdurchsatz-Sequenzierung an] und beurteilen [/ bewerten] Chancen und Risi-ken (B1, B3).

beschreiben aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie bis hin zum Aufbau von synthetischen Organismen in ihren Konse-quenzen für unterschiedliche Einsatzziele und bewerten sie (B3, B4).

Funktionsprinzip von PCR, Gelelektrophorese [und DNA-Sequen-zierung], Exkursion ins Baylab Wuppertal, Leverkusen; Bedeutung dieser Verfahren bei der RFLP-Analyse, für die medizinische Dia-gnostik und die Gentherapie

z. B. Referate über die Herstellung und Verwendung transgener Le-bewesen

Funktionsprinzip und Einsatz von DNA-Chips und Hochdurchsatz-sequenzierung

Referate/Gruppenpuzzle/Gruppenarbeit:Gentechnik in der Pflanzenzucht, der Lebensmittelherstellung und der Medikamentenherstellung

Aktuelle Bezüge oder z.B. Antimatschtomate, Insulinherstellung, Genmais

Gibt es Organe aus der Petrischa-le?

Stammzellforschung (embryonale und adulte Stammzellen)

Einsatz von Stammzellen naturwissenschaftlich-

gesellschaftliche Positionen zumtherapeutischen Einsatz von Stammzellen

recherchieren Unterschiede zwischen em-bryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung ge-eigneter Darstellungsformen (K2, K3).

stellen naturwissenschaftlich-gesellschaft-liche Positionen zum therapeutischen Ein-satz von Stammzellen dar und beurteilen [/bewerten] Interessen sowie Folgen ethisch(B3, B4).

Recherche und Präsentation: Entwicklungsmöglichkeiten von em-bryonalen und adulten Stammzellen

Beurteilung / Bewertung naturwissenschaftlich-gesellschaftlicher Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen unter Be-rücksichtigung geltender Normen und Werte

z.B. Dilemmamethode anhand von PID mit gestuften Hilfekarten

Diagnose von Schülerkompetenzen: z.B. Selbstevaluationsbogen (evtl. Überprüfen der Kompetenzen im Vergleich Start-Ende der Unterrichtsreihe)

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Leistungsbewertung: multiple-choice-Tests oder angekündigte Kurztests zu z.B. molekularen Grundoperationen, molekulargenetischen Verfahren


Unterrichtsvorhaben III:Thema/Kontext: Klassische und humangenetische Grundlagen für eine Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten dia-gnostiziert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?Inhaltsfeld: IF 3 GenetikInhaltliche Schwerpunkte: Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik II

Zeitbedarf:GK ca.10 Std. (16 Std LK) à 67,5 Minuten.

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können … UF4 Vernetzung – Zusammenhänge zwischen

unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.

E1 Probleme und Fragestellungen – selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren,analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren.

E3 Hypothesen – mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten.

E5 Auswertung – Daten und Messwerte qualitativ und quantitativim Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.

K4 Argumentation – sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch- konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen.

E7 Arbeits- und Denkweisen – naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und

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Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.

K2 Recherche - zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen.


Konkretisierte Kompetenzerwartungen des KernlehrplansDie Schülerinnen und Schüler …


Die Nase ganz die Mama, die Au-gen ganz der Papa? Rekombinationsvorgänge

(interchromosomale, intrachromosomale Rekombination)

Erbgänge Analyse von

Familienstammbäumen Zweifaktorenanalyse Kopplung Crossing-over

erläutern die Grundprinzipien der Rekom-bination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Be-fruchtung (UF4).

erläutern die Grundprinzipien der inter- undintrachromosomalen Rekombination (Re-duktion und Neukombination der Chromo-somen) bei Meiose und Befruchtung (UF4).

formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zu X-chromosomalen und au-tosomalen Vererbungsmodi genetisch be-dingter Merkmale und begründen die Hy-pothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4).

formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zum Vererbungsmodus gene-tisch bedingter Merkmale (X-chromosomal,autosomal, Zweifaktorenanalyse; Kopp-lung, Crossing-over) und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4).

Karyogramm

Wdh.: wichtige Fachbegriffe sowie 1. und 2. Mendelsche Regel, Wdh.: Meiose

Einführung der 3. Mendelschen Regel;

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Wdh. Auswirkungen von Genmutationen

Auswirkungen von Chromosomen- und Genommutationen

erklären die Auswirkungen verschiedenerChromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (UF1, UF4).

