Mauritius- Gymnasium Büren. Schulinternes Curriculum Sek. II. Biologie

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1 Mauritius- Gymnasium Büren Schulinternes Curriculum Sek. II Biologie 1

2 1 Rahmenbedingungen spezifische Ziele der fachlichen Arbeit Der Umgang mit biologischem Wissen ermöglicht dem Individuum ein Verständnis der lebendigen materiellen Welt sowie eine aktive Teilhabe an gesellschaftlicher Kommunikation, Meinungsbildung Entscheidungsfindung zu naturwissenschaftlichen Problemlösungen technischen Entwicklungen. 1 Ziel des Unterrichts ist, den SchülerInnen die besonderen Denk- Arbeitsweisen der Biologie als Naturwissenschaft deren Entstehung zu vermitteln. Biologischnaturwissenschaftliche Bildung umfasst Fähigkeiten, konzeptionelles Wissen methodische Fertigkeiten anzuwenden, um spezifische Fragestellungen Probleme deren Lösungen zu erkennen. Weiter erlernen die SchülerInnen theoretische experimentelle Methoden, um Phänomene systematisch zu untersuchen. Sie erlernen, Schlussfolgerungen zu ziehen, überzeugend zu argumentieren rationale Entscheidungen zu treffen. Selbstständiges kooperatives Arbeiten Lernen in Kontexten sollen dabei im Vordergr stehen. In der Einführungsphase werden erstmals die neuen fachlichen Anforderungen der Oberstufe vermittelt. Diese beinhalten eine stärkere Formalisierung, Systematisierung reflexive Durchdringung fachlicher Fragestellungen. Besonders ist die individuelle Förderung von SchülerInnen mit heterogenen Bildungsbiografien von Bedeutung. 2 Der Biologieunterricht am Mauritius-Gymnasium versucht, soweit die notwendigen Voraussetzungen gegeben sind, diese Ziele zu erreichen. 1 Hrsg. Schulministerium, Kernlernplan für die Sek. II Gymnasium/Gesamtschule in NRW, Biologie, 1. Aufl. 2013, S S. ebd. 11f. 2

3 2 Entscheidungen zum Unterricht 2.1 Unterrichtsvorhaben Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt den Anspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen auszuweisen. Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehrkraft, den Lernenden Gelegenheiten zu geben, alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans auszubilden zu entwickeln. Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- der Konkretisierungsebene. Im Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben (Kapitel 2.1.1) werden die für alle Lehrerinnen Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindlichen Kontexte sowie Verteilung Reihenfolge der Unterrichtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen Kollegen einen schnellen Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zu den einzelnen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan genannten Kompetenzerwartungen, Inhaltsfeldern inhaltlichen Schwerpunkten zu verschaffen. Um Klarheit für die Lehrkräfte herzustellen die Übersichtlichkeit zu gewährleisten, werden in der Kategorie Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung an dieser Stelle nur die übergeordneten Kompetenzerwartungen ausgewiesen, während die konkretisierten Kompetenzerwartungen erst auf der Ebene der möglichen konkretisierten Unterrichtsvorhaben Berücksichtigung finden. Der ausgewiesene Zeitbedarf versteht sich als grobe Orientierungsgröße, die nach Bedarf über- oder unterschritten werden kann. Um Spielraum für Vertiefungen, besondere Schülerinteressen, aktuelle Themen bzw. die Erfordernisse anderer besonderer Ereignisse (z.b. Praktika, Kursfahrten o.ä.) zu erhalten, wurden im Rahmen dieses schulinternen Lehrplans nur ca. 75 Prozent der Bruttounterrichtszeit verplant. Während der Fachkonferenzbeschluss zum Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppen- Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitzt die exemplarische Ausgestaltung möglicher konkretisierter Unterrichtsvorhaben (Kapitel 2.1.2) abgesehen von den in der vierten Spalte im Fettdruck hervorgehobenen verbindlichen Fachkonferenzbeschlüssen nur empfehlenden Charakter. Referendarinnen Referendaren sowie neuen Kolleginnen Kollegen dienen diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppeninternen Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperationen, Lernmitteln -orten sowie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die im Einzelnen auch den Kapiteln 2.2 bis 2.4 zu entnehmen sind. Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bezüglich der konkretisierten Unterrichtsvorhaben sind im Rahmen der pädagogischen Freiheit eigenen Verantwortung der Lehrkräfte jederzeit möglich. Sicherzustellen bleibt allerdings auch hier, dass im Rahmen der Umsetzung der Unterrichtsvorhaben insgesamt alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Berücksichtigung finden. 3

4 2 1.1 Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben I: Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Die Zelle - Greinheit des Lebens: Wie sind Zellen aufgebaut organisiert? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl K1 Dokumentation Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Zellaufbau Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt Modelle für die Forschung? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- Denkweisen Thema/Kontext: Der Zellkern - Zentrum der Zelle: Welche Bedeutung haben Zellkern Nukleinsäuren für das Leben? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E1 Probleme Fragestellungen K4 Argumentation B4 Möglichkeiten Grenzen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Funktion des Zellkerns Zellverdopplung DNA Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Enzyme - Katalysatoren des Lebens: Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E2 Wahrnehmung Messung E4 Untersuchungen Experimente E5 Auswertung 4

