Kern- und Schulcurriculum Biologie (4-stündig) Klasse 11/12. Stand Schuljahr 2011/12

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1 Kern- und Schulcurriculum Biologie (4-stündig) Klasse 11/12 Stand Schuljahr 2011/12

2 Schwarz sind die Inhalte und Kompetenzen des Bildungsplans dargestellt und rot die Unterrichtsinhalte des Kerncurriculums. Das integrierte Schulcurriculum ist auf den folgenden Seiten grün hervorgehoben. Kursstufe: Grundlegende biologische Prinzipien: Struktur und Funktion, Zelluläre Organisation, Spezifische Molekülinteraktion, Energieumwandlung, Regulation, Information und Kommunikation, Reproduktion, Variabilität, Angepasstheit, Wechselwirkung 1. Von der Zelle zum Organ Zelle und Zellstoffwechsel Die Schülerinnen und Schüler können... die Zelle als Grundbaustein des Lebens und als geordnetes System beschreiben; Kennzeichen des Lebens, zelluläre Organisation der Lebewesen, Protocyte und Eucyte Praktikum: Lichtmikroskopische Untersuchungen von pflanzlichen und tierischen Zellen anhand eines Modells den Aufbau und die Eigenschaften der Biomembran beschreiben; Bau der Membran, Fluid-Mosaik-Modell und die Aufgaben der Membranbestandteile; selektive Permeabilität die Bedeutung der Zellmembran für den geregelten Stofftransport erläutern; Diffusion und erleichterte Diffusion, aktive Transportvorgänge und ihre Bedeutung, Membranfluss 1

3 das Prinzip der Osmose und ihre Bedeutung für den Stoffaustausch über Membranen anhand von Experimenten erklären; Versuche zur Plasmolyse und Deplasmolyse die Bedeutung der Kompartimentierung der Zelle erklären und den Zusammenhang zwischen Bau und Funktion bei folgenden Zellorganellen erläutern: Zellkern, Mitochondrium, Chloroplast, endoplasmatisches Reticulum, Ribosom; Zusammenhang zwischen Ausstattung der Zelle mit Zellorganellen und Funktion; z.b. Plasmazellen oder sekretorische Zellen elektronenmikroskopische Bilder der Zelle interpretieren; Struktur- und Funktionszusammenhänge beschreiben und deuten z.b. Elektronenmikroskopie und Präparationstechniken, weitere Zellforschungsmethoden erklären, dass zum Erhalt und Aufbau geordneter Systeme Energie aufgewendet werden muss; Fließgleichgewicht, Leben und Tod Viren und ihre Vermehrung: lytischer und lysogener Zyklus erläutern, dass Zellen offene Systeme sind, die mit der Umwelt Stoffe und Energie austauschen; z. B. bei Fotosynthese und Zellatmung erklären, dass das Zusammenwirken energieliefernder mit energieverbrauchenden Reaktionen notwendig ist; erläutern, welche Bedeutung ATP als Energieüberträger hat. Energetische Kopplung an einem Beispiel, ATP als universeller Energieträger, Energiefluss und Energieumwandlung Praktikum energetische Kopplung 2

4 Moleküle des Lebens und Grundlagen der Vererbung Die Schülerinnen und Schüler können... beschreiben, dass das Leben auf Strukturen und Vorgängen auf der Ebene der Makromoleküle beruht; Überblick Biomoleküle ein Experiment zur Isolierung von DNA durchführen; Schülerversuche mit verschiedenen Obst- oder Gemüsesorten zur DNA-Isolierung die Doppelhelix-Struktur der DNA über ein Modell beschreiben und erläutern, wie in Nukleinsäuren die Erbinformation kodiert ist; Bau der DNA, Basenpaarung, semikonservative Replikation, genetischer Code Mutationen, auch an konkreten Beispielen s.u. die Bedeutung der Proteine als Struktur- und Funktionsmoleküle des Lebens erläutern; Überblick Funktion von Proteinen, molekularer Aufbau, räumliche Struktur das Funktionsprinzip eines Enzyms und eines Rezeptors über Schlüssel-Schloss-Mechanismen erläutern; Bau und Funktion eines Enzyms, Enzym-Substrat-Komplex, Substrat- und Wirkungsspezifität an einem konkreten Beispiel den Prozess der enzymatischen Katalyse beschreiben und die Vorgänge am aktiven Zentrum modellhaft darstellen; den Zusammenhang zwischen Molekülstruktur und spezifischer Funktion erläutern; z.b. Urease oder Amylase, aktives Zentrum 3

