1 Fachbereich Biologie

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1 1 Fachbereich Biologie 1.1 Vorstellung des Faches Unsere Gesellschaft wird von Naturwissenschaften geprägt, welche heute einen wesentlichen Teil unserer kulturellen Identität bilden. Biologische Erkenntnisse haben für die Medizin sowie in den Bereichen Ernährung, Gentechnik, Biotechnologie und Umwelt eine hohe gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung. Zunehmend gewinnt die Biologie in der technischen Anwendung wirtschaftliche Bedeutung. Das Unterrichtsfach Biologie fördert in der Auseinandersetzung mit diesen Themen sowie den Arbeitsmethoden und natur-wissenschaftlichen Denkweisen die Kompetenzen, welche die Schülerinnen und Schüler sowohl für eine naturwissenschaftlich technische Berufsorientierung, jedoch auch für die aktive Teilnahme an öffentlichen Diskussionen benötigen. Das Unterrichtsfach Biologie vermittelt das dazu gehörige anschlussfähige Orientierungswissen und Urteilsvermögen. Im Fachunterricht Biologie lernen die Schülerinnen und Schüler sowohl Wege der Empirischen Erkenntnisgewinnung kennen, als auch, auf der Grundlage von erkannten Gesetzmäßigkeiten, Vorhersagen zu machen, Hypothesen zu bilden. Die Schülerinnen und Schüler lernen beim Planen und Durchführen von Experimenten genaues Beobachten, klares Beschreiben sowie sachgerechtes Darstellen und Interpretieren. Somit leisten handlungsorientierte Unterrichtseinheiten einen Beitrag zum Erwerb von naturwissenschaftlichen Fähigkeiten und Fertigkeiten. Des Weiteren fördern das Arbeiten mit Modellvorstellungen sowie der häufige Wechsel von Organisationsebenen das Abstraktionsvermögen und schulen multiperspektivisches und logisches Denken. Im Rahmen der Jahrgangsstufen 5 und 6 stehen die Betrachtung des Menschen, der Wirbeltiere und der Blütenpflanzen im Vordergrund. Den Schülerinnen und Schülern wird ein Einblick in biologische Zusammenhänge und Wechselbeziehungen gewährt. Sie lernen naturwissenschaftlich Erkenntnisse zu gewinnen, zu experimentieren, exakt zu beobachten und ihre Erkenntnisse sachgerecht darzustellen. Wichtiges Ziel dabei ist auch, Interesse und Freude an der Natur aufzubauen und zu bewahren. In den Jahrgangsstufen 8 und 9 werden komplexere Themen aus den Bereichen Ökologie, Evolution, Zellbiologie, Genetik und Physiologie des menschlichen Körpers behandelt. Des Weiteren werden die fächerübergreifenden Themen wie Suchtprävention sowie Familienund Sexualerziehung besprochen. In der Einführungsphase erwerben die Schülerinnen und Schüler Kenntnisse aus der Stoffwechselphysiologie sowie ein vertieftes Verständnis von Lebensvorgängen auf zellulärer und molekularer Ebene. Das Erlernen von Inhalten der Ökologie, der Evolutionsbiologie und der Genetik in den Jahrgangsstufen Q 1 und Q 2 erfordert zunehmend ein Denken in System-Zusammenhängen. In der Auseinandersetzung mit Anwendungen in der Bio- und Gentechnologie lernen die Schülerinnen und Schüler Möglichkeiten, aber auch Grenzen und Gefahren einer dynamischen Wissenschaft kennen. Naturkundliche Exkursionen, Besichtigungen und Expertenvorträge ergänzen den Biologieunterricht. Fachbereich Biologie 1 von 118

2 1.2 Obligatorik schuleigener Lehrplan Schuleigener Lehrplan SI in tabellarischer Form Jahrgänge 5 und 6 Inhaltsfelder Vielfalt von Lebewesen Bauplan der Blütenpflanzen, Fortpflanzung, Entwicklung und Verbreitung bei Samenpflanzen, Unterscheidung zwischen Wirbeltieren und Wirbellosen, Nutzpflanzen und Nutztiere, Biotop- und Artenschutz Angepasstheit von Tieren an verschiedene Lebensräume (Aspekte Ernährung und Fortbewegung) Fachliche Kontexte Pflanzen und Tiere in verschiedenen Lebensräumen - Was lebt in meiner Nachbarschaft? - Pflanzen und Tiere, die nützen (fakultativ: Kartoffel, Getreide, Kräuter / Haustiere und Nutztiere) - Naturschutz - evolutive Aspekte innerhalb der Wirbeltierklassen Konzeptbezogene Kompetenzen - Nennen verschiedene Blütenpflanzen, unterscheiden ihre Grundorgane und nennen deren wesentliche Funktionen - Beschreiben die Entwicklung von Pflanzen - Beschreiben Formen geschlechtlicher und ungeschlechtlicher Fortpflanzung bei Pflanzen - Beschreiben exemplarisch den Unterschied zwischen einem Wirbeltier und Wirbellosen, z.b. Insekten, Schnecken - Beschreiben die Veränderungen von Wild- zu Nutzformen an einem Beispiel - Stellen die Veränderungen von Lebensräumen durch den Menschen dar und erläutern die Konsequenzen für einzelne Arten - Stellen die Angepasstheit einzelner Tier- (und Pflanzen) arten an ihren spezifischen Lebensraum dar - Beschreiben Wechselwirkungen versch. Organismen untereinander und mit ihrem Lebensraum - Vergleichen der Wirbeltierklassen unter evolutiven Gesichtspunkten Prozessbezogene Kompetenzen E 3, E 6 K 4 E 9 (Keimungsversuche) B 9 (Monokulturen) E 3 E 3 B1, B2, B 3 E 7, E 8 E 13 B 9 E 4, E 5, E 7, E 10 (Vogelflug) K 4, K 7 fächerübergreifende Aspekte Fachbereich Biologie 2 von 118

