Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben II: Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte:

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1 2.1.2 Konkretisierte Kontexte für die Qualifikationsphase I Kurs auf grundlegendem Anforderungsniveau Unterrichtsvorhaben I: Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus? Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E6 Modelle Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E3 Hypothesen E5 Auswertung B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen w Bioethik Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Angewandte Genetik Welche Chancen und welche Risiken bestehen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E4 Untersuchung K2 Recherche 1

2 K4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Gentechnik Bioethik Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben I Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen eines Organismus? Inhaltsfeld: Genetik (IF3) Proteinbiosynthese- Genregulation Zeitbedarf: 18 Std. a 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 - biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern, 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, E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen, Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz 2

3 Aufbau der DNA Replikation Advance organizer Vorwissens- und Verknüpfungstest (Aufbau der DNA, Replikation) Checkliste mit zu erwartenden Wissensbegriffen Transkription vergleichen die molekularen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3) Informationen zum Ablauf der Transkription Modell erstellen Unterscheidung Pro-und Eukaryoten Sicherung: Kommentieren einer Animation zur Transkription Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Reaktivierung von Wissen Modelldarstellung Modellreflexion Der genetische Code erläutern Eigenschaften des genetischen Codes [und charakterisieren mit dessen Hilfe Mutationstypen.] (UF1, UF2) Poly-U-Modellexperiment von NIERENBERG und LEDERER (1964) Nachvollziehen und Dokumentieren des Experiments nach dem Prinzip der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung Translation begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u. a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung. (E6, E3) vergleichen die molekularen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3) Animation zum Ablauf der Translation Dokumentation einer Animation 3

4 Ein-Gen-Ein-Polypeptid- Hypothese erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, [Chromosomen- und Genom]mutationen auf den Phänotyp [(u. a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten)]. (UF1, UF4) Modell; schematische Darstellung (z.b. Neurospora crassa) Vertiefung, z.b. Phenylalanin-Stoffwechsel (Eukaryoten) Kurzinformation zu Genregulation bei Eukaryoten: Ausschluss der Ein-Gen-Ein-Polypeptid- Hypothese Auswertung schematischer Darstellungen und Erarbeitung der Hypothese Wiedergabe von Informationen Regulation der Transkription bei Prokaryoten Lac-Operon Tryp-Operon erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten. (E2, E5, E6) begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u. a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung. (E6, E3) Abbildungen zu Riesenchromosom Kurvendiagramme zum Bakterienwachstum auf Glucose und Lactose Erstellen eines Funktionsmodells zum Lac- Operon Kurvendiagramm zum Bakterienwachstum auf Tryptophan Entwickeln der Leitfrage Hypothesenbildung zu Möglichkeiten der Erforschung genetischer Fragestellung (Vorteile von Modellorganismen) Auswerten der Diagramme und Hypothesenbildung Modellbildung Mutagene/Mutationen Reparaturmechanismen Genwirkkette erklären die Auswirkungen verschiedener Genmutationen auf den Phänotyp (u. a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten). (UF1, UF4) Beispiel Mondscheinkinder Material: DNA-Sequenzen, Code-Sonne, Informationsmaterial zu DNA- Reparaturmechanismen und zum Selbstschutz der Zelle Ursachenanalyse, Dokumentation 4

5 Protoonkogene Tumorsuppressorgene erklären 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. (E6, UF4) Einstieg: Übersicht über Kontrolle des Zellzyklus Erarbeiten von Regulationsmechanismen, deren Dysfunktionen und Auswirkungen Partnerpuzzle: Schemata zu Proto- Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen und deren Mutationen am Beispiel p53 und ras3 Tabellarischer Vergleich DNA-Chips geben die Bedeutung von DNA-Chips an und beurteilen Chancen und Risiken. (B1, B3) Partnerdiagnosebogen Informationen über DNA-Chips (Internet) (LBS-BW) Arbeitsblatt: Vergleich der Genexpression in Tumor- und Normalgewebe (LBS-BW) Zusammenfassung der Informationen (Z.B. Strukturgitter) Epigenetik Gen-Umwelt-Interaktion erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des zellstoffwechsels (E6) Materialien zu verschiedenen epigenetischen Regulationsmechanismen (wahlweise - abhängig von den konkreten Vorgaben für das Schuljahr) - Placemat zur Histonmodifikation (Bsp. Präriewühlmäuse) - Mystery zur Methylierung (Krebs) - RNA-Interferenz (Petunienforschung) Analyse von Untersuchungsergebnissen und Präsentation Diagnose von Schülerkonzepten: Vorwissens- und Verknüpfungstest Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Partnerdiagnosebogen zur Überprüfung der Erkenntnisse über die Regulation des Zellzyklus und den Einfluss von Onkogenen. Leistungsbewertung: Klausur Übungsaufgabe zur Epigenetik (z.b. Gelee royale) 5

