Kompetenzorientierter Unterricht Klasse 9 und 10 Humangenetik

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1 Standardbasierter, kmpetenzrientierter Unterricht Sek. I ZPG Bilgie 2010 Peter Mayer, Dr. Matthias Hffmann Frmat UE Kmpetenzrientierter Unterricht Klasse 9 und 10 Humangenetik Erkenntnisse der Naturwissenschaften prägen das Weltverständnis in zunehmendem Maße, ihre praktische Umsetzung durch Medizin und Technik gestaltet die Lebensweise der Menschen fundamental. Eine reflektierte Teilhabe an der mdernen Welt ist daher hne eine naturwissenschaftliche Grundbildung nicht möglich. Naturwissenschaftliche Erkenntnisse bilden zusammen mit ethischen Grundsätzen die Grundlage zur Bildung vn Werten und Nrmen, die für ein verantwrtliches Handeln in der Gesellschaft unerlässlich sind. Insfern sind die Naturwissenschaften an der Persönlichkeitsentwicklung der Schülerinnen und Schüler wesentlich beteiligt und stellen einen unabdingbaren Bestandteil der Allgemeinbildung dar. Bildungsplan 2004, S. 172 In allen naturwissenschaftlichen Fächern sllen Schülerinnen und Schüler naturwissenschaftliche Erkenntnisse und deren Anwendungen nachvllziehen und sie im gesellschaftlichen Kntext bewerten. Bildungsplan 2004, S Standards Grundlegenden bilgischen Prinzipien Zelluläre Organisatin: Alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut. Zellen vermehren sich durch Teilung. Reprduktin: Lebewesen pflanzen sich frt und geben die Erbinfrmatin nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten an ihre Nachkmmen weiter. Variabilität: Mutatin und Rekmbinatin sind die Ursache für die Variabilität. Standards Klasse 10 Die Schülerinnen und Schüler können den Ablauf der Mitse beschreiben und ihre Bedeutung erläutern; mikrskpische Präparate vn Mitsestadien herstellen und analysieren; die MENDELSCHEN Regeln auf einfache Erbgänge und zur Stammbaumanalyse anwenden an Beispielen erläutern, dass Veränderungen der Erbsubstanz zu Erbkrankheiten führen können. Sie kennen die Bedeutung der genetischen Beratung. zusätzlich möglich: 2. Vrbemerkungen Mutatin und Selektin als wichtige Evlutinsfaktren erläutern. Die Schülerinnen und Schüler wissen, dass eine gezielte Veränderung der Erbinfrmatin möglich ist. Sie erkennen Nutzen und Risiken dieser Eingriffe. Bei der Planung der hier vrgestellten Unterrichtseinheit Humangenetik wurde vn flgenden Überlegungen ausgegangen. Inhaltliche Schwerpunkte sind die Themenbereiche Erbkrankheiten, Stammbaumanalyse und genetische Beratung. Vraussetzung für die ist, dass die Schülerinnen und Schüler ein slides Grundwissen über Mitse, Meise und die Mendelsche Vererbung haben. Ihnen ist der Aufbau der DNA und deren spezifische Übersetzung in Prteine bekannt. Vr diesem Hintergrund wurden der Mutatinsbegriff und verschiedene Mutatinsfrmen erarbeitet. Der Themenbereich Mutatin und Selektin als wichtige Evlutinsfaktren kann unterrichtsbegleitend zur Einheit Reprduktin und Vererbung (PP Datei Verlauf ) erarbeitet werden. Dabei bietet es sich an, 1

