Weiterbildungskolleg Bonn

Transkript

1 Schulinterner Lehrplan Weiterbildungskolleg Bonn Biologie Dezember 2015 Inhalt Seite 1. Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit 2 2. Unterrichtsvorhaben 2.1 Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben Grundkurs Unterrichtsvorhaben GK Genetik Unterrichtsvorhaben GK Ökologie Unterrichtsvorhaben GK Evolution Unterrichtsvorhaben GK Neurobiologie Unterrichtsvorhaben Leistungskurs Unterrichtsvorhaben LK Genetik Unterrichtsvorhaben LK Ökologie Unterrichtsvorhaben LK Evolution Unterrichtsvorhaben LK Neurobiologie Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung Lehr- und Lernmittel Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen Qualitätssicherung und Evaluation 123 1

2 1. Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit Das Weiterbildungskolleg (WbK) und Abendgymnasium (AG) der Bundesstadt Bonn ist eine Einrichtung des Zweiten Bildungswegs. Es ermöglicht Erwachsenen, Schulabschlüsse nachzuholen. Nach dem 4. Semester kann der Fachhochschulreifeabschluss (schulischer Teil) erreicht werden, nach dem 6. Semester die Allgemeine Hochschulreife. Die Hauptstelle in Bonn bietet die Bildungsgänge Kolleg, Abendgymnasium und Abitur online an, die Außenstelle in Euskirchen bietet Abendgymnasium und Abitur online an. Je nach Eingangsvoraussetzungen und Neigungen können die Studierenden sich in einem der Bildungsgänge anmelden. Die Einführungsphase ist von besonderer Bedeutung, weil hier der Übergang aus einer bereits ausgeübten Erwerbstätigkeit oder aus dem Bildungsgang der Abendrealschule (ARS) erfolgt. Häufig auftretende Übergangsprobleme sind: ein von den Studierenden als zu schnell empfundenes Lerntempo bzw. Anforderungen, die als zu hoch eingeschätzt werden, eine nicht vertraute Lernkultur oder eine Gruppendynamik innerhalb des neuen Klassenverbandes, in die sich die Studierenden nicht eingebunden fühlen. Um die Anschlussfähigkeit der Studierenden sicher zu stellen, wird versucht, das Lerntempo der Lerngruppe anzupassen, die Unterrichtsinhalte stofflich zu entlasten, sowie Methoden zur Förderung der Basiskompetenzen durchzuführen und den Klassenverband zu stärken. Die Lebenswelt der Studierenden ist oftmals durch folgende Aspekte gekennzeichnet: Viele Studierende wohnen nicht mehr im Elternhaus, sondern leben in einer eigenen Wohnung bzw. in einer Wohngemeinschaft. Sie erhalten meist Schüler-Bafög und/oder üben eine geringfügige Beschäftigung aus. Für viele Studierende ist Deutsch nicht die Herkunftssprache. Das Fach Biologie zählt in der Einführungsphase (Kolleg, AG, aol) zum Pflichtunterricht und wird hier als zweistündiger Kurs durchgeführt. In der Qualifikationsphase (Kolleg) kann Biologie entweder als Leistungskurs (5-stündig) oder als Grundkurs (3-stündig) belegt werden. Im Bildungsgang AG und aol wird Biologie in der Qualifikationsphase nur als Grundkurs (3-stündig) angeboten. Das Fach zählt zum mathematisch-naturwissenschaftlichen Aufgabenfeld, wobei die Biologie als Lehre vom Lebendigen den Focus auf den Aufbau und die Abläufe in lebenden Systemen legt. Neben den Inhalten spielen jedoch auch die Methoden des Faches eine wesentliche Rolle im Unterricht und es ergeben sich auch dadurch Anknüpfungspunkte zu verschiedenen Lebensbereichen der Studierenden. Die Naturwissenschaften prägen das moderne Leben. Die Einführungsphase kann anknüpfen an Fragen, wie naturwissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen werden oder wie wissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt und ausgewertet werden. 2

3 2.1 Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Zellaufbau und Biomembranen Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 90 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation K4 Argumentation E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen B4 Möglichkeiten und Grenzen Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E6 Modelle K4 Argumentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 90 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Wie verlaufen Nährstoffabbau und Energiegewinnung im menschlichen Körper? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung K3 Präsentation Inhalsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Dissimilation Zeitbedarf: ca. 4 Std. à 90 Minuten Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Enzyme Zeitbedarf: ca. 9 Std. à 90 Minuten Summe Einführungsphase: 31 Stunden 3

4 Einführungsphase UVI: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Zellaufbau und Biomembranen Die Studierenden können Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 90 Minuten UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben. UF2 biologische Konzepte zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen auswählen und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden. UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegeben fachliche Strukturen begründen. E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zur ihrer Überprüfung angeben. E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben. E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben. K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-technische Fragestellungen mit Hilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten. K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen. B2 in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen 4

