RAHMENRICHTLINIEN FACHGYMNASIUM

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1 RAHMENRICHTLINIEN FACHGYMNASIUM (angepasste Fassung gemäß Achtem Gesetz zur Änderung des Schulgesetzes des Landes Sachsen-Anhalt vom ) BIOLOGIE Schuljahrgänge 11-13

2 An der Anpassung der Rahmenrichtlinien gemäß Achtem Gesetz zur Änderung des Schulgesetzes haben mitgewirkt: Spanneberg, Marion Dr. Winkler, Hans-Jürgen Dr. Rosenhahn, Harald Halle (betreuende Dezernentin des LISA) Zeitz Weißenfels Die vorliegenden Rahmenrichtlinien entstanden auf der Grundlage der: Rahmenrichtlinien Gymnasium Biologie (2003) Both, Annette Prof. Dr. Lerchner, Wolfgang Philipp, Olaf Spanneberg, Marion Dr. Winkler, Hans-Jürgen Halle Halle (fachwissenschaftlicher Berater) Merseburg Halle (betreuende Dezernentin des LISA) Zeitz Rahmenrichtlinien Gymnasium/Fachgymnasium Biologie (1999) Dr. Greiner, Wolfgang Dr. Harder, Jaqueline Dr. Winkler, Hans-Jürgen Langnäse, Bernd Prof. Dr. Lerchner, Wolfgang Sokoliß, Dagmar Halle (betreuender Dezernent des LISA) Niederndodeleben Osterfeld Magdeburg Halle (fachwissenschaftlicher Berater) Magdeburg Verantwortlich für den Inhalt: Kultusministerium des Landes Sachsen-Anhalt

3 Vorwort Bildung und Ausbildung sind Voraussetzungen für die Entfaltung der Persönlichkeit eines jeden Menschen wie auch für die Leistungsfähigkeit von Staat, Wirtschaft und Gesellschaft. Schule ist also kein Selbstzweck, sondern hat die jeweils junge Generation so gründlich und umfassend wie möglich auf ihre persönliche, berufliche und gesellschaftliche Zukunft nach der Schulzeit vorzubereiten. Dazu soll sie alle Schülerinnen und Schüler fördern, wo sie Schwächen haben, und in ihren Stärken fordern. Jede(r) soll die ihr bzw. ihm mögliche Leistung erbringen können und die dafür gebührende Anerkennung erhalten. Dies gilt grundsätzlich nicht nur für Lerninhalte, sondern für alle Bereiche der persönlichen Entwicklung einschließlich des Sozialverhaltens. Gleichwohl haben gerade Rahmenrichtlinien die Schule als Ort ernsthaften und konzentrierten Lernens zu begreifen und darzustellen. Lernen umfasst dabei über solides Grundwissen hinaus alles, was dazu dient, die Welt in ihren verschiedenen Aspekten und Zusammenhängen besser zu verstehen und sich selbst an sinnvollen Zielen und Aufgaben zu entfalten. Die Rahmenrichtlinien weisen verbindliche Unterrichtsziele und inhalte aus. Sie können und sollen jedoch nicht die pädagogische Verantwortung der einzelnen Lehrerin und des einzelnen Lehrers ersetzen: - Die Vermittlung der verbindlichen Unterrichtsinhalte füllt keineswegs alle Unterrichtsstunden aus. Daneben besteht auch Zeit für frei ausgewählte Themen oder Schwerpunkte. Dies bedeutet nicht zwangsläufig neue oder mehr Unterrichtsinhalte. Weniger kann unter Umständen mehr sein. Entscheidend für eine erfolgreiche Vermittlung von Wissen und Schlüsselkompetenzen ist, dass dem Erwerb elementarer Grundkenntnisse und fertigkeiten ausreichend Zeit und Raum gewidmet wird. Soweit erforderlich, ist länger daran zu verweilen und regelmäßig darauf zurück zu kommen. - Rahmenrichtlinien beschreiben nicht alles, was eine gute Schule braucht. Ebenso bedeutsam für die Qualität einer Schule ist die Lern- und Verhaltenskultur, die an ihr herrscht. Eine Atmosphäre, die die Lernfunktion der Schule in den Vordergrund stellt und die Einhaltung von Regeln des Miteinanders beachtet, kann nicht über Vorschriften, sondern nur durch die einzelne Lehrkraft und das Kollegium in enger Zusammenarbeit mit Eltern und Schülern erreicht werden. Ausdrücklich möchte ich darauf hinweisen, dass es sich bei den hier vorliegenden Rahmenrichtlinien um eine Anpassung an die veränderte Schulgesetzgebung handelt. Dabei war den Veränderungen in den vorliegenden Rahmenrichtlinien für das Gymnasium Rechnung zu tragen. Das Fachgymnasium führt die Schuljahrgänge Der Schuljahrgang 11 (Einführungsphase) wurde modifiziert und angepasst. Für die Schuljahrgänge 12 und 13 (Qualifikationsphase) am Fachgymnasium gelten die Rahmenrichtlinien der Schuljahrgänge 11 und 12 für das Gymnasium in der Fassung vom Mai Die in diesem Heft enthaltenen Rahmenrichtlinien treten am 1. August 2004 in Kraft. Ich bitte alle Lehrerinnen und Lehrer um Hinweise oder Stellungnahmen, damit wir die Rahmenrichtlinien weiter überarbeiten und Verbesserungen einbringen können. Allen, die an der Entstehung dieser veränderten Rahmenrichtlinien mitgewirkt haben, danke ich herzlich. Ich wünsche allen Lehrerinnen und Lehrern bei der Planung und Gestaltung ihres Unterrichts viel Erfolg und Freude bei der pädagogischen Arbeit. Magdeburg, im Mai 2004 Prof. Dr. Jan-Hendrik Olbertz Kultusminister

