Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Biologie

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1 Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Biologie Gymnasium Zitadelle Schulinterner Lehrplan S II Qualifikationsphase

2 Inhalt Seite Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben konkretisierte Unterrichtsvorhaben... 9 Stand: 11/2014 Seite 2

3 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben I: ENTWURF Qualifikationsphase 1.1. Genetik Grundkurs Leistungskurs Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? UF4 Vernetzung E5 Auswertung K2 Recherche B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen w Bioethik Thema/Kontext: Modellvorstellungen (Erforschung der) zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus? UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E6 Modelle E1 Probleme und Fragestellungen E3 Hypothesen E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten ca. 25 Std. à 45 Minuten Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten ca 30 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Angewandte Genetik (Gentechnologie heute) Welche Stand: 11/2014 Seite 3

4 Chancen und welche Risiken bestehen? K2 Recherche B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen K3 Präsentation Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) w Gentechnik w Bioethik Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten ca. 20 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Qualifikationsphase 1.2. Ökologie Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Thema/Kontext: Synökologie I Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen E6 Modelle K4 Argumentation UF1 Wiedergabe Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Stand: 11/2014 Seite 4

5 Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Dynamik von Populationen Umweltfaktoren und ökologische Potenz Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten ca. 15 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VI: ca. 14 Std. à 45 Minuten Thema/Kontext: Synökologie II Einflüsse des Menschen auf Stoffkreisläufe und Energieflüsse im See und im Fließgewässer B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen UF4 Vernetzung E6 Modelle B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfelder: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik) Stoffkreislauf und Energiefluss Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten ca. 15 Std. à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase 1 Grundkurs: 90 Stunden 150 Stunden Stand: 11/2014 Seite 5

6 Unterrichtsvorhaben I: Qualifikationsphase 2.1. Evolution Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Evolution in Aktion Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel? UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung K4 Argumentation E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Grundlagen evolutiver Veränderung w Art und Artbildung w Stammbäume (Teil 1) Thema/Kontext: Evolution von Sozialstrukturen (Von der Gruppe zur Multilevelselektion) Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens? UF2 Auswahl UF4 Vernetzung K4 Argumentation E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Evolution und Verhalten Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III/ IV: ca. 14 Std. à 45 Minuten Thema/Kontext: Spuren der Evolution Wie kann man Evolution sichtbar machen? E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik) Thema/Kontext: Humanevolution Wie entstand der heutige Mensch? UF3 Systematisierung K4 Argumentation E5 Auswertung Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik) Stand: 11/2014 Seite 6

7 Art und Artbildung Stammbäume Zeitbedarf: ca. 6 Std. à 45 Minuten Evolution des Menschen w Stammbäume (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten ca. 14 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV/V: Qualifikationsphase 2.2. Neurobiologie Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung?/ Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert? UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E6 Modelle K3 Präsentation E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswertung Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Thema/Kontext: Fototransduktion Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn? E6 Modelle K3 Präsentation Inhaltsfelder: IF 4 (Neurobiologie) Leistungen der Netzhaut Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung Stand: 11/2014 Seite 7

8 Methoden der Neurobiologie (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben V/VII: ca. 25 Std. à 45 Minuten Thema/Kontext: Lernen und Gedächtnis Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten?/ Aspekte der Hirnforschung Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn? K1 Dokumentation UF4 Vernetzung K2 Recherche K3 Präsentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten ca. 17 Std. à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase 2 Grundkurs: 60 Stunden 100 Stunden Stand: 11/2014 Seite 8

9 2.1.2 konkretisierte Unterrichtsvorhaben Leistungskurs Q 2: Im Folgenden in Blau dargestellt als Zusatz zum GK Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Unterrichtsvorhaben V: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert? Unterrichtsvorhaben VI: Fototransduktion Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn? Unterrichtsvorhaben VII: Aspekte der Hirnforschung Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn? Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung Leistungen der Netzhaut Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie Basiskonzepte: System Neuron, Membran, Ionenkanal, Synapse, Gehirn, Netzhaut, Fototransduktion, Farbwahrnehmung, Kontrastwahrnehmung Struktur und Funktion Neuron, Natrium-Kalium-Pumpe, Potentiale, Amplituden- und Frequenzmodulation, Synapse, Neurotransmitter, Hormon, second messenger, Reaktionskaskade, Fototransduktion, Sympathicus, Parasympathicus, Neuroenhancer Entwicklung Neuronale Plastizität Zeitbedarf: ca. 50 Std. à 45 Minuten Stand: 11/2014 Seite 9

