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Bildungsstandards im Fach Biologie für den Mittleren Schulabschluss Beschluss vom 16.12.2004 Beschlüsse der Kultusministerkonferenz Luchterhand

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Bildungsstandardsim Fach Biologiefür den MittlerenSchulabschluss

Beschlussvom16.12.2004

Beschlüsse derKultusministerkonferenz

Luchterhand

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Beschlüsse der Kultusministerkonferenz

Bildungsstandards im Fach Biologiefür den Mittleren Schulabschluss(Jahrgangsstufe 10)

Seite

Vereinbarung über Bildungsstandards für den MittlerenSchulabschluss (Jahrgangsstufe 10) in den Fächern Biologie,Chemie, Physik(Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 16.12.2004) 3

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Herausgegeben vom Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in derBundesrepublik Deutschland.Luchterhand – ein Imprint der Wolters Kluwer Deutschland GmbH© 2005 Wolters Kluwer Deutschland GmbH, München, NeuwiedSatz: Satz- und Verlags-Gesellschaft mbH, DarmstadtDruck: Wilhelm & Adam, HeusenstammPrinted in Germany, Juni 2005.Art.-Nr. 06219

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Vereinbarung über Bildungsstandardsfür den Mittleren Schulabschluss (Jahrgangsstufe 10)

in den Fächern Biologie, Chemie, Physik(Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 16.12.2004)

Die Kultusministerkonferenz hat am 23./24.05.2002 beschlossen, für aus-gewählte Schnittstellen der allgemein bildenden Schularten – Primarbe-reich (Jahrgangsstufe 4), Hauptschulabschluss (Jahrgangsstufe 9), Mittle-rer Schulabschluss (Jahrgangsstufe 10) – Bildungsstandards zu erarbei-ten. Mit Beschluss vom 04.12.2003 hat die Kultusministerkonferenz eine„Vereinbarung über Bildungsstandards für den Mittleren Schulabschluss(Jahrgangsstufe 10)“ in den Fächern Deutsch, Mathematik und ErsteFremdsprache (Englisch/Französisch) getroffen. In Ergänzung dieserVereinbarung beschließt die Kultusministerkonferenz für den MittlerenSchulabschluss (Jahrgangsstufe 10) in den Fächern Biologie, Chemie,Physik:

1. Die Bildungsstandards für den Mittleren Schulabschluss (Jahrgangs-stufe 10) in den Fächern Biologie, Chemie, Physik werden von denLändern zu Beginn des Schuljahres 2005/2006 als Grundlagen derfachspezifischen Anforderungen für den Mittleren Schulabschlussübernommen.

2. Die Länder verpflichten sich, die Standards zu implementieren undanzuwenden. Dies betrifft insbesondere die Lehrplanarbeit, die Schul-entwicklung und die Lehreraus- und –fortbildung. Die Länder kom-men überein, weitere Aufgabenbeispiele zu entwickeln und diese in ei-nen gemeinsamen Aufgabenpool einzustellen, so dass sie für Lern-standsdiagnosen genutzt werden können.

3. Die Standards werden unter Berücksichtigung der Entwicklung in denFachwissenschaften, in der Fachdidaktik und in der Schulpraxis zu-nächst durch eine von den Ländern gemeinsam beauftragte wissen-schaftliche Einrichtung überprüft und weiter entwickelt.

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Bildungsstandards im Fach Biologiefür den Mittleren Schulabschluss

(Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 16.12.2004)

Inhaltsverzeichnis Seite

1 Der Beitrag des Faches Biologie zur Bildung 6

2 Kompetenzbereiche des Faches Biologie 6

2.1 Fachwissen 8

2.2 Erkenntnisgewinnung 10

2.3 Kommunikation 11

2.4 Bewertung 12

3 Standards für die Kompetenzbereiche des Faches Biologie 13

3.1 Standards für den Kompetenzbereich Fachwissen 13

3.2 Standards für den Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung 14

3.3 Standards für den Kompetenzbereich Kommunikation 14

3.4 Standards für den Kompetenzbereich Bewertung 15

4 Aufgabenbeispiele 16

4.1 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche 16

4.2 Kommentierte Aufgabenbeispiele 18

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1 Der Beitrag des Faches Biologie zur Bildung

Naturwissenschaft und Technik prägen unsere Gesellschaft in allen Be-reichen und bilden heute einen bedeutenden Teil unserer kulturellenIdentität. Das Wechselspiel zwischen naturwissenschaftlicher Erkenntnisund technischer Anwendung bewirkt Fortschritte auf vielen Gebieten,beispielsweise bei der Entwicklung und Anwendung von neuen Verfahrenin der Medizin sowie der Bio- und Gentechnologie, der Neurowissen-schaften, der Umwelt- und Energietechnologie, bei der Weiterentwick-lung von Werkstoffen und Produktionsverfahren sowie der Nanotechno-logie und der Informationstechnologie. Andererseits birgt die naturwis-senschaftlich-technische Entwicklung auch Risiken und Gefahren, dieerkannt, bewertet und beherrscht werden müssen. Hierzu ist Wissen ausden naturwissenschaftlichen Fächern nötig.

Naturwissenschaftliche Bildung ermöglicht dem Individuum eine aktiveTeilhabe an gesellschaftlicher Kommunikation und Meinungsbildungüber technische Entwicklung und naturwissenschaftliche Forschung undist deshalb wesentlicher Bestandteil von Allgemeinbildung.

Ziel naturwissenschaftlicher Grundbildung ist es, Phänomene erfahrbarzu machen, die Sprache und Historie der Naturwissenschaften zu verste-hen, ihre Ergebnisse zu kommunizieren sowie sich mit ihren spezifischenMethoden der Erkenntnisgewinnung und deren Grenzen auseinanderzu-setzen. Dazu gehört das theorie- und hypothesengeleitete naturwissen-schaftliche Arbeiten, das eine analytische und rationale Betrachtung derWelt ermöglicht. Darüber hinaus bietet naturwissenschaftliche Grundbil-dung eine Orientierung für naturwissenschaftlich-technische Berufsfel-der und schafft Grundlagen für anschlussfähiges berufsbezogenes Lernen.

Der Beitrag des Faches Biologie zur Welterschließung liegt in der Ausein-andersetzung mit dem Lebendigen. Die lebendige Natur bildet sich inverschiedenen Systemen ab, z. B. der Zelle, dem Organismus, dem Öko-system und der Biosphäre sowie in deren Wechselwirkungen und in ihrerEvolutionsgeschichte. Das Verständnis biologischer Systeme erfordertzwischen den verschiedenen Systemen gedanklich zu wechseln und un-terschiedliche Perspektiven einzunehmen. Damit gelingt es im Biologie-unterricht in besonderem Maße multiperspektivisches und systemischesDenken gleichermaßen zu entwickeln. In diesem Systemgefüge ist derMensch Teil und Gegenüber der Natur. Dadurch dass der Mensch selbstGegenstand des Biologieunterrichtes ist, trägt dieser zur Entwicklung in-dividuellen Selbstverständnisses und emanzipatorischen Handelns bei.Dies ist die Grundlage für ein gesundheitsbewusstes und umweltverträg-liches Handeln sowohl in individueller als auch in gesellschaftlicher Ver-antwortung. Für ein aktives Teilhaben fördert der Biologieunterricht dieKompetenzen Kommunizieren und Bewerten.

2 Kompetenzbereiche des Faches Biologie

Mit dem Erwerb des Mittleren Schulabschlusses verfügen die Schülerin-nen und Schüler über naturwissenschaftliche Kompetenzen im Allgemei-

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nen sowie biologische Kompetenzen im Besonderen. Kompetenzen sindnach Weinert1) „die bei Individuen verfügbaren oder durch sie erlernbarenkognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte Probleme zu lö-sen, sowie die damit verbundenen motivationalen, volitionalen und sozi-alen Bereitschaften und Fähigkeiten, um die Problemlösungen in variab-len Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu können“.

Schülerinnen und Schüler mit einem Mittleren Schulabschluss müssen imFach Biologie Kompetenzen erworben haben, die neben den Fachinhaltenauch die Handlungsdimension berücksichtigen:

� Die drei Naturwissenschaften bilden die inhaltliche Dimension durchBasiskonzepte ab. Basiskonzepte begünstigen kumulatives, kontext-bezogenes Lernen. In der Biologie handelt es sich um die drei Basis-konzepte System, Struktur und Funktion sowie Entwicklung (vgl.Kap. 2.1). Mit den Basiskonzepten analysieren Schülerinnen undSchüler Kontexte, strukturieren und systematisieren Inhalte und er-werben so ein grundlegendes, vernetztes Wissen.

� Die Handlungsdimension bezieht sich auf grundlegende Elemente dernaturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung, also auf experimen-telles und theoretisches Arbeiten, auf Kommunikation und auf die An-wendung und Bewertung biologischer Sachverhalte in fachlichen undgesellschaftlichen Kontexten.

Diese beiden Dimensionen biologischen Arbeitens ermöglichen es denSchülerinnen und Schülern, vielfältige Kompetenzen zu erwerben, die ih-nen helfen, die natürliche und kulturelle Welt zu verstehen und zu erklä-ren. Die Inhaltsdimension wird überwiegend im Kompetenzbereich Fach-wissen dargestellt, die Handlungsdimension in den KompetenzbereichenErkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung. Inhalts- undhandlungsbezogene Kompetenzen können nur gemeinsam und in Kon-texten erworben werden. Die Kompetenzen beschreiben Ergebnisse desLernens, geben aber keine Unterrichtsmethoden oder -strategien vor.

1) Weinert, F. E., Vergleichende Leistungsmessung in Schulen – eine umstrittene Selbst-verständlichkeit in Weinert, F. E. (Hrsg.), Leistungsmessungen in Schulen, 2001

Kompetenzbereiche des Faches Biologie

Fachwissen Lebewesen, biologische Phänomene, Begriffe, Prin-zipien, Fakten kennen und den Basiskonzepten zu-ordnen

Erkenntnis-gewinnung

Beobachten, Vergleichen, Experimentieren, Modellenutzen und Arbeitstechniken anwenden

Kommunikation Informationen sach- und fachbezogen erschließenund austauschen

Bewertung Biologische Sachverhalte in verschiedenen Kontex-ten erkennen und bewerten

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2.1 Fachwissen

Lebewesen, biologische Phänomene, Begriffe, Prinzipien und Fakten kennen und Konzepten zuordnen

Kompetenzen werden an Inhalten erworben. Die Breite der Fachwissen-schaft Biologie und ihr hoher Wissensstand sowie die gegenwärtige Dyna-mik der Biologie erfordern für den Biologieunterricht eine Reduktion derInhalte auf den Kern von biologischem Wissen und ein exemplarischesVorgehen. Dieses Wissen wird auf der Grundlage von drei in sich vernetz-ten Basiskonzepten erarbeitet, die ein systemisches und multiperspekti-visches Denken sowie eine Beschränkung auf das Wesentliche fördern.Für den Mittleren Schulabschluss werden die Inhalte im Fach Biologie inden folgenden drei Basiskonzepten strukturiert:System, Struktur und Funktion, Entwicklung

System

In der historischen Entwicklung der Biologie hat sich diese von einer be-schreibenden zu einer erklärenden Wissenschaft entwickelt. Die moderneBiologie betrachtet die lebendige Natur systemisch, sie ist die Wissen-schaft von den Biosystemen.

� Lebendige Systeme (Biosysteme) sind Gegenstand der Biologie. Zuden lebendigen Systemen gehören Zelle, Organismus, Ökosystem unddie Biosphäre. Diese Systeme gehören verschiedenen Systemebenenan.

� Lebendige Systeme bestehen aus unterschiedlichen Elementen, diemiteinander in Wechselwirkung stehen. Die Zelle besteht u. a. ausZellorganellen, der Organismus aus Organen, das Ökosystem und dieBiosphäre aus abiotischen und biotischen Elementen.

� Lebendige Systeme besitzen spezifische Eigenschaften. Solche Eigen-schaften sind bei Zelle und Organismus z. B. Stoff- und Energieum-wandlung, Steuerung und Regelung, Informationsverarbeitung, Be-wegung sowie die Weitergabe und Ausprägung genetischer Informati-on. Zelle und Organismus stehen in Wechselwirkung zu ihrer Umwelt.Zu den Eigenschaften eines Ökosystems und der Biosphäre gehörenWechselwirkungen zwischen belebter und unbelebter Natur sowieStoffkreisläufe und Energiefluss.

� Lebendige Systeme sind charakterisiert durch Struktur und Funktion.

� Lebendige Systeme sind gekennzeichnet durch genetische und um-weltbedingte Variationen und die Möglichkeit zur individuellen undevolutionären Entwicklung.

� Lebendige Systeme stehen in Beziehung zu weiteren Systemen derGeosphäre. Darüber hinaus sind sie verknüpft mit Systemen der Ge-sellschaft, wie Wirtschaftssystemen und Sozialsystemen.

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Struktur und Funktion

Das Erfassen, Ordnen und Wiedererkennen von Strukturen legt dieGrundlage für das Verständnis der Funktion und Entwicklung von Bio-systemen. Die funktionelle und die evolutive Betrachtung von Strukturenweist die Biologie als erklärende Naturwissenschaft aus.

� Die strukturelle und funktionelle Grundbaueinheit des Lebendigen istdie Zelle.

� Die Funktionen von Zelle und Organismus sowie von Ökosystem undBiosphäre haben stets strukturelle Grundlagen.

� Die Systemeigenschaften Stoff- und Energieumwandlung, Steuerungund Regelung, Informationsverarbeitung, Bewegung sowie die Weiter-gabe und Ausprägung genetischer Information sind gekennzeichnetdurch Struktur und Funktion.

� Angepasstheit von Organismen an ihre Umwelt ist Ergebnis der evolu-tionären Entwicklung von Struktur und Funktion.

Entwicklung

Lebendige Systeme verändern sich in der Zeit. Sie sind also durch Ent-wicklung gekennzeichnet. Es wird die Individualentwicklung und dieevolutionäre Entwicklung unterschieden.

� Zelle und Organismus zeigen eine artspezifische individuelle Ent-wicklung. Auch die Ökosysteme und die Biosphäre verändern sich inder Zeit. Die Entwicklung von Ökosystemen verändert die Biosphäre.

� Genetische Anlagen und Umwelteinflüsse bedingen den Verlauf derartspezifischen Individualentwicklung.

� Mutation und Selektion gehören zu den Ursachen der innerartlichenund stammesgeschichtlichen Entwicklung.

� Die individuelle Entwicklung von Organismen und die stammesge-schichtliche Entwicklung vollzieht sich in unterschiedlich langenZeiträumen.

� Der Mensch verändert direkt und indirekt lebendige Systeme.

Mittels dieser Basiskonzepte beschreiben und strukturieren die Schüle-rinnen und Schüler in der Biologie fachwissenschaftliche Inhalte. Mit ih-nen bewältigen die Lernenden einerseits die Komplexität biologischerSachverhalte, die von der Biologie dynamisch weiterentwickelt werden,vernetzen andererseits das exemplarisch und kumulativ erworbene Wis-sen. Ein zusammenhängendes und ganzheitliches Verständnis für biologi-sche Fragen und Sachverhalte zeigen Lernende, wenn sie in der Lagesind, bei der Bearbeitung biologischer Fragestellungen flexibel die Sys-temebenen zu wechseln (vertikaler Perspektivwechsel) und unterschied-liche naturwissenschaftliche Perspektiven innerhalb der Biologie undzwischen den Naturwissenschaften einzunehmen (horizontaler Perspek-tivwechsel). Beim Aufbau des vernetzten Wissens entwickeln die Lernen-den in besonderem Maße systemisches und multiperspektivisches Den-ken.

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Basiskonzepte ermöglichen den Schülerinnen und Schülern auch deshalbeine interdisziplinäre Vernetzung von Wissen, weil die Lernenden in denFächern Chemie und Physik vergleichbare Konzepte benutzen. Das Ba-siskonzept System verbinden sie mit dem Basiskonzept Systeme in derPhysik und das Basiskonzept Struktur und Funktion mit dem Basiskon-zept zu Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in der Chemie. Somit besit-zen die Schülerinnen und Schüler mit Erwerb des Mittleren Schulab-schlusses ein in Konzepten strukturiertes naturwissenschaftlichesGrundwissen. Das erreichte biologische Grundverständnis ermöglicht dieBeurteilung biologischer Anwendungen, z. B. im Umweltbereich unterBerücksichtigung des Naturschutzes und der nachhaltigen Entwicklung,im biotechnologischen Bereich oder in der Medizin unter Berücksichti-gung wirtschaftlicher, sozialer oder ethischer Aspekte. Dies erlaubt dieTeilhabe an der gesellschaftlichen Diskussion. Die Beschäftigung vonWechselwirkung in bzw. zwischen Biosystemen fördert das Denken inSystemen und wirkt rein linearem Denken entgegen.