5 Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben V: Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Inhaltliche Schwerpunkte: Bau Funkion der Enzyme Zeitbedarf: ca. 19 Std. à 45 Minuten Thema/Kontext: Energiestoffwechsel Sport Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF3 Systematisierung B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte Normen Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Inhaltliche Schwerpunkte: Dissimilation Körperliche Aktivität Stoffwechsel Zeitbedarf: ca. 26 Std. à 45 Minuten Summe Einführungsphase: 90 Sten 5

6 Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Die Zelle - Greinheit des Lebens: Wie sind Zellen aufgebaut organisiert? Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Inhaltliche Schwerpunkte: Die Schülerinnen Schüler können Zellaufbau Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Zelltheorie Wie entsteht aus einer zufälligen Beobachtung eine wissenschaftliche Theorie? Zelltheorie Organismus, Organ, Gewebe, Zelle Was sind pro- eukaryotische Zellen worin unterscheiden sie sich grlegend? Aufbau pro- eukaryotischer Zellen Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen Schüler stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs zum Zellaufbau durch technischen Fortschritt an Beispielen (durch Licht-, Elektronen- Fluoreszenzmikroskopie) dar (E7). beschreiben den Aufbau pro eukaryotischer Zellen stellen die Unterschiede heraus (UF3). UF1 ausgewählte biologische Phänomene Konzepte beschreiben. UF2 biologische Konzepte zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen auswählen dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden. K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente Daten strukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz 6

7 Wie ist eine Zelle organisiert wie gelingt es der Zelle so viele verschiedene Leistungen zu erbringen? Aufbau Funktion von Zellorganellen Zellkompartimentierung Endo Exocytose Endosymbiontentheorie Zelle, Gewebe, Organe, Organismen Welche Unterschiede bestehen zwischen Zellen, die verschiedene Funktionen übernehmen? Zelldifferenzierung beschreiben Aufbau Funktion der Zellorganellen erläutern die Bedeutung der Zellkompartimentierung für die Bildung unterschiedlicher Reaktionsräume innerhalb einer Zelle (UF3, UF1). präsentieren adressatengerecht die Endosymbiontentheorie mithilfe angemessener Medien (K3, K1, UF1). erläutern die membranvermittelten Vorgänge der Endo- Exocytose (u. a. am Golgi-Apparat) (UF1, UF2). erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für den intrazellulären Transport [ die Mitose] (UF3, UF1). ordnen differenzierte Zellen auf Gr ihrer Strukturen spezifischen Geweben Organen zu erläutern den Zusammenhang zwischen Struktur Funktion (UF3, UF4, UF1). 7

8 Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Der Zellkern - Zentrum der Zelle: Welche Bedeutung haben Zellkern Nukleinsäuren für das Leben? Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Inhaltliche Schwerpunkte: Die Schülerinnen Schüler können Funktion des Zellkerns UF4 bestehendes Wissen aufgr neuer biologischer Erfahrungen Zellverdopplung DNA Erkenntnisse modifizieren reorganisieren. E1 in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Was zeichnet eine naturwissenschaftliche Fragestellung aus welche Fragestellung lag den Acetabularia den Xenopus-Experimenten zugre? Erforschung der Funktion des Zellkerns in der Zelle Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen Schüler benennen Fragestellungen historischer Versuche zur Funktion des Zellkerns stellen Versuchsdurchführungen Erkenntniszuwachs dar (E1, E5, E7). werten Klonierungsexperimente (Kerntransfer bei Xenopus) aus leiten ihre Teilprobleme zerlegen dazu biologische Fragestellungen formulieren. K4 biologische Aussagen Behauptungen mit sachlich fierten überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren. B4 Möglichkeiten Grenzen biologischer Problemlösungen Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Auswerten der Experimente zum Kerntransfer: Acetabularia, Xenopus Didaktisch-methodische Anmerkungen Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz 8