5 Einführungsphase UVI: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Entscheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet Argumente abwägen, gewichten und einen begründeten Standpunkt beziehen. Mögliche didaktische Leitfragen/Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Empfohlene Lehrmittel/Materialien/Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen Einführung: Womit beschäftigt sich die Biologie? Zelle, Gewebe, Organ Was sind pro- und eukaryotische Zellen und worin unterscheiden sie sich grundlegend? Aufbau pro- und eukaryotischer Zellen Wie ist eine Zelle organisiert? Aufbau und Funktion von Mitochondrien und Chloroplasten Zellkompartimentierung Die Studierenden können - die Organisationsebenen des Organismus beschreiben (UF1). - Möglichkeiten und Grenzen des Zellkonzepts im Kontext von Geweben und Organen darstellen (B4). - den Aufbau pro- und eukaryotischer Zellen beschreiben und die Unterschiede herausstellen (UF3). - den Aufbau und die Funktion von Mitochondrien und Chloroplasten beschreiben und die Bedeutung der Zellkompartimentierung herausstellen (UF3). Informationsblatt/Lehrervortag zur Zelltheorie Mikroskopieren von Zwiebel- und Mundschleimhautzellen Elektronenmikroskopische Bilder sowie 2D-Modelle zu tierischen, pflanzlichen und bakteriellen Zellen Einüben der Fachsprache am Beispiel von Mitochondrien und Chloroplasten: Beschreibung komplexer Strukturen Basisinformationen zu den nebenstehenden Begriffen werden durch die Studierenden erarbeitet. Die Zelltheorie wird kurz als bedeutendes Konzept vorgestellt. Gemeinsamkeiten und Unterschiede der verschiedenen Zellen werden erarbeitet. EM-Bild wird mit Modell verglichen. Erkenntnisse werden in einem Protokoll oder Plakaten dokumentiert. Gruppenarbeit (oder - puzzle) 5

6 Einführungsphase UVI: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Weshalb und wie beeinflusst die Salzkonzentration den Zustand von Zellen? Plasmolyse Diffusion Osmose - Informationen zu Zellorganellen und ihrer Funktion werden adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten dargestellt (K3). - die Vorgänge der Diffusion und Osmose beschreiben und diese mit Modellvorstellungen auf Teilchenebene erklären (E6). - zur Klärung der Prozesse bei der Osmose Hypothesen formulieren und diese beispielsweise durch Mikroskopieren überprüfen (E3). Mikroskopische Übung zur Plasmolyse bei roten Zwiebeln Video zum Aufbau der Zelle Zellmodelle als Unterstützung Studierende formulieren erste Hypothesen, planen und führen geeignete Experimente zur Überprüfung ihrer Vermutungen durch. Versuche zur Überprüfung der Hypothesen Woraus bestehen Biomembranen? Aufbau und Eigenschaften von Lipiden und Phospholipiden - Aufbau und Eigenschaften von Lipiden und Phospholipiden beschreiben (UF1). Informationsblätter bzw. Informationen im Buch Struktur von Lipiden und Phospholipiden Verhalten von Phospholipiden in Wasser Dipolcharakter von Wasser Phänomen wird beschrieben. Das Verhalten von Lipiden und Phospholipiden in Wasser wird mithilfe ihrer Strukturformeln und Eigenschaften erklärt. 6

7 Einführungsphase UVI: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Einfache Modelle (2-D) zum Verhalten von Phospholipiden in Wasser werden erarbeitet und diskutiert. Demonstrationsexperiment zum Verhalten von Öl in Wasser Molekülbaukasten Film: Biomoleküle (Lipide) Wie sind Biomembranen aufgebaut und welche Transportvorgänge über Membranen gibt es? - ein Biomembranmodell für die Erklärung des Phänomens der Osmose auswählen (UF2). - am Beispiel Biomembran die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle beschreiben (E7). - passiven und aktiven Transport über Membranen beschreiben (UF1). Mögliche Diagnose von Studierendenkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Informationen zu Biomembranen Flüssig-Mosaik-Modell Aquaporine als neue Erkenntnis Der Modellbegriff und die Vorläufigkeit von Modellen im Forschungsprozess werden verdeutlicht. Wichtige wissenschaftliche Arbeits- und Denkweisen sowie die Rolle von Modellen und dem technischen Fortschritt werden herausgestellt. Mögliche Formen der Leistungsbewertung: multiple-choice-tests zu Zelltypen und Struktur und Funktion von Zellbestandteilen schriftliche Modellkritik (E6) 7

8 Einführungsphase UV II: Kein Leben ohne Zelle II Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben? Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben? Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 90 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Studierenden können UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben. UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren, E1 in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren, E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben, K4 biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren, B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen Zusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralische Bewertungskriterien angeben, B2 in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Entscheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begründeten Standpunkt beziehen. 8

