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Deutzer Gymnasium Schaurtestraße

Schulinterner Lehrplanzum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe

BiologieAktualisierung: August 2014

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Inhalt

1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit 03

2 Entscheidungen zum Unterricht 05

2.1 Übersichtsraster der Unterrichtsvorhabenfür die Einführungsphase 05

2.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben für dieEinführungsphase 08

2.2.1 Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle 08

2.2.2 Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) 21

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1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit

Die hier vorgestellte Schule ist ein Gymnasium und liegt zentral im rechtsrheinischenGebiet von Köln. Exkursionen können im Stadtrandgebiet und der näherenUmgebung unter Nutzung des öffentlichen Nahverkehrs durchgeführt werden. DasSchulgebäude verfügt über zwei Biologiefachräume. In der Sammlung sindzahlreiche Modelle, Modellbaukästen, Anschauungsmaterial undAusstattungsmaterialien eines biochemischen oder auch biotechnologischen Laborsvorhanden. Mit den vorhandenen Mikroskopen können zwei Lerngruppen gleichzeitigversorgt werden. Zudem gehört zur Ausstattung des Faches Biologie eineFachbibliothek, zum Teil Als Präsenzbibliothek oder auch zum Verleih von Büchernin Klassensätzen. Die Fachkonferenz Biologie stimmt sich bezüglich in derSammlung vorhandener Gefahrstoffe mit der dazu beauftragten Lehrkraft der Schuleab. Für Internetrecherchen sind drei Computerräume vorhanden, in denen dieSchülerinnen und Schüler unter Anleitung oder auch selbstständig arbeiten können.Die Verteilung der Wochenstundenzahlen in der Sekundarstufe I und II ist wie folgt,wobei ein Stundenraster von 60 Minuten zu Grunde gelegt ist.

Jg. Fachunterricht von 5 bis 6

5 BI 3/0

6 BI 3/0

Fachunterricht von 7 bis 9

7 Bi 3/0

8 --

9 BI 3/0

Fachunterricht in der EF und in der QPH

10 BI 2,25

11 BI 2,25/3,75

12 BI 2,25/3,75

Die Unterrichtstaktung an der Schule folgt einem Raster von sechzig Minuten.In nahezu allen Unterrichtsvorhaben wird den Schülerinnen und Schülern dieMöglichkeit gegeben, Schülerexperimente durchzuführen; damit wird eineUnterrichtspraxis aus der Sekundarstufe I fortgeführt. Insgesamt werdenüberwiegend kooperative, die Selbstständigkeit des Lerners förderndeUnterrichtsformen genutzt, sodass ein individualisiertes Lernen in der SekundarstufeII kontinuierlich unterstützt wird. Hierzu werden sukzessive exemplarischkonkretisierte Unterrichtsvorhaben und darin eingebettet Überprüfungsformenentwickelt und erprobt.

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Der Biologieunterricht soll Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungenwecken und die Grundlage für das Lernen in Studium und Beruf in diesem Bereichvermitteln. Dabei werden fachlich und bioethisch fundierte Kenntnisse dieVoraussetzung für einen eigenen Standpunkt und für verantwortliches Handelngefordert und gefördert. Hervorzuheben sind hierbei die Aspekte Ehrfurcht vor demLeben in seiner ganzen Vielfältigkeit, Nachhaltigkeit, Umgang mit dem eigenenKörper und ethische Grundsätze.

Im Sinne einer Sensibilisierung bezüglich der globalen und sozialen Verantwortungdes Einzelnen einerseits sowie eines Heranführens an wissenschaftliches Arbeitenkooperieren wir in der Oberstufe fachlich mit zahlreichen unterschiedlichenInstitutionen. (Die Kooperationspartner der Sekundarstufe 1 sind hier nicht genannt.)

Hierzu gehören folgende Partner, bzw. außerschulische Lernorte:

- Universität zu Köln, z.B. Rheinlabor und Anatomie- Fa Bayer, Baylab- Biotechnologisches Labor Köln-PUB- Gut Ophoven, Leverkusen- NABU –Umweltbus Lumbricus- Arbeitskreis Schule und Psychiatrie- Zooschule Köln

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2 Entscheidungen zum Unterricht

2.1 Übersichtsraster der Unterrichtsvorhaben für die Einführungsphase

Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I - Wie sind Zellen aufgebautund organisiert?

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. 8 Std. à 60 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


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Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutunghaben 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 inunserem Leben?

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

Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)

Inhaltliche Schwerpunkte:Enzyme


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Unterrichtsvorhaben 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

Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)

Inhaltliche Schwerpunkte:Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel

Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 60Minuten

Summe Einführungsphase: 67 Stunden

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2.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben für die Einführungsphase

2.2.1 Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle

Unterrichtsvorhaben I: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut undorganisiert?Unterrichtsvorhaben II: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zellkern undNukleinsäuren 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, Cytoskelett,Transport, Zelle, Gewebe, Organ, Plasmolyse

Struktur und FunktionCytoskelett, Zelldifferenzierung, Zellkompartimentierung, Transport, Diffusion, Osmose,Zellkommunikation, 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:

ZellaufbauStofftransport 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 ineingegrenzten Bereichen auswählen und dabei Wesentliches vonUnwesentlichem unterscheiden.K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Datenstrukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitalerWerkzeuge.

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicherAspekte

KonkretisierteKompetenzerwartungendes KernlehrplansDie Schülerinnen undSchüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/Methoden

Didaktisch-methodischeAnmerkungen undEmpfehlungen sowieDarstellung derverbindlichen Absprachender Fachkonferenz

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

Informationstexteeinfache, kurze Texte und Abbildungen zumnotwendigen Basiswissen

Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:SI-Vorwissen wird ohneBenotung ermittelt (z.B.Selbstevaluationsbogen)

Möglichst selbstständigesAufarbeiten des Basiswissenszu den eigenen Test-Problemstellen.

Zelltheorie – Wie entsteht auseiner zufälligen Beobachtung einewissenschaftliche Theorie?

Zelltheorie Organismus, Organ,

Gewebe, Zelle

stellen denwissenschaftlichenErkenntniszuwachs zumZellaufbau durchtechnischen Fortschritt anBeispielen (durch Licht-,Elektronen- und

Advance Organizer/Themenübersicht zurZelltheorie

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Fluoreszenzmikroskopie) dar(E7).

Was sind pro- und eukaryotischeZellen und worin unterscheidensie sich grundlegend?

Aufbau pro- undeukaryotischer Zellen

Fertigen mikroskopischePräparate an, dokumentierenErgebnisse in Skizzen(E2,E5)

beschreiben den Aufbau pro-und eukaryotischer Zellenund stellen die Unterschiedeheraus (UF3).

Mikroskopie tierischer und pflanzlicherZellenLicht-und elektronenmikroskopischeBilder sowie Modelle zu tierischen,pflanzlichen und bakteriellen Zellen,

Gemeinsamkeiten undUnterschiede derverschiedenen Zellen werdenerarbeitet. LM und EM-Bildwird mit Modell verglichen.

Wie ist eine Zelle organisiert undwie gelingt es der Zelle so vieleverschiedene Leistungen zuerbringen?

Aufbau und Funktion vonZellorganellen

Zellkompartimentierung Endo – und Exocytose Endosymbiontentheorie

beschreiben Aufbau undFunktion der Zellorganellenund erläutern die Bedeutungder Zellkompartimentierungfür die BildungunterschiedlicherReaktionsräume innerhalbeiner Zelle (UF3, UF1).

präsentierenadressatengerecht dieEndosymbiontentheoriemithilfe angemessenerMedien (K3, K1, UF1).

erläutern diemembranvermittelterStofftransport sowieVorgänge der Endo- undExocytose (u. a. am Golgi-Apparat, ER) (UF1, UF2).

erläutern die Bedeutung des

Stationenlernen/Gruppenarbeit,Gruppenpuzzle zuZellorganellen und zurDichtegradientenzentrifugation

Präsentation

Erkenntnisse werdendokumentiert

Hierzu könnte man wie folgtvorgehen:Eine „Adressatenkarte“ wirdper Zufallsprinzip ausgewählt.Auf dieser erhalten die SuSAngaben zu ihrem fiktivenAdressaten (z.B. Fachlehrkraft,fachfremde Lehrkraft,Mitschüler/in, SI-Schüler/inetc.). Auf diesen richten sie ihrLernprodukt aus. ZumLernprodukt gehört dasMedium (Flyer, Plakat, Podcastetc.) selbst und einestichpunktartige Erläuterung

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Cytoskeletts für denintrazellulären Transport [unddie Mitose] (UF3, UF1).

der berücksichtigten Kriterien.

Zelle, Gewebe, Organe,Organismen – WelcheUnterschiede bestehen zwischenZellen, die verschiedeneFunktionen übernehmen?

Zelldifferenzierung

ordnen differenzierte Zellenauf Grund ihrer Strukturenspezifischen Geweben undOrganen zu und erläuternden Zusammenhangzwischen Struktur undFunktion (UF3, UF4, UF1).ordnen die biologischbedeut-samenMakromoleküle (Koh-lenhydrate) den verschie-denen zellulären Strukturenund Funktionen zu und erläu-tern sie bezüglich ihrer we-sentlichen chemischen Ei-genschaften (UF1, UF3).

Mikroskopieren von verschiedenenZelltypen

Modellbaukasten Chemie

Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:Mikroskopieren von Frisch-und Fertigpräparatenverschiedener Zelltypen anausgewählten Zelltypen

Diagnose von Schülerkompetenzen:SI-Vorwissen wird ohne Benotung ermittelt (z.B. Selbstevaluationsbogen); Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Endeder Unterrichtsreihe (Überprüfen der Kompetenzen im Vergleich zum Start der Unterrichtsreihe)

Leistungsbewertung: Überprüfung/Tests zu Zelltypen und Struktur und Funktion von Zellorganellen ggf. Teil einer Klausur

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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



UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen undErkenntnisse modifizieren und reorganisieren.E1 in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, inTeilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren.K4 biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten undüberzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen undSichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaftendarstellen.

Mögliche didaktischeLeitfragen / Sequenzierunginhaltlicher Aspekte

KonkretisierteKompetenzerwartungen desKernlehrplansDie Schülerinnen und Schüler…


Didaktisch-methodische An-merkungen undEmpfehlungen sowieDarstellung derverbindlichen Absprachender Fachkonferenz

Erhebung und Reaktivierungvon SI-Vorwissen (Zellzyklus,Mitose)

Strukturlegetechnik bzw. Netzwerktechnik Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:SI-Vorwissen wird ermitteltund reorganisiert.Empfehlung: Zentrale Begriffewerden von den SuS in einesinnvolle Struktur gelegt,aufgeklebt und eingesammelt,um für den Vergleich am Endedes Vorhabens zur Verfügungzu stehen.