9 Bedeutung für die Stammzellforschung ab (E5). Welche biologische Bedeutung hat die Mitose für einen Organismus? Mitose (Rückbezug auf Zelltheorie) Interphase begründen die biologische Bedeutung der Mitose auf der Basis der Zelltheorie (UF1, UF4). erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für [den intrazellulären Transport ] die Mitose (UF3, UF1). Informationstexte Abbildungen Filme/Animationen zu zentralen Aspekten: 1. exakte Reproduktion 2. Organ- bzw. Gewebewachstum Erneuerung (Mitose) 3. Zellwachstum (Interphase) Die Funktionen des Cytoskeletts werden erarbeitet, Informationen werden in ein Modell übersetzt, das die wichtigsten Informationen sachlich richtig wiedergibt. Wie ist die DNA aufgebaut, wo findet man sie wie wird sie kopiert? Aufbau Vorkommen von Nukleinsäuren ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle [Kohlenhydrate, Lipide, Proteine,] Nucleinsäuren den verschiedenen zellulären Strukturen Funktionen zu erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3). Aufbau der DNA Mechanismus der DNA- Replikation in der S- Phase der Interphase erklären den Aufbau der DNA mithilfe eines Strukturmodells (E6, UF1). beschreiben den semikonservativen Mechanismus der DNA- Replikation (UF1, UF4). Modell zur DNA Struktur Replikation ( Der DNA-Aufbau die Replikation werden lediglich modellhaft erarbeitet. Die Komplementarität wird dabei herausgestellt. Welche Möglichkeiten Grenzen bestehen für die Zellkulturtechnik? Zellkulturtechnik Biotechnologie Biomedizin Pharmazeutische Industrie zeigen Möglichkeiten Grenzen der Zellkulturtechnik in der Biotechnologie Biomedizin auf (B4, K4). 9

10 Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt Modelle für die Forschung? Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Inhaltliche Schwerpunkte: Die Schülerinnen Schüler können Biomembranen K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente Daten strukturiert Stofftransport zwischen Kompartimenten dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge. K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologischtechnische Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern anderen Quellen bearbeiten. K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen. E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben. E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen deren Grenzen Gültigkeitsbereiche angeben. Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen Schüler biologischer Modelle Theorien beschreiben. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz 10

11 Weshalb wie beeinflusst die Ionenkonzentration den Zustand von Zellen? Plasmolyse Brownsche- Molekularbewegung Diffusion Osmose führen Experimente zur Diffusion Osmose durch erklären diese mit Modellvorstellungen auf Teilchenebene (E4, E6, K1, K4). führen mikroskopische Untersuchungen zur Plasmolyse hypothesengeleitet durch interpretieren die beobachteten Vorgänge (E2, E3, E5, K1, K4). recherchieren Beispiele der Osmose Osmoregulation in unterschiedlichen Quellen dokumentieren die Ergebnisse in einer eigenständigen Zusammenfassung (K1, K2). 11

12 Bau- Inhaltsstoffe der Zelle: Wie sind Zucker aufgebaut wo spielen sie eine Rolle? Monosaccharid, Disaccharid Polysaccharid Wie sind Proteine aufgebaut wo spielen sie eine Rolle? Aminosäuren Peptide, Proteine Primär-, Sekär-, Tertiär-, Quartärstruktur ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine, Nucleinsäuren) den verschiedenen zellulären Strukturen Funktionen zu erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3). Warum löst sich Öl nicht in Wasser? Aufbau Eigenschaften von Lipiden Phospholipiden Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt 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) stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs zum Aufbau von Biomembranen durch technischen Fortschritt an Beispielen dar zeigen daran die Veränderlichkeit von Modellen auf (E5, E6, E7, K4). Wichtige wissenschaftliche Arbeits- Denkweisen sowie die Rolle von Modellen dem technischen Fortschritt werden herausgestellt. 12

13 - Markierungsmethoden zur Ermittlung von Membranmolekülen (Proteinsonden) - dynamisch strukturiertes Mosaikmodel (Rezeptor-Inseln, Lipid-Rafts) Wie werden gelöste Stoffe durch Biomembranen hindurch in die Zelle bzw. aus der Zelle heraus transportiert? Passiver Transport Aktiver Transport recherchieren die Bedeutung die Funktionsweise von Tracern für die Zellforschung stellen ihre Ergebnisse graphisch mithilfe von Texten dar (K2, K3). recherchieren die Bedeutung der Außenseite der Zellmembran ihrer Oberflächenstrukturen für die Zellkommunikation (u. a. Antigen-Antikörper-Reaktion) stellen die Ergebnisse adressatengerecht dar (K1, K2, K3). beschreiben Transportvorgänge durch Membranen für verschiedene Stoffe mithilfe geeigneter Modelle geben die Grenzen dieser Modelle an (E6). 13

