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Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben I:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF1 Wiedergabe

·         UF2 Auswahl

·         K1 Dokumentation

Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Zellaufbau w Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1)

Zeitbedarf: ca. 21 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF4 Vernetzung

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         K4 Argumentation

·         B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Funktion des Zellkerns w Zellverdopplung

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben III:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         K1 Dokumentation

·         K2 Recherche

·         K3 Präsentation

·         E3 Hypothesen

·         E6 Modelle

·         E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Biomembranen w Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2)

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben IV:

Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E4 Untersuchungen und Experimente

·         E5 Auswertung

Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Enzyme

Zeitbedarf: ca. 21 Std. à 45 Minuten

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 Stoffwechsel

Zeitbedarf: ca. 24 Std. à 45 Minuten

Summe Einführungsphase: 90 Stunden

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: 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. 21 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben.

·         UF2 biologische Konzepte zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen auswählen und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden.

·         K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten strukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

SI-Vorwissen

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

Informationstexte

einfache, kurze Texte zum notwendigen Basiswissen

Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz:

SI-Vorwissen wird ohne Benotung ermittelt (z.B. Selbstevaluationsbogen)

Möglichst selbstständiges Aufarbeiten des Basiswissens zu den eigenen Test-Problemstellen.

Lichtmikroskopischer Bau der Zelle

• Tier- und Pflanzenzelle

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

beschreiben Aufbau und Funktion der Zellorganellen und erläutern die Bedeutung der Zellkompartimentierung für die Bildung unterschiedlicher Reaktionsräume innerhalb einer Zelle (UF3, UF1)

Lichtmikroskop

Biologische Zeichnungen

Recherche in Kleingruppen

Präsentation

Mikroskopie einfach gebauter Zellen

Zentrale Eigenschaften naturwissenschaftlicher Theorien (Nature of Science) werden beispielhaft erarbeitet.

elektronenmikroskopischer Bau der Zelle

·         Prokaryoten und Eukaryoten

·         Endosymbionten

erläutern die membranvermittelten Vorgänge der Endo- und Exocytose (u.a. am Golgi-Apparat) (UF1, UF2)

stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs zum Zellaufbau durch technischen Fortschritt an Beispielen (LM, EM und FM) dar (E7)

präsentieren adressatengerecht die Endosymbiontentheorie mithilfe angemessener Medien (K3, K1, UF1)

elektronenmikroskopische Bilder sowie Modelle zu tierischen, pflanzlichen und bakteriellen Zellen

Biologische Zeichnungen

Recherche in Kleingruppen

Präsentation

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

Zelle, Gewebe, Organ

• Differenzierung
• vom Einzeller zum Vielzeller

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

Mikroskopieren von verschiedenen Zelltypen

Biologische Zeichnungen

Recherche in Kleingruppen

Präsentation

Mikroskopieren von Fertigpräparaten verschiedener Zelltypen an ausgewählten Zelltypen

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• SI-Vorwissen wird ohne Benotung ermittelt (z.B. Selbstevaluationsbogen)

Leistungsbewertung:

• ggf. Test zu einem ausgewählten Thema
• ggf. Teil einer Klausur

Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung hat der Zellkern für das Leben?

Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Funktion des Zellkerns
• Zellverdopplung und DNA

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

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

·         E1 in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren.

·         K4 biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.

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

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Was zeichnet eine naturwissenschaftliche Fragestellung aus und welche Fragestellung lag den Acetabularia und den Xenopus-Experimenten zugrunde?

• Erforschung der Funktion des Zellkerns in der Zelle

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

werten Klonierungsexperimente (Kerntransfer bei Xenopus) aus und leiten ihre Bedeutung für die Stammzellforschung ab (E5).

Unterscheidung von Lern- und Präsentationsplakat (Anforderungen)

Plakat zum wissenschaftlichen Erkenntnisweg

Acetabularia-Experimente von Hämmerling

Experiment zum Kerntransfer bei Xenopus

Naturwissenschaftliche Fragestellungen werden kriteriengeleitet entwickelt und historische Experimente ausgewertet.

Welche biologische Bedeutung hat die Mitose für einen Organismus?

• Mitose (Rückbezug auf Zelltheorie)
• Interphase

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

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

Informationstexte und Abbildungen

Filme/Animationen/ Knetgummimodelle zu zentralen Aspekten:

1.    exakte Reproduktion

2.    Organ- bzw. Gewebewachstum und Erneuerung (Mitose)

3.    Zellwachstum (Interphase)

Die Funktionen des Cytoskeletts werden erarbeitet, Informationen werden in ein Modell übersetzt, das die wichtigsten Informationen sachlich richtig wiedergibt.

Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen für die Zellkulturtechnik?

Zellkulturtechnik

• Biotechnologie
• Biomedizin
• Pharmazeutische Industrie

zeigen Möglichkeiten und Grenzen der Zellkulturtechnik in der Biotechnologie und Biomedizin auf (B4, K4).

Informationsblatt zu Zellkulturen in der Biotechnologie und Medizin- und Pharmaforschung

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

Pro und Kontra-Diskussion zum Thema:

„Können Zellkulturen Tierversuche ersetzen?“

Zentrale Aspekte werden herausgearbeitet.

Argumente werden erarbeitet und Argumentationsstrategien entwickelt.

SuS, die nicht an der Diskussion beteiligt sind, sollten einen Beobachtungsauftrag bekommen.

Nach Reflexion der Diskussion können Leserbriefe verfasst werden.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• -

Leistungsbewertung:

• evtl. schriftliche Übung (z.B. aus einer Hypothese oder einem Versuchsdesign auf die zugrunde liegende Fragestellung schließen) zur Ermittlung der Fragestellungskompetenz (E1)

• ggf. Klausur

Unterrichtsvorhaben III:

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

Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Biomembranen
• Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2)

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·       K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten strukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge.

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

·     K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht 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 angeben.

·     E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Weshalb und wie beeinflusst die Salzkonzentration den Zustand von Zellen?

• Plasmolyse/ Deplasmolyse

• Brownsche-Molekularbewegung

• Diffusion

• Osmose

führen Experimente zur Diffusion und Osmose durch und erklären diese mit Modellvorstellungen auf Teilchenebene (E4, E6, K1, K4).

führen mikroskopische Untersuchungen zur Plasmolyse hypothesengeleitet durch und interpretieren die beobachteten Vorgänge (E2, E3, E5, K1, K4).

recherchieren Beispiele der Osmose und Osmoregulation in unterschiedlichen Quellen und dokumentieren die Ergebnisse in einer eigenständigen Zusammenfassung (K1, K2).

evtl. Zeitungsartikel z.B. zur fehlerhaften Salzkonzentration für eine Infusion in den Unikliniken

Experimente mit roter Küchenzwiebel und mikroskopische Untersuchungen

ggf. Kartoffel-Experimente

a)    ausgehöhlte Kartoffelhälfte mit Zucker, Salz und Stärke

b)    Kartoffelstäbchen (gekocht und ungekocht)

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

Demonstrationsexperimente mit Tinte oder Deo zur Diffusion

Arbeitsaufträge zur Recherche osmoregulatorischer Vorgänge

Arbeitsblatt mit Regeln zu einem sachlichen Feedback

SuS formulieren erste Hypothesen, planen und führen geeignete Experimente zur Überprüfung ihrer Vermutungen durch.

Versuche zur Überprüfung der Hypothesen

Versuche zur Generalisierbarkeit der Ergebnisse werden geplant und durchgeführt.

Phänomen wird auf Modellebene erklärt (direkte Instruktion).

Weitere Beispiele (z. B. Salzwiese, Niere) für Osmoregulation werden recherchiert.

Warum löst sich Öl nicht in Wasser?

• Aufbau und Eigenschaften von Lipiden und Phospholipiden

ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle ([Kohlenhydrate], Lipide, Proteine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).

Demonstrationsexperiment zum Verhalten von Öl in Wasser

Informationsblätter

• zu funktionellen Gruppen
• Strukturformeln von Lipiden und Phospholipiden
• Modelle zu Phospholipiden in Wasser

Phänomen wird beschrieben.

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

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

Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Erforschung von Biomembranen?

• Erforschung der Biomembran (historisch-genetischer Ansatz)

-       Bilayer-Modell

-  Sandwich-Modelle, Fluid-Mosaik-Modell und erweitertes Fluid-Mosaik-Modell (Kohlenhydrate in der Biomembran)

-  Markierungsmethoden zur Ermittlung von Membranmolekülen (Proteinsonden)

-  dynamisch strukturiertes Mosaikmodel (Rezeptor-Inseln, Lipid-Rafts)

• Nature of Science – naturwissenschaftliche Arbeits- und Denkweisen

stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs zum Aufbau von Biomembranen durch technischen Fortschritt an Beispielen dar und zeigen daran die Veränderlichkeit von Modellen auf (E5, E6, E7, K4).

ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).

recherchieren die Bedeutung und die Funktionsweise von Tracern für die Zellforschung und stellen ihre Ergebnisse graphisch und mithilfe von Texten dar (K2, K3).

recherchieren die Bedeutung der Außenseite der Zellmembran und ihrer Oberflächenstrukturen für die Zellkommunikation (u. a. Antigen-Antikörper-Reaktion) und stellen die Ergebnisse adressatengerecht dar (K1, K2, K3).

Lernplakat(e) zum historisch-wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn zu Biomembranen

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

Materialien zu Möglichkeiten und Gerenzen zur Arbeit mit Modellen

Texte und Abbildungen zum historischen Erkenntnisweg

zu Sandwich-Modellen

Erste Befunde durch die Elektronenmikroskopie (G. Palade, 1950er)

Erste Befunde aus der Biochemie (Davson und Danielli, 1930er)

Abbildungen auf der Basis von Gefrierbruchtechnik und Elektronenmikroskopie

Flüssig-Mosaik-Modell

von Singer und Nicolson (1972)

z.B. Heterokaryon-Experimente von Frye und Edidin (1972)

Aufklärung der Lage von Kohlenhydraten in der Biomembran

Checkliste mit Kriterien für seriöse Quellen

Checkliste zur korrekten Angabe von Internetquellen

Internetrecherche zur Funktionsweise von Tracern

Informationen zum dynamisch strukturierten Mosaikmodell Vereb et al (2003)

evtl. Abstract aus:

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

Lernplakat (fertig gestellt) zu den Biomembranen

Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz:

Durchführung eines wissenschaftspropädeutischen Schwerpunktes zur Erforschung der Biomembranen.

Folgende Vorgehensweise wird empfohlen: Der wissenschaftliche Erkenntniszuwachs wird in den Folgestunden fortlaufend dokumentiert und für alle Kursteilnehmerinnen und Kursteilnehmer auf Plakaten festgehalten.

Der Modellbegriff und die Vorläufigkeit von Modellen im Forschungsprozess werden verdeutlicht.

Auf diese Weise kann die Arbeit in einer scientific community nachempfunden werden.

Die „neuen“ Daten legen eine Modifikation des Bilayer-Modells von Gorter und Grendel nahe und führen zu  neuen Hypothesen (einfaches Sandwichmodell / Sandwichmodell mit eingelagertem Protein / Sandwichmodell mit integralem Protein).

Das Membranmodell muss erneut modifiziert werden.

Das Fluid-Mosaik-Modell muss erweitert werden.

Quellen werden ordnungsgemäß notiert (Verfasser, Zugriff etc.).

Die biologische Bedeutung (hier nur die proximate Erklärungsebene!) der Glykokalyx (u.a. bei der Antigen-Anti-Körper-Reaktion) wird recherchiert.

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

Ein Reflexionsgespräch auf der Grundlage des entwickelten Plakats zu Biomembranen wird durchgeführt.

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

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

• Passiver Transport
• Aktiver Transport
• Symport
• Antiport

beschreiben Transportvorgänge durch Membranen für verschiedene Stoffe mithilfe geeigneter Modelle und geben die Grenzen dieser Modelle an (E6).

Gruppenarbeit:

Informationstext zu verschiedenen Transportvorgängen an realen Beispielen

SuS können entsprechend der Informationstexte Modelle zu den unterschiedlichen Transportvorgängen erstellen.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• KLP-Überprüfungsform: z.B.: „Dokumentationsaufgabe“ und „Reflexionsaufgabe“ (Portfolio zum Thema: „Erforschung der Biomembranen“) zur Ermittlung der Dokumentationskompetenz (K1) und der Reflexionskompetenz (E7)

Leistungsbewertung:

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

Unterrichtsvorhaben IV:

Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben?

Inhaltsfelder: IF 1 (Biologie der Zelle), IF 2 (Energiestoffwechsel)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Enzyme

Zeitbedarf: ca. 19 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben.