Für die vertiefende Bildung in den weiterführenden Bildungsgängen nachdem Mittleren Schulabschluss werden die Basiskonzepte stärker ausdif-ferenziert.

2.2 Erkenntnisgewinnung

Beobachten, Vergleichen, Experimentieren, Modelle nutzen und Ar-beitstechniken anwenden

Die Biologie nutzt die kriterienbezogene Beobachtung von biologischenPhänomenen, das hypothesengeleitete Experimentieren, das kriterienbe-zogene Vergleichen und die Modellbildung als grundlegende wissen-schaftsmethodische Verfahren.

Beim hypothesengeleiteten Arbeiten gehen die Schülerinnen und Schülerin drei Schritten vor. Zunächst formulieren sie aus einem Problem herauseine Fragestellung und stellen hierzu bezogene Hypothesen auf. Dannplanen sie eine Beobachtung, einen Vergleich oder ein Experiment undführen diese Untersuchungsmethoden durch. Sie wenden dabei in derBiologie bestimmte Arbeitstechniken an wie das Mikroskopieren, das Be-stimmen oder das Auszählen von Lebewesen. Schließlich werten die Ler-nenden die gewonnenen Daten aus und interpretieren sie hinsichtlich derHypothesen.

Biologische Erkenntnisse über verwandtschaftliche Beziehungen, z. B.zwischen Arten sowie über ökologische Ähnlichkeiten und Unterschiedeerwerben die Lernenden mit Hilfe des kriterienbezogenen Beobachtensund Vergleichens. Dies schließt auch die Auseinandersetzung mit derEvolutionstheorie ein.

Modelle und Modellbildung kommen im naturwissenschaftlichen Er-kenntnisprozess von Schülerinnen und Schülern besonders dann zur An-wendung, wenn sie komplexe Phänomene bearbeiten oder veranschauli-chen. Lernende verwenden ein Modell als eine idealisierte oder generali-sierte Darstellung eines existierenden oder gedachten Objektes bzw. Sys-tems. Beim Arbeiten mit Modellen berücksichtigen die Lernenden nur

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diejenigen Eigenschaften eines Realobjektes, die für die Beantwortungder Fragestellung als wesentlich erachtet werden. Insofern ist gerade dasModellieren bzw. kritische Reflektieren des Modells bedeutsamer Teil dernaturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung.

2.3 Kommunikation

Informationen sach- und fachbezogen erschließen und austauschen

Kommunikationskompetenz ist die Grundlage menschlichen Zusammen-lebens sowohl in der privaten Sphäre als auch in der Arbeitswelt. Kom-munizieren ermöglicht den Lernenden die Auseinandersetzung mit derLebenswirklichkeit und damit auch das Erfassen und Vermitteln biologi-scher Sachverhalte. Formen von Kommunikation sind einerseits direkterLerngegenstand, andererseits Mittel im Lernprozess. Erkenntnisgewinnund fachbezogener Spracherwerb bedingen sich gegenseitig.

Grundlage zur Erschließung der Welt ist die Wortsprache. Auch das FachBiologie leistet einen unterrichtlichen Beitrag zum Ausbau der Sprach-kompetenz, vor allem der fachlich basierten Lese- und Mitteilungskom-petenz der Lernenden. Die Lernenden tragen ihre individuellen Alltags-vorstellungen in den Fachunterricht hinein und umgekehrt fachlicheKonzepte und Fachsprache in die Alltagssprache zurück. Dadurch errei-chen Schülerinnen und Schüler eine Diskursfähigkeit über Themen derBiologie, einschließlich solcher, die von besonderer Gesellschafts- undAlltagsrelevanz sind.

Zum Kommunizieren im Fach Biologie werden vielfältige Texte und an-dere Informationsträger verwendet, wie etwa Bilder, Grafiken, Tabellen,fachliche Symbole, Formeln, Gleichungen und Graphen. Schülerinnenund Schüler erfassen den Informationsgehalt der verschiedenen Träger,beziehen sie aufeinander, verarbeiten sie und äußern sich dazu. Diese Fä-higkeiten sind wesentlicher Bestandteil einer erweiterten Lese- bzw. Ver-stehenskompetenz. Der schlüssigen und strukturierten sprachlichen Dar-stellung sowie der eigenen Stellungnahme in mündlicher und schriftli-cher Form kommt eine besondere Bedeutung zu.

Die Verarbeitung biologischer Informationen erfolgt auf der Grundlagedes Vorwissens der Lernenden. Vielfach bringen Schülerinnen und Schü-ler hierzu Alltagsvorstellungen mit, die für die Entwicklung des fachlichangemessenen Verständnisses bedeutsam und ggf. zu modifizieren sind.Schülerinnen und Schüler reflektieren über eigenes Vorwissen, erworbe-ne Lernstände und Lernprozesse. Darüber hinaus nutzen die Lernendendie praktischen Methoden und Verfahren der Erkenntnisgewinnung alsInformationsquellen, hinzu kommen Medien wie Buch, Zeitschrift, Film,Internet, Datenverarbeitungsprogramm, Animation, Simulationen undSpiele sowie die Befragung von Experten. Wenn Schülerinnen und Schü-ler diese Quellen zielgerichtet nutzen und sich in produktiver Weise mitihnen auseinander setzen, verfügen sie über eine ausgeprägte Kommuni-kationskompetenz.

Kommunikationskompetenz wird in verschiedenen Sozialformen entwi-ckelt und durch kritische Reflexion der Prozesse gefördert. Somit ist die

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im Unterricht erworbene Kommunikationskompetenz im Sinne lebens-langen Lernens auch eine Basis für die außerschulische Kommunika-tion.

2.4 Bewertung

Biologische Sachverhalte in verschiedenen Kontexten erkennen und bewerten

Auf der Grundlage eines basalen und vernetzten Fachwissens erwerbenLernende Kenntnisse über Organisationsstrukturen und -prozesse leben-diger Systeme, einschließlich der des eigenen Körpers. Schülerinnen undSchüler entwickeln Wertschätzung für eine intakte Natur und eine eigenegesunde Lebensführung, zeigen Verständnis für Entscheidungen im Sinneeiner nachhaltigen Entwicklung. Sie erschließen sich neue Sachverhaltein Anwendungsgebieten der modernen Biologie und können sich dann amgesellschaftlichen, z. T. kontrovers geführten Diskurs beteiligen, wenn sieBewertungskompetenz entwickelt haben.

Schwerpunkte einer ethischen Urteilsbildung im weitesten Sinne sind imBiologieunterricht Themen, die das verantwortungsbewusste Verhaltendes Menschen gegenüber sich selbst und anderen Personen sowie gegen-über der Umwelt betreffen. Beispiele dafür sind die Forschung an Embry-onen, die gentechnische Veränderung von Lebewesen, Massentierhaltungund Eingriffe in Ökosysteme. Kriterien für Bewertungen liefern Grund-sätze einer nachhaltigen Entwicklung sowie zwei grundlegende ethischeDenktraditionen. Die eine stellt in erster Linie die Würde des Menschen inden Mittelpunkt und sieht diese als unantastbar an, die andere orientiertsich letztlich am Wohlergehen des Menschen bzw. am Schutz einer syste-misch intakten Natur um ihrer Selbstwillen.

Bevor Schülerinnen und Schüler die eigentliche Bewertung vornehmen,klären sie die biologischen Sachverhalte und erfassen die mögliche Prob-lematik. Dabei nehmen sie in unterschiedlicher Weise die familiäre Per-spektive oder die Sichtweise des Freundeskreises, die Perspektive einzel-ner Gruppen in der Gesellschaft, einer anderen Kultur, der Gesetzgebungoder auch die Dimension der Natur ein. Zu dieser Fähigkeit des Perspek-tivenwechsels gehört auch, sich in die Rolle eines anderen Menschen ein-zufühlen und Verständnis dafür zu entwickeln, dass jemand anders denktund sich daher anders entscheidet als man selbst. Dies erleichtert es, sichdes eigenen Toleranzrahmens bewusst zu werden und diesen zu erweitern.Schülerinnen und Schüler setzen beim systematischen Bewerten vonHandlungsmöglichkeiten diese mit ethischen Werten in Beziehung. Ler-nende sollen selbst ein eigenes oder auch fremdes, andersartiges Urteilbegründen können. Auf dieser Basis vertreten sie unter Berücksichtigungindividueller und gesellschaftlich verhandelbarer Werte einen eigenenStandpunkt. Durch die ethische Bewertung wird die naturwissenschaftli-che Perspektive im engeren Sinne ergänzt. Dies impliziert wiederum mul-tiperspektivisches Denken. Beides ist wesentlicher Bestandteil eines mo-dernen Biologieunterrichts.

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3 Standards für die Kompetenzbereiche des Faches Biologie

Im Folgenden werden für die vier Kompetenzbereiche Regelstandardsformuliert, die von Schülerinnen und Schülern mit Erreichen des Mittle-ren Schulabschlusses zu erwerben sind. Eine Zuordnung zu konkreten In-halten erfolgt exemplarisch in den Aufgabenbeispielen.

3.1 Standards für den Kompetenzbereich Fachwissen

Lebewesen, biologische Phänomene, Begriffe, Prinzipien und Fakten kennen und den Basiskonzepten zuordnen

F 1 System

Die Schülerinnen und Schüler …

F 1.1 verstehen die Zelle als System,F 1.2 erklären den Organismus und Organismengruppen als System,F 1.3 erklären Ökosystem und Biosphäre als System,F 1.4 beschreiben und erklären Wechselwirkungen im Organismus, zwi-

schen Organismen sowie zwischen Organismen und unbelebterMaterie,

F 1.5 wechseln zwischen den Systemebenen,F 1.6 stellen einen Stoffkreislauf sowie den Energiefluss in einem Öko-

system dar,F 1.7 beschreiben Wechselwirkungen zwischen Biosphäre und den an-

deren Sphären der Erde,F 1.8 kennen und verstehen die grundlegenden Kriterien von nachhalti-

ger Entwicklung.

F 2 Struktur und Funktion

Die Schülerinnen und Schüler …

F 2.1 beschreiben Zellen als strukturelle und funktionelle Grundbau-einheiten von Lebewesen,

F 2.2 vergleichen die bakterielle, pflanzliche und tierliche Zelle inStruktur und Funktion,

F 2.3 stellen strukturelle und funktionelle Gemeinsamkeiten und Un-terschiede von Organismen und Organismengruppen dar,

F 2.4 beschreiben und erklären Struktur und Funktion von Organenund Organsystemen, z. B. bei der Stoff- und Energieumwandlung,Steuerung und Regelung, Informationsverarbeitung, Vererbungund Reproduktion,

F 2.5 beschreiben die strukturelle und funktionelle Organisation imÖkosystem,

F 2.6 beschreiben und erklären die Angepasstheit ausgewählter Orga-nismen an die Umwelt.

F 3 Entwicklung

Die Schülerinnen und Schüler …

F 3.1 erläutern die Bedeutung der Zellteilung für Wachstum, Fortpflan-zung und Vermehrung,

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F 3.2 beschreiben die artspezifische Individualentwicklung von Orga-nismen,

F 3.3 beschreiben verschiedene Formen der Fortpflanzung,F 3.4 beschreiben ein Ökosystem in zeitlicher Veränderung,F 3.5 beschreiben und erklären stammesgeschichtliche Verwandtschaft

von Organismen,F 3.6 beschreiben und erklären Verlauf und Ursachen der Evolution an

ausgewählten Lebewesen,F 3.7 erklären die Variabilität von Lebewesen,F 3.8 kennen und erörtern Eingriffe des Menschen in die Natur und Kri-

terien für solche Entscheidungen.

3.2 Standards für den Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung

Beobachten, Vergleichen, Experimentieren, Modelle nutzen und Arbeitstechniken anwenden

Die Schülerinnen und Schüler …

E 1 mikroskopieren Zellen und stellen sie in einer Zeichnung dar,E 2 beschreiben und vergleichen Anatomie und Morphologie von Or-

ganismen,E 3 analysieren die stammesgeschichtliche Verwandtschaft bzw. öko-

logisch bedingte Ähnlichkeit bei Organismen durch kriteriengelei-tetes Vergleichen,

E 4 ermitteln mithilfe geeigneter Bestimmungsliteratur im Ökosystemhäufig vorkommende Arten,

E 5 führen Untersuchungen mit geeigneten qualifizierenden oderquantifizierenden Verfahren durch,

E 6 planen einfache Experimente, führen die Experimente durch und/oder werten sie aus,

E 7 wenden Schritte aus dem experimentellen Weg der Erkenntnisge-winnung zur Erklärung an,

E 8 erörtern Tragweite und Grenzen von Untersuchungsanlage,-schritten und -ergebnissen,

E 9 wenden Modelle zur Veranschaulichung von Struktur und Funk-tion an,

E 10 analysieren Wechselwirkungen mit Hilfe von Modellen,E 11 beschreiben Speicherung und Weitergabe genetischer Information

auch unter Anwendung geeigneter Modelle,E 12 erklären dynamische Prozesse in Ökosystemen mithilfe von Mo-

dellvorstellungen,E 13 beurteilen die Aussagekraft eines Modells.

3.3 Standards für den Kompetenzbereich Kommunikation

Informationen sach- und fachbezogen erschließen und austauschen

Die Schülerinnen und Schüler …

K 1 kommunizieren und argumentieren in verschiedenen Sozialformen,

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K 2 beschreiben und erklären Originale oder naturgetreue Abbildun-gen mit Zeichnungen oder idealtypischen Bildern,

K 3 veranschaulichen Daten messbarer Größen zu Systemen, Strukturund Funktion sowie Entwicklung angemessen mit sprachlichen,mathematischen oder bildlichen Gestaltungsmitteln,

K 4 werten Informationen zu biologischen Fragestellungen aus ver-schiedenen Quellen zielgerichtet aus und verarbeiten diese auchmit Hilfe verschiedener Techniken und Methoden adressaten- undsituationsgerecht,

K 5 stellen biologische Systeme, z. B. Organismen, sachgerecht, situa-tionsgerecht und adressatengerecht dar,

K 6 stellen Ergebnisse und Methoden biologischer Untersuchung darund argumentieren damit,

K 7 referieren zu gesellschafts- oder alltagsrelevanten biologischenThemen,

K 8 erklären biologische Phänomene und setzen Alltagsvorstellungendazu in Beziehung,

K 9 beschreiben und erklären den Bedeutungsgehalt von fachsprachli-chen bzw. alltagssprachlichen Texten und von Bildern in struktu-rierter sprachlicher Darstellung,

K 10 wenden idealtypische Darstellungen, Schemazeichnungen, Dia-gramme und Symbolsprache auf komplexe Sachverhalte an.

3.4 Standards für den Kompetenzbereich Bewertung

Biologische Sachverhalte in verschiedenen Kontexten erkennen und bewerten

Die Schülerinnen und Schüler …

B 1 unterscheiden zwischen beschreibenden (naturwissenschaftli-chen) und normativen (ethischen) Aussagen,

B 2 beurteilen verschiedene Maßnahmen und Verhaltensweisen zurErhaltung der eigenen Gesundheit und zur sozialen Verantwor-tung,

B 3 beschreiben und beurteilen Erkenntnisse und Methoden in ausge-wählten aktuellen Bezügen wie zu Medizin, Biotechnik und Gen-technik, und zwar unter Berücksichtigung gesellschaftlich ver-handelbarer Werte,

B 4 beschreiben und beurteilen die Haltung von Heim- und Nutztie-ren,

B 5 beschreiben und beurteilen die Auswirkungen menschlicher Ein-griffe in einem Ökosystem,

B 6 bewerten die Beeinflussung globaler Kreisläufe und Stoffströmeunter dem Aspekt der nachhaltigen Entwicklung,

B 7 erörtern Handlungsoptionen einer umwelt- und naturverträgli-chen Teilhabe im Sinne der Nachhaltigkeit.

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4. Aufgabenbeispiele

Zielsetzung dieses Kapitels ist die Veranschaulichung der Standards ba-sierend auf den vier Kompetenzbereichen sowie die Verdeutlichung einesAnspruchsniveaus.

4.1 Fachspezifische Beschreibung der Anforderungsbereiche

Da noch keine empirisch abgesicherten Kompetenzstufenmodelle vorlie-gen, wird zunächst zur Einschätzung der in den Aufgabenbeispielen ge-stellten Anforderungen auf drei Bereiche zurückgegriffen, die sich in ih-rer Beschreibung an den Einheitlichen Prüfungsanforderungen in derAbiturprüfung (EPA) orientieren. Dabei gilt, dass die Anforderungsberei-che nicht Ausprägungen oder Niveaustufen einer Kompetenz sind. Eshandelt sich vielmehr um Merkmale von Aufgaben, die verschiedeneSchwierigkeitsgrade innerhalb ein und derselben Kompetenz abbildenkönnen. Die nachfolgenden Formulierungen zeigen deshalb zunächstcharakterisierende Kriterien zur Einordnung in einen der Anforderungs-bereiche auf.