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5 Inhaltsverzeichnis Seite 1 Einführung Darstellung der Themen des Schuljahrganges 11 (Einführungsphase) Ziele/Qualifikationen Übersicht Themen/Inhalte/Zeitrichtwerte Schuljahrgänge 12/13 (Qualifikationsphase)

6 1 Einführung Die Rahmenrichtlinien für das Fachgymnasium berücksichtigen folgende Rahmensetzungen: das Achte Gesetz zur Änderungen des Schulgesetzes des Landes Sachsen-Anhalt vom die Verordnung über die gymnasiale Oberstufe (Oberstufenverordnung) vom 24. März 2003 die Vierte Verordnung zur Änderung der Verordnung über Berufsbildende Schulen vom die Vierte Änderung der Ergänzenden Bestimmungen zur Verordnung über Berufsbildende Schulen (EBBbS-VO) im RdErl. vom die Rahmenrichtlinien Gymnasium Biologie Schuljahrgänge 5-12 in der angepassten Fassung gemäß Achtem Gesetz zur Änderung des Schulgesetzes des Landes Sachsen- Anhalt vom Das Material enthält Aussagen zum Schuljahrgang 11 (Einführungsphase) und zu den Schuljahrgängen 12/13 (Qualifikationsphase). Im Biologieunterricht des Schuljahrgangs 11 am Fachgymnasium werden tragfähige Voraussetzungen für die Qualifikationsphase geschaffen. Nachstehende Aufgaben stehen im Mittelpunkt: Unter Nutzung der Vorkenntnisse aus den Schuljahrgängen 5-10 erfolgt eine vertiefte und erweiterte Behandlung ausgewählter Inhalte des Faches Biologie: Bau und Funktion der Zelle; Genetik; Ökologie und Umweltschutz; ökologisches Praktikum - Exkursion. Die Schülerinnen und Schüler vertiefen im Sinne wissenschaftspropädeutischer Grundbildung grundlegende Arbeitstechniken und Methoden der Naturwissenschaften. Beobachtungen und Experimente bilden die empirische Basis für das Ableiten kausaler Beziehungen, für die Arbeit mit Modellen sowie das Erkennen und Lösen von Problemen. 6