9 Einführungsphase UV II: Kein Leben ohne Zelle II Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben? Mögliche didaktische Leitfragen/Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Welche Fragestellung lag den Acetabularia-Experimenten zugrunde? Erforschung der Funktion des Zellkerns Welche biologische Bedeutung hat die Mitose für einen Organismus? Mitose Interphase Wie ist die DNA aufgebaut, wo findet man sie und wie wird sie kopiert? Aufbau und Vorkommen von Nukleinsäuren Aufbau der DNA Mechanismus der DNA- Replikation in der S- Phase der Interphase Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Studierenden können Fragestellungen zur Funktion des Zellkerns formulieren und Versuchsdurchführungen und Erkenntniszuwachs darstellen (E1). die biologische Bedeutung der Mitose begründen und ihren Ablauf beschreiben (UF1, UF4). - den Aufbau der DNA mithilfe eines Strukturmodells erklären (E6, UF1). - den semikonservativen Mechanismus der DNA- Replikation beschreiben (UF1, UF4). Empfohlene Lehrmittel/Materialien/Methoden Acetabularia-Experimente von Hämmerling Informationstexte und Abbildungen und/oder Filme/Animationen zu zentralen Aspekten: 1. Exakte Reproduktion 2. Organ- bzw. Gewebewachstum und Erneuerung (Mitose) 3. Zellwachstum (Interphase) 2- oder 3D-Modelle zu DNA- Struktur und Replikation Meselson-Stahl-Experiment Reißverschlussprinzip Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen Naturwissenschaftliche Fragestellungen werden kriteriengeleitet entwickelt und Experimente ausgewertet. Experiment zum Kerntransfer bei Xenopus Das Grundprinzip und der Ablauf der Mitose werden in einem Modell dargestellt Mitosepräparate mikroskopieren (Fertigpräparate in der Sammlung) Der DNA-Aufbau und die Replikation werden modellhaft erarbeitet. Die Komplementarität wird dabei herausgestellt. 9

10 Einführungsphase UV II: Kein Leben ohne Zelle II Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben? Wo kann das Wissen über Zellvermehrung genutzt werden? Reproduktionsmedizin, z.b.: künstliche Befruchtung Leihmutterschaft Klonen - nimmt moralisch und fachlich Stellung zu Techniken der Reproduktionsmedizin und gibt Bewertungskriterien an (B1). - begründet Entscheidungen für oder gegen Techniken der Reproduktionsmedizin treffen (B2). - im Zusammenhang mit Techniken der Reproduktionsmedizin ethische Konflikte und mögliche Lösungen darstellen (B3). Informationen zu Techniken der Reproduktionsmedizin Zentrale Aspekte werden herausgearbeitet. Argumente werden erarbeitet und Bewertungsstrategien entwickelt. Studierende, die nicht an der Diskussion beteiligt sind, sollten einen Beobachtungsauftrag bekommen. Rollenkarten z. B. zu Vertretern unterschiedlicher Interessensverbände oder Personen Mögliche Diagnose von Studierendenkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Mögliche Leistungsbewertung: Angekündigte Tests zur Mitose; schriftliche Übung (z.b. aus einer Hypothese oder einem Versuchsdesign auf die zugrunde liegende Fragestellung schließen) zur Ermittlung der Fragestellungskompetenz (E1) 10

11 Einführungsphase UV III: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Enzyme Zeitbedarf: ca. 9 Std. à 90 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Studierenden können UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben. UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen. UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren. K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten strukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge. K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-technische Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten. K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen. K4 biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren. E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben. E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen 11

12 Einführungsphase UV III: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben. E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren. E5 Daten bezügliche einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben. E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben. E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben. B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen. Mögliche didaktische Leitfragen/Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Welche Makromoleküle sind von biologischer Bedeutung für den Energiestoffwechsel? Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Studierenden können - ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, Proteine, [Lipide, Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3). Empfohlene Lehrmittel/Materialien/Methoden Film: Biomoleküle (Kohlenhydrate, Proteine) Ggf. Molekülbaukasten Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen Funktionen und Einteilung der Stoffgruppen werden anhand des Films erarbeitet Aminosäuren und Monosaccharide (Glucose) als Bausteine mit Hilfe von Molekülmodellen veranschaulicht 12

