Städtisches Lindengymnasium Gummersbach Schulinternes Curriculum Biologie

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1 Städtisches Lindengymnasium Gummersbach Schulinternes Curriculum Biologie Jahrgangsstufe 5: Inhaltsfelder Fachliche Kontexte Konzeptbezogene Kompetenzen Methodik (ggf. siehe Schulbuch Linder Biolgie Vielfalt von Lebewesen Die Schülerinnen und Schüler... Kennzeichen des Lebendigen Bauplan der Blütenpflanzen Fortpflanzung Entwicklung und Verbreitung bei Samenpflanzen Angepasstheit von Tieren an verschiedene Lebensräume (Aspekte Ernährung und Fortbewegung) Unterscheidung zwischen Wirbeltieren und Wirbellosen Grundlage der Biologie (S. 8 27) Biologie eine Naturwissenschaft Kennzeichen von Lebewesen Lebewesen genau untersuchen Vielfalt von Lebewesen (S ) Pflanzen in der Nachbarschaft Tiere in Wald und Teich Der Mensch nutzt Pflanzen Der Mensch nutzt Tiere Was lebt in meiner Nachbarschaft? Pflanzen und Tiere, die nützen Naturschutz Bauplan der Blütenpflanzen: nennen verschiedene Blütenpflanzen, unterscheiden ihre Grundorgane und nennen deren wesentliche Funktionen Fortpflanzung: beschreiben Formen geschlechtlicher und ungeschlechtlicher Fortpflanzung bei Pflanzen Entwicklung und Verbreitung von Samenpflanzen: beschreiben die Entwicklung von Pflanzen beschreiben Organe und Organsysteme als Bestandteile des Organismus und erläutern ihr Zusammenwirken Angepasstheit von Tieren an verschiedenen Lebensräumen: beschreiben Aufbau und Funktion des menschlichen Skeletts und vergleichen es mit dem eines anderen Wirbeltiers. (obligatorisch auch in der Jahrgangsstufe 6) stellen die Angepasstheit einzelner Tier- und Pflanzenarten an ihren spez. Lebensraum dar. beschreiben exemplarisch Organismen im Wechsel der Jahreszeiten und erklären die Angepasstheit (z. B. Überwinterung unter dem Aspekt der Entwicklung) beschreiben Wechselwirkungen verschiedener Organismen untereinander und mit ihrem Lebensraum Unterscheidung zw. Wirbeltieren und Wirbellosen: beschreiben exemplarisch den Unterschied zwischen einem Wirbeltier und Wirbellosen, z. B. Insekten, Schnecken Beschreiben und vergleichen die Individualentwicklung ausgewählter Wirbelloser und Wirbeltiere Umgang mit der Lupe Anlegen eines Herbariums Keimungsversuche in Abhängigkeit von versch. Faktoren Anfertigung eines Versuchsprotokolls Umgang mit Fachtexten: Die 5-Schritt-Lesetechnik Methodentraining aus dem Schulbuch: Betrachten, Beobachten, Beschreiben S. 16 Experimentieren und Protokollieren S. 20 Vergleichen S. 48 Exkursion in den Wald S. 54 Sezieren und Präparieren S. 74 Arbeiten mit dem Bestimmungsschlüssel S. 78 Erstellen eines Steckbriefes S. 105 Erstellen einer Mind Map S. 112 Fachbegriffe recherchieren S. 117 Nutzpflanzen und Nutztiere Biotop- und Artenschutz Nutzpflanzen und Nutztiere: beschreiben die Veränderungen von Wild- zu Nutzformen an einem Beispiel Biotop und Artenschutz: Stellen die Veränderungen von Lebensräumen durch den Menschen dar und erläutern die Konsequenzen für einzelne Arten

2 Angepasstheit von Pflanzen und Tieren an die Jahreszeiten: Blattaufbau Zellen Fotosynthese Produzenten, Konsumenten Angepasstheit von Pflanzen an den Jahresrhythmus Wärmehaushalt, Überwinterung Tiere und Pflanzen im Jahreslauf Angepasstheit von Pflanzen und Tieren an die Jahreszeiten (S ) Die Sonne als Motor des Leben Pflanzen und Tiereleben mit den Jahreszeiten Extreme Lebensräume Ohne Sonne kein Leben Pflanzen und Tiere Leben mit den Jahreszeiten Extreme Lebensräume Lebewesen aus aller Welt Blattaufbau, Zellen, Fotosynthese, Produzenten, Konsumenten: bezeichnen die Zelle als funktionellen Grundbaustein von Organismen beschreiben Zellen als räumliche Einheiten, die aus verschiedenen Bestandteilen aufgebaut sind erklären die Bedeutung von Zellteilung für das Wachstum beschreiben die im Lichtmikroskop beobachtbaren Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen tierlichen und pflanzlichen Zellen und beschreiben die Aufgaben der sichtbaren Bestandteile: Zellkern, Zellplasma, Zellmembran, Zellwand, Vakuole, Chloroplasten beschreiben Merkmale der Systeme Zelle, Organ und Organismus insbesondere in Bezug auf die Größenverhältnisse und setzen verschieden Systemebenen miteinander in Beziehung. beschreiben die Fotosynthese als Prozess zum Aufbau von Glucose aus Kohlenstoffdioxid und Wasser mit Hilfe von Lichtenergie unter Freisetzung von Sauerstoff beschreiben die Bedeutung von Licht, Temperatur, Wasser und Mineralsalzen für Pflanzen bzw. Nährstoffen für Tiere beschreiben die Bedeutung der Fotosynthese für das Leben von Pflanzen und Tieren beschreiben in einem Lebensraum exemplarisch die Beziehung zwischen Tier- und Pflanzenarten auf der Ebene der Produzenten und Konsumenten stellen einzelne Tier- und Pflanzenarten und deren Angepasstheit an den Lebensraum und seine jahreszeitlichen Veränderungen dar Angepasstheit von Pflanzen an den Jahresrhythmus beschreiben exemplarisch Organismen im Wechsel der Jahreszeiten und erklären die Angepasstheit (z. B. Überwinterung unter dem Aspekt der Entwicklung) s.o. Mikroskopieren (S. 17) Herstellen von mikroskopischen Präparaten Methodentraining aus dem Schulbuch: Erstellen u. Auswerten von Diagrammen S. 209 Internetrecherche in der Schule S. 218 Entwicklung exemplarischer Vertreter der Wirbeltierklassen und eines Vertreters der Gliedertiere