Was zeichnet einenaturwissenschaftlicheFragestellung aus und welcheFragestellung lag den

benennen Fragestellungenhistorischer Versuche zurFunktion des Zellkerns undstellen

Möglich: Plakat zum wissenschaftlichenErkenntnisweg

Acetabularia-Experimente von Hämmerling

NaturwissenschaftlicheFragestellungen werdenkriteriengeleitet entwickelt undExperimente ausgewertet.

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Acetabularia und denXenopus-Experimentenzugrunde?

Erforschung derFunktion des Zellkernsin der Zelle

Versuchsdurchführungen undErkenntniszuwachs dar (E1,E5, E7).

wertenKlonierungsexperimente(Kerntransfer bei Xenopus)aus und leiten ihre Bedeutungfür die Stammzellforschungab (E5).

Experiment zum Kerntransfer bei Xenopus

Welche biologische Bedeutunghaben Zellzyklus und Mitosefür einen Organismus?

Mitose (Rückbezug aufZelltheorie)

Interphase

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

erläutern die Bedeutung desCytoskeletts für [denintrazellulären Transport und]die Mitose (UF3, UF1).

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

Erneuerung (Mitose)3. Zellwachstum (Interphase)

Die Funktionen der Stadiendes Zellzyklus werdenerarbeitet, Informationenwerden in ein Modell übersetzt,das die wichtigstenInformationen sachlich richtigwiedergibt.

Wie ist die DNA aufgebaut, wofindet man sie und wie wird siekopiert?

Aufbau undVorkommen vonNukleinsäuren

Aufbau der DNA

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

ordnen die biologisch bedeut-samen Makromoleküle (Proteine, Nucleinsäuren)den verschie-denen zellulärenStrukturen und Funktionen zuund erläu-tern sie bezüglichihrer we-sentlichenchemischen Ei-genschaften(UF1, UF3).

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

beschreiben densemikonservativenMechanismus der DNA-Replikation (UF1, UF4).

Modellbaukasten zur DNA Struktur undReplikation

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

Der DNA-Aufbau und dieReplikation werden lediglichmodellhaft erarbeitet. DieKomplementarität wird dabeiherausgestellt.



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Verdeutlichung desLernzuwachses

Strukturlegetechnik bzw. Netzwerktechnikoder Mindmaptechnik

Methode wird mit denselbenBegriffen wie zu Beginn desVorhabens erneut wiederholt.Ergebnisse werden verglichen.SuS erhalten anschließendindividuelleWiederholungsaufträge.

Welche Möglichkeiten undGrenzen bestehen für dieZellkulturtechnik?Zellkulturtechnik

Biotechnologie Biomedizin Pharmazeutische

Industrie

zeigen Möglichkeiten undGrenzen der Zellkulturtechnikin der Biotechnologie undBiomedizin auf (B4, K4).

Informationsblatt zu Zellkulturen in derBiotechnologie und Medizin- undPharmaforschung

Pro und Kontra-Diskussion zum Thema:„Können Zellkulturen Tierversuche ersetzen?“(Gegebenenfalls als Rollenspiel )

Zentrale Aspekte werdenherausgearbeitet.

Argumente werden erarbeitetund Argumentationsstrategienentwickelt.SuS, die nicht an derDiskussion beteiligt sind,sollten einenBeobachtungsauftragbekommen.Nach Reflexion der Diskussionkönnen Leserbriefe verfasstwerden.

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

Leistungsbewertung: Feedbackbogen und angekündigte Tests zur Mitose (z.B. aus einer Hypothese oder einem Versuchsdesign auf die zugrunde liegende

Fragestellung schließen) zur Ermittlung der Fragestellungskompetenz (E1) ggf. Klausur

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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)



K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Datenstrukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge.K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-technische Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderenQuellen bearbeiten.K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisseadressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt inKurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen.E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulierenund Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben.E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischerVor-gänge begründet auswählen und deren Grenzen undGültigkeitsbereiche angeben.E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch dieVorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen /Sequenzierung inhaltlicher Aspekte



Didaktisch-methodische An-merkungen und Empfehlungensowie Darstellung derverbindlichen Absprachen derFachkonferenz

Weshalb und wie beeinflusst dieSalzkonzentration den Zustand vonZellen?

Plasmolyse

führen Experimente zurDiffusion und Osmosedurch und erklären diesemit Modellvorstellungen aufTeilchenebene (E4, E6, K1,K4).

führen mikroskopischeUntersuchungen zurPlasmolyse

Plakat zum wissenschaftlichenErkenntnisweg

Zeitungsartikel z.B. zur fehlerhaftenSalzkonzentration für eine Infusion inden Unikliniken

Das Plakat soll den SuSprozedurale Transparenz imVerlauf des Unterrichtsvorhabensbieten.

SuS formulieren ersteHypothesen, planen und führengeeignete Experimente zurÜberprüfung ihrer Vermutungen

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Brownsche-Molekularbewegung

Diffusion

Osmose

hypothesengeleitet durchund interpretieren diebeobachteten Vorgänge(E2, E3, E5, K1, K4).

recherchieren Beispiele derOsmose undOsmoregulation inunterschiedlichen Quellenund dokumentieren dieErgebnisse in einereigenständigenZusammenfassung (K1,K2).

Experimente z.B. Rotkohlgewebe undmikroskopische Untersuchungen

Kartoffel-Experimentea) ausgehöhlte Kartoffelhälfte mit

Zucker, Salz und Stärkeb) Kartoffelstäbchen (gekocht und

ungekocht)

Informationstexte, Animationen undLehrfilme zur BrownschenMolekularbewegung (physics-animations.com)

Demonstrationsexperimente mitTinte oder Deo zur Diffusion

Arbeitsaufträge zur Rechercheosmoregulatorischer Vorgänge

eventuell auch:Informationsblatt zu Anforderungenan ein Lernplakat (siehe LaBudde2010)

Checkliste zur Bewertung einesLernplakats

Arbeitsblatt mit Regeln zu einemsachlichen Feedback

durch.

Versuche zur Überprüfung derHypothesen

Versuche zur Generalisierbarkeitder Ergebnisse werden geplantund durchgeführt.

Phänomen wird auf Modellebeneerklärt (direkte Instruktion).

Weitere Beispiele (z. B.Salzwiese, Niere) fürOsmoregulation werdenrecherchiert.

VerbindlicherFachkonferenzbeschluss???:Ein Lernplakat zur Osmosewird kriteriengeleitet erstellt.

Lernplakate werden gegenseitigbeurteilt und diskutiert.

Warum löst sich Öl nicht in Wasser?

Aufbau und Eigenschaften vonLipiden und Phospholipiden

ordnen die biologischbedeutsamenMakromoleküle ( Lipide,Proteine) den

Demonstrationsexperiment zumVerhalten von Öl in Wasser

Informationsblätter

Phänomen wird beschrieben.

Das Verhalten von Lipiden und

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verschiedenen zellulärenStrukturen und Funktionenzu und erläutern siebezüglich ihrerwesentlichen chemischenEigenschaften (UF1, UF3).

zu funktionellen Gruppen Strukturformeln von Lipiden und

Phospholipiden Modelle zu Phospholipiden in

WasserAnimationen und Modelle zu„Phospholipide in Wasser“

Phospholipiden in Wasser wirdmithilfe ihrer Strukturformeln undden Eigenschaften derfunktionellen Gruppen erklärt.

Einfache Modelle (2-D) zumVerhalten von Phospholipiden inWasser werden erarbeitet unddiskutiert.

Welche Bedeutung haben technischerFortschritt und Modelle für dieErforschung von Biomembranen?

Erforschung der Biomembran(historisch-genetischer Ansatz)

- Bilayer-Modell

- Sandwich-Modelle

stellen denwissenschaftlichenErkenntniszuwachs zumAufbau von Biomembranendurch technischenFortschritt an Beispielen darund zeigen daran dieVeränderlichkeit vonModellen auf (E5, E6, E7,K4).

Enentuell:Plakat(e) zu Biomembranen

Versuche von Gorter und Grendel mitErythrozyten (1925) zum Bilayer-Modell

Arbeitsblatt zur Arbeit mit Modellen

Vorschlag:Partnerpuzzle zu Sandwich-ModellenArbeitsblatt 1: Erste Befunde durchdie Elektronenmikroskopie (G. Palade,1950er)Arbeitsblatt 2: Erste Befunde aus derBiochemie (Davson und Danielli,1930er)

Folgende Vorgehensweise wirdempfohlen: Der wissenschaftlicheErkenntniszuwachs wird in denFolgestunden fortlaufenddokumentiert und für alleKursteilnehmerinnen undKursteilnehmer auf Plakatenfestgehalten.

Der Modellbegriff und dieVorläufigkeit von Modellen imForschungsprozess werdenverdeutlicht.

Auf diese Weise kann die Arbeitin einer scientific communitynachempfunden werden.Die „neuen“ Daten legen eineModifikation des Bilayer-Modellsvon Gorter und Grendel naheund führen zu neuenHypothesen (einfachesSandwichmodell /Sandwichmodell miteingelagertem Protein /Sandwichmodell mit integralem

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- Fluid-Mosaik-Modell

- Erweitertes Fluid-Mosaik-Modell (Kohlenhydrate in derBiomembran)

- Markierungsmethoden zurErmittlung vonMembranmolekülen(Proteinsonden)

- dynamisch strukturiertesMosaikmodel (Rezeptor-Inseln, Lipid-Rafts)

ordnen die biologischbedeutsamenMakromoleküle(Kohlenhydrate, Lipide,Proteine) denverschiedenen zellulärenStrukturen und Funktionenzu und erläutern siebezüglich ihrerwesentlichen chemischenEigenschaften (UF1, UF3).

recherchieren dieBedeutung und dieFunktionsweise von Tracernfür die Zellforschung undstellen ihre Ergebnissegraphisch und mithilfe vonTexten dar (K2, K3).

recherchieren dieBedeutung der Außenseiteder Zellmembran und ihrerOberflächenstrukturen fürdie Zellkommunikation (u. a.Antigen-Antikörper-Reaktion) und stellen die

Abbildungen auf der Basis vonGefrierbruchtechnik undElektronenmikroskopie

Arbeitsblatt und Animation zumFlüssig-Mosaik-Modell

Checkliste mit Kriterien für seriöseQuellen

Checkliste zur korrekten Angabe vonInternetquellen

Internetrecherche zur Funktionsweisevon Tracern

Informationen zum dynamischstrukturierten Mosaikmodell Vereb et al(2003)

eventuell :Abstract aus:Vereb, G. et al. (2003): Dynamic, yetstructured: The cell membrane threedecades after the Singer-Nicolsonmodel.