5 Mechanismen zur Regulation der Enzymaktivität an konkreten Beispielen beschreiben und erklären; Aktivierung und Hemmung (kompetitiv, allosterisch, irreversibel) Experimente zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren durchführen und auswerten; z.b. Temperatur, ph-wert, Art des Substrats und Substratkonzentration, Enzymkonzentration den Weg von den Genen zu den Proteinen (Proteinsynthese) und von den Merkmalen zu den Lebewesen (Biosyntheseketten) erläutern; Transkription, Translation, ein-gen-ein-polypeptid-hypothese, z.b. Phenylalaninstoffwechsel Mutationen, auch an konkreten Beispielen s.o. die Bedeutung der Regulation der Genaktivität für den geregelten Ablauf der Stoffwechsel- und Entwicklungsprozesse mithilfe einfacher Modelle erläutern. JACOB-MONOD-Modell (Bakterien); differenzielle Genaktivität 2. Aufnahme, Weitergabe und Verarbeitung von Informationen Die Schülerinnen und Schüler können... Nervenzellen präparieren und den Bau einer Nervenzelle erläutern; Präparation von Rückenmark; Soma, Axon, Dendriten die Mechanismen der elektrischen und stofflichen Informationsübertragung und die daran beteiligten Membranvorgänge am Beispiel der Nervenzellen beschreiben (Ruhepotenzial, Aktionspotenzial, Synapse); Entstehung und Aufrechterhaltung Ruhepotenzial, Na + -K + -Jonenpumpe, Ionenkanäle, Depolarisation, Repolarisation, Hyperpolarisation, Fortleitung eines Aktionspotenzials, Umwandlung der elektrischen Erregung in chemische Signale Synapsengifte und ihre Wirkung exemplarisch 4

6 die elektrochemischen und molekularbiologischen Vorgänge bei der Reizaufnahme an einer Sinneszelle und der Transformation in elektrische Impulse an einem selbst gewählten Beispiel erläutern; Bau der Lichtsinneszelle, Transduktion, second-messenger-prinzip die Verrechnung erregender und hemmender Signale als Prinzip der Verarbeitung von Informationen im Zentralnervensystem beschreiben; EPSP, IPSP, räumliche und zeitliche Summation die übergeordnete Funktion des Gehirns erläutern; Überblick: wichtige Gehirnareale und deren Funktion z.b. Sprechen oder Sehen die Funktion des Immunsystems am Beispiel einer Infektionskrankheit erläutern. Zwischen humoraler und zellulärer Immunantwort differenzieren und die beteiligten Zellen und Strukturen angeben; Unspezifische und adaptive Abwehr mit den entsprechenden Leuko- und Lymphozyten, Signalstoffe, Erkennung körperfremd und körpereigen durch Rezeptoren Organspende oder Autoimmunerkrankungen die Bedeutung des Immunsystems für die Gesunderhaltung des Menschen erläutern; Spezifische Immunreaktion, immunologisches Gedächtnis Impfen, z.b. HPV, FSME, Grippe am Beispiel von HIV erklären, wie Erreger die Immunantwort unterlaufen beziehungsweise ausschalten; HI-Virus, Bau und Eigenschaften, zentrale Rolle der T-Helferzellen, Krankheitsverlauf AIDS die Notwendigkeit der Regulation des Zusammenspiels der Zellen und Organe eines Organismus am Beispiel des Nervensystems und des Immunsystems erläutern; z.b. Abschalten der Immunantwort 5