3 Jahrgangstufe 6: Inhaltsfelder Fachliche Kontexte Konzeptbezogene Kompetenzen Methodik Bau und Leistung des menschlichen Körpers Bau und Leistung des menschlichen Körpers Bewegungssystem Ernährung und Verdauung Atmung und Blutkreislauf Bau und Leistung des menschlichen Körpers (S ) Der Körper des Menschen Ernährung und Verdauung Bewegung- Teamarbeit für den ganzen Körper Aktiv werden für ein gesundheitsbewusstes Leben Gesundheitsbewusstes Leben: Lecker und gesund Bewegung Teamarbeit für den ganzen Körper Aktiv werden für ein gesundheits-bewusstes Leben Die Schülerinnen und Schüler... Bau und Leistung des menschlichen Körpers: beschreiben Organe und Organsysteme als Bestandteile des Organismus und erläutern ihr Zusammenwirken, z.b. Atmung, Verdauung und Muskeln. beschreiben die Wirkung der UV-Strahlen auf die menschliche Haut, nennen Auswirkungen und entsprechende Schutzmaßnahmen Bewegungssystem: beschreiben Aufbau und Funktion des menschlichen Skeletts und vergleichen es mit dem eines anderen Wirbeltiers (ggf. schon in der 5) Ernährung und Verdauung: beschreiben den Weg der Nahrung bei der Verdauung und nennen die daran beteiligten Organe beschreiben die Bedeutung von Nährstoffen, Mineralsalzen, Vitaminen, Wasser und Ballaststoffen für eine ausgewogene Ernährung und unterscheiden Bau- und Betriebsstoffe beschreiben die Bedeutung einer vielfältigen und ausgewogenen Ernährung und körperlicher Bewegung beschreiben Organe und Organsysteme als Bestandteile des Organismus und erläutern ihr Zusammenwirken bei der Verdauung Arbeit mit Modellen Nachweisversuche (Fett, Zucker, Stärke ) Suchtprophylaxe Atmung und Blutkreislauf: beschreiben Organe und Organsysteme als Bestandteile des Organismus und erläutern ihr Zusammenwirken bei der Atmung beschreiben und erklären den menschlichen Blutkreislauf und die Atmung sowie deren Bedeutung für den Nährstoff-, Gas- und Wärmetransport durch den Körper Methodentraining aus dem Schulbuch: Arbeiten mit Modellen S. 160 Beurteilen und bewerten S. 180 Erstellen eines Informationsplakates S. 187 Suchtprophylaxe: beschreiben die negativen Folgen einer Sucht (Alkohol, Nikotin etc.)

4 Überblick und Vergleich von Sinnesorganen des Menschen Inhalte zum Gegenstand Sinnesorgane sollen hier gekürzt oder vereinfacht, dafür in Klasse 8 ausführlicher behandelt werden. Aufbau und Funktion von Ohr oder Auge des Menschen Reizaufnahme und Informationsverarbeitung beim Menschen Sinnesleistungen bei Tieren (Orientierungsaspekt und Vergleich zum Menschen) Überblick und Vergleiche von Sinnesorganen: S ): Erfahrungen mit allen Sinnen Aufbau und Funktion von Sinnesorganen Sinnesleistung im Vergleich Die Umwelt erleben: die Sinnesorgane Sicher im Straßenverkehr Sinnesorgane helfen Tiere als Sinnesspezialisten Aufbau und Funktion von Ohr oder Auge des Menschen: beschreiben Aufbau und Funktion von Auge oder Ohr und begründen Maßnahmen zum Schutz dieser Sinnesorgane beschreiben die Zusammenarbeit von Sinnesorganen und Nervensystem bei Informationsaufnahme, -weiterleitung und verarbeitung beschreiben Vorgänge der Kommunikation zwischen Lebewesen an einem Beispiel dar (ggf. in der 5) Schallmessungen mit dem Umweltmessgerät Reflextest Temperaturempfindung Sexualerziehungen Veränderungen in der Pubertät Bau und Funktion der Geschlechtsorgane Paarbindung Geschlechtsverkehr Empfängnis Empfängnisverhütung, Schwangerschaft und Geburt Entwicklung vom Säugling zum Kleinkind Es gelten die Richtlinien zur Sexualerziehung! Sexualität und Entwicklung beim Menschen S ): Auf dem Weg zum Erwachsenwerd en Bau und Funktion der Geschlechtsmerkmale Liebe und Partnerschaft Ein Kind entsteht Die Entwicklung des Kleinkindes Familienplanung und Empfängnisverhütung Sexueller Missbrauch Veränderungen in der Pubertät/ Bau und Funktion der Geschlechtsorgane: beschreiben und vergleichen Geschlechtsorgane von Mann und Frau und erläutern deren wesentliche Funktion unterscheiden zwischen primären und sekundären Geschlechtsmerkmalen Paarbindung/Geschlechtsverkehr/Empfängnis: vergleichen Ei- und Spermienzelle und beschreiben den Vorgang der Befruchtung nennen die Verschmelzung von Ei- und Spermienzelle als Merkmal für geschlechtliche Fortpflanzung bei Menschen und Tieren erklären die Bedeutung von Zellteilung für das Wachstum (ggf. in der 5) nennen die Vererbung als Erklärung für Ähnlichkeiten und Unterschiede von Eltern und Nachkommen auf phänotypischer Ebene Empfängnisverhütung: nennen Möglichkeiten der Empfängnisverhütung Schwangerschaft und Geburt: beschreiben die Individualentwicklung des Menschen beschreiben und vergleichen die Individualentwicklung ausgewählter Wirbelloser und Wirbeltiere (ggf. in der 5) Entwicklung vom Säugling zum Kleinkind