Protein).

Das Membranmodell musserneut modifiziert werden.

Das Fluid-Mosaik-Modell musserweitert werden.

Quellen werden ordnungsgemäßnotiert (Verfasser, Zugriff etc.).

Die biologische Bedeutung (hiernur die proximateErklärungsebene!) derGlykokalyx (u.a. bei der Antigen-Anti-Körper-Reaktion) wirdrecherchiert.

Historisches Modell wird durchaktuellere Befunde zu denRezeptor-Inseln erweitert.

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Nature of Science –naturwissenschaftlicheArbeits- und Denkweisen

Ergebnisseadressatengerecht dar (K1,K2, K3).

Lernplakat (fertig gestellt) zu denBiomembranen

Ein Reflexionsgespräch auf derGrundlage des entwickeltenPlakats zu Biomembranen wirddurchgeführt.

Wichtige wissenschaftlicheArbeits- und Denkweisen sowiedie Rolle von Modellen und demtechnischen Fortschritt werdenherausgestellt.

Moderne TestverfahrenElisa-Test ,Arbeitsblatt/Internetquelle

Wie werden gelöste Stoffe durchBiomembranen hindurch in die Zellebzw. aus der Zelle heraustransportiert?

Passiver Transport Aktiver Transport

beschreibenTransportvorgänge durchMembranen fürverschiedene Stoffe mithilfegeeigneter Modelle undgeben die Grenzen dieserModelle an (E6).

Informationstext oder Animationenzu verschiedenen Transportvorgängenan realen Beispielen

Eventuell:SuS können entsprechend derInformationstexte 2-D-Modelle zuden unterschiedlichenTransportvorgängen erstellen.


KLP-Überprüfungsform: möglich ist: „Dokumentationsaufgabe“ und „Reflexionsaufgabe“ (Portfolio zum Thema: „Erforschung derBiomembranen“) zur Ermittlung der Dokumentationskompetenz (K1) und der Reflexionskompetenz (E7)

Leistungsbewertung unterrichtsimmanent:KLP-Überprüfungsform: „Beurteilungsaufgabe“ und „Optimierungsaufgabe“ (z.B. Modellkritik an Modellen zur Biomembran oderzu Transportvorgängen) zur Ermittlung der Modell-Kompetenz (E6)ggf. Klausur

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2.2.2 Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)

Unterrichtsvorhaben IV: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme inunserem Leben?Unterrichtsvorhaben V: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperlicheAktivität 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



E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonneneErgebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben.E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzipder Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriftenplanen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren.E5 Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, darausqualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten unddiese fachlich angemessen beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen /Sequenzierung inhaltlicher Aspekte



Didaktisch-methodischeAnmerkungen undEmpfehlungen sowieDarstellung der verbindlichenAbsprachen derFachkonferenz

Wenn nicht schon beim ThemaZellaufbau behandelt :Wie sind Zucker aufgebaut und wospielen sie eine Rolle?

Monosaccharid, Disaccharid Polysaccharid

ordnen die biologischbedeutsamenMakromoleküle(Kohlenhydrate) denverschiedenen zellulärenStrukturen und Funktionenzu und erläutern siebezüglich ihrer wesentlichenchemischen Eigenschaften(UF1, UF3).

Rückgriff aufInformationstexte zu funktionellenGruppen und ihren Eigenschaftensowie Kohlenhydratklassen undVorkommen und Funktion in der Natur

Im Methodentraining thematisiert:„Spickzettel“ als legale Methode desMemorierens

Beobachtungsbogen mit Kriterien für„gute Spickzettel“

Kann auf Grund desMethodentrainingsvorausgesetzt werden:Gütekriterien für gute„Spickzettel“ werden erarbeitet(Übersichtlichkeit, auf dasWichtigste beschränkt, sinnvollerEinsatz von mehreren Farben,um Inhalte zu systematisierenetc.) werden erarbeitet.

Der beste „Spickzettel“ kanngekürt und gegebenenfalls allenSuS über „Moodle“ zurVerfügung gestellt werden.

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Wie sind Proteine aufgebaut und wospielen sie eine Rolle?

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

Quartärstruktur

ordnen die biologischbedeutsamenMakromoleküle([Kohlenhydrate, Lipide],Proteine, [Nucleinsäuren])den verschiedenenzellulären Strukturen undFunktionen zu und erläuternsie bezüglich ihrerwesentlichen chemischenEigenschaften (UF1, UF3).

Haptische Modelle, Modellbaukasten

Informationstexte zum Aufbau undder Struktur von Proteinen

Gruppenarbeit, Gruppenpuzzle oderLernplakate zum Aufbau vonProteinen

Der Aufbau von Proteinen wirderarbeitet.

Die Quartärstruktur wird amBeispiel von Hämoglobinveranschaulicht.

Welche Bedeutung haben Enzyme immenschlichen Stoffwechsel?

Aktives Zentrum

Allgemeine Enzymgleichung

Substrat- undWirkungsspezifität

beschreiben und erklärenmithilfe geeigneter ModelleEnzymaktivität undEnzymhemmung (E6).

Experimentelles Gruppenpuzzleoder arbeitsteilige Gruppenarbeit:z.B.

a) Ananassaft und Quark oderGötterspeise undfrischgepresster Ananassaft ineiner Verdünnungsreihe

b) Lactase und Milch sowieGlucoseteststäbchen(Immobilisierung von Lactasemit Alginat)

c) Peroxidase mit Kartoffelscheibeoder Kartoffelsaft(Verdünnungsreihe)

d) Urease und Harnstoffdünger(Indikator Rotkohlsaft)

Hilfekarten (gestuft)/Arbeitsblätter fürdie vier verschiedenen Experimente

Die Substrat- undWirkungsspezifität werdenveranschaulicht.

Die naturwissenschaftlichenFragestellungen werden vomPhänomen her entwickelt.

Hypothesen zur Erklärung derPhänomene werden aufgestellt.Experimente zur Überprüfungder Hypothesen werden geplant,durchgeführt und abschließendwerden mögliche Fehlerquellenermittelt und diskutiert.

Die gestuften Hilfen(Checklisten) sollenDenkanstöße für jedeSchlüsselstelle imExperimentierprozess geben.

Vorgehen und Ergebnissewerden präsentiert.

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Checklisten mit Kriterien für- naturwissenschaftliche

Fragestellungen,- Hypothesen,- Untersuchungsdesigns.

Modelle zur Funktionsweise desaktiven Zentrums werden zurVeranschaulichungherangezogen

Hier bietet sich an die Folgeneiner verändertenAminosäuresequenz, z. B. beiLactase mithilfe eines Modells zudiskutieren.

Welche Wirkung / Funktion habenEnzyme?

Katalysator Biokatalysator Endergonische und

exergonische Reaktion Aktivierungsenergie,

Aktivierungsbarriere /Reaktionsschwelle

erläutern Struktur undFunktion von Enzymen undihre Bedeutung alsBiokatalysatoren beiStoffwechselreaktionen(UF1, UF3, UF4).

Schematische Darstellungen vonReaktionen unter besondererBerücksichtigung der Energieniveaus

Die zentralen Aspekte derBiokatalyse werden erarbeitet:

1. Senkung derAktivierungsenergie

2. Erhöhung desStoffumsatzes pro Zeit

Was beeinflusst die Wirkung /Funktion von Enzymen?

pH-Abhängigkeit Temperaturabhängigkeit Schwermetalle

Substratkonzentration /Wechselzahl

beschreiben undinterpretieren Diagrammezu enzymatischenReaktionen (E5).

stellen Hypothesen zurAbhängigkeit derEnzymaktivität vonverschiedenen Faktoren aufund überprüfen sieexperimentell und stellen siegraphisch dar (E3, E2, E4,E5, K1, K4).

Checkliste mit Kriterien zurBeschreibung und Interpretation vonDiagrammen

Experimente zu den Eigenschaftenvon Enzymen

eventuell:Modellexperimente mit Schere undPapier oder Knetgummi

Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:Das Beschreiben undInterpretieren vonDiagrammen wird geübt.

Experimente zur Ermittlung derAbhängigkeiten derEnzymaktivität werden geplantund durchgeführt.Wichtig: Denaturierung im Sinneeiner irreversiblen Hemmungdurch Temperatur, pH-Wert undSchwermetalle mussherausgestellt werden.

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Km-Wert, Wechselzahl werdenproblematisiert.

Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:Durchführung vonExperimenten zur Ermittlungvon Enzymeigenschaften anausgewählten Beispielen.

Wie wird die Aktivität der Enzyme inden Zellen reguliert?

kompetitive Hemmung, allosterische (nicht

kompetitive) Hemmung

Substrat undEndprodukthemmung

beschreiben und erklärenmithilfe geeigneter ModelleEnzymaktivität undEnzymhemmung (E6).

Gruppenarbeit/Partnerarbeit/Partnerpuzzle o.ä.Informationsmaterial zu Formen derEnzymhemmung

gegebenenfalls: Modellexperimente

Checkliste mit Kriterien zurModellkritik, s.o.

Wesentliche Textinformationenwerden in einem begrifflichenNetzwerk zusammengefasst.Die kompetitive Hemmung wirdsimuliert.

Modelle zur Erklärung vonHemmvorgängen werdendiskutiert

Reflexion und ModellkritikWie macht man sich die Wirkweisevon Enzymen zu Nutze?

Enzyme im Alltagz.B.:

- Technik- Medizin- u. a.

recherchieren Informationenzu verschiedenenEinsatzgebieten vonEnzymen und präsentierenund bewerten vergleichenddie Ergebnisse (K2, K3, K4).

geben Möglichkeiten undGrenzen für den Einsatzvon Enzymen in biologisch-technischenZusammenhängen an undwägen die Bedeutung fürunser heutiges Leben ab(B4).

(Internet)Recherche Die Bedeutung enzymatischerReaktionen für z.B.Veredlungsprozesse undmedizinische Zwecke wirdherausgestellt.

Als Beispiel können Enzyme imWaschmittel und ihreAuswirkung auf die menschlicheHaut besprochen und diskutiertwerden.

25


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

Fragestellung 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



UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse ingegebene fachliche Strukturen begründen.B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichenZusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralischeBewertungskriterien angeben.B2 in Situationen mit mehreren HandlungsoptionenEntscheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten undeinen begründeten Standpunkt beziehen.B3 in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte beiAuseinandersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowiemögliche Lösungen darstellen.

