Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe

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1 Hans-Ehrenberg-Schule SchulinternerLehrplan zumkernlehrplanfürdiegymnasiale Oberstufe Biologie Stand: Februar 2016

2 Inhalt 1 RAHMENBEDINGUNGEN DER FACHLICHEN ARBEIT ENTSCHEIDUNGEN ZUM UNTERRICHT UNTERRICHTSVORHABEN Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben... 8 Einführungsphase (EF) GK: Das Leben der Zellen... 9 Qualifikationsphase 1 (Q1) LK: Genetik und Ökologie Qualifikationsphase 1 (Q1) GK: Genetik und Ökologie Qualifikationsphase 2 (Q2) LK: Neurobiologie und Evolution Qualifikationsphase 2 (Q2) GK: Neurobiologie und Evolution Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase - 1.Teil Einführungsphase - 2.Teil Grundkurs Q1 1.Teil Grundkurs Q1 2.Teil Grundkurs Q2-1.Teil Grundkurs Q2-2.Teil Leistungskurs Q1 1.Teil Leistungskurs Q1 2.Teil Leistungskurs Q2 1.Teil Leistungskurs Q2 2.Teil Projektkurs Q GRUNDSÄTZE DER FACHMETHODISCHEN UND FACHDIDAKTISCHEN ARBEIT GRUNDSÄTZE DER LEISTUNGSBEWERTUNG UND LEISTUNGSRÜCKMELDUNG LEHR- UND LERNMITTEL ENTSCHEIDUNGEN ZU FACH- UND UNTERRICHTSÜBERGREIFENDEN FRAGEN QUALITÄTSSICHERUNG UND EVALUATION

3 RahmenbedingungenderfachlichenArbeit Die Hans-Ehrenberg-Schule ist ein Gymnasium in der Trägerschaft der Evangelischen Kirche von Westfalen. Sie liegt am südlichen Stadtrand von Bielefeld am Fuß des Teutoburger Waldes im eigenständigen Stadtteil Sennestadt. Das große, naturnahe Schulgelände mit Teich und vielfältigem Strauch- und Baumbewuchs grenzt an den Bullerbachgrünzug (naturnaher Park, Bachoberlauf mit Bachaue und Quelle). Exkursionsziele in weitere Naturräume und die nahe gelegene Großstadt (z.b. zur Universität) sind problemlos mit dem öffentlichen Nahverkehr oder per Bus-Charter erreichbar. Der Teil des Schulgebäudes, in dem die naturwissenschaftlichen Sammlungen und Unterrichtsräume untergebracht sind, entstand im Jahr Es existieren 3 Biologie-Räume, jedoch werden auch die Chemie- und die Physikräume für den Biologieunterricht mit genutzt. Dies ist gut möglich, da alle Unterrichtsräume benachbart sind und sich um die 3 zusammenhängenden Sammlungen gruppieren. Die Chemiesammlung und ein Chemieraum wurden im Jahr 2016 grundsaniert und zukunftsfähig ausgestattet. In den letzten Jahren wurden alle Unterrichtsräume mit je 1 Computer ausgestattet, der in das Schulnetzwerk eingebunden und an einen Beamer angeschlossen ist. Die Biologiesammlung verfügt über umfangreiches Material an Medien, Modellen und Labormaterialien, das zurzeit an den vorliegenden Lehrplan angepasst wird. Gute, regelmäßig gewartete Lichtmikroskope sind in ausreichender Anzahl für Einzel- und Gruppenarbeiten vorhanden. Zur physikalischen und chemischen Untersuchung von Waldböden und Gewässern wurden Analyse-Koffer angeschafft, und auch ein Blue Genes-Koffer steht zur Verfügung. Für Recherchezwecke und selbstständige Produktionen werden die beiden Medienräume der Schule sowie die Mediothek und eine kleine biologische Handbibliothek genutzt. 3

4 Als Besonderheit muss die wachsende Sammlung speziell für den NW-Unterricht angeschaffter Materialien hervorgehoben werden, die selbstständiges Arbeiten bereits in den Jahrgängen 5 und 6 ermöglichen. Die Fachkonferenz Biologie ist stets bemüht den ihr zur Verfügung stehenden Etat sorgsam auf die unterrichtlichen Bedingungen abzustimmen und Vorhandenes auch bei neuen Vorgaben ökonomisch und sinnvoll zu nutzen. Sie stimmt sich bezüglich der verwendeten Gefahrstoffe mit der dazu beauftragten Lehrkraft der Schule ab. In der Oberstufe befinden sich durchschnittlich ca. 120 Schülerinnen und Schüler in jeder Stufe. Das Fach Biologie ist in der Einführungsphase in der Regel mit 5 Grundkursen vertreten. In der Qualifikationsphase können auf Grund der Schülerwahlen in der Regel 3 4 Grundkurse und 1 2 Leistungskurs(e) gebildet werden. Die Verteilung der Wochenstundenzahlen in der Sekundarstufe I und II ist wie folgt: Jg. Fachunterricht von 5 bis 6 5 NW (3) (Bio/Phy) 6 NW (3) (Bio/Phy) Fachunterricht von 7 bis 9 7 BI (2); Lernstudio Naturforscher* 8 Biologie-Chemie- Differenzierungskurs* 9 BI (2) ; Biologie-Chemie- Differenzierungskurs* Fachunterricht in der EF und in der Q (Angebote) 10 BI (3) 11 BI (3/5); Projektkurs (2) 12 BI (3/5) *) Wahlkurse zur individuellen Ausgestaltung der Schullaufbahn Die Unterrichtstaktung an der Schule folgt einem Doppelstundenraster (90 Minuten), wobei aufgrund ungerader Stundenzahlen auch Einzelstunden à 45 Minuten stattfinden müssen. 4