Anforderungsbereich I: Sachverhalte, Methoden und Fertigkeiten re-produzieren

Dieses Anspruchsniveau umfasst die Wiedergabe von Fachwissen unddie Wiederverwendung von Methoden und Fertigkeiten.

Anforderungsbereich II: Sachverhalte, Methoden und Fertigkeiten inneuem Zusammenhang benutzen

Dieses Niveau umfasst die Bearbeitung grundlegender bekannterSachverhalte in neuen Kontexten, wobei das zugrunde liegende Fach-wissen bzw. die Kompetenzen auch in anderen thematischen Zusam-menhängen erworben sein können.

Anforderungsbereich III: Sachverhalte neu erarbeiten und reflektierensowie Methoden und Fertigkeiten eigenständig anwenden

Dieses Niveau umfasst die eigenständige Erarbeitung und Reflexionunbekannter Sachverhalte und Probleme auf der Grundlage des Vor-wissens. Konzeptwissen und Kompetenzen werden u. a. genutzt für ei-gene Erklärungen, Untersuchungen, Modellbildungen oder Stellung-nahmen.

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Aufbau und Ordnung des Schulwesens196.34(Allgemeinbildende Schulen)

17

Anforderungsbereiche

I II III

Kom

pet

enzb

erei

ch

Fac

hw

isse

n

� Basiskonzepte ken-nen und mit be-kannten Beispielen beschreiben,

� Kenntnisse wieder-geben und mit Kon-zepten verknüpfen.

� Biologisches Wissen in einfachen Kon-texten verwenden,

� neue Sachverhalte konzeptbezogen be-schreiben und erklä-ren,

� biologische Sach-verhalte auf ver-schiedenen Sys-temebenen erklären,

� bekannte biologi-sche Phänomene mit Basiskonzepten, Fakten und Prinzi-pien erläutern.

� Biologisches Wissen in komplexeren Kontexten neu ver-wenden,

� neue Sachverhalte aus verschiedenen biologischen oder naturwissenschaft-lichen Perspektiven erklären,

� Systemebenen ei-genständig wech-seln für Erklärun-gen.

Erk

enn

tnis

gew

inn

un

g

� Versuche nach An-leitung durchfüh-ren,

� Versuche sachge-recht protokollieren,

� Arbeitstechniken sachgerecht anwen-den,

� Untersuchungsme-thoden und Modelle kennen und verwen-den,

� kriterienbezogene Vergleiche beschrei-ben,

� Modelle sachge-recht nutzen,

� Modelle praktisch erstellen.

� Biologische Fach-fragen stellen und Hypothesen formu-lieren,

� Experimente pla-nen, durchführen und deuten,

� Beobachtungen und Daten auswerten,

� biologiespezifische Arbeitstechniken in neuem Zusammen-hang anwenden,

� Unterschiede und Gemeinsamkeiten kriterienbezogen analysieren,

� Sachverhalte mit Modellen erklären.

� Eigenständig biolo-gische Fragen und Hypothesen finden und formulieren,

� Daten hypothesen- und fehlerbezogen auswerten und in-terpretieren,

� Organismen ordnen anhand selbst ge-wählter Kriterien,

� Arbeitstechniken zielgerichtet aus-wählen oder variie-ren,

� Hypothesen erstel-len mit einem Mo-dell,

� Modelle kritisch prüfen im Hinblick auf ihre Aussage-kraft und Tragfähig-keit.

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196.34 Schulwesen

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4.2 Kommentierte Aufgabenbeispiele

Der inhaltliche Schwerpunkt der Aufgaben wird jeweils in Bezug auf dieBasiskonzepte beim Aufgabentitel angegeben. Der Erwartungshorizonteiner Lösung wird im Anschluss an die Aufgabenstellung beschrieben.Bei offenen Aufgaben ist in der Regel ein Lösungsweg angegeben. Dievorgeschlagenen Erwartungshorizonte stellen einen Kompromiss zwi-schen schülernaher Formulierung und fachlicher Exaktheit dar. Aus demErwartungshorizont ist die Schwerpunktsetzung bei den Kompetenzbe-reichen und die Zuordnung zu den Standards erkennbar.

Die Umfänglichkeit mancher Aufgaben begründet sich einerseits in derZielsetzung, mit der Aufgabenstellung einen Kompetenzbereich mög-lichst klar und umfassend zu illustrieren. Andererseits belegt es die schongenannte Komplexität biologischer Sachverhalte. Die Texte in den Auf-gaben nehmen auf das Alter der Zielgruppe und die vorhandene Lese-kompetenz besonders Rücksicht.

Anforderungsbereiche

I II III

Kom

pet

enzb

erei

ch

Ko

mm

un

ika

tio

n

� Eigene Kenntnisse und Arbeitsergeb-nisse kommunizie-ren,

� Fachsprache benut-zen,

� Informationen aus leicht erschließba-ren Texten, Sche-mata und anderen Darstellungsformen entnehmen, verar-beiten und kommu-nizieren.

� Darstellungsformen wechseln,

� Fachsprache in neu-en Kontexten benut-zen,

� Fachsprache in All-tagssprache und umgekehrt überset-zen,

� Alltagsvorstellun-gen und biologische Sachverhalte unter-scheiden.

� verschiedene Infor-mationsquellen bei der Bearbeitung neuer Sachverhalte zielführend nutzen,

� eigenständig sach- und adressatenge-recht argumentie-ren und debattieren sowie Lösungsvor-schläge begründen.

Bew

ertu

ng

� Biologischen Sach-verhalt in einem be-kanntem Bewer-tungskontext wie-dergeben,

� Bewertungen nach-vollziehen,

� bekannte Bewer-tungskriterien zu Gesundheit, Men-schenwürde, intak-te Umwelt, Nach-haltigkeit beschrei-ben.

� Biologische Sach-verhalte in einem neuen Bewertungs-kontext erläutern,

� Entscheidungen be-züglich Mensch oder Natur in einem neu-en Bewertungskon-text erkennen und beschreiben,

� Sachverhalt in Be-ziehung setzen mit Werten zu Gesund-heit, Menschenwür-de, intakte Umwelt, Nachhaltigkeit.

� Biologische Sach-verhalte in einem neuem Bewertungs-kontext erklären,

� Fremdperspektiven einnehmen und Ver-ständnis entwickeln für andersartige Entscheidungen,

� eigenständig Stel-lung nehmen,

� gesellschaftliche Verhandelbarkeit von Werten begrün-dend erörtern.

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Aufbau und Ordnung des Schulwesens196.34(Allgemeinbildende Schulen)

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1. Aufgabenbeispiel: Das versiegelte Aquarium

Basiskonzept System

Aufgabenstellung:

1. Das Aquarium ist nicht vollständig mit Wasser gefüllt. Der Luftraum im Aquarium hat folgende Bedeutung:(a) � Der Luftraum im Aquarium dient der Wärmeisolierung.(b) � Der Luftraum ist eigentlich ein Versehen.(c) � Die Schnecken benötigen den Luftraum zur Atmung.(d) � Pflanzen benötigen den Luftraum zur AtmungWählen Sie die richtige Aussage aus und begründen Sie Ihre Ent-scheidung.

2. Obwohl Schnecken häufig Fraßschäden anrichten, ist es ihnen auchnach drei Monaten nicht gelungen, den Pflanzenbestand im Aquariumabzuweiden. Vielmehr gedeihen die Pflanzen ausgesprochen gut. EinSchüler der Klasse erklärt: „Dies liegt am Schneckenkot. Schneckenscheiden etwa soviel Kot aus, wie sie an Nahrung zu sich nehmen. Die-ser Kot dient den Pflanzen als Nahrung. Somit wachsen die Pflanzenständig.“a) Nehmen Sie zu dieser Argumentation Stellung.b) Stellen Sie den korrekten Sachverhalt als Stoffkreislauf schema-

tisch dar.

3. Die Schülerinnen und Schüler erhalten den Auftrag, selbst versiegelteAquarien mit verschiedenen Wasserpflanzen und Spitzschlamm-schnecken einzurichten und diese zu Hause einen Monat lang zu be-obachten. Der Lehrer rät: „Stellt die Aquarien nicht an eine zu dunkleStelle eures Zimmers“.Begründen Sie, warum der Rat des Lehrers beachtenswert ist.

Seit drei Monaten steht im Klassenzimmer aneinem hellen Platz ein versiegeltes Aquarium.Es handelt sich um ein verschlossenes Wasser-glas, das 1000 ml fasst und mit 800 ml Wassergefüllt ist.

Das Aquarium ist mit mehreren grünen Wasser-pflanzen bepflanzt worden, deren Gewichtbeim Einpflanzen zusammen 215 g betragenhat. Ferner leben im Aquarium von Anfang anzwei Spitzschlammschnecken, die zusammen18 g wiegen. Diese Schnecken sind, obwohl imWasser lebend, Lungenschnecken und wechsel-warme Tiere. Sie ernähren sich von Wasser-pflanzen, Algenaufwuchs, Kleinstlebewesenund Aas. Quelle: W. Zink, Das versiegel-

te Aquarium. In: Natura aktu-ell, Heft 5, Klett-Verlag, Stutt-gart 2001

WasserpestSpitzschlammschnecke

Luftraum

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196.34 Schulwesen

20

Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1 Antwort c ist richtig. Da Spitzschlamm-schnecken Lungenatmer sind, können sieden im Wasser gelösten Sauerstoff nicht auf-nehmen. Sie sind gezwungen, an der Was-seroberfläche Luftsauerstoff zu atmen. Diesgelingt nur bei einem entsprechenden Luft-raum im Glas.

II 1.4 12

2.1 Schneckenkot wird im Aquarium bakteriellzu Nährsalzen abgebaut, die als Dünger aufdie Wasserpflanzen einwirken und so dasPflanzen- als auch das Algenwachstum po-sitiv beeinflussen. Der Zuwachs an Biomas-se begründet sich jedoch durch die Fotosyn-these der grünen Sprosspflanzen und Algen.Bei diesem Prozess werden aus Kohlendio-xid und Wasser Kohlenhydrate aufgebautund Sauerstoff freigesetzt. Die Kohlenhy-drate werden von der Pflanze teilweise inGerüststoffe umgebaut oder in Nährstoffde-pots gespeichert. Bei ausreichendem Algen-zuwachs und nicht zu großer Schneckenzahlsind Schnecken nicht in der Lage, die Pflan-zen abzuweiden.

II 1.4 12 1

2.2 Ievtl.

II

1.41.51.6

12 10

3 Grüne Pflanzen produzieren mithilfe desSonnenlichts energiereiche Kohlenhydrate,die gleichzeitig tierischen Lebewesen alsNahrung dienen können. Diese Produktionist neben einer ausreichenden Kohlenstoff-dioxidkonzentration entscheidend von derHelligkeit abhängig. Diese wirkt auf das ge-schlossene System als äußere Einflussgrößeein. Steht das Aquarium zu dunkel, werdenFotosyntheserate und somit der pflanzliche

II 1.31.4

18

Licht

Wasserpest, Alge: O2CO2 + H2O Biomasse <C,H,O>

..CO2Biomasse<C,H,O>

Schnecke:

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2. Aufgabenbeispiel: Sardellen im Pazifik

Basiskonzept System

Quelle: http//www.fishbase.org/Photos/ThumbnailsSummary.cfm?ID=4

Die Sardelle tritt in Schwärmen hauptsächlich in den Küstenregionen Pe-rus und Chiles auf und ist für diese Länder eine wichtige Erwerbsquelle.In den letzten Jahrzehnten wurden immer mehr Fische gefangen, sowohlals Nahrung für den Menschen als auch zur Herstellung von Fischmehl,das als Futter vor allem in der Massentierhaltung verwendet wird. Wert-voll ist der Fisch für den Menschen auch aus wirtschaftlichen Gründen,denn riesige Seevogelschwärme ernähren sich von ihm, deren Kotablage-rungen (Guano) auf dem Festland als Dünger weltweit verkauft werden.Außerdem stellen Sardellen im Ökosystem Meer selbst eine wichtige Nah-rung für andere Fische wie für den Thunfisch dar.

Heute sind die Sardellenbestände aufgrund ständiger Überfischung starkgeschrumpft.

Auch klimatische Wechsel beeinflussen die Bestände. Die wohl bekann-teste Ursache für natürliche Bestandsschwankungen ist „El Niño“, einPhänomen, das in unregelmäßigen Abständen meist um die Weihnachts-zeit vor der südamerikanischen Küste auftritt („El Niño“ bedeutet aufSpanisch das Christkind). „El Niño“ ist eine warme Meeresströmung, dieden sonst kalten Humboldtstrom vor der südamerikanischen Küste ver-drängt.

3 Zuwachs reduziert. Somit wäre denkbar,dass die Schnecken den Pflanzen stark zu-setzen und so das Systemgleichgewicht ent-scheidend stören. Sinkt die Helligkeit untereinen bestimmten Grenzwert, stellen diePflanzen die Produktion gänzlich ein undsterben ab. Somit bricht das System zusam-men.

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

Peru-Sardelle (Engraulis ringens)

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196.34 Schulwesen

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Kalte Gewässer enthalten mehr pflanzliches und tierisches Plankton, vondem sich die Sardelle ernährt. Die Sardellen sind daher gezwungen, sichin kühlere, tiefere Wasserschichten zurückzuziehen. Nahrungsmangelkann dazu führen, dass sich die ausgewachsenen Sardellen nicht mehrfortpflanzen und ein ganzer Sardellenjahrgang ausfällt.

Aufgabenstellung:

1. Ermitteln Sie aus dem Text die Umweltfaktoren, die Einfluss auf dasLeben der Sardelle haben und ordnen Sie diese in geeigneten Gruppen.

2. Erläutern Sie, welche Angepasstheiten der Sardelle ein Leben im Was-ser ermöglichen und gehen Sie dabei auch auf die Abbildungen ein.

3. a) Stellen Sie die Nahrungsbeziehungen der im Text genannten Le-bewesen schematisch dar mit der Sardelle als Mittelpunkt. Benut-zen Sie dabei Pfeile in der Bedeutung „wird gefressen von“.

b) Skizzieren Sie aus diesem Zusammenhang eine Nahrungspyrami-de und erläutern Sie diese.

4. Stellen Sie begründete Hypothesen aus Sicht der Fischer und derenAbnehmer auf, welche Auswirkungen eine weitere Überfischung derSardellenbestände haben könnte.Gehen Sie bei der detaillierten Darstellung der Zusammenhänge aufökologische und ökonomische Gesichtspunkte ein.

Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1. Biotische Faktoren: Mensch, andere Fress-feinde: z.B. Tunfisch, SeevögelNahrung: PlanktonAbiotische Faktoren: Wassertemperatur, Lufttemperatur, Zusammensetzung des Was-sers

I-II 1.4 8

2. Erläuterung der Angepasstheit durch Einge-hen auf die Morphologie des Körpers (Form, Flossen, Schuppen) und die Kiemenatmung sowie das Schwarmverhalten; darüber hi-naus sind je nach Vorwissen weitere Ange-passtheiten denkbar.

I-II 2.6

3.a

3.b

→ bedeutet „wird gefressen von“

Seevogel

Plankton → Sardelle → Thunfisch

Mensch

Skizze einer Nahrungspyramide mit: Produ-zenten (Plankton), Konsumenten I. Ordnung (Sardelle), Konsument II. Ordnung (Thun-fisch, Seevogel,..)

II 1.41.6

9

��

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Aufbau und Ordnung des Schulwesens196.34(Allgemeinbildende Schulen)

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3. Aufgabenbeispiel: Mauna-Loa

Basiskonzept System

Material 1: Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre, Messsta-tion Mauna Loa Observatorium, Hawaii

Quelle: http:www.atmosphere.mpg.de/enid/2s7.html

4 � Mensch verringert durch Befischen den Bestand der Sardelle.

� Durch den El Niño steigt die Wassertempe-ratur, das hat schlechtere Nahrungsbedin-gungen für die Sardellen zur Folge, also sinkt der Sardellenbestand weiter.

� Raubfisch- (z.B. Thunfisch-) und Seevö-gelbestand werden wegen des geringeren Sardellenbestandes ebenfalls dezimiert (Räuber-Beute-Beziehung),– dadurch werden die Fischer erwerbs-

und einkommenslos,– die Produkte (aus der Sardelle) werden

für die Abnehmer teurer, da das Angebot geringer geworden ist und es steht auch weniger Guano zur Verfügung,

– also werden noch mehr Fischer erwerbs- und einkommenslos.

II 1.4 12 5

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

Die Maßeinheit ppm bedeutet „parts per million“ (X Teilchen CO2 pro 1 Million Gesamtanzahl von Gasteilchen)Die vertikale Linie kennzeichnet den Jahreswechsel.

