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Deutzer Gymnasium Schaurtestraße
Schulinterner Lehrplanzum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe
BiologieAktualisierung: August 2014
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Inhalt
1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit 03
2 Entscheidungen zum Unterricht 05
2.1 Übersichtsraster der Unterrichtsvorhabenfür die Einführungsphase 05
2.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben für dieEinführungsphase 08
2.2.1 Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle 08
2.2.2 Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) 21
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1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit
Die hier vorgestellte Schule ist ein Gymnasium und liegt zentral im rechtsrheinischenGebiet von Köln. Exkursionen können im Stadtrandgebiet und der näherenUmgebung unter Nutzung des öffentlichen Nahverkehrs durchgeführt werden. DasSchulgebäude verfügt über zwei Biologiefachräume. In der Sammlung sindzahlreiche Modelle, Modellbaukästen, Anschauungsmaterial undAusstattungsmaterialien eines biochemischen oder auch biotechnologischen Laborsvorhanden. Mit den vorhandenen Mikroskopen können zwei Lerngruppen gleichzeitigversorgt werden. Zudem gehört zur Ausstattung des Faches Biologie eineFachbibliothek, zum Teil Als Präsenzbibliothek oder auch zum Verleih von Büchernin Klassensätzen. Die Fachkonferenz Biologie stimmt sich bezüglich in derSammlung vorhandener Gefahrstoffe mit der dazu beauftragten Lehrkraft der Schuleab. Für Internetrecherchen sind drei Computerräume vorhanden, in denen dieSchülerinnen und Schüler unter Anleitung oder auch selbstständig arbeiten können.Die Verteilung der Wochenstundenzahlen in der Sekundarstufe I und II ist wie folgt,wobei ein Stundenraster von 60 Minuten zu Grunde gelegt ist.
Jg. Fachunterricht von 5 bis 6
5 BI 3/0
6 BI 3/0
Fachunterricht von 7 bis 9
7 Bi 3/0
8 --
9 BI 3/0
Fachunterricht in der EF und in der QPH
10 BI 2,25
11 BI 2,25/3,75
12 BI 2,25/3,75
Die Unterrichtstaktung an der Schule folgt einem Raster von sechzig Minuten.In nahezu allen Unterrichtsvorhaben wird den Schülerinnen und Schülern dieMöglichkeit gegeben, Schülerexperimente durchzuführen; damit wird eineUnterrichtspraxis aus der Sekundarstufe I fortgeführt. Insgesamt werdenüberwiegend kooperative, die Selbstständigkeit des Lerners förderndeUnterrichtsformen genutzt, sodass ein individualisiertes Lernen in der SekundarstufeII kontinuierlich unterstützt wird. Hierzu werden sukzessive exemplarischkonkretisierte Unterrichtsvorhaben und darin eingebettet Überprüfungsformenentwickelt und erprobt.
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Der Biologieunterricht soll Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungenwecken und die Grundlage für das Lernen in Studium und Beruf in diesem Bereichvermitteln. Dabei werden fachlich und bioethisch fundierte Kenntnisse dieVoraussetzung für einen eigenen Standpunkt und für verantwortliches Handelngefordert und gefördert. Hervorzuheben sind hierbei die Aspekte Ehrfurcht vor demLeben in seiner ganzen Vielfältigkeit, Nachhaltigkeit, Umgang mit dem eigenenKörper und ethische Grundsätze.
Im Sinne einer Sensibilisierung bezüglich der globalen und sozialen Verantwortungdes Einzelnen einerseits sowie eines Heranführens an wissenschaftliches Arbeitenkooperieren wir in der Oberstufe fachlich mit zahlreichen unterschiedlichenInstitutionen. (Die Kooperationspartner der Sekundarstufe 1 sind hier nicht genannt.)
Hierzu gehören folgende Partner, bzw. außerschulische Lernorte:
- Universität zu Köln, z.B. Rheinlabor und Anatomie- Fa Bayer, Baylab- Biotechnologisches Labor Köln-PUB- Gut Ophoven, Leverkusen- NABU –Umweltbus Lumbricus- Arbeitskreis Schule und Psychiatrie- Zooschule Köln
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2 Entscheidungen zum Unterricht
2.1 Übersichtsraster der Unterrichtsvorhaben für die Einführungsphase
Einführungsphase
Unterrichtsvorhaben I:
Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I - Wie sind Zellen aufgebautund organisiert?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl K1 Dokumentation
Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)
Inhaltliche Schwerpunkte: Zellaufbau Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1)
Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 60 Minuten
Unterrichtsvorhaben II:
Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung habenZellkern und Nukleinsäuren für das Leben?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen
Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)
Inhaltliche Schwerpunkte: Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA
Zeitbedarf: ca. 9 Std. à 60 Minuten
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Unterrichtsvorhaben III:
Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutunghaben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen
Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)
Inhaltliche Schwerpunkte: Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2)
Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 60 Minuten
Unterrichtsvorhaben IV:
Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme inunserem Leben?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente
Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)
Inhaltliche Schwerpunkte:Enzyme
Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 60 Minuten
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Unterrichtsvorhaben V:
Thema/Kontext: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperlicheAktivität auf unseren Körper?
Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF3 Systematisierung B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen
Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)
Inhaltliche Schwerpunkte:Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel
Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 60Minuten
Summe Einführungsphase: 67 Stunden
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2.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben für die Einführungsphase
2.2.1 Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle
Unterrichtsvorhaben I: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut undorganisiert?Unterrichtsvorhaben II: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zellkern undNukleinsäuren für das Leben?Unterrichtvorhaben III: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung habentechnischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?
Inhaltliche Schwerpunkte: Zellaufbau Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA
Basiskonzepte:
SystemProkaryot, Eukaryot, Biomembran, Zellorganell, Zellkern, Chromosom, Makromolekül, Cytoskelett,Transport, Zelle, Gewebe, Organ, Plasmolyse
Struktur und FunktionCytoskelett, Zelldifferenzierung, Zellkompartimentierung, Transport, Diffusion, Osmose,Zellkommunikation, Tracer
EntwicklungEndosymbiose, Replikation, Mitose, Zellzyklus, Zelldifferenzierung
Zeitbedarf: ca. 34 Std. à 60 Minuten
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Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:
Unterrichtsvorhaben I:Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert?Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der ZelleInhaltliche Schwerpunkte:
ZellaufbauStofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1)
Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können …
UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben.UF2 biologische Konzepte zur Lösung von Problemen ineingegrenzten Bereichen auswählen und dabei Wesentliches vonUnwesentlichem unterscheiden.K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Datenstrukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitalerWerkzeuge.
Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicherAspekte
KonkretisierteKompetenzerwartungendes KernlehrplansDie Schülerinnen undSchüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/Methoden
Didaktisch-methodischeAnmerkungen undEmpfehlungen sowieDarstellung derverbindlichen Absprachender Fachkonferenz
SI-Vorwissen muliple-choice-Test zu Zelle, Gewebe,Organ und Organismus
Informationstexteeinfache, kurze Texte und Abbildungen zumnotwendigen Basiswissen
Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:SI-Vorwissen wird ohneBenotung ermittelt (z.B.Selbstevaluationsbogen)
Möglichst selbstständigesAufarbeiten des Basiswissenszu den eigenen Test-Problemstellen.
Zelltheorie – Wie entsteht auseiner zufälligen Beobachtung einewissenschaftliche Theorie?
Zelltheorie Organismus, Organ,
Gewebe, Zelle
stellen denwissenschaftlichenErkenntniszuwachs zumZellaufbau durchtechnischen Fortschritt anBeispielen (durch Licht-,Elektronen- und
Advance Organizer/Themenübersicht zurZelltheorie
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Fluoreszenzmikroskopie) dar(E7).
Was sind pro- und eukaryotischeZellen und worin unterscheidensie sich grundlegend?
Aufbau pro- undeukaryotischer Zellen
Fertigen mikroskopischePräparate an, dokumentierenErgebnisse in Skizzen(E2,E5)
beschreiben den Aufbau pro-und eukaryotischer Zellenund stellen die Unterschiedeheraus (UF3).
Mikroskopie tierischer und pflanzlicherZellenLicht-und elektronenmikroskopischeBilder sowie Modelle zu tierischen,pflanzlichen und bakteriellen Zellen,
Gemeinsamkeiten undUnterschiede derverschiedenen Zellen werdenerarbeitet. LM und EM-Bildwird mit Modell verglichen.
Wie ist eine Zelle organisiert undwie gelingt es der Zelle so vieleverschiedene Leistungen zuerbringen?