5 Die Lehrerbesetzung ermöglicht einen ordnungsgemäßen und laut Stundentafel der Schule vorgesehenen Biologieunterricht. Aufgrund seiner heterogenen Altersstruktur und unterschiedlicher weiterer Fächer sind in dem 9-köpfige Biologiekollegium vielfältige Kompetenzen, Interessen und Sichtweisen vorhanden, sodass ein reger Austausch möglich ist. Um die Qualität des Unterrichts nachhaltig zu entwickeln, vereinbart die Fachkonferenz vor Beginn jedes Schuljahres neue unterrichtsbezogene Entwicklungsziele. Aus diesem Grunde wird am Ende des Schuljahres überprüft, ob die bisherigen Entwicklungsziele weiterhin gelten und ob Unterrichtsmethoden, Diagnoseinstrumente und Fördermaterialien ersetzt oder ergänzt werden sollen. Nach Veröffentlichung des neuen Kernlehrplans steht dessen unterrichtliche Umsetzung im Fokus. Hierzu werden sukzessive exemplarisch konkretisierte Unterrichtsvorhaben und darin eingebettet Überprüfungsformen entwickelt und erprobt. EntscheidungenzumUnterricht Der Biologieunterricht soll Interesse an ganzheitlichen, naturwissenschaftlichen Fragestellungen wecken und die Grundlage für das Lernen in Studium und Beruf in diesem Bereich vermitteln. Dabei werden fachlich und bioethisch fundierte Kenntnisse als Voraussetzung für einen eigenen Standpunkt und für verantwortliches Handeln gefordert und gefördert. Hervorzuheben sind hierbei die Aspekte Ehrfurcht vor dem Leben in seiner ganzen Vielfältigkeit, nachhaltiger Umgang mit den natürlichen Ressourcen und ein bewusster Umgang mit dem eigenen Körper. Hier folgt die Biologiefachkonferenz dem im Schulprogramm verankerten Leitgedanken der Ganzheitlichkeit, der auch in der Sekundarstufe I Grundlage des Unterrichts ist. In nahezu allen Unterrichtsvorhaben der Sekundarstufe II wird aufbauend auf den Kompetenzen, die in der Sekundarstufe I erworben werden konnten - den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit gegeben, kooperative, die Selbstständigkeit des 5

6 Lerners fördernde Unterrichtsformen zu nutzen, sodass ein individualisiertes Lernen kontinuierlich unterstützt wird. 2.1Unterrichtsvorhaben Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt den Anspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen auszuweisen. Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehrkraft, den Lernenden Gelegenheiten zu geben, alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans auszubilden und zu entwickeln. Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- und der Konkretisierungsebene. Im Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben (Kapitel 2.1.1) werden die für alle Lehrerinnen und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindlichen Kontexte sowie Verteilung und Reihenfolge der Unterrichtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen und Kollegen, aber über die Veröffentlichung auf der Homepage auch den Schülerinnen und Schülern sowie ihren Eltern einen schnellen Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zu den einzelnen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan genannten Kompetenzerwartungen, Inhaltsfeldern und inhaltlichen Schwerpunkten zu verschaffen. Um Klarheit für die Lehrkräfte herzustellen und die Übersichtlichkeit zu gewährleisten, werden in der Kategorie Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung an dieser Stelle nur die übergeordneten Kompetenzerwartungen ausgewiesen, während die konkretisierten Kompetenzerwartungen erst auf der Ebene der möglichen konkretisierten Unterrichtsvorhaben Berücksichtigung finden. Der ausgewiesene Zeitbedarf versteht sich als grobe Orientierungsgröße, die nach Bedarf über- oder unterschritten werden kann. Während der Fachkonferenzbeschluss zum Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppen- und Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitzt die exemplarische Ausgestaltung möglicher konkretisierter Unterrichts- 6

7 vorhaben (Kapitel 2.1.2) abgesehen von den in der fünften Spalte im Fettdruck hervorgehobenen verbindlichen Fachkonferenzbeschlüssen nur empfehlenden Charakter. Referendarinnen und Referendaren sowie neuen Kolleginnen und Kollegen dienen diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppeninternen Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperationen, Lernmitteln und -orten sowie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die im Einzelnen auch den Kapiteln 2.2 bis 2.4 zu entnehmen sind. Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bezüglich der konkretisierten Unterrichtsvorhaben sind im Rahmen der pädagogischen Freiheit und eigenen Verantwortung der Lehrkräfte jederzeit möglich und erwünscht um den individuellen Bedürfnissen der jeweiligen Fachgruppen Rechnung tragen zu können. Sicherzustellen bleibt allerdings auch hier, dass im Rahmen der Umsetzung der Unterrichtsvorhaben insgesamt alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Berücksichtigung finden. 7

8 2.1.1ÜbersichtsrasterUnterrichtsvorhaben Siehe folgende Seiten 8

9 Einführungsphase (EF) GK: Das Leben der Zellen Unterrichtsvorhaben I und II: Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert und welche Aufgabe haben Zellkern und Nucleinsäuren für das Leben? Unterrichtsvorhaben /// Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung? Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl K1 Dokumentation UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Zellaufbau Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten Enzyme Beispiele für Stoffwechselreaktionen Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten 9

