Biologie Lessing-Gymnasium Schulinterner Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe für das Fach - Lessing-gymnasium.eu
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Lessing-Gymnasium Schulinterner Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe für das Fach Biologie (Stand: 02.04.2019)
Inhalt
Seite
1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit 3
2 Entscheidungen zum Unterricht 5
2.1 Unterrichtsvorhaben 5
2.1.1 Übersichtsraster der Unterrichtsvorhaben 5
2.1.2 Mögliche Konkretisierte Unterrichtsvorhaben 10
Einführungsphase 10
Grundkurs/Leistungskurs - Qualifikationsphase (Q1): Genetik 26
Grundkurs / Leistungskurs: Qualifikationsphase (Q1): Ökologie 20
Grundkurs/Leistungskurs: Qualifikationsphase (Q1): Evolution 26
Grundkurs/Leistungskurs: Qualifikationsphase (Q1): Neurobiologie 36
2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit 51
Der bilinguale Biologieunterricht (deutsch-englisch) 51
2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung 52
2.3.1 Beurteilungsbereich: Sonstige Mitarbeit 52
2.3.2 Beurteilungsbereich: Klausuren 54
2.3.3 Beurteilungsbereich: Facharbeit 55
2.3.4. Bildung der Zeugnisnote 56
2.4 Lehr- und Lernmittel 57
3 Qualitätssicherung und Evaluation 58
21 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit
Die Rahmenbedingungen der Schule ermöglichen einen ordnungsgemäßen laut Stundentafel
der Schule vorgesehen Biologieunterricht.
Das Fach Biologie ist in der Einführungsphase in der Regel mit 3 – 4 Grundkursen vertreten.
In der Qualifikationsphase können auf Grund der Schülerwahlen in der Regel 2 – 3 Grundkur-
se und ein Leistungskurs gebildet werden.
Der bilinguale Fachprofilunterricht der Sekundarstufe I kann in der Oberstufe fortgeführt
werden. Das Fach Biologie bilingual ist in der Einführungsphase in der Regel mit 1 – 2 Grund-
kursen und in der Qualifikationsphase in der Regel mit 1 – 2 Grundkursen vertreten.
In der Qualifikationsphase kann ein Projektkurs Practical Advanced Biology gewählt werden.
Die Unterrichtssprache ist Englisch.
Die Verteilung der Wochenstundenzahlen für den Biologieunterricht in der Sekundarstufe I
und II ist wie folgt:
Jg. Fachunterricht von 5 bis 6
5 BI (2)
6 BI (2)
Fachunterricht von 7 bis 9
Fachprofilklassen mit den Schwerpunkten:
natur- bilingual – gesellschafts-
bilingual
wissenschaftlich naturwissenschaftlich wissenschaftlich
7 BI (2) BI bili (2+1) BI (2) BI bili (2+1)
8 BI (2) BI bili (2) --- ---
9 BI (2) BI bili (2) BI (2) BI bili (2)
Fachunterricht in der EF und in der QPH
10 BI / BI bili (3)
BI GK / BI bili GK (3); BI LK (5)
11
Projektkurs: Practical Advanced Biology (2)
12 BI GK / BI bili GK (3); BI LK (5)
Die Unterrichtstaktung an der Schule folgt einem 45 Minutenraster, wobei angestrebt wird,
dass der naturwissenschaftliche Unterricht möglichst in Doppelstunden stattfindet.
In nahezu allen Unterrichtsvorhaben wird den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit
gegeben, Schülerexperimente durchzuführen; damit wird eine Unterrichtspraxis aus der Se-
kundarstufe I fortgeführt. Insgesamt werden überwiegend kooperative, die Selbstständigkeit
des Lerners fördernde Unterrichtsformen genutzt, sodass ein individualisiertes Lernen in der
3Sekundarstufe II kontinuierlich unterstützt wird. Hierzu eignen sich besonders Doppelstun-
den. Um die Qualität des Unterrichts nachhaltig zu entwickeln, vereinbart die Fachkonferenz
vor Beginn jedes Schuljahres neue unterrichtsbezogene Entwicklungsziele. Aus diesem
Grunde wird am Ende des Schuljahres überprüft, ob die bisherigen Entwicklungsziele weiter-
hin gelten und ob Unterrichtsmethoden, Diagnoseinstrumente und Fördermaterialien er-
setzt oder ergänzt werden sollen. Nach Veröffentlichung des neuen Kernlehrplans steht des-
sen unterrichtliche Umsetzung im Fokus. Hierzu werden sukzessive exemplarisch konkreti-
sierte Unterrichtsvorhaben und darin eingebettet Überprüfungsformen entwickelt und er-
probt.
Der Biologieunterricht soll Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungen wecken und
die Grundlage für das Lernen in Studium und Beruf in diesem Bereich vermitteln. Dabei wer-
den 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.
Folgende Kooperationen bestehen an der Schule:
• DLR Schülerlabor
• Deutsche Schule London (DSL): Im Rahmen des Projektkurses findet jährlich ein fach-
übergreifendes naturwissenschaftliches Projekt in Kooperation mit der German School
London statt
42 Entscheidungen zum Unterricht
2.1 Unterrichtsvorhaben
2.1.1 Übersichtsraster der Unterrichtsvorhaben
Einführungsphase
Unterrichtsvorhaben I: Unterrichtsvorhaben II:
Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I – Wie Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II – Wel-
sind Zellen aufgebaut und organisiert? che Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren
für das Leben?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF1 Wiedergabe Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF2 Auswahl • UF4 Vernetzung
• K1 Dokumentation • E1 Probleme und Fragestellungen
• K4 Argumentation
• B4 Möglichkeiten und Grenzen
Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)
Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte:
w Zellaufbau w Stofftransport zwischen Kompar- w Funktion des Zellkerns w Zellverdopplung und
timenten (Teil 1) DNA
Unterrichtsvorhaben III: Unterrichtsvorhaben IV:
Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran – Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche
Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt Rolle spielen Enzyme in unserem Leben?
und Modelle für die Forschung?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• K1 Dokumentation • E2 Wahrnehmung und Messung
• K2 Recherche • E4 Untersuchungen und Experimente
• K3 Präsentation • E5 Auswertung
• E3 Hypothesen
• E6 Modelle
• E7 Arbeits- und Denkweisen
Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)
Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)
Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte:
w Biomembranen w Stofftransport zwischen w Enzyme
Kompartimenten (Teil 2)
Unterrichtsvorhaben V:
Thema/Kontext: Biologie und Sport – Welchen
Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren
Körper?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF3 Systematisierung
• B1 Kriterien
• B2 Entscheidungen
• B3 Werte und Normen
Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)
Inhaltliche Schwerpunkte:
w Dissimilation w Körperliche Aktivität und Stoff-
wechselQualifikationsphase (Q1.1) GK/LK: Genetik
Unterrichtsvorhaben I: Unterrichtsvorhaben II:
Thema/Kontext: Humangenetische Grundlagen - Thema/Kontext: Molekulare Grundlagen der
Wo und wie sind Gene gelagert und inwiefern Vererbung - Wie ist ein Gen kodiert und wie wird
tritt ihre Information in Erscheinung? es übersetzt? Welche Folgen ergeben sich aus
Veränderungen der genetischen Information?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF1 Wiedergabe Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF4 Vernetzung • UF1 Wiedergabe
• K4 Argumentation • UF2 Auswahl
• E1 Probleme und Fragestellungen • UF3 Systematisierung
• E3 Hypothesen • UF4 Vernetzung
• E5 Auswertung • E2 Wahrnehmung und Messung
• E5 Auswertung
Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Inhaltliche Schwerpunkte: • E6 Modelle
wChromosomentheorie wRekombinationsme- Inhaltsfelder: IF 3 (Genetik)
chanismen wGenveränderungen wStammbäume Inhaltliche Schwerpunkte:
Zeitbedarf: w Genexpression wGenregulation wEpigenetik
Zeitbedarf:
Unterrichtsvorhaben III: Unterrichtsvorhaben IV:
Thema/Kontext: Angewandte Genetik - Welche Thema/Kontext: Grenzen der modernen Gen-
Möglichkeiten werden durch die ange-wandte forschung - Ist in der Forschung alles erlaubt?