6 Inhaltsfeld II Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie werden genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert? Inhaltsfeld: Genetik (IF3) Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik Zeitbedarf: 16 Std. a 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Embryogenese Meiose Inter- und intrachromosomale Rekombination Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans erläutern die Grundprinzipien der Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: E3 - mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten, E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hin-blick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern, B3 -an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten, Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden diverse Materialien zur Rekombination Arbeitsblätter Karyogramme Computersimulation zur Meiose (Verknüpfung mit Vorwissen zur Mitose) Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Wiedergabe und Dokumentation der Ergebnisse Erbgänge/Vererbungsmodi genetisch bedingte Krankheiten formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen X- chromosomalen und autosomalen Vererbungsmodi genetisch bedingter Merkmale und begründen die Hypothesen mit Selbstlernplattform von Mallig: Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer Stammbaumanalyse. Exemplarische Beispiele (z.b. Chorea Huntington, Cystische Fibrose, Muskeldystrophie Duchenne) Kriterien analysieren Schulung des Erkenntnisgewinns 6

7 vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4) Selbstlernplattform von Mallig: Pränatale Diagnostik Informationen zur genetischen Beratung (mit Indikatoren) Simulation einer genetischen Beratung an einem ausgewählten Beispiel Diskussion über Konsequenzen einer genetischen Beratung Gentherapie, Zelltherapie stellen naturwissenschaftlichgesellschaftliche Informationstexte über Chancen und Risiken Positionen der Gentherapie zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und beurteilen Arbeitsblatt zu einer Dilemmamethode zur Interessen sowie Folgen ethischen Urteilsbildung (LBS-BW) ethisch (B3, B4) Diagnose von Schülerkonzepten: Netzwerkmethode zum Ablauf der Meiose Simulation einer genetischen Beratung Leistungsbewertung: angekündigte Lernstandserhebung zu Karyogrammen/ Stammbaumanalyse ggf. Klausur/ ggf. Facharbeit und Präsentation Durchführung einer Simulation zur Stärkung der Kommunikation- und Argumentationsfähigkeit Umsetzung ethischer Urteilsbildung Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Durchführung und Reflektion einer Dilemma-Diskussion 7

8 Inhaltsfeld III Thema/Kontext: Angewandte Genetik Welche Chancen und welche Risiken bestehen? Inhaltsfeld: Genetik (IF3) Gentechnik Bioethik Zeitbedarf: 11 Std. a 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte PCR Gelelektrophorese Genetischer Fingerabdruck Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans erläutern molekulargenetische Verfahren (u. a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: E4 Experimente mit komplexen Versuchsplänen und -aufbauten mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern, K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in aus-gewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen Informationstexte zum genetischen Fingerabdruck Erarbeitung der PCR und der Gelelektrophorese Analyse des Fallbeispiels Tabellarischer Vergleich der PCR mit der DNA Replikation Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Auswertung der Informationen Vernetzung der Gelernten Systematisierung DNA-Sequenzierung Materialien: Von der Kettenabbruch-Methode zur Hochdurchsatz-Sequenzierung Beurteilung der Wertigkeit der neuen Methoden Gentechnik beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperati- Lerntheke: Grundoperationen der Gentechnik Genlaborbesuch zum Thema: Plasmide, Analyse der Grundoperationen und der Bedeutung molekulargenetischer Werkzeuge 8

9 Stammzellforschung recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3) Herstellung und Einsatz transgener Lebewesen onen (UF1) trojanische Pferde Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Exkursion ins Genlabor stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren Argumente für ihre Verwendung. (K1, K4) Diagnose von Schülerkonzepten: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Tabellarischer Vergleich PCR und Replikation Pro- und Contra-Diskussion zu transgenen Lebewesen Leistungsbewertung: Ggf. Klausur/ Facharbeit eigenständige Recherche über Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen Präsentation eigenständige Recherche Darstellen der Techniken und anschließende Pro- und Contra- Diskussion 9