13 Einführungsphase UV III: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Welche Bedeutung haben Enzyme im menschlichen Stoffwechsel? Welche Wirkung / Funktion haben Enzyme? Katalysator Biokatalysator Aktivierungsenergie Aktives Zentrum Allgemeine Enzymgleichung Substrat- und Wirkungsspezifität - mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität [und Enzymhemmung] beschreiben und erklären (E6). - Struktur und Funktion von Enzymen und ihre Bedeutung als Biokatalysatoren bei Stoffwechselreaktionen erläutern (UF1, UF3, UF4). Schematische Darstellungen von Reaktionen unter besonderer Berücksichtigung der Energieniveaus anhand von verschiedenen Abbildungen / Graphen. Ggf. Film Enzyme (Sammlung, z.b. Telekolleg Biologie) Modellexperimente zum Schlüssel-Schloss-Prinzip (Knete, Papier, LEGO Dokumentation z.b. als Minifilm mittels Handykamera) Experimentelles Arbeiten: z.b. Peroxidase mit Kartoffelscheibe oder Kartoffelsaft (Verdünnungsreihe) oder Katalasevesuche (Kartoffeln), Versuche mit Braunstein und H 2 O 2 ggf. Plakatpräsentation Die Substrat- und Wirkungs-spezifität werden veran-schaulicht. Die zentralen Aspekte der Biokatalyse werden erarbeitet: 1. Senkung der Aktivierungsenergie 2. Erhöhung des Stoffumsatzes pro Zeit Modelle zur Funktionsweise des aktiven Zentrums werden erstellt. Die naturwissenschaftlichen Fragestellungen werden vom Phänomen her entwickelt. Hypothesen zur Erklärung der Phänomene werden aufgestellt [z.b. Welches Gas entsteht bei dem Versuch mit H 2 O 2? Wie lässt es sich nachweisen?] Experimente zur Überprüfung der Hypothesen werden geplant, durchgeführt und abschließend werden mögliche Fehlerquellen ermittelt und diskutiert. [Vorgehen und Ergebnisse 13

14 Einführungsphase UV III: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Was beeinflusst die Wirkung / Funktion von Enzymen? ph-abhängigkeit Temperaturabhängigkeit Substratkonzentration / Wechselzahl [Km-Wert] Wie wird die Aktivität der Enzyme in den Zellen reguliert? kompetitive Hemmung, allosterische (nicht kompetitive) Hemmung Substratinduktion und Endprodukthemmung Wie macht man sich die Wirkweise von Enzymen zu Nutze? Enzyme im Alltag, z.b. Technik Medizin Hypothesen zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren aufstellen, sie anhand vorgegebener Versuchsergebnisse überprüfen und sie graphisch darstellen (E3, E2, E4, E5, K1, K4). mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung beschreiben und erklären (E6). - selbstständig Informationen zu verschiedenen Einsatzgebieten von Enzymen recherchieren und die Ergebnisse vergleichend präsentieren und bewerten (K2, K3, K4). - Möglichkeiten und Grenzen für den Einsatz von Enzymen in biologisch-technischen Zusammenhängen angeben Auswertung von Diagrammen mit Kriterien zur Beschreibung und Interpretation Ggf. Animation zur Enzymaktivität in Abhängigkeit vom ph-wert (abitur-online- Bibliothek Biologie) Informationsmaterial z.b. zur Behandlung einer Methanolvergiftung mittels Ethanol (kompetitive Hemmung) Modellexperimente [s.o.] (Internet)-Recherche - Enzyme im Alltag werden auf Plakaten präsentiert.] Das Beschreiben und Interpretieren von Diagrammen wird geübt. Wichtig: Denaturierung im Sinne einer irreversiblen Hemmung durch Temperatur und ph-wert soll herausgestellt werden, wenn möglich RGT-Regel. Wesentliche Textinformationen werden in einem begrifflichen Netzwerk zusammengefasst. Die kompetitive Hemmung wird simuliert. Modelle zur Erklärung von Hemmvorgängen werden entwickelt. Die Bedeutung enzymatischer Reaktionen für Haushalt und medizinische Zwecke wird herausgestellt. (Als Beispiel können Enzyme im Waschmittel und ihre Auswirkung auf die menschliche Haut besprochen und diskutiert werden). 14

15 Einführungsphase UV III: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? und die Bedeutung für unser heutiges Leben abwägen (B4). Mögliche Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe KLP-Überprüfungsform: Dokumentationsaufgabe und Reflexionsaufgabe (Thema: Enzyme im Alltag ) zur Ermittlung der Dokumentationskompetenz (K1) und der Reflexionskompetenz (E7) Mögliche Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Beurteilungsaufgabe und Optimierungsaufgabe (z.b. Modellkritik zur Funktionsweise von Enzymen sowie zur Enzymhemmung) zur Ermittlung der Modell-Kompetenz (E6) 15