Genforschung eröffnet?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:# • K1 Dokumentation
• UF1 Auswahl • K2 Recherche
• E2 Wahrnehmung und Messung • K3 Präsentation
• E4 Untersuchungen und Experimente • B1 Kriterien
• B3 Werte und Normen
• B4 Möglichkeiten und Grenzen
Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltsfelder: IF 3 (Genetik)
w Verfahrenstechniken und deren Anwendung Inhaltliche Schwerpunkte:
w Stammzellenforschung wTransgene Organis-
Zeitbedarf:
men wDNA-Chips
Zeitbedarf:Qualifikationsphase (Q1.2) GK/LK: Ökologie
Unterrichtsvorhaben I: Unterrichtsvorhaben II:
Thema/Kontext: Erforschung der Fotosynthese – Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen
Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewe- – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf
sen nutzbare Form der Energie? das Vorkommen von Arten?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• E1 Probleme und Fragestellungen • E1 Probleme und Fragestellungen
• E2 Wahrnehmung und Messung • E2 Wahrnehmung und Messung
• E3 Hypothesen • E3 Hypothesen
• E4 Untersuchungen und Experimente • E4 Untersuchungen und Experimente
• E5 Auswertung • E5 Auswertung
• E7 Arbeits- und Denkweisen • E7 Arbeits- und Denkweisen
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte:
• Fotosynthese • Umweltfaktoren und ökologische Potenz
• Umweltfaktoren • Fotosynthese (nur GK)
Zeitbedarf: Zeitbedarf:
- LK: ca. 16 Std. à 45 Minuten - LK: ca. 14 Std. à 45 Minuten
- GK: ca. 4 Std. à 45 - GK: ca. 12 Std. à 45 Minuten
Unterrichtsvorhaben III: Unterrichtsvorhaben IV:
Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss Thema/Kontext: Synökologie II – Welchen Einfluss
haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und
Populationen? Energieflüsse?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF1: Wiedergabe • B2 Entscheidungen
• E5: Auswertung • B3 Werte und Normen
• E6 Modelle
• K4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte:
Inhaltliche Schwerpunkte: • Stoffkreislauf und Energiefluss
• Dynamik von Populationen
Zeitbedarf: Zeitbedarf:
- LK: ca. 15 Std. à 45 Minuten - LK: ca. 15 Std. à 45 Minuten
- GK: ca. 11 Std. à 45 Minuten - GK: ca. 8 Std. à 45 Minuten
Unterrichtsvorhaben V: NUR LK: Untersuchungsvorhaben VI:
Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Verän- Thema/Kontext: Freilanduntersuchung – Welche
derung von Ökosystemen – Welchen Einfluss hat Arten kommen wie oft und in welcher Dispersion in
der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen? einem Ökosystem im Freiland vor?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF2 Auswahl • E1 Probleme und Fragestellung
• K4 Argumentation • E2 Wahrnehmung und Messung
• B2 Entscheidungen • E4 Untersuchungen und Experimente
• E5 Auswertung
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • K4 Argumentation
• Mensch und Ökosysteme Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte:
Zeitbedarf:
• LK: ca. 15 Std. à 45 Minuten • Mensch und Ökosysteme
• Umweltfaktoren und ökologische Potenz
• GK: ca. 10 Std. à 45 MinutenQualifikationsphase (Q2.1) GK und LK: Evolution
Unterrichtsvorhaben I: Unterrichtsvorhaben II:
Thema/Kontext: Evolution in Aktion – Welche Thema/Kontext: Spuren der Evolution – Wie
Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel? kann man Evolution sichtbar machen?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF1 Wiedergabe • E2 Wahrnehmung und Messung
• UF4 Vernetzung • E3 Hypothesen
• K4 Argumentation (nur LK)
• E7 Arbeits- und Denkweisen (nur LK)
Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik)
Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte:
w Grundlagen evolutiver Veränderung w Art und w Art und Artbildung w Stammbäume (Teil 1)
Artbildung w Entwicklung der Evolutionstheorie
(nur LK)
Unterrichtsvorhaben III: Unterrichtsvorhaben IV:
Thema/Kontext: Evolution von Sozialstrukturen Thema/Kontext: Humanevolution – Wie ent-
– Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des stand der heutige Mensch?
Sozialverhaltens?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF2 Auswahl • UF3 Systematisierung
• UF4 Vernetzung • K4 Argumentation
• K2 Recherche • E7 Arbeits- und Denkweisen
Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik)
Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte:
w Evolution und Verhalten w Evolution des Menschen w Stammbäume (Teil
2)Qualifikationsphase (Q2.2) GK/LK: Neurophysiologie
Unterrichtsvorhaben I: Unterrichtsvorhaben II:
Thema/Kontext: Bau und Funktion von Neuronen Thema/Kontext: Neuronale Informationsverarbei-
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: tung
• UF1 Wiedergabe Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF2 Auswahl • UF 1 Wiedergabe
• E2 Wahrnehmung und Messung • UF 2 Auswahl
• E5 Auswertung • UF 3 Systematisierung
darüber hinaus nur im LK: • UF 4 Vernetzung
• UF 3 Systematisierung • E2 Wahrnehmung und Messung
• UF 4 Vernetzung • E5 Auswertung
• E6 Modelle • E 6 Modelle (explizit nur im GK)
• K4 Argumentation • K1 Dokumentation
• K 3Präsentation
Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • B2 Entscheidungen
Bau des Neurons w Ruhepotential w Aktionspoten- • B3 Werte und Normen
tial w Erregungsweiterleitung am Axon w Erre- • B4 Möglichkeiten und Grenzen
gungsweiterleitung an Synapsen Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)
Inhaltliche Schwerpunkte:
w synaptische Integrationw Second-messenger
wWirkung von Synapsengiften
Unterrichtsvorhaben III: Unterrichtsvorhaben IV:
Thema/Kontext: Grundlagen der Wahrnehmung Thema/Kontext: Sinnesorgan (am Beispiel des
und des Lernens Auges) (Nur LK)
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF1 Widergabe • UF 3 Systematisierung
• UF 4 Vernetzung • UF 4 Vernetzung
• E5 Auswertung (GK) • E1 Probleme und Fragestellungen
• E6 Modelle (LK) • E6 Modelle
• K2 Recherche • K1 Dokumentation
• K3 Präsentation • K3 Präsentation
• B 1 Kriterien Inhaltsfeld: IF 4 ( Neurobiologie)
Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte:
Inhaltliche Schwerpunkte: w Bau des Auges und der Netzhaut w Präparation
w Bau und Funktion des Gehirns w Reizaufnahme des Auges (Schwein)
und Verarbeitung w Lernvorgänge w Erkrankungen w Fototransduktion w Farb- und Kontrastwahrneh-
des Gehirns w Hirnforschung w Messmethodik mung (laterlae Inhibition)
Unterrichtsvorhaben V:
Thema/Kontext: Stress – Ein komplexes Phänomen
aus der Zusammenarbeit von Nerven- und Hor-
monsystem
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF1 Widergabe
• UF 2 Auswahl
• UF 4 Vernetzung
• E 6 Modelle
Inhaltsfeld: IF 5 (Neurobiologie)
Inhaltliche Schwerpunkte:
w Sympathicus und Parasympathicus w2.1.2 Mögliche Konkretisierte Unterrichtsvorhaben
Einführungsphase
Unterrichtsvorhaben I: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert?
Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle
Inhaltliche Schwerpunkte:
• Zellaufbau
• Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1)
Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten
Mögliche didaktische Leitfragen / Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kern- Empfohlene Lehrmittel/ Materia- Didaktisch-methodische Anmer-
Sequenzierung inhaltlicher Aspekte lehrplans lien/ Methoden kungen und Empfehlungen sowie
Die Schülerinnen und Schüler … Darstellung der verbindlichen Ab-
sprachen der Fachkonferenz
Welches Vorwissen bringen die SuS Überprüfung Zelle, Gewebe, Organ Möglichst selbstständiges Aufarbei-
aus der SI mit? und Organismus ten des Basiswissens zu den eigenen
Problemstellen.
Lernprogramm Mikroskopie
Einfache Informationstexte zum
Nacharbeiten des Basiswissens
Wie sind Zellen organisiert, und wie
können wir sie erforschen?
Zelltheorie stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs Mikroskopie einfacher Pflanzenprä- Vergleich von Modellen und mikro-
Organismus, Organ, Gewebe, Zelle zum Zellaufbau durch technischen Fortschritt an parate skopischen Bildern von Zellen
Beispielen (durch Licht-, Elektronen- und Fluores-
zenzmikroskopie) dar (E7). Bilder und Modelle der Zelle
Aufbau pro- und eukaryotischer beschreiben den Aufbau pro- und eukaryotischer Ausgehend von der Lichtmikroskopie
Zellen Zellen und stellen die Unterschiede heraus (UF3). beschäftigen sich die SuS ausführli-
cher mit eukaryotischen Zellen und
dann im Vergleich mit prokaryoti-
schen
Aufbau und Funktion von Zellorga- beschreiben Aufbau und Funktion der Zellorganellen Stationenlernen zu Zellorganellen
nellen und erläutern die Bedeutung der Zellkompartimen- und Dichtegradientenzentrifugation
tierung für die Bildung unterschiedlicher Reaktions-
räume innerhalb einer Zelle (UF3, UF1).
10Zellkompartimentierung
Zelldifferenzierung ordnen differenzierte Zellen auf Grund ihrer Struk- Mikroskopieren verschiedener (Fer- Präsentationskompetenz üben
turen spezifischen Geweben und Organen zu und tig)Präparate mit verschiedenen
erläutern den Zusammenhang zwischen Struktur Geweben und Zelltypen
und Funktion (UF3, UF4, UF1).
Endo – und Exocytose erläutern die membranvermittelten Vorgänge der Filme und Animationen zur Endo-und
Endo- und Exocytose (u. a. am Golgi-Apparat) (UF1, Exocytose sowie der Endosym-
UF2). biontenhypothese
erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für den
intrazellulären Transport [und die Mitose] (UF3,
UF1).
Endosymbiontentheorie präsentieren adressatengerecht die Endosymbion-
ten-theorie mithilfe angemessener Medien (K3, K1,
UF1).
Wie beeinflussen gelöste Stoffe den führen Experimente zur Diffusion und Osmose durch Mikroskopie rote Zwiebel in ver- Wie beeinflussen gelöste Stoffe den
Zustand von Zellen und erklären diese mit Modellvorstellungen auf schiedenen Stadien der Plasmolyse Zustand von Zellen
Teilchenebene (E4, E6, K1, K4).
Kartoffel/Rettich-Experimente Plasmolyse
Plasmolyse führen mikroskopische Untersuchungen zur Plasmo- a) ausgehöhlte Kartoffelhälfte Brownsche-Molekularbewegung
lyse hypothesengeleitet durch und interpretieren mit Zucker, Salz und Stärke Diffusion
Brownsche-Molekularbewegung die beobachteten Vorgänge (E2, E3, E5, K1, K4). b) Rettich Hustensaft Osmose
Diffusion c) Kartoffelstäbchen
recherchieren Beispiele der Osmose und Osmoregu-
Osmose lation in unterschiedlichen Quellen und dokumen- Informationstexte, Animationen und
tieren die Ergebnisse in einer eigenständigen Zu- Lehrfilme zur Brownschen Moleku-
sammenfassung (K1, K2). larbewegung (physics-
animations.com)
Demonstrationsexperimente mit
Tinte oder Methylenblau zur Diffusi-
on
11Unterrichtsvorhaben II: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben?
Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle
Inhaltliche Schwerpunkte:
• Zellaufbau
• Makromoleküle
• Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1)
Zeitbedarf: ca. 17 Std. à 45 Minuten
Mögliche didaktische Leitfragen / Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kern- Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Didaktisch-methodische Anmerkun-
Sequenzierung inhaltlicher Aspekte lehrplans Methoden gen und Empfehlungen sowie Dar-
Die Schülerinnen und Schüler … stellung der verbindlichen Abspra-
chen der Fachkonferenz
Erhebung und Reaktivierung von SI- Strukturlegetechnik zu Makromolekü-
Vorwissen len und Genetik
Welche Bedeutung haben der Zell-
kern und die DNA für die Zelle?
Erforschung der Funktion des Zell- benennen Fragestellungen historischer Versuche zur Acetabularia-Experimente von Häm- Einübung des wissenschaftlichen
kerns in der Zelle Funktion des Zellkerns und stellen Versuchs- merling Erkenntniswegs
durchführungen und Erkenntniszuwachs dar (E1, E5,
E7).
werten Klonierungsexperimente (Kerntransfer bei Experiment zum Kerntransfer bei
Xenopus) aus und leiten ihre Bedeutung für die Xenopus
Stammzellforschung ab (E5).
Mitose (Rückbezug auf Zelltheorie) begründen die biologische Bedeutung der Mitose auf Online Lernprogramme und Animati-
der Basis der Zelltheorie (UF1, UF4). onen zur Mitose
Zellzyklus und Bedeutung der Inter- erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für [den Mitosestadien der Wurzelspitzen bei
phase intrazellulären Transport und] die Mitose (UF3, UF1). Allium cepa mit Karminessigsäure
(Quetschpräparate)
Aufbau und Vorkommen von Nukle- ordnen die biologisch bedeutsamen Makro-moleküle
insäuren [Kohlenhydrate, Lipide, Proteine], Nucleinsäuren den
verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen
zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen
chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).
