Absprachen der Fachkonferenz

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1 Jahrgangsstufe Q1 Grundkurs 1. Halbjahr Inhaltsfeld Genetik Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Expression der Erbanlangen: Ablauf, Regulation und Mutation Proteinbiosynthese Genregulation vergleichen die molekularbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pround Eukaryoten (UF1, UF3) begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3) erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6) erläutern epigenetische Modelle zur Regelung des Zellstoffwechsels (E6) 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) 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) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen, E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen, evtl. Wdh. Bau der DNA Genetischer Code Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryonten Transkription Bau der Ribosomen Translation Wobble-Hypothese Prozessierung Überlegungen zur Notwendigkeit und Möglichkeiten der Genregulation Operonmodell: lac- und trp-operon am Bsp. von E. coli (in diesem Kontext möglich: allgem. Thematisierung Modellorganismen) Epigenetik: Begriffsklärung, Histonmodifikation, DNA- Methylierung (Imprinting), (mögliches Anwendungsbsp. Prader- Willi-/Angelman-Syndrom) Mutationen (Gen-, Chromosomen-, Genommutationen) Mutagene evtl. Reparaturmechanismen Zellzyklus, Proto-Onkogene und Tumor-Supressorgene (p53 und Ras) Fettdruck: Kompetenzerwartungen, die für eine zentrale Überprüfung geeignet sind

2 Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Methoden der Gentechnik Gentechnologie Bioethik beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1) geben die Bedeutung von DNA-Chips an und beurteilen Chancen und Risiken (B1, B3) stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3) erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, B1 fachliche, wirtschaftlich-politische und moralische Kriterien bei Bewertungen von biologischen und biotechnischen Sachverhalten unterscheiden und angeben, B3 an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten, Grundoperationen der Gentechnik: Finden und Gewinnen von Genen: (Untersuchung der Genexpression mit cdna und DNA-Chips) Schneiden von DNA Übertragen von DNA (Transformation, Vektoren) Selektion transgener Zellen (Markergene, Stempeltechnik) Klonierung evtl. Anwendungs-Überblick Gentechnik evtl. Wdh. Replikation PCR, Gelelektrophorese, Färbung

3 Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: der Humangenetik Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik erläutern die Grundprinzipien der inter- und intrachromosomalen 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 bewerten Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4) UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren, K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in aus-gewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen, K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, B3 an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten, B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten. Meiose, evtl. Wdh. u. Vgl. Mitose Meiose Inter-/intrachromosomale Rekombination, Kopplungsgruppen evtl. Polyphänie und Polygenie Stammbaumanalyse autosomal/gonosomal (evtl. multiple Allelie) Sequenzierung nach Sanger evtl. Wdh. Untersuchung der Genexpression: Nachweis von Mutationen mit cdna und DNA-Chips Gentherapie Stammzellen Kontroverse um Keimbahntherapie

4 Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Autökologie Umweltfaktoren und ökologische Potenz erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u.a. tiergeographische Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4) Jahrgangsstufe Q1 Grundkurs 2. Halbjahr Inhaltsfeld Ökologie 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. Ökologische Potenz, Diagramme beschreiben, evtl. Zeigerorganismen Abiotischer Umweltfaktor Temperatur bei Tieren (v.a. tiergeographische Regeln) Abiotischer Umweltfaktor Wasser bei Pflanzen evtl. Wdh. Osmose/Wasserpotenzial Blattbau Alternativ: Abiotischer Umweltfaktor Licht bei Pflanzen Licht- und Schattenpflanzen (Lichtkompensationspunkt) Blattbau Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren

5 Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Die Fotosynthese im ökologischen Kontext Fotosynthese 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) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen, evtl. Wdh. Bau der Chloroplasten evtl. Extraktion von Blattfarbstoffen Bedeutung von Primärreaktion und Sekundärreaktion, kein Erläuterung der Abläufe Diagrammauswertung Abhängigkeit Fotosyntheseaktivität von Licht und CO 2 -Gehalt der Luft (und Temperatur, falls nicht in Unterrichtsvorhaben IV besprochen) evtl. C 3 -/C 4 -Pflanzen