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196.34 Schulwesen

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Material 2:

Die Messstation Mauna Loa Observatorium auf Hawaii liegt auf einemVulkanberg und gilt als idealer Messort, denn die Insel befindet sich ingroßer Entfernung zu den Kontinenten, auf denen in ganz unterschiedli-cher Weise große Ausstöße von Kohlenstoffdioxid erfolgen. Solche großeCO2-Quellen stellen beispielsweise die Kohlekraftwerke und der Verkehrin den Industrienationen dar. Auch durch Brandrodungen in tropischenWäldern wird viel CO2 freigesetzt. Bedeutsam ist auch die Größe der Kon-tinente. So ist die Landmasse der Nordhalbkugel größer als die der Süd-halbkugel. Auf der Nordhalbkugel wird auch deshalb mehr CO2 freige-setzt als auf der Südhalbkugel, weil dort mehr Menschen leben.

Die Messwerte von Mauna Loa zeigen zuverlässig Änderungen der Kon-zentration von Kohlenstoffdioxid in der unteren Atmosphäre. Sie spie-geln in erster Linie die atmosphärischen Veränderungen der Nordhalbku-gel wider, in zweiter die der gesamten Erdatmosphäre. Die Durchmi-schung mit der Atmosphäre der Südhalbkugel über den Äquator erfolgtverhältnismäßig langsam.

Aufgabenstellung:

1. 1959 begannen Forscher auf Hawaii die CO2-Konzentrationen derErdatmosphäre zu messen (siehe Material 1). Erklären Sie die jährlichen Schwankungen der CO2-Konzentration inder Atmosphäre mit Ihren Kenntnissen zu Fotosynthese und Atmungsowie der hohen Besiedlungsdichte in der Nordhalbkugel.

2. Außer den zu verzeichnenden Schwankungen innerhalb eines Jahresist auch ein Anstieg der CO2-Konzentration von Jahr zu Jahr zu mes-sen. Nennen Sie Gründe für den kontinuierlichen Anstieg.

Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1 In der Fotosynthese verbrauchen PflanzenCO2, durch Atmung setzen Pflanzen und Tie-re CO2 frei. Somit wird die CO2-Konzentra-tion der Atmosphäre grundsätzlich bestimmtdurch die Abgabe von CO2 aus Atmungspro-zessen (und darüber hinaus aus anderen Ver-brennungsvorgängen) als auch durch die fo-tosynthetische Aufnahme von CO2 durch diePflanze. Die Schwankungen spiegeln den Wechsel derJahreszeiten wider und eine in den Winter-monaten in der Summe nachlassende Foto-syntheseintensität der Pflanzen.

II 1.31.41.53.4

7

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Aufbau und Ordnung des Schulwesens196.34(Allgemeinbildende Schulen)

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4. Aufgabenbeispiel: Rätselhaftes Amphibiensterben

Basiskonzept System

1 Gründe sind u. a.: weniger Licht, geringereTemperatur, weniger grüne Laubblätter.Zusätzlich wird in den fotosyntheselosen,kalten Monaten in den besiedelten Gebietengeheizt.

2 Anstieg durch menschlich bedingte Abgabevon CO2, z. B. allgemein durch die Zunahmeindustrieller Produktion, Zunahme des Ver-kehrs auch in Ländern mit bislang geringe-rem Verkehrsaufkommen wie China, Zunah-me der Nutzung von Energie verbrauchen-den Kulturgütern in Schwellenländern. Aber auch Anstieg durch natürlich bedingteUrsachen wie Erhöhung der Atmungsinten-sität nach auf Auftauen von Permafrostbö-den aufgrund der Erhöhung der mittlerenTemperatur der Erde. (Individuelle Argu-mentationen gemäß den Kenntnissen vo-rausgegangenen Unterrichts)

I 3.8 5

Seit 1979 erforschen Ökologen die Lebensbedingungen von Lurchen(Amphibien) im nordamerikanischen Kaskadengebirge. Dabei ent-deckten sie, dass befruchtete Eier massenhaft abstarben und so der Be-stand an erwachsenen Fröschen und Kröten im Laufe von zehn Jahrenfortwährend abnahm. Es erhob sich der Verdacht, dass die ultraviolet-te Sonnenstrahlung im 1200 m hohen Gebirge ein übermäßiges Amphi-biensterben verursacht.

Dieser Verdacht gab den Anlass für eine vergleichende Untersuchung,deren Ergebnisse in der Tabelle zusammengefasst sind. Die Versuchs-varianten A und B wurden am natürlichen Standort durchgeführt.

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

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196.34 Schulwesen

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Material 1:

Quelle: Nach Blaustein, A. und Wahe, D., Das Rätsel des weltweiten Amphibiensterbens, In: Spek-trum der Wissenschaft S. 1995

Material 2: Der sichtbare Anteil der Sonnenstrahlung umfasst den Wel-lenlängenbereich 400 bis 800 nm (Nanometer). Der Energiegehalt diesesLichts schädigt das Erbmaterial in den Zellen von Lebewesen nicht. Son-nenstrahlung enthält neben dem sichtbaren auch nicht sichtbares Licht.Hierzu gehört die ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung). Diese ist ener-giereicher als sichtbares Licht. Je kürzer die Wellenlänge, desto energie-reicher ist die Strahlung. Die Ozonschicht der Stratosphäre filtert aus derSonnenstrahlung die ultraviolette Strahlung weitgehend heraus. Jährlichwird die Ozonschicht über den nördlichen Regionen der Nordhalbkugelim Frühjahr etwas dünner.

Material 3: Die Forscher untersuchten die Eier von Königslaubfrosch,Kaskadenfrosch und Nordkröte mit chemischen Methoden. Dabei zeigtesich, dass die Eier einen Stoff („X“) enthalten, der beim Kaskadenfroschund der Nordkröte nur in geringen Mengen enthalten ist. Die Eier des Kö-nigslaubfrosches enthielten dagegen den Stoff X in vielfacher Menge ver-glichen mit dem Kaskadenfrosch und der Nordkröte.

Aufgabenstellung:

1. Entscheiden Sie mit Material 1 über die Richtigkeit folgender Aussa-gen:

Amphib Entwicklung des Laichs im natür-lichen Gewässer

A (Käfig, abge-deckt mit trans-parenter Plastik-folie, die kein UV-Licht durch-lässt)

B (Käfig offen)

Königslaub-frosch

Normale Ent-wicklung der be-fruchteten Eier

Kaum Abster-ben der befruch-teten Eier

Kaum Abster-ben der befruch-teten Eier

Kaskadenfrosch Massenhaftes Absterben von befruchtetenEiern

10 bis 20 % der befruchtetenEier sterben ab

Über 40 % der befruchtetenEier sterben ab

Nordkröte Massenhaftes Absterben von befruchtetenEiern

10 bis 20 % der befruchtetenEier sterben ab

Über 40 % der befruchtetenEier sterben ab

ja nein Aussage

Die Ergebnisse der Versuchsvarianten A und B bestätigen,dass UV-Licht die normale Entwicklung von Königslaub-frosch, Kaskadenfrosch und Nordkröte beeinträchtigt.

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2. Begründen Sie mit Material 2, warum der Versuch in den Varianten Aund B am natürlichen Standort organisiert wurde. Die transparenteFolie im Versuch A hielt gezielt UV-Strahlung zurück. Wie könnte dieHypothese lauten?

3. Welche Wirkung könnte der Stoff X (Material 3) nach Meinung derForscher haben?

4. Entscheiden und begründen Sie, welche der genannten Amphibienar-ten den Lebensbedingungen im 1200 m hohen Kaskadengebirge ambesten angepasst ist.

Erwartungshorizont:

Die Versuchsvarianten A und B sind geeignet, um den Einflussvon UV-Licht auf die Entwicklung von Amphibieneiern zuprüfen.

Die Versuche zeigen, dass die Eier des Kaskadenfroschs undder Nordkröte empfindlich für UV-Licht sind.

Die Versuche zeigen, dass die Eier des Königslaubfroschs inihrer Entwicklung nicht von UV-Licht geschädigt werden.

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1 Die Aussagen 2 bis 4 sind richtig. I 8

2 Versuchsvariante B erfasst das natürlicheStrahlungsspektrum am Lebensort, Ver-suchsvariante A filtert UV-Licht-Anteileheraus, verändert aber nicht die anderenUmweltbedingungen für den Laich. Hypo-these: Der Energiegehalt der UV-Strahlungschädigt Amphibien-Eier im Gewässer. Weildie Ozonschicht dünner wird, gelangt mehrultraviolette Strahlung auf die Erde.

II 1.51.7

7

3 Stoff X hebt die Wirkung der schädigendenUV-Strahlung auf. Oder: Stoff X nutzt denEnergiegehalt der UV-Strahlung für einechemische Reaktion. Dadurch wird das Erb-material nicht geschädigt.(Anführen einer Begründung in sachrichtiger Schü-lersprache)

II 2.1 7

ja nein Aussage

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5. Aufgabenbeispiel: Blauer Dunst

Basiskonzept System

Quelle: Angelika Frank (Kommission)

Aufgabenstellung:

Entwickeln Sie für die jüngsten Schülerinnen und Schüler Ihrer Schuleein Plakat, das überzeugen soll, nicht mit dem Rauchen anzufangen.

1. Informieren Sie sich vor allem anhand des Lernbuchs über die Sachla-ge.

2. Entscheiden Sie selbstständig, welche Informationen Sie der ange-sprochenen Altersgruppe geben und verwenden Sie für Ihre Zielgrup-pe eine altersgerechte Sprache.

Erwartungshorizont:

4 In größerer Höhe ist die UV-Strahlung er-höht, im Frühjahr erhöht sich der UV-Anteilnoch einmal in den nördlichen Regionen derNordhalbkugel. Der Königslaubfrosch ent-hält die größte Menge an Stoff X, ist somitam besten angepasst.

II 2.6 8

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

Zur Erfüllung der Aufgabe müssen die Schülerin-nen und Schüler aus verschiedenen Quellen Infor-mationen beschaffen und diese verarbeiten. Fürdie Plakatgestaltung sind sinnvolle Materialienauszuwählen.

1.22.4

12346

12

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

Jede Zigarettenpackung informiert über die Gefährdung durch Rau-chen. Die Zahl der Raucherinnen und Raucher nimmt kaum ab, im Gegenteil das Einstiegsalter zum Rauchen ist immer früher.

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Kriterien für die Plakatgestaltung sind u. a.:

� eine altersgerechte Reduktion der Information,� eine der Sache und der Zielgruppe angepasste

Bildauswahl,� eine reflektierte Verwendung von Originaltex-

ten,� ein Filtern von Kernaussagen und Vermeiden

einer Überfrachtung mit Details,� ein Einsetzen von „eye-catchern“,� ein anschauliches Verarbeiten von Zahlenmate-

rial,� eine der Plakatgröße angemessene Schriftgröße

und Gestaltung,� ein erkennbares Vermitteln der Gefährdungen

durch Rauchen.

Die Leistung bewegt sich im AFB II, wenn dieSchülerinnen und Schüler durch Bild und Textverdeutlichen, dass sie eine sachrichtige Spracheverwenden, die ein direktes Verwenden von Origi-naltexten möglichst vermeidet wie das Nutzen vonFachbegriffen und Kenntnissen, die von der ange-dachten Zielgruppe jüngerer Schülerinnen undSchüler nicht verstanden wird. Dabei werdenTextinformationen in Bildinformationen umco-diert und umgekehrt. Die Plakatgestaltung selbstberücksichtigt die Präsentationsform des Plakats(Platz, Größe, Leseaufmerksamkeit…). Die gege-benen Informationen verdeutlichen die Gefähr-dung durch Rauchen. Mit Blick auf das Alter derZielgruppe sollten vor allem die drohende Sucht-gefahr und die direkten Beeinträchtigungen aufdie Lunge, den Kreislauf und die Sauerstoffver-sorgung des Körpers genannt werden.

Der AFB I wird erreicht, wenn sachlich richtigeEntscheidungen erkennbar sind, deren Umset-zung wenig Eigenständigkeit erkennen lassen,mehrere sachliche Lücken offenbaren und das Al-ter der Zielgruppe kaum beachten.

II

I

78

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

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196.34 Schulwesen

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6. Aufgabenbeispiel: Einmischen erwünscht!

Basiskonzept System

Material 1:

Das fiktive Dorf X liegt in einer strukturschwachen Gegend, aber in idyl-lischer Lage. Hierzu gehören ein See, ein ausgedehntes Waldgebiet undein Moor. Im Ort gibt es wenige Arbeitsmöglichkeiten außer in einem klei-nen Handwerksbetrieb, in einer Bäckerei, in einem Lebensmittelgeschäftund in einer Gastwirtschaft. Es besteht hohe Arbeitslosigkeit, ein Teil derEinwohner sind Pendler zwischen Wohnort und verschiedenen entferntenArbeitsorten. Ein Investor möchte in unmittelbarer Nähe der Gemeindeeine Ferienanlage mit Campingplatz (für ca. 1000 Personen), einem an-grenzenden Golfplatz sowie einer Badeanlage am See errichten. Der Ge-meinderat muss nun zur Genehmigung des Bauvorhabens eine Entschei-dung treffen. Hierzu soll zunächst eine Bürgerversammlung einberufenwerden, bei der die verschiedenen Interessenvertreter ihre Argumente füroder gegen dieses Projekt vorbringen.

Zu den Interessenvertretern gehören der Investor, Umweltschützer, derBürgermeister mit dem Gemeinderat, eine Bürgerinitiative, die gegen die-ses Projekt ist, sowie Bürger, die das Projekt befürworten. Die Entschei-dungsfindung des Gemeinderates wird nicht einfach werden, da sie in je-dem Fall alle Aspekte einer nachhaltigen Entwicklung berücksichtigenwollen.

Material 2: Was ist nachhaltige Entwicklung?

Jahrhunderte von ungeregelter Abholzung der Wälder führte in Deutsch-land vor 300 Jahren zu drastischem Holzmangel. Deshalb entstand dieIdee einer „nachhaltigen“ Entwicklung. Das bedeutete damals, der Waldsollte schonend und vorausschauend bewirtschaftet werden, um auch fürspätere Generationen den Holzbedarf sichern zu können.

Diese Idee der nachhaltigen Entwicklung wurde in der Agenda 21, einemweltweiten Aktionsplan für das 21. Jahrhundert, der 1992 in Rio de Janei-ro verabschiedet wurde, wieder aufgegriffen, aber inhaltlich erweitert.Nachhaltige Entwicklung vereint die Aspekte Ökologie, Ökonomie undSoziales und bedeutet, die Erhaltung der natürlichen Lebensgrundlagenmit wirtschaftlicher Leistungsfähigkeit und sozialer Sicherheit in Ein-

Der AFB III wird erreicht, wenn ein höheres Maßan Eigenständigkeit und Kreativität zum Aus-druck kommt. Dieses kann sich äußern durch einegeschickte Kombination von Text und Bild, eigeneZeichnungen, die Gliederung, Originalität unddurch erkennbares Lösen von Originalformulie-rungen verwendeter Quellen.

III

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

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Aufbau und Ordnung des Schulwesens196.34(Allgemeinbildende Schulen)

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klang zu bringen, damit auch künftige Generationen die Natur als Le-bens- und Wirtschaftsgrundlage nutzen können.

Aufgabenstellung:

1. Erläutern Sie die drei Teilaspekte einer nachhaltigen Entwicklung ausheutiger Sicht.

2. Entwickeln Sie zur Vorbereitung eines Rollenspiels geeignete Rollen-karten zu den verschiedenen Interessenvertretern. Nutzen Sie dazuverschiedene Informationsquellen.

3. Führen Sie die Bürgerversammlung als Rollenspiel durch, bei dem dieArgumente der verschiedenen Interessenvertreter vorgebracht wer-den.

4. Treffen Sie auf der Grundlage der vorgetragenen Argumente eine be-gründete Entscheidung für oder gegen den Bau der Ferienanlage.Berücksichtigen Sie dabei alle Teilaspekte einer nachhaltigen Ent-wicklung.

5. Formulieren und begründen Sie unter der Annahme einer Entschei-dung für das Freizeitprojekt notwendige Auflagen für den Investor.

Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1. Nachhaltige Entwicklung umfasst drei Teil-aspekte:

Ökologie: Erhaltung der Lebensgrundlagenbedeutet u.a.: verschiedenste Umweltschutz-maßnahmen, Erhalt des Lebensraumes fürdie Anwohner, Schonung der Ressourcen

Ökonomie: Erhalt der wirtschaftlichen Leis-tungsfähigkeit bedeutet u.a. Ansiedlung vonBetrieben, Schaffung neuer Arbeitsplätze,Verbesserung der Infra- und Verkehrsstruktur

Soziales: Soziale Sicherheit bedeutet u.a. Er-halt bzw. Neuschaffung von Arbeitsplätzen;Angleichung der Lebensverhältnisse; Auf-bau und Erhalt von sozialen Einrichtungen,Bildungsanstalten, Organisation des Ge-sundheitswesens; kulturelle Angebote; Be-wahrung des Vereinslebens

II 1.83.8

2. Je nach Interessenvertreter werden verschie-dene Pro- und Contra-Argumente zusam-mengetragen wie z.B.

III

1.83.8

145

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196.34 Schulwesen

32

2 Pro-Argumente: Beschaffung von Arbeits-plätzen; Verringerung der Pendlerquote,Entwicklung und Verbesserung der Infra-struktur; Gewerbesteuern für die Gemeinde;Verbesserung der Lebensqualität für Dorf-bewohner; mehr Freizeitangebote; Schaf-fung von kulturellen Angeboten.

Contra-Argumente: Gefährdung eines Bio-tops (Brutgebiete, Moor); Artenschutz; Ab-wasserbelastung; erhöhte Verkehrsbelas-tung, Abgase, Lärm, Müll, Energiever-brauch, Bodenversiegelung, Störung derdörflichen Idylle, negativer Einfluss auf Ju-gendliche, Veränderung des Wertesystems,Veränderung der Sozialstruktur in der Ge-meinde.

7

3. Durchführung des Rollenspiels nach den er-stellten Rollenkarten.

II 1

4. Der Ablauf des Rollenspiels und die Art derdabei vorgetragenen Argumente werden we-sentlichen Einfluss auf die Entscheidungs-findung der Bürgerversammlung haben. DieÜberprüfung mit den Teilaspekten der nach-haltigen Entwicklung kann nicht zu einemeindeutigen Ja oder Nein führen. Die Ent-scheidung wird also ein Abwägen und eineGewichtung dieser Teilaspekte und der da-mit verbundenen Werte sein. Jede Pro- oderContra-Entscheidung wird zwangsläufig im-mer mit entsprechenden Auflagen verbun-den sein müssen.

II 1.83.8

17

1257

5. Mögliche Auflagen: Mülltrennung auf demCampingplatz; Sparwasserduschen; beiEnergieversorgung müssen regenerative En-ergiemöglichkeiten miteinbezogen werden;begrenzter Badebereich, Klären des Wassersdurch Binsen- und Schilfzonen; kein Golf-platz; Parkplätze ohne Bodenversiegelung;Lärmverordnung; Arbeitsverträge nur mitansässigen Bürgern; kein zu großer Super-markt und Gastbetrieb auf dem Feriengelän-de, um im Dorf weitere Ansiedlung möglicherEinzelhandelsbetriebe zu ermöglichen.

II 1.83.8

17

1257

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

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Aufbau und Ordnung des Schulwesens196.34(Allgemeinbildende Schulen)

33

7. Aufgabenbeispiel: Gast aus dem Regenwald

Basiskonzept Struktur und Funktion

Quelle: Angelika Frank (Kommission)

Material 1: Die Bromelie ist im tropischen Regenwald beheimatet und ge-hört zu den so genannten Ananasgewächsen. Im Lexikon findet sich fol-gende Information: „Ananasgewächse gehören zu den Aufsitzerpflanzen.Diese wachsen in Astgabeln von Bäumen und werden von Haftwurzelngehalten. Während der heftigen täglichen Regenschauer im Regenwaldsammeln Aufsitzerpflanzen Wasser am Blattgrund. Dieses Sammelwas-ser, in das auch Blätter fallen und weiteres biotisches Material durch Tiereeingetragen wird, stellt einen „Blatttümpel“ dar. Hierin finden Kleinstle-bewesen wie Algen, Bakterien, Würmer, Schnecken und sogar winzigeBaumsteigerfrösche Lebensraum und Nahrung.

Material 2: Als Zimmerpflanze ist die Bromelie ein Exot auf der Fenster-bank, wie die Pflegehinweise auf dem Kärtchen, das neben der Pflanzesteckt, verdeutlichen.

Material 3: Die Wasserzufuhr für die Bromelie passt nicht ganz in das ver-traute Bild einer Pflanze. Deshalb haben sich Biologen mit dem anatomi-schen Feinbau der Blätter beschäftigt. Was man mit dem Mikroskop sieht,veranschaulicht Material 4 (nächste Seite). Darin zeigt die Abb. 1 die Auf-sicht einer Blattoberfläche, die Abb. 2 den Blattquerschnitt. Die Vergrö-ßerungen sind dabei ungleich. Die Abb. 3 erläutert den Blattquerschnittzusätzlich.

Zimmerpflanzen sind vielfach Gästeaus tropischen und subtropischen Re-gionen dieser Welt. Die Pflanze, umdie es in dieser Aufgabe geht, ist eineBromelie. Das Exemplar in der Abbil-dung heißt Vrisea ensiformis. Eineähnliche Pflanze steht zur Beobach-tung bereit.

A N P K Düngen nicht erforderlich

B S Topferde feucht halten, zwischen den Blättern muss immerWasser stehen

C R Kein direktes Sonnenlicht

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196.34 Schulwesen

34

Material 4:

Abb. 1:

Blattoberfläche von Vrisea ensiformis in dermikroskopischen Be-trachtung.2

Quelle: Angelika Frank(Kommission)

Abb. 2 a, b:

Blattquerschnitte bei mikroskopischer Betrachtung

Abb. 3:

Zeichnungen nachverschiedenenmikroskopischenBildern angefertigt

Quelle:http://www.bogos.uni-osnabrueck.de/projekte/blitz/bromel.htm

2) „Positiv-Abzug mit Nagellack“: Der Abzug wurde durch Auftragen von klaremNagellack auf die Blattoberseite erhalten. Der getrocknete Nagellackfilm wurdeanschließend von der Blattfläche abgezogen und bei 120facher Vergrößerung mi-kroskopiert.

Flügelzelle

Epidemiszelle

TROCKEN

BEFEUCHTET

Quelle: Katharina Schulte, Universität Frankfurt

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Aufgabenstellung:

1.1 Beschreiben Sie das Aussehen der Bromelienblätter.1.2 Gießen Sie Wasser auf die Blattspreiten. Beschreiben Sie Ihre Be-

obachtungen beim Gießen.1.3 Stellen Sie eine Hypothese zur Wasseraufnahme bei einer Bromelie

auf, die sich aus den von Ihnen beschriebenen Blatteigenschaften,Ihren Beobachtungen beim Gießen und dem Material 1 ergeben.

2. Vergleichen Sie die Pflegehinweise A bis C (Material 2) für die Zim-merpflanze mit den Informationen aus Material 1 für die Bromelieam natürlichen Wuchsort und ermitteln Sie, ob die Pflegehinweisesinnvoll sind.

3. Überprüfen Sie mit Hilfe der Informationen aus den Materialien 1und 3 sowie der gebotenen Gewebestrukturen durch die Abbildun-gen 1–3 (Material 4) Ihre eigene Hypothese aus der Aufgabe 1.3.

Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1.1 festes dickes Blatt, glänzende glatte Blatt-oberseite und -unterseite, rinnenförmigeWölbung der länglichen (lanzettlichen) Blät-ter, dichtes (rosettenartiges) Aneinander-schließen der Blätter an der Blätterbasis.

I 2

1.2 Wasser perlt in der Blattrinne/Blattspreitezur Basis, Wasser staut sich in einem bzw.mehreren Tümpeln/Trichtern, versickertnicht.

I 2

1.3 Pflanze saugt das Stauwasser mit den Blät-tern und nicht mit den Wurzeln.

II 7

2 � A ist sinnvolle Angabe vor dem Hinter-grund, dass keine Saugwurzeln existieren,die normalerweise neben der Wasser- auchdie Mineralsalzaufnahme gewährleisten.

� A * Es wäre eine besondere Leistung, dieseAngabe zu bezweifeln, weil sich durch dieInformation über die Blatttümpeln andeu-tet, dass am originären Lebensort eineStoffzersetzung abläuft, von der mögli-cherweise die Bromelie profitiert. Dies istnicht möglich am Standort einer Fenster-bank.

� B ist sinnvolle Angabe, weil die Bromeliedas Wasser der täglichen Regenschauersammelt

IIfür A,

B, C

III für A*

1.21.41.62.4

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36

8. Aufgabenbeispiel: Die vergessene Kartoffel

Basiskonzept Struktur und Funktion

2 � C ist sinnvolle Angabe, weil die Bromelieals Aufsitzerpflanze durch die Baumkro-nen beschattet wird.

3 Die Aufsicht zeigt tellerartige Strukturenmit einer Vertiefung in der Mitte. Die mikro-skopischen Abbildungen 2 a und b zeigen ei-ne trichterförmige Struktur im Querschnitt,die von der Blattoberfläche in das Innere desBlattes führt. Die Strukturen verändern sichbei Trockenheit bzw. Feuchtigkeit. Die in denAbbildungen gebotenen Strukturen könntenals „Trichter-“ oder „Kanalzellen“ umschrie-ben werden, die dem Blattinneren vermut-lich Wasser zuleiten, wie aus den Zeichnun-gen entnommen werden kann. Begriff „Saug-schuppe“ nur bei Vorkenntnissen zu erwar-ten.Hypothese erscheint wahrscheinlich durchdas Auffinden spezieller Gewebestrukturen,die sich eignen könnten, um Wasser zu sau-gen. Hypothese erscheint wahrscheinlich wegendes Wuchsortes und der Art der Wasserver-sorgung am natürlichen Standort.

II

II

III

2.52.42.6

7 2

Sie entdecken in einer Kellerecke eine fort gerollte Kartoffel, die dortschon länger zu liegen scheint. Die Kartoffel sieht inzwischen merk-würdig aus, aber auch interessant (Material A). Sie nehmen die Kartof-fel mit in die Wohnung und lagern sie vorerst in der Küche, in einerEcke der Fensterbank, um sie später den anderen Familienmitgliedernzu zeigen. Sie vergessen die Kartoffel vorübergehend. Nach ein paarTagen fällt Ihr Blick zufällig auf die Kartoffel – und Sie staunen einzweites Mal! Die Kartoffel hat sich inzwischen nochmals verändert(Material B).

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

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Aufgabenstellung:

1. Beschreiben Sie das Aussehen der Kartoffel im Zustand A und B.

2. Die Veränderungen der Kartoffeln werfen unwillkürlich Fragen auf.Welche der nachstehenden Fragen sind aus Ihrer Sicht biologisch sinn-volle Fragen. Sie können bei (8) auch selbst eine Frage formulieren.(1) � Sind die Triebe der Kartoffel Wurzeln?(2) � Sind die Triebe der Kartoffel Stängel?(3) � Ist die Kartoffelknolle tot oder lebendig?(4) � Enthält die Kartoffel einen „Embryo“ wie ein Samen?(5) � Welche Faktoren veranlassen die Kartoffel, Triebe auszubilden?(6) � Können im Keller Kartoffelpflanzen wachsen und neue Kartof-

feln geerntet werden?(7) � Welchen energiereichen Stoff enthält die Kartoffelknolle, die

ihr ermöglicht, Triebe zu bilden?(8) � ___________________________________________________________

3. Wählen Sie aus den von Ihnen angekreuzten Fragen eine aus und for-mulieren Sie eine dazu passende Hypothese. Sie können auch dieselbst formulierte Frage (8) wählen.

4. Planen Sie zur Überprüfung der von Ihnen aufgestellten Hypotheseein Experiment. Erläutern Sie Ihre Vorgehensweise.

5. Führen Sie das Experiment durch und beschreiben Sie Ihre Beobach-tungen.

6. Nehmen Sie Stellung zu Ihren Versuchsbeobachtungen und prüfen SieIhre aufgestellte Hypothese.

Material A

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196.34 Schulwesen

38

Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1 A: braune Knolle, weiße, verschieden langeTriebe, Trieb an der Basis verdickt und vonwarzigem Aussehen, Triebe mit feinen wei-ßen Haaren, Triebe krumm und in verschie-denen Richtungen orientiert, B: braune Knolle, grüne Triebe, Triebe mitfeinen weißen Haaren, Triebe nicht/kaumgewachsen gegenüber Zeitpunkt A, etwasschrumpeliger als zum Zeitpunkt A

I 2 2

2 Sinnvoll sind die Fragen 1, 2, 4, 5 sowie 7 undggf. 8. Die dritte Frage erscheint wenig sinn-voll, weil die Kartoffelknolle durch diewachsenden Triebe eindeutig ein Kennzei-chen des Lebendigen demonstriert. Die 6.Frage ist wenig sinnig, weil Pflanzen nurdurch Fotosynthese langfristig wachsen undneue Speicherorgane bilden können, wieauch die Abb. B schon andeutet. BekannteKnollenbildung durch Restlicht in Kellernist als kurios zu werten, nicht als ernsthafteErnte. Über die offen gehaltene Frage 8 wäreje nach Qualität zu entscheiden.

I-II 1.22.43.23.3

7

Material B

Quelle: Hendrik Frank, Wolfsburg

II-III

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39

3 Die Güte einer aufgestellten Hypothese isteinerseits an der gewählten Ausgangsfragezu messen, andererseits an einer sachlichkorrekten und klaren Formulierung.Im Falle der Frage 5 könnte eine möglicheHypothese lauten: „Die Kartoffel bildet Triebe aus, weil dieTemperatur ein auslösender Faktor ist.“

II 7

4 Das zu planende Experiment ist in der Kon-zeption zu bewerten an der zuvor aufgestell-ten Hypothese, zudem an der sachlichen undmethodischen Schlüssigkeit.Im Falle des gewählten Beispieles (siehe 3)könnte ein Experiment so angelegt sein, dassnoch nicht keimende Kartoffeln trocken undlichtlos bei verschiedenen Temperaturen ge-lagert werden. Licht, Wasser, Erde als eben-falls mögliche auslösende Faktoren müssenausgeschlossen sein, z. B. durch Lagern derKartoffeln in einem stets dunklen Karton. DieTemperatur in den Kartons wird täglich zumungefähren gleichen Zeitpunkt über einenlängeren Zeitraum gemessen. Sinnvoll ist dasexemplarische Messen der Temperatur übereinen Tag. Das Beobachten der Kartoffeln ge-schieht täglich an einem möglichst dunklenOrt. Veränderungen des Aussehens werdenprotokolliert. Messungen (Kartoffelgewicht,Trieblänge...) sind denkbar. Auch das Fehlenvon Veränderungen wird protokolliert.

II 1.4 68

23

5 Das durchgeführte Experiment ist zu bewer-ten an der Gründlichkeit der Beobachtun-gen, an der Sorgfalt des Protokollierens, amFehlen von Interpretationen.

6 Die Interpretation der Beobachtungen wer-den bewertet an der sachlichen und methodi-schen Schlüssigkeit ihrer Darlegung, am Er-kennen möglicher Fehlerquellen, am Ab-schätzen des Fehlerwertes und der Fehlerbe-deutung und an der Rückbeziehung auf dieArbeitshypothese. Die Aufgabe ist auchdann vollständig und sinnvoll gelöst, wennFehler das Ergebnis beeinträchtigen unddiese Beeinträchtigung erkannt wird.

8 57

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

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40

9. Aufgabenbeispiel: Knochen aus Papier

Basiskonzept Struktur und Funktion

Jenny liegt im Krankenhaus. Ihr Pferd schlug aus, traf das rechte Schien-bein, nun ist das Bein gebrochen. Jennys Freundinnen Johanna und So-phie tragen die Frage, wie stabil ein Knochen eigentlich ist, in den Biolo-gieunterricht. Sie untersuchen den aufgesägten Röhrenknochen einesTieres aus der Biologiesammlung und stellen fest, dass er innen hohl ist(Bild 1). Bei Nachschlagen im Biologiebuch finden sie die BezeichnungRöhrenknochen, aber auch die Information, dass im lebenden Knochender „Hohlraum“ erfüllt ist vom Knochenmark.

Die beiden Mädchen wissen vom Zu-sammenhang zwischen der Masse ei-nes Lebewesens und der Stärke seinerKnochen. Massive Knochen vergrö-ßern die Stabilität, erhöhen allerdingsauch die Masse. Eine große Masse be-lastet den Körper bei der Bewegungund erhöht den Energiebedarf. So hatsich in der stammesgeschichtlichenEntwicklung der Wirbeltiere der Röhrenknochen offenbar als optimalerKompromiss entwickelt.

Johanna meint, dass die Knochen mit zuneh-mendem Durchmesser stabiler werden. Miteinem Modellexperiment wollen sie dieseHypothese prüfen. Ihr Knochenmodell be-steht aus einer Papierröhre von 25 cm Länge.Sie verwenden Papier gleicher Papierquali-tät. und verändern jeweils den Durchmesserder Papierröhre. Die Röhren werden waage-recht mit Stativmaterial befestigt (Bild 2).