2 Standardbasierter, kmpetenzrientierter Unterricht Sek. I ZPG Bilgie 2010 Peter Mayer, Dr. Matthias Hffmann die natürliche Selektin im Sinne Darwins mit der künstlichen Selektin vn Nutzpflanzen und Haustieren durch den Menschen vr dem Hintergrund der Mendelschen Vererbung und dem Wissen um die Vrgänge bei der Meise zu verknüpfen. Ein weiterer Anknüpfungspunkt sind bestimmte Erbkrankheiten (Datei Lernzirkel Erbkrankheiten ), die ihrem Träger einen Selektinsvrteil gegenüber Gesunden einräumen. Insgesamt sllten die Möglichkeiten der innerhalb der Themen Genetik und Evlutin, swie der Sekundarstufe I mit der Kurstufe genutzt werden. Beispielhaft dafür steht auch der Hinweis auf das Sparsamkeitsprinzip im Zusammenhang mit den Themen Stammbauanalyse und Vererbungsmuster. Dasselbe methdlgische Prinzip findet bei der Erstellung und phylgenetischer Stammbäume Verwendung und kann drt wieder aufgegriffen werden. Ein weiteres Anliegen bei der Knzeptin der Unterrichtseinheit ist, dass Kllegen ihr bereits vrhandenes Arbeitsmaterial einsetzen und hne grße Mühen und Mehrarbeitsaufwand adaptieren können. Die vrgestellten Materialien sllen exemplarisch zeigen, wie Schülerinnen und Schüler Kmpetenzen aus unterschiedlichen Bereichen erwerben, sichern und erweitern können. Aus diesem Grund sind die Materialien sehr umfangreich und gehen damit auch über die vn den Standards gefrderten Inhalte hinaus (z.b. gnsmale Erbgänge; PND; verschiedene Erbkrankheiten im Lernzirkel). 3. Kmpetenzanalyse/Kmpetenzexegese Leitgedanken zum Kmpetenzerwerb der Naturwissenschaften Bildungsplan 2004, S.174f Die Schülerinnen und Schüler können naturwissenschaftliche Fragestellungen mit vrgegebenen Anweisungen und Hilfsmitteln erschließen; verschiedene Infrmatinsquellen erschließen, nutzen und Infrmatinen kritisch und gezielt auswählen; Prbleme analysieren, Lösungsstrategien entwickeln und diese sachgerecht diskutieren; Texte und grafische Darstellungen interpretieren, Kernaussagen erkennen, diese mit erwrbenen Wissen verknüpfen und daraus Schlüsse ziehen; eigene Darstellungen strukturieren, auf das Wesentliche reduzieren und sachlgisch argumentieren; aus Einzelerkenntnissen Regeln ableiten und deren Gültigkeit überprüfen; Erkenntnisse und Gesetzmäßigkeiten auf vergleichbare Sachverhalte übertragen; Möglichkeiten und Flgen ihres eigenen Handelns erkennen und Knsequenzen im Sinne der Nachhaltigkeit ziehen; die Fachsprache angemessen verwenden; knkrete Sachverhalte mit Symblen, Frmeln, Gleichungen, Diagrammen und Simulatinen darstellen und veranschaulichen; die Erflge und Grenzen naturwissenschaftlichen Arbeitens und naturwissenschaftlicher Erkenntnis aufzeigen; den Beitrag naturwissenschaftlicher Erkenntnis für das eigene Leben und für die eigene Gesundheit erkennen. Leitgedanken zum Kmpetenzerwerb und übergerdnete Kmpetenzen im Fach Bilgie Bildungsplan 2004, S. 202f Die bilgische Grundbildung der Schülerinnen und Schüler dient auch als Basis für viele Diskussinen in gesellschaftswissenschaftlichen Fächern. Sie trägt damit zum Verständnis unserer Lebenswelt bei, sie ist ein unentbehrlicher Bestandteil der Allgemeinbildung. 2

3 Standardbasierter, kmpetenzrientierter Unterricht Sek. I ZPG Bilgie 2010 Peter Mayer, Dr. Matthias Hffmann Die Schülerinnen und Schüler können Phänmene des Lebens beschreiben, analysieren, vergleichen und erklären; grundlegende bilgische Prinzipien und Erklärungsknzepte anwenden; den Beitrag naturwissenschaftlicher Erkenntnisse für das eigene Leben und für die eigene Gesundheit begreifen; wissenschaftliche Ergebnisse und Prgnsen der Biwissenschaften nachvllziehen; Tragweite und Grenzen biwissenschaftlicher Aussagen und Methden beurteilen; Aussagen zu bilgischen Fragestellungen aus unterschiedlichen Perspektiven und auf der Grundlage vn