6 Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Biotische Umweltfaktoren und Populationsökologie Dynamik von Populationen Argumente belegen bzw. widerlegen. leiten aus Untersuchungsdaten zu intra- und interspezifischen Beziehungen (u.a. Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter Verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1) erklären mit Hilfe 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) 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, K4, UF4) untersuchen Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen, K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Biotische Faktoren: Fressfeind-Beute-Beziehung Symbiose Parasitismus Konkurrenz (u.a. Invasion von Arten) Ökologische Nische (u.a. Generalisten, Spezialisten) Populationswachstum, Wachstumskurven Unterscheidung dichteabhängige/dichteunabhängige Faktoren K-/r-Strategen Lotka-Volterra-Regeln evtl. Schädlingsbekämpfung

7 Unterrichtsvorhaben VII: Thema/Kontext: Gliederung von Ökosystemen und der Kohlenstoffkreisauf Stoffkreislauf und Energiefluss stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den n 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 ausgewählte globale Stoffkreisläufe (K1, K3, UF1) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, K1 bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, Biomasse/Biologische Produktion in Ökosystemen Trophische Ebenen, Nahrungsnetz Energiefluss im Ökosystem Kohlenstoffkreislauf Natürlicher und anthropogener Treibhauseffekt Möglichkeiten der Reduktion des Treibhauseffekts

8 Unterrichtsvorhaben VIII: Thema/Kontext: Ökosystem See Mensch und Ökosysteme entwickeln aus zeitlich-rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5) zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem (UF3, UF4, E4) diskutieren Konflikte zwischen der Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz (B2, B3) B2 Auseinandersetzungen und Kontroversen zu biologischen und biotechnischen Problemen und Entwicklungen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Entscheidungen auf der Basis von Sachargumenten vertreten, E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren, Zonierung/Gliederung eines Sees Temperaturschichtung/Zirkulation und Sauerstoffverteilung im Verlauf des Jahres evtl. Vergleich Stadtparkteich See Begriff der Eutrophierung (ohne detaillierte Datenauswertung) evtl. Sukzessionsstadien eines Sees bis zur Verlandung evtl. Maßnahmen der Seesanierung Festlegung auf das Ökosystem See entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ein (B2, B3) Begriff Nachhaltigkeit evtl. Nachhaltige Bewirtschaftung/Schädlingsbekämpfung

9 Jahrgangsstufe Q2 Grundkurs 1. Halbjahr Inhaltsfeld Neurobiologie Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 1) Methoden der Neurobiologie (Teil 1) beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons (UF1) 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) erklären die Weiterleitung des Aktionspotenzials 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) stellen das Prinzip der Signaltransduktion an einem Rezeptor anhand von Modellen dar (E6, UF1, UF2, UF4) stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Konstruktion des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar (K1, K3) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden, E2 Beobachtungen und Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern, K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Dar-stellungsformen adressatengerecht präsentieren, Bau von Neuron, Nerv und Nervengewebe Ruhepotenzial evtl. Vertiefungen: Gliazellen, Nervenregeneration Aktionspotenzial Erregungsleitung Bau und Funktion cholinerge Synapse (nikotinisch/muskarinisch) Verrechnung evtl. Neurotoxine Rezeptorpotenzial bis zur Verschaltung an zentralen Synapsen

10 Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: der Hirnforschung Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie (Teil 2) ermitteln mithilfe von Aufnahmen eines bildgebenden Verfahrens Aktivitäten verschiedener Gehirnareale (E5, UF4) erklären die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an Beispielen (UF4, E6, UF2, UF1) stellen aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomisch-physiologischer Ebene dar (K3, B1) erklären die Bedeutung der Plastizität des Gehirns für ein lebenslanges Lernen (UF4) 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) recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung (K2, K3) erklären Wirkungen von exogenen Substanzen auf den Körper und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft (B3, B4, B2, UF4) UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in aus-gewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen, K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Dar-stellungsformen adressatengerecht präsentieren, B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten. Methoden der Hirnforschung: fmrt, PET, evtl. CT und EEG Bau des Gehirns und Funktion der Gehirnteile, v.a. Symapthicus/Parasympathicus Modellvorstellungen Gedächtnis: zeitliche und funktionale Gedächtnismodelle nach Markowitsch Lernen Drogen/Rauschmittel (ein Beispiel, evtl. auch Besprechung bei der Synapse möglich) Demenzerkrankung, z.b. Alzheimer