·         E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren.

·         E5 Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Wie sind Zucker aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle?

• Monosaccharid,
• Disaccharid
• Polysaccharid

ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, [Lipide, Proteine, Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).

Informationstexte zu funktionellen Gruppen und ihren Eigenschaften sowie Kohlenhydratklassen und Vorkommen und Funktion in der Natur

„Spickzettel“ als legale Methode des Memorierens

Museumsgang

Beobachtungsbogen mit Kriterien für „gute Spickzettel“

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

Der beste „Spickzettel“ kann gekürt und allen SuS über „lo-net“ zur Verfügung gestellt werden.

Wie sind Proteine aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle?

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

ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle ([Kohlenhydrate, Lipide], Proteine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).

Haptische Modelle (z.B. Legomodelle) zum Proteinaufbau

Informationstexte zum Aufbau und der Struktur von Proteinen

Gruppenarbeit

Lernplakate zum Aufbau von Proteinen

Der Aufbau von Proteinen wird erarbeitet.

Die Quartärstruktur wird am Beispiel von Hämoglobin veranschaulicht.

Lernplakate werden erstellt und auf ihre Sachrichtigkeit und Anschaulichkeit hin diskutiert und ggf. modifiziert.

Sie bleiben im Fachraum hängen und dienen der späteren Orientierung.

Welche Bedeutung haben Enzyme im menschlichen Stoffwechsel?

• Aktives Zentrum

• Allgemeine Enzymgleichung

• Substrat- und Wirkungsspezifität

beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6).

Experimentelles Gruppenpuzzle, z.B.:

a)    Ananassaft und Quark oder Götterspeise und frischgepresster Ananassaft in einer Verdünnungsreihe

b)    Lactase und Milch sowie Glucoseteststäbchen (Immobilisierung von Lactase mit Alginat)

c)    Peroxidase mit Kartoffelscheibe oder Kartoffelsaft (Verdünnungsreihe)

d)    Urease und Harnstoffdünger (Indikator Rotkohlsaft)

Hilfekarten (gestuft) für die vier verschiedenen Experimente

Checklisten mit Kriterien für

-       naturwissenschaftliche Fragestellungen,

-       Hypothesen,

-       Untersuchungsdesigns.

Plakatpräsentation

Museumsgang

Gruppenrallye mit Anwendungsbeispielen zu je einem Beispiel aus dem anabolen und katabolen Stoffwechsel.

Die Substrat- und Wirkungsspezifität werden veranschaulicht.

Die naturwissenschaftlichen Fragestellungen werden vom Phänomen her entwickelt.

Hypothesen zur Erklärung der Phänomene werden aufgestellt.

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

Die gestuften Hilfen (Checklisten) sollen Denkanstöße für jede Schlüsselstelle im Experimentierprozess geben.

Vorgehen und Ergebnisse werden auf Plakaten präsentiert.

SuS erhalten Beobachtungsbögen für den Museumsgang und verteilen Punkte. Anschließend wird das beste Plakat gekürt.

Modelle zur Funktionsweise des aktiven Zentrums werden erstellt.

Hier bietet sich an die Folgen einer veränderten Aminosäuresequenz, z. B. bei Lactase mithilfe eines Modells zu diskutieren.

Welche Wirkung / Funktion haben Enzyme?

• Katalysator
• Biokatalysator
• Endergonische und exergonische Reaktion
• Aktivierungsenergie, Aktivierungsbarriere / Reaktionsschwelle

erläutern Struktur und Funktion von Enzymen und ihre Bedeutung als Biokatalysatoren bei Stoffwechselreaktionen (UF1, UF3, UF4).

Schematische Darstellungen von Reaktionen unter besonderer Berücksichtigung der Energieniveaus

Die zentralen Aspekte der Biokatalyse werden erarbeitet:

1. Senkung der Aktivierungsenergie
2. Erhöhung des Stoffumsatzes pro Zeit

Was beeinflusst die Wirkung / Funktion von Enzymen?

• pH-Abhängigkeit
• Temperaturabhängigkeit
• Schwermetalle

• Substratkonzentration / Wechselzahl

beschreiben und interpretieren Diagramme zu enzymatischen Reaktionen (E5).

stellen Hypothesen zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren auf und überprüfen sie experimentell und stellen sie graphisch dar (E3, E2, E4, E5, K1, K4).

Checkliste mit Kriterien zur Beschreibung und Interpretation von Diagrammen

Experimente mithilfe von Interaktionsboxen zum Nachweis der Konzentrations-, Temperatur- und pH-Abhängigkeit (Lactase und Bromelain)

Modellexperimente mit Schere und Papierquadraten zur Substratkonzentration

Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz:

Das Beschreiben und Interpretieren von Diagrammen wird geübt.

Experimente zur Ermittlung der Abhängigkeiten der Enzymaktivität werden geplant und durchgeführt.

Wichtig: Denaturierung im Sinne einer irreversiblen Hemmung durch Temperatur, pH-Wert und Schwermetalle muss herausgestellt werden.

Die Wechselzahl wird problematisiert.

Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz:

Durchführung von Experimenten zur Ermittlung von Enzymeigenschaften an ausgewählten Beispielen.

Wie wird die Aktivität der Enzyme in den Zellen reguliert?

• kompetitive Hemmung,
• allosterische (nicht kompetitive) Hemmung

• Substrat und Endprodukthemmung

beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6).

Gruppenarbeit

Informationsmaterial zu Trypsin (allosterische Hemmung) und Allopurinol (kompetitive Hemmung)

Modellexperimente z.B. mit Fruchtgummi und Smarties

Experimente mithilfe einer Interaktionsbox mit Materialien (Knete, Moosgummi, Styropor etc.)

Checkliste mit Kriterien zur Modellkritik

Wesentliche Textinformationen werden in einem begrifflichen Netzwerk zusammengefasst.

Die kompetitive Hemmung wird simuliert.

Modelle zur Erklärung von Hemmvorgängen werden entwickelt.

Reflexion und Modellkritik

Wie macht man sich die Wirkweise von Enzymen zu Nutze?

• Enzyme im Alltag

-               Technik

-               Medizin

-               u. a.

recherchieren Informationen zu verschiedenen Einsatzgebieten von Enzymen und präsentieren und bewerten vergleichend die Ergebnisse (K2, K3, K4).

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

(Internet) Recherche

Die Bedeutung enzymatischer Reaktionen für z.B. Veredlungsprozesse und medizinische Zwecke wird herausgestellt.

Als Beispiel können Enzyme im Waschmittel und ihre Auswirkung auf die menschliche Haut besprochen und diskutiert werden.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• ggf. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe

Leistungsbewertung:

• multiple choice -Tests
• KLP-Überprüfungsform: „experimentelle Aufgabe“ (z.B. Entwickeln eines Versuchsaufbaus in Bezug auf eine zu Grunde liegende Fragestellung und/oder Hypothese) zur Ermittlung der Versuchsplanungskompetenz (E4)
• ggf. Klausur

Unterrichtsvorhaben V:

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

Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·   Dissimilation

·   Körperliche Aktivität und Stoffwechsel

Zeitbedarf: ca. 26 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

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

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

·         B2 in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Entscheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begründeten Standpunkt beziehen.

·         B3 in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösungen darstellen.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Welche Veränderungen können während und nach körperlicher Belastung beobachtet werden?

Systemebene: Organismus

• Belastungstest
• Schlüsselstellen der körperlichen Fitness

einfacher Belastungstest (evtl. auch Münchener Belastungstest oder multi-stage Belastungstest in Verbindung mit dem Sportunterricht).

Selbstbeobachtungsprotokoll zu Herz, Lunge, Durchblutung Muskeln

Graphic Organizer auf verschiedenen Systemebenen

Begrenzende Faktoren bei unterschiedlich trainierten Menschen werden ermittelt.

Damit kann der Einfluss von Training auf die Energiezufuhr, Durchblutung, Sauerstoffversorgung, Energiespeicherung und Ernährungsverwertung systematisiert werden.

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

Wie reagiert der Körper auf unterschiedliche Belastungssituationen und wie unterscheiden sich verschiedene Muskelgewebe voneinander?

Systemebene: Organ und Gewebe

• Muskelaufbau

Systemebene: Zelle

• Sauerstoffschuld, Energiereserve der Muskeln, Glykogenspeicher

Systemebene: Molekül

• Lactat-Test
• Milchsäure-Gärung

erläutern den Unterschied zwischen roter und weißer Muskulatur (UF1).

präsentieren unter Einbezug geeigneter Medien und unter Verwendung einer korrekten Fachsprache die aerobe und anaerobe Energieumwandlung in Abhängigkeit von körperlichen Aktivitäten (K3, UF1).

überprüfen Hypothesen zur Abhängigkeit der Gärung von verschiedenen Faktoren (E3, E2, E1, E4, E5, K1, K4).

Partnerpuzzle mit Arbeitsblättern zur roten und weißen Muskulatur und zur Sauerstoffschuld

evtl. Bildkarten zu Muskeltypen und Sportarten

Informationsblatt

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

Hier können Beispiele von 100-Meter-, 400-Meter- und 800-Meter-Läufern analysiert werden.

Verschiedene Muskelgewebe werden im Hinblick auf ihre Mitochondriendichte (stellvertretend für den Energiebedarf) untersucht / ausgewertet.

Muskeltypen werden begründend Sportarten zugeordnet.

Die Milchsäuregärung dient der Veranschaulichung anaerober Vorgänge:

Modellexperiment zum Nachweis von Milchsäure unter anaeroben Bedingungen wird geplant und durchgeführt.

In diesem Unterrichtsvorhaben liegt ein Schwerpunkt auf dem Wechsel zwischen den biologischen Systemebenen gemäß der Jo-Jo-Methode (häufiger Wechsel zwischen den biologischen Organisationsebenen)

Welche Faktoren beeinflussen den Energieumsatz und welche Methoden helfen bei der Bestimmung?

Systemebenen: Organismus,

Gewebe, Zelle, Molekül

• Energieumsatz (Grundumsatz und Leistungsumsatz)
• Direkte und indirekte Kalorimetrie

Welche Faktoren spielen eine Rolle bei körperlicher Aktivität?

• Sauerstofftransport im Blut
• Sauerstoffkonzentration im Blut
• Erythrozyten
• Hämoglobin/ Myoglobin
• Bohr-Effekt

stellen Methoden zur Bestimmung des Energieumsatzes bei körperlicher Aktivität vergleichend dar (UF4).

evtl. Film zur Bestimmung des Grund- und Leistungsumsatzes

evtl. Film zum Verfahren der Kalorimetrie (Kalorimetrische Bombe / Respiratorischer Quotient)

Diagramme zum Sauerstoffbindungsvermögen in Abhängigkeit verschiedener Faktoren (Temperatur, pH-Wert) und Bohr-Effekt

Arbeitsblatt mit Informationstext zur Erarbeitung des Prinzips der Oberflächenvergrößerung durch Kapillarisierung

Der Zusammenhang zwischen respiratorischem Quotienten und Ernährung wird erarbeitet.

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

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

Wie entsteht und wie gelangt die benötigte Energie zu unterschiedlichen Einsatzorten in der Zelle?

Systemebene: Molekül

• NAD⁺ und ATP

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

Arbeitsblatt mit Modellen / Schemata zur Rolle des ATP

Die Funktion des ATP als Energie-Transporter wird verdeutlicht.

Wie entsteht ATP und wie wird der C6-Körper abgebaut?

Systemebenen: Zelle, Molekül

• Tracermethode
• Glykolyse
• Zitronensäurezyklus
• Atmungskette

präsentieren eine Tracermethode bei der Dissimilation adressatengerecht (K3).

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).

Advance Organizer

Arbeitsblatt mit histologischen Elektronenmikroskopie-Aufnahmen und Tabellen

Informationstexte und schematische Darstellungen zu den Erkenntnissen und evtl. den Experimenten von Peter Mitchell (chemiosmotische Theorie) zum Aufbau eines Protonengradienten in den Mitochondrien für die ATP-Synthase (vereinfacht)

Grundprinzipien von molekularen Tracern werden wiederholt.

Experimente werden unter dem Aspekt der Energieumwandlung ausgewertet.

Wie funktional sind bestimmte Trainingsprogramme und Ernährungsweisen für bestimmte Trainingsziele?

Systemebenen: Organismus,

Zelle, Molekül

• Ernährung und Fitness
• Kapillarisierung
• Mitochondrien

Systemebene: Molekül

• Glycogenspeicherung
• Myoglobin

erläutern unterschiedliche Trainingsformen adressatengerecht und begründen sie mit Bezug auf die Trainingsziele (K4).

erklären mithilfe einer graphischen Darstellung die zentrale Bedeutung des Zitronensäurezyklus im Zellstoffwechsel (E6, UF4).