5 Jahrgangstufe 8: Inhaltsfelder Fachliche Kontexte Konzeptbezogene Kompetenzen Methodik Energiefluss und Stoffkreisläufe Der Gegenstand Ökologie wird in Klasse 8 kurz gehalten. Energiefluss und Stoffkreisläufe Erkundung und Beschreibung eines ausgewählten Biotops (Produzenten, Konsumenten, Destruenten) Erkunden eines Ökosystems (See) Grundlagen der Biologie (S. 8 27) Womit beschäftigt sich die Biologie Basiskonzepte helfen Zusammenhänge zu erkennen Lebewesen bestehen aus Zellen Regeln im Haushalt der Natur (S ) Samenpflanzen sind Produzenten Der Mensch gehört zu den Konsumenten Ökosystem Wald Ökosystem See Der Mensch verändert die Umwelt Die Schülerinnen und Schüler... beschreiben verschieden differenzierte Zellen von Pflanzen und Tieren und deren Funktion innerhalb von Organen evtl. in der 9! unterscheiden zwischen Sporen- und Samenpflanzen, Bedeckt- und Nacktsamern und kennen einige typische Vertreter dieser Gruppen erklären Angepasstheiten von Organismen an die Umwelt und belegen diese, z. B. an Schnabelformen- Nahrung, Blüten-Insekten beschreiben das Zusammenleben in Tierverbänden, z. B. einer Wirbeltierherde oder eines staatenbildenden Insekts beschreiben die Merkmale von biologischen Systemen mit den Aspekten: Systemgrenze, Stoffaustausch und Energieaustausch, Komponenten und Systemeigenschaften beschreiben die Zelle und die Funktion ihrer wesentlichen Bestandteile ausgehend vom lichtmikroskopischen Bild einer Zelle erklären Zusammenhänge zwischen den Systemebenen Molekül, Zellorganell, Zelle, Gewebe, Organ, Organsystem, Organismus ggf. in der 9! Erkundung und Beschreibung eines ausgewählten Biotops (Produzenten, Konsumenten, Destruenten): erklären die Wechselwirkung zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten und erläutern ihre Bedeutung im Ökosystem Nahrungsbeziehungen: beschreiben und erklären das dynamische Gleichgewicht in der Räuber-Beute- Beziehung beschreiben verschiedene Nahrungsketten und -netze Mikroskopieren Bestimmung von Organismen Bestandaufnahme/ Vegetationsanalyse chemische Gewässer-untersuchung Messung abiotischer Faktoren Methodentraining aus dem Schulbuch: mikroskopisches Zeichen S. 19 Experimente planen, durchführen, protokollieren und auswerten s. 37 Exkursion S. 61 Simulationen S. 108 Diagramme mit dem Computer erstellen und auswerten S. 109 Messdaten erfassen und auswerten S. 118 Nahrungsbeziehungen Energieumwandlung Energieumwandlung/Energiefluss/offene Systeme: beschreiben und erklären das Prinzip der Zellatmung als Prozess der Energieumwandlung von chemisch gebundener Energie in andere Energieformen erklären das Prinzip der Fotosynthese als Prozess der Energieumwandlung von Lichtenergie in chemisch gebundene Energie beschreiben exemplarisch den Energiefluss zwischen den einzelnen Nahrungsebenen beschreiben den Kohlenstoffkreislauf beschreiben den Energiefluss in einem Ökosystem. Energiefluss

6 offene Systeme Veränderung von Ökosystemen durch Eingriffe des Menschen Veränderung von Ökosystemen durch Eingriffe des Menschen beschreiben ein ausgewähltes Ökosystem im Wechsel der Jahreszeiten beschreiben die langfristigen Veränderungen von Ökosystemen erläutern die Zusammenhänge von Organismus, Population, Ökosystem und Biosphäre beschreiben und bewerten die Veränderungen von Ökosystemen durch Eingriffe des Menschen beschreiben an einem Beispiel die Umgestaltung der Landschaft durch den Menschen bewerten Eingriffe des Menschen im Hinblick auf seine Verantwortung und die Umwelt beschreiben Eingriffe des Menschen in Ökosysteme und unterscheiden zwischen ökologischen und ökonomischen Aspekten. beschreiben die für ein Ökosystem charakteristischen Arten und erklären deren Bedeutung im Gesamtgefüge beschreiben die stofflichen und energetischen Wechselwirkungen an einem ausgewählten Ökosystem und in der Biosphäre erklären die Bedeutung ausgewählter Umweltbedingungen für ein Ökosystem z. B. Licht, Temperatur, Feuchtigkeit Biotop- und Artenschutz an ausgewählten Beispielen Biotop- und Artenschutz an ausgewählten Beispielen: beschreiben den Schutz der Umwelt und die Erfüllung der Grundbedürfnisse aller Lebewesen sowie künftiger Generationen als Merkmale nachhaltiger Entwicklung Treibhauseffekt und Nachhaltigkeit Evolutionäre Entwicklung Evolutionäre Entwicklung Erdzeitalter/ Datierung Stammesentwicklung der Wirbeltiere und des Menschen Evolutionsmechanismen/Weg e der Erkenntnisgewinnung am Beispiel evolutionsbiologischer Forschung Individualentwicklung des Menschen Individualentwicklung des Menschen, Fortpflanzung und Entwicklung (Befruchtung, Embryonalentwicklung, Geburt, Tod) Zeitreise durch die Erdgeschichte (S ): Die Entwicklung der Lebensvielfalt auf der Erde Die Erklärung der Artenvielfalt Die Vorfahren des Menschen Stationen eines Leben S )): Entwicklung des Menschen Sexualkunde Organspenden können Leben retten Treibhauseffekt und Nachhaltigkeit beschreiben den Treibhauseffekt, seine bekannten Ursachen und beschreiben seine Bedeutung für die Biosphäre beschreiben und erklären die stammes-geschichtliche Verwandtschaft ausgewählter Pflanzen oder Tiere beschreiben die Abstammung des Menschen nennen Fossilien als Belege für Evolution erläutern an einem Beispiel Mutationen und Selektion als Beispiele von Mechanismen der Evolution (z. B. Vogelschnäbel) beschreiben den Unterschied zwischen Mutation und Modifikation evtl. in der 9! Individualentwicklung des Menschen, Fortpflanzung und Entwicklung (Befruchtung, Embryonalentwicklung, Geburt, Tod) beschreiben Befruchtung, Keimesentwicklung, Geburt sowie den Alterungsprozess und den Tod als Stationen der Individualentwicklung des Menschen siehe Sexualkunde Methodentraining aus dem Schulbuch: ein Museumsbesuch S. 300 Screenshot S. 301 mit Stammbäumen zur Entwicklung des Menschen arbeiten S. 318