12Aufbau der DNA erklären den Aufbau der DNA mithilfe eines Struk- Bauen von Modellen Üben der Modellkritik
turmodells (E6, UF1).
Strukturmodell Dreidimensionale Vorstellung
Forschungsergebnisse (z.B. Chargaff)
Einübung des wissenschaftlichen
Modelle zum selber Bauen, z.B. Erkenntniswegs
http://www.ipn.uni-
kiel.de/eibe/UNIT06DE.PDF
In bilingualen Kursen: DNAftb.org
Extraktion von DNA
Mechanismus der beschreiben den semikonservativen Mechanismus Animationen
DNA-Replikation in der S-Phase der der DNA-Replikation (UF1, UF4).
Interphase Experiment Meselson-Stahl nachvoll-
ziehen
Welche Möglichkeiten und Grenzen
bestehen für die Zellkulturtechnik?
Zellkulturtechnik in der zeigen Möglichkeiten und Grenzen der Zellkultur- Pro und Kontra-Diskussion zum The-
Biotechnologie, Biomedizin, technik in der Biotechnologie und Biomedizin auf (B4, ma: „Können Zellkulturen Tierversu-
Pharmazeutischen Industrie K4). che ersetzen?“
13Unterrichtsvorhaben III: 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)
Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten
Mögliche didaktische Leitfragen / Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kern- Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Didaktisch-methodische Anmerkun-
Sequenzierung inhaltlicher Aspekte lehrplans Methoden gen und Empfehlungen sowie Dar-
Die Schülerinnen und Schüler … stellung der verbindlichen Abspra-
chen der Fachkonferenz
Wie ist die Biomembran aufgebaut,
und wie wurden Modellvorstellungen
ihres Aufbaus im Forschungsverlauf
modifiziert?
Aufbau und Eigenschaften von Lipi- ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle Demonstrationsexperiment zum
den und Phospholipiden [Kohlenhydrate,] Lipide, [Proteine, Nucleinsäuren] Verhalten von Öl in Wasser
den verschiedenen zellulären Strukturen und Funkti-
onen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentli-
chen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).
Modelle zu Phospholipiden in Wasser sukzessives Modifizieren der Modell-
(Micellarmodell) vorstellung aufgrund neuer Erkennt-
(Bezug auf Lerninhalte aus Unter- nisse wird herausgestellt
richtsvorhaben 2)
Erforschung der Biomembran (histo- stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs
risch-genetischer Ansatz) zum Aufbau von Biomembranen durch technischen Auf die grundlegenden Eigenschaften
Fortschritt an Beispielen dar und zeigen daran die von Proteinen und Kohlenhydraten
Bilayer-Modell Veränderlichkeit von Modellen auf (E5, E6, E7, K4). wird bereits an dieser Stelle bei Be-
darf kurz eingegangen
Sandwich-Modelle
Versuche von Gorter und Grendel mit
Fluid-Mosaic-Modell recherchieren die Bedeutung und die Funktionsweise Erythrozyten (1925) zum Bilayer-
von Tracern für die Zellforschung und stellen ihre Modell
Erweitertes Fluid-Mosaic-Modell Ergebnisse graphisch und mithilfe von Texten dar (K2,
(Kohlenhydrate in der Biomembran) K3). Wissenschaftl. Erkenntnisse anhand
von Abstracts oder Experimenten,
Markierungsmethoden zur Ermitt- z.B. G. Palade, 1950er; Davson und
14lung von Membranmolekülen (Pro- recherchieren die Bedeutung der Außenseite der Danielli, 1930er; Singer und Nicolson
teinsonden) Zellmembran und ihrer Oberflächenstrukturen für die (1972); Heterokaryon-Experimente
Zellkommunikation (u. a. Antigen-Antikörper- von Frye und Edidin (1972)
dynamisch strukturiertes Mosaicmo- Reaktion) und stellen die Ergebnisse adressatenge-
del (Rezeptor-Inseln, Lipid-Rafts) recht dar (K1, K2, K3). Abbildungen auf der Basis von Ge-
frierbruchtechnik und Elektronenmik-
naturwissenschaftliche Arbeits- und roskopie
Denkweisen
Wie macht sich die Wissenschaft die Elisa Test
Antigen-Antikörper-Reaktion zunut-
ze?
Moderne Testverfahren (ELISA)
Wie werden gelöste Stoffe durch
Biomembranen hindurch in die Zelle
bzw. aus der Zelle heraus transpor-
tiert
Passiver Transport beschreiben Transportvorgänge durch Membranen „Gespielte“ Modelle Rückbezug auf Prinzip der Komparti-
Aktiver Transport für verschiedene Stoffe mithilfe geeigneter Modelle mentierung
und geben die Grenzen dieser Modelle an (E6). Transformation Text – Modellzeich-
nung Zusammenfassung der Transportvor-
gänge in der Zelle, Zuordnung ak-
tiv/passiv
15Unterrichtsvorhaben IV: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben?
Inhaltsfeld: IF 2 Energiestoffwechsel
Inhaltliche Schwerpunkte:
• Enzyme
Zeitbedarf: ca. 19 Std. à 45 Minuten
Mögliche didaktische Leitfragen / Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kern- Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Didaktisch-methodische Anmerkun-
Sequenzierung inhaltlicher Aspekte lehrplans Methoden gen und Empfehlungen sowie Dar-
Die Schülerinnen und Schüler … stellung der verbindlichen Abspra-
chen der Fachkonferenz
Wie sind Zucker aufgebaut und wo
spielen sie eine Rolle?
Monosaccharid, Disaccharid ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle Proteinmodelle bauen Die Quartärstruktur wird am Beispiel
Polysaccharid Kohlenhydrate, [Lipide,] Proteine, [Nucleinsäuren] von Hämoglobin veranschaulicht.
den verschiedenen zellulären Strukturen und Funkti-
Wie sind Proteine aufgebaut und wo onen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentli- Vergleich mit Computermodellen
spielen sie eine Rolle? chen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3). (Proteine)
Aminosäuren
Peptide, Proteine Vergleich chemische Eigenschaften
Primär-, Sekundär-, Tertiär-, Quar- Amylose und Cellulose
tärstruktur
Welche Wirkung / Funktion haben
Enzyme, und wie wird ihre Aktivität
reguliert?
Aktives Zentrum erläutern Struktur und Funktion von Enzymen und z.B. Moosgummimodelle Einübung des wissenschaftlichen
Allgemeine Enzymgleichung ihre Bedeutung als Biokatalysatoren bei Stoffwechsel- Erkenntniswegs: molekulare Reaktion
Substrat- und Wirkungsspezifität reaktionen (UF1, UF3, UF4). Experimente zur Enzymatik, z.B. nachvollziehen über Messung abs-
Katalysator Leitfähigkeit Harnstoff/Urease; trakter Parameter, Variation der
Biokatalysator stellen Hypothesen zur Abhängigkeit der Enzymaktivi- Lugol + Amylase; Ananas-/Kiwisaft Standardsituation
Endergonische und exergonische tät von verschiedenen Faktoren auf und überprüfen und Quark/Milch; Milch und Lipase
Reaktion sie experimentell und stellen sie graphisch dar (E3, E2,
Aktivierungsenergie, Aktivierungsbar- E4, E5, K1, K4). Experimente zur pH und/oder Tem-
riere / Reaktionsschwelle peraturabhängigkeit der Enzymaktivi-
16pH-Abhängigkeit beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle tät
Temperaturabhängigkeit Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6).