7 2 Darstellung der Themen des Schuljahrganges 11 (Einführungsphase) 2.1 Ziele/Qualifikationen Im Biologieunterricht des Schuljahrganges 11 werden die fachlichen Qualifikationen in Hinblick auf wissenschaftspropädeutische Ziele des Faches vertieft und erweitert. Diesbezüglich zu vertiefende und zu erweiternde Qualifikationen sind: Beobachten und Beschreiben biologischer Objekte und Lebenserscheinungen Vergleichen und Ordnen ausgewählter Arten und Zuordnung zu systematischen Gruppen Erkennen und Erklären biologischer Vorgänge sowie komplexer naturwissenschaftlicher Zusammenhänge und aktueller Fragestellungen der Lebenswirklichkeit unter Verwendung von Fachbegriffen Erläutern wesentlicher Lebensprinzipien wie Stoff- und Energiewechsel, Regelung, Rückkopplung, Anpassung, Reproduktion Planen, Durchführen und Protokollieren von biologischen Experimenten und Untersuchungen unter festgelegten Bedingungen und Auswertung von Ergebnissen in verschiedenen Darstellungsformen wie Tabellen, Grafiken, Diagrammen Erkennen des Zusammenwirkens von Organismen in Ökosystemen und der Empfindlichkeit und Gefährdung lebender Systeme Erkennen des Evolutionsverlaufs und der verwandtschaftlichen Zusammenhänge und Beziehungen der Organismen Anwenden von Fähigkeiten im Umgang mit Modellen Anwenden von Fähigkeiten im Umgang mit der biologischen Fachsprache Nachweisen von Fähigkeiten im Umgang und der Nutzung von Fachliteratur, Nachschlagewerken und Wissensspeichern als Informationsquellen zum selbstständigen Wissenserwerb Anwenden von Wissen über anatomische und physiologische Sachverhalte im Sinne einer gesunden Lebensführung des Menschen Diskutieren von Aufgaben und Ergebnissen biologischer Forschung und Erörtern von bioethischen Aspekten 7

8 2.2 Übersicht Schuljahrgang 11 (Einführungsphase) Themen Bau und Funktion der Zelle Genetik Ökologie und Umweltschutz Ökologisches Praktikum - Exkursion Zeitrichtwerte in Stunden (ZRW) 15 Std. 14 Std. 15 Std. 8 Std. 8

9 2.3 Themen/Inhalte/Zeitrichtwerte THEMA 1: Bau und Funktion der Zelle ZRW: 15 Std. Vorbemerkungen Im Mittelpunkt des Themenbereichs steht die Vertiefung der Kenntnisse über Bau und Funktion eukaryotischer Zellen. Durch den Vergleich von pflanzlichen und tierischen Euzyten werden den Schülerinnen und Schülern die Kausalbeziehungen zwischen Bau und Funktion ausgewählter Zellbestandteile verdeutlicht. Beim Anfertigen von Präparaten, Betrachten und Zeichnen von eukaryotischen Zellen sowie Auswerten mikroskopischer Beobachtungen sollen die Schülerinnen und Schüler ihre Fähigkeiten zum selbstständigen Mikroskopieren weiterentwickeln. Qualifikationen Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse über den Bau der Euzyte sowie der Funktionen wichtiger Zellbestandteile erweitern, den strukturellen Aufbau pflanzlicher und tierischer Euzyten vergleichen und erläutern, Erkennen, dass durch Nebeneinanderbestehen verschiedener Reaktionsräume (Kompartimente) in der Zelle verschiedene Reaktionen gleichzeitig ablaufen, unter Anleitung selbstständig mikroskopieren und die Beobachtungsergebnisse zeichnerisch darstellen, die Spezialisierung von Zellen und deren Funktionen sowie die Bildung von Gewebeverbänden in mehrzelligen Organismen erkennen können. 9