10 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben: Neurobiologie Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert? Inhaltsfeld: Neurobiologie Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlage der Wahrnehmung (Teil 1) Methoden der Neurobiologie (Teil 1) Zeitbedarf GK: ca. 25 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf LK: ca. 35 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Wie ist ein Neuron aufgebaut? Aufbau und Funktion von Neuronen Bau und Funktion von Gliazellen Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons (UF1). erklären Ableitungen von Potentialen mittels Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können UF1 den Aufbau und die Funktionen des Neurons beschreiben. E5, E2, UF1, UF2 Ableitungen von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse und werten Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen aus erklären. UF1 die Entstehung und die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelenisierten und nicht myelenisierten Axonen erklären. UF1, UF3 die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene erläutern. UF4, E6, UF2, UF1 die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an einem Beispiel erklären. LK zusätzlich: E5, E6, K4 aus Messdaten der Patch-Clamp-Technik Veränderungen von Ionenströmen durch Ionenkanäle ableiten und können dazu Modellvorstellungen entwickeln (E5, E6, K4). - UF2, UF3, UF4 die Weierleitung von mylenenisierten und nicht myelenisierten Axonen gegenüberstellen und vergleichen. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Didaktisch-methodische Anmerkungen und Methoden Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Modellarbeit: - Neuronenmodell - Einordnung in den Kontext Informationsverarbeitung Informationstexte zu a) Bau und Funktion eines Bereits beim Einstieg in die Neurobiologie ist es wichtig, sehr visuell und wenn möglich praxisorientiert zu arbeiten, damit im Laufe der Unterrichtsreihe immer wieder auf die modellhaften Prinzipien zurückgegriffen werden kann. Die Typisierung der Gliazellen und deren Aufgaben kann auch in Schülervorträge ausgelagert werden. Stand: 11/2014 Seite 10

11 Myelenisierte und nicht myelenisierte Neuronen Wie entsteht ein Potential und wie wird es weitergeleitet? Ruhepotential Aktionspotential Saltatorische und nicht saltatorische Weiterleitung Messelektroden an Axon und Synapse und werten Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen aus (E5, E2, UF1, UF2). leiten aus Messdaten der Patch-Clamp-Technik Veränderungen von Ionenströmen durch Ionenkanäle ab und entwickeln dazu Modellvorstellungen (E5, E6, K4). erklären die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelinisierten Axonen (UF1). vergleichen die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelinisierten und nicht myelinisierten Axonen miteinander und stellen diese unter dem Aspekt der Leitungsgeschwindigkeit Neurons b) Aufgaben und Typisierung von Gliazellen Ggf. eigener Modellbau Neuronen und Gliazelle Nutzung von virtuellen Laboren, die Messtechniken, falls nicht experimentell ermittelbar, trotzdem möglich machen (Beispiel: Lehrer DVD Linder). Modellveranschaulichung mit Murmeln als Ionen in einem beweglichen Kasten. Informationstexte, Bilder und kurze Filme zum Aktionspotentials Demonstrationsversuch zur Geschwindigkeitsmessung der Weiterleitung mit Hilfe von Dominosteinen (ggf. auch Zink- und Eisenstab in Wasserstoffperoxid). Im Vordergrund stehen die Herausarbeitung und Visualisierung des Begriffs Potential : (Entstehung, Bedeutung, Weiterleitung) Um das recht komplexe Thema zu veranschaulichen, ist es hier von besonderer Bedeutung, das theoretisch Gelernte durch praktische Einheiten zu vertiefen. Mit Hilfe der tatsächlichen Zeitmessung der zurückgelegten Wege, werden von den SuS direkt Vorteile und der biologische Sinn der saltatorischen Weiterleitung in den Vordergrund gestellt. Stand: 11/2014 Seite 11