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicherAspekte

KonkretisierteKompetenzerwartungen desKernlehrplansDie Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel/Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodischeAnmerkungen und Empfehlungensowie Darstellung derverbindlichen Absprachen derFachkonferenz

Welche Veränderungen könnenwährend und nach körperlicherBelastung beobachtet werden?

Münchener Belastungstest odermulti-stage Belastungstest.Oder: Planung und Durchführungvon Selbsttests, Dokumentation

Begrenzende Faktoren beiunterschiedlich trainiertenMenschen werden ermittelt.

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Systemebene: Organismus

Belastungstest Schlüsselstellen der

körperlichen Fitness

und Auswertungzu Pulsfrequenz, Atemfrequenz,

Blutdruck, subjektives Empfinden

gegebenenfalls:Graphic Organizer aufverschiedenen Systemebenen

Damit kann der Einfluss vonTraining auf die Energiezufuhr,Durchblutung,Sauerstoffversorgung,Energiespeicherung undErnährungsverwertungsystematisiert werden.

Die Auswirkung auf verschiedeneSystemebenen (Organ, Gewebe,Zelle, Molekül) kann dargestellt undbewusst gemacht werden.

Wie reagiert der Körper aufunterschiedlicheBelastungssituationen und wieunterscheiden sich verschiedeneMuskelgewebe voneinander?

Systemebene: Organ und Gewebe Muskelaufbau Muskelkontraktion

erläutern den Unterschiedzwischen roter und weißerMuskulatur (UF1

stellen mikroskopischePräparate dar, präsentieren dieErgebnisse in Form vonÜbersichtszeichnungen derQuerstreifung(UF1,E2,E5, K1,K3)

Das eigene lichtmikroskopischeBild wir in Bezug gesetzt zum

Modell und den EM-Bildern ( E6,K4)

Partnerpuzzle mit Arbeitsblätternzur roten und weißen Muskulaturund zur Sauerstoffschuld

Mikroskopie Muskelfleisch(Quergestreifte Muskulatur) ,Rindfleischstückchen oder roherSchinken

Modell zum Aufbau derMuskelfaser der quergestreiftenMuskulaturModell der Schule zur Muskelfaser,modellhafte Abb., EM-BilderVergleich der Bilder und Modelle

Hier können Beispiele von 100-Meter-, 400-Meter- und 800-Meter-Läufern analysiert werden.Verschiedene Muskelgewebewerden im Hinblick auf ihreMitochondriendichte (stellvertretendfür den Energiebedarf) untersucht /ausgewertet.Muskeltypen werden begründendSportarten zugeordnet.

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Systemebene: Zelle Sauerstoffschuld,

Energiereserve derMuskeln,Glykogenspeicher

Systemebene: Molekül Lactat-Test Milchsäure-Gärung

Informieren sich über dieMechanik derMuskelkontraktion,planen ein Funktionsmodell,stellen die Vorgänge inModellen dar. (UF1, UF2,UF4,E3, E6,K1,K3,K4,B1)

präsentieren unter Einbezuggeeigneter Medien und unterVerwendung einer korrektenFachsprache die aerobe undanaerobe Energieumwandlungin Abhängigkeit vonkörperlichen Aktivitäten (K3,UF1).

überprüfen Hypothesen zurAbhängigkeit der Gärung vonverschiedenen Faktoren (E3,E2, E1, E4, E5, K1, K4).

in Partnerarbeit,Ergebnispräsentation

Think-Pair-Share zurMuskelkontraktionInformationstext, Knetemodelleoder Pappmodelle

eventuell:Bildkarten zu Muskeltypen undSportarten

InformationsblattExperimente mit Sauerkraut (u.a.pH-Wert) Herstellung von Sauerkraut o.ä.

Die Grenzen der Aussagekraft vonModellen können diskutiert werden.

Der Zusammenhang zwischenbekannten, äußerlichbeobachtbaren Veränderungen beider Muskelkontraktion ( Muskel wirdkürzer, dicker)und dem Funktionsmodell wirdhergestellt

Die Milchsäuregärung dient derVeranschaulichung anaeroberVorgänge:Modellexperiment zum Nachweisvon Milchsäure unter anaerobenBedingungen wird geplant unddurchgeführt.

Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:In diesem Unterrichtsvorhabenliegt ein Schwerpunkt auf demWechsel zwischen denbiologischen Systemebenengemäß der Jo-Jo-Methode(häufiger Wechsel zwischen den

28

biologischenOrganisationsebenen)

Welche Faktoren beeinflussen denEnergieumsatz und welcheMethoden helfen bei derBestimmung?

Systemebenen: Organismus,Gewebe, Zelle, Molekül

Energieumsatz(Grundumsatz undLeistungsumsatz)

Direkte und indirekteKalorimetrie

Welche Faktoren spielen eineRolle bei körperlicher Aktivität?

Sauerstofftransport im Blut Sauerstoffkonzentration im

Blut Erythrozyten Hämoglobin/ Myoglobin Bohr-Effekt

stellen Methoden zurBestimmung desEnergieumsatzes beikörperlicher Aktivitätvergleichend dar (UF4).

Eventuell: Film zur Bestimmung desGrund- und LeistungsumsatzesEventuell: Film zum Verfahren derKalorimetrie (KalorimetrischeBombe / Respiratorischer Quotient)

Diagramme zumSauerstoffbindungsvermögen inAbhängigkeit verschiedenerFaktoren (Temperatur, pH-Wert)und Bohr-Effekt

Arbeitsblatt mit Informationstext zurErarbeitung des Prinzips derOberflächenvergrößerung durchKapillarisierung

Der Zusammenhang zwischenrespiratorischem Quotienten undErnährung wird erarbeitet.

Der quantitative Zusammenhangzwischen Sauerstoffbindung undPartialdruck wird an einer sigmoidenBindungskurve ermittelt.

Der Weg des Sauerstoffs in dieMuskelzelle über den Blutkreislaufwird wiederholt und erweitert unterBerücksichtigung von Hämoglobinund Myoglobin.

Wie entsteht und wie gelangt diebenötigte Energie zuunterschiedlichen Einsatzorten inder Zelle?

Systemebene: Molekül NAD+ und ATP

erläutern die Bedeutung vonNAD+ und ATP für aerobe undanaerobeDissimilationsvorgänge (UF1,UF4).

Arbeitsblatt mit Modellen /Schemata zur Rolle des ATP

Die Funktion des ATP als Energie-Transporter wird verdeutlicht.

Wie entsteht ATP und wie wird derC6-Körper abgebaut?

Systemebenen: Zelle, Molekül Tracermethode Glykolyse

präsentieren eineTracermethode bei derDissimilation adressatengerecht(K3).

erklären die Grundzüge der

Advance OrganizerArbeitsblatt mit histologischenElektronenmikroskopie-Aufnahmenund Tabellen

Informationstexte und

Grundprinzipien von molekularenTracern werden wiederholt.

Experimente werden unter dem

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Zitronensäurezyklus Atmungskette Kreatinphosphat

Systemebenen: Organismus,Zelle, Molekül

Dissimilation unter dem Aspektder Energieumwandlung mithilfeeinfacher Schemata (UF3).

beschreiben und präsentierendie ATP-Synthese imMitochondrium mithilfevereinfachter Schemata (UF2,K3).

Beschreiben die Bedeutung vonKreatinphosphat als kurzfristigerEnergiespeicher (UF1)

ordnen verschiedene Formender Belastung unterschiedlichenFormen derEnerigiebereitstellung zu(UF3,K3)

schematische Darstellungen zuExperimenten von Peter Mitchell(chemiosmotische Theorie) zumAufbau eines Protonengradienten inden Mitochondrien für die ATP-Synthase (vereinfacht)

Schematische Abb. zumZusammenhang ATP-Kreatinphosphat

Gruppenplakat zurEnergiebereitstellung beiunterschiedlichen Belastungsformenoder im zeitlichen Verlauf einesAusdauerlaufs.

Aspekt der Energieumwandlungausgewertet.

Der Sinn von oraler Aufnahme vonKreatin kann kritisch hinterfragtwerden.

Wie funktional sind bestimmteTrainingsprogramme undErnährungsweisen für bestimmteTrainingsziele?


Ernährung und Fitness Kapillarisierung Mitochondrien

Systemebene: Molekül Glycogenspeicherung Myoglobin

erläutern unterschiedlicheTrainingsformenadressatengerecht undbegründen sie mit Bezug aufdie Trainingsziele (K4).

erklären mithilfe einergraphischen Darstellung diezentrale Bedeutung desZitronensäurezyklus imZellstoffwechsel (E6, UF4).

Fallstudien aus der Fachliteratur(Sportwissenschaften)

Trainingspläne aus Fitnesscentern

Arbeitsblatt mit einemvereinfachten Schema desZitronensäurezyklus und seiner

Hier können Trainingsprogrammeund Ernährung unterBerücksichtigung vonTrainingszielen (Aspekte z.B.Ausdauer, Kraftausdauer,Maximalkraft) und der Organ- undZellebene (Mitochondrienanzahl,Myoglobinkonzentration,Kapillarisierung, erhöhteGlykogenspeicherung) betrachtet,diskutiert und beurteilt werden.

Verschiedene Situationen können„durchgespielt“ (z.B. die Folgeneiner Fett-, Vitamin- oderZuckerunterversorgung) werden.

30

Stellung im Zellstoffwechsel(Zusammenwirken vonKohlenhydrat, Fett undProteinstoffwechsel)

Wie wirken sichleistungssteigernde Substanzenauf den Körper aus?


Formen des Dopings Anabolika EPO

nehmen begründet Stellung zurVerwendungleistungssteigernderSubstanzen ausgesundheitlicher und ethischerSicht (B1, B2, B3).

Anonyme Kartenabfrage zuDoping

Informationstext zu Werten,Normen, FaktenInformationstext zum ethischenReflektieren (nach Martens 2003)

Exemplarische Aussagen vonPersonen

Informationstext zu EPOHistorische Fallbeispiele zumEinsatz von EPO (Blutdoping) imSpitzensport

Weitere Fallbeispiele zum Einsatzanaboler Steroide in Spitzensportund Viehzucht

Juristische und ethische Aspektewerden auf die ihnen zugrundeliegenden Kriterien reflektiert.

Verschiedene Perspektiven undderen Handlungsoptionen werdenerarbeitet, deren Folgenabgeschätzt und bewertet.

Bewertungsverfahren und Begriffewerden geübt und gefestigt.


Leistungsbewertung: „Bewertungsaufgabe“ zur Ermittlung der Entscheidungskompetenz (B2) und der Kriterienermittlungskompetenz (B1) mithilfe vonFallbeispielen

ggf. Klausur.