Fallstudien aus der Fachliteratur (Sportwissenschaften)

Arbeitsblatt mit einem vereinfachten Schema des Zitronensäurezyklus und seiner Stellung im Zellstoffwechsel (Zusammenwirken von Kohlenhydrat, Fett und Proteinstoffwechsel)

Hier können Trainingsprogramme und Ernährung unter Berücksichtigung von Trainingszielen (Aspekte z.B. Ausdauer, Kraftausdauer, Maximalkraft) und der Organ- und Zellebene (Mitochondrienanzahl, Myoglobinkonzentration, Kapillarisierung, erhöhte Glykogenspeicherung) betrachtet, diskutiert und beurteilt werden.

Verschiedene Situationen können „durchgespielt“ (z.B. die Folgen einer Fett-, Vitamin- oder Zuckerunterversorgung) werden.

Wie wirken sich leistungssteigernde Substanzen auf den Körper aus?

Systemebenen: Organismus,

Zelle, Molekül

• Formen des Dopings

-        Anabolika

-        EPO

-        …

nehmen begründet Stellung zur Verwendung leistungssteigernder Substanzen aus gesundheitlicher und ethischer Sicht (B1, B2, B3).

Anonyme Kartenabfrage zu Doping

Informationstext zu Werten, Normen, Fakten

Informationstext zum ethischen Reflektieren ( z.B. nach Martens 2003)

Exemplarische Aussagen von Personen

Informationstext zu EPO

Historische Fallbeispiele zum Einsatz von EPO (Blutdoping) im Spitzensport

Weitere Fallbeispiele zum Einsatz anaboler Steroide in Spitzensport und Viehzucht

Juristische und ethische Aspekte werden auf die ihnen zugrunde liegenden Kriterien reflektiert.

Verschiedene Perspektiven und deren Handlungsoptionen werden erarbeitet, deren Folgen abgeschätzt und bewertet.

Bewertungsverfahren und Begriffe werden geübt und gefestigt.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

·         ggf. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe

Leistungsbewertung:

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

• ggf. Klausur.

Unterrichtsvorhaben I:

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

Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Meiose und Rekombination

·         Analyse von Familienstammbäumen

·         Bioethik

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

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

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

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

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung in­haltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe­tenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materia­lien/ Methoden

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

Reaktivierung von SI-Vorwissen:

·         Mendel Genetik

·         Mitose

·         …

Think-Pair-Share zu bekannten Elementen

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

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

·         Meiose

·         Spermatogenese / Oogene­se

Bei welchem Vorgang entscheidet sich die genetische Ausstattung ei­ner Keimzelle und wie entsteht ge­netische Vielfalt?

·         inter-und intrachromosoma­le Rekombination

erläutern die Grundprinzi­pien der Rekombination (Reduktion und Neukombi­nation der Chromosomen) bei Meiose und Befruch­tung (UF4).

evtl mit der Selbstlernplattform von Mallig:

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

Materialien (z.B. Knetgummi, Pfeifenputzer)

Arbeitsblätter

Film (z.B. Reifeteilung, Sex-Test für Caster Semenya)

Zentrale Aspekte der Meiose werden selbstständig wiederholt und geübt.

Schlüsselstellen bei der Keimzellen­bildung werden erarbeitet und die theoretisch möglichen Rekombinati­onsmöglichkeiten ermittelt.

Wie kann man mit Hilfe eines Stammbaums Vererbungsmuster von genetisch bedingten Krankhei­ten im Verlauf von Familiengenera­tionen ermitteln und daraus Pro­gnosen für den Nachwuchs ablei­ten?

·         Erbgänge/Vererbungsmodi

·         genetisch bedingte Krank­heiten z.B:

-Cystische Fibrose

-Muskeldystrophie nach

 Duchenne

Chorea Huntington

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

Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer Stammbaum­analyse.

Rollenspiel zu Situationen in der PND

Exemplarische Beispiele von Fa­milienstammbäumen

evtl. mit der Selbstlernplattform von Mallig:

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

Prognosen zum Auftreten spezifi­scher, genetisch bedingter Krankhei­ten werden für Paare mit Kinder­wunsch ermittelt und für (weitere) Kinder begründet angegeben.

Zentrale Aspekte der Stammbaumanalyse werden selbstständig wiederholt und geübt.

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

·         Gentherapie

·         Zelltherapie

recherchieren Unterschie­de zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese un­ter Verwendung geeigne­ter Darstellungsformen (K2, K3).

stellen naturwissenschaft­lich-gesellschaftliche Posi­tionen zum therapeuti­schen Einsatz von Stamm­zellen dar und beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4).

Recherche zu embryonalen bzw. adulten Stammzellen und damit verbundenen therapeutischen An­sätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft ausgewählten Quel­len:

-       Internetquellen

-       Fachbücher / Fachzeit­schriften

-       Informationsblätter

Checkliste: Welche Quelle ist neu­tral und welche nicht?

Checkliste: richtiges Belegen von Informationsquellen

Ggf. Powerpoint-Präsentationen der SuS

Dilemmamethode

(Podiumsdiskussion)

Das vorgelegte Material könnte von SuS ergänzt werden.

An dieser Stelle kann auf das korrek­te Belegen von Text- und Bildquellen eingegangen werden, auch im Hin­blick auf die Facharbeit. Neutrale und „interessengefärbte Quellen“ werden reflektiert.

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

Diagnose von Schülerkompetenzen:

·         Ggf. Präsentation der arbeitsteiligen GA (Stammbaumanalyse); Wer wird Millionär? - ein kleines Quiz

Leistungsbewertung:

·         Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben II:

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

Inhaltsfeld: 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Proteinbiosynthese

·         Genregulation

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläu­tern

·         UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Krite­rien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen

·         UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und auf­zeigen

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

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung in­haltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe­tenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materia­lien/ Methoden

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

Wie ist das Erbgut aufgebaut?

·         Reaktivierung von EF-Vor­wissen (Aufbau der DNA und Ablauf der Replikation mit den beteiligten Enzymen)

Wie läuft die Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten auf molekularer Ebene ab?

·         Definition "Gen"

·         Eigenschaften des Gene­tischen Codes

·         Proteinbiosynthese

·         Transkription

·         Translation

·         Ein Gen ein Polypepti­d-Hypothese

Kurzer Einblick in die Epigenetik

Welche unterschiedlichen Muta­tionsarten gibt es und wie wir­ken sie sich aus?

ñ    Genmutation (Punktmuta­tion): Stumme M., Missense M. , Nonsense M., Rasterschubmu­tation (Basenpaar- Insertion oder Deletion)

ñ    Genommutation

ñ    Chromosomenmutation (Deletion, Inversion, Duplikation, Translokation)

ñ    Mutagene

Wie können Gene reguliert wer­den?(Operon-Modell)

ñ    Substratinduktion

ñ    Enzymrepression

Wie entsteht Krebs?

ñ    Proto-Onkogen

ñ    Tumor-Supressorgen

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

erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmuta­tionen (UF1, UF2),

erklären die Auswirkun­gen verschiedener Gen-, Chromosom- und Ge­nommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Be­rücksichtigung von Gen­wirkketten) (UF1, UF4),

reflektieren und erläutern den Wandel des Genbe­griffes (E7)

erklären einen epigene­tischen Mechanismus als  Modell zur Rege­lung des Zellstoffwech­sels (E6)

erläutern und entwi­ckeln Modellvorstellun­gen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genre­gulation bei Prokaryo­ten (E2, E5, E6)

erklären mithilfe eines Modells die Wechselwir­kung von Proto-Onkoge­nen und Tumor-Suppres­sorgenen auf die Regula­tion des Zellzyklus und beurteilen die Folgen von Mutationen in diesen Ge­nen (E6, UF1, UF3, UF4)

DNA-Modell

evtl. Film Die Zelle, Teil I und II, 

Film zur Replikation

Arbeitsblätter:

Zeitungsartikel zum Thema

ggf. Küchenrezept zur Isolierung eige­ner DNA

Hinführung zum gen. Code

evtl. DNA-Puzzle

Auswirkungen von Mutationen, z.B. anhand der Sichelzellenanämie

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

Schüleraktivierung durch praktisches Arbeiten

Mithilfe verschiedener Fallbeispiele werden die teilweise dramatischen Auswirkungen der verschiedenen Mutationsarbeiten erarbeitet und mit einander verglichen.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

·         evtl. Selbstdiagnose in Form eines Lückentextes

Leistungsbewertung:

·         Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben III:

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

Inhaltsfeld: 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·                     

Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

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

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

·         B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlö­sungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung in­haltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe­tenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materia­lien/ Methoden

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

Welche Bedeutung haben mole­kulargenetische Werkzeuge?

·                    Restriktionsenzyme, Liga­sen, Vektoren

Welche Methoden des Gen­transfers gibt es?

Wie kann ein genetischer Fin­gerabdruck hergestellt werden?

ñ    PCR Methode

ñ    Gelelektrophorese

DNA-Chips

Transgene Organismen

beschreiben molekular­genetische Werkzeuge und erläutern deren Be­deutung für gentechni­sche Grundoperationen (UF1).

erläutern molekularge­netische Verfahren (u.a. PCR und Gelelektropho­rese) und ihre Einsatz­gebiete (E4, E1, UF1)

stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3),

stellen naturwissen-schaftlich-gesellschaftl. Positio­nen zum therap. Einsatz von Stammzellen dar und bewerten Inter­essen sowie Folgen ethisch (B3, B4),

geben die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-Sequen­zierung an und bewer­ten Chancen und Risi­ken (B1, B3),

Filme

Arbeitsblätter:

Vaterschaftstest, Täterüberführung

ggf. Lerntempoduett

Hierbei sollen die SuS sich mit den Möglichkeiten und Grenzen der derzeitigen Genetik kritisch auseinander setzen und ihre Meinung dazu vertreten

Diagnose von Schülerkompetenzen:

·         Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben I:

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

Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Meiose und Rekombination
• Analyse von Familienstammbäumen
• Bioethik

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

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

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

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

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Reaktivierung von SI-Vorwissen

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

• Mendel Genetik
• Meiose
• Spermatogenese / Oogenese

Bei welchem Vorgang entscheidet sich die genetische Ausstattung einer Keimzelle und wie entsteht genetische Vielfalt?

• inter-und intrachromosomale Rekombination

Wie kann man mit Hilfe eines Stammbaums Vererbungsmuster von genetisch bedingten Krankheiten im Verlauf von Familiengenerationen ermitteln und daraus Prognosen für den Nachwuchs ableiten?

• Erbgänge/Vererbungsmodi
• genetisch bedingte Krankheiten z.B:

-Cystische Fibrose

-Muskeldystrophie nach

 Duchenne

Chorea Huntington

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

• Gentherapie
• Zelltherapie

erläutern die Grundprinzipien der Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4).

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

recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3).

stellen naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4).

recherchieren Informationen zu humangenetischen Fragestellungen (u.a. genetisch bedingten Krankheiten), schätzen die Relevanz und Zuverläs-sigkeit der Informationen ein und fassen die Ergebnisse strukturiert zu-sammen (K2, K1, K3, K4)

Think-Pair-Share zu bekannten Elementen

evtl. Selbstlernplattform von Mallig:

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

Materialien (z.B. Knetgummi, Pfeifenputzer)

Arbeitsblätter

Film (z.B. Reifeteilung)

Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer Stammbaumanalyse.

Rollenspiel zu Situationen in der PND

Exemplarische Beispiele von Familienstammbäumen

evtl. Selbstlernplattform von Mallig:

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

Recherche zu embryonalen bzw. adulten Stammzellen und damit verbundenen therapeutischen Ansätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft ausgewählten Quellen:

-       Internetquellen

-       Fachbücher / Fachzeitschriften

-       Fachtexte

Checkliste: Welche Quelle ist neutral und welche nicht?

Checkliste: richtiges Belegen von Informationsquellen

Ggf. Powerpoint-Präsentationen der SuS

Dilemmamethode

(Podiumsdiskussion)

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

Zentrale Aspekte der Meiose werden selbstständig wiederholt und geübt.

Schlüsselstellen bei der Keimzellenbildung werden erarbeitet und die theoretisch möglichen Rekombinationsmöglichkeiten werden ermittelt.

Prognosen zum Auftreten spezifischer, genetisch bedingter Krankheiten werden für Paare mit Kinderwunsch ermittelt und für (weitere) Kinder begründet angegeben.