6 Im Falle des gewählten Beispieles könntenfolgende methodische Fehler auftreten underkannt werden: Unterschiedliche Qualität der Kartoffeln zuVersuchsbeginn, wenig konstante Tempera-turbedingungen an wärmeren Standortender Kartons, Restlicht als „Störfaktor“ beimtäglichen Protokollieren…Beim Rückbezug auf die Arbeitshypothesekönnte je nach Ergebnis argumentiert wer-den, dass das Licht vermutlich ein mit ent-scheidender Faktor ist.

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

Quelle: http://www.qca.org.uh/downloadsks 3_test_chang_lttrs_2003.pdf

Quelle: Jens Schorn, Berlin (Kommission)

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41

Die Stabilität der „Papierknochen“ messen die Mädchen, indem sie jedeRöhre mit einer unterschiedlichen Anzahl von 50-g-Gewichten belasten,bis die Röhre in der Mitte einknickt. Diese Werte tragen sie in die Tabelleein. Das Ergebnis stellt die nachfolgende Tabelle dar.

Aufgabenstellung:

1. Stellen Sie die Werte der Tabelle in einer geeigneten Form grafisch dar.

2. Ermitteln Sie, welche Tabellenwerte Johannas Hypothese stützen undwelche nicht.

3. Johanna wundert sich, dass sie bei 15 als auch bei 20 mm Durchmesserder Modellknochen identische Werte erhalten hat. Beschreiben Sie Wege, wie Sie den genauen Messpunkt für den Durch-messer, bei dem die Stabilität der Papierröhre abnimmt, ermittelnkönnten.

Durchmesser (mm) in der Papierröhre

Masse (g),bei der der Modellknochen einknickt

5 100

10 150

15 200

20 200

25 150

30 100

35 50

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196.34 Schulwesen

42

4. Sophie ist zum einen fasziniert von den Messergebnissen ihres Modell-versuches, zum andern hegt sie Zweifel, ob der gewählte Versuchsauf-bau die Stabilität von Röhrenknochen hinreichend gut erklärt. Siedenkt über Versuchsvarianten nach.Beschreiben und begründen Sie sinnvolle Versuchsvarianten.

Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1. I-II 13 2

2. Johannas Hypothese bestätigt sich beiDurchmessern bis zu mindestens 15 mm.Größere Durchmesser (ab 20 mm) vermin-dern die Stabilität.

II 6

3. Drei Möglichkeiten: – Messung mit weiteren Papierröhren,– Grafische Ermittlung über den Schnitt-

punkt nach Einzeichnen von Geraden ent-lang der Messpunkte,

– mathematische Ermittlung über die Tabel-lenwerte.

Es existiert ein optimaler Durchmesser fürdie Stabilität der Modellknochen. DieserWert liegt bei den gewählten Versuchsbedin-gungen bei 17,5 mm.

II 7

4. � Variation der Papierdicke (Knochenwand-stärke),

� Variation der Röhrenlänge (Länge desRöhrenbereichs),

� Füllen des Papierrohres mit leichtem Ma-terial (Knochenmark),

� Verstrebungen innerhalb der Röhre am Ortder Belastung (Bälkchengerüst),

� Wechseln der Materialeigenschaften durchanderes Material (Knochensubstanz)

und andere sinnvoll begründete Varianten.

IIIII

2.4 136

Stabiltät von Knochenmodellen

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Durchmesser in mm

Mas

se b

ei d

er d

ie M

od

elle

ein

knic

ken

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10. Aufgabenbeispiel: Gegliederte Vielfalt

Basiskonzept Struktur und Funktion

Material 1:

Quelle 1, 2, 3, 4, 7: „Becherlupenkartei“; Dittmann, Jürgen und Köster, Heinrich: Tiere in Tümpeln,Seen und Bächen, Verlag an der Ruhr, 2000

Quelle 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14: „Becherlupenkartei“; Dittmann, Jürgen und Köster, Heinrich:Tiere in Kompost, Boden und morschen Bäumen, Verlag an der Ruhr, 1999

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196.34 Schulwesen

44

Material 2: Das Foto stellt das Tier mit der Nummer 7 in Material 1 dar.

Aufgabenstellung:

1. Ordnen Sie die Tiere in Material 1 anhand ihres Körperbaus und be-gründen Sie Ihre Zuordnung anhand der von Ihnen gewählten Ord-nungskriterien.

2. Betrachten Sie das in Material 2 abgebildete Tier und entscheiden Sie,inwiefern es durch bestimmte Körperstrukturen an ein Leben im „frei-en Wasser“ angepasst ist, und kreuzen Sie richtige Aussagen an.a) � Die geringe Körpermasse des Tieres verhindert grundsätzlich

ein Einsinken in das Wasser.b) � Die Körpermasse des Tieres verteilt sich über vier Beine, sodass

das Tier nicht einsinken kann.c) � Besonders lange, abgespreizte Beine verteilen das Körperge-

wicht auf einer größeren Oberfläche, sodass die Wirkung desKörpergewichts ausgeglichen wird.

d) � Die Flügel unterstützen die Laufbewegung auf dem Wasser, so-dass das Tier über dem Wasser schwebt und die Beine die Was-seroberfläche nur wenig berühren.

3. Entwickeln Sie auf der Grundlage gemeinsamer und unterschiedli-cher Merkmale einen Bestimmungsschlüssel, bei dem Ja/Nein–Ent-scheidungen zur Identifizierung eines einzelnen Tieres führen.

4. Bestimmen Sie die Namen drei oben abgebildeter Tiere mit Hilfe desgegebenen Bestimmungsschlüssels (siehe Anlage).

5. Vergleichen Sie die Logik Ihres eigenen Bestimmungsschlüssels mitder des vorgegebenen Schlüssels und erörtern Sie deren jeweiligeTauglichkeit.

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Erwartungshorizont:

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F E K B

1 Entwickeln von OrdnungskriterienMögliche Einordnung der Tiere nach: Bein-anzahl; Körpergliederung; Fühler; Flügelbe-sitz; Körperzeichnung;

II 2

2 Richtig ist die Antwort c. II 2.6

3 Aufstellen eines eigenen Bestimmungs-schlüssels mit „Ja-Nein“-Verzweigungen. Der AFB III liegt vor, wenn ein schlüssigerSchlüssel nach eigenen Kriterien erstelltwird. Es sollte ein Großteil Tiere logisch er-fasst werden. Der AFB II liegt vor, wenn ein Schlüssel er-stellt wird, der logische Elemente enthält. Essind weniger Tiere erfasst.

III

II

2.3 3 9

4 Bestimmung von drei Tieren mit Hilfe des ge-gebenen Bestimmungsschlüssels.

II 4

5 Vergleichen der eigenen Vorgehensweise mitdem auf Verwandtschaftsmerkmalen auf-bauenden dichotomen Bestimmungsschlüs-sel; Herausarbeiten der Gemeinsamkeitenund Unterschiede beider Schlüssel undÜberprüfung von deren Tauglichkeit.

III 8

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Anlage zum 10. Aufgabenbeispiel: Bestimmungsschlüssel für Gliedertiere

Ameise

Tiere mit mehr als 9Beinpaaren, immerohne Flügel, nur ein

Beinpaar proKörperring

Tiere mit 4Beinpaaren

Tiere mit 7Beinpaaren, seitlich

gerichtet

Tiere mit Beinen und einer erkennbaren Gliederung

über 20 Beinpaare

Fühler mehr als 10 Glieder,höchstens 15 Beinpaare

Erdläufer

Steinkriecher

alle Beine gleichgestaltet, langeFühler, Körper abgeflacht Wasserassel

alle Beine gleichgestaltet, nur einFühlerpaar deutlich sichtbar Mauerassel

echte Spinnen Spinne

Weberknecht

Pseudoskorpion

Tiere mit dreiBeinpaaren

ohne Flügel

Körper lang gestreckt,unter 15 Körperringen,

ausgeprägteMundwerkzeuge

Wespentaille,Fühler gekniet

Laufkäferlarve

Hinterleibmindestenszu 2/3 mitFlügelnbedeckt

nur vordereHälfte derDeckflügel

derb

Flügeldach überdem Hinterleib

Rücken-schwimmer

Vorderflügel zu Deckflügelngrößten Teil des Hinterleibs

umgewandelt, überdecken den

WasserskorpionFlügel flach überdem Hinterleib

getragenmit Atemrohr

1. und 2. Beinpaar weitvoneinander entfernt, keinAtemrohr, stark verkürzte

Vorderbeine

kein Atemrohr

Laufkäfer

Wasserläufer

oftMetallglanz

Gelbrandkäfer-larve

BehaarteKörperanhänge,

flacher Kopf mitmächtigenMandibeln

Asseln

Kopf und Brust nicht getrennt,ohne Fühler, Hinterleib durch

Einschnitt getrenntund ungegliedert

Vorder- und Hinterleib nichtgetrennt, sehr lange Beine

Vorder- und Hinterleib nichtgetrennt, Taster als Scheren

umgebildet

Quelle: Kommission

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11. Aufgabenbeispiel: Lesen mit dem Finger

Basiskonzept Struktur und Funktion

Material 1:

Abb.1 a: BRAILLE-Schrift Abb. 1 b: Blindenschrift im Aufzug

1. Buchstabengruppe der Braille-Schrift

2. Buchstabengruppe

3. Buchstabengruppe

Quelle: Kommission

Material 2: Tastsinn in der Haut

Bei Blinden ersetzt der Tastsinn den fehlenden Sehsinn. So lesen Blin-de mit dem Finger, indem sie im Papier oder anderen Oberflächen er-habene Punkte ertasten. Das Alphabet wird durch eine Punktkombi-nation aus 6 Punkten gebildet.

Worauf die Lesetauglichkeit des Fingers beruht, dokumentieren die inden Materialien 2 und 3 dargestellten Experimente.

� � � �� �

� � � �� �

� ���

� �� �

� �� �

� �� �

��� �

��� �

A B C D E F G H I J

� �

� �

� �� �� �

� �

� �

� �� �� �

� ���

� �

� �� �� �

� �� �� �

� �� �� �

��� �� �

� �� �� �

K L M N O P Q R S T

� �

� �

� �� �� �

� �

� �

� �� �� �

1 � � 42 � � 53 � � 6

U V X Y Z Punktbenennung

Quelle: Herbert Jelinek,Hamburg (Kommission)

ZungenspitzeZeigefinger-spitzeLippenrot

Zungenrand

Handballen

Stirn

Handrücken

Fußrücken

Nacken

Rücken

Messmethode: Wird der Abstand derbeiden Spitzen des Zirkels geringerals hier angegeben auf einen Haut-bereich gesetzt, hat eine Versuchs-person bei geschlossenen Augen denEindruck, als würde sie von nur ei-ner Spitze berührt. Quelle: Schmidt, R. F. (Hrsg.): Grundriss der Sinnes-

physiologie, Springer-Verlag, 1980, S. 99 (verändert)

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Material 3:Empfindlichkeitdes Tastsinnsim Handbereich

Hinweis: An der Innen-fläche der Hand wird der Stößel des Reizgerä-tes nur dann wahrge-nommen, wenn er in ei-ner bestimmten Tiefe in die Haut eindrückt. Bei den Zahlenangaben handelt es sich um Tau-sendstel Millimeter.

Aufgabenstellung:

1.1 Ermitteln Sie, welche der sechs Punkte zur Bildung der Buchstaben Abis J der Braille-Schrift (Material 1, Abb. 1a) kombiniert werden.Zeichnen Sie drei weitere Punktkombinationen, die bei der Gestal-tung dieser 1. Buchstabengruppe der Blindenschrift nicht berück-sichtigt wurden.

1.2 Ermitteln Sie ebenso das Gestaltungsprinzip für die BuchstabenreiheK bis T (2. Gruppe) und U – Y (3. Gruppe) durch Vergleichen mit denBuchstaben der 1. Gruppe. Zeichnen Sie wieder je drei Punktkombi-nationen, die bei der Gestaltung der 1. und 2. Buchstabengruppenicht berücksichtigt wurden.

1.3 Ergänzen Sie die Punkte für den Buchstaben Z.1.4 Sie das Gestaltungsprinzip der Zahlen (Material 1, Abb. 1b).2. Ermitteln Sie die Fragestellungen, die den Versuchsanordnungen in

Material 2 und 3 zugrunde liegen, und nennen Sie die jeweiligen Er-gebnisse!

3. Erläutern Sie umfassend, warum sich insbesondere die Fingerspitzenzum Lesen eignen.

Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1.1 1. Buchstabengruppe: Die Zeichen für dieBuchstaben werden durch die Punkte 1, 2,4 und 5 konstruiert. (Andere Formulie-rungen möglich.) Ergänzungen: z. B. nurPunkt 5; Punkt 4 und 5; 2 und 5. Auchzeichnerische Darstellung möglich.

II 37

9

1.2 2. Buchstabengruppe: Den Zeichen der 1.Gruppe ist jeweils Punkt 3 zugefügt. Er-gänzungen: 5,3; 4,5,3; 2,5,3 …

Quelle: Schmidt, R. F. (Hrsg.) Grundriss der Sinnesphysiologie,Springer-Verlag, 1980, S. 97 (verändert)

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Aufbau und Ordnung des Schulwesens196.34(Allgemeinbildende Schulen)

49

1.2 3. Buchstabengruppe: Den Zeichen der 1.Gruppe sind jeweils die Punkte 3 und 6zugefügt. Ergänzungen: 5,3,6; 4,5,3,6; 2,5,3,6 …

1.3 � �� �� �

Jede Ziffer wird durch die Punkte 3, 4, 5und 6 codiert, der Zahlenwert (1, 2, 3,4…) nutzt dann die Punktkombinatio-nen der ersten Buchstaben des Alpha-bets

1.4 in aufsteigender Folge.

2 In der in Material 2 dargestellten Versuchs-anordnung wird der Frage nachgegangen,wie groß das räumliche Auflösungsvermögeneiner Hautpartie ist, zwei gleichzeitig gege-bene Druckreize (Reize für den Tastsinn) ge-trennt wahrzunehmen. Das Auflösungsver-mögen der Haut im Rücken- und Nackenbe-reich ist mit 5 bis 7 cm sehr gering und mit1 bis 2,3 mm in der Zungenspitze und denFingerspitzen am höchsten.In der in Material 3 dargestellten Versuchs-anordnung wird der Frage nachgegangen,wie stark ein Druckreiz (Reiz für den Tast-sinn) ausgeübt sein muss, um wahrgenom-men zu werden. Der Untersuchungsbereichbeschränkt sich auf die Handinnenfläche.Die Sensibilität der druckempfindlichenSinnes-zellen ist mit 7 bzw. 6 µm Eindruck-tiefe im Fingerspitzenbereich am größtenund nimmt zur Handinnenfläche deutlich ab. Alle Aussagen in sachgerechter Schülersprache oh-ne Kenntnis von Mechanorezeptoren.

II 2.4 7

3 Der Abstand zwischen zwei Druckpunktenist in der Zungenspitze mit 1 mm geringer alsin der Fingerspitze. Theoretisch müsste dasLesen mit der Zunge am besten gelingen. Diehohe Beweglichkeit der Finger, die großeDichte der Tastsinneszellen in der Finger-spitze, die hohe Sensibilität für Druck imFingerspitzenbereich und die Unabhängig-keit von hygienischen Überlegungen bedin-gen die besonders gut nutzbare Tauglichkeitder Fingerspitzen als Ersatzsinnesorgan fürdas Lesen.

III 1.22.3

6 2

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

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196.34 Schulwesen

50

12. Aufgabenbeispiel: Wenn das Auge älter wird …

Basiskonzept Struktur und Funktion

Material 1: Aufbau des Auges

In der Schutz gebenden knöchernen Augenhöhle liegt der empfindli-che „Augapfel“. Ihn umkleidet außen die stabile Lederhaut, die imlichtzugänglichen Bereich des Auges lichtdurchlässig ist und den Na-men Hornhaut trägt. Unter der Lederhaut liegt die Aderhaut. Sie istvon feinsten Blutgefäßen, den Kapillaren durchzogen, die dem AugeSauerstoff und Nährstoffe zuführen bzw. Kohlenstoffdioxid und ande-re Stoffwechselprodukte abtransportieren. Form gebend für den Aug-apfel ist der das Innere ausfüllende Glaskörper. Er enthält eine klareFlüssigkeit.

In der Alltagssprache meinen wir mit „Augen“ zumeist nur den sicht-baren Teil des Gesamtauges, der mit dem Augenlid verschlossen wer-den kann. Das Augenlid befeuchtet und reinigt ständig durch den Lid-schlag die Hornhaut mit Hilfe von Tränenflüssigkeit. Die unter derHornhaut sichtbare „Regenbogenhaut“ ist bei jedem Menschen andersgefärbt. Sie ist die farbige äußerste Zellschicht des Irismuskels, der dasschwarz aussehende Pupillenloch weitet oder verengt. Durch die Pu-pille fällt nach Durchdringen der klaren Hornhaut Licht in das Augen-innere. Die veränderliche Pupillenweite ermöglicht ein Regulieren derLichtmenge im Augeninneren.

