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Biologie Oberstufe

KursplanerBasiskonzepte

2 KURSPLANER

Die Testkandidaten waren Studienanfänger an den

Universitäten Dortmund und Münster in den

Studiengängen Primarstufe Sachunterricht Natur-

wissenschaften/Technik und wissenschaften/Technik und wissenschaften/Technik Biologie Sekundar-

stufe I. Insgesamt waren 8 derartige Aufgaben in

15 Minuten zu lösen. Es wurde ausschließlich

elementares Wissen abgefragt, dessen Kenntnis

für das Verständnis wichtiger biologischer Phäno-

mene unerlässlich ist. Der Schwierigkeitsgrad ging

kaum über die Anforderungen des Biologieunter-

richts in der Sekundarstufe I hinaus. Der Test galt

als „bestanden“, wenn die Hälfte der Aufgaben

zutreffend gelöst war. Dieses Ziel erreichten zwischen

1995 und 2000 von fast 500 Studienanfängern

sage und schreibe 8 (1,6 %). Noch schockierender

wird das desaströse Ergebnis, wenn man berück-

sichtigt, dass mehr als 55 % der Testpersonen an

einem Leistungskurs Biologie teilgenommen

hatten. Neun Jahre Biologieunterricht hatten

offenbar noch nicht einmal „Gedächtnis-

spuren“ hinterlassen.

Das Test-Ergebnis reiht sich ein in die Befunde über

die mangelhafte biologische Grundbildung

deutscher Schülerinnen und Schüler, wie wir sie

aus den internationalen Leistungsvergleichsstudien

wie TIMSS und PISA kennen. Insbesondere das

schlechte Abschneiden bei PISA und dessen breite

Diskussion in der Öffentlichkeit haben in Deutsch-

land einen Prozess der Qualitätsentwicklung in

Gang gebracht, in dem der Entwicklung von

Bildungsstandards eine zentrale Bedeutung

zukommt. Sie gelten als Voraussetzung dafür, dass

die Qualität des Biologieunterrichts langfristig

gesichert und weiterentwickelt werden kann.

Möller, H.: Biologische Kenntnisse Möller, H.: Biologische Kenntnisse Möller, H.: Biologische Kenntnisse von Studienanfängern. In: von Studienanfängern. In: von Studienanfängern. In: MNU 56, 2003, Heft 1, S. 4–12MNU 56, 2003, Heft 1, S. 4–12MNU 56, 2003, Heft 1, S. 4–12

Mayer, J.: Qualitätsentwicklung im Mayer, J.: Qualitätsentwicklung im Mayer, J.: Qualitätsentwicklung im Biologieunterricht. In: MNU 57, Biologieunterricht. In: MNU 57, Biologieunterricht. In: MNU 57,

2004, Heft 2, S. 92–992004, Heft 2, S. 92–992004, Heft 2, S. 92–99

Die Aufgabe war nicht schwer, denn dieser

elementare ökologische Sachverhalt wird intensiv

im Biologieunterricht beider Sekundarstufen

behandelt: „Erstellen Sie eine einfache Skizze

vom Stoffkreislauf in Ökosystemen.“ Die Lösungen vom Stoffkreislauf in Ökosystemen.“ Die Lösungen vom Stoffkreislauf in Ökosystemen.“

wurden als richtig bewertet, wenn die einfache

Beziehung zwischen (Primär-)Produzenten (PP),

Konsumenten (K) und Destruenten (D) als Kreis

dargestellt wurde:

Alarmierende Befunde …

PP

D K

3

3Basiskonzepte

Für den Biologieunterricht wurden von der Kultus-

ministerkonferenz bundeseinheitliche Bildungs-

standards bisher nur für die Sekundarstufe I

vorgelegt.

Für die gymnasiale Oberstufe geben die Einheit-

lichen Prüfungsanforderungen in der Abitur-

prüfung (EPA) vor, welche fachlichen Inhalte und

Qualifi kationen die Schülerinnen und Schüler bis

zum Abitur erworben haben sollen:

„Der Biologieunterricht muss darauf ausgerichtet

sein, den Schülerinnen und Schülern zentrale

Erkenntnisse und Entwicklungen in den Biowissen-

schaften durchschaubar und verständlich zu

machen. Er erschöpft sich nicht in der Vermittlung

von Faktenwissen, sondern greift als erklärender

Unterricht auf biologische Grundprinzipien und

Gesetzmäßigkeiten sowie auf Gesetze und

Methoden der anderen Naturwissenschaften

zurück, indem er den Jugendlichen die unmittelbare

Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Bildungsstandards im Fach Biologie Bildungsstandards im Fach Biologie Bildungsstandards im Fach Biologie für den Mittleren Bildungsabschluss für den Mittleren Bildungsabschluss für den Mittleren Bildungsabschluss (Beschluss vom 16.12.2004). (Beschluss vom 16.12.2004). (Beschluss vom 16.12.2004). Neuwied 2005Neuwied 2005Neuwied 2005

Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Einheitliche Prüfungsanforderungen Einheitliche Prüfungsanforderungen Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Biologie in der Abiturprüfung Biologie in der Abiturprüfung Biologie (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. vom 5.2.2004). Neuwied 2004, vom 5.2.2004). Neuwied 2004, vom 5.2.2004). Neuwied 2004, S. 5–6S. 5–6S. 5–6

und ihre Konsequenzen für den Unterricht

Begegnung mit der Natur und ihren Lebewesen

sowie faszinierende Einblicke in Bau und Funktion

des eigenen Körpers ermöglicht. Das Arbeiten mit

Modellvorstellungen und der gedankliche Wechsel

zwischen verschiedenen Organisations- und

Komplexitätsebenen (Atome, Moleküle, Organellen,

Zellen, Gewebe, Organe, Organismen, Populationen,

Lebensgemeinschaften, Ökosysteme, Bio sphäre)

fördern die Fähigkeit zur Abstraktion, zum

Perspektivwechsel und zum logischen Denken.“

Es wird also gefordert, dass sich der Biologie-

unterricht nicht – wie leider häufi g üblich –

in der Vermittlung von Faktenwissen erschöpfen

darf, sondern als erklärender Unterricht zu

gestalten ist, der auf biologische Grundprin-

zipien zurückgreift. Das zu erwerbende Fach-

wissen soll im Sinne einer vertieften Allgemeinbil-

dung helfen, Alltagsfragen im Zusammenhang mit

biologischen Phänomenen und Sachverhalten zu

bewältigen, und als Basiswissen anschlussfähig

für Studium und Berufsausbildung sein. Eine

wesentliche Rolle beim Ausweisen der verbind-

lichen fachlichen Inhalte spielen neben den The-

menbereichen die Basiskonzepte.