10 Qualifikationsphase 1 (Q1) LK: Genetik und Ökologie Unterrichtsvorhaben I: Unterrichtsvorhaben II: Unterrichtsvorhaben III: Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Humangenetische Thema/Kontext: Modellvorstellungen Thema/Kontext: Angewandte Genetik Thema/Kontext: Autökologische Unter- Beratung Wie können genetisch be- zur Proteinbiosynthese Wie entstehen Welche Chancen und welche Risiken suchungen Welchen Einfluss haben dingte Krankheiten diagnostiziert und aus Genen Merkmale und welche Ein- bestehen? abiotische Faktoren auf das Vorkommen therapiert werden und welche ethischen flüsse haben Veränderungen der gene- von Arten? Konflikte treten dabei auf? tischen Strukturen auf einen Organismus? UF 4 Vernetzung E5 Auswertung K2 Recherche B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen K1 Kommunikation K3 Präsentation E1 Probleme und Fragestellung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente UF4 Vernetzung E5 Auswertung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K2 Recherche B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Meiose und Rekombination Analyse von Familienstamm bäumen Bioethik Zeitbedarf: ca. 25 Std. à 45 Minuten Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten Gentechnik Bioethik Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten Umweltfaktoren und ökologische Potenz Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 45 Minuten 10

11 Unterrichtsvorhaben V: Unterrichtsvorhaben VI: Unterrichtsvorhaben VII: Unterrichtsvorhaben VIII: Thema/Kontext: Synökologie I Wel- Thema/Kontext: Erforschung der Foto- Thema/Kontext: Synökologie II Wel- Thema/Kontext: Synökologie III Wie chen Einfluss haben inter- und synthese Wie entsteht aus Lichtener- chen Einfluss hat der Mensch auf glo- leben Lebewesen in einem konkreten intraspezifische Beziehungen auf Po- gie eine für alle Lebewesen nutzbare bale Stoffkreisläufe und Energieflüsse? Lebensraum zusammen? pulationen? Form der Energie? UF1 Wiedergabe E5 Auswertung E6 Modelle E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen UF2 Auswahl Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen UF4 Vernetzung Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltsfelder: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik) Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie), Dynamik von Populationen Fotosynthese Stoffkreislauf und Energiefluss Funktionale Zusammenhänge in einem Ökosystem Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten 11

12 Qualifikationsphase 1 (Q1) GK: Genetik und Ökologie Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus? Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Angewandte Genetik Welche Chancen und welche Risiken bestehen? E5 Auswertung K2 Recherche B3 Werte und Normen UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E6 Modelle K2 Recherche B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Gentechnik Bioethik Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten 12

13 Unterrichtsvorhaben IV: Unterrichtsvorhaben V: Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Thema/Kontext: Synökologie I Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Thema/Kontext: Synökologie II Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse? E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) E6 Modelle K4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Inhaltsfelder: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik) Umweltfaktoren und ökologische Potenz Dynamik von Populationen Stoffkreislauf und Energiefluss Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten 13

14 Qualifikationsphase 2 (Q2) LK: Neurobiologie und Evolution Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung? Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Lernen und Gedächtnis Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten? Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext:Wie wirken sich Krankheiten und bestimmte Substanzen auf die Funktionsweise des Nervensystems aus? UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E6 Modelle K1 Dokumentation UF4 Vernetzung K3 Präsentation Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung Plastizität und Lernen Gedächtnis und Wahrnehmung Nervengifte Zeitbedarf: ca. 24 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca.6 Stunden à 45 Minuten 14

15 Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext : Was deutet auf verwandtschaftliche Beziehungen von Lebewesen hin und wie lassen sich Verwandtschaftsverhältnisse ermitteln und systematisieren? Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Evolution in Aktion - Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel? Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Humanevolution Wie entstand der heutige Mensch? K1 Dokumentation UF3 Systematisierung E5 Auswertung Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Entwicklung der Evolutionstheorie Grundlagen evolutiver Veränderung UF 1 Wiedergabe UF 4 Vernetzung E 6 Modelle K 4 Argumentation B 4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Stammbäume (Teil1) Evolution und Verhalten UF 3 Systematisierung E 7 Arbeits- und Denkweisen K 4 Argumentation B 4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Evolution des Menschen Stammbäume (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 24 Std. à 45 Minuten 15

16 Qualifikationsphase 2 (Q2) GK: Neurobiologie und Evolution Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung? Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Lernen und Gedächtnis Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten? Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext:Wie wirken sich Krankheiten und bestimmte Substanzen auf die Funktionsweise des Nervensystems aus? UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E6 Modelle K1 Dokumentation UF4 Vernetzung K3 Präsentation Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung Plastizität und Lernen Gedächtnis und Wahrnehmung Nervengifte Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 6 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca.8 Std. à 45 Minuten 16

17 Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext : Was deutet auf verwandtschaftliche Beziehungen von Lebewesen hin und wie lassen sich Verwandtschaftsverhältnisse ermitteln und systematisieren? K1 Dokumentation UF3 Systematisierung E5 Auswertung Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Evolution in Aktion - Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel? UF 1 Wiedergabe UF 4 Vernetzung E 6 Modelle K 4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Humanevolution Wie entstand der heutige Mensch? UF 3 Systematisierung E 7 Arbeits- und Denkweisen K 4 Argumentation B 4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Grundlagen evolutiver Veränderung Stammbäume (Teil1) Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Evolution und Verhalten Stammbäume (Teil 2) Evolution des Menschen Stammbäume (Teil 3) Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten 17

