Unterrichtssequenz für die Jahrgangsstufen 10 bis 12 Schuleigenes Curriculum Biologie Herder-Gymnasium G8 Übersicht über die Halbjahre Themenfelder

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1 Unterrichtssequenz für die Jahrgangsstufen 10 bis 12 Schuleigenes Curriculum Biologie Herder-Gymnasium G8 Übersicht über die Halbjahre Themenfelder Unterrichtsvorhaben 10. Physiologie: Struktur Funktion Wechselwirkung Hefe Helfer bei biotechnologischen Zelle, Gewebe, Organismus Prozessen Molekulare Gundlagen, Kompartimentierung, Transport 10.2 Biokatalyse Betriebsstoffwechsel und dessen Regulation Nutzung der Lichtenergie zum Stoffaufbau 11.1 Ökologische Verflechtungen und nachhaltige Nutzung - Ökologische Untersuchungen in einem Lebensraum der Schulregion - Wechselbeziehungen zwischen Organismus und Umweltfaktoren - Wechselbeziehungen zwischen Populationen, Populationsdynamik - Verflechtungen in Lebensgemeinschaften - Nachhaltige Nutzung und Erhaltung von Ökosystemen durch den Menschen 11.2 Genetische und entwicklungsbiologische Grundlagen von Lebensprozessen Fortpflanzung und Keimesentwicklung Molekulare Grundlagen der Vererbung und Entwicklungssteuerung Aspekte der klassischen Genetik mit humanbiologischem Bezug - Angewandte Genetik 12.1/2 Steuerung und Regulationsmechanismen im Organismus und deren molekulare Ursachen, Sinne und Wahrnehmung Molekulare und cytologische Grundlagen - Neuronale Verschaltungen und Sinne - Wahrnehmung, Gedächtnis, Bewusstsein 12.1/2Evolution der Vielfalt des Lebens in Struktur und Verhalten - Grundlagen evolutiver Veränderung - Verhalten, Fitness, Anpassung - Art und Artbildung - Evolutionshinweise und Evolutionstheorien - Transspezifische Evolution der Primaten Ernährung Geschichte und Ökologie des Strunder Baches Züchtungsmethoden im Wandel Pharmaka :Nutzen und Risiken Vögel: Nachfahren der Saurier

2 Detailplanung Jahrgangsstufe 10.1 : Physiologie: Struktur- Funktion-Wechselwirkung Zelle Gewebe-Organismus Obligatorische fett gedruckt lichtmikroskopisches Bild der Zelle, Zellkern, Zellzyklus, Mitosestadien funktionsbezogene Zellund Gewebedifferenzierung Ökologischer Bezug: Zusammenhang Zell/Gewebedifferenzierung Organform/Organismengestalt Evolutionsbiologischer Bezug:z.B. Prokaryont Eukaryont, Einzeller Vielzeller elektronenmikroskopisches Bild derzelle: Kompartimentierung/ Zellorganellen Bau und Funktion von Biomembranen - Diffusion, Osmose - Transportvorgänge an Membranen Hinweise zu und allgemeinen Kompetenzen Lichtmikroskop als optisches Instrument: Strahlengang, Auflösungsvermögen, Handhabung Anfertigen, Färben und Zeichnen von mikroskopischen Präparaten Untersuchung von Mitosestadien, vergleichende Untersuchung verschiedener Gewebe und Organe Vergleichende anatomischmorphologische Untersuchungen Verfahrenstechnik: Lichtmikroskopie Trennung und Nachweis von Biomolekülen Isolierung von Zellbestandteilen Modelle von Membranen und Transportvorgängen Versuche zur Osmose, Plasmolyse, zum Wasserhaushalt der Zelle Verfahrenstechniken: Elektronenmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Dichtegradientenzentrifugation Lernen im Kontext Mögliche Medizinisch-technische Berufe natürliche Werkstoffe z. B. Holz, Papier, Leder, Kork, Horn, Textilfasern Zusammensetzung von Nahrungsmitteln z. B. Milch Zusammensetzung und Wirkungsweise von Kosmetika Dialyse und Probleme des Patienten