14 Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Enzyme - Katalysatoren des Lebens: Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Inhaltsfelder: IF 1 (Biologie der Zelle), IF 2 (Energiestoffwechsel) Inhaltliche Schwerpunkte: Enzyme Zeitbedarf: ca. 19 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Welche Bedeutung haben Enzyme im menschlichen Stoffwechsel? Aktives Zentrum Allgemeine Enzymgleichung Substrat- Wirkungsspezifität Welche Wirkung / Funktion haben Enzyme? Katalysator Biokatalysator Endergonische exergonische Reaktion Aktivierungsenergie, Aktivierungsbarriere / Reaktionsschwelle Was beeinflusst die Wirkung / Funktion von Enzymen? ph-abhängigkeit Temperaturabhängigkeit Schwermetalle Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen Schüler beschreiben erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität Enzymhemmung (E6). erläutern Struktur Funktion von Enzymen ihre Bedeutung als Biokatalysatoren bei Stoffwechselreaktionen (UF1, UF3, UF4). beschreiben interpretieren Diagramme zu enzymatischen Reaktionen (E5). stellen Hypothesen zur Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen Schüler können E2 kriteriengeleitet beobachten messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv frei von eigenen Deutungen beschreiben. E4 Experimente Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen durchführen dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren. E5 Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative einfache quantitative Zusammenhänge ableiten diese fachlich angemessen beschreiben. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Schematische Darstellungen von Reaktionen unter besonderer Berücksichtigung der Energieniveaus Checkliste mit Kriterien zur Beschreibung Interpretation von Diagrammen Didaktisch-methodische Anmerkungen Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Die zentralen Aspekte der Biokatalyse werden erarbeitet: 1. Senkung der Aktivierungsenergie 2. Erhöhung des Stoffumsatzes pro Zeit Das Beschreiben Interpretieren von Diagrammen wird geübt. Durchführung von Experimenten zur Ermittlung von 14

15 Substratkonzentration / Wechselzahl Wie wird die Aktivität der Enzyme in den Zellen reguliert? kompetitive Hemmung, allosterische (nicht kompetitive) Hemmung Substrat Endprodukthemmung Wie macht man sich die Wirkweise von Enzymen zu Nutze? Enzyme im Alltag - Technik - Medizin - u. a. Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren auf überprüfen sie experimentell stellen sie graphisch dar (E3, E2, E4, E5, K1, K4). beschreiben erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität Enzymhemmung (E6). recherchieren Informationen zu verschiedenen Einsatzgebieten von Enzymen präsentieren bewerten vergleichend die Ergebnisse (K2, K3, K4). geben Möglichkeiten Grenzen für den Einsatz von Enzymen in biologischtechnischen Zusammenhängen an wägen die Bedeutung für unser heutiges Leben ab (B4). Enzymeigenschaften an ausgewählten Beispielen. Reflexion Modellkritik 15

16 Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Energiestoffwechsel Sport Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper? Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Inhaltliche Schwerpunkte: Dissimilation Körperliche Aktivität Stoffwechsel Zeitbedarf: ca. 26 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Welche Veränderungen können während nach körperlicher Belastung beobachtet werden? Systemebene: Organismus Belastungstest Wie reagiert der Körper auf unterschiedliche Belastungssituationen wie unterscheiden sich verschiedene Muskelgewebe voneinander? Systemebene: Organ Gewebe Muskelaufbau Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen Schüler erläutern den Unterschied zwischen roter weißer Muskulatur (UF1). präsentieren unter Einbezug geeigneter Medien unter Verwendung einer korrekten Fachsprache die aerobe anaerobe Energieumwandlung in Abhängigkeit von körperlichen Aktivitäten (K3, UF1). Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen Schüler können UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen. B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen Zusammenhängen fachliche, gesellschaftliche moralische Bewertungskriterien angeben. B2 in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Entscheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten einen begründeten Standpunkt beziehen. B3 in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösungen darstellen. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz 16

17 Wie gewinnt der Körper aus der Nahrung Energie? Systemebenen: Zelle, Molekül Tracermethode Glykolyse Zitronensäurezyklus Atmungskette NAD + ATP Milchsäure-Gärung präsentieren eine Tracermethode bei der Dissimilation adressatengerecht (K3). erklären die Grzüge der Dissimilation unter dem Aspekt der Energieumwandlung mithilfe einfacher Schemata (UF3). beschreiben präsentieren die ATP-Synthese im Mitochondrium mithilfe vereinfachter Schemata (UF2, K3). erläutern die Bedeutung von NAD + ATP für aerobe anaerobe Dissimilationsvorgänge (UF1, UF4). überprüfen Hypothesen zur Abhängigkeit der Gärung von verschiedenen Faktoren (E3, E2, E1, E4, E5, K1, K4). Welche Faktoren spielen eine Rolle bei körperlicher Aktivität? Sauerstofftransport im Blut Sauerstoffkonzentratio n im Blut Erythrozyten Hämoglobin/ Myoglobin Systemebene: Zelle Sauerstoffschuld, Energiereserve der Muskeln, Glykogenspeicher Welche Faktoren beeinflussen den Energieumsatz welche Methoden helfen bei der 17