18 2.1.2KonkretisierteUnterrichtsvorhaben Siehe folgende Seite. 18

19 Einführungsphase - 1.Teil Zuordnung der LP-Kompetenzen Konkrete Unterrichtssequenzen Mögliche Methoden / Medien/ Anknüpfungen SI-Vorwissen Schriftliche Überprüfung der Unterrichtsvorhaben I und II: Wir reaktivieren das Vorwissen der SuS in SI erreichten Kompetenzen zu Zelle, Gewebe, Organ und Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert und welche Aufgabe haben Zellkern und Nucleinsäuren für das Leben? stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs zum Zellaufbau durch technischen Fortschritt an Beispielen (durch Licht-, Elektronen- und Fluoreszenzmikrosko- Organisations- und Strukturebenen des Lebendigen. Welche Bedeutung besitzt die Zelle für lebendige Systeme? Wir leiten mit Hilfe des Vorwissens die Be- Organismus, Bedeutung des Zellkerns und Zellteilung (standardisierter Test) SuS knüpfen an ihr Vorwissen an und reaktivieren ihre Kenntnisse zum Aufbau des LM UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl K1 Dokumentation UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) pie) dar (E7). beschreiben Aufbau und Funktion der Zellorganellen und erläutern die Bedeutung der Zellkompartimentierung für die Bildung unterschiedlicher Reaktionsräume innerhalb einer Zelle deutung der Zelle und ihrer Entdeckung mithilfe des Lichtmikroskopes für Organismus, Organ und Gewebe ab Wir erkennen die Zelltheorie als wesentliches Kennzeichen des Lebendigen Zelle, Gewebe, Organ Organisation von Zellen, Zellorganellen, Zellkompartimentierung: Wie ist eine Zelle organisiert und wie gelingt es der Zelle so viele verschiedene Leistungen zu erbringen? SuS lernen die Zellorganellen in kooperativen Lernformen kennen. SuS haben die Möglichkeit ihre Kenntnisse auf ein 19

20 (UF3, UF1). Wir mikroskopieren pflanzliche und tierische Zellen: Methodik, Aufbau, Funktion. Zellaufbau Wir erkennen die Bedeutung der technischen Funktion des Zellkerns Errungenschaften bei der Entdeckung Zellverdopplung und DNA des Feinbaus der Zelle: EM, Dichtezentrifugation, Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minutetion Differentialzentrifugation, Aufbau und Funk- von Zellorganellen. Stadtmodell zu übertragen. beschreiben den Aufbau pro- und eukaryotischer Zellen und stellen die Unterschiede heraus (UF3). Zellorganell, Zellkern, Cytoskelett, Zellkompartimentierung Aufbau pro- und eukaryotischer Zellen. Was sind pro- und eukaryotische Zellen und worin unterscheiden sie sich grundlegend? Wir analysieren elektronenmikroskopische Bilder und Modelle zu tierischen, pflanzlichen und bakteriellen Zellen präsentieren adressatengerecht die Endosymbiontentheorie mithilfe angemessener Medien (K3, K1, UF1). Prokaryot, Eukaryot Wie sind Organellen mit doppelter Zellmembran erklärbar? Wir überprüfen datengestützt die Entwicklung der Endosymbiontentheorie 20

21 Endosymbiose ordnen differenzierte Zellen auf Grund ihrer Strukturen spezifischen Geweben und Organen zu und erläutern den Zusammenhang zwischen Struktur und Zelle, Gewebe, Organe, Organismen Welche Unterschiede bestehen zwischen Zellen, die verschiedene Funktionen übernehmen? Wir erfassen materialgestützt die Bedeutung Funktion (UF3, UF4, UF1). spezifischer Gewebe und Organe Zelle, Gewebe, Organ, Zelldifferenzierung Zelle, Gewebe, Organ, Zelldifferenzierung, Zellkommunikation benennen Fragestellungen historischer Versuche zur Funktion des Zellkerns und stellen Versuchsdurchführungen und Erkenntniszuwachs dar (E1, E5, E7). Was zeichnet eine naturwissenschaftliche Fragestellung aus? Wir erforschen die Funktion des Zellkerns in der Zelle, z.b. an Acetabularia-Experimen- Naturwissenschaftliche Fragestellungen werden kriteriengeleitet entwickelt und Experimente ausgewertet werten Klonierungsexperimente (Kerntransfer bei Xenopus) aus [und leiten ihre Bedeutung für die ten von Hämmerling und Experimenten zum Kerntransfer bei Xenopus Stammzellforschung ab] (E5) Zellkern begründen die biologische Bedeutung der Mitose auf der Basis der Zelltheorie (UF1, UF4) und erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für [den intrazellulä- Welche biologische Bedeutung hat die Mitose für einen Organismus? Wir beschreiben die einzelnen Phasen der Mitose und erfassen die Bedeutung der Mi- 21