Aufbau und Funktion vonZellorganellen
Zellkompartimentierung Endo – und Exocytose Endosymbiontentheorie
beschreiben Aufbau undFunktion der Zellorganellenund erläutern die Bedeutungder Zellkompartimentierungfür die BildungunterschiedlicherReaktionsräume innerhalbeiner Zelle (UF3, UF1).
präsentierenadressatengerecht dieEndosymbiontentheoriemithilfe angemessenerMedien (K3, K1, UF1).
erläutern diemembranvermittelterStofftransport sowieVorgänge der Endo- undExocytose (u. a. am Golgi-Apparat, ER) (UF1, UF2).
erläutern die Bedeutung des
Stationenlernen/Gruppenarbeit,Gruppenpuzzle zuZellorganellen und zurDichtegradientenzentrifugation
Präsentation
Erkenntnisse werdendokumentiert
Hierzu könnte man wie folgtvorgehen:Eine „Adressatenkarte“ wirdper Zufallsprinzip ausgewählt.Auf dieser erhalten die SuSAngaben zu ihrem fiktivenAdressaten (z.B. Fachlehrkraft,fachfremde Lehrkraft,Mitschüler/in, SI-Schüler/inetc.). Auf diesen richten sie ihrLernprodukt aus. ZumLernprodukt gehört dasMedium (Flyer, Plakat, Podcastetc.) selbst und einestichpunktartige Erläuterung
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Cytoskeletts für denintrazellulären Transport [unddie Mitose] (UF3, UF1).
der berücksichtigten Kriterien.
Zelle, Gewebe, Organe,Organismen – WelcheUnterschiede bestehen zwischenZellen, die verschiedeneFunktionen übernehmen?
Zelldifferenzierung
ordnen differenzierte Zellenauf Grund ihrer Strukturenspezifischen Geweben undOrganen zu und erläuternden Zusammenhangzwischen Struktur undFunktion (UF3, UF4, UF1).ordnen die biologischbedeut-samenMakromoleküle (Koh-lenhydrate) den verschie-denen zellulären Strukturenund Funktionen zu und erläu-tern sie bezüglich ihrer we-sentlichen chemischen Ei-genschaften (UF1, UF3).
Mikroskopieren von verschiedenenZelltypen
Modellbaukasten Chemie
Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:Mikroskopieren von Frisch-und Fertigpräparatenverschiedener Zelltypen anausgewählten Zelltypen
Diagnose von Schülerkompetenzen:SI-Vorwissen wird ohne Benotung ermittelt (z.B. Selbstevaluationsbogen); Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Endeder Unterrichtsreihe (Überprüfen der Kompetenzen im Vergleich zum Start der Unterrichtsreihe)
Leistungsbewertung: Überprüfung/Tests zu Zelltypen und Struktur und Funktion von Zellorganellen ggf. Teil einer Klausur
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Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:
Unterrichtsvorhaben II:Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben?Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)Inhaltliche Schwerpunkte:
• Funktion des Zellkerns • Zellverdopplung und DNA
Zeitbedarf: ca. 9 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können …
UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen undErkenntnisse modifizieren und reorganisieren.E1 in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, inTeilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren.K4 biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten undüberzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen undSichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaftendarstellen.
Mögliche didaktischeLeitfragen / Sequenzierunginhaltlicher Aspekte
KonkretisierteKompetenzerwartungen desKernlehrplansDie Schülerinnen und Schüler…
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/Methoden
Didaktisch-methodische An-merkungen undEmpfehlungen sowieDarstellung derverbindlichen Absprachender Fachkonferenz
Erhebung und Reaktivierungvon SI-Vorwissen (Zellzyklus,Mitose)
Strukturlegetechnik bzw. Netzwerktechnik Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:SI-Vorwissen wird ermitteltund reorganisiert.Empfehlung: Zentrale Begriffewerden von den SuS in einesinnvolle Struktur gelegt,aufgeklebt und eingesammelt,um für den Vergleich am Endedes Vorhabens zur Verfügungzu stehen.
Was zeichnet einenaturwissenschaftlicheFragestellung aus und welcheFragestellung lag den
benennen Fragestellungenhistorischer Versuche zurFunktion des Zellkerns undstellen
Möglich: Plakat zum wissenschaftlichenErkenntnisweg
Acetabularia-Experimente von Hämmerling
NaturwissenschaftlicheFragestellungen werdenkriteriengeleitet entwickelt undExperimente ausgewertet.
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Acetabularia und denXenopus-Experimentenzugrunde?
Erforschung derFunktion des Zellkernsin der Zelle
Versuchsdurchführungen undErkenntniszuwachs dar (E1,E5, E7).
wertenKlonierungsexperimente(Kerntransfer bei Xenopus)aus und leiten ihre Bedeutungfür die Stammzellforschungab (E5).
Experiment zum Kerntransfer bei Xenopus
Welche biologische Bedeutunghaben Zellzyklus und Mitosefür einen Organismus?