11 Jahrgangsstufe Q2 Grundkurs 2. Halbjahr Inhaltsfeld Evolution Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Evolutionsprozesse und die Synthetische Evolutionstheorie Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Entwicklung der Evolutionstheorie 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) erläutern das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen (UF1, UF4) beschreiben die Einordnung von Lebewesen mithilfe der Systematik und der binären Nomenklatur (UF1, UF4) erklären Modellvorstellungen zu Artbildungsprozessen (u.a. allopatrische und sympatrische Artbildung) an Beispielen (E6, UF1) erläutern den Einfluss der Evolutionsfaktoren (Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift) auf den Genpool einer Population (UF4, UF1) stellen den Vorgang der adaptiven Radiation unter dem Aspekt der Angepasstheit dar (UF2, UF4) wählen angemessene Medien zur Darstellung von Beispielen zur Coevolution aus und präsentieren die Beispiele (K3, UF2) stellen die synthetische Evolutionstheorie zusammenfassend dar (UF2, UF4) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, 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. K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Dar-stellungsformen adressatengerecht präsentieren, Selektionstheorie nach Darwin Variabilitässchaffende Faktoren (Mutation, Rekombination, Migration) Variabilitätsaussortierende Faktoren: Isolationsmechanismen Gendrift Selektion, Selektionsformen Sexuelle Selektion Paarungssysteme Habitatwahl Altruismus Artbegriff, binäre Nomenklatur Artbildung Adaptive Radiation Coevolution (Anwendungsbeispiel Grippeviren) Zusammenfassung Synthetische Evolutionstheorie

12 Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Belege für die Evolution und Methoden der Erforschung Art und Artbildung Stammbäume stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a. Molekularbiologie) adressatengerecht dar (K1, K3) erstellen und analysieren Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen von Arten (E3, E5) stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a. Molekularbiologie) adressatengerecht dar (K1, K3) analysieren molekulargenetische Daten und deuten sie mit Daten aus klassischen Datierungsmethoden 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) entwickeln und erläutern Hypothesen zu phylogenetischen Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien (E3, E5, K1, K4) belegen an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u.a. mithilfe von Auszügen aus Gendatenbanken) (E2, E5) 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, Beispiele aus Morphologie/Anatomie, Geologie, Embryologie, Züchtung, etc. evtl. Altersbestimmung evtl. Mosaikformen Phylogenetische Stammbäume Umgang mit Daten aus AS-Sequenzanalyse, DNA- Sequenzierung, keine Kenntnis der Verfahren evtl. DNA-Hybridisierung Genetische Marker und DNA-Datenbanken

13 Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Entwicklung des Menschen und der Hominiden Evolution des Menschen Argumente belegen bzw. widerlegen. ordnen den modernen Menschen kriteriengeleitet den Primaten zu (UF3) diskutieren wissenschaftliche Befunde (u.a. Schlüsselmerkmale) und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch-konstruktiv (K4, E7) 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) 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 evtl. Stammbaum der Wirbeltiere Verwandtschaftsverhältnisse der Primaten Besonderheiten des Primaten Mensch Möglich: Vertiefung Schlüsselmerkmale, z.b. Entstehung der Bipedie Fossilgeschichte des Menschen evtl. Ursprung des modernen Menschen Rassebegriff beim Menschen