3 Bau und Leistungen des menschlichen Körpers Ernährung und Verdauung, Bewegungssystem, Atmung und Blutkreislauf Suchtprophylaxe Gesundheitsbewusstes Leben - Lecker und gesund (fakultativ: Stationenlernen zum Thema Nahrungsinhaltsstoffe und ihre Bedeutung ) - Bewegung Teamarbeit für den ganzen Körper - Aktiv werden für ein gesundheitsbewusstes Leben - Aktiv werden für ein gesundheitsbewusstes Leben (fakultativ: Be smart don`t start ) - Drogen: Rauchen oder Alkohol - Beschreiben den Weg der Nahrung bei der Verdauung und nennen die daran beteiligten Organe - Beschreiben die Bedeutung von Nährstoffen, Mineralsalzen, Vitaminen, Wasser und Ballaststoffen für eine ausgewogenen Ernährung und unterscheiden Bau- und Betriebsstoffe - Beschreiben die Bedeutung einer vielfältigen und ausgewogenen Ernährung und körperlicher Bewegung - Beschreiben Aufbau und Funktion des menschlichen Skeletts und vergleichen es mit dem eines anderen Wirbeltieres - Beschreiben und erklären den menschlichen Blutkreislauf und die Atmung sowie deren Bedeutung für den Nährstoff-, Gas- und Wärmetransport durch den Körper - Beschreiben Organe und Organsysteme als Bestandteile des Organismus und erläutern ihr Zusammenwirken, z.b. bei Atmung, Verdauung, Muskeln E 4, E 12 K 5 B 5 K 1, K 2, K 5, K 6 B 5 E 12 B 5 E 4, E 12 K 4 B 6 (Asbest) E7, E8 K1, K 2, K 5, K 7 B 5, B 7 Sport: - Koordinationsfähigkeit erweitern - - Atem und Puls als Belastungszeichen Fachbereich Biologie 3 von 118

4 Angepasstheit von Pflanzen und Tieren an die Jahreszeiten Zellen, Fotosynthese, Blattaufbau, Produzenten, Konsumenten Angepasstheit von Pflanzen an den Jahresrhythmus Wärmehaushalt, Überwinterung, (z.t. verbinden mit Vielfalt von Lebewesen- Angepasstheit an Lebensraum ) Entwicklung exemplarischer Vertreter der Wirbeltierklassen und eines Vertreters der Gliedertiere (Schmetterling oder Biene) Tiere und Pflanzen im Jahreslauf - Ohne Sonne kein Leben - Pflanzen und Tiere Leben mit den Jahreszeiten) - Extreme Lebensräume Lebewesen aus aller Welt - (fakultativ: Besuch eines Zoos oder Tierparks) - Bezeichnen die Zelle als funktionellen Grundbaustein von Organismen - fakultativ: Beschreiben die im Lichtmikroskop beobachtbaren Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen und beschreiben die Aufgaben der sichtbaren Bestandteile: Zellkern, Zellplasma, Zellmembran, Zellwand, Vakuole, Chloroplasten - Beschreiben Zellen als räumliche Einheiten, die aus verschiedenen Bestandteilen aufgebaut sind - Beschreiben Merkmale der Systeme Zelle, Organ und Organismus insbesondere in Bezug auf die Größenverhältnis-se und setzen verschiedene Systemebenen miteinander in Beziehung - Beschreiben die Fotosynthese als Prozess zum Aufbau von Glucose aus Kohlenstoffdioxid und Wasser mit Hilfe von Lichtenergie unter Freisetzung von Sauerstoff - Beschreiben die Bedeutung der Fotosynthese für das Leben von Pflanzen und Tieren - Beschreiben in einem Lebensraum exemplarisch die Beziehung zwischen Tier- und Pflanzenarten auf der Ebene der Produzenten und Konsumenten (z. B. Brennnessel Schmetterling) E 5, E12 K 4 E 4 B 10, B 11 E 7, E 8 Physik: Leben bei verschiedenen Temperaturen, Energiequelle Sonne Fachbereich Biologie 4 von 118

5 - Beschreiben Wechselwirkungen verschiedener Organismen untereinander und mit ihrem Lebensraum - Beschreiben exemplarisch Organismen im Wechsel der Jahreszeiten und erklären die Angepasstheit (z.b. Überwinterung unter dem Aspekt der Entwicklung) - Stellen einzelne Tier- und Pflanzenarten und deren Angepasstheit an den Lebensraum und seine jahreszeitlichen Veränderungen dar - Beschreiben und vergleichen die Individualentwicklung ausgewählter Wirbelloser und Wirbeltiere - Nennen die Verschmelzung von Eiund Spermienzelle als Merkmal für geschlechtliche Fortpflanzung E 7, E 8 B 9 (Treibhauseffekt Gefahr für Eisbären) E 3 Fachbereich Biologie 5 von 118

6 Überblick und Vergleich der Sinnesorgane beim Menschen Aufbau und Funktion von Ohr oder Auge des Menschen Reizaufnahme und Informationsverarbeitung beim Menschen Sinnesleistungen bei Tieren (Orientierungsaspekt und Vergleich zum Menschen) Die Umwelt erleben: Die Sinnesorgane Sicher im Straßenverkehr Sinnesorgane helfen Tiere als Sinnesspezialisten - Beschreiben Aufbau und Funktion von Ohr oder Auge und begründen Maßnahmen zum Schutz dieses Sinnesorgans - Beschreiben die Wirkung der UV- Strahlung auf die menschliche Haut, nennen Auswirkungen und entsprechende Schutzmaßnahmen - Beschreiben die Zusammenarbeit von Sinnesorganen und Nervensystem bei Informationsaufnahme, - weiterleitung und verarbeitung - Beschreiben Vorgänge der Kommunikation zwischen Lebewesen an einem Beispiel (z.b. innerhalb eines Rudels) - Beschreiben Wechselwirkungen verschiedener Organismen untereinander und mit ihrem Lebensraum E 4, E 12 K 4 B 7 B 9 (Wale/Sonar/Lärm) E3 Musik: Ohr Physik: Auge Fachbereich Biologie 6 von 118