18 Bestimmung? Systemebenen: Organismus, Gewebe, Zelle, Molekül Energieumsatz (Grumsatz Leistungsumsatz) Direkte indirekte Kalorimetrie stellen Methoden zur Bestimmung des Energieumsatzes bei körperlicher Aktivität vergleichend dar (UF4). Wie gewinnt der Körper aus der Nahrung Energie? Systemebenen: Zelle, Molekül Tracermethode Glykolyse Zitronensäurezyklus Atmungskette Wie funktional sind bestimmte Trainingsprogramme Ernährungsweisen für bestimmte Trainingsziele? Systemebenen: Organismus, Zelle, Molekül Ernährung Fitness Kapillarisierung Mitochondrien Systemebene: Molekül Glycogenspeicherung Myoglobin Wie wirken sich präsentieren eine Tracermethode bei der Dissimilation adressatengerecht (K3). erklären die Grzüge der Dissimilation unter dem Aspekt der Energieumwandlung mithilfe einfacher Schemata (UF3). beschreiben präsentieren die ATP-Synthese im Mitochondrium mithilfe vereinfachter Schemata (UF2, K3). erläutern unterschiedliche Trainingsformen adressatengerecht begründen sie mit Bezug auf die Trainingsziele (K4). erklären mithilfe einer graphischen Darstellung die zentrale Bedeutung des Zitronensäurezyklus im Zellstoffwechsel (E6, UF4). 18

19 leistungssteigernde Substanzen auf den Körper aus? Systemebenen: Organismus, Zelle, Molekül Formen des Dopings Anabolika EPO - etc. nehmen begründet Stellung zur Verwendung leistungssteigernder Substanzen aus gesheitlicher ethischer Sicht (B1, B2, B3). 19

20 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Qualifizierungsphase Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Molekulare zellbiologische Grlagen der Informationsverarbeitung Wahrnehmung Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E6 Modelle K3 Präsentation Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Aufbau Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung Grlagen der Wahrnehmung Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E6 Modelle Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Lernen Gedächtnis Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen zu behalten? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K1 Dokumentation UF4 Vernetzung Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Plastizität Lernen Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert therapiert werden welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E5 Auswertung K2 Recherche B3 Werte Normen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Meiose Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten 20

21 Thema/Kontext: Angewandte Genetik Welche Chancen welche Risiken bestehen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K2 Recherche B1 Kriterien B4 Möglichkeiten Grenzen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Gentechnik Bioethik Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS: 90 Sten + 28 Neuro 45 Öko Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E1 Probleme Fragestellungen E2 Wahrnehmung Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- Denkweisen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Umweltfaktoren ökologische Potenz Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Synökologie II Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe Energieflüsse? Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Synökologie I Welchen Einfluss haben inter- intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E6 Modelle K4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Dynamik von Populationen Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VII: Thema/Kontext: Zyklische sukzessive Veränderung von Ökosystemen Welchen Einfluss hat der Mensch auf 21

22 Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: B2 Entscheidungen B3 Werte Normen Inhaltsfelder: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Stoffkreislauf Energiefluss Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Evolution in Aktion Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung K4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltliche Schwerpunkte: Grlagen evolutiver Veränderung Art Artbildung Stammbäume (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Humanevolution Wie entstand der heutige Mensch? die Dynamik von Ökosystemen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E5 Auswertung B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Mensch Ökosysteme Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Evolution von Sozialstrukturen Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF2 Auswahl UF4 Vernetzung Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution Verhalten Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF3 Systematisierung K4 Argumentation Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution des Menschen Stammbäume (Teil 2) 22

23 Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS: 60 Sten - 28 Nero + 45 Öko Qualifikationsphase (Q1) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Molekulare zellbiologische Grlagen der neuronalen Informationsverarbeitung Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut wie ist organisiert? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E1 Probleme Fragestellungen E2 Wahrnehmung Messung E5 Auswertung E6 Modelle Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Aufbau Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung Grlagen der Wahrnehmung (Teil 1) Methoden der Neurobiologie (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 25 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VII: Thema/Kontext: Aspekte der Hirnforschung Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn? Kompetenzen: UF4 Vernetzung K2 Recherche K3 Präsentation B4 Möglichkeiten Grenzen Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Fototransduktion Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E6 Modelle K3 Präsentation Inhaltsfelder: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Leistungen der Netzhaut Neuronale Informationsverarbeitung Grlagen der Wahrnehmung (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten 50 Std. Neuro aus Q2 23

24 Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Plastizität Lernen Methoden der Neurobiologie (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 17 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Erforschung der Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen epigenetischen Strukturen auf einen Organismus? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E1 Probleme Fragestellungen E3 Hypothesen E5 Auswertung E6 Modelle E7 Arbeits- Denkweisen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Gentechnologie heute Welche Chancen welche Risiken bestehen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien B4 Möglichkeiten Grenzen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert therapiert werden welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E5 Auswertung K2 Recherche B3 Werte Normen B4 Möglichkeiten Grenzen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Meiose Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik Zeitbedarf: ca. 25 Std. à 45 Minuten 24

25 Inhaltliche Schwerpunkte: Gentechnologie Bioethik Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) LEISTUNGSKURS: 150 Sten Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E1 Probleme Fragestellungen E2 Wahrnehmung Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen Experimente E7 Arbeits- Denkweisen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Umweltfaktoren ökologische Potenz Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Synökologie I Welchen Einfluss haben inter- intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe E5 Auswertung E6 Modelle Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Dynamik von Populationen 74 Std. Öko aus Q1 Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Synökologie II Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe Energieflüsse? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E6 Modelle B2 Entscheidungen B4 Möglichkeiten Grenzen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: 25

