CURRICULUM BIOLOGIE Einführungsphase (EF) und Qualifikationsphase (Q) - Sek. II - Görres ...

 
CURRICULUM BIOLOGIE

                   Sek. II
   Einführungsphase (EF) und
      Qualifikationsphase (Q)

 Görres-Gymnasium Düsseldorf

nach Beschluss der Fachkonferenz vom 24.01.2017
Inhalt

1. Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit                                     3

2. Entscheidungen zum Unterricht                                               5
   2.1. Unterrichtsvorhaben                                                    5
      2.1.1.   Unterrichtsraster Unterrichtsvorhaben: Einführungsphase         7
      2.1.2.   Mögliche konkretisierte Unterrichtsvorhaben: Einführungs-       9
               phase
      2.1.3.   Unterrichtsraster Unterrichtsvorhaben: Qualifikations-
               phase 1 (Grund- und Leistungskurs)                             26
      2.1.4.   Mögliche konkretisierte Unterrichtsvorhaben: Qualifikations-
               phase 1                                                        30
      2.1.5.   Unterrichtsraster Unterrichtsvorhaben: Qualifikations-
               phase 2 (Grund- und Leistungskurs)                             43
      2.1.6.   Mögliche konkretisierte Unterrichtsvorhaben: Qualifikations-
               phase 2                                                        48
   2.2. Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit           63
   2.3. Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung            65
   2.4. Lehr- und Lernmittel                                                  67

3. Qualitätssicherung und Evaluation                                          68

                                                                        2
1.     Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit
Das Görres-Gymnasium liegt im Stadtzentrum von Düsseldorf. Das
Schulgebäude verfügt über zwei Biologiefachräume: einem Übungsraum
und einem Hörsaal. In Absprache kann der danebenliegende
Erdkundefachraum mitbenutzt werden.

Die Sammlung verfügt über eine ausreichend große Anzahl an regelmäßig
gewarteten Lichtmikroskopen, Fertigpräparaten zu verschiedenen Zell-
und Gewebetypen sowie Modellen (z.B. DNA und Mitosestadien).

Die Fachkonferenz stimmt sich bezüglich in der Sammlung vorhandener
Gefahrstoffe mit der dazu beauftragten Lehrkraft der Schule ab.

Die Schule verfügt über einen Computerraum, in dem ausreichend
internetfähige Computer zur Verfügung stehen. Ein weiterer Raum steht
nach Absprache mit der Fachschaft Informatik ebenfalls zur Verfügung.

Der Biologieübungsraum ist mit einem internetfähigen Laptop und Beamer
ausgestattet, der Biologie-Hörsaal verfügt über einen internetfähigen
Laptop und ein Smartboard. Die Lehrerbesetzung und die übrigen
Rahmenbedingungen der Schule ermöglichen einen ordnungsgemäßen,
laut Stundentafel der Schule vorgesehen, Biologieunterricht.

In jedem Jahrgang der Oberstufe befinden sich zwischen 70 und 90
Schülerinnen und Schüler. Das Fach Biologie ist in der Einführungsphase
in der Regel mit 3-4 Grundkursen vertreten. In der Qualifikationsphase
können in der Regel 2-3 Grundkurse und ein Leistungskurs gebildet
werden. Eine Kooperation erfolgt mit dem nahegelegenen Luisen-
Gymnasium.

Die Verteilung der Wochenstundenzahlen 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
 7                                 BI (2)

                                                                      3
8                                  ------
  9                                  BI (2)
                  Fachunterricht in der EF und in der QPH
 10                                  BI (3)
 11                            BI (3/5) (GK/LK)
 12                            BI (3/5) (GK/LK)

Die Unterrichtstaktung an der Schule folgt einem 45 Minutenraster, wobei
angestrebt wird, dass der naturwissenschaftliche Unterricht i.d.R. in
Doppelstunden und in den entsprechenden Fachräumen stattfindet.

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. Hierzu eignen sich
besonders Doppelstunden. 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
weiterhin gelten und ob Unterrichtsmethoden, Diagnoseinstrumente und
Fördermaterialien ersetzt oder ergänzt werden sollen. 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. mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm
                                                                         4
2. Entscheidungen zum Unterricht
2.1 Unterrichtsvorhaben

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

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

Im „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ werden die für alle Lehrerinnen
und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindlichen Kontexte sowie
Verteilung und Reihenfolge der Unterrichtsvorhaben dargestellt. Das
Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen und Kollegen einen schnel-
len Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zu den einzel-
nen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan genannten Kompe-
tenzerwartungen, Inhaltsfeldern und inhaltlichen Schwerpunkten zu ver-
schaffen. Um Klarheit für die Lehrkräfte herzustellen und die Übersicht-
lichkeit zu gewährleisten, werden in der Kategorie „Schwerpunkte der
Kompetenzentwicklung“ an dieser Stelle nur die übergeordneten Kompe-
tenzerwartungen ausgewiesen, während die konkretisierten Kompe-
tenzerwartungen erst auf der Ebene der möglichen konkretisierten Unter-
richtsvorhaben Berücksichtigung finden. Der ausgewiesene Zeitbedarf
versteht sich als grobe Orientierungsgröße, die nach Bedarf über- oder
unterschritten werden kann.

Während der Fachkonferenzbeschluss zum „Übersichtsraster Unterrichts-
vorhaben“ zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Ab-
sicherung von Lerngruppen- und Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder der
Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitzt die exemplarische Ausge-
staltung „möglicher konkretisierter Unterrichtsvorhaben“ abgesehen von
den in der dritten Spalte (bei der Qualifikationsphase) bzw. in der vierten
Spalte (bei der Einführungsphase) im Fettdruck hervorgehobenen verbind-
lichen Fachkonferenzbeschlüssen nur empfehlenden Charakter. Referen-
darinnen und Referendaren sowie neuen Kolleginnen und Kollegen dienen
diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule,
aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppenin-
ternen Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerüber-
greifenden Kooperationen, Lernmitteln und -orten sowie vorgesehenen
Leistungsüberprüfungen. Abweichungen von den vorgeschlagenen Vor-

                                                                         5
gehensweisen bezüglich der konkretisierten Unterrichtsvorhaben sind im
Rahmen der pädagogischen Freiheit und eigenen Verantwortung der
Lehrkräfte jederzeit möglich. Sicherzustellen bleibt allerdings auch hier,
dass im Rahmen der Umsetzung der Unterrichtsvorhaben insgesamt alle
Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Berücksichtigung finden.

                                                                        6
2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben: Einführungs-
      phase
                                                                 Einführungsphase
Unterrichtsvorhaben I:                                                Unterrichtsvorhaben II:
Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zell-
organisiert?                                                           kern und Nukleinsäuren für das Leben?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:                                Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
         • UF1 Wiedergabe                                                      • UF4 Vernetzung
         • UF2 Auswahl                                                         • E1 Probleme und Fragestellungen
         • K1 Dokumentation                                                    • K4 Argumentation
                                                                               • B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)                                Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)
Inhaltliche Schwerpunkte:                                             Inhaltliche Schwerpunkte:
  Zellaufbau                                                            Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA   Mitose   Meiose

Zeitbedarf: ca. 13 Std. à 45 Minuten                                  Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten
Unterrichtsvorhaben III:                                              Unterrichtsvorhaben IV:
Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung ha- Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unse-
ben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?       rem Leben?