4 KURSPLANER

Was sind Basiskonzepte?

Basiskonzepte sind als biologische Prinzipien zu verstehen,

die einerseits die Strukturierung der Themenbereiche erleich-

tern und andererseits der Refl exion erworbener Erkenntnisse

dienen sollen. Die Ausweisung der Basiskonzepte greift auf

das Konzept des kumulativen Lernens zurück.

Die folgenden Basiskonzepte gehören zu den verbindlichen

Inhalten des Biologieunterrichts, die jeweils angeführten

Beispiele illustrieren ihre Bedeutung auf unterschiedlichen

Organisations ebenen. Alle Basiskonzepte beinhalten den

Aspekt der Wechselwirkungen in verschiedenen Zusammen-

hängen.

Gilbert, P.; Richter, R.: Einheitliche Gilbert, P.; Richter, R.: Einheitliche Gilbert, P.; Richter, R.: Einheitliche Prüfungsanforderungen Prüfungsanforderungen Prüfungsanforderungen

(EPA) für das Fach Biologie. (EPA) für das Fach Biologie. (EPA) für das Fach Biologie. In: MNU 57, 2004, Heft 3, S. 174In: MNU 57, 2004, Heft 3, S. 174In: MNU 57, 2004, Heft 3, S. 174

Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Einheitliche Prüfungsanforderungen Einheitliche Prüfungsanforderungen Einheitliche Prüfungsanforderungen

in der Abiturprüfung Biologie in der Abiturprüfung Biologie in der Abiturprüfung Biologie (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. vom (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. vom (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. vom 5.2.2004). Neuwied 2004, S. 11–125.2.2004). Neuwied 2004, S. 11–125.2.2004). Neuwied 2004, S. 11–12

Struktur und Funktion

Lebewesen und Lebensvorgänge sind an Struk-

turen gebunden; es gibt einen Zusammenhang

von Struktur und Funktion.

Dieses Basiskonzept hilft z. B. beim Verständnis des

Baus von Biomolekülen, der Funktion der Enzyme,

der Organe und der Ökosysteme.

Reproduktion

Lebewesen sind fähig zur Reproduktion; damit

verbunden ist die Weitergabe von Erbinforma-

tionen.

Dieses Basiskonzept hilft z. B. beim Verständnis der

identischen Replikation der DNS, der Viren, der

Mitose und der geschlechtlichen Fortpfl anzung.

Kompartimentierung

Lebende Systeme zeigen abgegrenzte Reaktions-

räume.


Zellorganellen, der Organe und der Biosphäre.

n

n

n

5

5Basiskonzepte

Steuerung und Regelung

Lebende Systeme halten bestimmte Zustände

durch Regulation aufrecht und reagieren auf

Veränderungen.


Proteinbiosynthese, der hormonellen Regulation

und der Populationsentwicklung.

Stoff- und Energieumwandlung

Lebewesen sind offene Systeme; sie sind

gebunden an Stoff- und Energieumwandlungen.


Photosynthese, der Ernährung und der Stoffkreis-

läufe.

Information und Kommunikation

Lebewesen nehmen Informationen auf, speichern

und verarbeiten sie und kommunizieren.


Verschlüsselung von Information auf der Ebene

der Makromoleküle, der Erregungsleitung, des

Lernens und des Territorialverhaltens.

Variabilität und Angepasstheit

Lebewesen sind bezüglich Bau und Funktion an ihre

Umwelt angepasst. Angepasstheit wird durch

Variabilität ermöglicht. Grundlage dieser Variabilität

sind Mutation, Rekombination und Modifi kation.


Sichelzellanämie, der ökologischen Nische und der

Artbildung.

Geschichte und Verwandtschaft

Ähnlichkeit und Vielfalt von Lebewesen sind das

Ergebnis stammesgeschichtlicher Entwicklungs-

prozesse.


Entstehung des Lebens, homologer Organe und

der Herkunft des Menschen.

n

n

n

n

n

6 KURSPLANER

Basiskonzepte – alter Wein in neuen Schläuchen?

Allgemeinverbindliches Basiswissen

zu vermitteln, das für ein Verständnis

der Biologie für wesentlich gehalten

wird, ist auch mitunter das Anliegen

von Lehrbüchern für das Grundstu-

dium an den Universitäten. Auch in

diesem Fall ist das Problem zu lösen,

wie anstelle eines Sammelsuriums

unzusammenhängender Fakten ein

zusammenhängendes, konzeptio-

nelles Verständnis aufgebaut werden

kann. Im Lehrbuch von Campbell,

das auch bei der Entwicklung des

Lehrbuchs Biologie Oberstufe als

Vorlage diente, wurde das Problem

für die Neuaufl age vor zehn Jahren in

folgender Weise gelöst:

Campbell, N. A.: Biologie. Campbell, N. A.: Biologie. Campbell, N. A.: Biologie. Heidelberg/Berlin/Oxford 1997Heidelberg/Berlin/Oxford 1997Heidelberg/Berlin/Oxford 1997

Im Eingangskapitel sind zwölf

biologische Grundprinzipien als

übergreifende Themen vorgestellt,

die helfen sollen, Verbindungen

zwischen den verschiedenen

Teilbereichen der Biologie herzu-

stellen.