12 in einen funktionellen Zusammenhang (UF2, UF3, UF4). Was passiert, wenn Potentiale aufeinandertreffen? Zeitliche und räumliche Summation Wie wird ein Potential übertragen? Chem. Synapse (elektrisch, chemisch, elektrisch) Elektrische Synapse Synapsengifte Wie arbeitet ein Organismus auf neurobiologischer Ebene? erläutern die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene (UF1, UF3). Veranschaulichung Demoexperiment durch räumliche Darstellung mit Schülern als inhibitorische oder erregende Potentiale auf ihrem Weg zum Axonhügel Modellbau chemische Synapse. Umgang mit Modellen und Modellkritik. erklären die Rolle von Sympathikus und Unterstützung des Unterrichtinhalts durch Filmsequenzen. Übersicht ZNS Parasympathikus bei der neuronalen und Sympathikus und Parasympathikus hormonellen Regelung von physiologischen Hormonelle Steuerung/Reglung /Regelkreis Funktionen an einem Beispiel (UF4, E6, UF2, UF1). Diagnose von Schülerkompetenzen: Vorwissens- und Verknüpfungstests Neuronale Verknüpfungen und Signalleitungen KLP-Überprüfungsform: Dokumentationsaufgabe : Handreichung für effizientes Lernen Leistungsbewertung: angekündigte Kurztests Transferaufgabe zu Synapsenvorgängen (z.b. Drogen, Gifte, Sucht etc) ggf. Klausur Am besten sollten die Schüler konkrete Beispiele von Steuerungen kennenlernen und eigene Regelkreise hypothetisch entwickeln, um diese Hypothesen dann mit Hilfe von Informationstexten zu überprüfen. Hier kann Wissen der vorherigen Unterrichtsinhalte (z.b. Genetik) integriert werden. Stand: 11/2014 Seite 12

13 Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Fototransduktion Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn? Inhaltsfeld: Neurobiologie Leistungen der Netzhaut Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Neuronale Grundlagen der Informationsverarbeitung und UF 3, UF4 erläutern den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den Aspekten der Farb- und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2) Kontrastwahrnehmung. UF1, UF2, UF4 stellen das Prinzip der Signaltransduktion an einem Rezeptor anhand von Modellen dar. E6, E1 stellen die Veränderung der Membranspannung an Lichtsinneszellen anhand von Zeitbedarf GK: ca. 8 Std. à 45 Minuten Modellen dar und beschreiben die Bedeutung des second messengers und der Reaktionskaskade Zeitbedarf LK: ca. 15 Std. à 45 Minuten bei der Fototransduktion. K1, K3 stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Konstruktion des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar. K1, K3, UF2 dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen. B3, B4, B2, UF4 erklären Wirkungen von exogenen Substanzen auf den Körper und bewerten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Vom Reiz zur Reaktion Beschreibung eines Reizes Genereller Ablauf eines Transduktionswegs (Signaltransduktion) Das konkrete Beispiel Auge Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler erläutern den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den Aspekten der Farb- und Kontrastwahrnehmung (UF3, UF4). stellen das Prinzip der Signaltransduktion an einem Rezeptor anhand von Modellen dar (E6, UF1, UF2, UF4). stellen die Veränderung der Membranspannung an mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Informationstexte und Bilder Filmsequenzen und ggf. online Tutorials (GIDA, in virtuellen Laboren) Modell der Netzhaut im Auge (Zeichnungen). Ggf. Modellbau einer Signal-Molekül- Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Exemplarisch wird die Signaltransduktion an dem Beispiel der Fototransduktion bearbeitet. Stand: 11/2014 Seite 13