Das vorgelegte Material könnte von SuS ergänzt werden.

An dieser Stelle kann auf das korrekte Belegen von Text- und Bildquellen eingegangen werden, auch im Hinblick auf die Facharbeit. Neutrale und „interessengefärbte Quellen“ werden kriteriell reflektiert.

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

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• Ggf. Präsentation der arbeitsteiligen GA (Stammbaumanalyse)

Leistungsbewertung:

·         Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben II:

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

Inhaltsfeld: 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Proteinbiosynthese
• Genregulation
• Bioethik

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern

·         UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen

·         UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen

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

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Wie ist das Erbgut aufgebaut?

• Reaktivierung von EF-Vorwissen (Aufbau der DNA und Ablauf der Replikation mit den beteiligten Enzymen)

Wie läuft die Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten auf molekularer Ebene ab?

• Definition "Gen"
• Eigenschaften des Genetischen Codes
• Proteinbiosynthese
• Transkription
• Translation
• Ein Gen ein Polypeptid-Hypothese

Epigenetik

Welche unterschiedlichen Mutationsarten gibt es und wie wirken sie sich aus?

•                     Genmutation (Punktmutation): Stumme M., Missense M. , Nonsense M., Rasterschubmutation (Basenpaar- Insertion oder Deletion)

•                     Genommutation

•                     Chromosomenmutation (Deletion, Inversion, Duplikation, Translokation)

•                     Mutagene

Wie können Gene reguliert werden?

•                     Substratinduktion

•                     Enzymrepression

•                     evtl. RNA-Interferenz

Wie entsteht Krebs?

•                     Proto-Onkogen

•                     Tumor-Supressorgen

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

erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2),

erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4),

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

reflektieren und erläutern den Wandel des Genbegriffes (E7)

erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des Zellstoffwechsels und leiten Konsequenzen für den Organismus ab (E6)

erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6)

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

erklären mithilfe von Modellen genregulatorische Vorgänge bei Eukaryoten (E6)

erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und beurteilen die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4)

benennen Fragestellungen und stellen Hypothesen zur Entschlüsselung des genetischen Codes auf und erläutern klassische Experimente zur Entwicklung der Code-Sonne (E1, E3, E4)

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

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

erläutern die Bedeutung der Transkriptionsfaktoren für die Regulation von Zellstoffwechsel und Entwicklung (UF1, UF4)

stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3)

DNA-Modell

evtl. Film: Die Zelle, Teil I und II

Arbeitsblätter

Arbeitsblätter

Film

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

Diagnose von Schülerkompetenzen:

·         evtl. Selbstdiagnose in Form eines Lückentextes

Leistungsbewertung:

·         Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben III:

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

Inhaltsfeld: 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·                    Gentechnologie

·                    Bioethik

Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

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

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

·         B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Welche Bedeutung haben molekulargenetische Werkzeuge?

·                    Restriktionsenzyme, Ligasen, Vektoren

Welche Methoden des Gentransfers gibt es?

Wie kann ein genetischer Fingerabdruck hergestellt werden?

•                     PCR Methode

•                     Gelelektrophorese

DNA-Chips

Transgene Organismen

Synthetischer Organismus – erwächst aus der Wissenschaft eine gigantische Industrie?

beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1).

erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR und Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E1, UF1)

stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3),

stellen naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und bewerten Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4),

geben die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-Sequenzierung an und bewerten Chancen und Risiken (B1, B3)

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

begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3),

 erklären mithilfe von Modellen genregulatorische Vorgänge bei Eukaryo-ten (E6)

Filme

Arbeitsblätter

Lerntempoduett

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

• Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf

Unterrichtsvorhaben I:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E3 Hypothesen

·         E4 Untersuchungen und Experimente

·         E5 Auswertung

·         E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E6 Modelle

·         K4 Argumentation

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Dynamik von Populationen

Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben III:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         B2 Entscheidungen

·         B3 Werte und Normen

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

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Stoffkreislauf und Energiefluss

                                                                                                      Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben IV:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E5 Auswertung

·         B2 Entscheidungen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben I:  

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

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E1  in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren

·         E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreibe

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

·         E4  Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und da-bei mögliche Fehlerquellen reflektieren

·         E5  Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, dar-aus qualitative und einfache quantitative Zusammen-hänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

·         E7  an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Fotosynthese

·         Grundgleichung der Fotosynthese

·         Faktoren, die die FS beeinflussen

·         Fotosyntheserate in Abhängigkeit von abiotischen Faktoren

·         Foto- und Synthesereaktion im Vergleich

Wechselwirkungen mit abiotischen Faktoren

(1)  Temperatur

·         Poikilotherme/ homiotherme Tiere

·         RGT-Regel

·         Bergmannsche und Allensche Regel

(2)  Wasser

·        Anpassungen der Pflanzen: Hygrophyten, Mesopyhten, Xerophyten usw.

·        Osmoregulation im Tierreich

(3)  Licht

·        Pflanzen: Sonnen-/Schattenblätter und Fotoperiodismus

·        Tiere: Orientierung

Zusammenwirken abiotischer Faktoren

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

erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3)

analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5)

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

Quantitative Experimente zur Fotosyntheseaktivität in Abhängigkeit verschiedener abiotischen Faktoren (u.a. Temperatur, Lichtintensität, CO₂-Gehalt und Wellenlänge)

Messen und Darstellen von abiotischen Faktoren an verschiedenen Standorten

u.U. Untersuchung z. B. der Temperaturpräferenzen von Gliedertieren (z. B. Mehlwürmern) mit Hilfe einer Temperaturorgel

mögliches Projekt für zu Hause: Durchführen eines Experiments „Wachstum von Pflanzen (z.B. Kresse) in Abhängigkeit eines abiotischen Faktors (z.B. Temperatur)“ 

Ableitung von ökologischen Regeln aus      Untersuchungsdaten/ Fachliteratur

Modellversuch zur Erklärung der Bergmannschen Regel (zum Beispiel: Kartoffelmodellversuch)

Gruppenpuzzle: Anpassungen an den Wasserhaushalt (Hygrophyten, Hydrophyten, Mesophyten, Xerophyten, Sukkulenten)

Auswertung von Diagrammen zur Wirkung von mehreren Ökofaktoren

Checkliste „Inhalte eines vollständigen Versuchsprotokolls“ wiederholen

Wiederholung: Definition eines naturwissenschaftliches Experiment

Vertiefung: C4 und CAM Pflanzen im Vergleich

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat u.a.)

·         Projekt: Experiment „Wachstum von Pflanzen (z.B. Kresse) in Abhängigkeit eines abiotischen Faktors (z.B. Temperatur oder Licht)“ 

Unterrichtsvorhaben II:

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

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Dynamik von Populationen

Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E 6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben

·         K4  biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Populationsökologie

·    Populationsgröße/-dichte

·    Wachstum von Populationen

·    Fortpflanzungsstrategien: R- und K-Strategen

·    Volterra-Gesetze

ð  Welche Faktoren beeinflussen die Dynamik von Populationen?

ð  Welche Folgen ergeben sich für die jeweiligen Arten sowie das Ökosystem?

Biotische Faktoren

·         Konkurrenz (intra- und interspezifisch, Konkurrenzausschlussprinzip, Konkurrenzverminderungsprinzip

·         Ökologische Nische

·         Parasitismus

·         Symbiose

·         Räuber – Beute – Beziehung:

·         Schutzmechanismen (Schutztrachten, Warntracht, Mimikry usw.)

Schädlingsbekämpfungsmethoden

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

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

untersuchen die Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6)

leiten aus Untersuchungsdaten zu intra- und interspezifischen Beziehungen (Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter Verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1)

erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2)

recherchieren Beispiele für die biologische Invasion von Arten und leiten Folgen für das Ökosystem ab (K2, K4)

Schülerbuch oder AB: Wachstum von Populationen

Partnerpuzzle: r-und K-Strategen

Partnerpuzzle/Gruppenpuzzle: Schutzmechanismen/Schutz vor Fressfeinen in Räuber-Beute-Beziehungen.

evtl. Experiment: interspezifische Konkurrenz von Kresse, Rote Bete und Spinat

evtl. Referate zu parasitischen bzw. symbiontischen Beziehungen zwischen Lebewesen

Schülerbuch oder AB: Erarbeitung der Einnischung zum Beispiel bei Watvögeln

Recherche zum Einfluss von Neozoen auf die Entwicklung
von Ökosystemen

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat u.a.)

Unterrichtsvorhaben III:  

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

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Stoffkreislauf und Energiefluss

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         B2  in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Ent-scheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begründeten Standpunkt beziehen

·         B3  in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösungen darstellen

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Grundlagen der Synökologie:

·         Nahrungskette

·         Nahrungsnetz

·         Nahrungskreislauf

·         Trophieebenen

·         Energiefluss

Stoffkreisläufe

Welche Konflikte ergeben sich aus der Nutzung der Ressourcen durch den Menschen?

·         Nutzung natürlicher Ressourcen

·         Naturschutz

Wie lässt sich Nachhaltigkeit gewährleisten?

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

präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1)

diskutieren Konflikte zwischen der Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz (B2, B3)

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

Erstellen von Nahrungsnetzen

Concept Map: Stoffkreisläufe (z.B. Stickstoffkreislauf)

Posterpräsentation zur Darstellung anthropogener Einflüsse auf den Kohlenstoff-, Stickstoff- oder Wasserkreislauf

Placemat zum Begriff „Nachhaltigkeit“ à Ableiten einer Definition

Gruppenarbeit: Belastungen des Menschen z.B.: Luft, Wasser  und Boden, Gefährdung der Artenvielfalt  u.ä.à Erstellen von  Lernplakaten oder kurzer Unterrichtssequenz

Podiumsdiskussion: Diskussion (mit Rollenverteilung) über einen Konflikt zwischen zwei Parteien (Nutzung der natürlichen Ressourcen und Naturschutz) à Abwägen von Lösungsstrategien und Erkennen von Konflikten zwischen Nutzungs- und Schutzansprüche

kriteriengeleitete Bewertung von Handlungsoptionen im Sinne der Nachhaltigkeit

Der Begriff „nachhaltige Entwicklung“ wird eingeführt.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Unterrichtsvorhaben IV:  

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

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         B2  in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Entscheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begründeten Standpunkt beziehen

·         E5  Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Entwicklung von Ökosystemen

·         Sukzessionsstadien

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

Schülerbuch: Aufbau und Merkmale von Ökosystemen

Referate: Vorstellung verschiedener Ökosysteme (Wald, See, Bach)

Schülerbuch oder AB: Entwicklung von Ökosystemen

ggf. Freilanduntersuchung: eigene experimentelle Untersuchungen

Möglicher Schwerpunkt: Ein Laubwald oder die Odeborn

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf

Unterrichtsvorhaben I:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E3 Hypothesen

·         E4 Untersuchungen und Experimente

·         E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF1 Wiedergabe

·         E5 Auswertung

·         E6 Modelle

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Dynamik von Populationen

Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben III:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF4 Vernetzung

·         E6 Modelle

·         B2 Entscheidungen

·         B4 Möglichkeiten und Grenzen

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

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Stoffkreislauf und Energiefluss

Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben IV:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E3 Hypothesen

·         E4 Untersuchungen und Experimente

·         E5 Auswertung

·         E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Fotosynthese

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben V:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF2 Auswahl

·         K4 Argumentation

·         B2 Entscheidungen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben I:  

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

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E1  in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren

·         E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreibe

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

·         E4  Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren

·         E5  Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

·         E7  an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Ökofaktoren der unbelebten Umwelt

(1)  Temperatur

·         Poikilotherme/ homiotherme Tiere

·         RGT-Regel

·         Bergmannsche und Allensche Regel

(2)  Wasser

·         Anpassungen der Pflanzen: Hygrophyten, Mesopyhten, Xerophyten usw.