7 Anwendung moderner medizintechnischer Verfahren Grundlagen gesundheitsbewusster Ernährung Gefahren von Drogen Embryonen und Embryonenschutz Verantwortlicher Umgang mit dem eigenen Körper Organspender werden? Anwendung moderner medizintechnischer Verfahren: beschreibt vereinfacht diagnostische Verfahren in der Medizin Grundlagen gesundheitsbewusster Ernährung: vergleichen den Energiegehalt von Nährstoffen beschreiben die Nahrungspyramide unter energetischem Aspekt stellen modellhaft die Wirkungsweise von Enzymen dar (Schlüssel- Schloss-Prinzip) Bau und Funktion der Niere und Bedeutung als Transplantationsorgan Sexualerziehung Sexualerziehung Mensch und Partnerschaft Bau und Funktion der Geschlechtsorgane, Familienplanung und Empfängnisverhütung Es gelten die Richtlinien zur Sexualerziehung! Sexualität des Menschen (S )): Freundschaft, Liebe und Partnerschaft Grundlagen der Sexualität Typisch Mann Typisch Frau Familienplanung und Empfängnisverhütun g Sexualerziehung beschreiben Befruchtung, Keimesentwicklung, Geburt sowie den Alterungsprozess und den Tod als Stationen der Individualentwicklung des Menschen Familienplanung und Empfängnisverhütung benennen Vor- und Nachteile verschiedener Verhütungsmethoden Methodentraining aus dem Schulbuch: Meinungen sammeln und auswerten S. 219 Jahrgangstufe 9: Inhaltsfelder Fachliche Kontexte Konzeptbezogene Kompetenzen Methodik Kommunikation und Die Schülerinnen und Schüler... Regulation Kommunikation und Regulation Bau und Funktion des Nervensystems mit ZNS im Zusammenhang mit Sinnesorgan und Effektor Ein Sinnesorgan soll ausführlich behandelt werden. Erkennen und Reagieren S )): Miteinander Reden erfordert Kommunikation Informationsleitung und verarbeitung Der Körper erkennt und bekämpft Infektionskrankheite n Signale: senden, empfangen und verarbeiten Krankheitserreger erkennen und abwehren Nicht zu viel und nicht zu wenig: Zucker im Blut Kommunikation und Regulation beschreiben verschieden differenzierte Zellen von Pflanzen und Tieren und deren Funktion innerhalb von Organen beschreiben die Zelle und die Funktion ihrer wesentlichen Bestandteile ausgehend vom lichtmikroskopischen Bild einer Zelle erklären Zusammenhänge zwischen den Systemebenen Molekül, Zellorganell, Zelle, Gewebe, Organ, Organsystem, Organismus Bau und Funktion des Nervensystems mit ZNS im Zusammenhang mit Sinnesorgan und Effektor: stellen das Zusammenwirken von Organen und Organsystemen beim Informationsaustausch dar, u. a. bei einem Sinnesorgan beschreiben den Aufbau des Nervensystems einschließlich ZNS und erklären die Funktion im Zusammenwirken mit Sinnesorganen und Effektor (Reiz-Reaktionsschema) beschreiben das Prinzip des eigenen Lernvorgangs über einfache Gedächtnismodelle Methodentraining aus dem Schulbuch: Einen Vergleich erarbeiten S. 175 Internetrecherche S. 188 Mindmaps erstellen mit dem PC S. 200 Material auswerten wie in der Oberstufe, z.b. Diagramme/Tabellen

8 Bakterien, Viren, Parasiten (Malaria), Bakterien, Viren, Parasiten (Malaria): beschreiben einzellige Lebewesen und begründen, dass sie als lebendige Systeme zu betrachten sind (Kennzeichen des Lebendigen) beschreiben typische Merkmale von Bakterien (Wachstum, Koloniebildung, Bau) beschreiben vereinfacht den Vorgang der Mitose und erklären ihre Beutung beschreiben Bau (Hülle, Andockstelle, Erbmaterial) und das Prinzip der Vermehrung von Viren (benötigt Wirt und seinen Stoffwechsel) erklären die Bedeutung des Generations- und Wirtswechsels am Beispiel eines ausgewählten Endoparasiten z.b. Malariaerreger Immunsystem/ Impfung/ Allergie Regulation durch Hormone/ Regelkreis Grundlagen der Vererbung Grundlagen der Vererbung, dominant/rezessive und kodominante Vererbung Erbanlagen, Chromosomen, enotypische Geschlechtsbestimmung Veränderungen des Erbgutes Grundlagen der Vererbung S ): Erbanlagen werden von den Eltern weitergegeben Chromosomen sind die Träger der Erbinformation Vererbung folgt bestimmten Regeln Vom Gen zum Merkmal Die genetische Information ist flexibel Mutationen sind Veränderungen des Erbgutes Vererbung beim Menschen Gene Puzzle des Lebens Genetische Familienberatung Immunsystem/Impfung/Allergie: nennen wesentliche Bestandteile des Immunsystems und erläutern ihre Funktion (humorale und zelluläre Immunabwehr) beschreiben die Antigen-Antikörper-Reaktion und erklären die aktive und passive Immunisierung Regulation durch Hormone/ Regelkries: stellen das Zusammenwirken von Organen und Organsystemen beim Informationsaustausch dar, u. a. bei der hormonellen Steuerung erklären die Wirkungsweise der Hormone bei der Regulation zentraler Körperfunktionen am Beispiel Diabetes mellitus und Sexualhormone (Sexualkunde) Grundlagen der Vererbung, dominatn/rezessive und kodominante Vererbung : beschreiben und erläutern typische Erbgänge an Beispielen wenden die Mendelschen Regeln auf einfache Beispiele an beschreiben das Prinzip der Meiose am Beispiel des Menschen und erklären ihre Bedeutung Erbanlagen, Chromosomen, genotypische Geschlechtsbestimmung: beschreiben Chromosomen als Träger der genetischen Information und deren Rolle der Zellteilung beschreiben vereinfacht den Vorgang der Umsetzung vom Gen zum Merkmal an einem Beispiel (Blütenfarbe, Haarfarbe) Veränderungen des Erbgutes beschreiben den Unterschied zwischen Mutationen und Modifikation Methodentraining aus dem Schulbuch: Stammbäume in der Humangenetik S. 270 Ein Gespräch leiten S. 277