26 Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VII: Thema/Kontext: Erforschung der Fotosynthese Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E1 Probleme Fragestellungen E2 Wahrnehmung Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- Denkweisen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Fotosynthese Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Evolution in Aktion Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung K4 Argumentation E7 Arbeits- Denkweisen Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltliche Schwerpunkte: Grlagen evolutiver Veränderung Art Artbildung Entwicklung der Evolutionstheorie Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Spuren der Evolution Wie kann man Stoffkreislauf Energiefluss Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VIII: Thema/Kontext: Zyklische sukzessive Veränderung von Ökosystemen Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF2 Auswahl K4 Argumentation B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Mensch Ökosysteme Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Von der Gruppen- zur Multilevel-Selektion Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF2 Auswahl K4 Argumentation E7 Arbeits- Denkweisen Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution Verhalten Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Humanevolution Wie entstand der heutige 26

27 Evolution sichtbar machen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E2 Wahrnehmung Messung E3 Hypothesen Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Art Artbildung Stammbäume Mensch? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF3 Systematisierung E5 Auswertung K4 Argumentation Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution des Menschen Zeitbedarf: ca. 6 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS: 100 Sten + 74 Öko 50 Neuro Konkretisierte Unterrichtsvorhaben der Qualifikationsphase I (Genetik Grkurs) Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Unterrichtsvorhaben I: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen epigenetischen Strukturen auf einen Organismus? Unterrichtsvorhaben II: Angewandte Genetik Welche Chancen welche Risiken bestehen? Unterrichtsvorhaben III: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert therapiert werden welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Inhaltliche Schwerpunkte: Meiose Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Proteinbiosynthese Genregulation 27

28 Gentechnik Bioethik Basiskonzepte: System Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Rekombination, Stammzelle Struktur Funktion Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, Mutation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip Entwicklung Transgener Organismus, Epigenese, Zelldifferenzierung, Meiose bedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhabe n I: Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen epigenetischen Strukturen auf einen Organismus? Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Proteinbiosynthese genetischer Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartu ngen: Die Schülerinnen 28

29 Code Mutationen Genregulation Zeitbedarf: 30 Std. à 45 Minuten Schüler können UF 1 ausgewählte biologische Phänomene Konzepte beschreiben. UF 3 die Einordnung biologischer Sachverhalte Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen. UF 4 bestehendes Wissen auf Gr neuer biologischer Erfahrungen Erkenntnisse modifizieren reorganisiere n. E 6 Modelle zu Beschreibung, Erklärung Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen deren Grenzen Gültigkeitsbe reiche 29

30 Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte angeben. Konkretisierte Kompetenzerwartu ngen des Kernlehrplans Die Schülerinnen Schüler Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktischmethodische Anmerkungen Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Reaktivierung von SI- Vorwissen zu DNA- Struktur, Replikation Mitose Herstellung /oder Reflexion einfacher Modelle. Arbeitsblätter SI- EF-Wissen wird reaktiviert vertieft. Vom Gen zum Protein Wie hängen Genotyp Phänotyp zusammen? Proteinbiosynthese vergleichen die molekularen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- Eukaryoten (UF1, UF3) Arbeitsblätter (Computer-)Modelle Genetischer Code erläutern Eigenschaften des genetischen Codes charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2) Einführung der Codesonne /oder der Tabellenform des Zusammenhangs eines Tripletts der zugehörigen AS Wie wirken sich Veränderungen des Genotyps auf den Phänotyp aus? Mutationsformen erläutern Eigenschaften des genetischen Codes charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, Arbeitsblätter, Gruppenarbeit,... 30

31 UF2) Wie reguliert die Zelle ihre Proteinausstattung? Genregulation bei Pro- Eukaryoten erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4) erläutern entwickeln Modellvorstellungen auf der Grlage 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) Wechselwirkungen von Proto- Onkogenen Tumor- Supressorgene n erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onkogenen Tumor- Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus Modelle 31

32 Modell zur epigenteischen Regelung des Zellstoffwechs els erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4) erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des Zellstoffwechsels (E6) Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbo gen mit Ich- Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvor habens Leistungsbewertung: KLP- Überprüfungsf orm: Analyseaufga be ; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Transkription Translation sowie Substratindukt ion Endproduktrep ression, ggf. Klausur / Kurzvortrag 32

33 Unterrichtsvorhabe n II: Angewandte Genetik Welche Chancen welche Risiken bestehen? Thema/Kontext: Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Gentechnische Verfahrenswei sen Bioethik Zeitbedarf: 11 Std. à 45 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartu ngen: Die Schülerinnen Schüler können K2 zu biologischen Fragestellung en relevante Informatione n Daten in verschiedene n Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftl ichen Publikationen recherchieren, auswerten vergleichend beurteilen, B1 fachliche, wirtschaftlich -politische moralische Kriterien bei Bewertungen von 33