7 Sexualerziehung Veränderungen in der Pubertät, Bau und Funktion der Geschlechtsorgane; Paarbindung, Geschlechtsverkehr, Empfängnis, Empfängnisverhütung Schwangerschaft und Geburt Entwicklung vom Säugling zum Kleinkind Lust und Frust beim Erwachsenwerden - Beschreiben und vergleichen Geschlechtsorgane von Mann und Frau und erläutern deren wesentliche Funktion - Unterscheiden zwischen primären und sekundären Geschlechtsmerkmalen - Vergleichen Ei- und Spermienzelle und beschreiben den Vorgang der Befruchtung - Nennen die Verschmelzung von Ei- und Spermienzelle als Merkmal für geschlechtliche Fortpflanzung bei Menschen und Tieren - Nennen Möglichkeiten der Empfängnisverhütung - Erklären die Bedeutung von Zellteilung für das Wachstum - Beschreiben die Individualentwicklung des Menschen - Beschreiben Merkmale der Systeme Zelle, Organ und Organismus insbesondere in Bezug auf die Größenverhältnisse und setzen verschiedene Systemebenen miteinander in Beziehung - Nennen die Vererbung als Erklärung für Ähnlichkeiten und Unterschiede von Eltern und Nachkommen auf phänotypischer Ebene E 11 K 1 B 2 B 6 (Samen/Spermium) E 7 K 2, K 5 B 4, B 5 B 3 E 13 Fachbereich Biologie 7 von 118

8 Jahrgang 8 Inhaltsfelder Fachliche Kontexte Konzeptbezogene Kompetenzen Energiefluss und Regeln der Natur Stoffkreisläufe Beschreibung und Untersuchung eines ausgewählten Biotops Erkunden eines terrestrischen Ökosystems Hecke auf dem Schulgelände/Wald Messen abiotischer Faktoren (Licht, Temperatur, ph-wert ) Untersuchung der Standortfaktoren an ausgewählten Stellen SuS erklären die Bedeutung von Licht, Temperatur, Feuchtigkeit für das Ökosystem Prozessbezogene Kompetenzen E 4, 10 K 5, 6 B 1 Medien/Material Unterrichtsgänge Untersuchung der Hecke ph-meter Hygrometer Luxmeter Thermometer fächerübergreifende Aspekte Physik: Licht, Temperatur Chemie: ph-wert, Säuren und Basen Bestimmung und Untersuchung verschiedener Pflanzen Erstellen einer Vegetationsaufnahme Erstellen eines Herbariums SuS beschreiben die für das Ökosystem Hecke/Wald charakteristischen Arten und erklären deren Bedeutung im Gesamtgefüge SuS unterscheiden zwischen Bedecktsamern und (Nacktsamern), Sporen- und Samenpflanzen und kennen einige typische Vertreter dieser Gruppen E 1, 3, 6, 11, 13 K 1, 3, 4, 5, 6, 7 Untersuchung der Hecke/des Waldes Bestimmungsbücher Handmikroskope Binokulare Erdkunde: Klimafaktoren, Geländeprofile, Boden SuS untersuchen das Ökosystem im Wechsel der Jahreszeiten unter ausgewählten Aspekten (z.b. Baumbeschreibungen im Fachbereich Biologie 8 von 118

9 Jahresverlauf, Verlauf klimatischer Faktoren ) Experimente zur Fotosynthese SuS beschreiben und erklären das Prinzip der Fotosynthese als Prozess der Energieumwandlung von Lichtenergie in chemisch gebundene Energie E 1, 2, 4, 9 K 1, 5 Aquarien, Bechergläser Wasserpest Lichtquellen Physik: Licht, Energie Chemie: Energie, chemisch gebundene Energie Nahrungsbeziehungen Energieumwandlung Energiefluss Offene Systeme Untersuchungen zu Nahrungsbeziehungen im Ökosystem Hecke/Wald Erstellen eines Nahrungsnetzes in der Hecke/im Wald SuS beschreiben exemplarisch Nahrungsketten und Nahrungsnetze SuS beschreiben und erklären das dynamische Gleichgewicht in der Räuber-Beute-Beziehung am ausgewählten Beispiel (z.b. Laubstreu Regenwurm Amsel) SuS erklären die Wechselwirkungen zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten und erläutern ihre Bedeutung im Ökosystem SuS beschreiben exemplarisch den Energiefluss zwischen den einzelnen Nahrungsebenen SuS beschreiben exemplarisch den Kohlenstoffkreislauf E 1, 2, 10, 12, 13 K 1,2, 3, 4 B 1, 4, 8 E 1, 2,11 K 1, 3, 4 Internetrecherche Steckbrief Evtl. Bau von Modellen zum ökologischen Gleichgewicht Berlese-Apparatur bzw. andere Sammelfallen Evtl. Materialien zum Bau von Flaschengärten Chemie: organische Verbindungen Charakterisierung verschiedener Arten und systematische Einordnung SuS beschreiben für das Ökosystem Hecke/Wald charakteristische Vertreter verschiedener Tier- und E 1, 3, 6, 7, 8, 10, 12, 13 K 1, 4, 5, 7 B 8 Internetrecherche Fachliteratur Filme Fachbereich Biologie 9 von 118

10 Pflanzenstämme Biotop- und Artenschutz Naturschutzgebiete in der Nachbarschaft Gefährdete Lebensräume bedrohte Arten SuS beschreiben die langfristigen Veränderungen von Ökosystemen, z.b. Regenwald, Weltmeere SuS beschreiben und bewerten die Veränderungen von Ökosystemen durch Eingriffe des Menschen SuS unterscheiden zwischen ökologischen und ökonomischen Aspekten SuS erklären die Notwendigkeit und Möglichkeiten des Artenschutzes E 7, 8, 10 K 1,2,3 B 9, 10, 11 Internetrecherche Ggf. Fachliteratur, Zeitschriftenartikel Filme Erdkunde: Naturbedingte und anthropogen bedingte Gefährdung von Lebensräumen Treibhauseffekt und Nachhaltigkeit SuS beschreiben die stofflichen und energetischen Wechselwirkungen im Ökosystem und in der Biosphäre SuS beschreiben den Schutz der Umwelt und die Erfüllung der Grundbedürfnisse aller Lebewesen sowie künftiger Generationen als Merkmale nachhaltiger Entwicklung E 7, 8, 12 K 1, 2, 7 B 9, 10, 11 Politik / Philosophie: Nachhaltigkeit Evolutionäre Entwicklung Erdzeitalter, Datierung Vielfalt und Veränderung - eine Reise durch die Erdgeschichte Den Fossilien auf der Spur Belege für Evolution SuS nennen z. B. Fossilien als E 1, 2 K 4 Fossilien Knochen, Schädel Religion/Philosophie: Schöpfungsgeschichte Fachbereich Biologie 10 von 118