9 Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Biologie

10 Inhalt Seite 1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit Entscheidungen zum Unterricht Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen

11 1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit Das städtische Lindengymnasium liegt im Oberbergischen. Die Sammlung ist gut ausgestattet. Die Fachkonferenz Biologie stimmt sich bezüglich in der Sammlung vorhandener Gefahrstoffe mit der dazu beauftragten Lehrkraft der Schule ab. Die Lehrerbesetzung und die übrigen Rahmenbedingungen der Schule ermöglichen einen ordnungsgemäßen laut Stundentafel der Schule vorgesehen Biologieunterricht. Das Fach Biologie ist in der Einführungsphase in der Regel mit 5-6 Grundkursen vertreten, wobei insbesondere Seiteneinsteiger dieses Fach gerne belegen. In der Qualifikationsphase können auf Grund der Schülerwahlen in der Regel 5-6 Grundkurse und 1-2 Leistungskurse gebildet werden. Die Verteilung der Wochenstundenzahlen in der Sekundarstufe I und II ist wie folgt: Jg. Fachunterricht von 5 bis 6 5 BI (2) 6 BI (2) Fachunterricht von 7 bis BI (2) 9 BI (2) Fachunterricht in der EF und in der QPH 10 BI (3) 11 BI (3/5) 12 BI (3/5) Die Unterrichtstaktung an der Schule folgt einem 45 Minutenraster, wobei angestrebt wird, dass der naturwissenschaftliche Unterricht möglichst in Doppelstunden stattfindet. In nahezu allen Unterrichtsvorhaben wird den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit gegeben, Schülerexperimente oder anderweitige handlungsorientierte Methoden durchzuführen. Insgesamt werden überwiegend kooperative, die Selbstständigkeit des Lerners fördernde Unterrichtsformen genutzt, sodass ein individualisiertes Lernen in der Sekundarstufe II kontinuierlich unterstützt wird. Hierzu eignen sich besonders Doppel- 3

12 stunden. Am Ende des Schuljahres wird überprüft, ob die bisherigen Entwicklungsziele weiterhin gelten und ob Unterrichtsmethoden, Diagnoseinstrumente und Fördermaterialien ersetzt oder ergänzt werden sollen. Nach Veröffentlichung des neuen Kernlehrplans steht dessen unterrichtliche Umsetzung im Fokus. Hierzu werden sukzessive exemplarisch konkretisierte Unterrichtsvorhaben und darin eingebettet Überprüfungsformen entwickelt und erprobt. Der Biologieunterricht soll Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungen wecken und die Grundlage für das Lernen in Studium und Beruf in diesem Bereich vermitteln. Dabei werden fachlich und bioethisch fundierte Kenntnisse die Voraussetzung für einen eigenen Standpunkt und für verantwortliches Handeln gefordert und gefördert. Hervorzuheben sind hierbei die Aspekte Ehrfurcht vor dem Leben in seiner ganzen Vielfältigkeit, Nachhaltigkeit, Umgang mit dem eigenen Körper und ethische Grundsätze. Folgende Kooperationen bestehen an der Schule: Metabolon; Leppe Mülldeponie (Jahrgangsstufe 5 9 und EF) Bildungsnetzwerk Oberberg Zooschule Köln Baylab und science to class 4

13 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 und zu entwickeln. Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichtsund der Konkretisierungsebene. Im Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben (Kapitel 2.1.1) werden die für alle Lehrerinnen und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindlichen Kontexte sowie Verteilung und Reihenfolge der Unterrichtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen und Kollegen einen schnellen Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zu den einzelnen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan genannten Kompetenzerwartungen, Inhaltsfeldern und inhaltlichen Schwer-punkten zu verschaffen. Um Klarheit für die Lehrkräfte herzustellen und 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- und 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 und Referendaren sowie neuen Kolleginnen und Kollegen dienen diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppeninternen Absprachen zu didaktisch-methodischen 5

14 Zugängen, fächerübergreifenden Kooperationen, Lernmitteln und -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 und 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. 6

15 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben I: Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl K1 Dokumentation Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Zellaufbau Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2) Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Inhaltliche Schwerpunkte: Enzyme Zeitbedarf: ca. 19 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten

16 Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Biologie und Sport Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF3 Systematisierung B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Inhaltliche Schwerpunkte: Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel Zeitbedarf: ca. 26 Std. à 45 Minuten Summe Einführungsphase: 90 Stunden

17 2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase: Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle Unterrichtsvorhaben I: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Unterrichtsvorhaben II: Kein Leben ohne Zelle II Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben? Unterrichtvorhaben III: Erforschung der Biomembran Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung? Inhaltliche Schwerpunkte: Zellaufbau Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA Basiskonzepte: System Prokaryot, Eukaryot, Biomembran, Zellorganell, Zellkern, Chromosom, Makromolekül, Cytoskelett, Transport, Zelle, Gewebe, Organ, Plasmolyse Struktur und Funktion Cytoskelett, Zelldifferenzierung, Zellkompartimentierung, Transport, Diffusion, Osmose, Zellkommunikation, Tracer Entwicklung Endosymbiose, Replikation, Mitose, Zellzyklus, Zelldifferenzierung Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten 9