14 Jahrgangsstufe Q1 Leistungskurs 1. Halbjahr Inhaltsfeld Genetik Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Expression der Erbanlangen: Ablauf, Regulation und Mutation Proteinbiosynthese Genregulation kulturellen Entwicklung darstellen. 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 Pround Eukaryoten (UF1, UF3) reflektieren und erläutern den Wandel des Genbegriffes (E7) begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3) erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6) erklären mithilfe von Modellen genregulatorische Vorgänge bei Eukaryoten (E6) erläutern die Bedeutung der Transkriptionsfaktoren für die Regulation von Zellstoffwechsel und Entwicklung (UF1, UF4) erläutern epigenetische Modelle zur Regelung des Zellstoffwechsels und leiten Konsequenzen für den Organismus ab (E6) E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren, E3 mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten, E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen, E7 naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Mutationstypen (UF1, UF2) erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4) 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) Fettdruck: Kompetenzerwartungen, die für eine zentrale Überprüfung geeignet sind; Rot: Nur relevant für den LK evtl. Wdh. Bau der DNA Genetischer Code und Entwicklung der Codesonne Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryonten Transkription Bau der Ribosomen Translation (evtl. mittels Versuchsergebnissen Erforschung RNA) Wobble-Hypothese, evtl. SRP Prozessierung Entwicklung des Genbegriffs (evtl. anhand Beadle-Tatum- Versuch) Überlegungen zur Notwendigkeit und Möglichkeiten der Genregulation Operonmodell: lac- und trp-operon am Bsp. von E. coli (in diesem Kontext möglich: allgem. Thematisierung Modellorganismen) Regulation bei Eukaryoten: Unterscheidung allgem./spezielle TFs, Enhancer/Silencer, evtl. RNA-Interferenz/ Gene-Silencing Epigenetik: Begriffsklärung, Histonmodifikation, DNA- Methylierung (Imprinting), (mögliches Anwendungsbsp. Prader- Willi-/Angelman-Syndrom) Mutationen (Gen-, Chromosomen-, Genommutationen) Mutagene evtl. Reparaturmechanismen Zellzyklus, Proto-Onkogene und Tumor-Supressorgene (p53 und Ras)

15 Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Methoden der Gentechnik Gentechnologie Bioethik beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1) geben die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-Sequenzierung an und bewerten Chancen und Risiken (B1, B3) stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3) beschreiben aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie bis hin zum Aufbau von synthetischen Organismen in ihren Konsequenzen für unterschiedliche Einsatzziele und bewerten sie (B3, B4) erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, B1 fachliche, wirtschaftlich-politische und moralische Kriterien bei Bewertungen von biologischen und biotechnischen Sachverhalten unterscheiden und angeben, B3 an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten, B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten. Grundoperationen der Gentechnik: Finden und Gewinnen von Genen: (Untersuchung der Genexpression mit cdna und DNA-Chips) Schneiden von DNA Übertragen von DNA (Transformation, Vektoren) Selektion transgener Zellen (Markergene, evtl. Stempeltechnik) Klonierung evtl. Anwendungs-Überblick Gentechnik Diskussion über synthetische Biologie evtl. Wdh. Replikation Gen. Fingerabdruck (STR-Analyse): PCR, Gelelektrophorese, Färbung

16 Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: der Humangenetik Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik erläutern die Grundprinzipien der inter- und intrachromosomalen Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4) formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zum Vererbungsmodus genetisch bedingter Merkmale (X-chromosomal, autosomal, Zweifaktorenanalyse; Kopplung, Crossing-over) und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4) geben die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-Sequenzierung an und bewerten Chancen und Risiken (B1, B3) recherchieren Informationen zu humangenetischen Fragestellungen (u.a. genetisch bedingten Krankheiten), schätzen die Relevanz und Zuverlässigkeit der Informationen ein und fassen die Ergebnisse strukturiert zusammen (K2, K1, K3, 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 bewerten Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4) UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren, K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in aus-gewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen, K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, B3 an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten, B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten. Meiose, evtl. Wdh. u. Vgl. Mitose Meiose Inter-/intrachromosomale Rekombination, Kopplungsgruppen evtl. Polyphänie und Polygenie Stammbaumanalyse (autosomal, gonosomal, evtl. mitochondrial, evtl. multiple Allelie) Sequenzierung nach Sanger, Hochdurchsatz-Sequenzierung evtl. Wdh. Untersuchung der Genexpression: Nachweis von Mutationen mit cdna und DNA-Chips Möglich: Schwerpunktvorhaben Chorea Huntington Genetische Beratung Gentherapie Stammzellen Kontroverse um Keimbahntherapie