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 1 (Biologie der Zelle)                                Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)
Inhaltliche Schwerpunkte:                                             Inhaltliche Schwerpunkte:
  Biomembranen Stofftransport (u.a. Osmose) zwischen Kompartimen-       Enzyme
  ten

Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten                                  Zeitbedarf: ca. 19 Stunden à 45 Minuten
                                                                                                                                           7
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:
  Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel

Zeitbedarf: ca. 26 Stunden à 45 Minuten
                                                         Summe Einführungsphase: 98 Stunden

                                                                                              8
2.1.2 Mögliche konkretisierte Unterrichtsvorhaben
Einführungsphase:

Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle

   •   Unterrichtsvorhaben I:          Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert?
   •   Unterrichtsvorhaben II:         Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben?
   •   Unterrichtvorhaben III:         Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?

Inhaltliche Schwerpunkte:

   •   Zellaufbau
   •   Biomembranen
   •   Stofftransport zwischen Kompartimenten
   •   Funktion des Zellkerns
   •   Zellverdopplung und DNA
   •   Mitose
   •   Meiose

Basiskonzepte:

System:
Prokaryot, Eukaryot, Biomembran, Zellorganell, Zellkern, Chromosom, Makromolekül, Cytoskelett, Transport, Zelle, Gewebe, Organ, Plasmolyse

Struktur und Funktion:
Cytoskelett, Zelldifferenzierung, Zellkompartimentierung, Transport, Diffusion, Osmose, Zellkommunikation, Tracer

Entwicklung:
Endosymbiose, Replikation, Mitose, Zellzyklus, Meiose, Zelldifferenzierung

Zeitbedarf: ca. 53 Std. à 45 Minuten

                                                                                                                                                    9
Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

Unterrichtsvorhaben I:
Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert?
Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle
Inhaltliche Schwerpunkte:                                             Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
   • Zellaufbau                                                       Die Schülerinnen und Schüler können …
                                                                         • UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben.
Zeitbedarf: ca. 13 Std. à 45 Minuten                                     • UF2 biologische Konzepte zur Lösung von Problemen in eingegrenzten
                                                                             Bereichen auswählen und dabei Wesentliches von Unwesentlichem un-
                                                                             terscheiden.
                                                                         • K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten struktu-
                                                                             riert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge.

Mögliche didaktische Leitfra-          Konkretisierte Kompe-          Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Me-    Didaktisch-methodische An-
gen/ Sequenzierung inhaltlicher        tenzerwartungen des Kern-      thoden                                     merkungen und Empfehlun-
Aspekte                                lehrplans                                                                 gen sowie Darstellung der
                                       Die Schülerinnen und Schüler                                              verbindlichen Absprachen
                                       …                                                                         der Fachkonferenz
Lebewesen bestehen aus Zellen          Begründen die biologische      z.B. Mystery-Karten
                                       Bedeutung [der Mitose auf
   •   Kennzeichen des Lebendi-        der Basis] der Zelltheorie     (z. B. Auge, da bekannt)
       gen                             (UF1, UF4)
   •   Organismus, Organ, Ge-
       webe, Zelle

Wie sind Zellen grundsätzlich auf-     beschreiben den Aufbau eu-     Mikroskopieren (LM) von Tier- und Pflan-
gebaut?                                karyotischer Zellen im Hin-    zenzellen
                                       blick auf den Unterschied
   •   Zellaufbau                      zwischen Tier- und Pflanzen-
   •   Unterschied: Tier- und          zellen (UF3).
       Pflanzenzelle

                                                                                                                                       10
Welchen Fortschritt bieten die un-   stellen den wissenschaftli-
terschiedlichen Mikroskopiertypen    chen Erkenntniszuwachs zum
zur Betrachtung des Zellaufbaus?     Zellaufbau durch technischen
                                     Fortschritt an Beispielen
                                     (durch Licht-, Elektronen- und
                                     Fluoreszenzmikroskopie) dar
                                     (E7).
Was sind pro- und eukaryotische      beschreiben den Aufbau pro-      elektronenmikroskopische Bilder sowie        Gemeinsamkeiten und Unter-
Zellen und worin unterscheiden       und eukaryotischer Zellen        2D-Modelle zu tierischen, pflanzlichen und   schiede der verschiedenen Zel-
sie sich grundlegend?                und stellen die Unterschiede     bakteriellen Zellen                          len werden erarbeitet. EM-Bild
    • Aufbau pro- und eukaryoti-     heraus (UF3).                                                                 wird mit Modell verglichen.
        scher Zellen
Wie ist eine Zelle organisiert und   beschreiben Aufbau und           z.B. Stationenlernen oder Gruppenpuzzle      Dokumentation von Ergebnis-
wie gelingt es der Zelle so viele    Funktion der Zellorganellen                                                   sen
verschiedene Leistungen zu er-       und erläutern die Bedeutung      Präsentation von Ergebnissen
bringen?                             der Zellkompartimentierung
    • Aufbau und Funktion von        für die Bildung unterschiedli-
        Zellorganellen               cher Reaktionsräume inner-
    • Zellkompartimentierung         halb einer Zelle (UF3, UF1).
    • Endo – und Exocytose           erläutern die membranvermit-
    • evtl. Endosymbiontentheo-      telten Vorgänge der Endo-
        rie                          und Exocytose (u. a. am Gol-
                                     gi-Apparat) (UF1, UF2).
                                     erläutern die Bedeutung des
                                     Cytoskeletts für den intrazel-
                                     lulären Transport [und die
                                     Mitose] (UF3, UF1).
                                     präsentieren adressatenge-
                                     recht z. B. Ergebnisse des
                                     Stationenlernens oder die
                                     Endosymbiontentheorie mit-
                                     hilfe angemessener Medien
                                     (K3, K1, UF1).

                                                                                                                                          11
Zelle, Gewebe, Organe, Organis-      ordnen differenzierte Zellen
men – Welche Unterschiede be-        auf Grund ihrer Strukturen
stehen zwischen Zellen, die ver-     spezifischen Geweben und
schiedene Funktionen überneh-        Organen zu und erläutern
men?                                 den Zusammenhang zwi-
    • Zelldifferenzierung            schen Struktur und Funktion
                                     (UF3, UF4, UF1).
Diagnose von Schülerkompetenzen:
       z.B. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe
Leistungsbewertung:
    1. z.B. schriftliche Übung (o.ä.) zu Zelltypen und Struktur und Funktion von Zellorganellen
    2. ggf. Klausur

                                                                                                  12
Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

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:                                         Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
   • Funktion des Zellkerns                                       Die Schülerinnen und Schüler können …
   • Zellverdopplung und DNA                                      • UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Er-
   • Mitose                                                          kenntnisse modifizieren und reorganisieren.
   • Meiose                                                       • E1 in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teil-
                                                                     probleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren.
Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten                              • K4 biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und
                                                                     überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.
                                                                  • B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtwei-
                                                                     sen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen.