Schulinternen Lehrplan

zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe des Deutzer Gymnasiums Schaurtestraße

Biologie

(Endfassung: 18.02.2014)

2

1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit

In nahezu allen Unterrichtsvorhaben wird den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit gegeben, Schülerexperimente durchzuführen; damit wird eine Unterrichtspraxis aus der Sekundarstufe I fortgeführt. Insgesamt werden überwiegend kooperative, die Selbstständigkeit des Lerners fördernde Unterrichtsformen genutzt, sodass ein individualisiertes Lernen in der Sekundarstufe II kontinuierlich unterstützt wird. Nach Veröffentlichung des neuen Kernlehrplans steht dessen unterrichtliche Umsetzung im Fokus. Hierzu werden sukzessive exemplarisch konkretisierte Unterrichtsvorhaben und darin eingebettet Überprüfungsformen entwickelt und erprobt. Der Biologieunterricht soll Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungen wecken und die Grundlage für das Lernen in Studium und Beruf in diesem Bereich vermitteln. Dabei werden fachlich und bioethisch fundierte Kenntnisse die Voraussetzung für einen eigenen Standpunkt und für verantwortliches Handeln gefordert und gefördert. Hervorzuheben sind hierbei die Aspekte Ehrfurcht vor dem Leben in seiner ganzen Vielfältigkeit, Nachhaltigkeit, Umgang mit dem eigenen Körper und ethische Grundsätze.

3

2 Entscheidungen zum Unterricht

Grundkurs – Q 1: Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)

Unterrichtsvorhaben I: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?

Unterrichtsvorhaben II: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?

Unterrichtsvorhaben III: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?

Inhaltliche Schwerpunkte:

Meiose und Rekombination

Analyse von Familienstammbäumen

Proteinbiosynthese

Genregulation

Gentechnik

Bioethik Basiskonzepte: System Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Rekombination, Stammzelle Struktur und Funktion Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, Mutation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip Entwicklung Transgener Organismus, Epigenese, Zelldifferenzierung, Meiose Zeitbedarf: ca. 33 Std. à 60 Minuten

Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?

Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)




Bioethik Zeitbedarf: 12 Std. à 60 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …

E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.

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

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

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Reaktivierung von SI-Vorwissen

Materialien zur Embryogenese Advance Organizer Think-Pair-Share zu bekannten Elementen

SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.

Wie werden die Keimzellen gebildet und welche Unterschiede gibt es bei Frau und Mann?

Meiose

Spermatogenese / Oogenese

Selbstlernplattform von Mallig: http://www.mallig.eduvinet.de/default.htm#kurs Materialien (z. B. Knetgummi)

Zentrale Aspekte der Meiose werden selbstständig wiederholt und geübt. Schlüsselstellen bei der Keimzellenbildung werden erarbeitet

http://www.mallig.eduvinet.de/default.htm#kurs


5

Wo entscheidet sich die genetische Ausstattung einer Keimzelle und wie entsteht genetische Vielfalt?

inter- und intrachromosomale Rekombination (auch Crossing-Over)

Genommutationen z.B. Trisomie 21

erläutern die Grundprinzipien der Rekombination (Reduktion und Neu-kombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4).

Computeranimation

und die theoretisch möglichen Rekombinationsmöglichkeiten werden ermittelt. Pränatal Diagnostik mit ethischen Aspekten

Wie kann man ein Vererbungsmuster von genetisch bedingten Krankheiten im Verlauf von Familiengenerationen ermitteln und wie kann man daraus Prognosen für den Nachwuchs ableiten?

Erbgänge/Vererbungsmodi

genetisch bedingte Krankheiten, z. Bsp.:

- Muskeldystrophie Duchenne

- Mukoviszidose - Albinismus - Hämophilie

formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zu X-chromosomalen und autosomalen Vererbungsmodi genetisch bedingter Merkmale und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4).

Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer Stammbaumanalyse. Exemplarische Beispiele von Familienstammbäumen Selbstlernplattform von Mallig: http://www.mallig.eduvinet.de/default.htm#kurs

Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Die Auswertungskompetenz bei humangenetischen Stammbäumen wird im Unterricht an mehreren Beispielen geübt. Prognosen zum Auftreten spezifischer, genetisch bedingter Krankheiten werden für Paare mit Kinderwunsch ermittelt und für (weitere) Kinder begründet angegeben.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung:

KLP-Überprüfungsform: „Analyseaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Meiose / Karyogrammen / Stammbaumanalyse

ggf. Klausur / Kurzvortrag



Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?



Proteinbiosynthese

Mutationen

Genregulation Zeitbedarf: 13 Std. à 60 Minuten


UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben.

UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen.

UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren.

E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben.





Reaktivierung von Vorwissen aus der EF

Bau der DNA

DNA-Modelle EF-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.

Was ist ein Gen?

Genbegriff

Genwirkketten Wie entstehen aus Genen Merkmale?

reflektieren und erläutern kurz den Wandel des Genbegriffes (E7). vergleichen die molekularen Abläufe in der

Computeranimationen zur Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten Tabellarische Gegenüberstellung Selbstlernplattform von Mallig:

Optional: Exemplarisch ausgewählte Klassische Experimente (von Nierenberg, Matthaei und Khorana) zur Entschlüsselung des genetischen

7

Proteinbiosynthese bei Prokaryoten

Genetischer Code

Proteinbiosynthese bei Eukaryoten

Wirkung von Antibiotika und Hemmstoffen

Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3).


Codes werden nachvollzogen und ausgewertet. Sensibilisierung für verantwortungsvollen Umgang mit Antibiotika.

Welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?

Mutationsformen

Mutagene

erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2). erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4).

Exemplarische Beispiele von Mutationen und Mutagenen

Die verschiedenen Mutationsformen (Gen-, Chromosomen-, Genommutation) werden anhand von selbst gewählten Beispielen (z.Bsp. Sichelzellanämie, Katzenschreisyndrom, Trisomie 21) erläutert. Sensibilisierung für Sonnenschutz (UV-Strahlung).

Wie wird die Genexpression bei Pro- und Eukaryoten reguliert?

Genregulation bei Prokaryoten (Substratinduktion und Endproduktrepression)

Genregulation bei Eukaryoten

Epigenetik (z. Bsp. DNA-Methylierung)

erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6). erläutern die Bedeutung der Transkriptionsfaktoren für die Regulation von

Modelle zu Lac- bzw. Trp-Operon selbst entwickeln Partnerpuzzle zu Lac- bzw. Trp-Operon Strukturlegetechnik Optional: Gruppenpuzzle zu verschiedenen Möglichkeiten der Regulation bei

Verdeutlichung des Basiskonzepts „Steuerung und Regelung“ anhand der biologischen Bedeutung der Genregulation.



8

Zellstoffwechsel und Entwicklung (UF1, UF4). erklären mit Hilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4). erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regulation des Zellstoffwechsels (E6).

Eukaryoten Vorschlag: Allgemeine und spezifische Transkriptionsfaktoren (Silencer, Enhancer); DNA-Methylierung; Alternatives Splicen; Regulation auf Proteinebene;

Beispiel: Tumorsuppressorgen/Transkriptionsfaktor p53 Protoonkogen Ras Aktuelle Modellvorstellungen zu Alterungsprozessen und Krebsentstehung werden reflektiert. DNA-Methylierung: Einfluss von Umweltfaktoren auf die Genaktivität (z.Bsp. Veränderung von Methylierungsmustern durch Lebensbedingungen, Histonmodifikation) Mögliches Beispiel: X-Inaktivierung bei Frauen


Ampelabfrage Leistungsbewertung:

KLP-Überprüfungsform: „Darstellungsaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Proteinbiosynthese / Mutationsformen)


9

Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?



Gentechnik

Bioethik Zeitbedarf: 8 Std. à 60 Minuten


K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-technische Fragestellungen mit Hilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten.

B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen Zusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralische Bewertungskriterien angeben.

B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen.





Reaktivierung von Vorwissen aus der EF

Replikation der DNA

Schulbuch EF-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.

Welche molekulargenetischen Verfahren ermöglichen gentechnische Forschung?

PCR

Genetischer Fingerabdruck

Gelelektrophorese

DNA-Chip Welche Molekulargenetischen

beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1). erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre

Wenn möglich: Exkursion Köln PUB oder BayLab

Optional: Vergleich der beiden Methoden des genetischen Fingerabdrucks (RFLP, VNTR) Anwendungsbeispiele für den Genetischen Fingerabdruck: Vaterschaftstest, Kriminalaufklärung und Nachweis genetisch bedingter Krankheiten, z.Bsp. Chorea Huntington oder Brustkrebs mit Diskussion ethischer Aspekte

10

Werkzeuge spielen in der Gentechnik eine Rolle?

Restriktionsenzyme

Vektoren In welchen Bereichen wird Gentechnik angewendet?

Modellorganismen genetischer Forschung (Bakterien, Viren)

Transgene Lebewesen (z.Bsp. Grüne Gentechnik)

Welche therapeutischen Ansätze ergeben sich aus der Stammzellenforschung und was ist von ihnen zu halten?

Gentherapie

Zelltherapie Optional: Kurzer Einblick in die Entwicklungsbiologie anhand von Amphibien (Determination)

Einsatzgebiete (E4, E2, UF1). geben die Bedeutung von DNA-Chips an und beurteilen Chancen und Risiken (B1, B3). begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3). stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3). recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3). stellen naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz

Diskussion der verschiedenen Interessensgruppen (z. B. Ökologie, Ökonomie, Sozial) Recherche zu embryonalen bzw. adulten Stammzellen und damit verbundenen therapeutischen Ansätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft ausgewählten Quellen:

- Internetquellen - Fachbücher / Fachzeitschriften

Checkliste: Welche Quelle ist neutral und welche nicht? Checkliste: richtiges Belegen von

Diskussion von Datenschutz Bioethik: Gesetzliche Bestimmungen Mögliches Beispiel: Insulinherstellung Mögliche Beispiele: grüne Fische, Anti-Matsch Tomate Das vorgelegte Material könnte von SuS ergänzt werden. An dieser Stelle kann auf das korrekte Belegen von Text- und Bildquellen eingegangen werden, auch im Hinblick auf die Facharbeit. Neutrale und „interessengefärbte Quellen“

11

von Stammzellen dar und beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4).

Informationsquellen Ggf. Powerpoint-Präsentationen der SuS Dilemmamethode Gestufte Hilfen zu den verschiedenen Schritten der ethischen Urteilsfindung

werden kriteriell reflektiert. Am Beispiel des Themas „Dürfen Embryonen getötet werden, um Krankheiten zu heilen?“ kann die Methode einer Dilemma-Diskussion durchgeführt und als Methode reflektiert werden.