14 Lichtsinneszellen anhand von Modellen dar und beschreiben die Bedeutung des second messengers und der Reaktionskaskade bei der Fototransduktion (E6, E1). Rezeptorverschaltung Schülerexperimente: Kontrastsehen mit dem Hermannsches Gitter, optischen Täuschungen, Sehtests, Nachbilder etc. Die SuS sollen das jeweilige Phänomen zunächst selbst erleben, um auch ihre Neugier zu wecken, die Ergebnisse mit Hilfe neurobiologischer Grundlagen zu erklären. Wie wird die Erregung durch ein Signal weitergeleitet und im Gehirn verabeitet? Erregung der Sinneszellen Sinneseindruck Wahrnehmung im Gehirn Kortikale Repräsentation Wie verändern Stoffe die neuronale Weiterleitung auf den verschiedenen Ebenen? Endo- und exogene Stoffe Bewertung stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Konstruktion des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar (K1, K3). dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2). erklären Wirkungen von exogenen Substanzen auf den Körper und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft (B3, B4, B2, UF4). Informationstexte, Bilder Erstellen von Regelkreisen Kartierungen des Gehirns und deren historischer Verlauf Informationstexte Gefährdungsbeurteilung Podiumsdiskussion mit Rollenkarten Diagnose von Schülerkompetenzen: KLP-Überprüfungsform: Dokumentationsaufgabe : Handreichung für effizientes Lernen Leistungsbewertung: angekündigte Kurztests Transferaufgabe zu anderen Sinnesorganen (z.b. Hören, Tasten, Schmecken etc) ggf. Teil einer Klausur Durch die kurze Übersicht über die historischen Schritte der Neurobiologie wird den SuS ein besserer Einblick in die Neurowissenschaft gegeben und deren Gedankenschritte können leichter nachvollzogen werden. Durch das vorher angeeignete Grundwissen sollen hier die Folgen von endo- und exogenen Stoffen kritisch beleuchtet werden und deren Folgen auch stufengerecht beurteilt werden. Wirkungen sollen mit Hilfe der Podiumsdiskussion von den Folgen für ein Individuum erweitert werden und so soll die Übertragung auf die Gesellschaft erleichtert werden. Stand: 11/2014 Seite 14

15 Unterrichtsvorhaben VII: Thema/Kontext: Aspekte der Hirnforschung Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn? Inhaltsfeld: Neurobiologie Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 17 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Wie funktioniert unser Gedächtnis? Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem Bau des Gehirns Hirnfunktionen Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler stellen aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomischphysiologischer Ebene dar (K3, B1). Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen. K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Didaktisch-methodische Anmerkungen und Methoden Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Lernumgebung zum Thema Gedächtnis und Lernen Diese enthält: Informationsblätter zu Mehrspeichermodellen: a) Atkinson & Shiffrin (1971) b) Brandt (1997) c) Pritzel, Brand, Markowitsch (2003) Internetquelle zur weiterführenden Recherche für SuS: Vor der tatsächlichen Erarbeitung werden die SuS durch Gedächtnisspiele sensibilisiert (z.b. Ich packe meinen Koffer ). An dieser Stelle kann sehr gut ein Lernprodukt in Form einer Wikipedia-Seite zum effizienten Lernen erstellt werden. Herausgearbeitet werden soll der Einfluss von: Stress Schlaf bzw. Ruhephasen Versprachlichung Wiederholung von Inhalten Gemeinsamkeiten der Modelle (z.b. Grundprinzip: Stand: 11/2014 Seite 15