Die dann folgenden Kapitel sind

jeweils um Schlüsselkonzepte

herum aufgebaut.

Insbesondere die Ergebnisse von

TIMSS und PISA haben deutlich

gemacht, dass deutsche Schülerinnen

und Schüler vorwiegend additiv

lernen: Sie verfügen vor allem über

einzelne Fakten und Begriffe, wäh-

rend es an systematischen Einsichten

in Zusammenhänge und übergrei-

fende Theorien mangelt. Ulrich

KATTMANN hat das zugespitzt so

formuliert:

„Lernen verkümmert zum Erwerb der

jeweils unmittelbar nach dem

erfolgreichen Abschluss einer Klausur

absterbenden Spezialkenntnisse.“

n

n

Kattmann, U.: Vom Blatt zum Kattmann, U.: Vom Blatt zum Kattmann, U.: Vom Blatt zum Planeten – Scientifi c Literacy Planeten – Scientifi c Literacy Planeten – Scientifi c Literacy

und kumulatives Lernen im Biologie-und kumulatives Lernen im Biologie-und kumulatives Lernen im Biologie-unterricht und darüber hinaus. In: unterricht und darüber hinaus. In: unterricht und darüber hinaus. In:

Moschner, B., u.a. (Hrsg.): Moschner, B., u.a. (Hrsg.): Moschner, B., u.a. (Hrsg.): PISA 2000 als Herausforderung. PISA 2000 als Herausforderung. PISA 2000 als Herausforderung.

Baltmannsweiler, S. 115–137Baltmannsweiler, S. 115–137Baltmannsweiler, S. 115–137

7

777Basiskonzepte

Im Biologieunterricht ist diese Tendenz

zur bloßen Addition von isoliertem

Teilwissen besonders groß, weil die

Zergliederung in eine große Zahl von

Einzelthemen durch die Vorgaben

der meisten Lehr- und Rahmenpläne

begünstigt wird.

Angestrebt wird daher kumulatives

Lernen, bei dem die Schülerinnen

und Schüler ihre Kompetenzen

schrittweise steigern und als Lernzu-

wachs erfahren. Eine Voraussetzung

wird darin gesehen, dass eine für

Schülerinnen und Schüler einsehbare

Verknüpfung und Vernetzung sowie

eine dem Lernvermögen angepasste,

aufbauende Abfolge der Lerngegen-

stände vorgenommen wird.

Eine Arbeitsgruppe des „Vereins zur

Förderung des mathematischen und

naturwissenschaftlichen Unterrichts

(MNU)“ hat dafür als Bezugssystem

so genannte Erschließungsfelder

vorgeschlagen. Sie sollen eine durch-

gängige Strukturierung des Biologie-

unterrichts anhand fachlich begrün-

deter Konzepte ermöglichen, indem

sie „die einzelnen Inhalte sinnvoll

miteinander verknüpfen, den System-

charakter des Lebendigen sichtbar

machen und verständnisvolles Lernen

fördern“.

MNU: Biologieunterricht und MNU: Biologieunterricht und MNU: Biologieunterricht und Bildung. Beilage zu MNU 54, 2001, Bildung. Beilage zu MNU 54, 2001, Bildung. Beilage zu MNU 54, 2001, Heft 4Heft 4Heft 4

Erschließungsfelder

AngepasstheitReproduktion

Information

Regulation

Strukturen

Ebenen

VariabilitätBewegung

Zeit

Wechselwirkung

Wachstum

Energie

Stoffe

8 KURSPLANER

8 BIOLOGIE – DIE WISSENSCHAFT VOM LEBEN

Gestalt. Lebewesen haben eine charakteristische Gestalt. Esist kein Problem einen Vogel von einem Hund zu unterschei-den, eine Pflanze oder einen Pilz zu erkennen. Die Gestalt eines Lebewesens ist typisch für das Individuum, aber auchfür die Art, zu der es gehört. Häufig stehen die Körpergestaltund die Form einzelner Körperteile direkt mit ihrer Funktionin Zusammenhang: Der Flügel hat die Form einer Tragfläche,der spindelförmige Fischkörper eignet sich für die Fortbewe-gung im Wasser, die Blütengestalt zur Anlockung von bestäu-benden Insekten …

Entwicklung. Diese Gestalt ist zwar genetisch festgelegt,aber dennoch wandelbar. Sie verändert sich im Lauf der Ent-wicklung vom Ei oder Samen zum ausgewachsenen Lebewe-sen, bis sie zuletzt mit dem Tod aufgelöst wird. Die Entwick-lung folgt ebenfalls bestimmten Mustern, die charakteristischsind für Arten und Verwandtschaftsgruppen. Bei manchenTiergruppen, beispielsweise Insekten und Amphibien, sinddie einzelnen Entwicklungsstadien klar voneinander getrennt.

Wachstum.Wachstum.W Mit der Entwicklung des Individuums ist stetsauch WachstumWachstumW verbunden. Es ist nur dadurch möglich, dassZellen sich teilen können. Aber auch Einzeller würden bei jeder Teilung in ihrer Größe halbiert, wenn sie nicht anschlie-ßend wieder auf ihr Normalmaß heranwachsen würden.

Stoffwechsel. Die Energie für Entwicklungsprozesse undWachstum gewinnen Lebewesen entweder aus der Nahrungoder – wie im Fall der grünen Pflanzen – indem sie andere Energieformen nutzen, zum Beispiel Licht. Der Stoffwechseldient dazu, die aufgenommene Energie in eine für den Orga-nismus nutzbare Form umzuwandeln. Zusätzlich benötigt derKörper bestimmte Substanzen, aus der er körpereigene Mate-rie aufbaut. Auch im ausgewachsenen Zustand werden dievorhandenen Stoffe ständig ausgetauscht und erneuert. BeimMenschen beispielsweise werden täglich die obersten zwei bisdrei Zellschichten der Haut abgestoßen und aus darunter lie-genden Schichten ersetzt. Durch den lebenden Organismusfließt also ein andauernder Strom von Stoffen und Energie.