11 Stammesentwicklung der Wirbeltiere Wege der Erkenntnisgewinnung am Beispiel evolutionsbiologischer Forschung Stammesentwicklung des Menschen Lebewesen und Lebensräume dauernd in Veränderung Belege für die Evolution Erstellen eines Stammbaums (exemplarisch an einem gewählten Beispiel: Pferdestammbaum) SuS erläutern an einem Beispiel Mechanismen der Evolution (Selektion, Mutation, Modifikation) SuS beschreiben die Abstammung des Menschen B 8 E 7 E 3, 10 K 5 B 6 Evtl. Materialien zum Erstellen von Fossilien Filmmaterial Hominidenschädel Film Evtl. Zoo (Primaten) vs. Evolutionslehre? Religion/Philosophie: Kennzeichen des Menschlichen / Sonderstellung des Menschen Jahrgang 9 Inhaltsfelder Fachliche Kontexte Konzeptbezogene Kompetenzen Prozessbezoge ne Kompetenzen Kommunikation und Erkennen und Regulation Bau und Funktion des Nervensystems mit ZNS im Zusammenhang mit Sinnesorgan und Effektor Bakterien, Viren, Parasiten Immunsystem, Impfung Allergien reagieren Signale werden empfangen und verarbeitet Krankheitserreger erkennen und abwehren - SuS beschreiben den Aufbau des NS einschließlich ZNS und erklären die Funktion im Zusammenwirken mit Sinnesorganen und Effektor (Reiz- Reaktions-Schema) - SuS beschreiben das Prinzip des eigenen Lernvorgangs über einfache Gedächtnismodelle - SuS beschreiben einzellige Lebewesen und begründen, dass sie als lebendige Systeme zu betrachten sind (Kennzeichen des Lebendigen) E 2, 8, 10, 11, 13 K 1, 2, 6, 7 B 3, 4, 5, 6 Medien, Material, Unterrichtsgänge Modelle Nerv, Gehirn Evtl. Präparation Auge Evtl. Bau von Neuron-Modellen Internet-Recherche Ausführen von Gedächtnis-Tests Abbildungen, Fotos fächerübergreifen de Aspekte Fachbereich Biologie 11 von 118

12 Regulation durch Hormone Regelkreisschema Nicht zu viel und nicht zu wenig Zucker im Blut - SuS beschreiben typische Merkmale von Bakterien (Wachstum, Koloniebildung, Bau) - SuS beschreiben Bau (Hülle, Andockstell, Erbmaterial) und das Prinzip der Vermehrung von Viren (benötigen Wirt und seinen Stoffwechsel) - SuS nennen wesentliche Bestandteile des Immunsystems und erläutern ihre Funktion (humorale und zelluläre Immunabwehr) - SuS beschreiben die Antigen- Antikörper-Reaktion und erklären die aktive und passive Immunisierung - SuS erklären die Entstehung von Allergien - SuS erklären die Bedeutung des Generations- und Wirtswechsels am Beispiel eines ausgewählten Endoparasiten (z.b. Malariaerreger) und nennen Möglichkeiten der Bekämpfung - SuS stellen das Zusammenwirken von Organen und Organsystemen beim Informationsaustausch dar (z.b. hormonelle Steuerung) - SuS erklären die Wirkungsweise der Hormone bei der Regulation zentraler Körperfunktionen (z.b. Blutzucker-Regulation) - SuS erklären das Regelkreisschema und übertragen es auf die Regulation z.b. des Blutzuckerspiegels - SuS beschreiben die Krankheit Diabetes und deren Behandlung Bakterienpraktikum Plenums- oder Podiumsdiskussion Betroffenenberichte Fachbereich Biologie 12 von 118

13 Grundlagen der Vererbung Dominant/rezessive und kodominante Vererbung Erbanlagen, Chromosomen Veränderungen des Erbguts Genotypische Geschlechtsbestimmun g Sexualerziehung Mensch und Partnerschaft Bau und Funktion der Geschlechtsorgane Familienplanung und Empfängnisverhütung Gene- Bauanleitungen für Lebewesen Gene Puzzle des Lebens Genetische Familienberatung - SuS beschreiben und erläutern typische Erbgänge an Beispielen - SuS beschreiben die Mendelschen Regeln und wenden sie auf einfache Beispiele an - SuS beschreiben Chromosomen als Träger der genetischen Information und deren Rolle bei der Zellteilung - SuS beschreiben vereinfacht den Vorgang der Mitose und erklären ihre Bedeutung - SuS beschreiben das Prinzip der Meiose am Beispiel des Menschen und erklären ihre Bedeutung - SuS beschreiben vereinfacht den Vorgang der Umsetzung vom Gen zum Merkmal an einem Beispiel (z.b. Blütenfarbe) - SuS beschreiben die Trisomie 21 als folgenschwere Veränderung des Erbguts - SuS erstellen ein Karyogramm des Menschen und bestimmen das Geschlecht - SuS beschreiben medizintechnische Verfahren zur Vorsorge bei Erbkrankheiten - SuS benennen Vor- und Nachteile verschiedener Verhütungsmethoden - SuS erklären die Wirkungsweise der Hormone bei der Regulation zentraler Körperfunktionen am Beispiel der Sexualhormone E 1, 2, 8, 10, 11, 13 K 1, 2, 3, 5, 6, 7 B 2, 3, 5, 6 E 7, 8 K 1 B 5 Modelle zu Erbgängen (z.b. Erbsen/Mendel) Klett: Klassische Genetik Chromosomenmodel le Modelle zur Mitose und Meiose Schroedel: Meiose Verhütungsmittelkoffer Internetrecherche Besuch der Familienberatungsstelle Fachbereich Biologie 13 von 118