34 Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte biologischen biotechnische n Sachverhalte n unterscheiden angeben, B4 begründet die Möglichkeite n Grenzen biologischer Problemlösungen Sichtweisen bei innerfachlich en, naturwissens chaftlichen gesellschaftli chen Fragestellung en bewerten. Konkretisierte Kompetenzerwartu ngen des Kernlehrplans Die Schülerinnen Schüler Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktischmethodische Anmerkungen Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Reaktivierung von SI- Vorwissen Gentechnik wozu? Genetischer- erläutern Arbeitsblätter SI- EF-Wissen wird reaktiviert 34

35 Fingerabdruck (z. B. Vaterschaftste st) DNA-Chip GVO s Embryonale adulte Stammzellen Lebensmittelkontrol le Wie erfolgt die molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1), stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar diskutieren ihre Verwendung (K1, B3), geben die Bedeutung von DNA-Chips an beurteilen Chancen Risiken (B1, B3). recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen adulten Stammzellen präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3), stellen naturwissenschaftlich -gesellschaftliche Positionen zum therapeuti-schen Einsatz von Think-Pair-Share zu bekannten Elementen Evtl. Einsatz von Filmmaterial 35

36 Übertragung von fremden Genen? Sequenzierung PCR Gelelektrophorese Restriktionsenzyme Vektoren Ligation Selektion Transformation Expression Stammzellen dar beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4). beschreiben molekulargenetische Werkzeuge erläutern deren Bedeu-tung für gentechnische Groperationen (UF1), Leistungsbewertung: ggf. Klausur / Kurzvorträge Konkretisierte Unterrichtsvorhaben der Qualifikationsphase I (Genetik Leistungskurs) Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Unterrichtsvorhaben I: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen epigenetischen Strukturen auf einen Organismus? Unterrichtsvorhaben II: Angewandte Genetik Welche Chancen welche Risiken bestehen? Unterrichtsvorhaben III: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert therapiert werden welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Inhaltliche Schwerpunkte: Meiose Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Proteinbiosynthese 36

37 Genregulation Gentechnik Bioethik Basiskonzepte: System Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Rekombination, Stammzelle Struktur Funktion Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, Mutation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip Entwicklung Transgener Organismus, Epigenese, Zelldifferenzierung, Meiose Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhabe n I: Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen epigenetischen Strukturen auf einen Organismus? Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Proteinbiosynthese genetischer Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartu ngen: Die Schülerinnen 37

38 Code Mutationen Genregulation Zeitbedarf: 30 Std. à 45 Minuten Schüler können E 1 in vorgegebene n Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen dazu biologische Fragestellung en formulieren. E 3 zur Klärung biologischer Fragestellung en Hypothesen formulieren Möglichkeite n zu ihrer Überprüfung angeben. E 5 Daten bezügliche einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative einfache quantitative Zusammenhä nge ableiten diese fachlich angemessen beschreiben. 38

39 Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte E 6 Modelle zu Beschreibung, Erklärung Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen deren Grenzen Gültigkeitsbe reiche angeben. E 7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle beschreiben. Konkretisierte Kompetenzerwartu ngen des Kernlehrplans Die Schülerinnen Schüler Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktischmethodische Anmerkungen Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Reaktivierung von SI- Vorwissen zu DNA- Struktur, Replikation Mitose Herstellung /oder Reflexion einfacher Modelle. Arbeitsblätter SI- EF-Wissen wird reaktiviert vertieft. Vom Gen zum Protein Wie hängen Genotyp vergleichen die Arbeitsblätter (Computer-)Modelle 39

40 Phänotyp zusammen? Proteinbiosynthese Genetischer Code molekularen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- Eukaryoten (UF1, UF3) erläutern Eigenschaften des genetischen Codes charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2) Einführung der Codesonne /oder Tabellenform des Zusammenhangs eines Tripletts der zugehörigen AS Wie wirken sich Veränderungen des Genotyps auf den Phänotyp aus? Mutationsformen Wie reguliert die Zelle ihre Proteinausstattung? Genregulation bei Pro- erläutern Eigenschaften des genetischen Codes charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2) erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4) erläutern entwickeln Modellvorstellungen auf der Grlage von Experimenten Modelle 40

41 Eukaryoten Modell zur epigenteischen Regelung des Zellstoffwechs els 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) Wechselwirkungen von Proto- Onkogenen Tumor- Supressorgene n erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onkogenen Tumor- Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4) erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des Zellstoffwechsels (E6) Leistungsbewertung: ggf. Klausur / Kurzvortrag Unterrichtsvorhabe 41

42 n II: Angewandte Genetik Welche Chancen welche Risiken bestehen? Thema/Kontext: Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Gentechnische Verfahrenswei sen Bioethik Zeitbedarf: 20 Std. à 45 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartu ngen: Die Schülerinnen Schüler können K2 zu biologischen Fragestellung en relevante Informatione n Daten in verschiedene n Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftl ichen Publikationen recherchieren, auswerten vergleichend beurteilen, K3 biologische Sachverhalte Arbeitsergeb nisse unter Verwendung situationsang emessener Medien 42