10 Inhalte Bau und Funktion der Zellbestandteile von tierischer und pflanzlicher Euzyte tierische Euzyte (Zellmembran, Zellkern, Zytoplasma: Zellorganellen (Mitochondrien, Ribosomen), Membransysteme (Endoplasmatisches Retikulum, Golgi-System) pflanzliche Euzyte weitere Zellbestandteile: Zellwand, Plastiden, Vakuolen Mikroskopieren und Zeichnen ausgewählter pflanzlicher und tierischer Zellen sowie Zellbestandteile Hinweise zum Unterricht Wiederholung und Anwendung der Kenntnisse über den Bau der Zelle aus Klasse 9/10 vergleichende Betrachtung und Aufzeigen der Zusammenhänge zwischen Bau und Funktion Einbeziehen von Originalobjekten und Modellen vom Einzeller zum Vielzeller Zeigen von elektronenmikroskopischen Bildern einzellige Lebewesen im Überblick (Amöben, Pantoffeltierchen, Euglena) Übergangsformen zwischen Einzeller und Vielzeller (Pandorina, Eudorina, Volvox) Zelle, Gewebe, Organ, Organsystem, Organismen (Differenzierung zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen, tierische Gewebe, pflanzliche Gewebe) Mikroskopieren Übersicht Betrachtung von pflanzlichen und tierischen Geweben in Hinblick auf die Behandlung in der Qualifikationsphase 10

11 THEMA 2: Genetik ZRW: 14 Std. Vorbemerkungen Anknüpfend an die Vorkenntnisse zu diesem Thema werden die Zusammenhänge zwischen der genetischen Information und deren Beeinflussung durch exogene und endogene Faktoren in den entsprechenden Zusammenhängen behandelt. Bei der exemplarischen Behandlung ausgewählter Aspekte der Gentechnik erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass die Gesetzmäßigkeiten der Vererbung in gleicher Weise für Pflanzen, Tiere und den Menschen gelten. Dabei wird auch das Ziel verfolgt, Modellvorstellungen zu entwickeln und diese auf weitere Sachverhalte anzuwenden. Chancen und Risiken der Gentechnik sind sachbezogen und problemhaft zu diskutieren. Qualifikationen Die Schülerinnen und Schüler sollen Kenntnisse über die relative Konstanz und Variabilität der Arten in ihren kausalen Zusammenhängen besitzen, grundlegende Vererbungsvorgänge und deren Störanfälligkeit als ein wesentliches Lebensprinzip bei Pflanzen, Tieren und Menschen modellhaft erklären, die Variabilität der Organismen auf das Wirken von Mutation und Modifikation zurückführen, ausgewählte genetische Fragestellungen im Zusammenhang mit ethischen Problemen diskutieren können. 11

12 Inhalte Konstanz und Variabilität der Arten Artbegriff Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Eltern und Nachkommen chromosomale Vererbung und Variabilität Zellzyklus, Mitose, Meiose im Überblick haploide und diploide Chromosomensätze 1., 2., 3. mendelsche Regel intermediäre und dominant-rezessive Merkmalsbildung Vererbung beim Menschen (Blutgruppenvererbung, Vererbung des Geschlechts, geschlechtergebundener Erbgang an einem ausgewählten Beispiel) Variabilität von Merkmalen Mutation, Mutationstypen Modifikation Hinweise zum Unterricht Vorkenntnisse aus Schuljahrgang 10 Kombination der Chromosomen bei der Befruchtung mögliche Ergänzung: Rekombination und crossing-over Chromosomenzahl verschiedener Organismen Würdigung der Leistungen Mendels, Erläutern der Rekombination Eingehen auf Vaterschaftsausschlussverfahren Beispiele: Rotgrünblindheit, Hämophilie, Muskeldystrophie Genmutation, Chromosomenmutation und Genommutation an je einem Beispiel erläutern Beispiel: PKU, Speichelzellanämie, Mukoviscidose, Katzenschrei- Syndrom, Trisomie 8/9/13/18 oder 21, Klinefelter-Syndrom, Turmner- Syndrom Ergänzung Vorstellen von Krankheitsbildern Vorkenntnisse Schuljahrgang 10 12