Mitose (Rückbezug aufZelltheorie)
Interphase
begründen die biologischeBedeutung der Mitose auf derBasis der Zelltheorie (UF1,UF4).
erläutern die Bedeutung desCytoskeletts für [denintrazellulären Transport und]die Mitose (UF3, UF1).
Informationstexte und AbbildungenFilme/Animationen zu zentralen Aspekten:1. exakte Reproduktion2. Organ- bzw. Gewebewachstum und
Erneuerung (Mitose)3. Zellwachstum (Interphase)
Die Funktionen der Stadiendes Zellzyklus werdenerarbeitet, Informationenwerden in ein Modell übersetzt,das die wichtigstenInformationen sachlich richtigwiedergibt.
Wie ist die DNA aufgebaut, wofindet man sie und wie wird siekopiert?
Aufbau undVorkommen vonNukleinsäuren
Aufbau der DNA
Mechanismus der DNA-Replikation in der S-Phase der Interphase
ordnen die biologisch bedeut-samen Makromoleküle (Proteine, Nucleinsäuren)den verschie-denen zellulärenStrukturen und Funktionen zuund erläu-tern sie bezüglichihrer we-sentlichenchemischen Ei-genschaften(UF1, UF3).
erklären den Aufbau der DNAmithilfe eines Strukturmodells(E6, UF1).
beschreiben densemikonservativenMechanismus der DNA-Replikation (UF1, UF4).
Modellbaukasten zur DNA Struktur undReplikation
http://www.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT06DE.PDF
Der DNA-Aufbau und dieReplikation werden lediglichmodellhaft erarbeitet. DieKomplementarität wird dabeiherausgestellt.
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Verdeutlichung desLernzuwachses
Strukturlegetechnik bzw. Netzwerktechnikoder Mindmaptechnik
Methode wird mit denselbenBegriffen wie zu Beginn desVorhabens erneut wiederholt.Ergebnisse werden verglichen.SuS erhalten anschließendindividuelleWiederholungsaufträge.
Welche Möglichkeiten undGrenzen bestehen für dieZellkulturtechnik?Zellkulturtechnik
Biotechnologie Biomedizin Pharmazeutische
Industrie
zeigen Möglichkeiten undGrenzen der Zellkulturtechnikin der Biotechnologie undBiomedizin auf (B4, K4).
Informationsblatt zu Zellkulturen in derBiotechnologie und Medizin- undPharmaforschung
Pro und Kontra-Diskussion zum Thema:„Können Zellkulturen Tierversuche ersetzen?“(Gegebenenfalls als Rollenspiel )
Zentrale Aspekte werdenherausgearbeitet.
Argumente werden erarbeitetund Argumentationsstrategienentwickelt.SuS, die nicht an derDiskussion beteiligt sind,sollten einenBeobachtungsauftragbekommen.Nach Reflexion der Diskussionkönnen Leserbriefe verfasstwerden.
Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe
Leistungsbewertung: Feedbackbogen und angekündigte Tests zur Mitose (z.B. aus einer Hypothese oder einem Versuchsdesign auf die zugrunde liegende
Fragestellung schließen) zur Ermittlung der Fragestellungskompetenz (E1) ggf. Klausur
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Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:
Unterrichtsvorhaben III:Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle)Inhaltliche Schwerpunkte:
Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2)
Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können …
K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Datenstrukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge.K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-technische Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderenQuellen bearbeiten.K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisseadressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt inKurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen.E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulierenund Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben.E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischerVor-gänge begründet auswählen und deren Grenzen undGültigkeitsbereiche angeben.E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch dieVorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.
Mögliche didaktische Leitfragen /Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
KonkretisierteKompetenzerwartungendes KernlehrplansDie Schülerinnen undSchüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/Methoden
Didaktisch-methodische An-merkungen und Empfehlungensowie Darstellung derverbindlichen Absprachen derFachkonferenz
Weshalb und wie beeinflusst dieSalzkonzentration den Zustand vonZellen?
Plasmolyse
führen Experimente zurDiffusion und Osmosedurch und erklären diesemit Modellvorstellungen aufTeilchenebene (E4, E6, K1,K4).
führen mikroskopischeUntersuchungen zurPlasmolyse
Plakat zum wissenschaftlichenErkenntnisweg
Zeitungsartikel z.B. zur fehlerhaftenSalzkonzentration für eine Infusion inden Unikliniken
Das Plakat soll den SuSprozedurale Transparenz imVerlauf des Unterrichtsvorhabensbieten.