14 Individualentwicklung des Menschen Fortpflanzung u. Entwicklung (Befruchtung, Individualentwicklung, Tod) Anwendung moderner medizintechnischer Verfahren Grundlagen gesundheitsbewusster Ernährung Gefahren von Drogen Bau und Funktion der Niere und ihrer Bedeutung als Transplantationsorgan Stationen eines Lebens Verantwortung für das Leben Embryonen und Embryonenschutz Verantwortlicher Umgang mit dem eigenen Körper Organspender werden? - beschreiben Befruchtung, Keimesentwicklung, Geburt und Tod als Stationen des Lebens - beschreiben vereinfacht diagnostische Verfahren (PID ) - vergleichen den Energiegehalt von Nährstoffen - erklären die Bedeutung der Nährstoffe, Vitamine und Mineralstoffe im Stoffwechsel des Menschen - beschreiben und erklären das Prinzip der Zellatmung als Prozess der Energieumwandlung von chemisch gebundener Energie in andere Energieformen - stellen modellhaft die Wirkungsweise von Enzymen dar (Schlüssel-Schloss-Prinzip) - beschreiben und diskutieren die Problematik von Ess-Störungen - beschreiben vereinfacht die Wirkungsweise einer Droge am Beispiel von Ecstasy und die daraus resultierenden Gesundheitsrisiken - erkennen bewusstseins- und persönlichkeitsverändernde Langzeitwirkungen von Drogen (Beispiele: Alkohol, THX ) - beschreiben den Bau und die Funktion der Niere und erklären ihre Bedeutung als Transplantationsorgan - beschreiben vereinfacht das E 1, 2, 10, 11 K 1, 2, 3, 4, 7 B 2, 3, 5, 6 Film: Das Wunder des Lebens Plenums-/Podiumsdiskussion zu Methoden und Konsequenzen Nährwerttabellen Materialien zum Bau von Modellen zur enzymatischen Reaktion Evtl. Kontakt zu einer Drogenberatungsstel le BzgA Evtl. Besuch einer Dialysestation Religion/Philosophie: Schutz des ungeborenen Lebens Chemie: Energieumwandlung Fachbereich Biologie 14 von 118

15 medizintechnische Verfahren der Dialyse Fachbereich Biologie 15 von 118

16 Fachbereich Biologie 16 von 118

17 Fachbereich Biologie 17 von 118

18 Fachbereich Biologie 18 von 118

19 1.2.2 Schuleigener Lehrplan SII in tabellarischer Form Unterrichtsvorhaben I: Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl K1 Dokumentation Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Zellaufbau Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Enzyme bewirken Stoffwechsel Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E6 Modelle K3 Präsentation Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Enzyme Zeitbedarf: ca. 19 Std. à 45 Minuten Fachbereich Biologie 19 von 118

20 Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Stoffabbau Zellatmung Wie macht unser Körper aus Glucose Energie? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Dissimilation Zeitbedarf: ca. 13 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VI Thema/Kontext: Energiestoffwechsel beim Sport Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF3 Systematisierung B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Körperliche Aktivität und Stoffwechsel Zeitbedarf: ca. 13 Std. à 45 Minuten Summe Einführungsphase: 90 Stunden Fachbereich Biologie 20 von 118

21 Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle Unterrichtsvorhaben I: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Unterrichtsvorhaben II: Kein Leben ohne Zelle II Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben? Unterrichtvorhaben III: Erforschung der Biomembran Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung? Zellaufbau Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA Basiskonzepte: System Prokaryot, Eukaryot, Biomembran, Zellorganell, Zellkern, Chromosom, Makromolekül, Cytoskelett, Transport, Zelle, Gewebe, Organ, Plasmolyse Struktur und Funktion Cytoskelett, Zelldifferenzierung, Zellkompartimentierung, Transport, Diffusion, Osmose, Zellkommunikation, Tracer Entwicklung Endosymbiose, Replikation, Mitose, Zellzyklus, Zelldifferenzierung Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten Fachbereich Biologie 21 von 118

22 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 Die Schülerinnen und Schüler können Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 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. K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten strukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge. Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte SI-Vorwissen Zelltheorie Wie entsteht aus einer zufälligen Beobachtung eine wissenschaftliche Theorie? Zelltheorie Einzeller/ Mehrzeller Organismus, Organ, Gewebe, Zelle Zelldifferenzierung Was sind pro- und eukaryotische Zellen und worin unterscheiden sie sich grundlegend? Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler - stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs zum Zellaufbau durch technischen Fortschritt an Beispielen (durch Licht-, Elektronen- und Fluoreszenzmikroskopie) dar (E7). - beschreiben und vergleichen den Aufbau von pflanzlichen und tierischen Zellen (UF3) Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Schriftl. Übung zu Zelle, Gewebe, Organ und Organismus Informationstexte einfache, kurze Texte zum notwendigen Basiswissen 3D-Modelle: zellulärer Aufbau eines Laubblattes; verschiedene Zelltypen eines Leitbündels Vergleichen von licht- und elektronenmikroskopische Bildern sowie 2D- Modellen zu tierischen, pflanzlichen und Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: SI-Vorwissen wird ohne Benotung ermittelt (z.b. Selbstevaluationsbogen) Möglichst selbstständiges Aufarbeiten des Basiswissens zu den eigenen Test-Problemstellen. Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Mikroskopieren von Frischund/oder Fertigpräparate verschiedener Zellen Gemeinsamkeiten und Unterschiede der verschiedenen Zellen werden erarbeitet. EM-Bild Fachbereich Biologie 22 von 118