Hinter der Pupille liegt die Linse. Ein Muskel, der Ziliarmuskel, verän-dert die Form der Linse. Er rundet sie beim Nah-Sehen und flacht sieab beim Fern-Sehen. Dieser Vorgang heißt Akkomodation. Lichtbre-chung erfolgt immer dann, wenn das Licht in einen Augenbereich ge-langt, der eine andere optische Dichte aufweist als der Bereich zuvor.So kommt es zur Lichtbrechung in der Hornhaut, im dahinter liegen-den Wasser der Vorkammer, der Linse und im Glaskörper.

Das Licht passiert zunächst also die Hornhaut, das Vorkammerwasser,die Linse, den Glaskörper und erreicht dann die lichtempfindlicheNetzhaut. Die Netzhaut enthält lichtempfindliche Sehsinneszellen, dieZapfen und die Stäbchen. Die Sinneszellen reagieren auf Lichtreize.Man sagt, sie werden durch Lichtreize erregt. Die Erregung wird anden Sehnerv weiter gegeben und über diesen zum Gehirn geleitet. Das„für uns sichtbare“ Bild entsteht also erst im Gehirn.

Quelle: Kommission

Was wäre, wenn es um uns herum ständig dunkel wäre und wir nichtsmehr sehen könnten? Eine schreckliche Vorstellung! In der Tat ist derSehsinn der Leitsinn für den Menschen. Das Sehen erachten wir alsselbstverständlich, in Wirklichkeit ist das Sehen die Leistung eineskompliziert gebauten Sinnesorganes und des Gehirns. Im Alter nimmtdie Sehleistung ab.

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Material 2:

Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/5/58/Auge.jpg

Material 3:

Quelle: Scharf, Karl-Heinz (Hrsg.): Naturplus, Physik/Chemie/Biologie für bayerische Haupt-schulen, 6. Jahrgangsstufe, Hannover, 1998, S. 109

Material 4:

Quelle: Sommer, Karl (Hrsg.): Der Mensch: Anatomie, Physiologie, Ontogenie, Volk und WissenVerlag, Berlin 1990

Alter in Jahren 10 20 30 40 50 60

Nahpunkt in cm 7 9 12 22 40 100

4

5

6

7

3

1

2

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196.34 Schulwesen

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Material 5: Ein weitsichtiges Augebraucht eine Brille.

Die Elastizität der Linse lässtim Alter nach. Dies führt zurAltersweitsichtigkeit.Daher kann sich die Linsenicht mehr so stark abrunden,wie es für das Nah-Sehen not-wendig ist.

Eine Brille mit Sammellinsegleicht die mangelnde Elastizi-tät der Linse aus.

Aufgabenstellung:

1.1 Benennen Sie mit Hilfe des Materials 1 die nummerierten Teile desAuges in Material 2. Ordnen Sie ihnen ihre jeweilige Funktion zu. Be-nutzen Sie dazu die Spalte 1 und 2 der Tabelle.

Tabelle

1.2 Nennen Sie 3 Teile des Auges, die in Material 2 nicht erkennbar sind.

1.3 Kennzeichnen Sie alle Teile des Auges in der Spalte 3 der Tabelle miteinem Kreuz, sofern sie den Strahlengang des Lichts brechend beein-flussen.

2. Das Material 3 will vereinfachend darstellen, wie ein Bild in unseremAuge entsteht. Durch die starke Vereinfachung sind sachliche Fehlerentstanden. Entdecken Sie fehlerhafte Stellen und begründen Sie,warum aus Ihrer Sicht ein Fehler vorliegen muss.

Teile des Auges Funktion lichtbrechende Teile

1

2

3

4

5

6

7

Quelle: Scharf, Karl-Heinz (Hrsg.): Natur plus,Quelle: Physik/Chemie/Biologie für bayerischeQuelle: Hauptschulen, 6. Jahrgangsstufe, HannoverQuelle: 1998, S. 115

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3. Mit fortschreitendem Alter verschlechtert sich der Sehsinn so, dassvielfach Kleingedrucktes nicht mehr gelesen werden kann. Analysieren Sie die Ursache der „Altersweitsichtigkeit“. BeziehenSie bei Ihrer Darstellung auch die Informationen aus Material 4 undMaterial 5 mit ein.

4. Erklären Sie Ihrer Tante, die darüber klagt, dass sie die Preise auf denVerpackungen im Supermarkt nicht mehr erkennen kann, mit eige-nen Worten das Phänomen der „Alterweitsichtigkeit“. Geben Sie ihreinen ernst gemeinten Rat.

Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1 1.1 I 8

Teile desAuges

Funktion Lichtbre-chende Teile

1 Pupille Regelung der Licht-menge

2 Hornhaut Schutzeinrichtung des Auges und Durchlass-stelle für Licht

X

3 Lederhaut Schutzhülle

4 Regen4 bogenhaut/4 Irismuskel

Verkleinerung/Vergrö-ßerung der Pupille

5 Linse Nah- und Ferneinstel-lung

X

6 Aderhaut Versorgung des Auges mit Sauerstoff und Nährstoffen, Entsor-gung von Kohlenstoff-dioxid und Stoffwech-selprodukten

7 Sehnerv Weiterleitung der Erre-gung an das Gehirn

1.2: Nicht erkennbar sind die Netzhaut, der Glaskör-per, das Lid, der Ziliarmuskel …

I 8

1.3: Siehe 3. Spalte in 1.1 I-II 7

2 In der Abbildung wird durch Darstellung der Rand-strahlen, die von einem Gegenstand ausgehen, gezeigt,dass im Auge auf der Netzhaut ein umgekehrtes, ver-kleinertes, scharfes Bild entsteht. Das ist prinzipiellrichtig.

II 13 8

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196.34 Schulwesen

54

2 Die Abbildung vereinfacht zu stark, weil die Lichtbre-chung an allen lichtbrechenden Teilen nicht dargestelltwird. Das Bild auf der Netzhaut stellt einen krummenBleistift dar, weil das Bild in die Krümmung der Netz-haut gefügt wird. Die Größenverhältnisse sind falsch,denn der Bleistift ist zu groß dargestellt. Diese Darstel-lung eines zu großen und krummen Bleistiftes erzeugtFehlvorstellungen. In Wirklichkeit entsteht das Bild ei-nes geraden Bleistiftes im Gehirn. Die Bildverarbei-tung durch die gereizten Sinneszellen der Netzhaut istsehr komplex und führt zu einem bewussten Eindruckeines geraden, aufrechten „Bildes“ im Gehirn.Aufgabe mit Querverbindung zur Physik. Physikkenntnissewerden genutzt.

3 Bis zum Alter von 30 Jahren kann das Auge nahe Ge-genstände bis 12 cm Abstand vom Auge scharf abbil-den. Ab 40 Jahren nimmt diese Fähigkeit ab. Mit 50Jahren entfernt sich der Abstand des scharfen Erken-nens naher Gegenstände auf 40 cm vom Auge, bei60jährigen Personen liegt sie bereits bei einem Meter.Die Ursache liegt in der nachlassenden Elastizität derAugenlinse. Die zu flache Linse bildet das Bild des Ge-genstandes scheinbar erst hinter der Netzhaut scharfab, auf der Netzhaut erscheint daher ein zu kleines, un-scharfes Bild. Die Sammellinse einer Brille wirkt zu-sammen mit der Augenlinse bei größtmöglicher Abrun-dung wie eine stark abgerundete Augenlinse. Die Bild-entstehung verschiebt sich auf diese Weise wieder inden Netzhautbereich.

II 6 28

4 Eine mögliche Lösung dieser Aufgabe wird beispiel-haft geschildert.Der Tante Trost spenden: Alle Menschen leiden mit zu-nehmendem Alter an Altersweitsichtigkeit. Erklärungdes Phänomens durch Präsentieren eines Gegenstandesin unterschiedlichen Abständen zum Auge, möglichstdurch Hinzuziehung weiterer Personen jüngeren Alters(in Anlehnung an die Zahlenwerte der Tabelle 1). Der Tante Rat geben: Empfehlung einer Brille mit fla-cher Sammellinse; auch hier könnte durch eine Lupedie Wirkung der Brille erklärt werden. Informationenzum Auge sind nur nötig bezüglich der Linse, ihrerlichtbrechenden Funktion und der Netzhaut als Ort derBildentstehung und Wahrnehmung eines Lichtreizes.Angestrebt sind sachrichtige Erklärungen in Anlehnung an All-tagsvorstellungen.

II 7

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

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13. Aufgabenbeispiel: Galaktosämie – Chancen und Grenzen der Diagnose einer genetisch bedingten Krankheit

Basiskonzept Entwicklung

Quelle: Unterricht Biologie, Heft 180, S. 29, 1992, Die pazifische Sardelle, Text verändert

Material 1: Familiendiagramm einer Familie, in der Galaktosämie aufge-treten ist

Die Stammbaumanalyse (Familiendiagrammanalyse) zählt neben derZwillingsforschung zu den wichtigsten Methoden der Humangenetik.Durch die Verfolgung von Krankheitsmerkmalen über mehrere Gene-rationen können genetische Beratungsstellen besorgten Eltern Aus-kunft darüber geben, mit welcher Wahrscheinlichkeit ihre Kinder einegenetisch bedingte Krankheit haben könnten, die bei Vorfahren oderanderen Verwandten aufgetreten ist.

Heute ist man mit Hilfe der Methoden der modernen Medizin in derLage, Gene, die bestimmte Krankheiten verursachen, bereits beim un-geborenen Kind nachzuweisen. Im Rahmen von vorgeburtlichen Un-tersuchungen kann eine Fruchtwasseruntersuchung (Amniozentese)durchgeführt werden (vgl. Material 2).

Eine bekannte erbliche Stoffwechselkrankheit, die mit Hilfe einerFruchtwasseranalyse diagnostiziert werden kann, ist die Galaktosä-mie (vgl. Stammbaum einer Familie in Material 1). Das ist eine gene-tisch bedingte Krankheit, bei dem ein Bestandteil des Milchzuckers,die Galaktose, nicht zu Glukose (Traubenzucker) umgewandelt wer-den kann. Galaktose reichert sich daher in leicht abgewandelter Formim Körper an und führt schon in kurzer Zeit zu Schädigung der Leber,der Niere, der Augenlinse und des Gehirns. Bleibt die Krankheit uner-kannt, sterben die Säuglinge innerhalb weniger Monate. In den letztenJahren hat die Medizin in der Behandlung von Galaktosämiekrankengroße Fortschritte erzielt. Bei Früherkennung kann eine galaktose-und milchzuckerfreie Diät verordnet werden. Diese führt dann zu ei-ner normalen Entwicklung der betroffenen Kinder mit dieser gene-tisch bedingten Stoffwechselkrankheit.

Quelle: Kommission

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Material 2: Ablauf einer Fruchtwasseruntersuchung

Quelle: Biologie heute 2 GES, 1989 Schroedel Schulbuchverlag GmbH, Hannover 1989, Druck A1996, hrsg. von Günther Rabisch

Aufgabenstellung:

1. Ermitteln Sie anhand von Material 1 den zugrunde liegenden Erbgangfür Galaktosämie. Begründen Sie Ihre Schlussfolgerungen.

2. Versetzen Sie sich in die Rolle einer Mitarbeiterin oder eines Mitarbei-ters in einer genetischen Beratungsstelle.Erklären Sie den Eltern (Person 16 und 17) adressatengerecht, mitwelcher Wahrscheinlichkeit das ungeborene Kind (Person 22) Galak-tose abbauen kann oder nicht, d.h. eine milchzuckerfreie Diät benötigtoder nicht, um sich normal zu entwickeln.Nutzen Sie als Hilfsmittel dazu auch ein entsprechendes Kreuzungs-schema.

3. Beschreiben Sie den Ablauf einer Fruchtwasseranalyse mit Hilfe desMaterials 2.

4. Erörtern Sie den Nutzen und die Risiken dieses Verfahrens.

5. Nehmen Sie kritisch Stellung zu der Frage, ob Sie als Mitarbeiterinoder Mitarbeiter einer genetischen Beratungsstelle eine Fruchtwas-seranalysea) im unter 2. beschriebenen Beratungsfall,b) als routinemäßiges Verfahren bei jeder Schwangerschaft

empfehlen würden.

Fruchtwasser

wasserFrucht-

BiochemischeUnterscuhung

Zellen desUngeborenen

MikroskopischeUntersuchung

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Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1 Es handelt sich um einen dominant-rezessi-ven Erbgang, da keine zwischenelterlichenPhänotypen auftreten.Das Merkmal für die Galaktosämie beruhtauf einem rezessiven Gen, da in drei Ehen ge-sunde Eltern auch kranke Kinder bekom-men; d.h. die Eltern tragen das Gen für dieKrankheit verdeckt in ihrem Genotyp.Der Erbgang ist nicht geschlechtschromoso-mengebunden, da gesunde Väter (Person 1, 6,17) kranke Töchter haben; außerdem über-wiegen bei den Kranken die Männer zahlen-mäßig nicht.

II 3.1 1113

38

2 Kreuzungsschema:Legende:G = Allel (Gen) für gesundg = Allel (Gen) für krank(alternative Buchstabenwahl A bzw. a auchdenkbar)

Eltern

Geschlechts-zellen

Kinder

ZahlenverhältnissePhänotyp

Die Personen 16 und 17 müssen mischerbigsein, da sie bereits ein krankes Kind haben.

Verständliche Formulierung auf der Grund-lage der zweiten Mendelschen Regel beträgtdie Wahrscheinlichkeit für ein weitereskrankes Kind 25%. Zu 75% könnte das unge-borene Kind gesund sein.

II 3.1 5 93

3 Beschreibung der Amniozentese:Zunächst entnimmt man mit einer feinenKanüle, die durch die Bauchdecke der Mut-ter geführt wird, etwas Fruchtwasser. Vonden Zellen des Fetus, die sich in der Flüssig-keit absetzen, werden Zellkulturen angelegt.Der Überstand ohne Zellen wird bioche-misch untersucht.

I 8

GG

GgX

G g

Gg Gg gg

Gg

G g

gesund krank3 : 1

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196.34 Schulwesen

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4 Zum Nutzen:

Die Zellen des Fetus können dann unter ei-nem Mikroskop untersucht werden, sodassChromosomenveränderungen (und das Ge-schlecht) erkannt werden können.

Im Überstand kann das Vorhandensein vonbestimmten chemischen Stoffen auf Stoff-wechselkrankheiten beim ungeborenen Kindhindeuten (siehe Text Galaktosämie).

Zu den Risiken:

Infektion, seelische Belastung der Mutter,Verletzung des Fetus, Gefährdung derSchwangerschaft

II-III 3.1 8 8 2

5 zu a)

Im vorliegenden Fall ist eine Fruchtwasser-analyse anzuraten, da die familiäre Krank-heitsgeschichte einen direkten Hinweis aufdie mögliche Erbkrankheit liefert (gezieltebiochemische Analyse denkbar) und da beiFrüherkennung medizinische Nachteile fürden Säugling durch eine spezielle Diät ver-hindert werden könnten.

zu b)

Zu einer vorgeburtlichen Routineuntersu-chung bei jeder Schwangerschaft sollte nichtgenerell geraten werden, sondern die Ent-scheidung ist abhängig zu machen von einerdifferenzierten Abwägung verschiedener Ar-gumente wie z.B.

Ø dem InfektionsrisikoØ dem Krankheitstyp Ø den Therapiechancen für das UngeboreneØ dem Alter und der persönlichen Situation

der ElternØ dem Abwägen der Kosten für die Kran-

kenkassenØ etc.

Bei jeder Beratung ist auch zu beachten, dassEltern in Konfliktsituationen geraten kön-nen und für eine mögliche Entscheidung füroder gegen Abtreibung Hilfestellungen brau-chen.

III 12

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

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14. Aufgabenbeispiel: Hilfe für Parkinsonkranke?

Basiskonzept Entwicklung

Material 1:

Quelle: Kommission

5 Auch möglich eine generelle Reflexion: Ist ei-ne Gesellschaft ohne Behinderte oder Kran-ke eine menschliche Gesellschaft?Hier sollen unterschiedliche Sichtweisen eingenom-men werden (Perspektive der Eltern, des Ungebore-nen, der Gesellschaft...).

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

Gewinnung von embryonalen Stammzellen

wenige Tage alter Embryo im Stadium des Blasenkeims mit Stammzellen im Inneren

1

2

3

4

Eizelle Spermium

Befruchtung außerhalb des Körpers

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Material 2: Therapeutisches Klonen

Quelle: Kommission

Material 3: Auszug aus dem Embryonenschutzgesetz (ESchG)vom 13.12.1990

Gesetz zum Schutz von Embryonen

Wenn man sich in den Finger schneidet, werden z.B. Muskelzellen undHautzellen zerstört. Bei der Heilung werden die zerstörten Zellen er-setzt. Die neuen Zellen bilden sich aus Stammzellen. Für Muskelzellenund Hautzellen gibt es gesonderte Stammzellen, aus denen keine an-dersartigen Zellen hervorgehen können.