·         Osmoregulation im Tierreich

(3)  Licht

·         Pflanzen: Sonnen-/Schattenblätter und Fotoperiodismus

·         Tiere: Orientierung

Zusammenwirken abiotischer Faktoren

planen ausgehend von Hypothesen Experimente zur Überprüfung der ökologischen Potenz nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienorientiert Beobachtungen und Messungen vor und deuten die Ergebnisse

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

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

Messen und Darstellen von abiotischen Faktoren an verschiedenen Standorten

u.U. Untersuchung z. B. der Temperaturpräferenzen von Gliedertieren (z. B. Mehlwürmern) mit Hilfe einer Temperaturorgel

evtl. Projekt für zu Hause: Durchführen eines Experiments „Wachstum von Pflanzen (z.B. Kresse) in Abhängigkeit eines abiotischen Faktors (z.B. Temperatur)“ 

Ableitung von ökologischen Regeln aus      Untersuchungsdaten/ Fachliteratur

Modellversuch zur Erklärung der Bergmannschen Regel (zum Beispiel: Kartoffelmodellversuch)

Gruppenpuzzle: Anpassungen an den Wasserhaushalt (Hygrophyten, Hydrophyten, Mesophyten, Xerophyten, Sukkulenten)

Auswertung von Diagrammen zur Wirkung von mehreren Ökofaktoren

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

·         Projekt: Experiment „Wachstum von Pflanzen (z.B. Kresse) in Abhängigkeit eines abiotischen Faktors (z.B. Temperatur oder Licht)“ 

Unterrichtsvorhaben II:

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

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Dynamik von Populationen

Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E 6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben

·         K4  biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Populationsökologie

·    Populationsgröße/-dichte

·    Wachstum von Populationen

·    Fortpflanzungsstrategien: R- und K-Strategen

·    Volterra-Gesetze

ð  Welche Faktoren beeinflussen die Dynamik von Populationen?

ð  Welche Folgen ergeben sich für die jeweiligen Arten sowie das Ökosystem?

Biotische Faktoren

·         Konkurrenz (intra- und interspezifisch, Konkurrenzausschlussprinzip, Konkurrenzverminderungsprinzip

·         Ökologische Nische

·         Parasitismus

·         Symbiose

·         Räuber – Beute – Beziehung:

·         Schutzmechanismen (Schutztrachten, Warntracht, Mimikry usw.)

Schädlingsbekämpfungsmethoden

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

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

untersuchen die Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6)

leiten aus Untersuchungsdaten zu intra- und interspezifischen Beziehungen (Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter Verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1)

erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2)

recherchieren Beispiele für die biologische Invasion von Arten und leiten Folgen für das Ökosystem ab (K2, K4)

untersuchen das Vorkommen, die Abundanz und die Dispersion von Lebewesen eines Ökosystems im Freiland (E1, E2, E4)

vergleichen das Lotka-Volterra-Modell mit veröffentlichten Daten aus Freilandmessungen und diskutieren die Grenzen des Modells (E6)

statistische Auswertung von Daten

Schülerbuch oder AB: Wachstum von Populationen

Partnerpuzzle: r-und K-Strategen

Partnerpuzzle/Gruppenpuzzle: Schutzmechanismen/Schutz vor Fressfeinen in Räuber-Beute-Beziehungen.

evtl. Experiment: interspezifische Konkurrenz von Kresse, Rote Bete und Spinat

ggf. Referate zu parasitischen bzw. symbiontischen Beziehungen zwischen Lebewesen

Schülerbuch: Erarbeitung der Einnischung zum Beispiel bei Watvögeln

Recherche zum Einfluss von Neozoen auf die Entwicklung
von Ökosystemen

Vergleich des Lotka-Volterra-Modells mit den Populations-schwankungen bei Schnee-schuhhase und Luchs im Freiland

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Unterrichtsvorhaben III:  

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

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Stoffkreislauf und Energiefluss

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         B2  in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Ent-scheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, ge-wichten und einen begründeten Standpunkt beziehen

·         B3  in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösungen darstellen

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Grundlagen der Synökologie :

·         Nahrungskette

·         Nahrungsnetz

·         Nahrungskreislauf

·         Trophieebenen

·         Energiefluss

Stoffkreisläufe

·         Stickstoffkreislauf

·         Kohlenstoffkreislauf

·         Wasserkreislauf

Welche Konflikte ergeben sich aus der Nutzung der Ressourcen durch den Menschen?

Wie lässt sich Nachhaltigkeit gewährleisten?

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

präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1)

diskutieren Konflikte zwischen der Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz (B2, B3)

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

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

Erstellen von Nahrungsnetzen

Concept Map: Stoffkreisläufe (z.B. Stickstoffkreislauf)

Posterpräsentation zur Darstellung anthropogener Einflüsse auf den Kohlenstoff- Stickstoff- oder Wasserkreislauf

Placemat zum Begriff „Nachhaltigkeit“ à Ableiten einer Definition

Gruppenarbeit z.B.: Belastungen des Menschen: Luft, Wasser und Boden, Gefährdung der Artenvielfalt o.ä. à Erstellen von  Lernplakaten oder einer kurzen Unterrichtseinheit

Podiumsdiskussion: Diskussion (mit Rollenverteilung) über einen Konflikt zwischen zwei Parteien (Nutzung der natürlichen Ressourcen und Naturschutz) à Abwägen von Lösungsstrategien und Erkennen von Konflikten zwischen Nutzungs- und Schutzansprüche

kriteriengeleitete Bewertung von Handlungsoptionen im Sinne der Nachhaltigkeit

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Unterrichtsvorhaben IV:

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

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Fotosynthese

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E1  in vorgegebenen Situationen biologische Probleme be-schreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren,

·         E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewon-nene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben,

·         E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung an-geben,

·         E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und da-bei mögliche Fehlerquellen reflektieren,

·         E5 Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, dar-aus qualitative und einfache quantitative Zusammen-hänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

·         E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Fotosynthese

·  Grundgleichung der Fotosynthese

·  Fotosyntheserate in Abhängigkeit von abiotischen Faktoren

·  Unterscheidung von Foto- und Synthesereaktion

leiten aus Forschungsexperimenten zur Aufklärung der Fotosynthese zu Grunde
liegende Fragestellungen und Hypothesen ab (E1, E3, UF2, UF4).

analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5)

leiten aus Forschungsexperimenten zur Aufklärung der Fotosynthese zu Grunde liegende Fragestellungen und Hypothesen ab (E1, E3, UF2, UF4)

erläutern mithilfe einfacher Schemata das Grundprinzip der Energieumwandlung in den Fotosystemen und den Mechanismus der
ATP-Synthese (K3, UF1).

erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3

Quantitative Experimente zur Fotosyntheseaktivität in Abhängigkeit verschiedener abiotischen Faktoren (u.a. Temperatur, Lichtintensität, CO₂-Gehalt und Wellenlänge)

Analyse z. B. der Experimente
von Engelmann, Hill, Kamen
und Emerson

Erarbeitung des Prinzips der Energieumwandlung in den Fotosystemen und des Mechanismus der ATP-Synthese

Erarbeitung des Ablaufs der Foto- (Primär-/ lichtabhängigen) und der Synthese- (Sekundär-/ licht-unabhängigen) Reaktion und des Zusammenwirkens von Foto- und Synthesereaktion

Checkliste „Inhalte eines vollständigen Versuchsprotokolls“ wiederholen

Wiederholung: Definition eines naturwissenschaftliches Experiment

Vertiefung: C4 und CAM Pflanzen im Vergleich

Wiederholung: Aufbau des Chloroplasten,

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Unterrichtsvorhaben V:  

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

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         B2  in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Ent-scheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, ge-wichten und einen begründeten Standpunkt beziehen

·         E5  Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, dar-aus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Entwicklung von Ökosystemen

·         Sukzessionsstadien

entwickeln aus zeitlich-rhythmischen Änderungen des Lebensraums bio-logische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5)

Schülerbuch: Aufbau und Merkmale von Ökosystemen

Referate: Vorstellung verschiedener Ökosysteme (Wald, See, Bach)

Schülerbuch oder AB: Entwicklung von Ökosystemen

Freilanduntersuchung: eigene experimentelle Untersuchungen

Möglicher Schwerpunkt: Der Laubwald oder die Odeborn

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung – Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF1 Wiedergabe

·         UF2 Auswahl

·         E6 Modelle

·         K3 Präsentation

Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Aufbau und Funktion von Neuronen w Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung

Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         K1 Dokumentation

·         UF4 Vernetzung

Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Plastizität und Lernen

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben I:

·         Thema/ Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung – Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung? 

Inhaltsfeld: IF4 Neurobiologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Aufbau und Funktion von Neuronen

·         Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung

Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

·         UF1 Wiedergabe

·         UF2 Auswahl

·         E6 Modelle

·         K3 Präsentation

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Methoden-/Materialien-/Lernmittel-
empfehlungen

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  

Didaktisch-methodische Anmerkungen mit Blick auf die Kompetenz- entwicklung

Bau und Funktion eines Neurons

·         Zelltypen des Nervensystems: Neuronen und Schwannsche Zellen (Gliazellen)

·         Aufbau des Neurons (Zeichnung)

·         Funktion des Neurons

·         Funktion und Aufbau der Schwann´schen Zellen

beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons (UF1)

evtl. Filmsequenzen

Modelle

Informationstexte und Abbildungen  zum Aufbau und Funktion von Neuronen

erarbeiten anhand verschiedener Medien den Aufbau und die Funktion von Neuronen

Erregungsleitung am Axon

·         Moleklarbiologische Vorgänge während der Weiterleitung des AP´s

·         Kontinuierliche Erregungsleitung

·         Saltatorische Erregungsleitung

·         Faktoren die die Geschwindigkeit der Erregungsleitung bestimmen: Myelinisierung, Axonquerschnitt und Temperatur

·         Codierung von Reizen: Reizstärke, Reizdauer, Reizart

Aufbau und Funktion von Synapsen

·         Aufbau von Synapsen (Zeichnung)

·         Molekularbiologische Vorgänge an Synapsen

·         Synapsentypen: erregende und hemmende Synapse

Synaptische Verschaltung und Verrechnung

·         Zeitliche Summation

·         Räumliche Summation

Erklären die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelinisierten Axonen  (UF1)

erläutern die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene (UF1, UF3)

dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2)

Abbildungen zum Ablauf und der Messung eines Aktionspotentials

Lehrbuch

Gruppenarbeit: Informationsmaterial zu verschiedenen Nervengiften

Bildliche Darstellungen werden verglichen und auf Vollständigkeit und Korrektheit überprüft

Erarbeiten auf der Grundlage des Wissens über Axone und Synapsen Wirkungsweisen verschiedener Nervengifte und stellen diese vor

Entstehung eines Membranpotentials

·         Ionenverteilung an der Membran

·         Permeabilität der Membran

·         Ruhepotential

·         Funktionsweise und Bedeutung der Natrium-Kalium-Pumpe

·         Messung des Membranpotentials

Entstehung eines Aktionspotentials

·         Spannungsgesteuerte Ionenkanäle

·         Phasen des Aktionspotentials: Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation, Refraktärzeit

·         Molekularbiologische Vorgänge während eines Aktionspotentials

·         Zeichnerische Darstellung eines Aktionspotentials

erklären Ableitungen von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse und werten Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen aus (E5, E2, UF1, UF2)

Abbildungen und Folienpuzzel

Informationstexte

Signaltransduktion am Beispiel

Stellen das Prinzip der Signaltransduktion an einen Rezeptor anhand von Modellen dar (E6, Uf1, UF2, UF4)

Informationsmaterial für ein Beispiel der Signaltransduktion wird in Partnerarbeit erarbeitet

An einem Beispiel wird modellhaft die Übertragung von Signalen dargestellt

Aufbau und Funktion des Vegetativen Nervensystems

erklären die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an Beispielen (UF4, E6, UF2, UF1)

Lehrbuch oder AB

Erarbeitung der Bedeutung und Funktion des vegetativen Nervensystems für den menschlichen Körper

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Beurteilungsaufgaben, Optimierungsaufgaben, Dokumentationsaufgaben, Reflexionsaufgaben

Leistungsbewertung:

• u. a. Klausur, schriftliche Übung

Unterrichtsvorhaben II

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

Inhaltsfeld:   IF 4 (Neurobiologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Plastizität und Lernen

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

·          K1 Dokumentation

·         UF4 Vernetzung

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Methoden-/Materialien-/Lernmittel-
empfehlungen

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  

Didaktisch-methodische Anmerkungen mit Blick auf die Kompetenz- entwicklung

Wie funktioniert unser Gedächtnis?

·         Informationsverarbeitung

        im Zentralnervensystem

·         Bau des Gehirns

·         Hirnfunktionen

stellen aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomisch-physiologischer Ebene dar (K3, B1)

Lehrbuch

Erarbeiten kurz den Bau und wesentliche Funktionen des Gehirns an

Was passiert, wenn eine Information aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt wird?