16 Einführungsphase UV IV: Wie verlaufen Nährstoffabbau und Energiegewinnung im menschlichen Körper? Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Wie verlaufen Nährstoffabbau und Energiegewinnung im menschlichen Körper? Inhaltsfelder: IF 2 (Energiestoffwechsel) Dissimilation Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Studierenden können Zeitbedarf: ca. 4 Std. à 90 Minuten UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben. UF2 biologische Konzepte zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen auswählen und dabei wesentliches von unwesentlichem unterscheiden. UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen. UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren. K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen. Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Wie kommen die Nährstoffe in die Zellen? Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler - die bekannten zellulären Transportmechanismen anhand neuer Erkenntnisse über den Glukosetransport im menschlichen Körper modifizieren und reorganisieren (UF4). Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen Versuche mit Stärke und Amylase Film zur Stoffaufnahme (Ernährung und Verdauung), z.b. Telekolleg Biologie (06) Der Weg der Nahrung 16

17 Einführungsphase UV IV: Wie verlaufen Nährstoffabbau und Energiegewinnung im menschlichen Körper? Wie wird aus Nährstoffen Energie gewonnen? Dissimilation Zitronensäurezyklus Mitochondrium Energieumwandlung ATP und NAD+/NADPH +H+ - die Grundzüge der Dissimilation unter dem Aspekt der Energieumwandlung mithilfe einfacher Schemata erklären (UF3) - die Bedeutung von NAD+ und ATP für aerobe Dissimilationsvorgänge erläutern (UF1) Zusammenhänge anhand einfacher Schemata beschreiben und begründen. u.a.: zum Abbau des C-Körpers (Abbildungen, Schroedel Grüne Reihe Biologie) verschiedene Visualisierungshilfen für Präsentationen (OHP-Folien, ggf. kombiniert mit Placematmethode / Plakate / PPT / etc) - die ATP-Synthese im Mitochondrium beschreiben und präsentieren (UF 2, K3) - ggf. eine Tracermethode bei der Dissimilation adressatengemäß präsentieren Mögliche Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Mögliche Leistungsbewertung: Test(s) ggf. Ampelabfragen 17

18 2.2 Unterrichtsvorhaben Grundkurs Unterrichtsvorhaben GK Genetik Qualifikationsphase Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Unterrichtsvorhaben I: Molekulare Grundlagen der Vererbung Thema/Kontext: Wie werden Keimzellen gebildet und welche molekularen Prozesse bedingen genetische Vielfalt? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung Meiose und Rekombination Zeitbedarf: ca. 3 Std. à 90 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Von Gen zum Genprodukt (Protein) Thema/Kontext: Wie steuern Gene die Ausprägung unserer Merkmale und unter welchen Bedingungen sind unsere Gene aktiv? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E5 Auswertung E6 Modelle Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca Std. à 90 Minuten Unterrichtsvorhaben II: Erbkrankheiten und humangenetische Beratung Thema/Kontext: Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E3 Hypothesen E5 Auswertung K2 Recherche K3 Präsentation K4 Argumentation B3 Entscheidungen B4 Möglichkeiten und Grenzen Analyse von Familienstammbäumen Bioethik Zeitbedarf: ca. 5-8 Std. à 90 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Gentechnologie in der Anwendung Thema/Kontext: Darf man alles, was man kann? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe B1 Kriterien B3 Entscheidungen Ggf. B4 Möglichkeiten und Grenzen K1 Dokumentation E2 Wahrnehmung und Messung B4 Möglichkeiten und Grenzen Gentechnologie Bioethik Zeitbedarf: ca. 4-6 Std. à 90 Minuten Summe Qualifikationsphase: ca. 24 Stunden à 90 Minuten 18

19 GK Genetik UV I: Molekulare Grundlagen der Vererbung Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben I: Molekulare Grundlagen der Vererbung Thema/Kontext: Wie werden Keimzellen gebildet und welche molekularen Prozesse bedingen genetische Vielfalt? Inhaltsfeld: IF 3 Genetik (GK) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Meiose und Rekombination Die Studierenden können Zeitbedarf: ca. 3 Std. à 90 Minuten UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. Mögliche didaktische Leitfragen/Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Empfohlene Lehrmittel/Materialien/Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen Die Studierenden können Einführung / Reaktivierung von Vorwissen: Womit beschäftigt sich die Genetik? Bau und Struktur der DNA / Chromosomen: Genom, DNA, Chromosom (Basiskonzept System) Impuls / Bild- oder Informationsmaterial Sicherheitsunterweisung! Basisinformationen zu den nebenstehenden Begriffen werden (durch die Studierenden) erarbeitet. 19

20 GK Genetik UV I: Molekulare Grundlagen der Vererbung Wie werden männliche und weibliche Keimzellen gebildet? Bedeutung und Ablauf der Meiose; Spermatogenese / Oogenese Bild-, Text-, Film- (z.b. Telekolleg Biologie) und ggf. Modellmaterial zur 1. und 2. Reifeteilung der Meiose sowie möglicher Fehlverteilungen und Rekombinationsmöglichkeiten Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Meiose mit der Mitose (vgl. E- Phase) werden erarbeitet (Bilder und Modelle). Welche Prozesse entscheiden über die genetische Ausstattung der Keimzellen und wie entsteht genetische Vielfalt? Inter- und intrachromosomale Rekombination führen zu genetischer Vielfalt die Grundprinzipien der Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung erläutern (UF4). Rekombination (Basiskonzept System), Meiose (Basiskonzept Entwicklung) Mögliche Diagnose von Studierendenkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe / Evaluationsgespräch Mögliche Formen der Leistungsbewertung: Tests Ggf. Klausuren Bau, Präsentation und Bewertung von Modellen 20