Mögliche didaktische Leit-         Konkretisierte Kompe-          Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Me-     Didaktisch-methodische An-
fragen/ Sequenzierung in-          tenzerwartungen des Kern-      thoden                                      merkungen und Empfehlun-
haltlicher Aspekte                 lehrplans                                                                  gen sowie Darstellung der
                                   Die Schülerinnen und Schüler                                               verbindlichen Absprachen der
                                   …                                                                          Fachkonferenz
Was zeichnet eine naturwis-        benennen Fragestellungen       Acetabularia-Experimente von Hämmerling     Naturwissenschaftliche Fra-
senschaftliche Fragestellung       historischer Versuche zur                                                  gestellungen werden kriteri-
aus und welche Fragestellung       Funktion des Zellkerns und     und/ oder                                   engeleitet entwickelt und Ex-
lag den Acetabularia und/oder      stellen Versuchsdurchführun-                                               perimente ausgewertet.
den Xenopus-Experimenten           gen und Erkenntniszuwachs      Experiment zum Kerntransfer bei Xenopus
zugrunde?                          dar (E1, E5, E7).
     • Erforschung der Funk-
                               werten Klonierungsexperi-
         tion des Zellkerns in
                               mente (Kerntransfer bei Xe-
         der Zelle
                               nopus) aus und leiten ihre
                               Bedeutung für die Stammzell-
                               forschung ab (E5).

                                                                                                                                      13
Welche biologische Bedeutung      begründen die biologische         LM Allium cepa (Fertigpräparate)            zentrale Aspekte:
haben die Mitose und die Mei-     Bedeutung der Mitose auf der                                                     - exakte Reproduktion
ose für einen Organismus?         Basis der Zelltheorie (UF1,       z.B. Informationstexte, Abbildungen, Filme,    - Organ- bzw. Gewebe-
     • Mitose                     UF4).                             Animationen                                        wachstum und Zeller-
     • Interphase                 erläutern die Bedeutung des
                                                                                                                       neuerung
     • Meiose                     Cytoskeletts für [den intrazel-
                                                                                                                   - Zellwachstum
                                  lulären Transport und] die Mi-
                                  tose (UF3, UF1).

Wie ist die DNA aufgebaut, wo     ordnen die biologisch bedeut-
findet man sie und wie wird sie   samen Makromoleküle [Koh-
kopiert?                          lenhydrate, Lipide, Proteine,]
    • Aufbau und Vorkom-          Nucleinsäuren den verschie-
        men von Nukleinsäuren     denen zellulären Strukturen
                                  und Funktionen zu und erläu-
                                  tern sie bezüglich ihrer we-
                                  sentlichen chemischen Ei-
                                  genschaften (UF1, UF3).

   •   Aufbau der DNA             erklären den Aufbau der DNA       DNA-Doppelhelix-Modell                          Der DNA-Aufbau und die Rep-
                                  mithilfe eines Strukturmodells                                                    likation werden lediglich mo-
                                  (E6, UF1).                                                                        dellhaft erarbeitet. Die Kom-
                                                                                                                    plementarität wird dabei her-
                                                                                                                    ausgestellt.
   •   Mechanismus der DNA-       beschreiben den semikonser-       Meselson-Stahl-Experiment                       Naturwissenschaftliche Fra-
       Replikation in der S-      vativen Mechanismus der                                                           gestellungen werden kriteri-
       Phase der Interphase       DNA-Replikation (UF1, UF4).                                                       engeleitet entwickelt und Ex-
                                                                                                                    perimente ausgewertet.

Welche Möglichkeiten und          zeigen Möglichkeiten und          z.B.                                            zentrale Aspekte werden her-
Grenzen bestehen für die Zell-    Grenzen der Zellkulturtechnik     Informationsblatt zu Zellkulturen in der Bio-   ausgearbeitet
kulturtechnik?                    in der Biotechnologie und Bi-     technologie und Medizin- und Pharmafor-
Zellkulturtechnik                 omedizin auf (B4, K4).            schung                                          evtl. Verfassen von Leserbriefen
    • Biotechnologie
    • Biomedizin                                                    Rollenkarten zu Vertretern unterschiedlicher

                                                                                                                                             14
•   Pharmazeutische In-                                    Interessensverbände (Pharma-Industrie, For-
       dustrie                                                scher, PETA-Vertreter etc.)

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

Diagnose von Schülerkompetenzen:
       z.B. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe
Leistungsbewertung:
    1. z.B. schriftliche Übung (o.ä) zu Mitose
    2. ggf. Klausur

                                                                                                             15
Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

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:                                        Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
   • Biomembranen                                                Die Schülerinnen und Schüler können …
   • Stofftransport (u.a. Osmose) zwischen Kompartimenten        • K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten strukturiert do-
                                                                    kumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge.
Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten                             • K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-technische
                                                                    Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten.
                                                                 • K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressa-
                                                                    tengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder
                                                                    kurzen Fachtexten darstellen.
                                                                 • E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und
                                                                    Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben.
                                                                 • E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vor-
                                                                    gänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche an-
                                                                    geben.
                                                                 • E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit
                                                                    biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

Mögliche didaktische Leit-       Konkretisierte Kompe-           Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Me-      Didaktisch-methodische An-
fragen/ Sequenzierung in-        tenzerwartungen des Kern-       thoden                                       merkungen und Empfehlun-
haltlicher Aspekte               lehrplans                                                                    gen sowie Darstellung der
                                 Die Schülerinnen und Schüler                                                 verbindlichen Absprachen der
                                 …                                                                            Fachkonferenz
Warum löst sich Öl nicht in      ordnen die biologisch bedeut-   Demonstrationsexperiment zum Verhalten Phänomen wird beschrieben.
Wasser? Wie sind Proteine        samen Makromoleküle Koh-        von Öl in Wasser
aufgebaut? Wie sind Zucker       lenhydrate, Lipide, Proteine                                                 Das Verhalten von Lipiden und
aufgebaut und wo spielen sie     den verschiedenen zellulären    z.B. Filme über die unterschiedlichen Makro- Phospholipiden in Wasser wird
eine Rolle?                      Strukturen und Funktionen zu    moleküle                                     mithilfe ihrer Strukturformeln und
    • Aufbau und Eigenschaf-     und erläutern sie bezüglich                                                  den Eigenschaften der funktio-
       ten von Lipiden und       ihrer wesentlichen chemi-                                                    nellen Gruppen erklärt.
       Phospholipiden            schen Eigenschaften (UF1,