Bewegung, Reizbarkeit, Verhalten. Die Fähigkeit zu Bewe-gung ist ein offensichtliches Merkmal von Lebewesen – zumin-

Bereits die Philosophen der Antike beschäftigte die Idee, dassalle Phänomene auf der Erde – Lebewesen ebenso wie Gestei-ne, Luft oder Feuer – aus gleichartigen Teilchen aufgebautsind, den so genannten Atomen (von griech. atomos: unteil-bar). Ihre Vorstellung davon, wie diese kleinsten, unteilbarenEinheiten aussehen, entsprach allerdings nur zum Teil dem,was wir heute unter Atomen verstehen.

Auch in der Biologie versuchte man schon früh kleineEinheiten zu finden, auf die sich die Vielfalt der Organismenzurückführen lässt. Zunächst hielt man Körner und Fasern,später Gewebe für diese kleinsten Einheiten. In der Mitte des 19. Jahrhunderts erkannten der Botaniker MATTHIASSCHLEIDEN und der Mediziner THEODOR SCHWANN dieZelle als das „Elementarteilchen“ der Lebewesen.Grundeigenschaften des Lebendigen. Bei allen Organis-men, vom Bakterium bis zum Menschen, stellt die Zelle dieGrundeinheit dar. Der Aufbau aus Zellen ist jedoch nur eineder Eigenschaften, die Lebewesen kennzeichnen und von un-belebter Materie unterscheiden. Es gibt eine Reihe weitererMerkmale, die zusammen nur bei Lebewesen vorkommen undals Kennzeichen des Lebendigen gelten.

Kennzeichen des Lebens

3 Die Flugfrüchte des Löwenzahns dienen der Ausbreitung.Sie enthalten die Fortpflanzungseinheiten: die Samen.Sie enthalten die Fortpflanzungseinheiten: die Samen.

1 Frisch geschlüpfter Schmetterling. In der Puppenhülle hatsich aus der Raupe ein erwachsenes Tier entwickelt.

2 D2 Die Venusfliegenfalle hat durch das blitzschnelle Zusam-menklappen ihrer Blätter eine Fliege erbeutet.

Biologie 9

dest der Tiere. Doch selbst die fest eingewurzelten, scheinbarregungslosen Pflanzen bewegen ihre Blätter und Sprosse indie Richtung des einfallenden Lichts. Manche Arten windensich um Teile anderer Pflanzen herum. Einige Pflanzenorganewie die Blätter der Venusfliegenfalle können sogar blitzschnel-le Bewegungen ausführen. Die Pflanze reagiert damit auf dieReizung ihrer Fühlhaare auf den Blattinnenseiten. Reaktionenauf Reize aus der Umwelt sind ebenfalls typisch für Lebe-wesen. Bei Tieren wird die Gesamtheit aller Handlungen undReaktionen als Verhalten bezeichnet.

Fortpflanzung, Vermehrung. Alle Lebewesen pflanzen sichfort. Dies geschieht zum Beispiel durch die Verschmelzung vonGeschlechtszellen zweier Individuen. Viele Organismen pflan-zen sich aber auch ungeschlechtlich fort, zum Beispiel durchZweiteilung, Knospung oder Ableger. Fast immer ist mit derFortpflanzung auch Vermehrung verbunden.

Vererbung. Dabei kann man beobachten, dass aus einem Organismus stets ein gleichartiger Organismus hervorgeht.Aus einem Löwenzahnsamen wächst immer wieder eineLöwenzahnpflanze aus, niemals eine Birke. Dies liegt daran,dass der Same die Erbinformation für den Organismus ent-hält. Durch Vererbung werden die Eigenschaften eines Orga-nismus auf seine Nachkommen übertragen.

Evolution. Trotz der Vererbung von Eigenschaften sind Arten nicht konstant. Im Laufe langer Zeiträume treten immerwieder Veränderungen in der Erbinformation auf, deren Aus-wirkungen sich in den Wechselbeziehungen der Lebewesenuntereinander und mit ihrem Lebensraum durchsetzen kön-nen. Alle heute existierenden Arten sind das Ergebnis einerviele Millionen Jahre dauernden stammesgeschichtlichenEntwicklung. Die Entstehung neuer Arten wie auch ihr Aus-sterben prägen die Geschichte des Lebens, die Evolution.Organismen sind offene Systeme. In jedem Lebewesen wir-ken die Grundeigenschaften in geordneter Weise zusammen.Man kann einen Organismus daher als System bezeichnen.Das System Organismus hat die Fähigkeit, den eigenen Zu-

1 Äußerliche Ähnlichkeit beruht auf Vererbung.

3 Um Hitzeschäden zu vermeiden, dreht der Eukalyptus dieBlätter so, dass nur die Kanten der Sonne zugewandt sind.Blätter so, dass nur die Kanten der Sonne zugewandt sind.

22 Im Frühtertiär – hier ein Fossil aus der Grube Messel –lebten Urpferde, deren Körperlänge rund 1 m betrug.

stand wahrzunehmen, ihn mit einem für ihn richtigen Wert zuvergleichen und wenn nötig zu korrigieren. Man bezeichnetdiese Fähigkeit als Regulation. Verlieren wir zum Beispiel beiheißem Wetter oder beim Sport viel Wasser durch Schwitzen,dann meldet sich der Körper: Wir bekommen Durst. DurchTrinken wird der Flüssigkeitshaushalt des Körpers ausge-glichen und der Durst verschwindet. Nur durch ständige Regulation können Organismen trotz wechselnder Umwelt-einflüsse einen stabilen Zustand aufrechterhalten.