Fachkenntnissen sachgerecht bewerten. Bildungsstandards im Fach Bilgie für den Mittleren Schulabschluss, KMK 2004,S Lebendige Systeme besitzen spezifische Eigenschaften. Slche Eigenschaften sind bei Zelle und Organismus z. B. Stff und Energieumwandlung, Steuerung und Regelung, Infrmatinsverarbeitung, Bewegung swie die Weitergabe und Ausprägung genetischer Infrmatin. Zelle und Organismus stehen in Wechselwirkung zu ihrer Umwelt. Zu den Eigenschaften eines Öksystems und der Bisphäre gehören Wechselwirkungen zwischen belebter und unbelebter Natur swie Stffkreisläufe und Energiefluss. Lebendige Systeme sind gekennzeichnet durch genetische und umweltbedingte Variatinen und die Möglichkeit zur individuellen und evlutinären Entwicklung. Die Systemeigenschaften Stff und Energieumwandlung, Steuerung und Regelung, Infrmatinsverarbeitung, Bewegung swie die Weitergabe und Ausprägung genetischer Infrmatin sind gekennzeichnet durch Struktur und Funktin. beschreiben und erklären Struktur und Funktin vn Organen und Organsystemen, z. B. bei der Stff und Energieumwandlung, Steuerung und Regelung, Infrmatinsverarbeitung, Vererbung und Reprduktin;. erklären die Variabilität vn Lebewesen;. kennen und erörtern Eingriffe des Menschen in die Natur und Kriterien für slche Entscheidungen. Erkenntnisgewinn Bilgische Erkenntnisse über verwandtschaftliche Beziehungen, z. B. zwischen Arten swie über öklgische Ähnlichkeiten und Unterschiede erwerben die Lernenden mit Hilfe des kriterienbezgenen Bebachtens und Vergleichens. Dies schließt auch die Auseinandersetzung mit der Evlutinstherie ein. Mdelle und Mdellbildung kmmen im naturwissenschaftlichen Erkenntnisprzess vn Schülerinnen und Schülern besnders dann zur Anwendung, wenn sie kmplexe Phänmene bearbeiten der veranschaulichen. mikrskpieren Zellen und stellen sie in einer Zeichnung dar;. analysieren die stammesgeschichtliche Verwandtschaft bzw. öklgisch bedingte Ähnlichkeit bei Organismen durch kriteriengeleitetes Vergleichen; 3

4 Standardbasierter, kmpetenzrientierter Unterricht Sek. I ZPG Bilgie 2010 Peter Mayer, Dr. Matthias Hffmann. erörtern Tragweite und Grenzen vn Untersuchungsanlage, schritten und ergebnissen;. wenden Mdelle zur Veranschaulichung vn Struktur und Funktin an;. beschreiben Speicherung und Weitergabe genetischer Infrmatin auch unter Anwendung geeigneter Mdelle. Kmmunikatin Die Lernenden tragen ihre individuellen Alltagsvrstellungen in den Fachunterricht hinein und umgekehrt fachliche Knzepte und Fachsprache in die Alltagssprache zurück. Dadurch erreichen Schülerinnen und Schüler eine Diskursfähigkeit über Themen der Bilgie, einschließlich slcher, die vn besnderer Gesellschafts und Alltagsrelevanz sind. kmmunizieren und argumentieren in verschiedenen Szialfrmen; veranschaulichen Daten messbarer Größen zu Systemen, Struktur und Funktin swie Entwicklung angemessen mit sprachlichen, mathematischen der bildlichen Gestaltungsmitteln; stellen Ergebnisse und Methden bilgischer Untersuchung dar und argumentieren damit; referieren zu gesellschafts der alltagsrelevanten bilgischen Themen; erklären bilgische Phänmene und setzen Alltagsvrstellungen dazu in Beziehung; wenden idealtypische Darstellungen, Schemazeichnungen, Diagramme und Symblsprache auf kmplexe Sachverhalte an. Auf der Grundlage eines basalen und vernetzten s erwerben Lernende Kenntnisse über Organisatinsstrukturen und przesse lebendiger