21 GK Genetik UV II: Erbkrankheiten und humangenetische Beratung Unterrichtsvorhaben II: Erbkrankheiten und humangenetische Beratung Thema/Kontext: Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Inhaltsfeld: IF 3 Genetik (GK) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Analyse von Familienstammbäumen Die Studierenden können Bioethik Zeitbedarf: ca. 5-8 Std. à 90 Minuten 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. E3 mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten. E5 Daten/Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern. K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen. K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch 21

22 GK Genetik UV II: Erbkrankheiten und humangenetische Beratung Mögliche didaktische Leitfragen/Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans in ausgewählten 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. Empfohlene Lehrmittel/Materialien/Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen Wie kann man genetisch bedingte Krankheiten insbesondere Vererbungsmuster im Verlauf von Familiengenerationen - ermitteln und darauf aufbauend Prognosen für den Nachwuchs ableiten? Karyogramme Erbgänge beim Menschen Die Studierenden können bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zu X- chromosomalen und autosomalen (dominant / rezessiv) Vererbungsmodi Auswertung verschiedener Karyogramme [Anknüpfung an das UF I]. Beschreibung und Analyse von Familienstammbäumen (u.a. Lehrbuch). Mindestens ein Beispiel zur Trisomie (Turner-Frau, Trisomie-21) sollte besprochen werden. z.b. Chorea Huntington / Muskeldystrophie / Nachtblindheit / Aspekte genetischer 22

23 GK Genetik UV II: Erbkrankheiten und humangenetische Beratung Welche therapeutischen Ansätze gibt es für Erbkrankheiten und welche Chancen und Risiken ergeben sich aus der Stammzellforschung? Stammzellen / Gen- bzw. Zelltherapie Stammzelle (Basiskonzept System) genetisch bedingter Merkmale formulieren und die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose [UF I] begründen (E1, E3, E5, UF4, K4). Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen recherchieren und diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen präsentieren (K2, K3), naturwissenschaftlichgesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen darstellen und Interessen sowie Folgen ethisch beurteilen (B3, B4). z.b. Aktuelle Sach- und Fachliteratur (Recherche z. B. auf drze.de) zur Vorbereitung einer Podiumsdiskussion durch die Studierenden. Mögliche Diagnose von Studierendenkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe / Evaluationsgespräch Diagnostik und Beratung: Prognosen zum Auftreten spezifischer, genetisch bedingter Krankheiten werden für Paare mit Kinderwunsch. Ggf. Austausch (und Planung) mit den Fachbereichen Religion und Philosophie mögliches Beispiel: Alzheimer Mögliche Formen der Leistungsbewertung: Tests Klausuren Kurzvorträge / Beiträge zur Podiumsdiskussion 23

24 GK Genetik UV III: Vom Gen zum Genprodukt Unterrichtsvorhaben III: Vom Gen zum Genprodukt (Protein) Thema/Kontext: Wie steuern Gene die Ausprägung unserer Merkmale und unter welchen Bedingungen sind unsere Gene aktiv? Inhaltsfeld: IF 3 Genetik (GK) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca Std. à 90 Minuten Die Studierenden können 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. UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. 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. E5 Daten/Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern. E6 Anschauungsmodelle entwickeln, sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen. 24

25 GK Genetik UV III: Vom Gen zum Genprodukt Mögliche didaktische Leitfragen/Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Empfohlene Lehrmittel/Materialien/Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen Wie steuern DNA-Sequenzen unsere Merkmalsausprägung? Ggf. Wdh. Bau und Struktur der DNA / ggf. DNA-Replikation als Verständnisgrundlage der Proteinbiosynthese [vgl. E- Phase] / Transkription und Translation (Proteinbiosynthese) bei Pro- und Eukaryoten / Gen- (und Genom)mutationen Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette (Basiskonzept System), Proteinbiosynthese, genetischer Code, Mutation (Basiskonzept Struktur und Funktion) Können Gene reguliert (gesteuert) werden? Modelle zur Genregulation Die Studierenden können die molekularbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten vergleichen (UF1, UF3), Eigenschaften des genetischen Codes erläutern und mit dessen Hilfe Genmutationen charakterisieren (UF1, UF2), - die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) erklären (UF1, UF4). die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung begründen (E6, E3), Schritte der Transkripton und Translation anhand von z.b.. Filmsequenzen und Sachtexten Codesonne ggf. Lehrbuch (S. 74ff.) z.b. Fotoreihe mit ausgewählten Papiermodellen (z.b. Lac- Operon-Modell / Tryptophan- Operon) Im Vorfeld der Proteinbiosynthese bietet sich eine umfassende Wiederholung und Vertiefung folgender Aspekte aus der E-Phase an: Bau und Struktur der DNA, DNA-Replikation (vgl. Buch) Hier ggf. Verknüpfung mit UF I / II. 25