43 Mögliche didaktische Leitfragen / Darstellungsf ormen adressatenger echt präsentieren, B1 fachliche, wirtschaftlich -politische moralische Kriterien bei Bewertungen von biologischen biotechnische n Sachverhalte n unterscheiden angeben, B4 begründet die Möglichkeite n Grenzen biologischer Problemlösungen Sichtweisen bei innerfachlich en, naturwissens chaftlichen gesellschaftli chen Fragestellung en bewerten. Konkretisierte Kompetenzerwartu Empfohlene Lehrmittel/ Didaktischmethodische 43

44 Sequenzierung inhaltlicher Aspekte ngen des Kernlehrplans Die Schülerinnen Schüler Materialien/ Methoden Anmerkungen Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Reaktivierung von SI- Vorwissen Think-Pair-Share zu bekannten Elementen SI- EF-Wissen wird reaktiviert Gentechnik wozu? Genetischer- Fingerabdruck (z. B. Vaterschaftste st) DNA-Chip GVO s Embryonale adulte Stammzellen Lebensmittelkontrol le erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1), stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar diskutieren ihre Verwendung (K1, B3), Arbeitsblätter Think-Pair-Share zu bekannten Elementen Evtl. Einsatz von Filmmaterial geben die Bedeutung von DNA-Chips an beurteilen Chancen Risiken (B1, B3). recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen adulten Stammzellen präsentieren 44

45 diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3), Wie erfolgt die Übertragung von fremden Genen? Sequenzierung PCR Gelelektrophorese Restriktionsenzyme Vektoren Ligation Selektion Transformation Expression stellen naturwissenschaftlich -gesellschaftliche Positionen zum therapeuti-schen Einsatz von Stammzellen dar beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4). beschreiben molekulargenetische Werkzeuge erläutern deren Bedeu-tung für gentechnische Groperationen (UF1), Leistungsbewertung: ggf. Klausur / Kurzvorträge Unterrichtsvorhabe n III: 45

46 Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert therapiert werden welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Meiose Rekombinatio n Analyse von Familienstam mbäumen Bioethik Zeitbedarf: 16 Std. à 45 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartu ngen: Die Schülerinnen Schüler können UF4 Zusammenhä nge zwischen unterschiedli chen, natürlichen durch menschliches Handeln hervorgerufe nen Vorgängen auf der Grlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen aufzeigen. 46

47 E5 Daten Messwerte qualitativ quantitativ im Hinblick auf Zusammenhä nge, Regeln oder Gesetzmäßig keiten analysieren Ergebnisse verallgemein ern. K2 zu biologischen Fragestellung en relevante Informatione n Daten in verschiedene n Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftl ichen Publikationen recherchieren, auswerten vergleichend beurteilen, B3 an Beispielen von Konfliktsituat ionen mit biologischem Hintergr kontroverse 47

48 Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Ziele Interessen sowie die Folgen wissenschaftl icher Forschung aufzeigen ethisch bewerten, B4 begründet die Möglichkeite n Grenzen biologischer Problemlösun gen Sichtweisen bei innerfachlich en, naturwissens chaftlichen gesellschaftli chen Fragestellung en bewerten. Konkretisierte Kompetenzerwartu ngen des Kernlehrplans Die Schülerinnen Schüler Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktischmethodische Anmerkungen Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Reaktivierung von SI- Vorwissen, z.b. Vererbungsregeln beschreiben Think-Pair-Share zu bekannten Elementen SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben. 48

49 Merkmalsverteilungen in den Generationen (Mendel). Wie werden die Keimzellen gebildet welche Unterschiede gibt es bei Frau Mann? Meiose Spermatogenese / Oogenese Modell zur Chromosomenvertei lung in der Meiose Wo entscheidet sich die genetische Ausstattung einer Keimzelle wie entsteht genetische Vielfalt? inter- intrachromoso male Rekombinatio n Wie kann man ein Vererbungsmuster von genetisch bedingten Krankheiten im Verlauf von Familiengenerationen ermitteln wie kann man daraus Prognosen für den Nachwuchs ableiten? Erbgänge/Vererbun gsmodi genetisch bedingte Krankheiten, z.b.: erläutern die Grprinzipien der Rekombination (Reduktion Neukombination der Chromosomen) bei Meiose Befruchtung (UF4). formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zu X- chromosomalen autosomalen Vererbungsmodi genetisch bedingter Merkmale begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4). Arbeitsblätter Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer Stammbaumanalyse. Exemplarische Beispiele von Familienstammbäum en Schlüsselstellen bei der Keimzellenbildung werden erarbeitet die theoretisch möglichen Rekombinationsmögl ichkeiten werden ermittelt. Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Die Auswertungskompete nz bei humangenetischen Stammbäumen wird im Unterricht an mehreren Beispielen geübt. Prognosen zum Auftreten spezifischer, genetisch bedingter Krankheiten werden 49