18 Unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle Inhaltliche Schwerpunkte: Zellaufbau Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte SI-Vorwissen 1. Organisation und Ort des Erbmaterials 2. Grundnährstoffe (Fette, Proteine und Kohlenhydrate) und Ernährung 3. Kennzeichen des Lebendigen Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler bezeichnen die Zelle als funktionellen Grundbaustein von Organismen und beschreiben verschieden differenzierte Zellen von Pflanzen und Tieren und deren Funktion innerhalb von Organen. beschreiben Chromosomen als Träger der genetischen Information und deren Rolle bei der Zellteilung. beschreiben die Bedeutung von Nährstoffen, Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben. UF2 biologische Konzepte zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen auswählen und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden. K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten strukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden muliple-choice-test zu Zelle, Gewebe, Organ und Organismus Informationstexte einfache, kurze Texte zum notwendigen Basiswissen Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Empfehlung der Fachkonferenz: SI-Vorwissen wird ohne Benotung ermittelt (z.b. Selbstevaluationsbogen) Möglichst selbstständiges Aufarbeiten des Basiswissens zu den eigenen Test- Problemstellen. 10

19 Zelltheorie Wie entsteht aus einer zufälligen Beobachtung eine wissenschaftliche Theorie? 4. Zelltheorie 5. Organismus, Organ, Gewebe, Zelle Was sind pro- und eukaryotische Zellen und worin unterscheiden sie sich grundlegend? Aufbau pro- und eukaryotischer Zellen Wie ist eine Zelle organisiert? Wie bringt die Zelle so viele verschiedene Leistungen zustande? Aufbau und Funktion von Zellorganellen Zellkompartimentierung Endo und Exocytose Endosymbiontentheorie Mineralsalzen, Vitaminen, Wasser und Ballaststoffen für eine ausgewogene Ernährung und unterscheiden Bau- und Betriebsstoffe. stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs zum Zellaufbau durch technischen Fortschritt an Beispielen (durch Licht-, Elektronenund Fluoreszenzmikroskopie) dar (E7) dar. beschreiben den Aufbau pround eukaryotischer Zellen und stellen die Unterschiede heraus (UF3). beschreiben Aufbau und Funktion der Zellorganellen und 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- und Advance Organizer zur Zelltheorie Gruppenpuzzle vom technischen Fortschritt und der Entstehung einer Theorie elektronenmikroskopische Bilder und Schemata zu tierischen, pflanzlichen und bakteriellen Zellen Stationenlernen zu Zellorganellen und zu zytologischen Techniken: Darin enthalten u.a.: Station: Arbeitsblatt Golgi-Apparat ( Postverteiler der Zelle) Station: Arbeitsblatt Mitochondrium Station: Arbeitsblatt Chloroplasten Zentrale Eigenschaften naturwissenschaftlicher Theorien bzw. des naturwissenschaftlichen Erkenntnisweges werden beispielhaft erarbeitet. Gemeinsamkeiten und Unterschiede der verschiedenen Zellen werden erarbeitet. EM-Bild wird mit Schemazeichnung verglichen. Erkenntnisse werden in einem Protokoll dokumentiert. Analogien zu anderen Organisationsformen (Bsp. Fabrik) werden erläutert. Hierzu könnte man wie folgt vorgehen: Eine Adressatenkarte wird per Zufallsprinzip ausgewählt. Auf dieser erhalten die SuS Angaben zu ihrem fiktiven Adressaten (z.b. Fachlehrkraft, fachfremde Lehrkraft, Mitschüler/in, SI-Schüler/in etc.). Auf diesen richten sie ihr Lernprodukt aus. Zum 11

20 Zelle, Gewebe, Organe, Organismen Welche Unterschiede bestehen zwischen Zellen, die verschiedene Funktionen übernehmen? Zelldifferenzierung, Zelldetermination Exocytose (u. a. am Golgi- Apparat) (UF1, UF2). erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für den intrazellulären Transport [und die Mitose] (UF3, UF1). ordnen differenzierte Zellen auf Grund ihrer Strukturen spezifischen Geweben und Organen zu und erläutern den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion (UF3, UF4, UF1). Mikroskopieren von verschiedenen Zelltypen Lernprodukt gehört das Medium (Flyer, Plakat, Podcast etc.) selbst und eine stichpunktartige Erläuterung der berücksichtigten Kriterien. Mikroskopieren von Fertigpräparaten ausgewählter Zelltypen Diagnose von Schülerkompetenzen: SI-Vorwissen wird ohne Benotung ermittelt (z.b. Selbstevaluationsbogen); Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe (Überprüfen der Kompetenzen im Vergleich zum Start der Unterrichtsreihe) Leistungsbewertung: multiple-choice-tests zu Zelltypen und Struktur und Funktion von Zellorganellen ggf. Teil einer Klausur 12

21 Unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben? Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Erhebung und Reaktivierung von SI-Vorwissen 6. Organisation und Ort des Erbmaterials 7. Kennzeichen des Lebendigen 8. Mendelsche Regeln Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Chromosomen als Träger der genetischen Information und deren Rolle bei der Zellteilung. wenden die Mendelschen Regeln auf einfache Beispiele an. Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren. E1 in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren. K4 biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren. B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Strukturlegetechnik bzw. Netzwerktechnik Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz SI-Vorwissen wird ermittelt und reorganisiert. Empfehlung: Zentrale Begriffe werden von den SuS in eine sinnvolle Struktur gelegt, aufgeklebt und eingesammelt, um für den Vergleich am Ende des Vorhabens zur Verfügung zu stehen. 13