SuS formulieren ersteHypothesen, planen und führengeeignete Experimente zurÜberprüfung ihrer Vermutungen
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Brownsche-Molekularbewegung
Diffusion
Osmose
hypothesengeleitet durchund interpretieren diebeobachteten Vorgänge(E2, E3, E5, K1, K4).
recherchieren Beispiele derOsmose undOsmoregulation inunterschiedlichen Quellenund dokumentieren dieErgebnisse in einereigenständigenZusammenfassung (K1,K2).
Experimente z.B. Rotkohlgewebe undmikroskopische Untersuchungen
Kartoffel-Experimentea) ausgehöhlte Kartoffelhälfte mit
Zucker, Salz und Stärkeb) Kartoffelstäbchen (gekocht und
ungekocht)
Informationstexte, Animationen undLehrfilme zur BrownschenMolekularbewegung (physics-animations.com)
Demonstrationsexperimente mitTinte oder Deo zur Diffusion
Arbeitsaufträge zur Rechercheosmoregulatorischer Vorgänge
eventuell auch:Informationsblatt zu Anforderungenan ein Lernplakat (siehe LaBudde2010)
Checkliste zur Bewertung einesLernplakats
Arbeitsblatt mit Regeln zu einemsachlichen Feedback
durch.
Versuche zur Überprüfung derHypothesen
Versuche zur Generalisierbarkeitder Ergebnisse werden geplantund durchgeführt.
Phänomen wird auf Modellebeneerklärt (direkte Instruktion).
Weitere Beispiele (z. B.Salzwiese, Niere) fürOsmoregulation werdenrecherchiert.
VerbindlicherFachkonferenzbeschluss???:Ein Lernplakat zur Osmosewird kriteriengeleitet erstellt.
Lernplakate werden gegenseitigbeurteilt und diskutiert.
Warum löst sich Öl nicht in Wasser?
Aufbau und Eigenschaften vonLipiden und Phospholipiden
ordnen die biologischbedeutsamenMakromoleküle ( Lipide,Proteine) den
Demonstrationsexperiment zumVerhalten von Öl in Wasser
Informationsblätter
Phänomen wird beschrieben.
Das Verhalten von Lipiden und
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verschiedenen zellulärenStrukturen und Funktionenzu und erläutern siebezüglich ihrerwesentlichen chemischenEigenschaften (UF1, UF3).
zu funktionellen Gruppen Strukturformeln von Lipiden und
Phospholipiden Modelle zu Phospholipiden in
WasserAnimationen und Modelle zu„Phospholipide in Wasser“
Phospholipiden in Wasser wirdmithilfe ihrer Strukturformeln undden Eigenschaften derfunktionellen Gruppen erklärt.
Einfache Modelle (2-D) zumVerhalten von Phospholipiden inWasser werden erarbeitet unddiskutiert.
Welche Bedeutung haben technischerFortschritt und Modelle für dieErforschung von Biomembranen?
Erforschung der Biomembran(historisch-genetischer Ansatz)
- Bilayer-Modell
- Sandwich-Modelle
stellen denwissenschaftlichenErkenntniszuwachs zumAufbau von Biomembranendurch technischenFortschritt an Beispielen darund zeigen daran dieVeränderlichkeit vonModellen auf (E5, E6, E7,K4).
Enentuell:Plakat(e) zu Biomembranen
Versuche von Gorter und Grendel mitErythrozyten (1925) zum Bilayer-Modell
Arbeitsblatt zur Arbeit mit Modellen
Vorschlag:Partnerpuzzle zu Sandwich-ModellenArbeitsblatt 1: Erste Befunde durchdie Elektronenmikroskopie (G. Palade,1950er)Arbeitsblatt 2: Erste Befunde aus derBiochemie (Davson und Danielli,1930er)
Folgende Vorgehensweise wirdempfohlen: Der wissenschaftlicheErkenntniszuwachs wird in denFolgestunden fortlaufenddokumentiert und für alleKursteilnehmerinnen undKursteilnehmer auf Plakatenfestgehalten.
Der Modellbegriff und dieVorläufigkeit von Modellen imForschungsprozess werdenverdeutlicht.