Schwermetalle Graphen zur kompetitiven und allos-
Substratkonzentration / Wechselzahl beschreiben und interpretieren Diagramme zu en- terischen Hemmung.
kompetitive Hemmung, zymatischen Reaktionen (E5).
allosterische (nicht kompetitive)
Hemmung Recherchieren Informationen zu verschiedenen Ein-
Substrat und Endprodukthemmung satzgebieten von Enzymen und präsentieren und
bewerten vergleichend die Ergebnisse (K2, K3, K4).
Enzyme im Alltag, in Technik und
Medizin geben Möglichkeiten und Grenzen für den Einsatz von Internetrecherche im Selbstlernzent- Enzyme in Waschmitteln (Protease-
Enzymen in biologisch-technischen Zusammenhängen rum wirkung)
an und wägen die Bedeutung für unser heutiges Le-
ben ab (B4). irreversible Hemmung durch
Schwermetalle
17Unterrichtsvorhaben IV: Biologie und Sport
Inhaltsfeld: IF 2 Energiestoffwechsel
Inhaltliche Schwerpunkte:
• Dissimilation
• Körperliche Aktivität und Stoffwechsel
Zeitbedarf: ca. 26 Std. à 45 Minuten
Mögliche didaktische Leitfragen / Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kern- Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Didaktisch-methodische Anmerkun-
Sequenzierung inhaltlicher Aspekte lehrplans Methoden gen und Empfehlungen sowie Dar-
Die Schülerinnen und Schüler … stellung der verbindlichen Abspra-
chen der Fachkonferenz
Wie wird Energie erzeugt und trans-
portiert, und wie kann man dies un-
tersuchen
• Energieumsatz (Grundum- stellen Methoden zur Bestimmung des Energieumsat- Kalorietabellen
satz und Leistungsumsatz) zes bei körperlicher Aktivität vergleichend dar (UF4).
• Direkte und indirekte Kalo-
rimetrie erläutern die Bedeutung von NAD+ und ATP für aero-
• NAD+ und ATP be [und anaerobe] Dissimilationsvorgänge (UF1, UF4).
• Tracermethode
• Glykolyse präsentieren eine Tracermethode bei der Dissimilati-
• Zitronensäurezyklus on adressatengerecht (K3).
• Atmungskette
erklären die Grundzüge der Dissimilation unter dem
Aspekt der Energieumwandlung mithilfe einfacher
Schemata (UF3).
beschreiben und präsentieren die ATP-Synthese im
Mitochondrium mithilfe vereinfachter Schemata
(UF2, K3).
Präsentationen üben, z.B. mit Hilfe
erklären mithilfe einer graphischen Darstellung die bewegter Poster, PPP mit Animatio-
zentrale Bedeutung des Zitronensäurezyklus im Zell- nen oder interaktiver Folien
stoffwechsel (E6, UF4).
18Wie reagiert der Körper auf unter-
schiedliche Belastungssituationen
und wie unterscheiden sich verschie-
dene Muskelgewebe voneinander?
• Belastungstest
• Schlüsselstellen der körper- erläutern den Unterschied zwischen roter und weißer
lichen Fitness Muskulatur (UF1).
• Muskelaufbau
• Zelle: Sauerstoffschuld, präsentieren unter Einbezug geeigneter Medien und
Energiereserve der Muskeln, unter Verwendung einer korrekten Fachsprache die
Glykogenspeicher aerobe und anaerobe Energieumwandlung in Abhän- Muskelkater
• Lactat-Test gigkeit von körperlichen Aktivitäten (K3, UF1).
• Milchsäure-Gärung Lactatstufentest (theoretisch) Rückbezug auf aerobe Prozesse,
• Sauerstoff – und Kohlen- überprüfen Hypothesen zur Abhängigkeit der Gärung energetische Bilanz Gärung/Atmung,
stoffdioxid-transport im Blut von verschiedenen Faktoren (E3, E2, E1, E4, E5, K1, Joghurt/Sauerkrautherstellung Rückbezug auf evolutive Aspekte
• Sauerstoff Kohlenstoffdi- K4). (Stoffwechsel in einer Atmosphäre
oxidkonzentration im Blut Hämatokritwert zur Bestimmung der ohne Sauerstoff)
• Erythrozyten erläutern die Bedeutung von NAD+ und ATP für [aero- Leistungsfähigkeit der Erythrozyten
be] und anaerobe Dissimilationsvorgänge (UF1, UF4).
• Hämoglobin/ Myoglobin
Bindungsfähigkeit von Monoxiden an
• Bohr-Effekt
Hämoglobin
Wie beeinflussen verschiedene Trai-
ningsformen und leistungssteigernde
Substanzen den Körper?
• Ernährung und Fitness erläutern unterschiedliche Trainingsformen adressa-
• Kapillarisierung tengerecht und begründen sie mit Bezug auf die Trai- Einfache Meßverfahren physischer Aufklärung über die Risiken hoch-
• Mitochondrien ningsziele (K4). Parameter der Fitness, z.B. Pulsmes- konzentrierter Proteinprodukte und
• Glycogenspeicherung sung (Hand/Smartphone), EKG (Cas- Anabolikas in Fitneßstudios
• Myoglobin nehmen begründet Stellung zur Verwendung leis- sy), Lungenvolumen
• Formen des Dopings: Ana- tungssteigernder Substanzen aus gesundheitlicher Nachweismethoden von Doping
bolika, EPO, ... und ethischer Sicht (B1, B2, B3).
19Grundkurs / Leistungskurs: Qualifikationsphase (Q1): Genetik
Unterrichtsvorhaben I: Humangenetische Grundlagen
Inhaltsfeld: IF 3
Inhaltliche Schwerpunkte: Humangenetische Grundlagen
Zeitbedarf
• Lk: ca. 18 Std. á 45 Minuten
• Gk: ca. 12 Std. á 45 Minuten
Legende der Schrifttypen in der Spalte „Konkretisierte Kompetenzerwartungen):
• Schwarz und fett: relevant für GK und LK (geeignet für Aufgaben aus AFB I / II / III)
• Schwarz und dünn: relevant für GK und LK (geeignet für Aufgaben aus AFB II / III)
• Blau und fett: nur LK (geeignet für Aufgaben aus AFB I / II / III)
• Blau und dünn: nur LK (geeignet für Aufgaben aus AFB II / III)
Mögliche didaktische Leitfra- Konkretisierte Kompetenzerwartungen Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmer-
gen / Sequenzierung inhaltli- des Kernlehrplans kungen und Empfehlungen sowie
cher Aspekte Die Schülerinnen und Schüler … Darstellung der verbindlichen
Absprachen der Fachkonferenz
Wo und wie sind Gene gela- erläutern die Grundprinzipien der inter- *Mikroskopie von Chromosomen: Wurzelspitzen Allium • Einschätzung der Mög-
gert und inwiefern tritt ihre und intrachromosomalen Rekombinati- cepa*; Fertigpräparate; EM-Bildauswertung; Film: Meio- lichkeiten und Grenzen
Information in Erscheinung? on (Reduktion und Neukombination der sis; Schlauch-Pfeifenreinigermodell; interchrom. Rekom- genetischer Beratung
Chromosomen) bei Meiose und Be- binationsmodell mit großformatigen, Ausschnitten; Video • Abwägung möglicher Risi-
§ Chromosomen fruchtung (UF4). Meiosis *Knetgummimodelle zu Chromosomenmutatio- ken für die Nachkommen-
§ Meiose nen*;Bear-beitung konkreter Stammbäume; Referate u. schaft
§ Rekombination formulieren bei der Stammbaumanaly- PPP* • Modellkritik
§ Geschlechtsbestimmung se Hypothesen zu X-chromosomalen
§ Stammbaumanalyse und autosomalen Vererbungsmodi Genmutationen im Tyrosinstoffwechsel z.B. Albinismus;
§ Chromosomenanomalien genetisch bedingter Merkmale (X- Translokation ohne Folgen; Deletion z.B. Mukoviszidose
chromosomal, autosomal, Zweifakto- *Internetrecherche zum Down- und Klinefelter Syn-
renanalyse, Kopplung, Crossing-over) drom*; Beisp. für genetische Beratung;
und begründen die Hypothesen mit http://de.wikipedia.org/wiki/Humangenetische_Beratung
vorhandenen Daten auf der Grundlage
der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4).