                                                                                                                                           16
•    Aufbau von Proteinen      UF3).
        (Wiederholung bei En-
        zymen)
    • Aufbau von Kohlenhyd-
        raten
Welche Bedeutung haben            stellen den wissenschaftlichen   Abbildungen auf der Basis von Gefrierbruch-
technischer Fortschritt und Mo-   Erkenntniszuwachs zum Auf-       technik und Elektronenmikroskopie
delle für die Erforschung von     bau von Biomembranen durch
Biomembranen?                     technischen Fortschritt an       z.B. Film: Biologische Membranen – das Flüs- Wichtige wissenschaftliche
    • verschiedene       Memb-    Beispielen dar und zeigen da-    sig-Mosaik-Modell, Mystery-Karten            Arbeits- und Denkweisen so-
        ranmodelle                ran die Veränderlichkeit von                                                  wie die Rolle von Modellen
                                  Modellen auf (E5, E6, E7,                                                     und dem technischen Fort-
                                  K4).                                                                          schritt werden herausgestellt.
Weshalb und wie beeinflusst       führen Experimente zur Diffu-    Beispiele für Recherche zu Osmose und        SuS formulieren erste Hypothe-
die Ionenkonzentration den Zu-    sion und Osmose durch und        Osmoregulation:                              sen, planen und führen Experi-
stand von Zellen?                 erklären diese mit Modellvor-        • Süß- und Salzwasserfisch               mente zur Überprüfung ihrer
    • Brownsche-                  stellungen auf Teilchenebene         • Schleudermechanismen Kapselfrüchte Vermutungen durch.
       Molekularbewegung          (E4, E6, K1, K4).                    • Funktionsweise der Niere/ Dialyse      SuS erstellen ein Versuchspro-
    • Diffusion                                                        • Wassertransport in der Wurzel          tokoll.
                                  führen mikroskopische Unter-
    • Osmose                      suchungen zur Plasmolyse             • Pantoffeltierchen
    • Plasmolyse                  hypothesengeleitet durch und
                                  interpretieren die beobachte- Kartoffel-Experimente
                                  ten Vorgänge (E2, E3, E5, K1,
                                  K4).                          Mikroskopie roter Zwiebelzellen

                                  recherchieren Beispiele der
                                  Osmose und Osmoregulation
                                  in unterschiedlichen Quellen
                                  und dokumentieren die Er-
                                  gebnisse in einer eigenstän-
                                  digen Zusammenfassung (K1,
                                  K2).

                                                                                                                                        17
Wie werden gelöste Stoffe        beschreiben Transportvor-     Gruppenarbeit:                              Unterschiede zwischen stati-
durch Biomembranen hindurch gänge durch Membranen für          Informationstext und Modelle zu verschiede- schen Modellen und realen Vor-
in die Zelle bzw. aus der Zelle  verschiedene Stoffe mithilfe  nen Transportvorgängen (an realen Beispie-  gängen werden thematisiert.
heraus transportiert?            geeigneter Modelle und ge-    len)
    • passiver Transport         ben die Grenzen dieser Mo-
    • aktiver Transport          delle an (E6).
Diagnose von Schülerkompetenzen:
    1) z.B. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe
    2) z.B. KLP-Überprüfungsform: „Dokumentationsaufgabe“ und „Reflexionsaufgabe“ (Portfolio zum Thema: „Erforschung der Biomembranen“)
        zur Ermittlung der Dokumentationskompetenz (K1) und der Reflexionskompetenz (E7)
Leistungsbewertung:
    1) z.B. KLP-Überprüfungsform: „Beurteilungsaufgabe“ und „Optimierungsaufgabe“ (z.B. Modellkritik an Modellen zur Biomembran oder zu
        Transportvorgängen) zur Ermittlung der Modell-Kompetenz (E6)
    2) ggf. Klausur

                                                                                                                                  18
Einführungsphase:
Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)

   •   Unterrichtsvorhaben IV: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben?
   •   Unterrichtsvorhaben V: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper?

Inhaltliche Schwerpunkte:

   •   Enzyme
   •   Dissimilation
   •   Körperliche Aktivität und Stoffwechsel

Basiskonzepte:

System:
Muskulatur, Mitochondrium, Enzym, Zitronensäurezyklus, Dissimilation, Gärung

Struktur und Funktion:
Enzym, Grundumsatz, Leistungsumsatz, Energieumwandlung, ATP, NAD+