Methoden der Humangenetik recherchieren Informationen zu humange-netischen Fragestellungen (u.a. genetisch bedingten Krankheiten), schätzen die Rele-vanz und Zuverlässigkeit der Informationenein und fassen die Ergebnisse strukturiert zusammen (K2, K1, K3, K4).

Recherche zu u. a. genetisch bedingten Krankheiten

Diagnose von Schülerkompetenzen: z.B. Selbstevaluationsbogen (evtl. Überprüfen der Kompetenzen im Vergleich Start-Ende der Unterrichtsreihe)Leistungsbewertung: multiple-choice-Tests oder angekündigte Kurztests zu z.B. Meiose, Karyogramm, Stammbaumanalyse, Genwirkketten, Erbgängen, Genmutationen ggf. Teil einer Klausur

…

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Die folgenden Ausführungen (2.2 - 4) sollen lediglich Diskussi-onsgrundlage für die Fachdienstbesprechung am Ende der Sommerferien sein:

2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Ar-beit

In Absprache mit der Lehrerkonferenz sowie unter Berücksichtigung des Schul-programms hat die Fachkonferenz Biologie die folgenden fachmethodischen undfachdidaktischen Grundsätze beschlossen. In diesem Zusammenhang beziehensich die Grundsätze 1 bis 14 auf fächerübergreifende Aspekte, die auch Gegen-stand der Qualitätsanalyse sind, die Grundsätze 15 bis 25 sind fachspezifisch an-gelegt.

Überfachliche Grundsätze:

1.) Geeignete Problemstellungen zeichnen die Ziele des Unterrichts vor undbestimmen die Struktur der Lernprozesse.

2.) Inhalt und Anforderungsniveau des Unterrichts entsprechen dem Leistungs-vermögen der Lerner.

3.) Die Unterrichtsgestaltung ist auf die Ziele und Inhalte abgestimmt.4.) Medien und Arbeitsmittel sind lernernah gewählt.5.) Die Schülerinnen und Schüler erreichen einen Lernzuwachs.6.) Der Unterricht fördert und fordert eine aktive Teilnahme der Lerner.7.) Der Unterricht fördert die Zusammenarbeit zwischen den Lernenden und

bietet ihnen Möglichkeiten zu eigenen Lösungen.8.) Der Unterricht berücksichtigt die individuellen Lernwege der einzelnen Ler-

ner.9.) Die Lerner erhalten Gelegenheit zu selbstständiger Arbeit und werden da-

bei unterstützt.10.) Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Einzel-, Partner- bzw.

Gruppenarbeit sowie Arbeit in kooperativen Lernformen.11.) Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Arbeit im Plenum.12.) Die Lernumgebung ist vorbereitet; der Ordnungsrahmen wird eingehalten.13.) Die Lehr- und Lernzeit wird intensiv für Unterrichtszwecke genutzt.14.) Es herrscht ein positives pädagogisches Klima im Unterricht.

Fachliche Grundsätze:

15.) Der Biologieunterricht orientiert sich an den im gültigen Kernlehrplan ausge-wiesenen, obligatorischen Kompetenzen.

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16.) Der Biologieunterricht ist problemorientiert und an Unterrichtsvorhaben undKontexten ausgerichtet.

17.) Der Biologieunterricht ist lerner- und handlungsorientiert, d.h. im Fokussteht das Erstellen von Lernprodukten durch die Lerner.

18.) Der Biologieunterricht ist kumulativ, d.h. er knüpft an die Vorerfahrungenund das Vorwissen der Lernenden an und ermöglicht das Erlernen von neu-en Kompetenzen.

19.) Der Biologieunterricht fördert vernetzendes Denken und zeigt dazu eineüber die verschiedenen Organisationsebenen bestehende Vernetzung vonbiologischen Konzepten und Prinzipien mithilfe von Basiskonzepten auf.

20.) Der Biologieunterricht folgt dem Prinzip der Exemplarizität und gibt den Ler-nenden die Gelegenheit, Strukturen und Gesetzmäßigkeiten möglichst an-schaulich in den ausgewählten Problemen zu erkennen.