Dieser stabile Zustand ist jedoch nicht statisch. Lebewesenstehen dauernd in Wechselbeziehungen mit ihrer Umgebung.Da sie Energie und Materie mit der Umwelt austauschen, be-zeichnet man Lebewesen als offene Systeme. Dabei gleicht derOrganismus Schwankungen in der Aufnahme und im Ver-brauch der Stoffe so aus, dass deren Konzentration weitge-hend konstant bleibt. Diesen ausbalancierten Zustand nenntman Fließgleichgewicht. Der menschliche Körper zum Bei-spiel hält seine Temperatur mit ganz geringen Schwankungenbei etwa 37°C, auch wenn wir aus der geheizten Wohnung insFreie gehen oder kalte Getränke und warme Nahrung zu unsnehmen.

Wie unschwer zu erkennen ist,

handelt es sich bei diesen Ansätzen

um mehr oder weniger modifi zierte

Varianten dessen, was schon vor

langer Zeit als Grundeigenschaften

oder Kennzeichen des Lebendigen

Eingang in Schulbücher gefunden

hatte und bis heute nichts von seiner

strukturierenden Kraft eingebüßt hat.

Kennzeichen des Lebens: Kennzeichen des Lebens: Kennzeichen des Lebens: Biologie Oberstufe, Gesamtband. Biologie Oberstufe, Gesamtband. Biologie Oberstufe, Gesamtband.

Cornelsen Verlag 2001, S. 8–9Cornelsen Verlag 2001, S. 8–9Cornelsen Verlag 2001, S. 8–9

Basiskonzepte im Lehrbuch Biologie Oberstufe

Basiskonzepte, biologische Grund-

prinzipien oder Erschließungs-

felder haben – obwohl sie nicht

explizit ausgewiesen sind – bei

der Konzeption und Ausarbeitung

des Lehrbuchs Biologie Oberstufe

eine wesentliche Rolle gespielt.

Um deren Thematisierung und

Refl exion im Unterricht zu

erleichtern, sind in der folgenden

Tabelle für jedes Themengebiet

die entsprechenden Seiten aus

dem Lehrbuch den Basiskon-

zepten zugeordnet.

9

9Basiskonzepte

Der Tabelle liegen die Basiskonzepte der EPA

Biologie zugrunde, obwohl man über deren

Zuschnitt diskutieren kann und auf Länderebene

(z. B. in Baden-Württemberg) auch davon abwei-

chende Konzeptionen zu fi nden sind.

Aber in die meisten der neueren Lehr- und Rahmen-

pläne der gymnasialen Oberstufe für das Fach

Biologie sind die Basiskonzepte der EPA Biologie

übernommen worden – eine Entscheidung,

die im Hinblick auf die Kompetenzentwicklung

der Schülerinnen und Schüler bis zum Abitur

sinnvoll ist.

Ministerium für Kultus, Jugend und Ministerium für Kultus, Jugend und Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg (Hrsg.): Sport Baden-Württemberg (Hrsg.): Sport Baden-Württemberg (Hrsg.): Bildungsstandards für Biologie Bildungsstandards für Biologie Bildungsstandards für Biologie Gymnasium Kursstufe. Stuttgart 2004Gymnasium Kursstufe. Stuttgart 2004Gymnasium Kursstufe. Stuttgart 2004

Senatsverwaltung für Bildung, Senatsverwaltung für Bildung, Senatsverwaltung für Bildung, Jugend und Sport Berlin (Hrsg.): Jugend und Sport Berlin (Hrsg.): Jugend und Sport Berlin (Hrsg.): Rahmenlehrplan für die gymnasiale Rahmenlehrplan für die gymnasiale Rahmenlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Biologie. Berlin 2006Oberstufe Biologie. Berlin 2006Oberstufe Biologie. Berlin 2006


Reproduktion

Kompartimentierung






Zellbiologie

Das lichtmikroskopische Bild der Zelle S. 20–21Zell- und Gewebetypen S. 28–29Einzeller S. 30–31Die Zellorganellen S. 50–53Feinbau der Biomembran S. 44–45Eukaryoten – Prokaryoten – Viren S. 57

Der Zellzyklus S. 22–23Der Ablauf der Mitose S. 24–25

Das lichtmikroskopische Bild der Zelle S. 20–21Kompartimentierung durch Membranen S. 39Die Zellorganellen S. 50–53

Der Zellzyklus S. 22–23Osmose und der Wasserhaushalt der Zelle S. 47

Die Zellorganellen S. 50–53Kanal- und Carriertransport S. 48Endocytose, Exocytose, Membranfl uss S. 49

Feinbau der Biomembran S. 44–45Zelluläre Hormonwirkungen S. 462

Zell- und Gewebetypen S. 28–29Einzeller S. 30–31Die Zellorganellen S. 50–53Bakterien S. 56

Vom Einzeller zum Vielzeller S. 34Herkunft der Eukaryotenzelle S. 58

Stoffwechsel

Struktur und Wirkungsweise von Enzymen S. 66–67; Bereitstellung der Energie aus Nahrung: Verdauung S. 88–89; Chemische Grundlagen: Kohlenhydrate S. 90–91; Äußere Atmung: Transportsysteme und Gasaustausch S. 94–95; Transport von Sauerstoff im Blut S. 96; Chemische Grundlagen: Oxidation und Reduktion S. 101; Energiewäh-rung ATP S. 102; Die Atmungskette S. 105; Bau der Muskeln S. 110;Muskelkontraktion und ATP S. 111; Ausscheidung S. 116; Fotosynthese: Strukturen S. 126; Thylakoidmembran – die „Werkbank“ der Fotosyn-these S. 127; Ablauf der Fotosynthese S. 128–129; Varianten der Fotosynthese S. 138

Enzyme in der Biotechnologie S. 76Fotosynthese und Primärproduktion S. 136–137Vom Gen zum Merkmal S. 152–153Gentechnik in der Lebensmittelherstellung S. 462