22 ren Transport und] die Mitose (UF3, UF1). tose mithilfe eines Rückbezugs auf die Zelltheorie. Mitose, Interphase, Zellzyklus ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle Nucleinsäuren den verschie-denen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie Wie ist die DNA aufgebaut, wo findet man sie und wie wird sie kopiert? Wir erstellen einen Fragenkatalog zur den Funktionen der DNA, erläutern materialge- Entdeckungsgeschichte thematisieren: Griffith, Avery, Watson u. Crick, Meselson und Stahl bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3), erklären den Aufbau der DNA mithilfe eines Strukturmodells (E6, UF1) und beschreiben den semikonservativen Mechanismus der DNA-Replikation (UF1, UF4). stützt den Aufbau und das Vorkommen von Nukleinsäuren und erklären den Aufbau der DNA mithilfe eines Modells. Wir verschaffen uns einen Überblick über die Möglichkeiten der Replikation und erarbeiten den Mechanismus der DNA-Replikation in der S-Phase der Interphase. Replikation, Chromosomen, Makromolekül zeigen Möglichkeiten und Grenzen der Zellkulturtechnik in der Biotechnologie und Biomedizin auf (B4, K4). Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen für die Zellkulturtechnik? Wir ermöglichen mithilfe eines Rollenspiels zum Thema Können Zellkulturen Tierversu- Referate/ Expertengruppen/ Podiumsdiskussion che ersetzen? eine Bewertung der Zellkul- 22

23 turtechnik (Biotechnologie, Biomedizin) und Pharmazeutischen Industrie. 23

24 Einführungsphase - 2.Teil Unterrichtsvorhaben /// Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung? K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Biomembranen Stofftransport Zuordnung der LP-Kompetenzen führen mikroskopische Untersuchungen zur Plasmolyse hypothesengeleitet durch und interpretieren die beobachteten Vorgänge (E2, E3, E5, K1, K4). führen Experimente zur Diffusion und Osmose durch und erklären diese mit Modellvorstellungen auf Teilchenebene (E4, E6, K1, K4). recherchieren Beispiele der Osmose und Osmoregulation in unterschiedlichen Quellen und dokumentieren die Ergebnisse in einer eigenständigen Zusammenfassung (K1, K2) 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, Konkrete Unterrichtssequenzen Weshalb und wie beeinflusst die Stoffkonzentration den Zustand von Zellen? Wir entdecken mithilfe der Plasmolyse den Stofftransport zwischen Kompartimenten z. B einer roten Zwiebelzelle und leiten daraus Fragestellungen zu Eigenschaften von Biomembranen ab. Wir erklären mit Animationen zur Brownschen-Molekularbewegung, Demonstrationsversuchen und eigenständig entwickelten Versuchen zur Diffusion und Osmose die Vorgänge auf Teilchenebene und erläutern die Prozesse an Modellen. Plasmolyse, Diffusion, Osmose Welche chemischen Strukturen sind für die Funktion von Biomembranen verantwortlich? Mit einem Exkurs Chemie für Biologen erarbeiten wir uns materialgestützt die Grundlagen der Makromoleküle einer Biomembran: funktionellen Gruppen, Struktur- Mögliche Methoden / Medien/ Anknüpfungen Animation Experimente (bspw. Herstellen von Hustensaft); Mikroskopieren Möglichkeit für Referate 24

25 zwischen Kompartimenten (Teil 2) UF3). Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten formeln und Aufbau von Lipiden und Phospholipiden, Modelle von Phospholipiden in Wasser, Aufbau von Kohlenhydraten und Proteinen mit AS-Sequenz und übergeordneten Raumstrukturen Makromoleküle 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 verschiede- Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Erforschung von Biomembranen? Wir erarbeiten exemplarisch am Versuch von Gorter und Grendel die Bedeutung und die Grenzen von wissenschaftlichen Versuchen zur Weiterentwicklung des Biomembranmodells: Bilayer-Modell, Erforschung der Biomembran (historisch-geneti- Die Experimente zur Aufklärung der Lage von Kohlenhydraten in der Biomembran und die Internetrecherche zur Funktionsweise von Tracern wurden im Jg 14/15 wegen der hohen Komplexität des Sachverhaltes nicht themati- nen 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 scher Ansatz) Wir recherchieren die weitere Entwicklung des Biomembranmodells und erklären die Eigenschaften der Membran für das Biosystem: Sandwich-Modelle, Fluid-Mosaik-Modell, erweitertes Fluid-Mosaik-Modell (Kohlenhydrate in der Bio- siert ggf. Referat zum Thema Tracer vergeben 25

26 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). membran), dynamisch strukturiertes Mosaikmodel (Rezeptor-Inseln, Lipid-Rafts) Wir analysieren Experimente zur Aufklärung der Lage von Kohlenhydraten in der Membran und erforschen die Funktionsweise von Tracern und Markierungsmethoden zur Ermittlung von Membranmolekülen (Proteinsonden) mithilfe von Medien Biomembran, Tracer beschreiben Transportvorgänge durch Membranen für verschiedene Stoffe mithilfe geeigneter Modelle und geben die Grenzen dieser Modelle an (E6). Wie werden gelöste Stoffe durch Biomembranen hindurch in die Zelle bzw. aus der Zelle heraus transportiert? Wir verschaffen uns einen Überblick über Gruppenarbeit unter Rückbezug auf das Referatcurriculum des Jg 9 die unterschiedlichen Transportmechanismen: Passiver Transport, Aktiver Transport, Endo- und Exocytose Transport 26