21.) Der Biologieunterricht bietet nach Produkt-Erarbeitungsphasen immer auchPhasen der Metakognition, in denen zentrale Aspekte von zu erlernendenKompetenzen reflektiert werden.

22.) Der Biologieunterricht ist in seinen Anforderungen und im Hinblick auf diezu erreichenden Kompetenzen für die Lerner transparent.

23.) Im Biologieunterricht werden Diagnoseinstrumente zur Feststellung des je-weiligen Kompetenzstandes der Schülerinnen und Schüler durch die Lehr-kraft, aber auch durch den Lerner selbst eingesetzt.

24.) Der Biologieunterricht bietet immer wieder auch Phasen der Übung.

2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrück-meldung

Auf der Grundlage von § 48 SchulG, § 13 APO-GOSt sowie Kapitel 3 desKernlehrplans Biologie hat die Fachkonferenz im Einklang mit dem ent-sprechenden schulbezogenen Konzept die nachfolgenden Grundsätze zurLeistungsbewertung und Leistungsrückmeldung beschlossen. Die nachfol-genden Absprachen stellen die Minimalanforderungen an das lerngrup-penübergreifende gemeinsame Handeln der Fachgruppenmitglieder dar.Bezogen auf die einzelne Lerngruppe kommen ergänzend weitere der inden Folgeabschnitten genannten Instrumente der Leistungsüberprüfungzum Einsatz.

Beurteilungsbereich: Sonstige Mitarbeit

Folgende Aspekte sollen bei der Leistungsbewertung der sonstigen Mitar-beit eine Rolle spielen (die Liste ist nicht abschließend):

Verfügbarkeit biologischen Grundwissens

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Sicherheit und Richtigkeit in der Verwendung der biologischen Fachspra-che

Sicherheit, Eigenständigkeit und Kreativität beim Anwenden fachspezifi-scher Methoden und Arbeitsweisen (z. B. beim Aufstellen von Hypothe-sen, bei Planung und Durchführung von Experimenten, beim Umgang mit Modellen, …)

Zielgerichtetheit bei der themenbezogenen Auswahl von Informationen und Sorgfalt und Sachrichtigkeit beim Belegen von Quellen

Sauberkeit, Vollständigkeit und Übersichtlichkeit der Unterrichtsdokumen-tation, ggf. Portfolio

Sachrichtigkeit, Klarheit, Strukturiertheit, Fokussierung, Ziel- und Adressa-tenbezogenheit in mündlichen und schriftlichen Darstellungsformen, auch mediengestützt

Sachbezogenheit, Fachrichtigkeit sowie Differenziertheit in verschiedenenKommunikationssituation (z. B. Informationsaustausch, Diskussion, Feed-back, …)

Reflexions- und Kritikfähigkeit Schlüssigkeit und Differenziertheit der Werturteile, auch bei Perspektiv-

wechsel Fundiertheit und Eigenständigkeit der Entscheidungsfindung in Dilemma-

situationen

Beurteilungsbereich: Klausuren

Einführungsphase:

1 Klausur in jedem Halbjahr (90 Minuten).

Qualifikationsphase 1:

2 Klausuren pro Halbjahr (je 135 Minuten im GK und je 180 Minuten imLK), wobei in einem Fach die erste Klausur im 2. Halbjahr durch 1 Fachar-beit ersetzt werden kann bzw. muss.

Qualifikationsphase 2.1:

2 Klausuren pro Halbjahr (je 135 Minuten im GK und je 180 Minuten imLK).

Qualifikationsphase 2.2:

1 Klausur, die – was den formalen Rahmen angeht – unter Abiturbedin-gungen geschrieben wird.

Die Leistungsbewertung in den Klausuren wird mit Blick auf die schriftlicheAbiturprüfung mit Hilfe eines Kriterienrasters („Erwartungshorizont“) durch-

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geführt, welches neben den inhaltsbezogenen Teilleistungen auch darstel-lungsbezogene Leistungen ausweist. Dieses Kriterienraster wird den korri-gierten Klausuren beigelegt und Schülerinnen und Schülern auf dieseWeise transparent gemacht.