Entwicklung:
Training

Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten

                                                                                                                    19
Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

Unterrichtsvorhaben IV:
Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben?
Inhaltsfelder: IF 2 (Energiestoffwechsel)
Inhaltliche Schwerpunkte:                                                 Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
   • Enzyme                                                               Die Schülerinnen und Schüler können …
                                                                          • E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergeb-
Zeitbedarf: ca. 19 Std. à 45 Minuten                                          nisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben.
                                                                          • E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip
                                                                              der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften pla-
                                                                              nen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren.
                                                                          • E5 Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitati-
                                                                              ve und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fach-
                                                                              lich angemessen beschreiben.
Mögliche didaktische Leitfragen/            Konkretisierte Kompe-         Empfohlene Lehrmittel/ Materia-        Didaktisch-methodische Anmer-
Sequenzierung inhaltlicher Aspekte          tenzerwartungen des Kern- lien/ Methoden                             kungen und Empfehlungen sowie
                                            lehrplans                                                            Darstellung der verbindlichen Ab-
                                            Die Schülerinnen und Schü-                                           sprachen der Fachkonferenz
                                            ler …
Welche Wirkung / Funktion haben En-         erläutern Struktur und Funk- Versuche zur Aktivierungsenergie/ Die zentralen Aspekte der Biokataly-
zyme?                                       tion von Enzymen und ihre     Enzymwirkung                           se werden erarbeitet:
   • Katalysator                            Bedeutung als Biokatalysa-    (z.B. Katalase-Experimente)               • Senkung der Aktivierungs-
   • Biokatalysator                         toren bei Stoffwechselreakti-                                               energie
   • endergonische und exergoni-            onen (UF1, UF3, UF4).         Grafik Aktivierungsenergie                • Erhöhung des Stoffumsatzes
      sche Reaktion                                                                                                     pro Zeit
   • Aktivierungsenergie, Aktivie-
      rungsbarriere/Reaktionsschwelle
Welche Bedeutung haben Enzyme im            beschreiben und erklären        Versuche z.B. zur Substrat- und     Die Substrat- und Wirkungsspezifität
menschlichen Stoffwechsel?                  mithilfe geeigneter Modelle     Wirkungsspezifität                  werden veranschaulicht.
   • aktives Zentrum                        Enzymaktivität [und Enzym-
   • allgemeine Enzymreaktions-             hemmung] (E6).
      gleichung                             erläutern Struktur und Funk-
   • Substrat- und Wirkungsspezifi-         tion von Enzymen und ihre
                                                                                                                Modelle zur Funktionsweise des ak-
      tät                                                                                                       tiven Zentrums werden erstellt.
                                            Bedeutung als Biokatalysa-
                                            toren bei Stoffwechselreakti-
                                            onen (UF1, UF3, UF4).
                                                                                                                                               20
Was beeinflusst die Wirkung / Funktion   stellen Hypothesen zur Ab-      Checkliste mit Kriterien zur Be-    Hypothesen zur Erklärung der
von Enzymen?                             hängigkeit der Enzymaktivi-     schreibung und Interpretation von   Phänomene werden aufgestellt.
   • pH-Abhängigkeit                     tät von verschiedenen Fakto-    Diagrammen                          Experimente zur Überprüfung der
   • Temperaturabhängigkeit              ren auf und überprüfen sie                                          Hypothesen werden geplant,
   • Substratkonzentration (Wech-        experimentell und stellen sie   Experimente z.B.                    durchgeführt und abschließend
      selzahl)                           graphisch dar (E3, E2, E4,      Temperaturabhängigkeit: z.B.        werden mögliche Fehlerquellen
                                         E5, K1, K4).                    Amylase-Aktivität oder Waschmit-    ermittelt und diskutiert.
                                                                         telenzyme
                                         beschreiben und interpretie-
                                                                         Substratkonzentration: z.B.         Das Beschreiben und Interpretie-
                                         ren Diagramme zu enzyma-
                                                                         Smarties-Experimente                ren von Diagrammen wird geübt.
                                         tischen Reaktionen (E5).
Wie wird die Aktivität der Enzyme in     beschreiben und erklären        Fallbeispiele zu den Enzymhem- Modelle zur Erklärung von Hemm-
den Zellen reguliert?                    mithilfe geeigneter Modelle     mungen, z.B. mithilfe von Modell- vorgängen werden entwickelt.
   • kompetitive Hemmung,                Enzymaktivität und Enzym-       versuchen
   • allosterische Hemmung               hemmung (E6).                                                     Reflexion und Modellkritik
       u. a. Endprodukthemmung
   • irreversible Hemmung
Coenzyme NADH und ATP                    erläutern die Bedeutung von                                         Problematisierung des Begriffs
                                         „Coenzymen“ für enzymati-                                           Coenzym
                                         sche Reaktionen insbeson-
                                         dere für das Reduktions-
                                         äquivalent NADH und das
                                         Energieäquivalent ATP
                                         (UF1, K4)
Wie macht man sich die Wirkweise von     recherchieren Informationen     (Internet-)Recherche                Die Bedeutung enzymatischer Reak-
Enzymen zu Nutze?                        zu verschiedenen Einsatz-                                           tionen für z.B. medizinische Zwecke
   • Enzyme im Alltag                    gebieten von Enzymen und                                            wird herausgestellt.
   • Technik                             präsentieren und bewerten
   • Medizin                             vergleichend die Ergebnisse                                         Als Beispiel können Enzyme im
   • u. a.                               (K2, K3, K4).                                                       Waschmittel und ihre Auswirkung
                                                                                                             auf die menschliche Haut bespro-
                                         geben Möglichkeiten und
                                                                                                             chen und diskutiert werden.
                                         Grenzen für den Einsatz von
                                         Enzymen in biologisch-
                                         technischen Zusammenhän-
                                         gen an und wägen die Be-
                                         deutung für unser heutiges
                                         Leben ab (B4).

                                                                                                                                              21
Diagnose von Schülerkompetenzen:
       z.B. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe
Leistungsbewertung:
       1) z.B. Multiple choice –Tests oder schriftliche Übung
       2) z.B. 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)
       3) ggf. Klausur

                                                                                                                                   22
Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

Unterrichtsvorhaben V:
Thema/Kontext: Biologie und Sport – Wie wird die für körperliche Aktivität benötigte Energie gewonnen?
Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)
Inhaltliche Schwerpunkte:                                              Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
• Dissimilation                                                        Die Schülerinnen und Schüler können …
• Körperliche Aktivität und Stoffwechsel                               • UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in ge-
                                                                           gebene fachliche Strukturen begründen.
Zeitbedarf: ca. 26 Std. à 45 Minuten                                   • B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen Zu-
                                                                           sammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralische Bewertungs-
                                                                           kriterien angeben.
                                                                       • B2 in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Entscheidungsmög-
                                                                           lichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begründeten
                                                                           Standpunkt beziehen.
                                                                       • B3 in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinander-
                                                                           setzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösungen
                                                                           darstellen.

Mögliche didaktische Leitfragen        Konkretisierte Kompetenzer-     Empfohlene Lehrmittel/ Materia-       Didaktisch-methodische Anmerkun-
/ Sequenzierung inhaltlicher           wartungen des Kernlehrplans     lien/ Methoden                        gen und Empfehlungen sowie Dar-
Aspekte                                Die Schülerinnen und Schüler                                          stellung der verbindlichen Abspra-
                                       …                                                                     chen der Fachkonferenz
Welche Faktoren spielen eine Rol-      Überblick über die Zusammen-    z.B. Informationstexte und sche-      möglicher Einstieg:
le bei körperlicher Aktivität?         arbeit von Atmungs-, Verdau-    matische Darstellungen oder           Gegenüberstellung eines 100 m-
    • Gastransport im Blut             ungs- und Blutgefäßsystem.      Lernplakat „Die Zusammenarbeit        Läufers und eines 10000 m-Läufers.
    • Gasaustausch in der Lun-                                         der Organe bei körperlicher Arbeit“
        ge
    • Stofftransport
    • Verdauungsvorgänge
Wie reagiert der Körper auf unter-     präsentieren unter Einbezug     arbeitsteilige Gruppenarbeit
schiedliche Belastungssituatio-        geeigneter Medien und unter
nen?                                   Verwendung einer korrekten
    • Messung des Energieum-           Fachsprache die aerobe und
        satzes                         anaerobe Energieumwandlung
    • Energieumsatz (Grundum-          in Abhängigkeit von körperli-
        satz und Leistungsumsatz)      chen Aktivitäten (K3, UF1).