22 Welche naturwissenschaftliche Fragestellung liegt Zellkernexperimenten zugrunde? Erforschung der Funktion des Zellkerns in der Zelle benennen Fragestellungen historischer Versuche zur Funktion des Zellkerns und stellen Versuchsdurchführungen und Erkenntniszuwachs dar (E1, E5, E7). Plakat zum wissenschaftlichen Erkenntnisweg Acetabularia-Experimente von Hämmerling Experiment zum Kerntransfer bei Xenopus Naturwissenschaftliche Fragestellungen werden kriteriengeleitet entwickelt und Experimente ausgewertet. Welche biologische Bedeutung hat die Mitose für einen Organismus? Mitose (Rückbezug auf Zelltheorie) Interphase InterphaseWie ist die DNA aufgebaut, wo findet man sie und wie wird sie kopiert? Aufbau und Vorkommen von Nukleinsäuren Aufbau der DNA Mechanismus der DNA- Replikation in der S- Phase der Interphase Aufbau der DNA werten Klonierungsexperimente (Kerntransfer bei Xenopus) aus und leiten ihre Bedeutung für die Stammzellforschung ab (E5). begründen die biologische Bedeutung der Mitose auf der Basis der Zelltheorie (UF1, UF4). erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für [den intrazellulären Transport und] die Mitose (UF3, UF1). ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle [Kohlenhydrate, Lipide, Proteine,] Nucleinsäuren den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer we-sentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3). erklären den Aufbau der DNA mithilfe eines Strukturmodells (E6, UF1). Informationstexte und Abbildungen Filme/Animationen zu zentralen Aspekten: exakte Reproduktion Organ- bzw. Gewebewachstum und Erneuerung (Mitose) Zellwachstum (Interphase) Modellbaukasten zur DNA Struktur und Replikation Die Funktionen des Cytoskeletts werden erarbeitet, Informationen werden in ein Modell übersetzt, das die wichtigsten Informationen sachlich richtig wiedergibt. Der DNA-Aufbau und die Replikation werden lediglich modellhaft erarbeitet. Die Komplementarität wird dabei herausgestellt. 14

23 Verdeutlichung des Lernzuwachses Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen für die Zellkulturtechnik? Zellkulturtechnik Biotechnologie Biomedizin Pharmazeutische Industrie beschreiben den semikonservativen Mechanismus der DNA- Replikation (UF1, UF4). zeigen Möglichkeiten und Grenzen der Zellkulturtechnik in der Biotechnologie und Biomedizin auf (B4, K4). Strukturlegetechnik bzw. Netzwerktechnik Informationsblatt zu Zellkulturen in der Biotechnologie und Medizin- und Pharmaforschung Rollenkarten zu Vertretern unterschiedlicher Interessensverbände (Pharma-Industrie, Forscher, PETA-Vertreter etc.) Pro und Kontra-Diskussion zum Thema: Können Zellkulturen Tierversuche ersetzen? Methode wird mit denselben Begriffen wie zu Beginn des Vorhabens erneut wiederholt. Ergebnisse werden verglichen. SuS erhalten anschließend individuelle Wiederholungsaufträge. Zentrale Aspekte werden herausgearbeitet. Argumente werden erarbeitet und Argumentationsstrategien entwickelt. SuS, die nicht an der Diskussion beteiligt sind, sollten einen Beobachtungsauftrag bekommen. Nach Reflexion der Diskussion können Leserbriefe verfasst werden. Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Leistungsbewertung: Feedbackbogen und angekündigte multiple-choice-tests zur Mitose; schriftliche Übung (z.b. aus einer Hypothese oder einem Versuchsdesign auf die zugrunde liegende Fragestellung schließen) zur Ermittlung der Fragestellungskompetenz (E1) ggf. Klausur 15

24 Unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung? Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Weshalb und wie beeinflusst die Salzkonzentration den Zustand von Zellen? Brownsche- Molekularbewegung Diffusion Osmose/Plasmolyse Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler führen Experimente zur Diffusion und Osmose durch und erklären diese mit Modellvorstellungen auf Teilchenebene (E4, E6, K1, K4). führen mikroskopische Untersuchungen zur Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten strukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge. K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologischtechnische Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten. K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen. E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben. E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben. E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Plakat zum wissenschaftlichen Erkenntnisweg Zeitungsartikel z.b. zur fehlerhaften Salzkonzentration für eine Infusion in den Unikliniken Experimente mit Rotkohlgewebe und mikroskopische Untersuchungen Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Das Plakat soll den SuS prozedurale Transparenz im Verlauf des Unterrichtsvorhabens bieten. SuS formulieren erste Hypothesen, planen und führen geeignete Experimente zur Überprüfung ihrer Vermutungen 16

25 Warum löst sich Öl nicht in Wasser? Aufbau und Eigenschaften von Lipiden und Phospholipiden Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Erforschung von Biomembranen? Erforschung der Biomembran Plasmolyse hypothesengeleitet durch und interpretieren die beobachteten Vorgänge (E2, E3, E5, K1, K4). recherchieren Beispiele der Osmose und Osmoregulation in unterschiedlichen Quellen und dokumentieren die Ergebnisse in einer eigenständigen Zusammenfassung (K1, K2). ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle ([Kohlenhydrate], Lipide, Proteine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3). stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs zum Aufbau von Biomembranen Kartoffel-Experimente ausgehöhlte Kartoffelhälfte mit Zucker, Salz und Stärke Kartoffelstäbchen (gekocht und ungekocht) Informationstexte, Animationen und Lehrfilme zur Brownschen Molekularbewegung (physicsanimations.com) Demonstrationsexperimente mit Tinte oder Deo zur Diffusion Arbeitsaufträge zur Recherche osmoregulatorischer Vorgänge Sachliches Feedback Demonstrationsexperiment Verhalten von Öl in Wasser zum Informationsblätter zu funktionellen Gruppen Strukturformeln von Lipiden und Phospholipiden Modelle zu Phospholipiden in Wasser Plakat(e) zu Biomembranen Versuche von Gorter und Grendel mit Erythrozyten (1925) zum Bilayer- durch. Versuche zur Überprüfung der Hypothesen Versuche zur Generalisierbarkeit der Ergebnisse werden geplant und durchgeführt. Phänomen wird auf Modellebene erklärt (direkte Instruktion). Weitere Beispiele (z. B. Salzwiese, Niere) für Osmoregulation werden recherchiert. Ein Lernplakat zur Osmose wird kriteriengeleitet erstellt. Lernplakate werden gegenseitig beurteilt und diskutiert. Phänomen wird beschrieben. Das Verhalten von Lipiden und Phospholipiden in Wasser wird mithilfe ihrer Strukturformeln und den Eigenschaften der funktionellen Gruppen erklärt. Einfache Modelle (2-D) zum Verhalten von Phospholipiden in Wasser werden erarbeitet und diskutiert. Durchführung eines wissenschaftspropädeutischen Schwerpunktes zur Erforschung der 17