Systeme, einschließlich der des eigenen Körpers. Sie erschließen sich neue Sachverhalte in Anwendungsgebieten der mdernen Bilgie und können sich dann am gesellschaftlichen, z. T. kntrvers geführten Diskurs beteiligen, wenn sie skmpetenz entwickelt haben. Schwerpunkte einer ethischen Urteilsbildung im weitesten Sinne sind im Bilgieunterricht Themen, die das verantwrtungsbewusste Verhalten des Menschen gegenüber sich selbst und anderen Persnen swie gegenüber der Umwelt betreffen. Kriterien für en liefern Grundsätze einer nachhaltigen Entwicklung swie zwei grundlegende ethische Denktraditinen. Die eine stellt in erster Linie die Würde des Menschen in den Mittelpunkt und sieht diese als unantastbar an, die andere rientiert sich letztlich am Whlergehen des Menschen bzw. am Schutz einer systemisch intakten Natur um ihrer Selbst willen. Bevr Schülerinnen und Schüler die eigentliche vrnehmen, klären sie die bilgischen Sachverhalte und erfassen die mögliche Prblematik. Dabei nehmen sie in unterschiedlicher Weise die familiäre Perspektive der die Sichtweise des Freundeskreises, die Perspektive einzelner Gruppen in der Gesellschaft, einer anderen Kultur, der Gesetzgebung der auch die Dimensin der Natur ein. Zu dieser Fähigkeit des Perspektivenwechsels gehört auch, sich in die Rlle eines anderen Menschen einzufühlen und Verständnis dafür zu entwickeln, dass jemand anders denkt und sich daher anders entscheidet als man selbst. Dies erleichtert es, sich des eigenen Tleranzrahmens bewusst zu werden und diesen zu erweitern. Schülerinnen und Schüler setzen beim systematischen Bewerten vn Handlungsmöglichkeiten diese mit ethischen Werten in Beziehung. Lernende sllen selbst ein eigenes der auch fremdes, andersartiges Urteil begründen können. Auf dieser Basis vertreten sie unter Berück 4

5 Standardbasierter, kmpetenzrientierter Unterricht Sek. I ZPG Bilgie 2010 Peter Mayer, Dr. Matthias Hffmann sichtigung individueller und gesellschaftlich verhandelbarer Werte einen eigenen Standpunkt. Durch die ethische wird die naturwissenschaftliche Perspektive im engeren Sinne ergänzt. Dies impliziert wiederum multiperspektivisches Denken. Beides ist wesentlicher Bestandteil eines mdernen Bilgieunterrichts. unterscheiden zwischen beschreibenden (naturwissenschaftlichen) und nrmativen (ethischen) Aussagen; beurteilen verschiedene Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit und zur szialen Verantwrtung; beschreiben und beurteilen Erkenntnisse und Methden in ausgewählten aktuellen Bezügen wie zu Medizin, Bitechnik und Gentechnik, und zwar unter Berücksichtigung gesellschaftlich verhandelbarer Werte. 4. Hinweis auf Kriterien kmpetenzrientierten Unterrichts Methdisch ist die Knzeptin der Unterrichtseinheit vr allem durch umfangreiche Möglichkeiten zur Diagnse gekennzeichnet. Unter dem Stichwrt werden hier alle methdischen Maßnahmen verstanden, die den Schülerinnen und Schülern deutlichen machen welche Ziele zu erreichen sind und welche Frtschritte sie bereits erzielt haben. Darüber hinaus zeigt sich die Kmpetenzrientierung dieser Unterrichtseinheit durch, Handlungsrientierung, Intelligentes Üben und Anwenden und. 5. Unterrichtseinheit Verlauf grundlegender Unterrichtsinhalte mit Hilfe eines Selbstlernprgrammes am Beispiel Mitse Kmpetenzbereiche KMK Kmmunikatin Hinweise auf Kriterien kmpetenzrientierten Unterrichts Handlungsrientierung Diagnse und Förderung vrhandene Materialien (Dateiname) Selbstlernprgramm Mitse Überprüfung des Vrwissens über Mitse, Meise, Mendel, DNA, Prteine, Mutatin Fallbeschreibung Familie Michael Reichle Prblematisierung Familie Schwarz Kmmunikatin Erkenntnisgewinnung Kmmunikatin Diagnse und Förderung Prblemrientierung Handlungsrientierung Kntextbezug Prblemrientierung Handlungsrientierung Begriffe Repetitin Vrtest Diagnsebgen Mit Mei Ver Familie Reichle Marfan Humangenetik Stammbaumanalyse Vererbungsmuster 5