                                                                                                                                         23
•    direkte und indirekte Kalo- stellen Methoden zur Bestim-
        rimetrie                    mung des Energieumsatzes bei
                                    körperlicher Aktivität verglei-
                                    chend dar (UF4).
Welche Energiewährung und           erläutern die Bedeutung von
Wasserstoffüberträger stehen dem NADH + H+ und ATP (UF1,
Körper zur Verfügung??              UF4).
    • ATP
                                    ordnen die biologisch bedeut-
    • NADH
                                    samen Makromoleküle (Kohlen-
                                    hydrate, [Lipide, Proteine, Nu-
                                    cleinsäuren]) den verschiede-
                                    nen zellulären Strukturen und
                                    Funktionen zu und erläutern sie
                                    bezüglich ihrer wesentlichen
                                    chemischen Eigenschaften
                                    (UF1, UF3).
Wie nutzen wir ATP für körperliche erläutern den Aufbau von Mus- z.B. Filme: Muskulatur
Aktivität (Bewegung)?               keln und den Unterschied zwi-
    • Muskelaufbau                  schen dunkelroter und hellroter z.B. Fließdiagramm
    • Muskulatur                    Muskulatur (UF1).
Was macht unser Körper mit Glu-     präsentieren eine Tracermetho- z.B. Filme: Dissimilation   M möglicher Einstieg: Woher stammt die
cose?                               de bei der Dissimilation adres-                              Energie für den Cooper-Test?
    • Tracermethode                 satengerecht (K3).
    • Glykolyse
                                    erklären die Grundzüge der Dis-
    • oxidative Decarboxylierung
                                    similation unter dem Aspekt der
    • Zitronensäurezyklus
                                    Energieumwandlung mithilfe
    • Atmungskette
                                    einfacher Schemata (UF3).
                                   erklären mithilfe einer graphi-
                                   schen Darstellung die zentrale
                                   Bedeutung des Zitronensäu-
                                   rezyklus im Zellstoffwechsel
                                   (E6, UF4).
                                   beschreiben und präsentieren
                                   die ATP-Synthese im Mito-
                                   chondrium mithilfe vereinfachter
                                   Schemata (UF2, K3).
                                                                                                                               24
Wie wird Energie unter Sauer-        überprüfen Hypothesen zur Ab-                                         Vergleich: Zellatmung/Gärung bei der
stoffmangel gewonnen?                hängigkeit der Gärung von ver-                                        Wein- und Hefeteigherstellung
    • Milchsäuregärung               schiedenen Faktoren (E3, E2,
    • ggf. Alkoholische Gärung       E1, E4, E5, K1, K4).
                                     präsentieren unter Einbezug
                                     geeigneter Medien und unter
                                     Verwendung einer korrekten
                                     Fachsprache die aerobe und
                                     anaerobe Energieumwandlung
                                     in Abhängigkeit von körperli-
                                     chen Aktivitäten (K3, UF1).
Gibt es Trainingseffekte?            erläutern unterschiedliche Trai-   Material zu Trainingseffekten sowie Bewertungsverfahren und Begriffe
Wie wirken sich leistungssteigern-   ningsformen adressatengerecht      leistungssteigernden Substanzen, werden geübt und gefestigt.
de Substanzen auf den Körper         und begründen sie mit Bezug        evtl. Internetrecherche mit an-
aus?                                 auf die Trainingsziele (K4).       schließender Diskussion
   • Trainingseffekte
                                     nehmen begründet Stellung zur
   • Formen des Dopings
                                     Verwendung leistungssteigern-
   • Anabolika
                                     der Substanzen aus gesundheit-
   • EPO                             licher und ethischer Sicht (B1,
   • …                               B2, B3).

Diagnose von Schülerkompetenzen:
       z.B. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe
Leistungsbewertung:
    1) z.B. KLP-Überprüfungsform: „Bewertungsaufgabe“ zur Ermittlung der Entscheidungskompetenz (B2) und der Kriterienermittlungskompetenz
       (B1) mithilfe von Fallbeispielen
    2) ggf. Klausur.

                                                                                                                                          25
2.1.3 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben: Qualifikationsphase 1 (Grund- und Leistungskurs)
                                                    Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS
Unterrichtsvorhaben I:                                                    Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie ent- Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch
stehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche
der genetischen Strukturen auf einen Organismus?                     ethischen Konflikte treten dabei auf?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:                                     Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF1 Wiedergabe                                                           • E5 Auswertung
• UF3 Systematisierung                                                     • K2 Recherche
• UF4 Vernetzung                                                           • B3 Werte und Normen
• E6 Modelle
                                                                           Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
                                                                           Inhaltliche Schwerpunkte:
Inhaltliche Schwerpunkte:                                                    Meiose und Rekombination     Analyse von Familienstammbäumen
  Proteinbiosynthese Genregulation     Mutationen   Epigenetik               Bioethik

Zeitbedarf: ca. 36 Std. à 45 Minuten                                       Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten
Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Ri-
siken bestehen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• K2 Recherche
• B1 Kriterien
• B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:
  Gentechnik Bioethik

Zeitbedarf: ca. 7 Std. à 45 Minuten

                                                                                                                                      26
Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS
Unterrichtsvorhaben IV:                                                    Unterrichtsvorhaben V:

Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss ha- Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und
ben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?                intraspezifische Beziehungen auf Populationen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:                                      Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• E1 Probleme und Fragestellungen                                           • E6 Modelle
• E2 Wahrnehmung und Messung                                                • K4 Argumentation
• E3 Hypothesen
• E4 Untersuchungen und Experimente
• E5 Auswertung
• E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)                                                Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:                                                   Inhaltliche Schwerpunkte:
  Umweltfaktoren und ökologische Potenz                                       Dynamik von Populationen

Zeitbedarf: ca. 9 Std. à 45 Minuten                                         Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten
Unterrichtsvorhaben VI.2:                                                   Unterrichtsvorhaben VII:

Thema/Kontext: Synökologie II – Wie funktionieren globale Stoffkreisläufe Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosys-
und Energieflüsse?                                                        temen – Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Öko-
                                                                          systemen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:                                      Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• B2 Entscheidungen                                                         • E5 Auswertung
• B3 Werte und Normen                                                       • B2 Entscheidungen

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

Inhaltliche Schwerpunkte:                                                   Inhaltliche Schwerpunkte:
  Stoffkreislauf und Energiefluss                                             Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 9 Std à 45 Minuten                                        Zeitbedarf: ca. 7 Std. à 45 Minuten
                                           Summe Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS: 90 Stunden

                                                                                                                                   27
Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS
Unterrichtsvorhaben I:                                                  Unterrichtsvorhaben II:
Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch be- Thema/Kontext: Erforschung der Proteinbiosynthese – Wie entstehen
dingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethi- aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der
schen Konflikte treten dabei auf?                                        genetischen und epigenetischen Strukturen auf einen Organismus?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:                                     Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF4 Vernetzung                                                           • E1 Probleme und Fragestellungen
• E5 Auswertung                                                            • E3 Hypothesen
• K2 Recherche                                                             • E5 Auswertung
• B3 Werte und Normen                                                      • E6 Modelle
• B4 Möglichkeiten und Grenzen                                             • E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)                                                Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:                                                  Inhaltliche Schwerpunkte:
  Meiose und Rekombination    Analyse von Familienstammbäumen   Bioethik     Proteinbiosynthese Genregulation

Zeitbedarf: ca. 25 Std. à 45 Minuten                                       Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten
Unterrichtsvorhaben III:                                                   Unterrichtsvorhaben IV:

Thema/Kontext: Gentechnologie heute – Welche Chancen und welche Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss
Risiken bestehen?                                               haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:                                     Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• K2 Recherche                                                             • E1 Probleme und Fragestellungen
• K3 Präsentation                                                          • E2 Wahrnehmung und Messung
• B1 Kriterien                                                             • E3 Hypothesen
• B4 Möglichkeiten und Grenzen                                             • E4 Untersuchungen und Experimente
                                                                           • E7 Arbeits- und Denkweisen