Feedback über Verhalten und Qualität der Beiträge in Diskussionsrunden Leistungsbewertung:

KLP-Überprüfungsform: „Bewertungsaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. gentechnischen Verfahren)


Leistungskurskurs – Q 1: Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)

Unterrichtsvorhaben I: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?

Unterrichtsvorhaben II: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?

Unterrichtsvorhaben III: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?




Proteinbiosynthese

Genregulation

Gentechnik

Bioethik Basiskonzepte: System Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Rekombination, Stammzelle Struktur und Funktion Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, Mutation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip Entwicklung Transgener Organismus, Epigenese, Zelldifferenzierung, Meiose


Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen

Konflikte treten dabei auf?





Bioethik


Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.

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

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

Mögliche didaktische Leitfragen /

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte

Kompetenzerwartungen des

Kernlehrplans

Die Schülerinnen und

Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/

Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen

und Empfehlungen sowie Darstellung

der verbindlichen Absprachen der

Fachkonferenz


Materialien zur Embryogenese

Advance Organizer

Think-Pair-Share zu bekannten

Elementen

SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick

auf Neues wird gegeben.

14

Wie werden die Keimzellen gebildet

und welche Unterschiede gibt es bei

Frau und Mann?

Meiose

Spermatogenese / Oogenese

Wo entscheidet sich die genetische

Ausstattung einer Keimzelle und wie

entsteht genetische Vielfalt?

inter- und intrachromosomale Rekombination (auch Crossing-Over)

erläutern die

Grundprinzipien der

Rekombination (Reduktion

und Neu-kombination der

Chromosomen) bei Meiose

und Befruchtung (UF4).

Selbstlernplattform von Mallig:

http://www.mallig.eduvinet.de/defaul

t.htm#kurs

Materialien (z. B. Knetgummi)

Computeranimation

Zentrale Aspekte der Meiose werden

selbstständig wiederholt und geübt.

Schlüsselstellen bei der

Keimzellenbildung werden erarbeitet

und die theoretisch möglichen

Rekombinationsmöglichkeiten werden

ermittelt.

Wie kann man ein Vererbungsmuster

von genetisch bedingten Krankheiten

im Verlauf von Familiengenerationen

ermitteln und wie kann man daraus

Prognosen für den Nachwuchs

ableiten?

Erbgänge/Vererbungsmodi

genetisch bedingte Krankheiten, z. Bsp.: - Fehlender Zahnschmelz - Muskeldystrophie

Duchenne

formulieren bei der

Stammbaumanalyse

Hypothesen zu X-

chromosomalen und

autosomalen

Vererbungsmodi, sowie

Zweifaktorenanalyse,

Genkopplung und Crossing-

over genetisch bedingter

Merkmale und begründen

die Hypothesen mit

vorhandenen Daten auf der

Grundlage der Meiose (E1,

Checkliste zum methodischen

Vorgehen bei einer

Stammbaumanalyse.

Exemplarische Beispiele von

Familienstammbäumen



t.htm#kurs

Verbindlicher Beschluss der

Fachkonferenz: Die

Auswertungskompetenz bei

humangenetischen Stammbäumen

wird im Unterricht an mehreren

Beispielen geübt.

Prognosen zum Auftreten spezifischer,

genetisch bedingter Krankheiten

werden für Paare mit Kinderwunsch

ermittelt und für (weitere) Kinder

begründet angegeben.





15

- Mukoviszidose - Albinismus - Hämophilie und Rot-grün

Schwäche

E3, E5, UF4, K4).

Recherchieren

Informationen zu

humangenetischen

Fragestellungen (u.a.

genetisch bedingten

Krankheiten), schätzen die

die Relevanz und

Zuverlässigkeit der

Informationen ein und

fassen die Ergebnisse

strukturiert zusammen (K2,

K1, K3, K4)

Internetrecherche

Schulbuch

z.B.

Gendiagnostikgesetz

Pränatale Diagnostik (Vorteile,

Nachteile, Konsequenzen der

Ergebnisse)


Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

KLP-Überprüfungsform: „Analyseaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Meiose / Karyogrammen / Stammbaumanalyse


16

Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der

genetischen Strukturen auf einen Organismus?



Proteinbiosynthese

Mutationen

Genregulation




UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben.

UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen.

UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren.

E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben.

Mögliche didaktische

Leitfragen / Sequenzierung

inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte


Kernlehrplans


Schüler …


Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und

Empfehlungen sowie Darstellung der

verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Reaktivierung von Vorwissen

aus der EF

Bau der DNA

DNA-Modelle EF-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf

Neues wird gegeben.

Was ist ein Gen?

Genbegriff

Genwirkketten

reflektieren und erläutern

den Wandel des

Genbegriffes (E7).

17

Wie entstehen aus Genen

Merkmale?

Proteinbiosynthese bei Prokaryoten

Genetischer Code

Proteinbiosynthese bei Eukaryoten

Wirkung von Antibiotika und Hemmstoffen

vergleichen die molekularen

Abläufe in der

Proteinbiosynthese bei Pro-

und Eukaryoten (UF1, UF3).

benennen Fragestellungen

und stellen Hypothesen zur

Entschlüsselung des

genetischen Codes auf und

interpretieren klassische

Experimente zur Aufklärung

des genetischen Codes und

der Proteinbiosynthese (E1,

E3, E4, E5).

erläutern wissenschaftliche

Experimente zur Aufklärung

der Proteinbiosynthese,

generieren Hypothesen auf

der Grundlage der

Versuchspläne und

interpretieren die

Versuchsergebnisse (E3, E4,

E5)

Computeranimationen zur

Proteinbiosynthese bei Pro- und

Eukaryoten (Schroedel)

Tabellarische Gegenüberstellung



t.htm#kurs

Ausgewählte Klassische Experimente (z.B. von

Nierenberg, Matthaei und Khorana) zur

Entschlüsselung des genetischen Codes

werden nachvollzogen und ausgewertet.

Sensibilisierung für verantwortungsvollen

Umgang mit Antibiotika.



18

Welche Einflüsse haben

Veränderungen der genetischen

Strukturen auf einen

Organismus?

Mutationsformen

Mutagene

erläutern Eigenschaften des

genetischen Codes und

charakterisieren mit dessen

Hilfe Genmutationen (UF1,

UF2).

erklären die Auswirkungen

verschiedener Gen-,

Chromosom- und

Genommutationen auf den

Phänotyp (u.a. unter

Berücksichtigung von

Genwirkketten) (UF1, UF4).

Exemplarische Beispiele von

Mutationen und Mutagenen

Die verschiedenen Mutationsformen (Gen-,

Chromosomen-, Genommutation) werden

anhand von selbst gewählten Beispielen

(z.Bsp. Sichelzellanämie,

Katzenschreisyndrom, Trisomie 21) erläutert.

Sensibilisierung für Sonnenschutz (UV-

Strahlung).

Wie wird die Genexpression bei

Pro- und Eukaryoten reguliert?

Genregulation bei Prokaryoten (Substratinduktion und Endproduktrepression)

Genregulation bei Eukaryoten

Epigenetik (z. Bsp. DNA-Methylierung, DNA-Acetylierung)

erläutern und entwickeln

Modellvorstellungen auf der

Grundlage von Experimenten

zur Aufklärung der

Genregulation bei

Prokaryoten (E2, E5, E6).

erklären mithilfe von

Modellen genregulatorische

Vorgänge bei Eukaryoten

(E6)

erläutern die Bedeutung der

Transkriptionsfaktoren für

Gruppenarbeit: Modelle zu Lac- bzw.

Trp-Operon selbst entwickeln

Partnerpuzzle zu Lac- bzw. Trp-

Operon

Strukturlegetechnik

Gruppenpuzzle zu verschiedenen

Möglichkeiten der Regulation bei

Eukaryoten

Vorschlag: Allgemeine und spezifische

Transkriptionsfaktoren (Silencer,

Enhancer); DNA-Methylierung;

Verdeutlichung des Basiskonzepts „Steuerung

und Regelung“ anhand der biologischen

Bedeutung der Genregulation.

19

die Regulation von

Zellstoffwechsel und

Entwicklung (UF1, UF4)

erklären mit Hilfe eines

Modells die Wechselwirkung

von Proto-Onkogenen und

Tumor-Suppressorgenen auf

die Regulation des Zellzyklus

und erklären die Folgen von

Mutationen in diesen Genen

(E6, UF1, UF3, UF4).

erläutern epigenetische

Modelle zur Regelung des

Zellstoffwechsels und leiten

Konsequenzen für den

Organismus ab (E6).

Alternatives Splicen; Regulation auf

Proteinebene;

RNA-Interferenz;

z.B. Lerntempoduett Agouti-Mäuse

und Treue Wühlmäuse

Beispiel:

Tumorsuppressorgen/Transkriptionsfaktor

p53

Protoonkogen Ras

Aktuelle Modellvorstellungen zu

Alterungsprozessen und Krebsentstehung

werden reflektiert.

Fokussierung auf ein Beispiel

Einfluss von Umweltfaktoren auf die

Genaktivität (z.Bsp. Veränderung von

Methylierungsmustern durch

Lebensbedingungen, Histonmodifikation)

Fokussierung auf zwei Beispiele:

Mögliche Beispiele: X-Inaktivierung bei Frauen

Aguoti-Mäuse – treue Wühlmäuse

Krebs (Karzinome der Kopf-Hals-Region)

Prader-Willi-Syndrom und Angelmann-

Syndrom


Ampelabfrage

Leistungsbewertung:

KLP-Überprüfungsform: „Darstellungsaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Proteinbiosynthese / Mutationsformen)


20

Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?



Gentechnik

Bioethik




K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-technische Fragestellungen mit Hilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten.

B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen Zusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralische Bewertungskriterien angeben.

B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen.

Mögliche didaktische

Leitfragen / Sequenzierung

inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte


Kernlehrplans


Schüler …


Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und

Empfehlungen sowie Darstellung der

verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Reaktivierung von Vorwissen

aus der EF

Replikation der DNA

Schulbuch EF-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf

Neues wird gegeben.

Welche molekulargenetischen

Verfahren ermöglichen

gentechnische Forschung?

PCR

Genetischer Fingerabdruck

beschreiben

molekulargenetische

Werkzeuge und erläutern

deren Bedeutung für

gentechnische

Grundoperationen (UF1).

Exkursion Köln PUB oder BayLab

Vergleich der beiden Methoden des

genetischen Fingerabdrucks (RFLP, VNTR)

Anwendungsbeispiele für den Genetischen

21

Gelelektrophorese

DNA-Chip

Welche molekulargenetischen

Werkzeuge spielen in der

Gentechnik eine Rolle?