erklären die Auswirkungen verschiede-
ner Gen-, Chromosomen- und Genom-
mutationen auf den Phänotyp (u.a.
unter Berücksichtigung von Genwirk-
ketten) (UF1, UF4).
20Recherchieren Informationen zu human-
genetischen Fragestellungen (u.a. gene-
tisch bedingten Krankheiten), schätzen
die Relevanz und die Zuverlässigkeit der
Informationen ein und fassen die Ergeb-
nisse strukturiert zusammen (K2, K1, K3,
K4)
21Unterrichtsvorhaben II: Grundlagen der Vererbung
Inhaltsfeld: IF 3
Molekulare Grundlagen der Vererbung
Zeitbedarf:
• Lk: ca. 24 Std. á 45 Minuten
• Gk: ca. 16 Std. á 45 Minuten
Legende der Schrifttypen in der Spalte „Konkretisierte Kompetenzerwartungen):
• Schwarz und fett: relevant für GK und LK (geeignet für Aufgaben aus AFB I / II / III)
• Schwarz und dünn: relevant für GK und LK (geeignet für Aufgaben aus AFB II / III)
• Blau und fett: nur LK (geeignet für Aufgaben aus AFB I / II / III)
• Blau und dünn: nur LK (geeignet für Aufgaben aus AFB II / III)
Mögliche didaktische Leitfra- Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehr- Empfohlene Lehrmittel/ Mate- Didaktisch-methodische Anmerkungen
gen / Sequenzierung inhaltli- plans rialien/ Methoden und Empfehlungen sowie Darstellung der
cher Aspekte Die Schülerinnen und Schüler … verbindlichen Absprachen der Fachkonfe-
renz
Wie ist ein Gen kodiert und wie vergleichen die molekularen Abläufe in der Protein- DNA-Modell; Einsatz der Anwen- Nutzung des Portals epigenetischer For-
wird es übersetzt? biosynthese bei Pro- und Eukaryoten. (UF1, UF3). dersoftware zur Proteinbiosyn- schung in D, A und CH, gesponsert durch
Welche Folgen ergeben sich these bei Pro- und Eukaryoten das SPP 1129 (DFG):
aus Veränderungen der erläutern wissenschaftliche Experimente zur Aufklä- (Schrödel) Unter SPP1129 sind die Aktivitäten und
genetischen Information? rung der Proteinbiosynthese, generieren Hypothesen Schriftliche Übungen zum Publikationen des Schwerpunkt-
auf der Grundlage der Versuchspläne und interpre- Triplett-code und zur AS-Sequenz programms aus den Jahren 2002-2008
§ Proteinbiosynthese und tieren die Versuchsergebnisse (E3, E4, E5). mit Codelexika; zusammengefasst. In den Rubriken News,
Genexpression *Modelle zur Genregulation: Lac- Konferenzen und Jobs bietet die Webseite
§ Mutationen, Mutagene erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und u. Tryp-Operon, Silencer- eine Austauschbörse für alle am Thema
(Proto-Onkogen, Tumor- charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationstypen Enhancer-Modell als bewegliche Interessierten.
Supressorgen) (UF1, UF2). OHP-Folien; http://epigenetics.uni-
§ Genregulation bei Pro- und Beispiel für "gain-of-function" saarland.de/de/spp1129
Eukaryoten benennen Fragestellungen und stellen Hypothesen Mutation und Onkogen für
§ Epigenetik zur Entschlüsselung des genetischen Codes auf und Darmkrebs. Besondere Darstel-
§ Proteine: p53; Ras erläutern klassische Experimente zur Entwicklung der lung epigenetischer Untersu-
Code-Sonne (E1, E3, E4). chungs-objekte durch Internet-
recherche und Referate z.B.:
reflektieren und erläutern den Wandel des Genbegrif- Acker-Schmalwand (Arabidopsis
fes (E7). thaliana): Häufigkeit und Folgen
von Methylierungsänderungen an
Cytosinen.
DNA-Acetylierung
Schleimpilz (Dictyostelium discoi-
22erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf dium): Heterochromatin und epi-
der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der genetische Kontrolle der Centro-
Genregulation bei Prokaryoten und Eukaryoten (E2, mere.
E5, E6). Mensch: epigenetische Steuerung
des Hedgehog-Signalwegs über
erklären mithilfe von Modellen genregulatorische den Energiestoffwechsel; Protei-
Vorgänge bei Eukaryoten (E6). ne: p53; Ras
erläutern die Bedeutung der Transkriptionsfaktoren
für die Regulation von Zellstoffwechsel und Entwick-
lung (UF1, UF4).
erklären mithilfe 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). LK: AFB I
erklären einen epigenetischen Mechanismus als Rege-
lung des Zellstoffwechsels* (E6).