27 Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Enzyme Beispiele für Stoffwechsel reaktionen Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren (E4) beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6). erläutern Struktur und Funktion von Enzymen und ihre Bedeutung als Biokatalysatoren bei Stoffwechselreaktionen (UF1, UF3, UF4). Welche Rolle spielen Enzyme im Körper eines Menschen? Wir erkennen die Bedeutung von Enzymen für den Körper des Menschen mithilfe eines Versuches und leiten daraus Fragestellungen für ein weiteres Verständnis der Enzymatik ab. Welche Eigenschaften, Funktionen und Wirkungen haben Enzyme? Wir erstellen Hypothesen zur Wirkungsweise von Enzymen und überprüfen mithilfe von Experimenten deren Gültigkeit. Wir erarbeiten die zentralen Aspekte der Biokatalyse anhand von Schemata: Aktives Zentrum, Allgemeine Enzymgleichung, Substrat- und Wirkungsspezifität, Katalysator, Biokatalysator, Endergonische und exergonische Reaktion, Aktivierungsenergie, Aktivierungsbarriere / Reaktionsschwelle Schülerexperimente, bspw. mit Speichelamylase 27

28 beschreiben und interpretieren Diagramme zu enzymatischen Reaktionen (E5). stellen Hypothesen zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Was beeinflusst die Wirkung / Funktion von Enzymen? Wir planen Versuche z.b. zur ph-abhängigkeit, zur Temperaturabhängigkeit, zur Wirkungsweise Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Das Beschreiben und Interpretieren von Diagrammen wird geübt. Faktoren auf und überprüfen sie ex- von Schwermetallen und zum Einfluss der Sub- perimentell und stellen sie graphisch stratkonzentration/wechselzahl, führen sie Experimente zur Ermittlung dar (E3, E2, E4, E5, K1, K4). durch und werten sie aus. 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. beschreiben und erklären mithilfe Wie wird die Aktivität der Enzyme in den Zellen Einsatz geeigneter Modelle geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6). reguliert? 28

29 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). Wir verschaffen uns materialgestützt einen Überblick über die verschiedenen Regulationsmechanismen: kompetitive Hemmung, allosterische (nicht kompetitive) Hemmung, Substrat und Endprodukthemmung Wie macht man sich die Wirkweise von Enzymen zu Nutze? Wir bewerten mit selbst angefertigten Referaten die Bedeutung von Enzymen im Alltag, Technik und Medizin. bspw. Referate; Expertengruppen 29

30 Grundkurs Q1 1.Teil Zuordnung der LP-Kompetenzen Konkrete Unterrichtssequenzen Mögliche Methoden / Medien/ Anknüpfungen Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? E5 Auswertung K2 Recherche B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) 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) 1. Down-Syndrom: Was heißt: trisom? Wir recherchieren die Erscheinungen, die Ursachen, die Diagnose und die Folgen. Zellzyklus, Meiose, Befruchtung, Genommutation, Fruchtwasserpunktion, erste ethische Überlegungen 2. PKU, Chorea H., R-G-Blindheit. Wie werden die Gene für monogene Erbkrankheiten vererbt? Wir betrachten unterschiedlich schwere Erbkrankheiten und werten Stammbäume aus. Wir diskutieren die Möglichkeit der Abtreibung bei z.b. einer Trisomie-Diagnose. Gen, Allel, Dominanz und Rezessi- Der Kurs findet im gemeinsamen Lernen unter Moderation des L zusammen. Projektpraktikum: Leben mit Behinderungen SuS lösen Aufgaben in kooperativen Arbeitsformen. Rollenspiel als Podiumsdiskussion (Reporter/Arzt/Kirchen-vertreter/Jurist/Eltern eines Kindes mit Trisomie) vität von Allelen, autosomale und gonosomale Erbgänge, Hetero-, 30

31 Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten 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) Homo und Hemizygotie, Behandlung und Beurteilung der Schwere der Krankheiten, gesellschaftliche Werte/Normen 3. R-G-Blindheit und Bluterkrankheit, Blutgruppen und Hautfarbe: Wie lassen sich auch komplexe Erscheinungen erklären? Wir analysieren Erbgänge mit mehreren Genen und/oder Merkmalen Genkopplung, Crossing over, Polygenie, Polyallelie 4. Züchtungserfolge: Wie lassen sich die Erkenntnisse auf andere Arten übertragen? Wir analysieren Kreuzungsversuche bei Pflanzen und Tieren Übung und Übertragung des Gelernten, Universalität der Vererbungsmechanismen LdL: SuS bereiten Unterricht vor und gestalten ihn. Möglichkeit zu Referaten ( Gregor Mendel und sein Werk / Gefiederfarbe beim Wellensittich / o.ä.) 31

32 Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus? UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E6 Modelle Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Proteinbiosynthese Genregula- begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3) 1. DNA - die Erbsubstanz: Welcher Teil der Chromosomen enthält die Gene? Wir analysieren die Versuche von Griffith und Avery. Feinstruktur der Chromosomen, Wiederholung Aufbau von DNA und Proteinen, Bakterien und Viren 2. Zusammenhänge zwischen Genen und Proteinen: Wie wird aus dem Gen für PKU, CH oder die Blutgruppen das jeweilige Merkmal? Wir verschaffen uns einen Überblick über die Proteinbiosynthese und entwickeln ein Alltagsmodell für den Vorgang (Kuchenbacken, Besen bauen, Architekt, Blaupause, Baustelle) Ein Gen-ein-Polypeptid-Modell, Transkription und Translation, Ribosomen SuS werten im Gruppenpuzzle historische Versuche aus. Sie üben selbstständiges Wiederholen mithilfe des Lehrbuches und zeigen ihre Kompetenz in einem selbst entworfenen Test. Der/die Lehrer/in lenkt im UG die Auswertung grafischer Darstellungen und die Einübung fachüblicher Darstellungsweisen. Die SuS entwickeln eigene Anschauungsmodelle und stellen sie im Plenum vor. 32