16 Was passiert, wenn eine Information aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt wird? Neuronale Plastizität Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen bei bildgebenden Verfahren? PET MRT, fmrt Wie beeinflusst Stress unser Lernen? Einfluss von Stress auf das Lernen und das menschliche Gedächtnis Cortisol-Stoffwechsel Welche Erklärungsansätze gibt es zur ursächlichen Erklärung von Morbus Alzheimer und welche Therapie-Ansätze und Grenzen gibt es? erklären den Begriff der Plastizität anhand geeigneter Modelle und leiten die Bedeutung für ein lebenslanges Lernen ab (E6, UF4). stellen Möglichkeiten und Grenzen bildgebender Verfahren zur Anatomie und zur Funktion des Gehirns (PET und fmrt) gegenüber und bringen diese mit der Erforschung von Gehirnabläufen in Verbindung (UF4, UF1, B4). recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer linz.ac.at/internet/arbeitsblae tterord/lerntechnikord/ge daechtnis.html gestufte Hilfen mit Leitfragen zum Modellvergleich und Modelkritik Informationstexte zu c) Mechanismen der neuronalen Plastizität d) neuronalen Plastizität in der Jugend und im Alter MRT und fmrt Bilder, die unterschiedliche Struktur- und Aktivitätsmuster bei Probanden zeigen. Informationstexte, Bilder und kurze Filme zu PET und fmrt Ggf. Exkursion an eine Universität (Neurobiologische RWTH Aachen oder Forschungszentrum Jülich) oder entsprechendes Datenmaterial Informationstext zum Cortisol- Stoffwechsel (CRH, ACTH, Cortisol) Kriterien zur Erstellung von Merkblättern der SuS Recherche in digitalen und analogen Medien, die von den SuS selbst gewählt werden (zur Unterstützung können auch wissenschaftliche Paper Enkodierung Speicherung Abruf) und Unterschiede (Rolle und Speicherung im Kurz- und Langzeitgedächtnis) werden herausgestellt. Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden herausgearbeitet. Im Vordergrund stehen die Herausarbeitung und Visualisierung des Begriffs Neuronale Plastizität : (Umbau-, Wachstums-, Verzweigungs- und Aktivitätsmuster von Nervenzellen im Gehirn mit besonderem Schwerpunkt auf das Wachstum der Großhirnrinde) Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden einander gegenübergestellt. Die Messungen von Augenbewegungen und Gedächtnisleistungen in Ruhe und bei Störungen werden ausgewertet. (Idealerweise authentische Messungen bei einzelnen SuS) Konsequenzen für die Gestaltung einer geeigneten Lernumgebung werden auf Basis der Datenlage abgeleitet. Sie könnten z.b. in Form eines Merkblatts zusammengestellt werden. Informationen und Abbildungen werden recherchiert. An dieser Stelle bietet es sich an, ein Lernprodukt in Form eines Informationsflyers zu erstellen. Stand: 11/2014 Seite 16

17 Degenerative Erkrankungen des Gehirns Wie wirken Neuroenhancer? Neuro-Enhancement: - Medikamente gegen Alzheimer, Demenz und ADHS degenerativen Erkrankung (K2, K3). dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2). leiten Wirkungen von endound exogenen Substanzen (u.a. von Neuroenhancern) auf die Gesundheit ab und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft (B3, B4, B2, UF2, UF4). zur Verfügung gestellt werden) formale Kriterien zur Erstellung eines Flyers Beobachtungsbögen Reflexionsgespräch Arbeitsblätter zur Wirkungsweise von verschiedenen Neuro-Enhancern Partnerarbeit Kurzvorträge mithilfe von Abbildungen (u. a. zum synaptischen Spalt) Unterrichtsgespräch Erfahrungsberichte Podiumsdiskussion zum Thema: Sollen Neuroenhancer allen frei zugänglich gemacht werden? Rollenkarten mit Vertretern verschiedener Interessengruppen. Diagnose von Schülerkompetenzen: Vorwissens- und Verknüpfungstests neuronale Netzwerkerstellung und moderierte Netzwerke KLP-Überprüfungsform: Dokumentationsaufgabe : Handreichung für effizientes Lernen KLP-Überprüfungsform: Bewertungsaufgabe (z.b. zum Thema: Neuroenhancement Chancen oder Risiken?) Leistungsbewertung: angekündigte Kurztests Transferaufgabe zu Synapsenvorgängen (z.b. Endorphine und Sport, Drogen, Sucht etc) ggf. Klausur Präsentationen werden inhalts- und darstellungsbezogen beobachtet und reflektiert. Die Wirkweise von Neuroenhancern (auf Modellebene!) wird erarbeitet. Im Unterricht werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede der verschiedenen Neuroenhancer gemeinsam erarbeitet und systematisiert. An dieser Stelle bietet sich eine Podiumsdiskussion an. Stand: 11/2014 Seite 17