17 Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Autökologie Umweltfaktoren und ökologische Potenz 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 (E2, E3, E4, E5, K4) erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u.a. tiergeographische Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4) Jahrgangsstufe Q1 Leistungskurs 2. Halbjahr Inhaltsfeld Ökologie 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, E4 Experimente mit komplexen Versuchsplänen und -aufbauten mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien (Sicherheit, Messvorschriften, Variablenkontrolle, Fehleranalyse) durchführen, E7 naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen. Ökologische Potenz, Diagramme beschreiben, evtl. Zeigerorganismen Durchführung eines Toleranz- oder Präferenzversuchs (z.b. Temperaturorgel oder Temperatureinfluss auf Fotosyntheserate E. densa) Abiotischer Umweltfaktor Temperatur bei Tieren (v.a. tiergeographische Regeln) Abiotischer Umweltfaktor Wasser bei Pflanzen evtl. Wdh. Osmose/Wasserpotenzial evtl. Wassertransport Blattbau Anpassungen Blattbau an den Faktor Wasser Alternativ: Abiotischer Umweltfaktor Licht bei Pflanzen Licht- und Schattenpflanzen (Lichtkompensationspunkt) Blattbau Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren

18 Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Die Fotosynthese im ökologischen Kontext Fotosynthese 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) analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5) UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden, E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren, E3 mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten, evtl. Wdh. Bau der Chloroplasten evtl. Extraktion von Blattfarbstoffen historische Experimente zur Aufklärung der Fotosynthese Primärreaktion (GK nur Bedeutung der Primärreaktion) Sekundärreaktion (überblickshaft, GK nur Bedeutung der Sekundärreaktion) Diagrammauswertung Abhängigkeit Fotosyntheseaktivität von Licht und CO 2 -Gehalt der Luft (und Temperatur, falls nicht in Unterrichtsvorhaben IV besprochen) evtl. C 3 -/C 4 -Pflanzen

19 Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Biotische Umweltfaktoren und Populationsökologie Dynamik von Populationen Argumente belegen bzw. widerlegen. leiten aus Untersuchungsdaten zu intra- und interspezifischen Beziehungen (u.a. Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter Verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1) erklären mit Hilfe 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) 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, K4, UF4) untersuchen Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6) vergleichen das Lotka-Volterra-Modell mit veröffentlichten Daten aus Freilandmessungen und diskutieren die Grenzen des Modells (E6) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen, K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Biotische Faktoren: Fressfeind-Beute-Beziehung Symbiose Parasitismus Konkurrenz (u.a. Invasion von Arten) Ökologische Nische (u.a. Generalisten, Spezialisten) Populationswachstum, Wachstumskurven Unterscheidung dichteabhängige/dichteunabhängige Faktoren K-/r-Strategen Lotka-Volterra-Regeln und ihre Aussagekraft evtl. Schädlingsbekämpfung

20 Unterrichtsvorhaben VII: Thema/Kontext: Gliederung von Ökosystemen und der Kohlenstoffkreisauf Stoffkreislauf und Energiefluss stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den n 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 ausgewählte globale Stoffkreisläufe (K1, K3, UF1) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, K1 bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, Biomasse/Biologische Produktion in Ökosystemen Trophische Ebenen, Nahrungsnetz Energiefluss im Ökosystem Kohlenstoffkreislauf Natürlicher und anthropogener Treibhauseffekt Möglichkeiten der Reduktion des Treibhauseffekts