33 tion erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2) Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten vergleichen die molekularen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3) 3. Auf den Informationsgehalt kommt es an: Wie ist die genetische Information gespeichert? Wir informieren uns über die Grundzüge des genetischen Codes, lernen die Code-Sonne kennen und erkunden verschiedene Darstellungen über die genauen Vorgänge bei der PBS bei Prokaryoten. Genetischer Code, Details über Transkription, Translation, AS-Aktivierung, beteiligte Enzyme, Vergleich mit Replikation 4. Eukaryoten und Prokaryoten unterscheiden sich auch in der PBS: Wie entstehen unsere eigenen Eiweiße? Wir recherchieren zur PBS bei Eukaryoten. Exons, Introns, Splicing, Unterschiede der Ribosomen Die SuS rezipieren und verarbeiten einen Lehrervortrag und lösen Aufgaben, mit deren Hilfe sie ihren Kenntnisstand selbst beurteilen können. Sie geben ein Feedback über die erfahrenen Arbeitsweisen in 1-3. LdL. : Einzelne SuS recherchieren in verschiedenen Quellen und bereiten den Unterricht mit dem/r L gemeinsam vor. Dabei berücksichtigen sie die Ergebnisse des Feedbacks (s.3.) 33

34 erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2) erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosomund Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4) 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- 5. Veränderte Gene veränderte Merkmale: Wann kommt eine Mutation zum Ausdruck? An ausgewählten einzelnen Genen verdeutlichen wir uns die Hintergründe und Auswirkungen von Genmutationen. Genetischer Code, Ursache von Genmutationen, Beispiele 6. Ein Gen kommt selten allein: Wie wirken Gene zusammen? Am Beispiel von PKU, Albinismus und Blütenfarben bei Pflanzen sammeln wir Forschungsergebnisse zu komplexeren Formen des Vererbungsgeschehens. Genwirkketten 7. Nicht immer werden alle Gene gebraucht: Wie verhält sich die Zelle ökonomisch, und was geschieht, wenn die Regulation entgleist? Nach Erarbeitung der Jacob-Monod- Modelle stellen wir weitere Möglichkei- Im UG werden mithilfe geeigneter Visualisierungen grundlegende Aspekte gemeinsam analysiert. Die SuS arbeiten arbeitsteilig an verschiedenen Fallbeispielen und üben adressatengerechte Vorträge im Plenum. Die Jacob-Monod-Modelle können als Gruppenpuzzle mithilfe des Lehrbuches erarbeitet werden. Für die komplexeren Modelle sollten Videose- 34

35 Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4) erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des Zellstoffwechsels (E6) ten der Genregulation zusammen. Regulationsmodelle quenzen ausgewählt werden, die im UG analysiert werden. Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Angewandte Genetik Welche Chancen und welche Risiken bestehen? erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1) geben die Bedeutung von DNA- Chips an und beurteilen Chancen und Risiken (B1, B3) 1. Die Analyse des Genoms: Welche Möglichkleiten bietet die Gentechnologie? Wir erkunden die Vorgehensweise bei der kriminaltechnologischen Täterermittlung mithilfe gentechnischer Verfahren. Filmanalyse, z.b.: to- tal_phaenomenal_- _spur_der_dna.mp4 (Planet Schule) K2 Recherche B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen Wir diskutieren weitere Möglichkeiten und Risiken der Anwendung der Verfahren. PCR, Elektrophorese, Restriktion, spezifische Primer, DNA-Vergleich Online-Selbstlernkurs zu DNA-Chips: biologie/material/zelle/dna1/ beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1) 2. Neues erschaffen: Wie werden transgene Lebewesen hergestellt und welche Chancen und Risiken sind damit verbunden? Stationenlernen zu molekulargenetischen Werkzeugen stellen mithilfe geeigneter Medi- 35

36 Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) en die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3) Gentechnik Bioethik Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3) stellen naturwissenschaftlichgesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4) 3. Recherche und Erarbeitung in Kleingruppen / Präsentation Auch im Grundkurs ist eine Exkursion zur Uni grundsätzlich möglich. Hierfür werden nach Absprache zwischen den Grundkurslehrern geeignete SuS ausgewählt. 36

37 Grundkurs Q1 2.Teil Zuordnung der LP- Kompetenzen Konkrete Unterrichtssequenzen Mögliche Methoden / Medien/ Anknüpfungen Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u.a. tiergeographische Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4) 1. Verschiedene Arten in verschiedenen Lebensräumen: Welche abiotischen Bedingungen sind für Pflanzen und Tiere bedeutsam und wie sind einzelne Arten daran angepasst? Wir untersuchen an Beispielen die SuS arbeiten in Gruppen: Hypothesen, Versuche und ihre Auswertung zur Wärmeübertragung Lösung von Aufgaben mit Fallbeispielen grundlegenden Einflüsse von Wasser, Schwerpunkte der Kompetenz- Licht und Wärme auf Pflanzen und entwicklung: Tiere und recherchieren Anpassungs- E1 Probleme und Fragestellungen muster. Unterscheidung Ökosystem, Bio- E2 Wahrnehmung und Messung top, Biocoenose, abiotische und E3 Hypothesen biotische Umgebung, Anpassun- E4 Untersuchungen und Expe- gen, Bergmannsche und Allensche rimente Regeln und ihre Anwendungen E5 Auswertung 2. Die Bedeutung von Veränderungen: Wel- SuS arbeiten in Gruppen: E7 Arbeits- und Denkweisen che Varianz der Umweltfaktoren ertragen Versuche mit der Tem- verschiedene Lebewesen? peraturorgel Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Wir planen Versuche, messen und Lösung von Aufgaben analysieren Messergebnisse zur Tole- mit Fallbeispielen 37