Auf diese Weise kann die Arbeitin einer scientific communitynachempfunden werden.Die „neuen“ Daten legen eineModifikation des Bilayer-Modellsvon Gorter und Grendel naheund führen zu neuenHypothesen (einfachesSandwichmodell /Sandwichmodell miteingelagertem Protein /Sandwichmodell mit integralem
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- Fluid-Mosaik-Modell
- Erweitertes Fluid-Mosaik-Modell (Kohlenhydrate in derBiomembran)
- Markierungsmethoden zurErmittlung vonMembranmolekülen(Proteinsonden)
- dynamisch strukturiertesMosaikmodel (Rezeptor-Inseln, Lipid-Rafts)
ordnen die biologischbedeutsamenMakromoleküle(Kohlenhydrate, Lipide,Proteine) denverschiedenen zellulärenStrukturen und Funktionenzu und erläutern siebezüglich ihrerwesentlichen chemischenEigenschaften (UF1, UF3).
recherchieren dieBedeutung und dieFunktionsweise von Tracernfür die Zellforschung undstellen ihre Ergebnissegraphisch und mithilfe vonTexten dar (K2, K3).
recherchieren dieBedeutung der Außenseiteder Zellmembran und ihrerOberflächenstrukturen fürdie Zellkommunikation (u. a.Antigen-Antikörper-Reaktion) und stellen die
Abbildungen auf der Basis vonGefrierbruchtechnik undElektronenmikroskopie
Arbeitsblatt und Animation zumFlüssig-Mosaik-Modell
Checkliste mit Kriterien für seriöseQuellen
Checkliste zur korrekten Angabe vonInternetquellen
Internetrecherche zur Funktionsweisevon Tracern
Informationen zum dynamischstrukturierten Mosaikmodell Vereb et al(2003)
eventuell :Abstract aus:Vereb, G. et al. (2003): Dynamic, yetstructured: The cell membrane threedecades after the Singer-Nicolsonmodel.
Protein).
Das Membranmodell musserneut modifiziert werden.
Das Fluid-Mosaik-Modell musserweitert werden.
Quellen werden ordnungsgemäßnotiert (Verfasser, Zugriff etc.).
Die biologische Bedeutung (hiernur die proximateErklärungsebene!) derGlykokalyx (u.a. bei der Antigen-Anti-Körper-Reaktion) wirdrecherchiert.
Historisches Modell wird durchaktuellere Befunde zu denRezeptor-Inseln erweitert.
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Nature of Science –naturwissenschaftlicheArbeits- und Denkweisen
Ergebnisseadressatengerecht dar (K1,K2, K3).
Lernplakat (fertig gestellt) zu denBiomembranen
Ein Reflexionsgespräch auf derGrundlage des entwickeltenPlakats zu Biomembranen wirddurchgeführt.
Wichtige wissenschaftlicheArbeits- und Denkweisen sowiedie Rolle von Modellen und demtechnischen Fortschritt werdenherausgestellt.
Moderne TestverfahrenElisa-Test ,Arbeitsblatt/Internetquelle
Wie werden gelöste Stoffe durchBiomembranen hindurch in die Zellebzw. aus der Zelle heraustransportiert?
Passiver Transport Aktiver Transport
beschreibenTransportvorgänge durchMembranen fürverschiedene Stoffe mithilfegeeigneter Modelle undgeben die Grenzen dieserModelle an (E6).
Informationstext oder Animationenzu verschiedenen Transportvorgängenan realen Beispielen
Eventuell:SuS können entsprechend derInformationstexte 2-D-Modelle zuden unterschiedlichenTransportvorgängen erstellen.
Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe
KLP-Überprüfungsform: möglich ist: „Dokumentationsaufgabe“ und „Reflexionsaufgabe“ (Portfolio zum Thema: „Erforschung derBiomembranen“) zur Ermittlung der Dokumentationskompetenz (K1) und der Reflexionskompetenz (E7)
Leistungsbewertung unterrichtsimmanent:KLP-Überprüfungsform: „Beurteilungsaufgabe“ und „Optimierungsaufgabe“ (z.B. Modellkritik an Modellen zur Biomembran oderzu Transportvorgängen) zur Ermittlung der Modell-Kompetenz (E6)ggf. Klausur
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2.2.2 Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)
Unterrichtsvorhaben IV: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme inunserem Leben?Unterrichtsvorhaben V: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperlicheAktivität auf unseren Körper?
Inhaltliche Schwerpunkte: Enzyme Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel
Basiskonzepte:
SystemMuskulatur, Mitochondrium, Enzym, Zitronensäurezyklus, Dissimilation, Gärung
Struktur und FunktionEnzym, Grundumsatz, Leistungsumsatz, Energieumwandlung, ATP, NAD+
EntwicklungTraining
Zeitbedarf: ca. 34 Std. à 60 Minuten
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Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:
Unterrichtsvorhaben IV:Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben?Inhaltsfelder: IF 1 (Biologie der Zelle), IF 2 (Energiestoffwechsel)Inhaltliche Schwerpunkte:
Enzyme
Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können …
E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonneneErgebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben.E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzipder Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriftenplanen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren.E5 Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, darausqualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten unddiese fachlich angemessen beschreiben.