·         Neuronale Plastizität

erklären den Begriff der Plastizität anhand geeigneter Modelle und leiten  die Bedeutung für ein lebenslanges Lernen ab  UF4)

Informationstexte zur neuronalen Plastizität

Lehrbuch: Lernen und Gedächtnis

Im Vordergrund stehen die Herausarbeitung und Visualisierung des Begriffs „Neuronale Plastizität“: (Umbau-, Wachstums-, Verzweigungs- und Aktivitätsmuster von Nervenzellen im Gehirn mit besonderem Schwerpunkt auf das Wachstum der Großhirnrinde)

Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden einander gegenübergestellt

Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen bei bildgebenden Verfahren?

·         MRT

Ermitteln mit Hilfe von Aufnahmen eines bildgebenden Verfahrens Aktivitäten verschiedener Gehirnareale (E5, UF4)

Informationstexte, Bilder und kurze Filme zum MRT

Welche Erklärungsansätze gibt es zur ursächlichen Erklärung von Morbus Alzheimer und welche Therapie-Ansätze und Grenzen gibt es?

·         Degenerative Erkrankungen des Gehirns

recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung (K2, K3)

Recherche in digitalen und analogen Medien, die von den SuS selbst gewählt werden.

Wesentliche Aspekte degenerativer Krankheiten werden erarbeitet und in Kurzvorträgen vorgestellt     ( z.B. Think-Pair-Share)

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Beurteilungsaufgaben, Optimierungsaufgaben, Dokumentationsaufgaben, Reflexionsaufgaben

Leistungsbewertung:

• u. a. Klausur, schriftliche Übung

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung – Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF1 Wiedergabe

·         UF2 Auswahl

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E5 Auswertung

·         E6 Modelle

Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Aufbau und Funktion von Neuronen w Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 1) w        Methoden der Neurobiologie (Teil 1)

Zeitbedarf: ca. 25 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

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

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E6 Modelle

·         K3 Präsentation

Inhaltsfelder: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Leistungen der Netzhaut w Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2)

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Aspekte der Hirnforschung – Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn?

Kompetenzen:

·         UF4 Vernetzung

·         K2 Recherche

·         K3 Präsentation

·         B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Plastizität und Lernen w Methoden der Neurobiologie (Teil 2)

Zeitbedarf: ca. 17 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben I

·         Thema/Kontext:    Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung – Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert?    

Inhaltsfeld:   IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Aufbau und Funktion von Neuronen

·         Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 1)          

·         Methoden der Neurobiologie (Teil 1)

Zeitbedarf:  ca. 25 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

·          UF1 Wiedergabe

·         UF2 Auswahl

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E5 Auswertung

·         E6 Modelle

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Methoden-/Materialien-/Lernmittel-
empfehlungen

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  

Didaktisch-methodische Anmerkungen mit Blick auf die Kompetenz- entwicklung

Bau und Funktion eines Neurons

·         Zelltypen des Nervensystems: Neuronen und Schwann´sche Zellen (Gliazellen)

·         Aufbau des Neurons (Zeichnung)

·         Funktion des Neurons

·         Funktion und Aufbau der Schwann´schen Zellen

beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons (UF1)

evtl. Filmsequenzen

Modelle

Informationstexte und Abbildungen  zum Aufbau und Funktion von Neuronen

erarbeiten anhand verschiedener Medien den Aufbau und die Funktion von Neuronen

Erregungsleitung am Axon

·         Moleklarbiologische Vorgänge während der Weiterleitung des AP´s

·         Kontinuierliche Erregungsleitung

·         Saltatorische Erregungsleitung

·         Faktoren die die Geschwindigkeit der Erregungsleitung bestimmen: Myelinisierung, Axonquerschnitt und Temperatur

·         Codierung von Reizen: Reizstärke, Reizdauer, Reizart

Aufbau und Funktion von Synapsen

·         Aufbau von Synapsen (Zeichnung)

·         Molekularbiologische Vorgänge an Synapsen

·         Synapsentypen: erregende und hemmende Synapse

Synaptische Verschaltung und Verrechnung

·         Zeitliche Summation

Räumliche Summation

vergleichen die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelinisierten und nicht myelinisierten Axonen miteinander und stellen diese unter dem Aspekt der Leitungsgeschwindigkeit in einen funktionellen Zusammenhang (UF2, UF3, UF4)

erläutern die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene (UF1, UF3)

Abbildungen zum Ablauf und der Messung eines Aktionspotentials

Lehrbuch

Informationsmaterial zu verschiedenen Nervengiften

Bildliche Darstellungen werden verglichen und auf Vollständigkeit und Korrektheit überprüft

Entstehung eines Membranpotentials

·         Ionenverteilung an der Membran

·         Permeabilität der Membran

·         Ruhepotential

·         Funktionsweise und Bedeutung der Natrium-Kalium-Pumpe

·         Messung des Membranpotentials

Entstehung eines Aktionspotentials

·         Spannungsgesteuerte Ionenkanäle

·         Phasen des Aktionspotentials: Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation, Refraktärzeit

·         Molekularbiologische Vorgänge während eines Aktionspotentials

·         Zeichnerische Darstellung eines Aktionspotentials

Wie Wissen entsteht: Patch-Clamp-Technik

erklären Ableitungen von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse und werten Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen aus (E5, E2, UF1, UF2)

leiten aus Messdaten der Patch-Clamp-Technik Veränderungen von Ionenströmen durch Ionenkanäle ab und entwickeln dazu Modellvorstellungen (E5, E6, K4)

Abbildungen und Folienpuzzel

Informationstexte

Informationstexte

erarbeiten an ausgewählten Informationstexten den Ablauf und die Bedeutung der Patch-Clamp-Technik

Aufbau und Funktion des Vegetativen Nervensystems

erklären die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an Beispielen (UF4, E6, UF2, UF1)

Lehrbuch

evtl. Gruppenpuzzel

Erarbeitung der Bedeutung und Funktion des vegetativen Nervensystems für den menschlichen Körper

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Beurteilungsaufgaben, Optimierungsaufgaben, Dokumentationsaufgaben, Reflexionsaufgaben

Leistungsbewertung:

• u. a. Klausur, schriftliche Übung

Unterrrichtsvorhaben II

·         Thema/Kontext: Fototransduktion – Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn?

Inhaltsfeld:   IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Leistungen der Netzhaut

·         Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2)

Zeitbedarf:  ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

·          E6 Modelle

·         K3 Präsentation

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Methoden-/Materialien-/Lernmittel-
empfehlungen

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  

Didaktisch-methodische Anmerkungen mit Blick auf die Kompetenz- entwicklung

Aufnahme und Verarbeitung von Sinnesreizen

Aufbau und Funktion des Auges

Aufbau und Funktion der Netzhaut

·         Fototransduktion

·         Informationsverarbeitung in der Netzhaut

·         Farbensehen

·         Verarbeitung visueller Informationen im Gehirn

erläutern den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den Aspekten der Farb- und Kontrastwahrnehmung (UF3, UF4)

stellen die Veränderung der Membranspannung an Lichtsinneszellen anhand von Modellen dar und beschreiben die Bedeutung des second messengers und der Reaktionskaskade bei der Fototransduktion (E6, E1)

stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Entstehung des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar (K1, K3)

Lehrbuch

evtl. Präparation eines Linsenauges (Schweineauge)

Lehrbuch

Informationstexte und Abbildungen (Lehrbuch)

Durch die Präparation eines Linsenauges erleben die S. Aufbau und die Funktion der einzelnen Teile

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Beurteilungsaufgaben, Optimierungsaufgaben, Dokumentationsaufgaben, Reflexionsaufgaben

Leistungsbewertung:

• u. a. Klausur, schriftliche Übung

Unterrichtsvorhaben III

·         Thema/ Kontext:     Aspekte der Hirnforschung – Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn?   

Inhaltsfeld:   IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Plastizität und Lernen

·         Methoden der Neurobiologie (Teil 2)

Zeitbedarf:  ca. 17 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

·          UF4 Vernetzung

·         K2 Recherche

·         K3 Präsentation

·         B4 Möglichkeiten und Grenzen

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Methoden-/Materialien-/Lernmittel-
empfehlungen

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  

Didaktisch-methodische Anmerkungen mit Blick auf die Kompetenz- entwicklung

Wie funktioniert unser Gedächtnis?

·         Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem

·         Bau des Gehirns

·         Hirnfunktionen

stellen aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomisch-physiologischer Ebene dar (K3, B1)

Stationenlernen zum Aufbau und Funktion des Gehirns

Lehrbuch

Erarbeiten selbstständig den Bau und wesentliche Funktionen des Gehirns an Informationsmaterial und einfachen Experimenten

Was passiert, wenn eine Information aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt wird?

·         Neuronale Plastizität

erklären den Begriff der Plastizität anhand geeigneter Modelle und leiten  die Bedeutung für ein lebenslanges Lernen ab (E6, UF4)

Informationstexte zur neuronalen Plastizität

Lehrbuch oder AB: Lernen und Gedächtnis

Im Vordergrund stehen die Herausarbeitung und Visualisierung des Begriffs „Neuronale Plastizität“: (Umbau-, Wachstums-, Verzweigungs- und Aktivitätsmuster von Nervenzellen im Gehirn mit besonderem Schwerpunkt auf das Wachstum der Großhirnrinde)

Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden einander gegenübergestellt

Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen bei bildgebenden Verfahren?

·         PET

·         MRT, fMRT

stellen Möglichkeiten und Grenzen bildgebender Verfahren zur Anatomie und zur Funktion des Gehirns (PET und fMRT) gegenüber und bringen diese mit der Erforschung von Gehirnabläufen in Verbindung (UF4, UF1, B4)

MRT und fMRT Bilder, die unterschiedliche Struktur- und Aktivitätsmuster bei Probanden zeigen.

Informationstexte, Bilder und kurze Filme zu PET und fMRT

Wie beeinflusst Stress unser Lernen?

·         Einfluss von Stress auf das Lernen und das menschliche Gedächtnis

·         Cortisol-Stoffwechsel

Lehrbuch : Stress und Stresskormone

Der Zusammenhang zwischen Stress und messbaren Reaktionen der Körpers werden erarbeitet

Welche Erklärungsansätze gibt es zur ursächlichen Erklärung von Morbus Alzheimer und welche Therapie-Ansätze und Grenzen gibt es?

·         Degenerative Erkrankungen des Gehirns

recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung (K2, K3)

Recherche in digitalen und analogen Medien, die von den SuS selbst gewählt werden.

Wesentliche Aspekte degenerativer Krankheiten werden erarbeitet und in Kurzvorträgen vorgestellt ( z.B. Think-Pair-Share)

Wie wirken Neuroenhancer?

·         Neuro-Enhancement:

-       Medikamente gegen Alzheimer, Demenz und ADHS

dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2)

leiten Wirkungen von endo- und exogenen Substanzen (u.a. von Neuroenhancern) auf die Gesundheit ab und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft (B3, B4, B2, UF2, UF4)

Informationsmaterial zu verschiedenen Neuroenhancern

(z.B. Methylphenidat, Amphetamine)

Erarbeiten die Wirkungsweise und die Einsatzmöglichkeiten verschiedener Neuroenhancer

Diskutieren die Vor- und Nachteile des Einsatzes (z.B. Podiumsdiskussion

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Beurteilungsaufgaben, Optimierungsaufgaben, Dokumentationsaufgaben, Reflexionsaufgaben

Leistungsbewertung:

• u. a. Klausur, schriftliche Übung

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/ Kontext I: Evolution in Aktion - Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel?

Inhaltsfelder: Evolution

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Grundlagen evolutiver Veränderung

·         Artbegriff und Artbildung

·         Stammbäume (Teil1)

Zeitaufwand: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·                UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.

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

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

Statt der hier in Übereinstimmung mit dem Beispiel für einen schulinternen Lehrplan im Netz aufgeführten übergeordneten Kompetenzen können auch die folgenden übergeordneten Kompetenzen schwerpunktmäßig angesteuert werden: UF1, E5, K3

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe-tenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Welche genetischen Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel?

• Grundlagen des evolutiven Wandels
• Grundlagen biologischer Angepasstheit
• Populationen und ihre genetische Struktur

erläutern das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen (UF1, UF4).

erläutern den Einfluss der Evolutionsfaktoren (Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift) auf den Genpool der Population (UF4, UF1).

Materialien zur genetischen Variabilität und ihren Ursachen. z.B.: Hainschnirkelschnecken

concept map

z.B. Lerntempoduett zu abiotischen und biotischen Selektionsfaktoren (Beispiel: Birkenspanner, Kerguelen-Fliege)

An vorgegebenen Materialien zur genetischen Variabilität wird arbeitsgleich gearbeitet.

Auswertung als concept map

Ein Expertengespräch wird entwickelt.

Wie kann es zur Entstehung unterschiedlicher Arten kommen?