18 Grundkurs Q 2: Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Unterrichtsvorhaben I: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Unterrichtsvorhaben II: Synökologie I Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Unterrichtsvorhaben III: Synökologie II Einflüsse des Menschen auf Stoffkreisläufe und Energieflüsse im See und im Fließgewässer Umweltfaktoren und ökologische Potenz Dynamik von Populationen Stoffkreislauf und Energiefluss Mensch und Ökosysteme Fotosynthese Basiskonzepte: System Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf Struktur und Funktion Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte Entwicklung Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten Untersuchen das Vorkommen, die Abundanz und die Dispersion von Lebewesen eines Ökosystems im Freiland (E1, E2, E4) Stand: 11/2014 Seite 18

19 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben: Ökologie Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Inhaltsfeld: Evolution Umweltfaktoren und physiologische Potenz Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können E1 Probleme und Fragestellungen Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Einstieg: Wann wächst eine Pflanze gut? Sammeln wesentlicher Faktoren in einem Ökosystem Zuordnung - Biotop abiotische Faktoren - Biozönose biotische Faktoren Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Empfohlene Materialien/ Methoden Lehrmittel/ Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Über Mind- oder Concept-Map wird das Thema vorstrukturiert, so dass jederzeit auf die Mind- /Concep-Map zurückgegriffen werden und diese ergänzt bzw. verändert werden kann. Gleichwarme und Wechselwarme Lebewesen physiologische Potenz, Anpassung und Lebenszyklen Wer kühlt schneller aus? Eisbär oder Robbe Bergmann sche und Allen sche Regel planen ausgehend von Hypo-thesen Experimente zur Über-prüfung der ökologischen Potenz nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienorientiert Experimentelle Ermittlung von Präferenzbereichen bei Temperatur und Luftfeuchtigkeit bei Insekten? Der Vergleich von Modellexperiment und realen Bedingungen kann an dieser Stelle thematisiert Stand: 11/2014 Seite 19

20 Verhungern oder Verdursten? Einflüsse auf die Photosynthese; multifaktorielle Betrachtung - Ablauf der Photosynthese - Wassertransport - Stomata (Wasserverlust, CO 2 - Aufnahme) - Einfluss der Temperatur und des Lichts - Minimumgesetz Beobachtungen und Messungen vor und deuten die Ergebnisse (E2, E3, E4, E5, K4), erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u. a. tiergeographische Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4). Auswertung von Experimentalwerten Experimente zu beiden Regeln Gruppenpuzzle Wassertransport Experimente zur Transpiration Modell Chloroplast Modellexperimente zur Photosynthese (z.b. Lichtintensität mit der Wasserpest) Mikroskopie von Spaltöffnungen werden. Eine Differenzierung über die Betrachtung von C 4 - oder CAM-Pflanzen ist möglich. - analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosynthese-aktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5) leiten aus Forschungsexperimenten zur Aufklärung der Fotosynthese zugrunde liegende Fragestellungen und Hypothesen ab (E1, E3, UF2, UF4) - erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen Stand: 11/2014 Seite 20

21 die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3) erläutern mithilfe einfacher Schemata das Grundprinzip der Energieumwandlung in den Fotosystemen und den Mechanismus der ATP-Synthese (K3, UF1), Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Analyseaufgabe Ggf. Klausur Stand: 11/2014 Seite 21

22 Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Synökologie I Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Inhaltsfeld: Evolution Dynamik von Populationen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können E6 Modelle Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten K4 Argumentation Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Nicht mehr allein intraspezifische und interspezifische Wechselbeziehungen - Logistisches Wachstum und intraspezifische Konkurrenz - Konkurrenzvermeidung und Konkurrenzausschluss interspezifische Konkurrenz Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Der Einstieg kann über einen advanced Organiser zu den unterschiedlichen biotischen Faktoren erfolgen Erarbeitung z.b. an Paramecium- Versuchen Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Welchen Beruf hast du? die ökologische Nische - Koevolution durch Einnischung - Ökologische Potenz (Real- und Fundamentalnische) - Konvergenz und Neophyten erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2), zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem auf (UF3, UF4, E4) recherchieren Beispiele für die biologische Invasion von Arten und leiten Folgen für das Ökosystem ab (K2, K4). Expertengruppen unterschiedlichen Beispielen zu Durch eine Materialgestützte Einordnung unterschiedlicher Beispiele sollte die Ökologische Nische von der rein räumlichen Dimension gelöst werden. Zudem kann über die Komplexität der Beispiele und der betrachteten Faktoren eine Binnendifferenzierung stattfinden. Stand: 11/2014 Seite 22