21 Unterrichtsvorhaben VIII: Thema/Kontext: Ökosystem See Mensch und Ökosysteme entwickeln aus zeitlich-rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5) untersuchen das Vorkommen, die Abundanz und die Dispersion von Lebewesen eines Ökosystems im Freiland (E1, E2, E4) zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem (UF3, UF4, E4) 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) B2 Auseinandersetzungen und Kontroversen zu biologischen und biotechnischen Problemen und Entwicklungen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Entscheidungen auf der Basis von Sachargumenten vertreten, E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren, Zonierung/Gliederung eines Sees Temperaturschichtung/Zirkulation und Sauerstoffverteilung im Verlauf des Jahres Methoden der Gewässeranalyse: Physikalische/geographische Faktoren Chemische Faktoren Biotische Faktoren Gewässergüte evtl. BSB, CSB, Saprobienidex Durchführung einer Gewässeranalyse mit Bestandsaufnahme, z.b. Stadtparkteich (à Schwerpunkt: anthropogener Einfluss) evtl. Vergleich Stadtparkteich See Begriff der Eutrophierung (ohne detaillierte Datenauswertung) evtl. Sukzessionsstadien eines Sees bis zur Verlandung evtl. Maßnahmen der Seesanierung Begriff Nachhaltigkeit evtl. Nachhaltige Bewirtschaftung/Schädlingsbekämpfung Festlegung auf das Ökosystem See

22 Jahrgangsstufe Q2 Leistungskurs 1. Halbjahr Inhaltsfeld Neurobiologie Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 1) Methoden der Neurobiologie (Teil 1) beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons (UF1) 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) 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) 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) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden, E2 Beobachtungen und Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern, E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen, Bau von Neuron, Nerv und Nervengewebe Ruhepotenzial evtl. Vertiefungen: Gliazellen, Nervenregeneration Patch-Clamp-Technik Vorgänge an Ionenkanälen während eines Aktionspotenzials Erregungsleitung Bau und Funktion cholinerge Synapse (nikotinisch/muskarinisch) Verrechnung evtl. Neurotoxine

23 Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Fototransduktion Leistungen der Netzhaut Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2) 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) 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) erläutern den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den n der Farbund Kontrastwahrnehmung (UF3, UF4) E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren, E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen, K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Dar-stellungsformen adressatengerecht präsentieren, Rezeptorpotenzial bis zur Verschaltung an zentralen Synapsen Bau Auge Fototransduktion Farbwahrnehmung Rezeptive Felder, Laterale Inhibition

24 Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: der Hirnforschung Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie (Teil 2) 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) erklären die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an Beispielen (UF4, E6, UF2, UF1) stellen aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomisch-physiologischer Ebene dar (K3, B1) erklären den Begriff der Plastizität anhand geeigneter Modelle und leiten die Bedeutung für ein lebenslanges Lernen ab (E6, UF4) 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) recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung (K2, K3) 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) UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in aus-gewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen, K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Dar-stellungsformen adressatengerecht präsentieren, B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten. Methoden der Hirnforschung: fmrt, PET, evtl. CT und EEG Bau des Gehirns und Funktion der Gehirnteile, v.a. Symapthicus/Parasympathicus Modellvorstellungen Gedächtnis: zeitliche und funktionale Gedächtnismodelle nach Markowitsch Lernen Drogen/Rauschmittel (ein Beispiel, evtl. auch Besprechung bei der Synapse möglich) Demenzerkrankung, z.b. Alzheimer