• Isolationsmechanismen
• Artbildung

erklären Modellvorstellungen zu allopatrischen und sympatrischen Artbildungsprozessen an Beispielen (E6, UF1).

kurze Informationstexte zu Isolationsmechanismen

Karten mit Fachbegriffen

Zeitungsartikel zur sympatrischen Artbildung

Je ein zoologisches und ein botanisches Beispiel pro Isolationsmechanismus werden verteilt.

Eine tabellarische Übersicht wird erstellt und eine Definition zur allopatrischen Artbildung wird entwickelt.

Unterschiede zwischen sympatrischer und allopatrischer Artbildung werden erarbeitet.

Welche Ursachen führen zur großen Artenvielfalt?

• Adaptive Radiation

stellen den Vorgang der adaptiven Radiation unter dem Aspekt der Angepasstheit dar (UF2, UF4).

Bilder und Texte zum Thema „Adaptive Radiation der Darwinfinken“

z.B. bewegliches Tafelbild

evtl. Evaluation

Ein Konzept zur Entstehung der adaptiven Radiation wird entwickelt.

Ergebnisse werden mit flexibel gestaltbaren Präsentationen an der Tafel dargestellt.

Fragenkatalog zur Selbst- und Fremdkontrolle wird selbstständig erstellt.

selbstständiges Erstellen eines Evaluationsbogens

Welche Ursachen führen zur Coevolution und welche Vorteile ergeben sich?

• Coevolution
• Selektion und Anpassung

wählen angemessene Medien zur Darstellung von Beispielen zur Coevolution aus Zoologie und Botanik aus und präsentieren Beispiele (K3, UF2).

belegen an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u.a. mithilfe von Auszügen aus Gendatenbanken) (E2, E5).

Texte und Schemata zur Kosten-Nutzen-Analyse

mediengestützte Präsentationen

Kriterienkatalog zur Beurteilung von Präsentationen

evtl. Filmanalyse

Eine Kosten-Nutzen-Analyse wird erstellt.

Anhand einer selbst gewählten medialen Darstellung werden verschiedene Beispiele der Coevolution präsentiert.

Mittels inhalts- und darstellungsbezogenenem Kriterienkatalog werden Präsentationen beurteilt.

Anhand unterschiedlicher Beispiele wird der Schutz vor Beutegreifern (Mimikry, Mimese, etc.) unter dem Aspekt des evolutionären Wandels von Organismen erarbeitet.

Fachbegriffe werden den im Film aufgeführten Beispielen zugeordnet.

Einsatz eines Kriterienkatalogs zur Beurteilung von Präsentationen

Wie lassen sich die evolutiven Mechanismen in einer Theorie zusammenfassen?

·         Synthetische Evolutionstheorie

stellen die Synthetische Evolutionstheorie zusammenfassend dar (UF2, UF4).

Informationstext oder Buch

Strukturlegetechnik zur synthetischen Evolutionstheorie

Die Faktoren, die zur Entwicklung der Evolutionstheorie führten, werden kritisch analysiert.

Eine vollständige Definition der Synthetischen Evolutionstheorie wird erarbeitet.

Was deutet auf verwandtschaftliche Beziehungen von Lebewesen hin?

• Belege für die Evolution
• konvergente und divergente Entwicklung

stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a. Molekularbiologie) adressatengerecht dar (K1, K3).

analysieren molekulargenetische Daten und deuten diese im Hinblick auf die Verbreitung von Allelen und Verwandtschaftsbeziehungen von Lebewesen (E5, E6).

deuten Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Merkmalen von Organismen zum Beleg konvergenter und divergenter Entwicklungen (E5, UF3).

Abbildungen von Beispielen konvergenter /divergenter Entwicklung und Homologien

Arbeitsteilige Gruppenarbeit

Texte und Abbildungen zu verschiedenen Untersuchungsmethoden: DNA-DNA-Hybridisierung, Aminosäure- und DNA-Sequenzanalysen, etc.

Definitionen werden anhand der Abbildungen entwickelt.

Die unterschiedlichen Methoden werden analysiert und vor dem Kurs präsentiert.

Wie lassen sich Verwandtschaftsverhältnisse ermitteln und systematisieren?

• Homologien
• Grundlagen der Systematik

entwickeln und erläutern Hypothesen zu phylogenetischen Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien (E3, E5, K1, K4).

beschreiben die Einordnung von Lebewesen mithilfe der Systematik und der binären Nomenklatur (UF1, UF4).

erstellen und analysieren Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen der Arten (E3, E5).

Daten und Abbildungen zu morphologischen Merkmalen der Wirbeltiere und der Unterschiede

Ergebnisse/Daten von molekulargenetischer Analysen

Bilder und Texte zu Apomorphien und Plesiomorphien und zur Nomenklatur

Lernplakat mit Stammbaumentwurf

Museumsrundgang

Daten werden ausgewertet und  Stammbäume erstellt.

Ergebnisse werden diskutiert.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. „Darstellungsaufgabe“ (concept map), Erstellen eines Fragenkatalogs zur Fremd- und Selbstkontrolle

Leistungsbewertung:

• Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Evolution von Sozialstrukturen – Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens?

Inhaltsfeld: Evolution

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Evolution und Verhalten

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden.

·         UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Wie konnten sich Sexualdimorphismen im Verlauf der Evolution etablieren, obwohl sie auf die natürliche Selektion bezogen eher Handicaps bzw. einen Nachteil darstellen?

• Evolution der Sexualität
• Sexuelle Selektion

-       inter- und intrasexuelle Selektion

-       reproduktive Fitness

erläutern das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen (UF1, UF4).

Bilder von Tieren mit deutlichen Sexualdimorphismen

Informationstexte (von der Lehrkraft ausgewählt)

-        zu Beispielen aus dem Tierreich und

-        zu ultimaten Erklärungsansätzen bzw. Theorien (Gruppenselektionstheorie und Individualselektionstheorie)

Ggf. Powerpoint-Präsentationen

Beobachtungsbogen

Das Phänomen Sexualdimorphismus wird visuell vermittelt.

Präsentationen werden inhalts- und darstellungsbezogen evaluiert.

Wieso gibt es unterschiedliche Sozial- und Paarsysteme?

• Paarungssysteme
• Habitatwahl

analysieren anhand von Daten die evolutionäre Entwicklung von Sozialstrukturen (Paarungssysteme, Habitatwahl) unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung (E5, UF2, UF4, K4).

Daten aus der Literatur zum Gruppenverhalten und Sozialstrukturen von Schimpansen, Gorillas und Orang-Utans

Graphiken/ Soziogramme

gestufte Hilfen zur Erschließung von Graphiken/ Soziogrammen

Präsentationen

Lebensgemeinschaften werden anhand von wissenschaftlichen Untersuchungsergebnissen und grundlegenden Theorien analysiert.

Erklärungshypothesen werden veranschaulichend dargestellt.

Ergebnisse werden vorgestellt und seitens der SuS inhalts- und darstellungsbezogen beurteilt.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

• Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben III:

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

Inhaltsfeld: Evolution/ Genetik

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Evolution des Menschen

·         Stammbäume (Teil 2)

Zeitaufwand: 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

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

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

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe-tenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Mensch und Affe – wie nahe verwandt sind sie?

• Primatenevolution

ordnen den modernen Menschen kriteriengeleitet Primaten zu (UF3).

entwickeln und erläutern Hypothesen zu phylogenetischen Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien (E3, E5, K1, K4).

erstellen und analysieren Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen von Arten (E3, E5).

verschiedene Entwürfe von Stammbäumen der Primaten basierend auf anatomisch-morphologischen Belegen

ggf. DNA-Sequenzanalysen verschiedener Primaten auswerten

z.B. Tabelle: Überblick über Parasiten verschiedener Primaten

Daten werden analysiert, Ergebnisse ausgewertet und Hypothesen diskutiert.

Auf der Basis der Ergebnisse wird ein präziser Stammbaum erstellt.

Wie erfolgte die Evolution des Menschen?

• Hominidenevolution

diskutieren wissenschaftliche Befunde (u.a. Schlüsselmerkmale) und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch-konstruktiv (K4, E7, B4).

Artikel aus Fachzeitschriften

Vorträge werden entwickelt und vor der Lerngruppe gehalten.

Der Lernzuwachs kann mittels eines Quizes kontrolliert werden.

Bewerten der Zuverlässigkeit von wissenschaftlichen Quellen/ Untersuchungen

Wieviel Neandertaler steckt in uns?

• Homo sapiens sapiens und Neandertaler

diskutieren wissenschaftliche Befunde (u.a. Schlüsselmerkmale) und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch-konstruktiv (K4, E7, B4).

Materialien zu molekularen Untersuchungsergebnissen (Neandertaler, Jetzt-Mensch)

Wissenschaftliche Untersuchungen werden kritisch analysiert.

Wie lässt sich Rassismus biologisch widerlegen?

• Menschliche Rassen gestern und heute

Bewerten die Problematik des Rasse-Begriffs beim Menschen aus historischer und gesellschaftlicher Sicht und nehmen zum Missbrauch dieses Begriffs aus fachlicher Perspektive Stellung (B1, B3, K4).

Texte zu historischem und gesellschaftlichem Missbrauch des Rassebegriffs.

Podiumsdiskussion

Kriterienkatalog zur Auswertung von Podiumsdiskussionen

Argumente werden mittels Belegen aus der Literatur erarbeitet und diskutiert.

Die Podiumsdiskussion wird anhand des Kriterienkatalogs reflektiert.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Quiz zur Selbstkontrolle, „Beobachtungsaufgabe“ (Podiumsdiskussion)

Leistungsbewertung:

• Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben I:

·         Thema/ Kontext: Evolution in Aktion - Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel?

Inhaltsfeld: Evolution

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Grundlagen evolutiver Veränderung

·         Art und Artbildung

·         Entwicklung der Evolutionstheorie

Zeitaufwand: ca. 16 Std. à 45 Minuten.

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.

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

·         E7 naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.

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

Statt der hier in Übereinstimmung mit dem Beispiel für einen schulinternen Lehrplan im Netz aufgeführten übergeordneten Kompetenzen können auch die folgenden übergeordneten Kompetenzen schwerpunktmäßig angesteuert werden: UF2, UF4, E6

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Welche genetischen Grundlagen beeinflussen den evolutiven Wandel?

·         Genetische Grundlagen des evolutiven Wandels

·         Grundlagen biologischer Angepasstheit

·         Populationen und ihre genetische Struktur

erläutern das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen (UF1, UF4).

erläutern den Einfluss der Evolutionsfaktoren (Mutation, Rekombination, Selektion, Gen-drift) auf den Genpool einer Population (UF4, UF1).

bestimmen und modellieren mithilfe des Hardy-Weinberg-Gesetzes die Allelfrequenzen in Populationen und geben Bedingungen für die Gültigkeit des Gesetzes an (E6).

Materialien zur genetischen Variabilität und ihren Ursachen. z.B.: Hainschnirkelschnecke, Zahnkärpfling

concept map

evtl. Lerntempoduett zu abiotischen und biotischen Selektionsfaktoren (z.B.: Birkenspanner, Kerguelen-Fliege)

An vorgegebenen Materialien zur genetischen Variabilität wird arbeitsteilig und binnendifferenziert gearbeitet.

Auswertung als concept map

Ein Expertengespräch wird entwickelt.

Das Hardy-Weinberg-Gesetz und seine Gültigkeit werden erarbeitet.

Wie kann es zur Entstehung unterschiedlicher Arten kommen?

·         Isolationsmechanismen

·         Artbildung

erklären Modellvorstellungen zu Artbildungsprozessen (u.a. allopatrische und sympatrische Artbildung) an Beispielen (E6, UF1).

Kurze Informationstexte zu Isolationsmechanismen

Karten mit Fachbegriffen

Informationen zu Modellen und zur Modellentwicklung

Messdaten (DNA-Sequenzen, Verhaltensbeobachtungen, etc.)

Je ein zoologisches und ein botanisches Beispiel pro Isolationsmechanismus werden bearbeitet.

Eine tabellarische Übersicht wird erstellt und eine Definition zur allopatrischen Artbildung wird entwickelt.

Modellentwicklung zur allopatrischen und sympatrischen Artbildung: Die Unterschiede werden erarbeitet und Modelle entwickelt.

Erarbeitung/ Entwicklung von Modellen mit anschließender Diskussion zu unterschiedlichen Darstellungsweisen

Welche Ursachen führen zur großen Artenvielfalt?

·         Adaptive Radiation

stellen den Vorgang der adaptiven Radiation unter dem Aspekt der Angepasstheit dar (UF2, UF4).

beschreiben Biodiversität auf verschiedenen Systemebenen (genetische Variabilität, Artenvielfalt, Vielfalt der Ökosysteme) (UF4, UF1, UF2, UF3).