13 Inhalte molekulare Grundlagen der Vererbung Nukleinsäuren: RNA, DNA genetischer Code, Gen, Allel identische Replikation (Überblick) Proteinbiosynthese (Überblick) genetische Erkenntnisse und ihre Anwendung Züchtung von Pflanzen und Tieren, ausgewählte Ziele und Methoden Möglichkeiten der genetischen Veränderung von Organismen (Überblick) Hinweise zum Unterricht Schwerpunkt: Doppelhelix (Watson-Crick-Modell) Würdigung der Leistungen von Watson und Crick mögliche Ergänzung: Informationen über Kartierung des menschlichen Genoms Vorkenntnisse über Entstehung von Kulturpflanzen und Haustieren Humangenom-Projekt Erläutern des Prinzips der Erzeugung transgener Organismen Chancen und Risiken der Gentechnik Diskussion ethischer Probleme 13

14 THEMA 3: Ökologie und Umweltschutz ZRW: 15 Std. Vorbemerkungen Die Schülerinnen und Schüler erwerben ein grundlegendes Verständnis für ökologische Gesetzmäßigkeiten und sollen Wirkungen von Umweltfaktoren auf Organismen als komplexes Geschehen verstehen lernen. An einem ausgewählten Ökosystem werden die Struktur - Funktion - Zusammenhänge exemplarisch herausgearbeitet. Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass die Beziehungen der Organismen untereinander und zu ihrer Umwelt ein System darstellen. Aus der Erkenntnis, dass Umweltzerstörungen eine Missachtung ökologischer Prinzipien darstellen, wird die Notwendigkeit zum verantwortungsbewussten Umgang mit der Natur und zum Schutz der Umwelt abgeleitet. Qualifikationen Die Schülerinnen und Schüler sollen die Wirkung von abiotischen und biotischen Umweltfaktoren auf die Organismen beschreiben und erklären, die Vielfältigkeit der Anpassungsmöglichkeiten bei Organismen an Beispielen erläutern, Ökosysteme als Einheit von Biozönose und Biotop erklären, wesentliche Struktur- Funktion - Zusammenhänge am Beispiel ausgewählter Ökosysteme erklären, Stoffkreisläufe und Energiefluss in Ökosystemen darstellen, Wechselbeziehungen zwischen Mensch und Umwelt erkennen und Schlussfolgerungen für ihr eigenes Verhalten zum Umweltschutz ziehen, Eingriffe des Menschen in Ökosysteme analysieren und aus verschiedenen Perspektiven bewerten können. 14

15 Inhalte Wirkung von abiotischen Umweltfaktoren auf die Organismen Klimafaktoren: Temperatur, Wasser und Licht Wirkung biotischer Faktoren auf die Organismen intraspezifische Beziehungen interspezifische Beziehungen: Symbiose, Parasitismus, Räuber - Beute - Beziehungen Hinweise zum Unterricht Anwendung im ökologischen Praktikum - Exkursion Überblick an Beispielen komplexe Organismus - Umwelt Beziehungen Minimumgesetz limitierende Faktoren, ökologische Potenz 15