6 Standardbasierter, kmpetenzrientierter Unterricht Sek. I ZPG Bilgie 2010 Peter Mayer, Dr. Matthias Hffmann Lernzirkel Erbkrankheiten Vertiefung Stammbaum Familie Reichle Vertiefung Michaels Kinder (Genetische Beratung) Diagnse Erkenntnisgewinnung Kmmunikatin Erkenntnisgewinnung Kmmunikatin Kmmunikatin Exemplarisches Arbeiten Prblemrientierung Handlungsrientierung Kntextbezug Exemplarisches Arbeiten Prblemrientierung Handlungsrientierung Förderung Exemplarisches Arbeiten Prblemrientierung Handlungsrientierung Kntextbezug Diagnse und Förderung Vrbereitung Klassenarbeit Lernzirkel Erbkrankheiten Marfan Hilfen PND Familie Reichle Marfan Diagnsebgen Kmpetenz Faltblatt Schülerfragen" 6. Ergänzende Hinweise zur Unterrichtseinheit Exemplarisch sll am Beispiel der Mitse (Datei Selbstlernprgramm Mitse ) gezeigt werden, wie Eigentätigkeit und Eigenverantwrtlichkeit gefördert werden können. Die Dateien Begriffe Repetitin, Vrtest und Diagnsebgen Mit Mei Ver bieten verschiedene Alternativen zur Diagnse des ntwendigen Vrwissens. Den Schülerinnen und Schülern wird dabei neben der aktiven Wiederhlung auch die Möglichkeit zur eigenständigen Nacharbeit angebten. Als rter Faden der Unterrichtseinheit dient der knstruierte Fall der Familie Reichle (Datei Familie Reichle Marfan ). Am Beispiel des 16 jährigen Michaels werden die Schülerinnen und Schüler mit der Prblematik einer Erbkrankheit (hier: Marfan Syndrm) knfrntiert. Sie erarbeiten sich mit unterschiedlichen Materialien über diese Krankheit, die Grundlagen der Humangenetik und Möglichkeiten der Pränataldiagnstik. Die Kmpetenzbereiche Erkenntnisgewinnung und werden dabei ebenfalls in den Fkus der Kmpetenzrientierung gerückt. Nach der Fallbeschreibung erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe eines Textes Grundwissen über das Marfan Syndrm. Die Themen Stammbaumanalyse und Humangenetik werden über das Stammbaumschema der ebenfalls vm Marfan Syndrm betrffenen Familie Schwarz eingeführt und prblematisiert. Dabei werden die Grundlagen der Humangenetik mithilfe eines Arbeitsblattes (Datei Humangenetik ) erarbeitet. Die Anwendung der Mendelschen Regeln auf die Vererbung bei Menschen (Datei Stammbaumanalyse Vererbungsmuster ) liefert den Schülerinnen und Schülern das ntwendige Werkzeug für die Analyse des eingangs beschriebenen Stammbaums der Familie Schwarz. Darüber hinaus erarbeiten sie sich auch die Grundlagen für die Analyse weiterer autsmaler und gnsmaler Erbgänge. Die 6