26 GK Genetik UV III: Vom Gen zum Genprodukt Genregulation, Transkriptionsfaktor, Proto- Onkogen, Tumor-Suppressorgen (Basiskonzept Struktur und Funktion) Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten erläutern und entwickeln (E2, E5, E6), einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des Zellstoffwechsels erklären (E6), mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto- Onkogenen und Tumor- Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen erklären (E6, UF1, UF3, UF4). Sach- bzw. Fachliteratur zu aktuellen Aspekten der Thematik Mögliche Diagnose von Studierendenkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe / Evaluationsgespräch DNA-Methylierung als einen epigenetischen Mechanismus ( als Modell zur Regulation des Zellstoffwechels) Die Entwicklung eines Modells auf der Grundlage / mithilfe von p53 und Ras - Fokussierung auf ein konkretes Beispiel! Mögliche Formen der Leistungsbewertung: Tests Ggf. Klausuren (schriftliche Modellkritik) / Präsentationen eigener Modelle 26

27 GK Genetik UV IV: Gentechnologie in der Anwendung Unterrichtsvorhaben IV: Gentechnologie in der Anwendung Thema/Kontext: Darf man alles, was man kann? Inhaltsfeld: IF 3 Genetik (GK) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Gentechnologie Die Studierenden können Bioethik Zeitbedarf: ca. 4-6 Std. à 90 Minuten 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. K1 bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden. E2 Beobachtungen und Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern. E4 Experimente mit komplexen Versuchsplänen und aufbauten mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien (Sicherheit, Messvorschriften, Variablenkontrolle, Fehleranalyse) durchführen. B4 ggf. begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten. 27

28 GK Genetik UV IV: Gentechnologie in der Anwendung Mögliche didaktische Leitfragen/Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Empfohlene Lehrmittel/Materialien/Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen Sind Genmanipulationen Chance oder unkalkulierbares Risiko? Gentechnologie in der Anwendung Transgener Organismus, DNA- Chip (Basiskonzept Struktur und Funktion) Die Studierenden können molekulargenetische Werkzeuge beschreiben und deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen erläutern (UF1), mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen darstellen und ihre Verwendung diskutieren (K1, B3), molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete erläutern (E4, E2, UF1), [ggf. auch an einem konkreten Beispiel hinsichtlich Möglichkeiten und Grenzen ( ) bewerten (B4)], die Bedeutung von DNA- Chips angeben und Chancen und Risiken beurteilen (B1, B3). Bedeutende Methoden wie PCR und Geleletrophorese anhand von z.b. Bild- und Filmmaterial visualisieren ggf. Experiment zur DNA- Extraktion (z.b. aus Tomaten) ggf. Exkursion (Schülerlabor) / Expertenbefragung Fokussierung auf zwei molekulargenetische Werkzeuge: - Restriktionsenzyme - Vektoren U.a. aus Kostengründen bietet sich die Organisation einer Exkursion zusammen mit dem Biologie LK an. Hier bietet sich z.b. der genetische Fingerabdruck, ggf. im Kontext eines Vaterschaftstests an. 28

29 GK Genetik UV IV: Gentechnologie in der Anwendung Mögliche Diagnose von Studierendenkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe / Evaluationsgespräch Mögliche Formen der Leistungsbewertung: Tests Klausuren 29

30 2.2.2 Unterrichtsvorhaben GK Ökologie Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation K4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 5 Ökologie Umweltfaktoren Qualifikationsphase: 4. Semester (GK) Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Synökologie 1 Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E5 Auswertung E6 Modelle K4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 5 Ökologie Ökologische Potenz Ökologische Nische Dynamik von Populationen Zeitbedarf: ca. 6 Std. à 90 Minuten Zeitbedarf: ca. 9 Std. à 90 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Synökologie 2 - Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation K4 Argumentation B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: IF 5 Ökologie Stoffkreislauf und Energiefluss Zeitbedarf: ca. 4 Std. à 90 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderungen von Ökosystemen Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K2 Recherche K4 Argumentation B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: IF 5 Ökologie Mensch und Ökosysteme Zeitbedarf: ca. 6 Std. à 90 Minuten Summe 4. Semester: 25 Stunden 30

31 GK Ökologie UV I: Autökologische Untersuchungen Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Inhaltsfeld: IF 5 Ökologie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Umweltfaktoren (Schwerpunkt: Temperatur und Licht) Zeitbedarf: ca. 9 Std. à 90 Minuten Die Studierenden können UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren und ihre Entscheidung begründen. E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren. 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. E5 Daten/Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln und Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern. E7 naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen 31