23 Aufbau pro- und eukaryotischer Zellen Wie ist eine Zelle organisiert und wie gelingt es der Zelle so viele verschiedene Leistungen zu erbringen? - Aufbau und Funktion von Zellorganellen/ Zellkompartimentierung - Das Endomembransystem und der Membranfluss - ER - Golgi-Apparat - Endo und Exocytose 1 - Endosymbiontentheorie Zelle, Gewebe, Organe, Organismen Welche Unterschiede bestehen zwischen Zellen, die verschiedene Funktionen übernehmen? Zelldifferenzierung - beschreiben und vergleichen den Aufbau pro- und eukaryotischer Zellen (UF3) - beschreiben den Aufbau und die Funktion der Zellorganellen und erläutern die Bedeutung der Zellkompartimentierung für die Bildung unterschiedlicher Reaktionsräume innerhalb einer Zelle (UF3, UF1). - erläutern die membranvermittelten Vorgänge der Endound Exocytose (u. a. am Golgi-Apparat) (UF1, UF2). - erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für den intrazellulären Transport [und die Mitose] (UF3, UF1). - präsentieren adressatengerecht die Endosymbiontentheorie mithilfe angemessener Medien (K3, K1, UF1). - ordnen differenzierte Zellen auf Grund ihrer Strukturen spezifischen Geweben und Organen zu und erläutern den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion (UF3, UF4, UF1). Diagnose von Schülerkompetenzen: SI-Vorwissen wird ohne Benotung ermittelt Leistungsbewertung: schriftliche Übung zu Zelltypen und Struktur und Funktion von Zellorganellen ggf. Teil einer Klausur bakteriellen Zellen 3D-Modelle: Die tierische und die pflanzliche Zelle Eigene 3D-Modelle zu tierischen, pflanzlichen und bakteriellen Zellen erstellen Stationenlernen: Zellbestandteile Darin enthalten u.a.: Station: Zellkern (allgemein) und Ribosomen Station: Zellmembran/ Endo-Exocytose Station: Mitochondrium Station: Chloroplast Station: Vakuole Station: Zellwand Infotext zur Ernährung und Verdauung einer Amöbe Erstellen eines selbsterklärenden Mediums zur Veranschaulichung der Endosymbiontentheorie für zufällig gewählte Adressaten. Praktikum: Mikroskopie Dauerpräparate (Sammlung) und Frischpräparate verschiedener Zellen wird mit Modell verglichen. Arbeit an Modellen Entwickeln ihr räumliches Vorstellungsvermögen weiter. Erkenntnisse werden in einem Protokoll dokumentiert. Fachbereich Biologie 23 von 118

24 Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: 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. 12 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Erhebung und Reaktivierung von SI-Vorwissen Was zeichnet eine naturwissenschaftliche Fragestellung aus und welche Fragestellung lag den Acetabularia und den Xenopus- Experimenten zugrunde? Erforschung der Funktion des Zellkerns in der Zelle Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler - benennen Fragestellungen historischer Versuche zur Funktion des Zellkerns und stellen Versuchsdurchführungen und Erkenntniszuwachs dar (E1, E5, E7). - werten Klonierungsexperimente (Kerntransfer bei Xenopus) aus und leiten ihre Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können 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. K4 biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren. B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Strukturlegetechnik- bzw. Netzwerktechnik Plakat zum wissenschaftlichen Erkenntnisweg Acetabularia-Experimente von Hämmerling Experiment zum Kerntransfer bei Xenopus Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Empfehlung: Zentrale Begriffe werden von den SuS in eine sinnvolle Struktur gelegt, aufgeklebt und eingesammelt, um für den Vergleich am Ende des Vorhabens zur Verfügung zu stehen. Naturwissenschaftliche Fragestellungen werden kriteriengeleitet entwickelt und Experimente ausgewertet. Fachbereich Biologie 24 von 118

25 Welche biologische Bedeutung hat die Mitose für einen Organismus? Mitose (Rückbezug auf Zelltheorie) 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 Bedeutung für die Stammzellforschung ab (E5). - begründen die biologische Bedeutung der Mitose auf der Basis der Zelltheorie (UF1, UF4). - erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für [den intrazellulären Transport und] die Mitose (UF3, UF1). - erklären den Aufbau der DNA mithilfe eines Strukturmodells (E6, UF1). - beschreiben den semikonservativen Mechanismus der DNA- Replikation (UF1, UF4). Informationstexte und Abbildungen Filme/Animationen zu zentralen Aspekten: 1. exakte Reproduktion 2. Organ- bzw. Gewebewachstum und Erneuerung (Mitose) 3. Zellwachstum (Interphase) Modellbaukasten zur DNA Struktur und Replikation Die Funktionen des Cytoskeletts werden erarbeitet, Informationen werden in ein Modell übersetzt, das die wichtigsten Informationen sachlich richtig wiedergibt. Der DNA-Aufbau und die Replikation werden lediglich modellhaft erarbeitet. Die Komplementarität wird dabei herausgestellt. Verdeutlichung des Lernzuwachses Strukturlegetechnik bzw. Netzwerktechnik individuelle Wiederholungsaufträge Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen für die Zellkulturtechnik? Zellkulturtechnik - zeigen Möglichkeiten und Grenzen der Zellkulturtechnik in der Biotechnologie und Biomedizin auf (B4, K4). Recherche zu Zellkulturen in der Biotechnologie und Medizin- und Pharmaforschung Rollenkarten zu Vertretern unterschiedlicher Interessensverbände (Pharma-Industrie, Forscher, Zentrale Aspekte werden herausgearbeitet. Argumente werden erarbeitet und Argumentationsstrategien Biotechnologie PETA-Vertreter etc.) entwickelt. Biomedizin Pro und Kontra-Diskussion zum Thema: SuS, die nicht an der Diskussion Pharmazeutische Können Zellkulturen Tierversuche ersetzen? beteiligt sind, sollten einen Industrie Beobachtungsauftrag bekommen. Nach Reflexion der Diskussion können Leserbriefe verfasst werden. Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Leistungsbewertung: Feedbackbogen und angekündigte/ unangekündigte Lernstandsermittlung zur Mitose; schriftliche Übung (z.b. aus einer Hypothese oder einem Versuchsdesign auf die zugrunde liegende Fragestellung schließen) zur Ermittlung der Fragestellungskompetenz (E1) ggf. Klausur Fachbereich Biologie 25 von 118

26 Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung? Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Biomembranen Die Schülerinnen und Schüler können Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2) K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten strukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge. Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten 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. E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu 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 Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Aus welchen Makromolekülen ist eine Biomembran aufgebaut? Aufbau und Eigenschaften von Lipiden und Phospholipiden Aufbau und Bedeutung der Proteine Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler - 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, UF3). biologischer Modelle und Theorien beschreiben. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Informationsblätter zu den Makromolekülen Selbstlerneinheit Nährstoffklassen (RAABITs) Informationsblätter Strukturformeln von Lipiden und Phospholipiden Demonstrationsexperiment zum Verhalten von Öl in Wasser unterschiedliche Modelle zu Phospholipiden in Wasser Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der FK Das Verhalten von Lipiden und Phospholipiden in Wasser wird mithilfe ihrer Strukturformeln und den Eigenschaften der funktionellen Gruppen erklärt. Phänomen wird beschrieben. Einfache Modelle (2-D) zum Verhalten von Phospholipiden in Wasser werden erarbeitet und diskutiert. Fachbereich Biologie 26 von 118