7 Standardbasierter, kmpetenzrientierter Unterricht Sek. I ZPG Bilgie 2010 Peter Mayer, Dr. Matthias Hffmann tabellarische Zusammenfassung Vererbungsmuster mendelnder Gene beim Menschen liegt in zwei Versinen vr, die sich in der Anzahl der für die Beurteilung vn Erbgängen möglichen Indizien unterscheiden. An dieser Stelle gibt es verschiedene Möglichkeiten die neuen Lerninhalte zu üben und zu festigen (Schulbücher, eigenes Material; Bils, W., Dürr, G. (1997). Übungsaufgaben zum Bilgieunterricht in der Sekundarstufe II mit Lösungen (4. Auflage). Wiesbaden: Quelle & Meyer Verlag ; Bils, W. (2010). Warum die Erbse rund ist. 1. Auflage.Wiesbaden: Quelle & Meyer Verlag). Eine andere Übungsfrm kann mithilfe vn Simulatinssftware (Natura Simulatinssftware Klassische Genetik, Klett Verlag, ISBN ) erflgen. Der im Flgenden vrgestellte Lernzirkel (Datei Lernzirkel Erbkrankheiten ) bietet mehrere Möglichkeiten des methdischen Einsatzes. Der Lehrer kann verschieden Themen auswählen der die Schülerinnen und Schüler nach Interesse wählen lassen. Eine Festlegung eines Fundamentum und eines Additum ist auch möglich. Hierbei kann in unterschiedlicher Weise auch nach Lerntemp, Schwierigkeit und/der Szialfrm differenziert werden. Das umfangreiche Material des Lernzirkels kann den Schülerinnen und Schülern auch über Mdle zur Verfügung gestellt werden. Während längerer Schülerarbeitsphasen haben die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit Fragen der Prbleme auf ein DINA5 Blatt zu ntieren und an die linke Tafelhälfte zu heften. Schnellere der leistungsstärkere Schüler nehmen sich der Fragen und Prbleme an und schreiben die Antwrten und Hilfen auf die Rückseite des Blattes (Schüler Feedback). Nach Kntrlle des Lehrers werden die Blätter an der rechten Tafelhälfte angebracht und können drt eingesehen werden. Im Anschluss an die Übungs und Vertiefungsphase sind die Schülerinnen und Schüler in der Lage für Michaels Familie einen begründeten Familienstammbaum zu erstellen (Datei Marfan Hilfe ). Dabei wird eine weitere Frm der vrgestellt. Durch abgestufte Hilfen können gute Schüler gefrdert und bei schwächeren Schülern psitive Lernerflge erzielt werden. Um verschieden Möglichkeiten pränataler Diagnstik kennenzulernen, erhalten die Schüler eine Rechercheaufgabe (Datei PND ). Auch hier werden die Lernziele transparent gemacht, s dass die Schülerinnen und Schüler sich selbst einschätzen lernen und die vn ihnen erwarteten Kmpetenzen kennen, auch in Hinblick auf eine abschließende Leistungsfeststellung. Nach der pränataler Diagnseverfahren kann durch verschiedene Methden die skmpetenz geschult werden. Hierzu bieten sich Rllenspiele, unterschiedliche Diskussinsfrmen (Dilemmadiskussin, Aquariumdiskussin), Ja Nein Abfragen (Schwarz Weiß Methde) der das Schreiben eines Leserbriefs an (Datei Familie Reichle Marfan ). Eine weitere Möglichkeit bestünde in der Durchführung eines Interviews. In der Familie, in der Schule der auf der Straße könnten zum Thema Pränataldiagnse, Nutzen und Risiken, Interviews geführt werden, um weitere Argumente zu sammeln der ein Meinungsbild zu erstellen. Zwei Möglichkeiten der Endstandsdiagnse werden mit den Materialien Diagnsebgen Kmpetenz und Faltblatt vrgestellt. Die Schülerinnen und Schüler füllen den Diagnsebgen in zweifacher Ausfertigung aus, um auch dem betreuenden Lehrer/in eine Rückmeldung über den Lernerflg zu bieten. Dies ermöglicht im Anschluss gezielte individualisierte der gruppenspezifische Fördermaßnahmen. Das Faltblatt ermöglicht den Schülerinnen und Schülern eine Überprüfung ihres Lernerflges in der Diskussin. Als knkrete Vrbereitung für eine Klassenarbeit sllen die Schülerinnen und Schüler auf der Basis ihres Heftes peratinalisierte Aufgaben erstellen. Diese werden den Schülerinnen und Schülern als Aufgabenpl zur Verfügung gestellt (Datei Schülerfragen ). 7