7 am konkreten Beispiel (Sehwahrnehmung, Sprache) erläutern, dass die Leistungen des Zentralnervensystems sich nicht unmittelbar aus den Merkmalen der einzelnen Bausteine ergeben; erkennen, dass auf jeder Systemstufe des Lebens neue und komplexere Eigenschaften hinzu kommen. Am Beispiel Sehwahrnehmung die Rolle des Großhirns bei der Wahrnehmung beleuchten. 3. Evolution und Ökosysteme Die Schülerinnen und Schüler können ein Ökosystem während einer Exkursion erkunden und die in einem Lebensraum konkret erlebte Vielfalt systematisch ordnen; Freilandexkursion mit Artenbestimmung, Bestimmungsübungen, systematische Ordnung der Vielfalt Biodiversität an ausgewählten Gruppen des Tier- und Pflanzenreiches systematische Ordnungskriterien ableiten und die Nomenklatur anwenden; Systematische Ordnungskriterien im Hinblick auf Verwandtschaft, Definition der Art, binäre Nomenklatur durch morphologisch-anatomische Betrachtungen Abwandlungen im Grundbauplan rezenter und fossiler Organismen beschreiben und systematisch auswerten; Homologie, Analogie, Konvergenz z.b. an Wirbeltierextremitäten; Atavismen, rudimentäre Organe molekularbiologische Verfahren zur Klärung von Verwandtschaftsbeziehungen beschreiben und erklären; DNA-Sequenzierung, DNA-Hybridisierung, Präzipitintest, Aminosäuresequenzvergleich die biologische Evolution, die Entstehung der Vielfalt und Variabilität auf der Erde auf Molekül-, Organismen- und Populationsebene erklären; Evolutionsfaktoren: Mutation, Rekombination, Selektion, Isolation, Gendrift Koevolution, adaptive Radiation 6

8 die Bedeutung der sexuellen Fortpflanzung für die Evolution erläutern; Motor der Evolution durch Rekombination und Durchmischung des Genpools die historischen Evolutionstheorien von Lamarck und Darwin als ihrer Zeit gemäße Theorien interpretieren und sie vergleichend aus heutiger Sicht beurteilen; Grundlegendes zu Lamarck und Darwin, Vergleich; synthetische Evolutionstheorie den Menschen in das natürliche System einordnen und seine Besonderheiten in Bezug auf die biologische und kulturelle Evolution herausstellen. Vergleich Mensch Menschenaffe, wichtige Fossilfunde, Primatenstammbaum, Werkzeuggebrauch, Tradition 4. Angewandte Biologie Die Schülerinnen und Schüler können... die experimentellen Verfahrensschritte (Isolierung, Vervielfältigung und Transfer eines Gens, Selektion von transgenen Zellen) der genetischen Manipulation von Lebewesen an einem konkreten Beispiel beschreiben und erklären; Methoden der Gentechnik z.b. Insulinherstellung molekularbiologische Experimente durchführen und auswerten; z.b. Plasmidübertragung, genetischer Fingerabdruck, ELISA-Test das Prinzip der Gendiagnostik an einem Beispiel erläutern; z.b. Chorea-Huntington oder Mucoviscidose 7

9 geschlechtliche und ungeschlechtliche Fortpflanzung gegeneinander abgrenzen; vegetative Vermehrung, Klone, sexuelle Fortpflanzung Verfahren der Reproduktionsbiologie (Klonen, In-vitro-Fertilisation, Gentherapie) beschreiben und erklären; Klonen im Tier- und Pflanzenreich, künstliche Befruchtung, somatische und Keimbahntherapie, ethische Fragen embryonale und differenzierte Zellen vergleichen und die Bedeutung der Verwendung von embryonalen und adulten Stammzellen erläutern; Eigenschaften von embryonalen und differenzierten Zellen, Stammzellforschung Stammzellentherapie (Organtransplantation) die Bedeutung gentechnologischer Methoden in der Grundlagenforschung, in der Medizin und in der Landwirtschaft erläutern. Gentherapie und Grüne Gentechnik mit konkreten Beispielen Üben und Vertiefen: Auseinandersetzung mit den Anwendungsbereichen der Biologie aus naturwissenschaftlicher, medizinischer, wirtschaftlicher und ethischer Sicht. 8