Restriktionsenzyme

Vektoren

In welchen Bereichen wird

Gentechnik angewendet?

Modellorganismen genetischer Forschung (Bakterien, Viren)

Transgene Lebewesen (z.B. Grüne Gentechnik)

erläutern

molekulargenetische

Verfahren (u.a. PCR,

Gelelektrophorese) und ihre

Einsatzgebiete (E4, E2, UF1).

geben die Bedeutung von

DNA-Chips und

Hochdurchsatz-

Sequenzierung an und

beurteilen Chancen und

Risiken (B1, B3).

begründen die Verwendung

bestimmter

Modellorganismen (u.a. E.

coli) für besondere

Fragestellungen genetischer

Forschung (E6, E3).

stellen mithilfe geeigneter

Medien die Herstellung

transgener Lebewesen dar

und diskutieren ihre

Optional: Blue genes Versuche

Fingerabdruck: Vaterschaftstest,

Kriminalaufklärung und Nachweis genetisch

bedingter Krankheiten, z.B. Chorea

Huntington oder Brustkrebs mit Diskussion

ethischer Aspekte

Diskussion von Datenschutz

Bioethik: Gesetzliche Bestimmungen

Mögliches Beispiel: Insulinherstellung

22

Welche therapeutischen

Ansätze ergeben sich aus der

Stammzellenforschung und was

ist von ihnen zu halten?

Gentherapie

Zelltherapie

Optional: Kurzer Einblick in die Entwicklungsbiologie anhand von Amphibien (Determination)

Verwendung (K1, B3).

Beschreiben aktuelle

Entwicklungen in der

Biotechnologie bis hin zum

Aufbau von synthetischen

Organismen in ihren

Konsequenzen für

unterschiedliche Einsatzziele

und bewerten sie (B3, B4)

recherchieren Unterschiede

zwischen embryonalen und

adulten Stammzellen und

präsentieren diese unter

Verwendung geeigneter

Darstellungsformen (K2, K3).

stellen

naturwissenschaftlich-

gesellschaftliche Positionen

zum therapeutischen Einsatz

von Stammzellen dar und

beurteilen Interessen sowie

Folgen ethisch (B3, B4).

Diskussion oder Fishbowlmethode

der verschiedenen

Interessensgruppen (z.B. Ökologie,

Ökonomie, Sozial)

Recherche zu embryonalen bzw.

adulten Stammzellen und damit

verbundenen therapeutischen

Ansätzen in unterschiedlichen, von der

Lehrkraft ausgewählten Quellen:

- Internetquellen - Fachbücher / Fachzeitschriften

Checkliste: Welche Quelle ist neutral

und welche nicht?

Checkliste: richtiges Belegen von

Informationsquellen

Ggf. Powerpoint-Präsentationen der

SuS

Mögliche Beispiele: grüne Fische/Mäuse, Anti-

Matsch Tomate; Genmais

Das vorgelegte Material könnte von SuS

ergänzt werden.

An dieser Stelle kann auf das korrekte Belegen

von Text- und Bildquellen eingegangen

werden, auch im Hinblick auf die Facharbeit.

Neutrale und „interessengefärbte Quellen“

werden kriteriell reflektiert.

23

Dilemmamethode/Diskussionsrunde

Gestufte Hilfen zu den verschiedenen

Schritten der ethischen Urteilsfindung

Am Beispiel des Themas „Dürfen Embryonen

getötet werden, um Krankheiten zu heilen?“

kann die Methode einer Dilemma-Diskussion

durchgeführt und als Methode reflektiert

werden.


Feedback über Verhalten und Qualität der Beiträge in Diskussionsrunden

Leistungsbewertung:

KLP-Überprüfungsform: „Bewertungsaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. gentechnischen Verfahren)


24

Grundkurs – Q 1: Inhaltsfeld: IF 3 (Ökologie)

• Unterrichtsvorhaben I: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

• Unterrichtsvorhaben II: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?

• Unterrichtsvorhaben III: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?

• Unterrichtsvorhaben III: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen– Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?

• Inhaltliche Schwerpunkte: • Umweltfaktoren und ökologische Potenz • Dynamik von Populationen • Stoffkreislauf und Energiefluss • Mensch und Ökosysteme

Basiskonzepte: System Ökosysteme, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Photosynthese, Stoffkreislauf Struktur und Funktion Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte

Entwicklung Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie Zeitbedarf: ca. 32 Std. à 60 Minuten

25

Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte: • Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: 12 Std. à 60 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können … • E4 • E5 • K4






Advance Organizer Think-Pair-Share zu bekannten Elementen


Wie ist das Lebewesen abhängig von seiner abiotischen Umwelt?

• Ökologische Potenz und Präferenz, Toleranz

• Tiere • RGT-Regel • Bergmannsche- und Allensche Regel

werten unterschiedlich strukturierte Diagramme zur Abhängigkeit von Umweltfaktoren aus (E5) • entwickeln aus zeitlich-

rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5),

• erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u.a. tiergeographische

Material Diagramme zur Präferenz und Toleranz (Natura S 332-335) Experimente z. B. Zu Bergmannschen und Allenschen Regel Materialien (z. B. Wasserflöhe für RGT-Regel, Gewässer mit Wasserunterschiedlicher Temperatur ineinander gestellt, Thermometer zur

Herausstellung des Unterschiedes zwischen ökologischer und physiologischer Potenz Planungs- und Auswertungskompetenz der SuS sollen gezielt gefördert werden.

26

• Pflanzen

Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4).

• zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem auf (UF3, UF4, E4)

• planen Experimente zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, führen sie durch und reflektieren Fehlerquellen, protokollieren und ziehen Schlussfolgerungen (E4, E5)

Bergmanschen Regel) Arbeitsblätter nach Themenheft Schrödel Ökologie z. B Gruppenpuzzle mit Arbeitsblättern zur Anpassungen von Pflanzen an unterschiedliche Standortbedingungen Alternative Mikroskopie von Blättern von Pflanzen mit Anpassungen an unterschiedliche Standortbedingungeben Material Blattquerschnitte von Xerophyten (Oleander), Mesophyten (Ligusta), Sukkulente („Geldbäumchen“, Rhoeo

Als Voraussetzung muss der Grundaufbau des Blattes thematisiert werden.

27

discolor o. ä.) und Hydrophyten (Valisnerea (Schulaquarium))

Leistungsbewertung: Anwendungsaufgaben zu den inhaltlichen und methodischen Kompetenzen; ggf. Klausur

Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?


Inhaltliche Schwerpunkte: • Dynamik von Populationen



• UF4 • E5 • E5 • K3

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …



Wie entwickeln sich Populationen in Abhängigkeit von abiotischen und biotischen Faktoren?

• Exponentielles und Logistisches Wachstum • Umweltkapazität • Regelkreise

• ökologische Nische • Konkurrenz

beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (UF1),

Material Natura 346-347

28

• Räuber-Beute-Beziehung (Lotka-Volterra-Regel)

• Symbiose • Parasitismus

• r- und K-Strategen

Erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2) strukturieren gewonnene Daten strukturiert mithilfe von digitalen Werkzeugen (K1) untersuchen die Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6) leiten aus Untersuchungsdaten aus inter- und itraspezifischen Beziehungen mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1) leiten aus Daten zu abiotischen und biotischen

Material Räuber-Beute-Spiel Material Natura S.354-355 Material Natura S.354-355

Selbstständiges Erstellen von Graphen anhand selbst ermittelter Werte

29

Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?


Inhaltliche Schwerpunkte: • Stoffkreislauf und Energiefluss



• UF2 • UF3 • B2 • B3





Wie sind Energie und Biomasse in einem Ökosystem verteilt?

Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderungen (Abundanz und Dispersion von Arten) sowie K- und r-Lebenszyklusstrategien ab (E5, UF1, UF2, UF3, UF4),


30

• Trophieebenen • Energie- und Biomassepyramiden

• Energiefluss

• Stoffkreisläufe • Kohlenstoffkreislauf

• Bedeutung der Photosynthese

stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3), entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ein (B2, B3), planen und führen Experimente zur Fotosyntheseabhängigkeit selbsständig durch und stellen ihre Ergebnisse dar (E1, E2, E3, E4) analysieren ihre Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5),

Material Natura S.360-362 Material Arbeitsblatt zum Treibhauseffekt Experimente zur Fotosyntheseabhängigkeit von Wasserpest Material Natura S. 108-109

31

• Stickstoffkreislauf

erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3), präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1),

Material Darstellung der Absorption bestimmter Wellenlängen durch Chlorophyll anhand der Schuleigenen Apparatur

Die Vorgänge der Fotoreaktion und Synthesereaktion werden nicht im Detail besprochen, sondern nur die Zusammenhänge dargestellt.


32

7

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


Inhaltliche Schwerpunkte: • Dynamik von Ökosystemen



• • •

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …



Wie wirkt sich das menschliche Verhalten auf die Stabilität von Ökosystemen aus?

• Formen der landwirtschaftlichen/forstwirtschaftlichen Nutzung • Neobiota

erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2), diskutieren Konflikte zwischen der Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz (B2, B3),

Material Texte zu ausgewählten Neozoen und/oder Neophyten Material Natura S.384-391


33

Leistungskurs – Q 1: Inhaltsfeld: IF 3 (Ökologie)

• Unterrichtsvorhaben I: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

• Unterrichtsvorhaben II: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?

• Unterrichtsvorhaben III: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?

• Unterrichtsvorhaben IV: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?

• Unterrichtsvorhaben V: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen – Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?

Inhaltliche Schwerpunkte: • Umweltfaktoren und ökologische Potenz • Dynamik von Populationen • Stoffkreislauf und Energiefluss • Fotosynthese • Mensch und Ökosysteme

Basiskonzepte: System Ökosysteme, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Photosynthese, Stoffkreislauf Struktur und Funktion Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte

Entwicklung Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie Zeitbedarf: ca. 26 Std. à 60 Minuten

34

Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?


Inhaltliche Schwerpunkte: • Umweltfaktoren und

ökologische Potenz Zeitbedarf: 12 Std. à 60 Minuten


• E4 • E5 • K4






Advance Organizer Think-Pair-Share zu bekannten Elementen


Wie ist das Lebewesen abhängig von seiner abiotischen Umwelt?