Äußere Atmung: Transportsysteme und Gasaustausch S. 94–95; Transport von Sauerstoff im Blut S. 96; Innere Atmung: Bereitstellung der Energie in der Zelle S. 97; Die Atmungskette S. 105; Stoff- und Energiebilanz der Zellatmung S. 107; Ausscheidung S. 116; Thylako-idmembran – die „Werkbank“ der Fotosynthese S. 127; Ablauf der Fotosynthese S. 128–129

Abhängigkeit der Enzymwirkung S. 69Enzymhemmung und Enzymregulation S. 72Die Rolle der Cofaktoren S. 73Regulation der Sauerstoffkonzentration im Blut S. 97Muskelkontraktion und ATP S. 111Abhängigkeit der Fotosynthese von Umweltfaktoren S. 128–129

Bereitstellung der Energie aus Nahrung: Verdauung S. 88–89; Chemische Grundlagen: Oxidation und Reduktion S. 101; Energiewährung ATP S. 102; Aerober Abbau von Glukose – die Glykolyse S. 103; Der Citratzyklus S. 104; Die Atmungskette S. 105; Stoff- und Energiebilanz der Zellatmung S. 107; Energiegewinnung ohne Sauerstoff: Gärung S. 108; Muskelkontraktion und ATP S. 111; Thylakoidmembran – die „Werkbank“ der Fotosynthese S. 127; Ablauf der Fotosyn-these S. 128–129; Fotosynthese und Primärproduktion S. 136–137

Regulation der Sauerstoffkonzentration im Blut S. 97Schilddrüse und Energieumsatz S. 456Pankreas und Blutzuckerregelung S. 457Zelluläre Hormonwirkungen S. 462

Energiegewinnung ohne Sauerstoff: Gärung S. 108Stoffwechsel, Sport und Trainingslehre S. 114–115Fotosynthese und Licht im Lebensraum S. 134–135Varianten der Fotosynthese S. 138

Simulationsexperimente zur Entstehung des Lebens S. 288Frühe biologische Evolution S. 289Herkunft der Eukaryotenzelle S. 58

Genetik und Immunbiologie

Das Watson-Crick-Modell der DNA S. 143DNA und Chromosom S. 144Von der DNA zum Protein S. 154–155Chromosomen als Träger der Gene S. 174Organe und Zellen des Abwehrsystems S. 223Bildung und Bau der Antikörper S. 227Antikörperwirkung – Antikörperklassen S. 228

Replikation der DNA S. 146–147Die mendelschen Regeln der Vererbung S. 170–171Chromosomen und Vererbung S. 172–173Grundoperationen der Gentechnik: Übertragen von DNA S. 196Ungeschlechtliche und geschlechtliche Fortpfl anzung S. 211Reproduktionstechniken S. 162

Proteinbiosynthese S. 156–157Embryonalentwicklung der Wirbeltiere S. 212–213Embryonalentwicklung des Menschen S. 214–215

Regulation der Genaktivität S. 160–161Krebs S. 162Faktoren der Entwicklung S. 218–219Spezifi sche Abwehr: Ein Überblick S. 226Zellvermittelte Immunreaktion S. 229Immunkrankheiten S. 234–235Hormone und Keimdrüsenfunktionen S. 458–459

Vom Gen zum Merkmal S. 152–153Grundoperationen der Gentechnik: Schneiden von DNA S. 195Unspezifi sche Abwehr S. 224–225

Von der DNA zum Protein S. 154–155Unspezifi sche Abwehr S. 224–225Spezifi sche Abwehr: Ein Überblick S. 226Zellvermittelte Immunreaktion S. 229Hormone und Keimdrüsenfunktionen S. 458–459

Genmutationen S. 158–159Erbe – Umwelt – Merkmal S. 169Mutationen durch Veränderung der Chromosomen S. 176Vererbung komplexer Merkmale S. 184Ergebnisse der Pfl anzen- und Tierzucht S. 192–193Grundoperationen der Gentechnik: Selektion transgener Zellen S. 197Antikörperwirkung – Antikörperklassen S. 228Populationen und ihre genetische Struktur S. 242–243

Analyse menschlicher Erbgänge S. 180–181Embryonalentwicklung der Wirbeltiere S. 212–213Adaptive Radiation S. 253Stammbaum der Hominiden S. 282Molekularbiologische Homologien S. 261


Reproduktion

Kompartimentierung






Evolution

Formen biologischer Ähnlichkeit S. 257Homologien im Bau der Lebewesen S. 258–259Homologien in Entwicklung und Verhalten S. 260

Populationen und ihre genetische Struktur S. 242–243Molekularbiologische Homologien S. 261Ordnung der Lebewesen im Spiegel der Evolution S. 266Stammbaum der Hominiden S. 282Geschlechterbeziehungen S. 490–491

Isolation S. 248Entstehung neuer Arten S. 252Adaptive Radiation S. 253Biogeografi e S. 264Herkunft der Eukaryotenzelle S. 58

Wirken der Selektion S. 245Selektionsfaktoren S. 246–247Isolationsmechanismen S. 249Gendrift S. 250Schlüsselereignisse in der Evolution des Menschen S. 278–279

Simulationsexperimente zur Entstehung des Lebens S. 288Frühe biologische Evolution S. 289Pfl anzen besiedeln das Land S. 292

Bau des Gehirns und Funktion der Hirnteile S. 428Die Felder der Großhirnrinde S. 429

Phänomen Vielfalt S. 239Populationen und ihre genetische Struktur S. 242–243Adaptive Radiation S. 253Ursprung des modernen Menschen S. 283Evolution der Samenpfl anzen S. 293Evolution der Wirbeltiere S. 294Ergebnisse der Stammesgeschichte S. 296