3 Detailplanung Jahrgangsstufe 10.2 Biokatalyse-Enzymreaktionen - Prinzip der Katalyse - molekularer Bau und Wirkungsweise von Enzymen - Abhängigkeit der Enzymaktivität von Umgebungsfaktoren Regulation der Enzymaktivität Experimente zur Beeinflussung der Enzymaktivität durch Säuregehalt, Temperatur, Substratkonzentration am Beispiel Katalase Modelle der Enzymwirkung und Enzymregulation Enzymkinetik Mögliche Lernen im Kontext Enzyme in Alltagsprodukten z. B. in Waschmitteln, Kosmetika Enzyme in der Biotechnolgie Enzyme in der medizinischen Diagnostik Vitamine Wirkungsweise von Arzneimitteln Detailplanung Jahrgangsstufe 10.2 Betriebsstoffwechsel und Energieumsatz anaerober Abbau von Glucose, Gärung - Zellatmung - Stoffaufbau Stoffumbau am Beispiel einer Stoffgruppe - Zusammenhang Atmung Kreislauf Bewegung - Aspekt der Gesundheitsvorsorge Experimente zur Dissimilation und Gärung am Modellorganismus Hefe Erstellen von Bilanzen Eigenexperimente zur Abhängigkeit von Atem und Kreislaufgrößen Mögliche Herstellung und kulturelle Bedeutung von Bier und Wein Gärprodukte von Bakterien: z. B. Sauermilchprodukte, Silofutter Verwendung von Mikroorganismen in der Abwasserreinigung und Bodensanierung, aerobe und anaerobe Vorgänge bei der menschlichen Bewegungsbelastung, arbeitsphysiologische Abhängigkeiten des Herz-Kreislaufsystems Detailplanung Jahrgangsstufe 10.2 Nutzung der Lichtenergie zum Stoffaufbau Photosynthesefakoren Reaktionsorte und Ablauf der Photosynthese Photosynthese und Primärproduktion Experimente zur Abhängigkeit der Photosyntheserate von Außenfaktoren, Trennung und Untersuchung der Blattpigmente, Erstellen von Bilanzen Ernährung, Landwirtschaft und Umwelt nachwachsende Rohstoffe Nutzung von Mais als Hochleistungspflanze

4 Detailplanung Jahrgangsstufe 11.1/Q1 : Ökologische Verflechtungen und nachhaltige Nutzung Ökologische Untersuchungen in einem Lebensraum der Schulregion (Strunder Bach) Quantitative Bestimmung abiotischer Faktoren im aquatischen Ökosystem Erfassung ausgewählter Organismengruppen Einfache Beziehungen zwischen Organismengruppen und abiotischen Habitatfaktoren Messen und Darstellen von abiotischen Faktoren Bestimmen und quantitative Erfassung von Organismengruppen Zusammenfassende Auswertung und Fehlerabschätzung Vergleich mit Daten und Ergebnissen von wissenschaftlichen Untersuchungen Gewässergütebestimmung Besuch eines Klärwerks Entsorgunsprobleme (Stadt)biotopkartierung Temperaturorgel Bioindikatoren Jahrgangsstufe 11.1/Q1 Wechselbeziehungen zwischen Organismus und Umweltfaktoren Toleranzbereich, physiologisches und ökologisches Optimum, Wirkungsgefüge verschiedener Faktoren, Verfügbarkeit und Nutzung von Res- Sourcen Experimente z. B. mit Licht und Temperatur-orgel, Feuchtekammern, Arbeit mit Zeigerwerten Bodenuntersuchungen, Düngeexperimente Ableitung von ökologischen Regeln Einsatz von Bioindikatororganismen z. B.für die Bestimmung der Luft und Gewässergüte im Umweltschutz und in der Industrie Auswirkungen des sauren Regens,Landwirtschaft und Düngung Jahrgangsstufe 11.1 /Q1 Wechselbeziehungen zwischen Populationen, Populationsdynamik Beziehungen innerhalb einer Population: Intraspezifische Konkurrenz Beziehungen zwischen Populationen: Räuber-Beute-Beziehung, Parasitismus, interspezifische Konkurrenz, Mutualismus Ökologische Nische, Nischendifferenzierung Veränderung und Regulation der Populationsdichte Untersuchungen im Freiland, z. B. Pflanzengallen, Pilze als Parasiten und Symbionten Auswertung von Daten zu Forstschädlingen statistische Auswertung von Daten Modellbildung durch Computersimulation Ableitung von ökologischen Regeln aus konkreten Untersuchungsdaten Sozialer Stress Monokulturen und Schädlingsbekämpfung, biologische Schädlingsbekämpfung, Einbürgerung von fremdländischen Pflanzen und Tieren ( Aliens ) Jagd, Fischerei Bevölkerungswachstum Massenvermehrungen