27 Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Erforschung von Biomembranen? Erforschung der Biomembran (historisch-genetischer Ansatz) - Bilayer-Modell - Sandwich-Modelle - Fluid-Mosaik-Modell - Erweitertes Fluid-Mosaik-Modell (Kohlenhydrate in der Biomembran) - Markierungsmethoden zur Ermittlung von Membranmolekülen (Proteinsonden) - 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) - 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). - recherchieren die Bedeutung und die Funktionsweise von Tracern für die Zellforschung und stellen ihre Ergebnisse graphisch und mithilfe von Texten dar (K2, K3). Plakat(e) zu Biomembranen Versuche von Gorter und Grendel mit Erythrozyten (1925) zum Bilayer-Modell Arbeitsblatt zur Arbeit mit Modellen Partnerpuzzle zu Sandwich-Modellen Arbeitsblatt 1: Erste Befunde durch die Elektronenmikroskopie (G. Palade, 1950er) Arbeitsblatt 2: Erste Befunde aus der Biochemie (Davson und Danielli, 1930er) Abbildungen auf der Basis von Gefrierbruchtechnik und Elektronenmikroskopie Heterokaryon-Experimente von Frye und Edidin (1972) Experimente zur Aufklärung der Lage von Kohlenhydraten in der Biomembran Internetrecherche zur Funktionsweise von Tracern Checkliste mit Kriterien für seriöse Quellen Checkliste zur korrekten Angabe von Internetquellen Informationen zum dynamisch strukturierten Mosaikmodell Vereb et al (2003) Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Durchführung eines wissenschaftspropädeutischen Schwerpunktes zur Erforschung der Biomembranen. Folgende Vorgehensweise wird empfohlen: Der wissenschaftliche Erkenntniszuwachs wird in den Folgestunden fortlaufend dokumentiert und für alle Kursteilnehmer- Innen auf Plakaten festgehalten. Der Modellbegriff und die Vorläufigkeit von Modellen im Forschungsprozess werden verdeutlicht. Auf diese Weise kann die Arbeit in einer scientific community nachempfunden werden. Die neuen Daten legen eine Modifikation des Bilayer-Modells von Gorter und Grendel nahe und führen zu neuen Hypothesen (einfaches Sandwichmodell / Sandwichmodell mit eingelagertem Protein / Sandwichmodell mit integralem Protein). Das Membranmodell muss erneut modifiziert werden. Das Fluid-Mosaik-Modell muss erweitert werden. Die biologische Bedeutung der Glykokalyx (u.a. bei der Antigen- Anti-Körper-Reaktion) wird recherchiert. Wichtige wissenschaftliche Arbeitsund Denkweisen sowie die Rolle von Modellen und dem technischen Fortschritt werden herausgestellt. Fachbereich Biologie 27 von 118

28 Weshalb und wie beeinflusst die Salzkonzentration den Zustand von Zellen? Diffusion/Brownsche- Molekularbewegung Osmose Plasmolyse - führen Experimente zur Diffusion und Osmose durch und erklären diese mit Modellvorstellungen auf Teilchenebene (E4, E6, K1, K4). - führen mikroskopische Untersuchungen zur Plasmolyse hypothesengeleitet durch und interpretieren die beobachteten Vorgänge (E2, E3, E5, K1, K4) - recherchieren Beispiele der Osomose und Osmoregulation in unterschiedlichen Quellen und dokumentieren die Ergebnisse in einer eigenständigen Zusammenfassung (K1,K3) Zeitungsartikel z.b. zur fehlerhaften Salzkonzentration für eine Infusion in den Unikliniken Demonstrationsexperimente mit Tinte oder Deo zur Diffusion Lehrfilme zur Brownschen Molekularbewegung (physics-animations.com) Experimente mit Schweineblut oder Osmometer Arbeitsaufträge zur Recherche osmoregulatorischer Vorgänge Experimente mit Rotkohlgewebe oder rote Zwiebeln und mikroskopische Untersuchungen Kartoffel-Experimente a) ausgehöhlte Kartoffelhälfte mit Zucker, Salz und Stärke b) Kartoffelstäbchen (gekocht und ungekocht) SuS formulieren erste Hypothesen, planen und führen geeignete Experimente zur Überprüfung ihrer Vermutungen durch. Versuche zur Überprüfung der Hypothesen Versuche zur Generalisierbarkeit der Ergebnisse werden geplant und durchgeführt. Phänomen wird auf Modellebene erklärt (direkte Instruktion). weitere Beispiele (z. B. Salzwiese, Niere, Salz-/ Süßwassertiere) für Osmoregulation werden recherchiert. Wie werden gelöste Stoffe durch Biomembranen hindurch in die Zelle bzw. aus der Zelle heraus transportiert? Passiver Transport Aktiver Transport Endo- und Exocytose 2 Diagnose von Schülerkompetenzen: - beschreiben Transportvorgänge durch Membranen für verschiedene Stoffe mithilfe geeigneter Modelle und geben die Grenzen dieser Modelle an (E6). Informationstexte zu verschiedenen Transportvorgängen an realen Beispielen SuS können entsprechend der Informationstexte 2-D-Modelle zu den unterschiedlichen Transportvorgängen erstellen. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe KLP-Überprüfungsform: Dokumentationsaufgabe und Reflexionsaufgabe (Portfolio zum Thema: Erforschung der Biomembranen ) zur Ermittlung der Dokumentationskompetenz (K1) und der Reflexionskompetenz (E7) Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Beurteilungsaufgabe und Optimierungsaufgabe (z.b. Modellkritik an Modellen zur Biomembran oder zu Transportvorgängen) zur Ermittlung der Modell-Kompetenz (E6) ggf. Klausur Fachbereich Biologie 28 von 118

29 Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Unterrichtsvorhaben IV: Enzyme bewirken Stoffwechsel Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Unterrichtsvorhaben V: Stoffabbau Zellatmung Wie macht unser Körper aus Glucose Energie? Unterrichtsvorhaben VI: Energiestoffwechsel beim Sport Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper? Enzyme Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel Basiskonzepte: System Muskulatur, Mitochondrium, Enzym, Zitronensäurezyklus, Dissimilation, Gärung Struktur und Funktion Enzym, Grundumsatz, Leistungsumsatz, Energieumwandlung, ATP, NAD + Entwicklung Training Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten Fachbereich Biologie 29 von 118