Mögliche didaktische Leitfragen /Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
KonkretisierteKompetenzerwartungendes KernlehrplansDie Schülerinnen undSchüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/Methoden
Didaktisch-methodischeAnmerkungen undEmpfehlungen sowieDarstellung der verbindlichenAbsprachen derFachkonferenz
Wenn nicht schon beim ThemaZellaufbau behandelt :Wie sind Zucker aufgebaut und wospielen sie eine Rolle?
Monosaccharid, Disaccharid Polysaccharid
ordnen die biologischbedeutsamenMakromoleküle(Kohlenhydrate) denverschiedenen zellulärenStrukturen und Funktionenzu und erläutern siebezüglich ihrer wesentlichenchemischen Eigenschaften(UF1, UF3).
Rückgriff aufInformationstexte zu funktionellenGruppen und ihren Eigenschaftensowie Kohlenhydratklassen undVorkommen und Funktion in der Natur
Im Methodentraining thematisiert:„Spickzettel“ als legale Methode desMemorierens
Beobachtungsbogen mit Kriterien für„gute Spickzettel“
Kann auf Grund desMethodentrainingsvorausgesetzt werden:Gütekriterien für gute„Spickzettel“ werden erarbeitet(Übersichtlichkeit, auf dasWichtigste beschränkt, sinnvollerEinsatz von mehreren Farben,um Inhalte zu systematisierenetc.) werden erarbeitet.
Der beste „Spickzettel“ kanngekürt und gegebenenfalls allenSuS über „Moodle“ zurVerfügung gestellt werden.
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Wie sind Proteine aufgebaut und wospielen sie eine Rolle?
Aminosäuren Peptide, Proteine Primär-, Sekundär-, Tertiär-,
Quartärstruktur
ordnen die biologischbedeutsamenMakromoleküle([Kohlenhydrate, Lipide],Proteine, [Nucleinsäuren])den verschiedenenzellulären Strukturen undFunktionen zu und erläuternsie bezüglich ihrerwesentlichen chemischenEigenschaften (UF1, UF3).
Haptische Modelle, Modellbaukasten
Informationstexte zum Aufbau undder Struktur von Proteinen
Gruppenarbeit, Gruppenpuzzle oderLernplakate zum Aufbau vonProteinen
Der Aufbau von Proteinen wirderarbeitet.
Die Quartärstruktur wird amBeispiel von Hämoglobinveranschaulicht.
Welche Bedeutung haben Enzyme immenschlichen Stoffwechsel?
Aktives Zentrum
Allgemeine Enzymgleichung
Substrat- undWirkungsspezifität
beschreiben und erklärenmithilfe geeigneter ModelleEnzymaktivität undEnzymhemmung (E6).
Experimentelles Gruppenpuzzleoder arbeitsteilige Gruppenarbeit:z.B.
a) Ananassaft und Quark oderGötterspeise undfrischgepresster Ananassaft ineiner Verdünnungsreihe
b) Lactase und Milch sowieGlucoseteststäbchen(Immobilisierung von Lactasemit Alginat)
c) Peroxidase mit Kartoffelscheibeoder Kartoffelsaft(Verdünnungsreihe)
d) Urease und Harnstoffdünger(Indikator Rotkohlsaft)
Hilfekarten (gestuft)/Arbeitsblätter fürdie vier verschiedenen Experimente
Die Substrat- undWirkungsspezifität werdenveranschaulicht.
Die naturwissenschaftlichenFragestellungen werden vomPhänomen her entwickelt.
Hypothesen zur Erklärung derPhänomene werden aufgestellt.Experimente zur Überprüfungder Hypothesen werden geplant,durchgeführt und abschließendwerden mögliche Fehlerquellenermittelt und diskutiert.
Die gestuften Hilfen(Checklisten) sollenDenkanstöße für jedeSchlüsselstelle imExperimentierprozess geben.
Vorgehen und Ergebnissewerden präsentiert.
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Checklisten mit Kriterien für- naturwissenschaftliche
Fragestellungen,- Hypothesen,- Untersuchungsdesigns.
Modelle zur Funktionsweise desaktiven Zentrums werden zurVeranschaulichungherangezogen
Hier bietet sich an die Folgeneiner verändertenAminosäuresequenz, z. B. beiLactase mithilfe eines Modells zudiskutieren.