23 Zyklische Änderungen in Ökosystemen - Jahreszeiten - Räuber und Beute (Lotka- Volterra-Regeln) Populationsentwicklungen - k- und r-strategen - Generalisten und Spezialisten in unterschiedlichen Lebensräumen - Dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren Symbiose, Parasitismus und Kommensalismus Auswirkungen auf die Population leiten aus Daten zu abiotischen und biotischen Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderungen (Abundanz und Dispersion von Arten) sowie K- und r- Lebenszyklusstrategien ab (E5, UF1, UF2, UF3, UF4), vergleichen das Lotka-Volterra-Modell mit veröffentlichten Daten aus Freilandmessungen und diskutieren die Grenzen des Modells (E6), untersuchen die Veränderungen von Populationen mithilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra- Modells (E6) beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (UF1). leiten aus Untersuchungsdaten zu intraund interspezifischen Beziehungen (Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter Verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1), Lemminge? Durchführung einer Simulation am PC Visualisierung als Regelkreis? Gruppenpuzzle Symbiose an Beispielen? (ggf. hier schon die Wurzelknöllchen besprechen als Vorgriff auf den Stickstoffkreislauf) Eine Komplexere Aufgabe sollte im Unterricht besprochen werden Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Analyseaufgabe Ggf. Klausur Durch eine thematisierung des Modellcharakters der Regeln und Vergleich von idealisierten und realen Graphen soll eine Vernetzung verschiedener Einflussfaktoren und eine Förderung des multiperspektivischen Denkens gefördert werden. Besonderes Augenmerk soll auf die materialgebundene, kriteriengestützte und begründete Einordnung von Beispielen gelegt werden Stand: 11/2014 Seite 23

24 Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Synökologie II Einflüsse des Menschen auf Stoffkreisläufe und Energieflüsse im See und im Fließgewässer Inhaltsfeld: Evolution Stoffkreislauf und Energiefluss Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Mensch und Ökosysteme E5 Auswertung B2 Entscheidungen Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten B3 Werte und Normen Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Ökosystem See - Zonierung und wesentliche Faktoren - Jahreszeitliche Schichtung und Dichteanomalie des Wassers - Jahreszeitliche Veränderung wesentlicher Faktoren - Nahrungsbeziehungen im See - Trophiestufen - Stickstoffkreislauf im See und darüber hinaus Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler entwickeln aus zeitlich rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5), stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3) Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Modellexperiment Wasserschichtung zur Ggf. Lerntempoduett: Übertragung von Texten zu Nahrungsnetzen und Stickstoffkreislauf in Schemata und zurück. Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Übung des Umgangs mit unterschiedlichen Darstellungsformen und Übertragung von Informationen zwischen diesen. Was macht der Mensch? Einflüsse auf See und Fließgewässer See - Eutrophe, oligotrophe und mesotrophe Seen - Eutrophierung von Seen bis präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungs-daten die Wirkung von anthropo-genen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1) diskutieren Konflikte zwischen der Darstellung als Pfeildiagramm Ggf. Wasseruntersuchungen Anhand von in unterschiedlichen Darstellungsformen repräsentierten Informationen sollen die Prozesse der Eutrophierung in einer sinnvollen Form (z.b. Pfeildiagramm) dargestellt werden. Anhand Stand: 11/2014 Seite 24

25 zur Verlandung - Maßnahmen gegen die Eutrophierung Fließgewässer (exemplarisch) - Zonierung und grundlegende Anpassungen der Lebewesen (Zeigerorganismen) - Wassergüte chemische Indikatoren und Sapprobienindex - Selbstreinigung Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz (B2, B3) entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ein (B2, B3). zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem auf (UF3, UF4,E4) Ggf. Podiumsdiskussion - Dünger des Diagramms sollen unterschiedliche Einflussnahmen Bewertet bzw. hergeleitet werden Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Analyseaufgabe Ggf. Klausur Stand: 11/2014 Seite 25