30 Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Enzyme bewirken Stoffwechsel Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Inhaltsfelder: IF 2 (Energiestoffwechsel) Enzyme Zeitbedarf: ca. 19 Std. à 45 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben. E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren. E5 Daten bezüglich 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. 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 Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Wie sind Zucker aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle? Monosaccharid, Disaccharid Polysaccharid 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, UF3). Informationstexte zu funktionellen Gruppen und ihren Eigenschaften sowie Kohlenhydratklassen und Vorkommen und Funktion in der Natur Selbstlerneinheit Nährstoffklassen (RAABITs) Fachbereich Biologie 30 von 118

31 Evtl. Dem Geheimnis der Verdauung auf der Spur Wie arbeiten Enzyme und Verdauungsorgane zusammen? Was leisten Enzyme generell? Aktives Zentrum Allgemeine Enzymgleichung Substrat- und Wirkungsspezifität Katalysator Biokatalysator Endergonische und exergonische Reaktion Aktivierungsenergie, Aktivierungsbarriere / Reaktionsschwelle - erläutern Struktur und Funktion von Enzymen und ihre Bedeutung als Biokatalysatoren bei Stoffwechselreaktionen (UF1, UF3, UF4) - stellen Hypothesen zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren auf, überprüfen sie experimentell und stellen sie graphisch dar (E3, E2, E4, E5, K1, K4) - 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) - beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6). Experimentelles Gruppenpuzzle: a) Mund: Oberflächenvergrößerung durch Kauen, Amylase b) Rachen und Speiseröhre: Temperaturabhängigkeit der Amylase; Modellversuch Peristaltik c) Magen: Wirkung von Salzsäure; Milieuspezifität der Amylase d) Leber und Bauchspeicheldrüse: Oberflächenvergrößerung durch Emulgieren; Substratspezifität von Amylase e) Dünndarm: Oberflächenvergrößerung Darmschleimhaut; Substratspezifität von Amylase f) Dickdarm: Ballaststoffe, Cellulose Hilfekarten für die verschiedenen Experimente Demonstrationsexperimente: a) Versuche mit Braunstein und Wasserstoffperoxid b) Versuche mit Urease und Harnstoff Informationsblatt: Enzyme Die Substrat- und Wirkungsspezifität werden veranschaulicht. Die naturwissenschaftlichen Fragestellungen werden vom Phänomen her entwickelt. Hypothesen zur Erklärung der Phänomene werden aufgestellt. Experimente zur Überprüfung der Hypothesen werden geplant, durchgeführt und abschließend werden mögliche Fehlerquellen ermittelt und diskutiert. Die Hilfen sollen Denkanstöße für den Experimentierprozess geben. Vorgehen und Ergebnisse werden auf Plakaten präsentiert. Die Substrat- und Wirkungsspezifität werden veranschaulicht. Die zentralen Aspekte der Biokatalyse werden erarbeitet: 1. Senkung der Aktivierungsenergie 2. Erhöhung des Stoffumsatzes pro Zeit Fachbereich Biologie 31 von 118

32 Was beeinflusst die Wirkung / Funktion von Enzymen? ph-abhängigkeit Temperaturabhängigkeit (Schwermetalle) Substratkonzentration / Wechselzahl - beschreiben und interpretieren Diagramme zu enzymatischen Reaktionen (E5). - stellen Hypothesen zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren auf und überprüfen sie experimentell und stellen sie graphisch dar (E3, E2, E4, E5, K1, K4). Checkliste mit Kriterien zur Beschreibung und Interpretation von Diagrammen Gruppenpuzzle mit Experimenten zum Nachweis der Konzentrations-, Temperatur- und ph-abhängigkeit (Harnstoff/Urease; Wasserstoffperoxid/Katalse) Erstellen von Plakaten zur Ergebnispräsentation Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Das Beschreiben und Interpretieren von Diagrammen wird geübt. Experimente zur Ermittlung der Abhängigkeiten der Enzymaktivität werden 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. Wie wird die Aktivität der Enzyme in den Zellen reguliert? kompetitive Hemmung, allosterische (nicht kompetitive) Hemmung Substrat und Endprodukthemmung Evtl. Beispiel: Gicht - beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6). - Beschreiben und interpretieren Diagramme zu enzymatischen Reaktionen (E5) Arbeitsteilige Einzel- /Gruppenarbeit Informationsmaterial zur allosterischen und kompetitiven Hemmung Erstellung von Modellen aus Knete Checkliste mit Kriterien zur Modellkritik Wesentliche Textinformationen werden anhand der Spickzettelmethode erarbeitet Modelle zur Erklärung von Hemmvorgängen werden entwickelt. Reflexion und Modellkritik Woraus bestehen Enzyme? Cofaktoren und Coenzyme Harden-Young-Experiment - Erläutern Struktur und Funktion von Enzymen und ihre Bedeutung als Biokatalysatoren bei Stoffwechselreaktionen (UF1, UF3, UF 4) Auswertung des Harden-Young- Experimentes Informationsblatt zu Cofaktoren Hitzeempfindliches Apoenzym und hitzeunempfindlicher Cofaktor Fachbereich Biologie 32 von 118

33 Wie macht man sich die Wirkweise von Enzymen zu Nutze? Enzyme im Alltag - Lebensmitteltechnik - Medizin - u. a. - 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 biologischtechnischen Zusammenhängen an und wägen die Bedeutung für unser heutiges Leben ab (B4). (Internet)Recherche Die Bedeutung enzymatischer Reaktionen für z.b. günstige Zuckerproduktion und medizinische Zwecke wird herausgestellt. Als Beispiel können Enzyme im Waschmittel und ihre Auswirkung auf die menschliche Haut besprochen und diskutiert werden. Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: experimentelle Aufgabe (z.b. Entwickeln eines Versuchsaufbaus in Bezug auf eine zu Grunde liegende Fragestellung und/oder Hypothese) zur Ermittlung der Versuchsplanungskompetenz (E4) oder Analyseaufgaben (z.b. Auswertung des Harden-Young-Experiments) zur Ermittlung der Auswertungskompetenz (E5) ggf. Klausur Fachbereich Biologie 33 von 118