erläutern epigenetische Modelle zur Regelung des
Zellstoffwechsels und leiten Konsequenzen für den
Organismus ab (E6)
23Unterrichtsvorhaben III: Angewandte Genetik
Inhaltsfeld: IF 3
Angewandte Genetik
Zeitbedarf:
• Lk: ca. 20 Std. á 45 Minuten
• Gk: ca. 11 Std. á 45 Minuten
Legende der Schrifttypen in der Spalte „Konkretisierte Kompetenzerwartungen):
• Schwarz und fett: relevant für GK und LK (geeignet für Aufgaben aus AFB I / II / III)
• Schwarz und dünn: relevant für GK und LK (geeignet für Aufgaben aus AFB II / III)
• Blau und fett: nur LK (geeignet für Aufgaben aus AFB I / II / III)
• Blau und dünn: nur LK (geeignet für Aufgaben aus AFB II / III)
Mögliche didaktische Leitfra- Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kern- Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Didaktisch-methodische Anmerkungen
gen / Sequenzierung inhaltli- lehrplans Methoden und Empfehlungen sowie Darstellung
cher Aspekte Die Schülerinnen und Schüler … der verbindlichen Absprachen der Fach-
konferenz
Welche Möglichkeiten werden Begründen die Verwendung bestimmter Modellor- Bakterien und Viren als Vektoren (z.B. Erfahren der vielfachen praktischen
durch die angewandte ganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellun- Plasmide, Bakteriophagen) Nutzung dieser Verfahren in der Paläon-
Genforschung eröffnet? gen genetischer Forschung (E6, E3). tologie, Anthropologie, Medizin und
Herstellung eines Elektrophorese-Gels; Kriminalistik und Forensik
§ genetischer Fingerabdruck beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und *Durchführung einer Elektrophorese
§ PCR, Gelelektrophorese erläutern deren Bedeutung für gentechnische (Sammlung); Besuch eines Schullabors für Gentechnik:
§ molekulargenetische Grundoperationen (UF1). Erlernen der Verfahrenstechniken durch z.B. Koelnpub:
Werkzeuge: Restriktions- Selbstlern-Software (Infocenter NW); http://www.koelnpub.de* oder Baylab
enzyme, Vektoren erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. Auswertung von Abbildungen elektro-
PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete phoretischer Gele ;
(E4, E2, UF1). Hyperlinks zu Gentech.:
Allg.: Übersicht
http://www.webmic.de/gentech.htm
Humaninsulin:
http://www.u-
helmich.de/bio/gen/reihe4/seite41.html
24Unterrichtsvorhaben IV: Grenzen der modernen Genforschung
Inhaltsfeld: IF 3: Gk u. Lk / nur *Lk*
Bioethik: Grenzen der modernen Genforschung
Zeitbedarf:
Lk: ca 15 Std. á 45 Minuten
Gk: ca. 6 Std. á 45 Minuten
Mögliche didaktische Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehr- Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Didaktisch-methodische Anmerkungen und
Leitfragen / Sequenzie- plans Methoden Empfehlungen sowie Darstellung der verbind-
rung inhaltlicher Aspekte Die Schülerinnen und Schüler … lichen Absprachen der Fachkonferenz
Ist in der Forschung alles stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung trans- Internetrecherche u.PPP: Entwicklung eines kritischen Problembewusst-
erlaubt? gener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung Transgenes Humaninsulin aus E.coli seins zu gesellschaftsrelevanten, ethischen
(K1, B3). oder Saccharomyces cerevisiae: * Fragen
§ Bioethik http://de.wikipedia.org/wiki/Insulinpr%C3%A4par
at#Biotechnologisch _hergestellte _Insuline
§ Stammzellen recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und Entwicklung der Diskussionsfähigkeit zu gesell-
§ transgener Organismus adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Ver- Internetrecherche und Referat: schaftsrelevanten, ethischen Fragen auf der
§ DNA-Chips wendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3). Grundlage gesicherter Tatsachen.
Stammzellen; Entwicklung Thesenpa-
LK: AFB I
pier:
"Für und Wider" Diskussion. Grundlage Entwicklung eines eigenen Stand-punktes
stellen naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen Internetportal der DFG: durch Reflexion der wissenschaftlichen - und
zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und http://www.dfg.de/dfg_magazin/forschungspolitik politisch-gesellschaftsrelevanten Interessen
beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4). _standpunkte_perspektiven/stammzellforschung/
LK AFB I was_sind_stammzellen/index.html
geben die Bedeutung von DNA-Chips an und beurteilen *DNA-Chips:Arb.mat. vom Bil-
Chancen und Risiken (B1, B3). dungsserver Baden-Württemberg:
http://www.schule-
geben die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-
bw.de/unterricht/faecher/biologie/
Sequenzierung an und bewerten Chancen und Risiken (B1, Hochdurchsatz-Sequenzierung; SOLiD 4
B3). Technologie: Disk. Pro-Contra an unter-
schiedl. Beispielen
beschreiben aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie (Internetrecherche)*,
bis hin zum Aufbau von synthetischen Organismen in
dazu auch Bundesamt für Verbraucher-
ihren Konsequenzen für unterschiedliche Einsatzziele und schutz:
bewerten sie (B3, B4). http://www.bvl.bund.de/DE/08_PresseInfothek/04
_Publikationen/01_Broschueren/01_BVL_Broschue
ren/BVL_gentechnik.pdf%3F__blob%3Dpubli
cationFile
25Grundkurs/Leistungskurs - Qualifikationsphase (Q1): Ökologie
Unterrichtsvorhaben I: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?
Inhaltsfeld: Ökologie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Inhaltliche Schwerpunkte: • E1 Probleme und Fragestellungen
• Fotosynthese • E2 Wahrnehmung und Messung
• Umweltfaktoren • E3 Hypothesen
Zeitbedarf: • E4 Untersuchungen und Experimente
• LK: ca. 16 Std. à 45 Minuten
• E5 Auswertung
• GK: ca. 6 Std. à 45 Minuten
Legende der Schrifttypen in der Spalte „Konkretisierte Kompetenzerwartungen): • E7 Arbeits- und Denkweisen
• Schwarz und fett: relevant für GK und LK (geeignet für Aufgaben aus AFB I / II / III)
• Schwarz und dünn: relevant für GK und LK (geeignet für Aufgaben aus AFB II / III)
• Blau und fett: nur LK (geeignet für Aufgaben aus AFB I / II / III)
• Blau und dünn: nur LK (geeignet für Aufgaben aus AFB II / III)
Mögliche didaktische Leitfra- Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehr- Empfohlene Lehrmittel/ Mate- Didaktisch-methodische Anmerkungen
gen / Sequenzierung inhaltli- plans rialien/ Methoden und Empfehlungen sowie Darstellung der
cher Aspekte Die Schülerinnen und Schüler … verbindlichen Absprachen der Fachkonfe-
renz
Reaktivierung von SI-Vorwissen Priestley- und van Helmont- Ex- SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf
perimente auswerten Neues wird gegeben.
Welche Bedeutung hat die Foto- erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion Arbeitsblätter
synthese für das Leben auf der und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den Bilanzen
Erde? unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten
6CO2 + 12H2O à C6H12O6 + 6O2 zu (UF1, UF3). LK: AFB I
+6H2O
Welche Reaktionen sind dafür
notwendig, um Glucose zu produ-
zieren?
Fotoreaktion und deren Produkte
(Primärvorgänge der FS)
Calvinzyklus und dessen Produkte
(Sekundärvorgänge der FS)
Welche Rolle spielen die Produkte
der Fotoreaktion bei der Synthese
von Glucose?
26Mögliche didaktische Leitfra- Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehr- Empfohlene Lehrmittel/ Mate- Didaktisch-methodische Anmerkungen
gen / Sequenzierung inhaltli- plans rialien/ Methoden und Empfehlungen sowie Darstellung der
cher Aspekte Die Schülerinnen und Schüler … verbindlichen Absprachen der Fachkonfe-
renz
Wo finden die Fotoreaktion erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion Mikroskopie: Querschnitt Laub-
und der Calvinzyklus statt? und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den blatt
- Welche Angepasstheiten unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten
zeigt der Blattbau an die zu (UF1, UF3). LK: AFB I Arbeit mit Modellen: Erstellen
Fotosynthese? von Chloroplastenmodellen bzw.