26 (historisch-genetischer Ansatz) Bilayer-Modell Sandwich-Modelle Fluid-Mosaik-Modell Erweitertes Fluid-Mosaik- Modell (Kohlenhydrate in der Biomembran) Markierungsmethoden zur Ermittlung von Membranmolekülen (Proteinsonden) dynamisch strukturiertes Mosaikmodel (Rezeptor- Inseln, Lipid-Rafts) naturwissenschaftliche Arbeits- und Denkweisen durch technischen Fortschritt an Beispielen dar und zeigen daran die Veränderlichkeit von Modellen auf (E5, E6, E7, K4). ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3). recherchieren die Bedeutung und die Funktionsweise von Tracern für die Zellforschung und stellen ihre Ergebnisse graphisch und mithilfe von Texten dar (K2, K3). recherchieren die Bedeutung der Außenseite der Zellmembran und ihrer Oberflächenstrukturen für die Zellkommunikation (u. a. Antigen-Antikörper- Reaktion) und stellen die Ergebnisse adressatengerecht dar (K1, K2, K3). Modell Arbeitsblatt zur Arbeit mit Modellen Partnerpuzzle zu Sandwich-Modellen Arbeitsblatt 1: Erste Befunde durch die Elektronenmikroskopie (G. Palade, 1950er) Arbeitsblatt 2: Erste Befunde aus der Biochemie (Davson und Danielli, 1930er) Abbildungen auf der Basis von Gefrierbruchtechnik und Elektronenmikroskopie Partnerpuzzle zum Flüssig-Mosaik- Modell Arbeitsblatt 1: Original-Auszüge aus dem Science- Artikel von Singer und Nicolson (1972) Arbeitsblatt 2: Heterokaryon-Experimente von Frye und Edidin (1972) Experimente zur Aufklärung der Lagevon Kohlenhydraten in der Biomembran Checkliste mit Kriterien für seriöse Quellen Checkliste zur korrekten Angabe von Internetquellen Internetrecherche zur Funktionsweise von Tracern Biomembranen. Folgende Vorgehensweise wird empfohlen: Der wissenschaftliche Erkenntniszuwachs wird in den Folgestunden fortlaufend dokumentiert und für alle Kursteilnehmerinnen und Kursteilnehmer auf Plakaten festgehalten. Der Modellbegriff und die Vorläufigkeit von Modellen im Forschungsprozess werden verdeutlicht. Auf diese Weise kann die Arbeit in einer scientific community nachempfunden werden. Die neuen Daten legen eine Modifikation des Bilayer-Modells von Gorter und Grendel nahe und führen zu neuen Hypothesen (einfaches Sandwichmodell / Sandwichmodell mit eingelagertem Protein / Sandwichmodell mit integralem Protein). Das Membranmodell muss erneut modifiziert werden. Das Fluid-Mosaik-Modell muss erweitert werden. Quellen werden ordnungsgemäß notiert (Verfasser, Zugriff etc.). 18

27 Informationen zum dynamisch strukturierten Mosaikmodell Vereb et al (2003) Historisches Modell wird durch aktuellere Befunde zu den Rezeptor-Inseln erweitert. Wie werden gelöste Stoffe durch Biomembranen hindurch in die Zelle bzw. aus der Zelle heraus transportiert? Passiver Transport Aktiver Transport beschreiben Transportvorgänge durch Membranen für verschiedene Stoffe mithilfe geeigneter Modelle und geben die Grenzen dieser Modelle an (E6). Abstract aus: Vereb, G. et al. (2003): Dynamic, yet structured: The cell membrane three decades after the Singer-Nicolson model. Lernplakat (fertig gestellt) zu den Biomembranen Gruppenarbeit: Informationstext zu verschiedenen Transportvorgängen an realen Beispielen Ein Reflexionsgespräch auf der Grundlage des entwickelten Plakats zu Biomembranen wird durchgeführt. Wichtige wissenschaftliche Arbeits- und Denkweisen sowie die Rolle von Modellen und dem technischen Fortschritt werden herausgestellt. SuS können entsprechend der Informationstexte Schemata zu den unterschiedlichen Transportvorgängen erstellen. Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe KLP-Überprüfungsform: Dokumentationsaufgabe und Reflexionsaufgabe (Portfolio zum Thema: Erforschung der Biomembranen ) zur Ermittlung der Dokumentationskompetenz (K1) und der Reflexionskompetenz (E7) Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Beurteilungsaufgabe und Optimierungsaufgabe (z.b. Modellkritik an Modellen zur Biomembran oder zu Transportvorgängen) zur Ermittlung der Modell-Kompetenz (E6) ggf. Klausur 19

28 Einführungsphase: Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Unterrichtsvorhaben IV: Enzyme im Alltag Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Unterrichtsvorhaben V: Biologie und Sport Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper? Inhaltliche Schwerpunkte: Enzyme Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel Basiskonzepte: System Muskulatur, Mitochondrium, Enzym, Zitronensäurezyklus, Dissimilation, Gärung Struktur und Funktion Enzym, Grundumsatz, Leistungsumsatz, Energieumwandlung, ATP, NAD + Entwicklung Training Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten 20

29 Unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Enzyme im Alltag 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 Wie sind Zucker aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle? Monosaccharid, Disaccharid Polysaccharid Wie sind Proteine aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle? Aminosäuren Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, [Lipide, Proteine, Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3). ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben. E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren. E5 Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Informationstexte zu funktionellen Gruppen und ihren Eigenschaften sowie Kohlenhydratklassen und Vorkommen und Funktion in der Natur Spickzettel als legale Methode des Memorierens Museumsgang Beobachtungsbogen mit Kriterien für gute Spickzettel Haptische Modelle (z.b. Legomodelle) zum Proteinaufbau Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Gütekriterien für gute Spickzettel werden erarbeitet (Übersichtlichkeit, auf das Wichtigste beschränkt, sinnvoller Einsatz von mehreren Farben, um Inhalte zu systematisieren etc.) werden erarbeitet. Der beste Spickzettel kann gekürt werden. Der Aufbau von Proteinen wird erarbeitet. 21