38 Umweltfaktoren und ökologische Potenz zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem auf (UF3, UF4, E4) ranz gegenüber verschiedenen Umweltfaktoren. Toleranzkurven, ökologische Potenz, Sten- und Euryökie 3. Pflanzen und Tiere als Mittel der Analytik: Welche Arten geben Auskunft über die Umweltbedingungen? Wir recherchieren über Zeigerarten, wenden die Erkenntnisse bei einem Unterrichtsgang an und beurteilen die gemessene Qualität der Umweltbedingungen. Anwendung und Übertragung Unterrichtsgang zum Bullerbach, Bestimmung der Wasserqualität Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Synökologie I Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? 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) 1. Konkurrenten und andere Mitbewohner: Welche biotischen Beziehungen kennen wir? Wir werten Versuche aus, in denen Konkurrenzsituationen und andere biotische Beziehungen simuliert wurden. Ökologische Nische, Konkurrenzausschlussprinzip, Überblick Auswertung von Versuchen zu den Wachstumsbedingungen bei Rein- und Mischsaaten 38

39 E6 Modelle K4 Argumentation über biotische Beziehungen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Dynamik von Populationen Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (UF1) 2. Plötzlich sind es viele: Wie entsteht eine Plage und wie lässt sie sich begrenzen? Wir simulieren das Wachstum einer Population durch Modellrechnungen Populationswachstum, r- und k- Strategien, exponentielles und superexponentielles Wachstum SuS arbeiten mithilfe einer Computersimulation, z.b. Biointeraktion.bpleced.net Uni Bremen, Biologiedidactic) entwickeln aus zeitlich-rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5) 3. Vom Fressen und Gefressenwerden: Wie entsteht ein ökologisches Gleichgewicht? Wir vollziehen die Überlegungen SuS werten verschiedene historische und aktuelle Beispiele aus. untersuchen die Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka- Volterra-Modells (E6) von Lotka und Volterra nach und messen sie an realen Untersuchungsergebnissen Räuber-Beute-Beziehungen, Einsatz von Giften 39

40 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) recherchieren Beispiele für die biologische Invasion von Arten und leiten Folgen für das Ökosystem ab (K2,K4) 4. Es bleibt nicht, wie es ist: Wie verändern sich Ökosysteme? Wir recherchieren und dokumentieren Entwicklungen in Baulücken, auf Lichtungen o.ä. und vergleichen natürliche und invasive Sukzession Sukzession, Neophyten, Neozoen Referate, ggf. unter Bezug auf Ausbreitung von Traubenkirschen im Bullerbachtal Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Synökologie II Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse? B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5) erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3) 1. Kein Leben ohne Nährstoffe: Wie verläuft die grundlegende Nährstoffproduktion? Wir führen Versuche zur Fotosynthese durch und vergleichen die Ergebnisse mit wissenschaftlichen Erkenntnissen zum Ablauf der Energiespeicherung Natur des Lichts, Fotosynthesefaktoren, Licht- und Dunkelreaktionen, Bedeutung des Chlorophylls, Bezug zu abiotischen Faktoren, Wiederholung Enzyme Phänomenologische Versuche mit der Wasserpest; Auswertung von Filmsequenzen 40

41 stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Inhaltsfelder: IF 5 (Ökologie), IF 3 Organismen unter den Aspekten (Genetik) von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3) Stoffkreislauf und Energiefluss Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten 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) 2. Einbahnstraße Energiefluss: Wo bleibt die Energie? Wir betrachten ein Ökosystem unter energetischen Gesichtspunkten und entdecken Nahrungsketten, Nahrungsnetze und Nahrungsspezialisten Trophieebenen, Nahrungskette, Nahrungsnetz, Stoffkreisläufe 3. Überall Mais: Wie und warum wird so viel Mais angebaut? Wir recherchieren und erörtern eine aktuelle Entwicklung in der Region im Kontext des bisher Gelernten Energienutzung- und Speicherung, CO 2 - Problematik, Dünger- und Pestizidproblematik, Rückbezug zu Anpassungserscheinungen (C3- C4), Neophyten, Gentechnik Erstellung von Computergrafiken auf der Basis von im Internet recherchierten Daten Arbeitsteilige Projektarbeit 41

42 Grundkurs Q2-1.Teil Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung? UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E6 Modelle Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Aufbau und Funktion von Neuronen Zuordnung der LP- Kompetenzen beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons (UF1) 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) 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) Konkrete Unterrichtssequenzen 1. Die Nervenzelle in Ruhe und Aktion Wir erklären die Funktionsweise einer Nervenzelle anhand ihres Aufbaus. Aufbau einer Nervenzelle (Neuron), Potentiale (Ruhepotential, Aktionspotential), saltatorische Erregungsweiterleitung, Amplitudenund Frequenzmodulation, Membran, Ionenkanal, Natrium-Kalium- Pumpe 2. Wie Nervenzellen zusammenhängen und zusammenarbeiten Wir erklären den Unterschied zwischen erregenden und hemmenden Synapsen und analysieren, wie diese zusammenwirken. Erregungsweiterleitung an Synapsen, EPSP, IPSP, Verrechnung an Synapsen, Neurotransmitter Mögliche Methoden / Medien / Anknüpfungen Domino-Modell 42