- Welche Angepasstheiten Arbeit mit Chloroplastenmodel-
zeigt der Aufbau von Chlo- len (E6)
roplasten an die Reakti-
onsvorgänge der Fotosyn-
these?
Nur LK: Wie entsteht aus Lich- erläutern mithilfe einfacher Schemata das Grund- Experiment: Chromatographie
tenergie eine für alle Lebewe- prinzip der Energieumwandlung in den Fotosystemen von Blattpigmenten
sen nutzbare Form von Ener- und den Mechanismus der ATP-Synthese (K3, UF1).
gie? Spielerische Darstellung der
leiten aus Forschungsexperimenten zur Aufklärung Elektronen-transportkette (Elekt-
Wie wird die Lichtenergie von der Fotosynthese zu Grunde liegende Fragestellungen ron = Tennisball; Elektronenak-
der Pflanze eingefangen und und Hypothesen ab (E1, E3, UF2, UF4). zeptoren = SuS) und Erläuterung
umgewandelt? der Vorgänge
Blattfarbstoffe und Lich- SuS zeichnen Elektronentrans-
tabsorption portkette in die Membran eines
Chloroplasten ein und erläutern
Fotosysteme II und I ihre Erkenntnisse
Primärvorgänge der Fotosyn- Historisches Experiment von van
these Helmont
H+-Gradient und ATP- HILL-Experiment
Synthetase; ATP-Synthese
Autoradiogramme
Wie wird Glucose im Calvinzyk-
lus synthetisiert? Arbeitsblätter
Sekundärvorgänge der Foto-
synthese
27Mögliche didaktische Leitfra- Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehr- Empfohlene Lehrmittel/ Mate- Didaktisch-methodische Anmerkungen
gen / Sequenzierung inhaltli- plans rialien/ Methoden und Empfehlungen sowie Darstellung der
cher Aspekte Die Schülerinnen und Schüler … verbindlichen Absprachen der Fachkonfe-
renz
Wie beeinflussen unterschied- analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyn- Arbeitsteilige Gruppenarbeit: Evtl. auch unter Unterrichtsvorhaben II:
liche abiotische Faktoren die theseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Fak- Planung und Durchführung expe- autökologische Untersuchungen
Fotosyntheseaktivität? toren (E5). LK: AFB I rimenteller Untersuchungen
verschiedener abiotischer Fakto-
Produktivität von Pflanzen ren auf die Fotosyntheserate von
hängt von verschiedenen Um- Elodea spec. bzw. Cabomba spec.
weltfaktoren ab (E1, E2, E3): Datensammlung mit
dem Faktometer (E4) und Aus-
Ableitung der Fragestellung wertung (E5) und Analyse der
und erstellen von Hypothesen Versuchsergebnisse (E5)
Planung von Experimenten
und Kontrolle der Variablen
Durchführung der Experimente
und Datensammlung
Datenbearbeitung und graphi-
sche Darstellung
Auswertung der Versuchser-
gebnisse und Evaluation der
Versuche
Präsentation der Versuchser-
gebnisse
28Unterrichtsvorhaben II: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?
Inhaltsfeld: Ökologie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Inhaltliche Schwerpunkte: • E1 Probleme und Fragestellungen
• Umweltfaktoren und ökologische Potenz • E2 Wahrnehmung und Messung
• Fotosynthese • E3 Hypothesen
Zeitbedarf: • E4 Untersuchungen und Experimente
• LK: ca. 14 Std. à 45 Minuten • E5 Auswertung
• GK: ca. 12 Std. à 45 Minuten • E7 Arbeits- und Denkweisen
Legende der Schrifttypen in der Spalte „Konkretisierte Kompetenzerwartungen):
• Schwarz und fett: relevant für GK und LK (geeignet für Aufgaben aus AFB I / II / III)
• Schwarz und dünn: relevant für GK und LK (geeignet für Aufgaben aus AFB II / III)
• Blau und fett: nur LK (geeignet für Aufgaben aus AFB I / II / III)
• Blau und dünn: nur LK (geeignet für Aufgaben aus AFB II / III)
Mögliche didaktische Leitfra- Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehr- Empfohlene Lehrmittel/ Mate- Didaktisch-methodische Anmerkungen
gen / Sequenzierung inhaltli- plans rialien/ Methoden und Empfehlungen sowie Darstellung der
cher Aspekte Die Schülerinnen und verbindlichen Absprachen der Fachkonfe-
Schüler … renz
Welchen Einfluss haben abioti- zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkom- Optimumkurven Mögliche Beispiele:
sche Faktoren auf die Verbrei- men von Bioindikatoren und der Intensität abioti- Temperatur als abiotischer Faktor
tung von Organismen? scher Faktoren in einem beliebigen Ökosystem (UF3, Zeigerorganismen Wasser als abiotischer Faktor
UF4, E4). Ionengehalt als abiotischer Faktor: Osmo-
konformer und –regulatoren
planen ausgehend von Hypothesen Experimente zur Temperaturorgel
Überprüfung der ökologischen Potenz nach dem
Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienori- Faktometerversuche zur Fotosyn-
entiert Beobachtungen und Messungen vor und deu- theserate von Cabomba oder
ten die Ergebnisse (E2, E3, E4, E5, K4). Elodea
Welche Anpassungen an spezi- Anpassungen an Feuchtigkeit zum Beispiel Kängururatte:
fische abiotische Faktoren und/oder Temperatur Überwinterungsstrategien von Tieren und
zeigen Tiere und Pflanzen? Pflanzen
Mikroskopie von Pflanzenorga- Wasserhaushalt
Anpassungen bei Tieren und nen verschiedener Gestaltstypen
Pflanzen
29Mögliche didaktische Leitfra- Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehr- Empfohlene Lehrmittel/ Mate- Didaktisch-methodische Anmerkungen
gen / Sequenzierung inhaltli- plans rialien/ Methoden und Empfehlungen sowie Darstellung der
cher Aspekte Die Schülerinnen und verbindlichen Absprachen der Fachkonfe-
Schüler … renz
Können die tiergeographischen erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln Experimente zu Wärmeverlust
Regeln auf alle Tiere ange- (u.a. tiergeographische Regeln) und grenzen diese und Oberfläche-Volumen-
wandt werden? von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4). Verhältnis
Wie beeinflussen unter- analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyn- Arbeitsteilige Gruppenarbeit: LK kann Fotosyntheseexperiment in Unter-
schiedliche abiotische Faktoren theseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Fak- Planung und Durchführung expe- richtsvorhaben I machen
die Fotosynthese-aktivität? toren (E5). LK: AFB I rimenteller Untersuchungen
verschiedener abiotischer Fakto-
planen ausgehend von Hypothesen Experimente zur ren auf die Fotosyntheserate von
Überprüfung der ökologischen Potenz nach dem Elodea spec. bzw. Cabomba spec.
Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienori- (E1, E2, E3): Datensammlung mit
entiert Beobachtungen und Messungen vor und deu- dem Faktometer (E4) und Aus-
ten die Ergebnisse (E2, E3, E4, E5, K4). wertung (E5) und Analyse der
Versuchsergebnisse (E5)
Nur LK: Freilanduntersuchung Siehe Unterrichtsvorhaben VI
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