Vom Einzeller zum Vielzeller S. 34; Herkunft der Eukaryotenzelle S. 58; Adaptive Radiation S. 253; Fossilien als Zeugen vergangenen Lebens S. 262–263; Evolution der Pferdeartigen S. 267; Primaten S. 276–277; Fossilgeschichte des Menschen S. 280–281; Entfaltung des Lebens vom Präkambrium bis zur Gegenwart S. 290–291; Fossile und lebende Zeugen S. 295; Ergebnisse der Stammesgeschichte S. 296

Ökologie

Wasserhaushalt der Pfl anzen S. 309Anpassungen von Pfl anzen an die Verfügbarkeit von Wasser S. 310–311Wasser- und Salzhaushalt der Tiere S. 314–315Aufbau und Merkmale von Ökosystemen S. 347Ökosystem Wald S. 348–349Ökosystem See S. 350–351Ökosystem Bach S. 352–353

Ökologische Vorgänge in Populationen S. 334Wachstum von Populationen S. 335Entwicklung von Populationen S. 336–337Bevölkerungswachstum und Geburtenkontrolle S. 374–375

Konkurrenzabschwächung durch ökologische Sonderung S. 329Ökologische Nische S. 330Stellenäquivalenz und Lebensformtypen S. 332Ökosystem Wald S. 348–349Ökosystem See S. 350–351Ökosystem Bach S. 352–353

Ökofaktor Temperatur S. 299; Pfl anzen und Temperatur S. 300; Tiere und Temperatur: wechselwarme Tiere S. 301; Tiere und Temperatur: gleich warme Tiere S. 302–303; Ökofaktor Licht S. 306–307; Ökofaktor Wasser S. 308; Zusammenwirken abiotischer Faktoren im Lebensraum S. 318; Entwicklung von Populationen S. 336–337; Vielfalt – Stabilität – Gleichgewicht S. 364–365; Treibhauseffekt S. 385

Biologische Produktion in Ökosystemen S. 354; Nahrungsbeziehungen S. 355; Abbau und Kreislauf der Stoffe S. 356–357; Energiefl uss S. 358–359; Ökosysteme aus Menschenhand S. 366; Intensivlandwirt-schaft S. 377; Bevölkerungswachstum und Energieverbrauch S. 378; Belastung und Schutz der Böden S. 380–381; Belastung der Luft durch den Menschen S. 382; Zerstörung der Ozonschicht S. 384; Ressource Wasser S. 386; Trinkwasseraufbereitung und Abwasserklärung S. 387; Belastung der Gewässer durch den Menschen S. 388–389

Biotische Faktoren im Überblick S. 312Fressfeind-Beute-Beziehung S. 322Parasitismus S. 323Symbiose S. 324–325Konkurrenz S. 328Konkurrenz unter Artgenossen S. 333

Anpassungen von Pfl anzen an die Verfügbarkeit von Wasser S. 310–311Wasser- und Salzhaushalt der Tiere S. 314–315An den Grenzen des Lebens S. 316–317

Entwicklung von Ökosystemen S. 362Ausrottung durch Zerstörung von Lebensräumen S. 392Naturschutz S. 393Nachhaltige Entwicklung S. 394–395

Neurologie und Verhalten

Das Neuron als Grundelement des Nervensystems S. 399; Erregungsüber-tragung an Synapsen S. 408–409; Das menschliche Auge als Beispiel für ein Wirbeltierauge S. 415; Bildverarbeitung in der Netzhaut S. 418–419; Die vielseitigen Mechanorezeptoren S. 422–423; Bau des Gehirns und Funktion der Hirnteile S. 428; Die Felder der Großhirnrinde S. 429; Vom Aktionspotenzial zur Muskelkontraktion S. 443; Refl exe als Grundelemente der Bewegungskoordination S. 444–445; Vegetatives Nervensystem S. 454; Hormonsystem S. 455; Zelluläre Hormonwirkungen S. 462

Hormone und Keimdrüsenfunktionen S. 458–459Geschlechterbeziehungen S. 490–491

Grundlagen der Bioelektrizität S. 400–401Ruhepotenzial S. 403Bau des Gehirns und Funktion der Hirnteile S. 428Die Felder der Großhirnrinde S. 429Territorialität S. 488

Erregungsübertragung an Synapsen S. 408–409; Vom Aktionspotenzial zur Muskelkontraktion S. 443; Refl exe als Grundelemente der Bewe-gungskoordination S. 444–445; Bewegungskontrolle durch das Gehirn S. 446; Von der Absicht zur Bewegung S. 447; Autonome Bewegungs-programme S. 448; Homöostase durch Steuerung und Regelung S. 453;Schilddrüse und Energieumsatz S. 456; Pankreas und Blutzuckerregelung S. 457; Hormone und Keimdrüsenfunktionen S. 458–459; Stress und Stresshormone S. 460–461; Refl exe S. 472; Instinkthandlungen S. 474–475; Prägung S. 478–479; Konditionierung S. 480

Aktionspotenzial S. 404–405Erregungsleitung im Axon S. 406–407Sinneszellen als Reizwandler S. 413Fotorezeption S. 416Schilddrüse und Energieumsatz S. 456Pankreas und Blutzuckerregelung S. 457Stress und Stresshormone S. 460–461

Erregungsübertragung an Synapsen S. 408–409; Sinneszellen als Reiz wandler S. 413; Intensitätscodierung S. 417; Bildverarbeitung in der Netzhaut S. 418–419; Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem S. 427; Wahrnehmung am Beispiel Sehen S. 431; Lernen und Gedächtnis S. 432–433; Denken – Sprechen – Fühlen S. 434–435; Neurobiologie und Verhalten S. 450; Nachahmung und Tradition S. 481; Kampfver-halten S. 486–487

Farbensehen S. 420–421Fremde Sinneswelten S. 424Angeborenes Verhalten – Reifung – Lernen S. 477Kognitives Lernen S. 482Sozialverhalten als Anpassung S. 483Kooperation und Konfl ikte in Gruppen S. 484–485Uneigennütziges Verhalten S. 489Geschlechterbeziehungen S. 490–491

Lichtsinnesorgan Auge S. 414Verhaltensweisen des Menschen aus soziobiologischer Sicht S. 493

KURSPLANER14

Ein erfahrener Unterrichtspraktiker, der Wesent-

liches zur Entwicklung von Konzepten und

Erschließungsstrategien für das kumulative Lernen

beigetragen hat, sieht das so:

„Nicht viel – denn die allermeisten Konzepte …

werden im Biologieunterricht sicherlich auch ohne

den besonderen Hinweis auf kumulatives Lernen

angesprochen. Die entscheidende Bedeutung

dieser Konzepte für das kumulative Lernen liegt

also nicht in ihrer Erwähnung, sondern in der

Refl exion und Transparenz für die Lernenden:

Diese müssen erkennen, welches wichtige Instru-

mentarium sie mit ihnen in die Hand bekommen.