5 Jahrgangsstufe 11.1/Q1 Verflechtungen in Lebensgemeinschaften Biomasseproduktion, Trophieebenen, Energiefluss, Biogeochemischer Kreislauf an einem Beispiel Dynamik und Stabilität von Ökosystemen Untersuchungen zur Eutrophierung, Destruententätigkeit, Stickstoffkreislauf Erstellen von Bilanzen Eutrophierung an Beispielen, Sanierung eutropher Gewässer am Beispiel Kölner Kleingewässer Bedeutung bakterieller Stoffwechselaktivitäten Jahrgangsstufe 11.1/Q1 Nachhaltige Nutzung und Erhaltung von Ökosystemen durch den Menschen Nachhaltige Bewirtschaftung von Ressourcen an einem Beispiel Umwelt und Naturschutz vor Ort an einem Beispiel Informationsbeschaffung, Kooperation mit Fachverwaltungen, politischen Entscheidungsgremien, Naturschutzverbänden, Bürgerinitiativen Einschätzen von Bilanzen und Prognosen Erkennen von Konflikten zwischen Nutzungs- und Schutzansprüchen Abwägen von Lösungsstrategien nachwachsende Rohstoffe und E 10 Ernährungskrisen Recht auf Leben, Erhaltung von natürlichen Lebensgrundlagen und Lebensqualität

6 11.2/Q1 Genetische und entwicklungsbiologische Grundlage von Lebensprozessen a: Molekulare Grundlagen der Vererbung und Entwicklungssteuerung DNA als Träger der Erbinformationen Replikation Proteinbiosynthese bei Pround Eukaryoten, Genetischer Code Mutagene, Mutationen und Genreparatur Regulation der Genaktivität, Entwicklungssteuerung molekularbiologische Identifizierungsmethoden Isolierung von DNA aus tierischem oder pflanzlichem Gewebe Mikrobiologische Experimente: z. B. Experimente zur Auslösung von Mutationen durch UV- Licht bei E. coli Umgang mit Schemata und Modellen Verfahrenstechniken Elektrophorese PCR, Sequenzierung, Hybridisierung Phenylketonurie, Melaninsynthese Sichelzellenanämie Fehldifferenzierungen und ihre Auswirkungen (Krebs) b: Fortpflanzung, Keimesentwicklung, Aspekte der Cytogenetik mit humanbiologischem Bezug Ontogenese (ein Beispiel) Musterbildung und Gewebedifferenzierung Aspekte der Fortpflanzungsmedizin - Meiose, Crossingover, Rekombination - Genkartierung: Karyogramm, Erbgänge/ Stammbaumanalysen Beobachtung von Entwicklungsabläufen Mikroskopie von Zellteilungsstadien Auswertung von Karyogrammen Stammbaumanalyse Schwangerschaft, Problematik der Einflussnahme des Menschen auf Fortpflanzung und Entwicklung: Fortpflanzungsmedizin, gentechnische Methoden Embryonenschutzgesetz Einwirkung von Drogen und Medikamenten auf Entwicklungsvorgänge Leben mit Behinderungen Humangenetische Beratung PID und deren ethische Aspekte gentechnologische Ver- Fahren zur Pflanzen- und Tierzucht, Werkzeuge und Verfahrensschritte der Gentechnik, Darstellung kontroverser Positionen zur Gentechnologie c: angewandte Genetik Kooperation mit Experten und außerschulischen Lernorten Auswertung und Präsentation von Informationen Einsatz der Gentechnik in der Pflanzen und Tierzucht sowie der Lebensmittelherstellung Verfahren und Institutionen der Technologiefolgenabschätzung