Bilder und Texte zum Thema „Adaptive Radiation der Darwinfinken“

Plakate zur Erstellung eines Fachposters

Evaluation

Ein Konzept zur Entstehung der adaptiven Radiation wird entwickelt.

Die Ergebnis-Zusammenstellung auf den Plakaten wird präsentiert.

Ein Fragenkatalog zur Selbst- und Fremdkontrolle wird selbstständig erstellt.

evtl. selbstständiges Erstellen eines Evaluationsbogens

Welche Ursachen führen zur Coevolution und welche Vorteile ergeben sich?

·         Coevolution

wählen angemessene Medien zur Darstellung von Beispielen zur Coevolution aus und präsentieren die Beispiele (K3, UF2).

beschreiben Biodiversität auf verschiedenen Systemebenen (genetische Variabilität, Artenvielfalt, Vielfalt der Ökosysteme) (UF4, UF1, UF2, UF3).

Texte und Schemata zur Kosten-Nutzen-Analyse

evtl. mediengestützte Präsentationen

Kriterienkatalog zur Beurteilung von Präsentationen

Eine Kosten-Nutzen-Analyse wird erstellt.

Verschiedene Beispiele der Coevolution werden anhand einer selbst gewählten medialen Darstellung präsentiert.

Mittels eines inhalts- und darstellungsbezogenen Kriterienkatalogs wird die Präsentation beurteilt.

Welchen Vorteil haben Lebewesen, wenn ihr Aussehen dem anderer Arten gleicht?

·         Selektion

·         Anpassung

belegen an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u.a mithilfe von Daten aus Gendatenbanken) (E2, E5).

evtl. Filmanalyse: Dokumentation über Angepasstheiten im Tierreich

Anhand unterschiedlicher Beispiele  wird der Schutz vor Beutegreifern (Mimikry, Mimese, etc.) unter dem Aspekt des evolutiven Wandels von Organismen erarbeitet.

Die erlernten Begriffe werden den im Film aufgeführten Beispielen zugeordnet

Wie entwickelte sich die Synthetische Evolutionstheorie und ist sie heute noch zu halten?

·         Synthetische Evolutionstheorie in der historischen Diskussion

stellen Erklärungsmodelle für die Evolution in ihrer historischen Entwicklung und die damit verbundenen Veränderungen des Weltbilds dar (E7).

stellen die Synthetische Evolutionstheorie zusammenfassend dar (UF3, UF4).

grenzen die Synthetische Theorie der Evolution gegenüber nicht naturwissenschaftlichen Positionen zur Entstehung von Artenvielfalt ab und nehmen zu diesen begründet Stellung (B2, K4).

Texte (wissenschaftliche Quellen)

Materialien zu Forschungsergebnissen der Epigenetik

Kriterienkatalog zur Durchführung einer Podiumsdiskussion

Die Faktoren, die zur Entwicklung der Evolutionstheorie führten, werden mithilfe wissenschaftlicher Texte kritisch analysiert.

Eine vollständige Definition der Synthetischen Evolutionstheorie wird entwickelt.

Diskussion über das Thema: Neueste Erkenntnisse der epigenetischen Forschung – Ist die Synthetische Evolutionstheorie noch haltbar?

Die Diskussion wird anhand der Kriterien analysiert.

Vermittlung der Kriterien zur Durchführung einer Podiumsdiskussion

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. „Darstellungsaufgabe“ (advance organizer concept map), selbstständiges Erstellen eines Evaluationsbogens, „Beobachtungssaufgabe“ (Podiumsdiskussion)

Leistungsbewertung:

• Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben II:

·         Thema/ Kontext: Verhalten – Von der Gruppen- zur Multilevel-Selektion - Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens?

Inhaltsfeld: Evolution

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Evolution und Verhalten

Zeitaufwand: ca. 14 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden.

·         E7 naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.

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

Statt der hier in Übereinstimmung mit dem Beispiel für einen schulinternen Lehrplan im Netz aufgeführten übergeordneten Kompetenzen können auch die folgenden übergeordneten Kompetenzen schwerpunktmäßig angesteuert werden: UF4, K4

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe-tenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Warum setzte sich das Leben in Gruppen trotz intraspezifischer Konkurrenz bei manchen Arten durch?

·         Leben in Gruppen

·         Kooperation

erläutern das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen (UF1, UF4).

analysieren anhand von Daten die evolutionäre Entwicklung von Sozialstrukturen (Paarungssysteme, Habitatwahl) unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung (E5, UF2, UF4, K4).

evtl. Stationenlernen zum Thema „Kooperation“

Verschiedene Kooperationsformen werden anhand von wissenschaftlichen Untersuchungsergebnissen analysiert.

Die Ergebnisse werden gesichert.

Welche Vorteile haben die kooperativen Sozialstrukturen für den Einzelnen?

·         Evolution der Sexualität

·         Sexuelle Selektion

·         Paarungssysteme

·         Brutpflegeverhalten

·         Altruismus

analysieren anhand von Daten die evolutionäre Entwicklung von Sozialstrukturen (Paarungssysteme, Habitatwahl) unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung (E5, UF2, UF4, K4).

Präsentationen

Graphiken/ Soziogramme werden aus den gewonnenen Daten und mit Hilfe der Fachliteratur erstellt.

Die Ergebnisse und Beurteilungen werden vorgestellt.

Erarbeiten/Anwenden von Kriterien zur sinnvollen Literaturrecherche

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• Evaluationsbogen, Erstellen eines Fragenkatalogs zur Fremd- und Selbstkontrolle

Leistungsbewertung:

• Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben III:

·         Thema/ Kontext: Spuren der Evolution – Wie kann man Evolution sichtbar machen?

Inhaltsfeld: Evolution

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Evolutionsbelege

Zeitaufwand: 6 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E2 Beobachtungen und Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern.

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

Statt der hier in Übereinstimmung mit dem Beispiel für einen schulinternen Lehrplan im Netz aufgeführten übergeordneten Kompetenzen können auch die folgenden übergeordneten Kompetenzen schwerpunktmäßig angesteuert werden: UF1, K3, E5

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung

inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe-tenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Wie lassen sich Rückschlüsse auf Verwandtschaft ziehen?

·         Verwandtschaftsbeziehungen

·         Divergente und konvergente Entwicklung

·         Stellenäquivalenz

erstellen und analysieren Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung der Verwandtschaftsbeziehungen von Arten (E3, E5).

deuten Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Merkmalen von Organismen zum Beleg konvergenter und divergenter Entwicklungen (E5).

stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a. Molekularbiologie) adressatengerecht dar (K1, K3).

Zeichnungen und Bilder zur konvergenten und divergenten Entwicklung

Die Homologiekriterien werden anhand ausgewählter Beispiele erarbeitet und formuliert (u.a. auch Entwicklung von Progressions- und Regressionsreihen). Der Unterschied zur konvergenten Entwicklung wird diskutiert.

Beispiele in Bezug auf homologe oder konvergente Entwicklung werden analysiert (Strauß /Nandu, Stachelschwein/ Greifstachler, südamerikanischer /afrikanischer Lungenfisch).

Wie lässt sich evolutiver Wandel auf genetischer Ebene belegen?

·         Molekularbiologische Evolutionsmechanismen

·         Epigenetik

stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a. Molekularbiologie) adressatengerecht dar (K1, K3).

beschreiben und erläutern molekulare Verfahren zur Analyse von phylogenetischen Verwandtschaften zwischen Lebewesen (UF1, UF2).

analysieren molekulargenetische Daten und deuten sie mit Daten aus klassischen Datierungsmethoden im Hinblick auf Verbreitung von Allelen und Verwandtschaftsbeziehungen von Lebewesen (E5, E6).

belegen an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u.a. mithilfe von Daten aus Gendatenbanken) (E2, E5).

molekulargenetische Untersuchungsergebnisse am Bsp. der Hypophysenhinterlappen-hormone

Materialien zu Atavismen, Rudimenten und zur biogenetischen Grundregel (u.a. auch Homöobox-Gene)

Unterschiedliche molekulargenetische Methoden werden erarbeitet und mit Stammbäumen, welche auf klassischen Datierungsmethoden beruhen, verglichen.

Neue Möglichkeiten der Evolutionsforschung werden beurteilt: Sammeln von Pro- und Contra-Argumenten

Anhand der Materialien werden Hypothesen zur konvergenten und divergenten Entwicklung entwickelt.

Wie lässt sich die Abstammung von Lebewesen systematisch darstellen?

·         Grundlagen der Systematik

beschreiben die Einordnung von Lebewesen mithilfe der Systematik und der binären Nomenklatur (UF1, UF4).

entwickeln und erläutern Hypothesen zu phylogenetischen Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien (E3, E5, K1, K4).

Informationstexte und Abbildungen

Materialien zu Wirbeltierstammbäumen

Die Klassifikation von Lebewesen wird eingeführt. Ein Glossar wird erstellt.

Verschiedene Stammbaumanalyse-methoden werden verglichen.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

·         evtl. Selbstevaluation mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe

Leistungsbewertung:

• Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben IV:

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

Inhaltsfeld: Evolution

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Evolution des Menschen

Zeitaufwand: ca. 14 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

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

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

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

Statt der hier in Übereinstimmung mit dem Beispiel für einen schulinternen Lehrplan im Netz aufgeführten übergeordneten Kompetenzen können auch die folgenden übergeordneten Kompetenzen schwerpunktmäßig angesteuert werden: UF3, E7, K4

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe-tenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

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

Mensch und Affe – wie nahe verwandt sind sie?

·         Primatenevolution

ordnen den modernen Menschen kriteriengeleitet Primaten zu (UF3).

Quellen aus Fachzeitschriften

evtl. Quiz

Kriterienkatalog zur Bewertung von wissenschaftlichen Quellen/Untersuchungen

Vorträge werden entwickelt und vor der Lerngruppe gehalten.

Der Lernzuwachs kann mittels eines Quizes kontrolliert werden.

Bewerten der Zuverlässigkeit von wissenschaftlichen Quellen/ Untersuchungen

Wie erfolgte die Evolution des Menschen?

·         Hominidenevolution

diskutieren wissenschaftliche Befunde (u.a. Schlüsselmerkmale) und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch-konstruktiv (K4, E7).

Moderiertes Netzwerk bzgl. biologischer und kultureller Evolution (Bilder, Graphiken, Texte über unterschiedliche Hominiden)

Die Unterschiede und Gemeinsamkeiten früherer Hominiden und Sonderfälle (z.B. Flores, Dmanisi) werden erarbeitet.

Die Hominidenevolution wird anhand von Weltkarten, Stammbäumen, etc. zusammengefasst.

Wieviel Neandertaler steckt in uns?

·         Homo sapiens sapiens und Neandertaler

diskutieren wissenschaftliche Befunde und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch-konstruktiv (K4, E7).

Materialien zu molekularen Untersuchungsergebnissen (Neandertaler, Jetztmensch)

Wissenschaftliche Untersuchungen werden kritisch analysiert.

Wie kam es zur Geschlechtsspezifität?

·         Evolution des Y-Chromosoms

stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a. Molekularbiologie) adressatengerecht dar. (K1, K3).

erklären mithilfe molekulargenetischer Modellvorstellungen zur Evolution der Genome die genetische Vielfalt der Lebewesen. (K4, E6).

diskutieren wissenschaftliche Befunde und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch- konstruktiv (K4, E7).

Unterrichtsvortrag oder Informationstext über testikuläre Feminisierung

Materialien zur Evolution des Y-Chromosoms

Arbeitsblatt

Die Materialien werden ausgewertet.

Die Ergebnisse werden diskutiert.

Wie lässt sich Rassismus biologisch widerlegen?

·         Menschliche Rassen gestern und heute

bewerten die Problematik des Rasse-Begriffs beim Menschen aus historischer und gesellschaftlicher Sicht und nehmen zum Missbrauch dieses Begriffs aus fachlicher Perspektive Stellung (B1, B3, K4).

Texte über historischen und gesellschaftlichen Missbrauch des Rasse-Begriffs

Podiumsdiskussion

Kriterienkatalog zur Auswertung von Podiumsdiskussionen

Argumente werden mittels Belegen aus der Literatur erarbeitet und diskutiert.

Die Podiumsdiskussion wird anhand des Kriterienkatalogs reflektiert.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. „Quiz zur Selbstkontrolle, „Präsentationsaufgabe“ (Podiumsdiskussion)

Leistungsbewertung:

• Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)