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

Inhaltliche Schwerpunkte:                                                  Inhaltliche Schwerpunkte:
  Gentechnologie Bioethik                                                    Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten                                       Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 45 Minuten
                                                                                                                                  28
Unterrichtsvorhaben V:                                                      Unterrichtsvorhaben VI.1:
Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intras-    Thema/Kontext: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus
pezifische Beziehungen auf Populationen?                                    Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:                                      Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF1 Wiedergabe                                                            • E1 Probleme und Fragestellungen
• E5 Auswertung                                                             • E2 Wahrnehmung und Messung
• E6 Modelle                                                                • E3 Hypothesen
                                                                            • E4 Untersuchungen und Experimente
                                                                            • E5 Auswertung
                                                                            • E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)                                                Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:                                                   Inhaltliche Schwerpunkte:
  Dynamik von Populationen                                                    Fotosynthese

Zeitbedarf: ca. 19 Std. à 45 Minuten                                        Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten
Unterrichtsvorhaben VI.2:                                                   Unterrichtsvorhaben VII:

Thema/Kontext: Synökologie II – Wie funktionieren globale Stoffkreisläufe Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosys-
und Energieflüsse?                                                        temen – Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Öko-
                                                                          systemen?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• UF4 Vernetzung                                                          Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:
• E6 Modelle                                                              • UF2 Auswahl
• B2 Entscheidungen                                                       • K4 Argumentation
• B4 Möglichkeiten und Grenzen                                            • B2 Entscheidungen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik)
                                                                            Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte:
  Stoffkreislauf und Energiefluss                                           Inhaltliche Schwerpunkte:
                                                                              Mensch und Ökosysteme
Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten
                                                                          Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten
                                        Summe Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS: 150 Stunden
                                                                                                                                     29
2.1.4 Mögliche konkretisierte Unterrichtsvorhaben
Qualifikationsphase 1: Grundkurs und Leistungskurs

Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
   •   Unterrichtsvorhaben I:   Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben
                                Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?
   •   Unterrichtsvorhaben II: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden
                                und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?
   •   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,
nur im LK: synthetischer Organismus

Struktur und Funktion:
Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, Mutation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip
nur im LK: RNA-Interferenz

Entwicklung:
Transgener Organismus, Epigenese, Zelldifferenzierung, Meiose
nur im LK: synthetischer Organismus

Zeitbedarf:      GK       ca. 55 Std. à 45 Minuten
                 LK       ca. 80 Std. à 45 Minuten

                                                                                                                                    30
Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

Unterrichtsvorhaben I:        Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Verän-
                                            derungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?
                                               Konkretisierte Kompetenzerwartungen                         Lehrmittel / Materialien
 Mögliche didaktische Leitfragen / Se-
                                                          des Kernlehrplans                      didaktisch-methodische Anmerkungen
   quenzierung inhaltlicher Aspekte
                                                  Die Schülerinnen und Schüler …            ggf. verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
 (zusätzliche Inhalte für den LK in grün)
                                                (zusätzliche Inhalte für den LK in grün)            (zusätzliche Inhalte für den LK in grün)
  • Whd. Aufbau und Verpackung der                                                        optional: DNA-Isolierung im Experiment
     DNA                                                                                  DNA-Modell

  •   Molekularer Mechanismus der Rep-                                                   Film Replikation
      likation

  •   PCR                                  erläutern molekulargenetische Verfahren       AB: Mullis Nachtfahrt (PCR)
                                           (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre
                                           Einsatzgebiete (E4, E2, UF1).

  •   Transkription                        begründen die Verwendung bestimmter           evtl. Beispiel der Lactose-Intoleranz mit Wirkung der
  •   genetischer Code                     Modellorganismen (u.a. E.coli) für bestimm-   Lactase
  •   Translation                          te Fragestellungen genetischer Forschung
                                           (E6, E3).                                     Arbeiten mit der Code-Sonne, Filme zur Transkription
                                                                                         und Translation
                                           erläutern Eigenschaften des genetischen
                                           Codes (UF1, UF2).
  •   Versuche zur Aufklärung der PBS      benennen Fragestellungen und stellen Hy-      AB zur Entwicklung des genetischen Codes,
                                           pothesen zur Entschlüsselung des geneti-
                                           schen Codes auf und erläutern klassische
                                           Experimente zur Entwicklung der Code-
                                           Sonne (E1, E3, E4).erläutern wissenschaft-
                                           liche Experimente zur Aufklärung der Pro-
                                           teinbiosynthese, generieren Hypothesen
                                           auf der Grundlage der Versuchspläne und
                                           interpretieren die Versuchsergebnisse (E3,
                                           E4, E5).
                                                                                                                                       31
•   PBS bei Pro- und Eukaryoten         vergleichen die molekularbiologischen Ab-      Erstellen einer tabellarischen Übersicht
                                        läufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und
                                        Eukaryoten (UF1, UF3).
•   Mutationsfaktoren                   erläutern Eigenschaften des genetischen        Anwendung anhand von Fallbeispielen
•   Genmutationen                       Codes und charakterisieren mit dessen Hil-     z. B. DNA-Reparaturmechanismen und ihr Versagen am
•   DNA-Reparaturmechanismen            fe Mutationstypen (UF1, UF2).                  Beispiel der Mondscheinkinder
•   Genwirkketten                       erklären die Auswirkungen verschiedener
                                        Gen-, (Chromosom- und Genom-) mutatio-
                                        nen auf den Phänotyp (u.a. unter Berück-
                                        sichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4).

•   Genbegriff                          reflektieren und erläutern den Wandel des      kann in verschiedenen Zusammenhängen verdeutlicht
                                        Genbegriffs (E7).                              werden
•   Genregulation bei Prokaryoten       erläutern und entwickeln Modellvorstellun-     Operonmodell z. B. Lac-Operon
    (Operon-Modell)                     gen auf der Grundlage von Experimenten
                                        zur Aufklärung der Genregulation bei Pro-
                                        karyoten (E2, E5, E6).
•   Genregulation bei Eukaryoten        erklären mithilfe von Modellen genregulato-
•   Transkriptionsfaktoren              rische Vorgänge bei Eukaryoten (E6).

•   Krebsentstehung (Proto-Onko-gene,   erklären mithilfe eines Modells die Wech-
    Tumor-Supressorgene)                selwirkungen von Proto-Onkogenen und
                                        Tumor-Suppressorgenen auf die Regulation
                                        des Zellzyklus und beurteilen die Folgen
                                        von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1,
                                        UF3, UF4).