Die Zuordnung der Hilfspunkte zu den Notenstufen orientiert sich in derQualifikationsphase am Zuordnungsschema des Zentralabiturs. Die Noteausreichend soll bei Erreichen von ca. 50 % der Hilfspunkte erteilt werden.Eine Absenkung der Note kann gemäß APO-GOSt bei häufigen Verstö-ßen gegen die Sprachrichtigkeit vorgenommen werden.

Grundsätze der Leistungsrückmeldung und Beratung:

Für Präsentationen, Arbeitsprotokolle, Dokumentationen und andere Lern-produkte der sonstigen Mitarbeit erfolgt eine Leistungsrückmeldung, beider inhalts- und darstellungsbezogene Kriterien angesprochen werden.Hier werden zentrale Stärken als auch Optimierungsperspektiven für jedeSchülerin bzw. jeden Schüler hervorgehoben.

Die Leistungsrückmeldungen bezogen auf die mündliche Mitarbeit erfol-gen auf Nachfrage der Schülerinnen und Schüler außerhalb der Unter-richtszeit, spätestens aber in Form von mündlichem Quartalsfeedbackoder Eltern-/Schülersprechtagen. Auch hier erfolgt eine individuelle Bera-tung im Hinblick auf Stärken und Verbesserungsperspektiven.

Für jede mündliche Abiturprüfung (im 4. Fach oder bei Abweichungs- bzw.Bestehensprüfungen im 1. bis 3. Fach) wird ein Kriterienraster für den ers-ten und zweiten Prüfungsteil vorgelegt, aus dem auch deutlich die Kriteri-en für eine gute und eine ausreichende Leistung hervorgehen.

2.4 Lehr- und Lernmittel

Für den Biologieunterricht in der Sekundarstufe II ist am Kruppgymnasiumderzeit kein neues Schulbuch eingeführt. Über die Einführung eines neuenLehrwerks ist ggf. nach Vorliegen entsprechender Verlagsprodukte zu be-raten und zu entscheiden. Bis zu diesem Zeitpunkt wird auf der Grundlageder zur Verfügung stehenden Lehrwerke die inhaltliche und die kompeten-zorientierte Passung vorgenommen, die sich am Kernlehrplan SII orien-tiert.

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3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifen-den Fragen

Die Fachkonferenz Biologie hat sich im Rahmen des Schulprogramms fürfolgende zentrale Schwerpunkte entschieden:

Zusammenarbeit mit anderen Fächern

Die Fachkonferenzen Biologie und Sport kooperieren fächerverbindend inder Einführungsphase. Im Rahmen des Unterrichtsvorhabens V: „Biologieund Sport – Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unserenKörper?“ werden im Sportunterricht Fitnesstests wie etwa der MünchenerBelastungstest oder Multistage Belastungstest durchgeführt und Trai-ningsformen vorgestellt, welche im Biologieunterricht interpretiert und mit-hilfe der Grundlagen des Energiestoffwechsels reflektiert werden.

Fortbildungskonzept

Die im Fach Biologie in der gymnasialen Oberstufe unterrichtenden Kolle-ginnen und Kollegen nehmen nach Möglichkeit regelmäßig an Fortbil-dungsveranstaltungen der umliegenden Universitäten, Zoos oder der Be-zirksregierungen bzw. der Kompetenzteams und des LandesinstitutesQUALIS teil. Die dort bereitgestellten oder entwickelten Materialien wer-den von den Kolleginnen und Kollegen in den Fachkonferenzsitzungenvorgestellt und der Biologiesammlung zum Einsatz im Unterricht bereitge-stellt.

Exkursionen

Abgesehen vom Abiturhalbjahr (Q 2.2) sollen in der Qualifikationsphasenach Möglichkeit und in Absprache mit der Stufenleitung unterrichtsbeglei-tende Exkursionen zu Themen des gültigen KLP durchgeführt werden.

4 Qualitätssicherung und Evaluation

Evaluation des schulinternen Curriculums

Das schulinterne Curriculum stellt keine starre Größe dar, sondern ist als„lebendes Dokument“ zu betrachten. Dementsprechend werden die Inhal-te stetig überprüft, um ggf. Modifikationen vornehmen zu können. DieFachkonferenz (als professionelle Lerngemeinschaft) trägt durch diesenProzess zur Qualitätsentwicklung und damit zur Qualitätssicherung desFaches Biologie bei.

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Biologie - Krupp-Gymnasium Europaschule · dingungen der Schule ermöglichen einen...

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