Sie müssen lernen, unbekannte Phänomene mit

geeigneten Zugängen (Erkenntniswegen) und

Fragestellungen zu problematisieren, und dann

die relevanten Konzepte erkennen. Das Erkennen

des Konzeptcharakters setzt die Kenntnis von

mehreren Beispielen voraus, denn nur der Ver-

gleich offenbart das Themenverbindende. Nur mit

Hilfe dieser Refl exion aus der Metaposition heraus

kann das Ziel eines über den Schulunterricht

hinausreichenden Verständnisses und einer

vernetzten Wissensstruktur erreicht werden.

Dass dabei der dauernde Rückgriff auf bekannte

Inhalte des Vorunterrichts durch ihren wiederho-

lenden Charakter das Einprägen relevanter

Wissenselemente erleichtert, liegt auf der Hand.

Vielleicht ist aber gerade das Altbekannte, das

sich in den Konzepten wieder fi ndet, eine Chance,

kumulatives Lernen in den Unterrichtsalltag

Eingang fi nden zu lassen. [Es] wird vom erfah-

renen Kollegen doch nicht erwartet, dass er

seinen gesamten Unterricht auf den Kopf

stellt. Es geht vielmehr im Unterrichtsalltag

darum, bei traditionellen Inhalten andere

Akzente zu setzen und vor allem durch ein

hohes Maß an Refl exion und Transparenz für

Übersicht in den Schülerköpfen zu sorgen.“

(Hervorhebungen durch den Verfasser)

Lichtner, H.-D.: Strukturierendes Lichtner, H.-D.: Strukturierendes Lichtner, H.-D.: Strukturierendes Lernen in der Biologie mit Basiskon-Lernen in der Biologie mit Basiskon-Lernen in der Biologie mit Basiskon-zepten (V. 25.11.04). www.biologie-zepten (V. 25.11.04). www.biologie-zepten (V. 25.11.04). www.biologie-

unterricht.homepage.t-online.de/unterricht.homepage.t-online.de/unterricht.homepage.t-online.de/Biodateien/Basiskonzepte.pdfBiodateien/Basiskonzepte.pdfBiodateien/Basiskonzepte.pdf

Was wird anders durch die Arbeit

15

15Basiskonzepte

Basiskonzepte sind hoffentlich – das muss die

Unterrichtspraxis zeigen – eine wertvolle Hilfe, um

die Vielfalt und Komplexität der fachlichen Inhalte

des Biologieunterrichts nicht nur für die Lehre-

rinnen und Lehrer, sondern auch für die Schüle-

rinnen und Schüler sinnvoll zu strukturieren und

zu systematisieren. Wesentlicher scheint mir ein

anderer Aspekt der bisherigen Unterrichtspraxis

in Deutschland, auf den die Ergebnisse der PISA-

Studie 2000 aufmerksam gemacht haben: Die

gelungene Lösung wissenschaftlicher Probleme

ist keine Garantie für die erfolgreiche Anwendung

auf Alltagsprobleme, wenn dies nicht explizit im

Unterricht behandelt wird. Wird dieser Alltags-

bezug hergestellt, interessieren sich die Schüler

auch mehr für den Gegenstand. Es ist also aus-

schlaggebend, wie ein Thema behandelt wird,

welche speziellen Beispiele ausgewählt werden,

welche konkreten Anwendungen zur Sprache

kommen und wie die Schüler dabei tätig werden

können. Auch bei relativ starren thematischen

Vorgaben lassen die meisten Lehr- und Rahmen-

pläne relativ viel Freiheit, mit welchen Unterrichts-

methoden und anhand welcher Beispiele ein

Thema erarbeitet werden kann. Dieser Freiraum

kann genutzt werden, um den Interessen der

Schülerinnen und Schüler entgegenzukommen.

Interesse ist eines der stärksten Lernmotive und

kann dazu beitragen, dass Schülerinnen und

Schüler den Unterrichtsinhalt von sich aus als

attraktiven Gegenstand erleben und eigenständig

und längerfristig eine Erweiterung ihres Wissens

oder eine Verbesserung ihres Könnens anstreben.

Wolfgang Ruppert, Dreieich

Ruppert, W.: Welches Interesse Ruppert, W.: Welches Interesse Ruppert, W.: Welches Interesse haben Schüler an biologischen haben Schüler an biologischen haben Schüler an biologischen Themen? In: Spörhase-Eichmann, U.; Themen? In: Spörhase-Eichmann, U.; Themen? In: Spörhase-Eichmann, U.; Ruppert, W. (Hrsg.): Biologie-Ruppert, W. (Hrsg.): Biologie-Ruppert, W. (Hrsg.): Biologie-Didaktik. Praxishandbuch für die Didaktik. Praxishandbuch für die Didaktik. Praxishandbuch für die Sekundarstufe I und II. Berlin 2004, Sekundarstufe I und II. Berlin 2004, Sekundarstufe I und II. Berlin 2004, S. 107–123S. 107–123S. 107–123

mit Basiskonzepten?

Biologie Oberstufe - cornelsen.de · das Konzept des kumulativen Lernens zurück. Die folgenden...

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