Die befruchtete Eizelle ist ebenfalls eine Stammzelle. Aus ihr gehen al-le Typen von Zellen des Körpers hervor. Auch die ersten Zellen des Em-bryos, die aus der befruchteten Eizelle durch Teilung entstehen, sindStammzellen, die in ihrer Entwicklung noch nicht festgelegt sind. Siekönnen sich zu unterschiedlichen Gewebezellen entwickeln. Sie wer-den aus einem Embryo entnommen, wenn dieser das Entwicklungssta-dium eines Blasenkeims erreicht hat. Solche embryonalen Stammzel-len sind unter Laborbedingungen unbegrenzt teilungsfähig. Die so ge-wonnenen Zellen stammen aus einer Zelllinie. Sie nennt man Zellklo-ne, den Vorgang der Zellzüchtung nennt man Klonen.

Unter bestimmten Wachstumsbedingungen beginnen sich die embryo-nalen Stammzellen zu spezialisieren. Sie werden z. B. zu Vorläuferzel-len von Nervengewebe, von Muskelzellen oder Knorpelgewebe. SolcheZellen sind nun in ihrer Entwicklung festgelegt. Sie können sich nichtmehr zu andersartigen Gewebezellen umbilden.

Forschungsziel des therapeutischen Klonens ist nun, embryonaleStammzellen in krankes Gewebe beim Menschen einzusetzen. Dortsollen sich die jungen Zellen zu gesunden Gewebezellen entwickeln.

Die Gewinnung von embryonalen Stammzellen ist in Deutschland ver-boten. Somit ist auch das therapeutische Klonen in Deutschland ver-boten. Forschungsergebnisse zum therapeutischen Klonen liegen bei-spielsweise aus Südkorea vor.

§ 1 Missbräuchliche Anwendung von Fortpflanzungstechniken

(1) Mit Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder mit Geldstrafe wird be-straft, wer1. auf eine Frau eine fremde unbefruchtete Eizelle überträgt, 2. es unternimmt, eine Eizelle zu einem anderen Zweck künstlich zu

befruchten, als eine Schwangerschaft der Frau herbeizuführen,von der die Eizelle stammt,

3. ...

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——————3) extrakorporal = außerhalb des Körpers

Material 4: Auszug aus dem Stammzellgesetz (StZG) vom 28.6.2002

Gesetz zur Sicherstellung des Embryonenschutzes im Zusammenhangmit Einfuhr und Verwendung menschlicher embryonaler Stammzellen

§ 2 Missbräuchliche Verwendung menschlicher Embryonen

(1) Wer einen extrakorporal3) erzeugten oder einer Frau vor Abschlussseiner Einnistung in der Gebärmutter entnommenen menschlichenEmbryo veräußert oder zu einem nicht seiner Erhaltung dienendenZweck abgibt, erwirbt oder verwendet, wird mit Freiheitsstrafe bis zudrei Jahren oder mit Geldstrafe bestraft.

(2) Ebenso wird bestraft, wer zu einem anderen Zweck als der Herbei-führung einer Schwangerschaft bewirkt, dass sich ein menschlicherEmbryo extrakorporal weiterentwickelt. ...

§ 1 Zweck des Gesetzes

Zweck dieses Gesetzes ist es, im Hinblick auf die staatliche Verpflich-tung, die Menschenwürde und das Recht auf Leben zu achten und zuschützen und die Freiheit der Forschung zu gewährleisten,1. die Einfuhr und die Verwendung embryonaler Stammzellen

grundsätzlich zu verbieten,2. zu vermeiden, dass von Deutschland aus eine Gewinnung embryo-

naler Stammzellen oder eine Erzeugung von Embryonen zur Ge-winnung embryonaler Stammzellen veranlasst wird, und

3. die Voraussetzungen zu bestimmen, unter denen die Einfuhr unddie Verwendung embryonaler Stammzellen ausnahmsweise zuForschungszwecken zugelassen sind.

§ 4 Einfuhr und Verwendung embryonaler Stammzellen

(1) Die Einfuhr und die Verwendung embryonaler Stammzellen ist ver-boten.

(2) Abweichend von Absatz 1 sind die Einfuhr und die Verwendungembryonaler Stammzellen zu Forschungszwecken unter den in § 6 ge-nannten Voraussetzungen zulässig, wenn1. zur Überzeugung der Genehmigungsbehörde feststeht, dass

a) die embryonalen Stammzellen in Übereinstimmung mit derRechtslage im Herkunftsland dort vor dem 1. Januar 2002 ge-wonnen wurden und …,

b) die Embryonen … zum Zwecke der Herbeiführung einerSchwangerschaft erzeugt worden sind, sie endgültig nicht mehrfür diesen Zweck verwendet wurden und keine Anhaltspunktedafür vorliegen, dass dies aus Gründen erfolgte, die an den Em-bryonen selbst liegen,

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Material 5:

Eine häufige Krankheit im Alter – die Parkinson-Krankheit

Quelle: Kommission

Aufgabenstellung:

Zu Material 1:

1. Beschreiben Sie die vier Phasen des Verfahrens, mit dem embryonaleStammzellen gewonnen werden. Die Phasen lauten: � Befruchtungsphase, � Teilungsphase, � Isolie-rungsphase und � Kultivierungsphase.

Einer von hundert Sechzigjährigen ist an der Parkinsonschen Krank-heit erkrankt, manchmal geschieht dies schon in einem jüngeren Le-bensalter. Prominente wie der ehemalige Box-Weltmeister MohammedAli oder der Schauspieler Michael Fox erkrankten schon in jungenJahren, andere wie Papst Johannes Paul II. erst im hohen Alter.

Der Parkinsonpatient leidet unter Zittern der Hände im Ruhezustand,er bewegt sich langsam und schleppend. Vielfach wirken seine Ge-sichtszüge starr und emotionslos, obwohl er geistig rege und emotions-fähig ist. Dies liegt daran, dass in einem bestimmten Bereich des Groß-hirns, das für willkürliche und unwillkürliche Bewegung zuständig ist,ein wichtiger Botenstoff von Nervenzellen nicht mehr hergestellt wer-den kann. Diese Nervenzellen arbeiten fehlerhaft.

Worin könnte nun die Heilung bestehen? Bringt man embryonaleStammzellen in den Gehirnbereich ein, in der die Nervenzellen fehler-haft arbeiten, wachsen vor Ort gesunde Nervenzellen nach. Sie stellenden Botenstoff wieder her, die Symptome der Parkinson-Krankheitschwächen sich ab. Das Problem: Die Stammzellen werden als fremderkannt, wenn sie von einem fremden Menschen stammen.

Der Trick des therapeutischen Klonens besteht nun darin, nicht die be-fruchtete Eizelle eines anderen Paares zur Anzüchtung der embryona-len Stammzellen zu verwenden, sondern eine Eizelle, in die der Zell-kern einer Zelle des Patienten eingebracht wurde. Mit einer Mikropi-pette wird aus einer unbefruchteten Eizelle, die von einer Frau gespen-det wird, der Zellkern entfernt. Aus einer gesunden Körperzelle desPatienten wird der Zellkern entnommen und in die entkernte Eizellegebracht. Diese entwickelt sich nun wie ein normaler Embryo. Stamm-zellen aus dem Blasenkeimstadium werden später in das erkrankteNervengewebe eingepflanzt. Sie besitzen das gleiche Erbmaterial wiedie Nervenzellen und werden deshalb nicht abgestoßen.

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Zu Material 1 und 2:

2. Was sind embryonale Stammzellen?a) � Alle Zellen mit hoher Teilungsfähigkeit.b) � Gewebezellen, die von einer Zelle abstammen.c) � Zellen aus dem Inneren des Blasenkeims, deren Entwicklung

noch nicht festgelegt ist.d) � Alle Zellen des Blasenkeims, die sich zu einem Embryo entwi-

ckeln.e) � Zellen, die man künstlich im Labor zu Gewebezellen heran-

wachsen lässt.f) � Zellen eines Embryos im frühen Entwicklungsstadium (2-, -4-,

8-Zellen-Stadium).

Zu Material 2 sowie 3 und 4:

3. Erläutern Sie, wie das Verbot der Gewinnung von embryonalenStammzellen nach deutscher Gesetzgebung begründet wird.

4. Umschreiben Sie mit eigenen Worten den Wert eines menschlichenEmbryos, der mit den Auszügen aus den beiden deutschen Gesetzenzum Ausdruck kommt.

Zu Material 5:

5. Umschreiben Sie mit eigenen Worten, warum Parkinson-Patientensich für die Forschung mit embryonalen Stammzellen interessieren.

6. Die embryonale Stammzellenforschung ist umstritten.Schildern Sie den Konflikt und äußern Sie Ihre eigene Meinung.

Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1 1: Eine Eizelle wird außerhalb des Körpersvon einem Spermium befruchtet. 2: Die be-fruchtete Eizelle teilt sich. Es entsteht einmehrzelliger Embryo. Nach wenigen Tagenist ein Blasenkeim entstanden. 3: Aus demInneren des Blasenkeims werden Zellen ent-nommen, getrennt und in neue Kulturgefäßegetan. 4: Die Zellen teilen sich erneut. Essind embryonale StammzellenBeschreiben in sachrichtiger Schülersprache.

I-II 3.1 8 2

2 Die Aussagen c und f sind richtig. II 3.1 38

2

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3 Die Gewinnung von embryonalen Stammzel-len ist nach deutscher Gesetzgebung verbo-ten, weil sie dem § 1 des Stammzellgesetzeswiderspricht. Das Stammzellgesetz ergänztdas Embryonenschutzgesetz aus dem Jahre1990, nämlich den § 1, Absatz 2 des Embryo-nenschutzgesetzes. Die künstliche Befruch-

I-II 8 2

3 tung einer Eizelle darf nur das Ziel der Er-zeugung einer Schwangerschaft haben.

Die Methode widerspricht ferner dem § 2,Absatz 1 und 2, da der extrakorporal erzeug-te Embryo zu einem nicht seiner Erhaltungdienendem Zweck verwendet und nicht demZweck der Schwangerschaft zugeführt wird.

Anführen einer Begründung in sachrichtiger Schüler-sprache.

4 Ein menschlicher Embryo soll sich aus-schließlich zu einem Menschen entwickeln.Die Würde und der Schutz von Menschen giltauch für den Embryo, der sich in der Ent-wicklung befindet.

Beschreiben in sachrichtiger Schülersprache, Zitate er-wünscht

II 3.8 2

5 Parkinson-Patienten sind in der alltäglichenBewegung gehandicapt. Da sie geistig wohl-auf sind, leiden sie unter ihrer Krankheit, fürdie es noch keine erfolgreiche Therapie gibt.Die Stammzellforschung klingt vielverspre-chend. Wenn die Forschung erfolgreich ist,heilen eigene Zellen das erkrankte Nerven-gewebe. Nebenwirkungen durch Medika-mente unterbleiben. (auch andere Argumen-te)

II 8

6 Erkennen des Konflikts „Embryo als zu-künftiger Mensch, dessen Würde es zu schüt-zen gilt“ contra „Heilungschancen für Pati-enten, deren Krankheit mit traditionellenMitteln offenbar nicht geheilt werden kann.“Begründete Stellungnahme aus unterschied-licher Perspektive (Kranker bzw. Forscher,rechtliche Perspektive aus Sicht der deut-schen Gesetzgebung).

Gewertet wird die Begründung, nicht die Einnahme ei-ner bestimmten Meinung.

III 3.8 2

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

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15. Aufgabenbeispiel: Pflanzen wachsen auf Bäumen

Basiskonzept Entwicklung

Quelle: Angelika Frank (Kommission)

Material 1: Die Bromelie ist im tropischenRegenwald beheimatet und gehört zu den so genannten Ananasgewäch-sen. Im Lexikon findet sich folgende Information: „Ananasgewächse ge-hören zu den Aufsitzerpflanzen. Diese wachsen in Astgabeln von Bäumenund werden von Haftwurzeln gehalten. Während der heftigen täglichenRegenschauer im Regenwald sammeln Aufsitzerpflanzen Wasser amBlattgrund.“

Material 2: Biologen haben sich mit dem anatomischen Feinbau der Blät-ter beschäftigt. Was man mit dem Mikroskop sieht, zeigen die folgendenAbbildungen. Die Vergrößerungen sind dabei ungleich.

Abb. 1:

Blattoberfläche vonVrisea ensiformis in dermikroskopischenBetrachtung.3)

Zimmerpflanzen sind vielfach Gästeaus tropischen und subtropischen Re-gionen dieser Welt. Die Pflanze, umdie es in dieser Aufgabe geht, ist eineBromelie. Das Exemplar in der Abbil-dung heißt Vrisea ensiformis. Eineähnliche Pflanze steht zur Beobach-tung bereit.

3) „Positiv-Abzug mit Nagellack“: Der Abzug wurde durch Auftragen von klaremNagellack auf die Blattoberseite erhalten. Der getrocknete Nagellackfilm wurdeanschließend von der Blattfläche abgezogen und bei 120facher Vergrößerung mi-kroskopiert.

Quelle: Angelika Frank (Kommission)

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Abb. 2 a, b:

Blattquerschnitte bei mikroskopischer Betrachtung

Quelle: Katharina Schulte, Universität Frankfurt

Abb. 3:

Zeichnungen nach verschiedenen mi-kroskopischen Bil-dern angefertigt

Aufgabenstellung:

1. Nennen Sie mögliche Vor- und Nachteile des Lebens grüner Pflanzenauf Bäumen im Regenwald.

2. Informieren Sie sich über den Aufbau eines Laubblattes in IhremLernbuch.Erläutern Sie dann mit Hilfe der Textinformation und den Abbildun-gen 1 und 2 die Veränderungen im Blattbau einer Bromelie.Gießen Sie Wasser zwischen die Blätter der Bromelienpflanze und no-tieren Sie Ihre Beobachtung.

3. Stellen Sie eine begründete Hypothese zur Wasseraufnahme der Bro-melie auf.

4. Erklären Sie die Angepasstheit der Bromelie mit Hilfe von Mutationund Selektion.

Quelle: http://www.bogos.uni-osnabrueck.de/projekte/blitz/bromel.htm

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Erwartungshorizont:

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

F E K B

1. Überlegungen zu den Faktoren Licht,Wasser, Konkurrenz, Fortpflanzung, Mi-neralsalze

I 1.21.43.3

2. Im Gegensatz zu einem typischen Laub-blatt, dessen Spaltöffnungen auf derBlattunterseite erkennbar sind, zeigen dieMikroschnitte des Bromelienblattes aufder Blattoberseite tellerartige Strukturenmit einer Vertiefung in der Mitte. Die Ab-bildungen 2 a und b zeigen eine trichter-förmige Struktur im Querschnitt, die vonder Blattoberfläche in das Innere desBlattes führt. Die Strukturen verändernsich bei Trockenheit bzw. Feuchtigkeit.Die in den Abbildungen gebotenen Struk-turen könnten als „Trichter-“ oder „Ka-nalzellen“ umschrieben werden, die demBlattinneren vermutlich Wasser zuleiten,wie aus den Zeichnungen entnommenwerden kann. Der Begriff „Saugschuppe“ist nur bei Vorkenntnissen zu erwarten.Das Gießwasser bleibt zwischen den Blät-tern stehen.

II 2.32.4

2 24

3. Pflanze nimmt das Stauwasser mit denBlättern und nicht mit den Wurzeln auf. Die Hypothese erscheint wahrscheinlichdurch das Auffinden spezieller Gewebe-strukturen, die sich eignen könnten, umWasser aufzunehmen. Die Hypothese erscheint wahrscheinlichwegen des Sammelns des Wassers amBlattgrund.

III 2.62.4

78

6

4. Durch Mutationen entstehen genetischeund phänotypische Variationen, in die-sem Beispiel unterschiedliche Ausbil-dungen von Laubblättern. Durch abioti-sche und biotische Umweltfaktoren wer-den die Varianten ständig „überprüft“.Die Spaltöffnungen an der Oberseite desBlattes stellen in der Regel einen Nach-teil für die Pflanze dar (erhöhte Verdun-stung von Wasser). In feucht-warmen Ge-

II 1.41.52.63.63.7

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4 bieten mit einer hohen Niederschlags-menge werden sie zu einem entscheiden-den Selektionsvorteil, der sogar eine Re-duktion von ehemals Wasser aufnehmen-den Wurzeln erlaubt (Haftwurzeln). Die ineinem Evolutionsprozess entstandenenneuen Strukturen wurden einer neuenFunktion zugeführt und ermöglichten dieBesiedlung eines neuen Lebensraumes.

Erwartete Schülerleistung AFBStandards

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