16 Inhalte Struktur und Funktion von Ökosystemen terrestrisches oder aquatisches Ökosystem an einem ausgewählten Beispiel terrestrisches Ökosystem: räumliche und zeitliche Struktur Stoffkreislauf und Energiefluss aquatisches Ökosystem See: horizontale und vertikale Gliederung Zirkulierungen Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt Besonderheiten urbaner Ökosysteme: Bevölkerungswachstum Belastung der Gewässer: Ursachen, biologische Selbstreinigung Abwasserbehandlung Eutrophierung und ihre Ursachen SE: Gewässeruntersuchungen und Gewässergüteklassen Folgen der Luftverschmutzung: lokale und globale Folgen SE: Schadstoffmessungen Naturschutz und Artenschutz: Schutz von Landschaften, Tieren und Pflanzen Hinweise zum Unterricht Vorleistungen des Schuljahrganges 9 Auswertung von Energieflussdiagrammen Beziehungen zum Fach Geographie Auswerten von Bevölkerungspyramiden Welternährungsproblem, Energie und Rohstoffe Bestimmen ausgewählter Faktoren der Gewässerbelastung (Nitrat, Nitrit, Phosphat, ph-wert) Treibhauseffekt, Zerstörung der Ozonschicht, Smog Ermitteln der Luftverschmutzung durch gasförmige Schadstoffe und Staub Artenschutzlisten und Gefährdungskategorien Naturschutzgesetz Sachsen-Anhalt, Naturschutzgebiete Leitfaden zur Lokalen Agenda 21 in Sachsen-Anhalt 16

17 THEMA 4: Ökologisches Praktikum Exkursion ZRW: 8 Std. Vorbemerkungen Das ökologische Praktikum mit Exkursion dient der praktischen Anwendung von chemischen und physikalischen Messverfahren pflanzen- und tiersoziologischen Bestandsaufnahmen sowie der Darstellung von Ergebnissen und dem vertieften Verständnis ökologischer Sachverhalte. Bei der Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der zur Auswahl vorgegebenen Beobachtungen und Untersuchungen sind inhaltliche Aspekte und Aspekte der naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen anzuwenden und zu vertiefen. Qualifikationen Die Schülerinnen und Schüler sollen ihr Wissen zu ökologischen Fragestellungen in übergreifende Zusammenhänge unter bestimmten Aspekten einordnen, grundsätzliche Einsichten in naturwissenschaftliche Arbeitsweisen vertiefen, ihre erworbenen Kenntnisse im Rahmen des ökologischen Praktikums und der Exkursion anwenden, die gewonnenen Beobachtungs- und Messergebnisse darstellen, auswerten und in geeigneter Weise präsentieren können. 17

18 Inhalte Erfassen, Darstellen und Auswerten von abiotischen Umweltfaktoren in einem Ökosystem Messen der Lichtstrahlung Messen der Luft- und Bodentemperatur Messen der Luftfeuchtigkeit Erfassen und Bestimmen ausgewählter Organismen in einem Ökosystem Erfassen der dominierenden Pflanzen- und Tierarten Tier- und Pflanzenbestimmungen Hinweise zum Unterricht Messdatenerfassung in ausgewählten Ökosystemen der jeweiligen Region, z. B. Messen der Lichtstrahlung, der Luft- und Bodentemperaturen oder der Luftfeuchtigkeit, Boden- bzw. Wasseranalysen Erfassen von Pflanzengesellschaften Erfassen von Tierarten in der Kraut-, Strauch- und Baumschicht Bestimmen der Gewässergüte eines Fließgewässers mit dem Saprobiensystem Analysieren der Wechselwirkungen zwischen Umweltfaktoren Aufstellen von Nahrungsketten und Nahrungsnetzen Bestimmen der ökologischen Potenz ausgewählter Organismen grafisches Darstellen Verwenden unterschiedlicher Darstellungsformen bei der Dokumentation der Ergebnisse 18

19 3 Schuljahrgänge 12/13 (Qualifikationsphase) Für die Gestaltung des Biologieunterrichts der Schuljahrgänge 12/13 (Qualifikationsphase) des Fachgymnasiums gelten die diesbezüglichen Aussagen in den Rahmenrichtlinien des Gymnasiums für das Fach Biologie in angepasster Fassung gemäß Achtem Gesetz zur Änderung des Schulgesetzes des Landes Sachsen-Anhalt vom Der Vertrieb erfolgt durch die Quedlinburg DRUCK GmbH (Bestell-Nr.: 4215). 19