25 Jahrgangsstufe Q2 Leistungskurs 2. Halbjahr Inhaltsfeld Evolution Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Evolutionsprozesse und die Synthetische Evolutionstheorie Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Entwicklung der Evolutionstheorie kulturellen Entwicklung darstellen. stellen Erklärungsmodelle für die Evolution in ihrer historischen Entwicklung und die damit verbundenen Veränderungen des Weltbildes dar (E7) erläutern das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen (UF1, UF4) grenzen die Synthetische Theorie der Evolution gegenüber nicht naturwissenschaftlichen Positionen zur Entstehung von Artenvielfalt ab und nehmen zu diesen begründet Stellung (B2, K4) beschreiben Biodiversität auf verschiedenen Systemebenen (genetische Variabilität, Artenvielfalt, Vielfalt der Ökosysteme) (UF4, UF1, UF2, UF3) erklären mithilfe molekulargenetischer Modellvorstellungen zur Evolution der Genome die genetische Vielfalt der Lebewesen (K4, E6) bestimmen und modellieren mithilfe des Hardy-Weinberg-Gesetzes die Allelfrequenzen in Populationen und geben Bedingungen für die Gültigkeit des Gesetzes an (E6) beschreiben die Einordnung von Lebewesen mithilfe der Systematik und der binären Nomenklatur (UF1, UF4) analysieren anhand von Daten die evolutionäre Entwicklung von Sozialstrukturen (Paarungssysteme, Habitatwahl) unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung (E5, UF2, UF4, K4) erläutern das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen (UF1, UF4) erklären Modellvorstellungen zu Artbildungsprozessen (u.a. allopatrische und sympatrische Artbildung) an Beispielen (E6, UF1) erläutern den Einfluss der Evolutionsfaktoren (Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift) auf den Genpool einer Population (UF4, UF1) stellen den Vorgang der adaptiven Radiation unter dem Aspekt der Angepasstheit dar (UF2, UF4) wählen angemessene Medien zur Darstellung von Beispielen zur Coevolution aus und präsentieren die Beispiele (K3, UF2) stellen die synthetische Evolutionstheorie zusammenfassend dar (UF2, UF4) UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden, 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. E7 naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und Entwicklung des Evolutionsgedankens Evolutionstheorien (Lamarck, Darwin & Co.) Literarische Gattung Mythos und seine Besonderheiten/Missverständnisse, nicht naturwissenschaftliche Theorien (z.b. Kreationismus) Variabilitässchaffende Faktoren (Mutation, Rekombination, Migration) Biodiversität Entstehung neuer Gene Hardy-Weinberg-Gesetz Variabilitätsaussortierende Faktoren: Isolationsmechanismen Gendrift Selektion, Selektionsformen Sexuelle Selektion Paarungssysteme Habitatwahl Altruismus Artbegriff, binäre Nomenklatur Artbildung Adaptive Radiation Coevolution (Anwendungsbeispiel Grippeviren) Zusammenfassung Synthetische Evolutionstheorie

26 Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Belege für die Evolution und Methoden der Erforschung Art und Artbildung Stammbäume stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a. Molekularbiologie) adressatengerecht dar (K1, K3) erstellen und analysieren Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen von Arten (E3, E5) 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 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) entwickeln und erläutern Hypothesen zu phylogenetischen Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien (E3, E5, K1, K4) belegen an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u.a. mithilfe von Auszügen aus Gendatenbanken) (E2, E5) 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, Beispiele aus Morphologie/Anatomie, Geologie, Embryologie, Züchtung, etc. evtl. Altersbestimmung evtl. Mosaikformen Phylogenetische Stammbäume AS-Sequenzanalyse, molekulare Uhren (GK keine Kenntnis des Verfahrens, nur Umgang mit Daten) DNA-Sequenzierung (GK keine Kenntnis des Verfahrens, nur Umgang mit Daten) evtl. DNA-Hybridisierung (GK keine Kenntnis des Verfahrens, nur Umgang mit Daten), evtl. serologischer Verwandtschaftsnachweis: Serum-Präzipitintest Genetische Marker und DNA-Datenbanken

27 Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Entwicklung des Menschen und der Hominiden Evolution des Menschen Argumente belegen bzw. widerlegen. ordnen den modernen Menschen kriteriengeleitet den Primaten zu (UF3) diskutieren wissenschaftliche Befunde (u.a. Schlüsselmerkmale) und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch-konstruktiv (K4, E7) 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) 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 evtl. Stammbaum der Wirbeltiere Verwandtschaftsverhältnisse der Primaten Besonderheiten des Primaten Mensch Möglich: Vertiefung Schlüsselmerkmale, z.b. Entstehung der Bipedie Fossilgeschichte des Menschen evtl. Ursprung des modernen Menschen Rassebegriff beim Menschen