• Ökologische Potenz und Präferenz, Toleranz

• Tiere

• RGT-Regel • Bergmannsche- und

Allensche Regel

werten unterschiedlich strukturierte Diagramme zur Abhängigkeit von Umweltfaktoren aus (E5) untersuchen das Vorkommen, die Abundanz und die Dispersion von Lebewesen eines Ökosystems im Freiland (E1, E2, E4) planen ausgehend von Hypothesen Experimente zur Überprüfung der

Material Diagramme zur Präferenz und Toleranz (Natura S 332-335) Exkursion z.B. zum See, Fließgewääser oder in den Wald

Herausstellung des Unterschiedes zwischen ökologischer und physiologischer Potenz Planungs- und Auswertungskompetenz der SuS sollen gezielt gefördert werden.

35

• Pflanzen

ökologischen Potenz nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienorientiert Messungen vor und deuten die Ergebnisse (E2, E3, E4, E5, K4) • entwickeln aus zeitlich-

rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5),

• erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u.a. tiergeographische Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4).

• zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem auf (UF3, UF4, E4)

Experimente z. B. Zu Bergmannschen und Allenschen Regel Materialien (z. B. Wasserflöhe für RGT-Regel, Gewässer mit Wasserunterschiedlicher Temperatur ineinander gestellt, Thermometer zur Bergmanschen Regel) Arbeitsblätter nach Themenheft Schrödel Ökologie

Als Voraussetzung muss der Grundaufbau des Blattes thematisiert werden.

36

• planen Experimente zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, führen sie durch und reflektieren Fehlerquellen, protokollieren und ziehen Schlussfolgerungen (E4, E5)

z. B Gruppenpuzzle mit Arbeitsblättern zur Anpassungen von Pflanzen an unterschiedliche Standortbedingungen Alternative Mikroskopie von Blättern von Pflanzen mit Anpassungen an unterschiedliche Standortbedingungeben Material Blattquerschnitte von Xerophyten (Oleander), Mesophyten (Ligusta), Sukkulente („Geldbäumchen“, Rhoeo discolor o. ä.) und Hydrophyten (Valisnerea (Schulaquarium))


37

Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?


Inhaltliche Schwerpunkte: • Dynamik von Populationen



• UF4 • E5 • E5 • K3





Wie entwickeln sich Populationen in Abhängigkeit von abiotischen und biotischen Faktoren?

• Exponentielles und Logistisches Wachstum • Umweltkapazität • Regelkreise

• ökologische Nische • Konkurrenz

beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (UF1), Erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2)

Material Natura 346-347

Selbstständiges Erstellen von Graphen anhand selbst ermittelter

38

• Räuber-Beute-Beziehung (Lotka-Volterra-Regel)

• Symbiose • Parasitismus

• r- und K-Strategen

strukturieren gewonnene Daten strukturiert mithilfe von digitalen Werkzeugen (K1) untersuchen die Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6) vergleichen das Lotka-Volterra-Modell mit veröffentlichten Daten aus Freilandmessungen und diskutieren die Grenzen des Models (E6) leiten aus Untersuchungsdaten aus inter- und itraspezifischen Beziehungen mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1) leiten aus Daten zu abiotischen und biotischen Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderungen (Abundanz und Dispersion von Arten) sowie K- und r-Lebenszyklusstrategien ab (E5, UF1, UF2, UF3, UF4),

Material Räuber-Beute-Spiel Material Natura S.354-355 Material Natura S.354-355

Werte


39

Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?


Inhaltliche Schwerpunkte: • Stoffkreislauf und Energiefluss



• UF2 • UF3 • B2 • B3





Wie sind Energie und Biomasse in einem Ökosystem verteilt?

• Trophieebenen • Energie- und Biomassepyramiden

• Energiefluss

stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3),

Material Natura S.360-362

40

• Stoffkreisläufe • Kohlenstoffkreislauf

• Stickstoffkreislauf

entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ein (B2, B3),

Fallanalyse von Konsumentenverhalten in Form von Textarbeit oder eigenen Befragungen.


41

Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?


Inhaltliche Schwerpunkte: • Photosynthese



• UF2 • UF3 • B2 • B3





Bedeutung der Photosynthese

Leiten aus Forschungsexperimenten zur Aufklärung der Fotosynthese zugrundeliegende Fragestellungen und Hypothesen ab (E1, E3, UF2, UF4) planen und führen Experimente zur Fotosyntheseabhängigkeit

Experimente von z. B. Arnon, Hill, Calvin (siehe Buch und Arbeitsblätter)

42

selbsständig durch und stellen ihre Ergebnisse dar (E1, E2, E3, E4) analysieren ihre Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5), erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3), erläutern mithilfe einfacherer Schemata das Grundprinzip der Energieumwandlung in den Photosystemen und den Mechanismus der ATP-Synthese (K3, UF1) präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1)

Material Arbeitsblatt zum Treibhauseffekt Experimente zur Fotosyntheseabhängigkeit

43

von Wasserpest Material Natura S. 108-109 Material Schemata zur Ausbildung des Ionengradienten (Vergleich Batterie) Material Darstellung der Absorption bestimmter Wellenlängen durch Chlorophyll anhand der Schuleigenen Apparatur z.B. Zusammenfassung in Gruppenarbeit mithilfe von Plakaten

Die Vorgänge der Fotoreaktion und Synthesereaktion werden im Detail besprochen und die Zusammenhänge dargestellt.


44

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


Inhaltliche Schwerpunkte: • Dynamik von Ökosystemen



• UF2 • UF3 • B2 • B3





Wie wirkt sich das menschliche Verhalten auf die Stabilität von Ökosystemen aus? • Formen der landwirtschaftlichen/forstwirtschaftlichen Nutzung • Neobiota

Material Texte zu ausgewählten Neozoen und/oder Neophyten Material Natura S.384-391 z. B. Exkursion zum Rheinlabor der Universität Köln


45

2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit

In Absprache mit der Lehrerkonferenz sowie unter Berücksichtigung des Schulprogramms hat die Fachkonferenz Biologie die folgenden fachmethodischen und fachdidaktischen Grundsätze beschlossen. In diesem Zusammenhang beziehen sich die Grundsätze 1 bis 14 auf fächerübergreifende Aspekte, die auch Gegenstand der Qualitätsanalyse sind, die Grundsätze 15 bis 25 sind fachspezifisch angelegt.

Überfachliche Grundsätze:

1. Geeignete Problemstellungen zeichnen die Ziele des Unterrichts vor und bestimmen die Struktur der Lernprozesse.

2. Inhalt und Anforderungsniveau des Unterrichts entsprechen dem Leistungsvermögen 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 Lerner. 9. Die Lerner erhalten Gelegenheit zu selbstständiger Arbeit und werden dabei 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:

1. Der Biologieunterricht orientiert sich an den im gültigen Kernlehrplan ausgewiesenen, obligatorischen Kompetenzen.

2. Der Biologieunterricht ist problemorientiert und an Unterrichtsvorhaben und Kontexten ausgerichtet.

3. Der Biologieunterricht ist lerner- und handlungsorientiert, d.h. im Fokus steht das Erstellen von Lernprodukten durch die Lerner.

4. Der Biologieunterricht ist kumulativ, d.h. er knüpft an die Vorerfahrungen und das Vorwissen der Lernenden an und ermöglicht das Erlernen von neuen Kompetenzen.

5. Der Biologieunterricht fördert vernetzendes Denken und zeigt dazu eine über die verschiedenen Organisationsebenen bestehende Vernetzung von biologischen Konzepten und Prinzipien mithilfe von Basiskonzepten auf.

6. Der Biologieunterricht folgt dem Prinzip der Exemplarizität und gibt den Lernenden die Gelegenheit, Strukturen und Gesetzmäßigkeiten möglichst anschaulich in den ausgewählten Problemen zu erkennen.

7. Der Biologieunterricht bietet nach Produkt-Erarbeitungsphasen immer auch Phasen der Metakognition, in denen zentrale Aspekte von zu erlernenden Kompetenzen reflektiert werden.

8. Der Biologieunterricht ist in seinen Anforderungen und im Hinblick auf die zu erreichenden Kompetenzen für die Lerner transparent.

9. Im Biologieunterricht werden Diagnoseinstrumente zur Feststellung des jeweiligen

46

Kompetenzstandes der Schülerinnen und Schüler durch die Lehrkraft, aber auch durch den Lerner selbst eingesetzt.

10. Der Biologieunterricht bietet immer wieder auch Phasen der Übung.

2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung

Auf der Grundlage von § 48 SchulG, § 13 APO-GOSt sowie Kapitel 3 des Kernlehrplans Biologie hat die Fachkonferenz im Einklang mit dem entsprechenden schulbezogenen Konzept die nachfolgenden Grundsätze zur Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung beschlossen. Die nachfolgenden Absprachen stellen die Minimalanforderungen an das lerngruppenübergreifende gemeinsame Handeln der Fachgruppenmitglieder dar. Bezogen auf die einzelne Lerngruppe kommen ergänzend weitere der in den Folgeabschnitten genannten Instrumente der Leistungsüberprüfung zum Einsatz. Beurteilungsbereich: Sonstige Mitarbeit Folgende Aspekte sollen bei der Leistungsbewertung der sonstigen Mitarbeit eine Rolle spielen (die Liste ist nicht abschließend):

• Verfügbarkeit biologischen Grundwissens

• Sicherheit und Richtigkeit in der Verwendung der biologischen Fachsprache

• Sicherheit, Eigenständigkeit und Kreativität beim Anwenden fachspezifischer Methoden und

Arbeitsweisen (z. B. beim Aufstellen von Hypothesen, 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 Unterrichtsdokumentation, ggf.

Portfolio

• Sachrichtigkeit, Klarheit, Strukturiertheit, Fokussierung, Ziel- und Adressatenbezogenheit in

mündlichen und schriftlichen Darstellungsformen, auch mediengestützt

• Sachbezogenheit, Fachrichtigkeit sowie Differenziertheit in verschiedenen

Kommunikationssituation (z. B. Informationsaustausch, Diskussion, Feedback, …)

• Reflexions- und Kritikfähigkeit

• Schlüssigkeit und Differenziertheit der Werturteile, auch bei Perspektivwechsel

• Fundiertheit und Eigenständigkeit der Entscheidungsfindung in Dilemmasituationen

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 Inhalte stetig überprüft, um ggf. Modifikationen vornehmen zu können. Die Fachkonferenz (als professionelle Lerngemeinschaft) trägt durch diesen Prozess zur Qualitätsentwicklung und damit zur Qualitätssicherung des Faches Biologie bei.

47

Der Prüfmodus erfolgt jährlich. Zu Schuljahresbeginn werden die Erfahrungen des vergangenen Schuljahres in der Fachschaft gesammelt, bewertet und eventuell notwendige Konsequenzen und Handlungsschwerpunkte formuliert.

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