32 GK Ökologie UV I: Autökologische Untersuchungen Entwicklung darstellen. K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren. K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen. 32

33 GK Ökologie UV I: Autökologische Untersuchungen Mögliche didaktische Leitfragen/Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Empfohlene Lehrmittel/Materialien/Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen Einführung: Womit beschäftigt sich die Ökologie? Umweltfaktoren, Biotop, Biozönose, Population, Ökosystem Wie sind Tiere an den Umweltfaktor Temperatur angepasst? Temperaturtoleranzkurve, biogeografische Regeln, Fotosynthese Die Studierenden können - Grundbegriffe der Ökologie definieren (UF1). - die Bedeutung abiotischer Umweltfaktoren für ein Ökosystem beschreiben (UF1). - Toleranzkurven unter Verwendung der Fachbegriffe beschreiben und auswerten können (UF1, UF3). - ausgehend von Hypothesen Experimente zur Wärmeabgabe nach dem Prinzip der Variablenkontrolle planen, durchführen und die Ergebnisse deuten (E1, E2, E3, E4, E5, K3, K4). - die Aussagekraft der tiergeografischen Regeln erläutern und diese von naturwissenschaftlichen Informationen im Buch zu Grundbegriffen der Ökologie Modellökosystem Flaschengarten Experimente zur Untersuchung der Wärmeabgabe von wassergefüllten Glaskolben (unterschiedliche Volumina; unterschiedliche Oberflächen) Basisinformationen zu den nebenstehenden Begriffen werden durch die Studierenden erarbeitet. Ggf. Vorstellung des Modellökosystems Flaschengarten, auf das auch im Unterrichtsvorhaben III zurückgegriffen werden kann. Die Hintergründe von Bergmannscher und Allenscher Regel werden experimentell überprüft. 33

34 GK Ökologie UV I: Autökologische Untersuchungen Wie sind Pflanzen an den Umweltfaktor Licht angepasst? Ablauf der Fotosynthese Gesetzen abgrenzen (E7, K4). - die Temperaturregulation bei endothermen Tieren unter dem Aspekt der Regelung beschreiben (UF1). -Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren analysieren und präsentieren (E5, K3). - den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion erläutern und die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten der Chloroplasten zuordnen (UF1, UF3). Mögliche Diagnose von Studierendenkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Wiederholung wesentlicher Grundlagen aus der Einführungsphase: Aufbau der Chloroplasten, evtl. Bedeutung von ATP und NAD(P)H Historische Experimente zur Fotosynthese: z. B. Priestley und Experimente zu lichtabhängiger und lichtunabhängiger Reaktion Am Beispiel der Temperaturregulation wird das Prinzip der negativen Rückkopplung eingeführt. Studierende bearbeiten in Gruppen verschiedene Messdaten und stellen die beobachteten Trends vor. Erarbeitung von Schemata z. B. in Form von Plakaten Mögliche Formen der Leistungsbewertung: Tests 34

35 GK Ökologie UV II: Synökologie I Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Synökologie I Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Inhaltsfeld: IF 5 Ökologie Ökologische Potenz Ökologische Nische Dynamik von Populationen Zeitbedarf: ca. 6 Std. à 90 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Studierenden können 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 und strukturieren und ihre Entscheidung begründen. UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. E5 Daten/Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln und Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern. 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 Argumente belegen bzw. widerlegen. 35

36 GK Ökologie UV II: Synökologie I Mögliche didaktische Leitfragen/Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Warum kann man aus Toleranzkurven nicht unbedingt auf das Vorkommen von Arten in einem Ökosystem schließen? Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Studierenden können - aus vorgegebenen Untersuchungsergebnissen die ökologische Potenz von Arten ableiten (E5). Empfohlene Lehrmittel/Materialien/Methoden z. B. Grüne Reihe: Ökologische Potenz von Baumarten in Mitteleuropa Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen Physiologische und ökologische Potenz Konkurrenzausschluss und Konkurrenzvermeidung Ökologische Nische Parasitismus und Symbiose - mit Hilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten erklären (E6, UF1, UF2). - aus Untersuchungsdaten zu interspezifischen Beziehungen (u. a. Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ableiten (E5, UF1). z. B. Übungsklausur zu Ameisen und Ameisenpflanzen Unterschied Habitat / ökologische Nische betonen. Wie entwickelt sich die Populationsdichte? Dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren K- und r-strategen Sukzession Lotka-Volterra-Regeln - die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren beschreiben (UF1). - aus Daten zu abiotischen und biotischen Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderungen (Abundanz und Dispersion von Arten) sowie K- K- und r-lebenszyklusstrategie werden dargestellt und aus Daten abgeleitet. 36