7 Jahrgangsstufe 12.1/ Q2 : Steuerungs- und Regulationsmechanismen im Organismus Molekulare und cytologische Grundlagen Bau und Funktion des Neurons Erregungsentstehung und Erregungsleitung, saltatorische Erregungsleitung synaptische Verschaltung Wirkungsmechanismen von Drogen und Arzneimitteln Modellexperimente zur Erregungsleitung Simulation von neuronalen Vorgängen anhand von Modellen oder mit Hilfe von Computern Therapie mit ß-Blockern Sucht und Drogenprophylaxe Vergiftungserscheinungen 12.1/Q2 Neuronale Verschaltungen und Sinne, Wahrnehmung, Gedächtnis, Bewußtsein Reflexe, motorische Koordination Selbsterregung des Herzens Bau und Funktion eines Sinnesorgans Verarbeitung von Sinnesreizen im Nervensystem Bau des ZNS Funktion der Gehirnbereiche Wahrnehmung und Bewusstsein Gedächtnis und Lernen Selbstversuche physiologische Experimente zum jeweiligen Sinnesorgan, bevorzugt Auge; Selbstversuche zum Lernverhalten Verfahrenstechnik: EEG, EKG optische Täuschungen, Hirntraumen Schlaf und Traum Veränderung der Persönlicheit Wirkung von Drogen Strategien der Werbung, Spracherlernen, Sprachausfall Lernstrategien: Lernen lernen Bildungs- und Wirkungsort der Hormone molekulare Grundlagen des Informationsaustausches Regulationssysteme im Organismus Kopplung von Nervensystem und Endokrinum Hormone und deren Auswirkung auf Verhaltensmechanismen Pheromone, Hormone und Psyche 12.1/Q2 Hormone (Struktur und Wirkungsweise) Regulation im Organismus, Hormone und Verhalten Erstellen von kybernetischen Modellen zu Regulationsabläufen Ethogramme Analyse von Experimenten zum tierischen Verhalten Gewinnung von Hormonen Therapie mit ß Blockern Nutzung von Hormonen in der Pflanzenzucht, Tierzucht und Gentechnik Nutzung von Hormonen in der Nahrungsmittelproduktion

8 Jahrgangsstufe 12.1/2 Q2 Evolution der Vielfalt des Lebens in Struktur und Verhalten a: Grundlagen evolutiver Veränderung genotypische Variabilität von Populationen, Mutationen,Rekombination phänotypische Variationen innerhalb und zwischen Populationen Selektion und Anpassung populationsgenetische Modellberechnungen Beschreiben, Klassifizieren von Phänotypen und Darstellung ihrer Häufigkeiten, Simulation von Selektionsprozessen Züchtung und Bedeutung von Kulturpflanzen, Max Planck-Institut für Züchtungsforschung; Züchtung und Bedeutung von Nutz- und Haustieren Sozialdarwinismus Kosten-Nutzen-Prinzip bei Konkurrenz um Ressourcen, Fortpflanzungsstrategien, Partnerwahl, Paarungssysteme Sozialsystem Evolution von Signalen Koevolution Separation, Rassenbildung, Isolationsmechanismen adaptive Radiation b: Verhalten, Fitness und Anpassung Verhaltensbeobachtungen z. B. im Zoo Erstellung von Ethogrammen Filmanalyse, Quantitative Erfassung von Verhaltensbeobachtungen Auswertung von Ergebnissen aus Originaluntersuchungen der Fachliteratur Simulationsspiele Modellbildung durch Computersimulation c: Art und Artbildung Fallanalyse für Evolutionsgeschehen unter Zusammenschau verschiedener Methoden und Verfahrenstechniken z. B. anhand geografischer Grundlagen zur Separation. Aggression Imponierverhalten und Rituale Partnerschaft und Eheformen Strategien der Familienplanung Staatenbildung, pol. Systeme Variabiltät von Krankheitserregern und Resistenzen Tourismus und Verbreitung von Krankheiten (AIDS) Rassen des Menschen? Verständnis für einander (nach Kattmann) rezente Hinweise aus Morphologie, Anatomie, Biochemie, Physiologie, paläontologische Hinweise, Systematik und phylogenetischer Stammbaum an einem Beispiel, Ableitung von Progressionsreihen, Evolutionstheorien d: Evolutionshinweise und Evolutionstheorien Ordnen und Vergleichen biologischer Vielfalt mittels Homologiekriterien Hypothesenbildung über Verwandtschaftsbeziehungen Datierungsmethoden und zeitliche Zuordnung von Fossilien Vergleich und Beurteilung unterschiedlicher Analysemethoden Paläanthropologie, Besuch des Neandertalmuseums, Schöpfungsglaube und Evolutionstheorie, historische und aktuelle Natursichten und -philosophien

9 fossile und rezente Hinweise zur Evolution des Menschen, phylogenetische Stellung der Hominiden, kulturelle Evolution. e: Transspezifische Evolution der Primaten Erstellung eines Stammbaumes aufgrund von Einzelfunden und dessen Problematik; vergleichende Beobachtung des Verhaltens von Pongiden und Menschen; Analyse früher Kulturen und ursprünglicher Menschengruppen Entstehung von Sprache, Kunst, Religion, Ethik und Moral in der Evolution des Menschen ; prähistorische Kulturen; der moderne Mensch im Zwiespalt zwischen Evolution und technischem Können.