•   Signaltransduktionsvorgänge         erläutern die Bedeutung von Transkriptions-    Signalübertragung durch p53 und Ras
                                        faktoren für die Regulation von Zellstoff-     (Kontextorientierte Unterrichtsmaterialien: z.B. Angelina
                                        wechsel und Entwicklung (UF1, UF2).            Jolie)

•   Epigenetik                          erklären einen epigenetischen Mechanis-        z.B.: Agouti-Mäuse
                                        mus als Modell zur Regulation des Zell-
                                        stoffwechsels (E6).

                                        erläutern epigenetische Modelle zur Regu-
                                        lation des Zellstoffwechsels und leiten Kon-
                                        sequenzen für den Organismus ab (E6).
                                                                                                                                        32
Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

 Unterrichtsvorhaben II: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche
                                                       ethischen Konflikte treten dabei auf?
                                              Konkretisierte Kompetenzerwartungen                           Lehrmittel / Materialien
  Mögliche didaktische Leitfragen / Se-
                                                          des Kernlehrplans                         didaktisch-methodische Anmerkungen
    quenzierung inhaltlicher Aspekte
                                                  Die Schülerinnen und Schüler …            ggf. verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  (zusätzliche Inhalte für den LK in grün)
                                                (zusätzliche Inhalte für den LK in grün)             (zusätzliche Inhalte für den LK in grün)
   • Whd.: Mitose                           erläutern die Grundprinzipien der inter- und z.B. Arbeitsblätter, Filmsequenzen,
   • Wdh.: Meiose                           intrachromosomalen Rekombination (Re- Mikroskopieren von Fertigpräparaten,
   • Spermatogenese/Oogenese                duktion und Neukombination der Chromo- Arbeit mit Modellen (z.B. Knete, Pfeifenreiniger)
                                            somen) bei Meiose und Befruchtung (UF4).
   • Genommutationen                        erklären   die Auswirkungen verschiedener z.B. Trisomie 21
   • Chromosomenmutationen                  Gen-, Chromosom- und Genommutationen
                                            auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichti-
                                            gung von Genwirkketten) (UF1, UF4).
   • Whd.: Mendel’sche Regeln               formulieren bei der Stammbaumanalyse Die Auswertungskompetenz bei humangenetischen
   • Zweifaktorenanalyse                    Hypothesen zu X-chromosomalen und auto- Stammbäumen soll im Unterricht an mehreren Bei-
   • Genkopplung                            somalen Vererbungsmodi genetisch beding- spielen geübt werden.
   • Crossing-over                          ter Merkmale und begründen die Hypothe-
   • Stammbaumanalysen (Erbgän-             sen mit vorhandenen Daten auf der Grund- Prognosen zum Auftreten spezifischer, genetisch be-
       ge/Vererbungsmodi) genetisch be-     lage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4).          dingter Krankheiten werden für Paare mit Kinderwunsch
       dingte Merkmale / Krankheiten z. B. formulieren bei der Stammbaumanalyse ermittelt und für (weitere) Kinder begründet angegeben.
       Kurzfingrigkeit, ALS, Cystische Fib- Hypothesen zum Vererbungsmodus gene- Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer
       rose, Muskeldystrophie, Duchenne, tisch bedingter Merkmale (X-chromosomal, Stammbaumanalyse
       Chorea Huntington                    autosomal, Zweifaktorenanalyse; Kopplung,
                                            Crossing-over) und begründen die Hypothe-
                                            sen mit vorhandenen Daten auf der Grund-
                                            lage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4).

                                                                                                                                 33
•       Erbkrankheiten                     recherchieren Informationen zu humangene-        Internetrecherche
                                              tischen Fragestellungen (u.a. genetisch be-
                                              dingten Krankheiten), schätzen die Relevanz
                                              und Zuverlässigkeit der Informationen ein und
                                              fassen die Ergebnisse strukturiert zusammen
                                              (K1, K2, K3, K4).
   •       Stammzellenforschung und therapeu- recherchieren Unterschiede zwischen embry-         •   Recherche zu embryonalen bzw. adulten Stamm-
           tische Ansätze                     onalen und adulten Stammzellen und präsen-             zellen und damit verbundenen therapeutischen An-
                                              tieren diese unter Verwendung geeigneter               sätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft aus-
                                              Darstellungsformen (K2, K3).                           gewählten Quellen: z.B. Internetquellen, Lehrbuch
                                                stellen naturwissenschaftlich-gesellschaft-      •   gestufte Hilfen anhand einer Checkliste zu den
                                                liche Positionen zum therapeutischen Einsatz         verschiedenen Schritten der ethischen Urteilsfin-
                                                von Stammzellen dar und bewerten Interes-            dung
                                                sen sowie Folgen ethisch (B3, B4).               •   Dilemmadiskussion, z.B.: „Dürfen Embryonen getö-
                                                                                                     tet werden, um Krankheiten zu heilen?“

Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

                           Unterrichtsvorhaben III: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?
                                               Konkretisierte Kompetenzerwartungen       Lehrmittel / Materialien
  Mögliche didaktische Leitfragen / Se-
                                                          des Kernlehrplans                     didaktisch-methodische Anmerkungen
    quenzierung inhaltlicher Aspekte
                                                   Die Schülerinnen und Schüler …        ggf. verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  (zusätzliche Inhalte für den LK in grün)
                                                (zusätzliche Inhalte für den LK in grün)         (zusätzliche Inhalte für den LK in grün)
   • Wdh. PCR                                beschreiben molekulargenetische Werkzeu- Einstieg über kriminalistisches Fallbeispiel (z.B. Simp-
                                             ge und erläutern deren Bedeutung für gen- son, Tatort-Sequenz)
                                             technische Grundoperationen (UF1)
       •   Restriktionsenyme                    erläutern molekulargenetische Verfahren
       •   Vektoren                             (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Ein-
       •   Gelelektrophorese                    satzgebiete (E4, E2, UF1)
                                                                                               ggf. Durchführung einer Gelelektrophorese
       •   Sequenzierung nach Sanger
                                                                                                                                               34
•   genetischer Fingerabdruck
•   DNA-Chips                     geben die Bedeutung von DNA-Chips und Internetrecherche, Arbeitsblätter
•   Hochdurchsatz-Sequenzierung   Hochdurchsatz-Sequenzierung an und be-
                                  werten Chancen und Risiken (B1, B3).
•   transgene Lebewesen           stellen mithilfe geeigneter Medien die Her- • Recherche: Vor- und Nachteile der Gentechnik
                                  stellung transgener Lebewesen dar und dis-  • Pro- und Contra-Diskussion mit fachübergrei-
                                  kutieren ihre Verwendung (K1, B3).            fenden Aspekten und abschließender Bewer-
•   synthetische Organismen       beschreiben aktuelle Entwicklungen in der     tung
                                  Biotechnologie bis hin zum Aufbau von syn-  • transgene Lebewesen: z. B. Insulinproduktion
                                  thetischen Organismen in ihren Konsequen-     durch Colibakterien oder Glow-Fish
                                  zen für unterschiedliche Einsatzziele und
                                  bewerten sie (B3, B4).

                                                                                                                     35
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