Welche Wirkung / Funktion habenEnzyme?
Katalysator Biokatalysator Endergonische und
exergonische Reaktion Aktivierungsenergie,
Aktivierungsbarriere /Reaktionsschwelle
erläutern Struktur undFunktion von Enzymen undihre Bedeutung alsBiokatalysatoren beiStoffwechselreaktionen(UF1, UF3, UF4).
Schematische Darstellungen vonReaktionen unter besondererBerücksichtigung der Energieniveaus
Die zentralen Aspekte derBiokatalyse werden erarbeitet:
1. Senkung derAktivierungsenergie
2. Erhöhung desStoffumsatzes pro Zeit
Was beeinflusst die Wirkung /Funktion von Enzymen?
pH-Abhängigkeit Temperaturabhängigkeit Schwermetalle
Substratkonzentration /Wechselzahl
beschreiben undinterpretieren Diagrammezu enzymatischenReaktionen (E5).
stellen Hypothesen zurAbhängigkeit derEnzymaktivität vonverschiedenen Faktoren aufund überprüfen sieexperimentell und stellen siegraphisch dar (E3, E2, E4,E5, K1, K4).
Checkliste mit Kriterien zurBeschreibung und Interpretation vonDiagrammen
Experimente zu den Eigenschaftenvon Enzymen
eventuell:Modellexperimente mit Schere undPapier oder Knetgummi
Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:Das Beschreiben undInterpretieren vonDiagrammen wird geübt.
Experimente zur Ermittlung derAbhängigkeiten derEnzymaktivität werden geplantund durchgeführt.Wichtig: Denaturierung im Sinneeiner irreversiblen Hemmungdurch Temperatur, pH-Wert undSchwermetalle mussherausgestellt werden.
24
Km-Wert, Wechselzahl werdenproblematisiert.
Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:Durchführung vonExperimenten zur Ermittlungvon Enzymeigenschaften anausgewählten Beispielen.
Wie wird die Aktivität der Enzyme inden Zellen reguliert?
kompetitive Hemmung, allosterische (nicht
kompetitive) Hemmung
Substrat undEndprodukthemmung
beschreiben und erklärenmithilfe geeigneter ModelleEnzymaktivität undEnzymhemmung (E6).
Gruppenarbeit/Partnerarbeit/Partnerpuzzle o.ä.Informationsmaterial zu Formen derEnzymhemmung
gegebenenfalls: Modellexperimente
Checkliste mit Kriterien zurModellkritik, s.o.
Wesentliche Textinformationenwerden in einem begrifflichenNetzwerk zusammengefasst.Die kompetitive Hemmung wirdsimuliert.
Modelle zur Erklärung vonHemmvorgängen werdendiskutiert
Reflexion und ModellkritikWie macht man sich die Wirkweisevon Enzymen zu Nutze?
Enzyme im Alltagz.B.:
- Technik- Medizin- u. a.
recherchieren Informationenzu verschiedenenEinsatzgebieten vonEnzymen und präsentierenund bewerten vergleichenddie Ergebnisse (K2, K3, K4).
geben Möglichkeiten undGrenzen für den Einsatzvon Enzymen in biologisch-technischenZusammenhängen an undwägen die Bedeutung fürunser heutiges Leben ab(B4).
(Internet)Recherche Die Bedeutung enzymatischerReaktionen für z.B.Veredlungsprozesse undmedizinische Zwecke wirdherausgestellt.
Als Beispiel können Enzyme imWaschmittel und ihreAuswirkung auf die menschlicheHaut besprochen und diskutiertwerden.
25
Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe
Leistungsbewertung: Tests KLP-Überprüfungsform: „experimentelle Aufgabe“ (z.B. Entwickeln eines Versuchsaufbaus in Bezug auf eine zu Grunde liegende
Fragestellung und/oder Hypothese) zur Ermittlung der Versuchsplanungskompetenz (E4) ggf. Klausur
Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:
Unterrichtsvorhaben V:Thema/Kontext: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper?Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)Inhaltliche Schwerpunkte: Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel
Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:Die Schülerinnen und Schüler können …
UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse ingegebene fachliche Strukturen begründen.B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichenZusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralischeBewertungskriterien angeben.B2 in Situationen mit mehreren HandlungsoptionenEntscheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten undeinen begründeten Standpunkt beziehen.B3 in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte beiAuseinandersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowiemögliche Lösungen darstellen.
Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicherAspekte
KonkretisierteKompetenzerwartungen desKernlehrplansDie Schülerinnen und Schüler…
Empfohlene Lehrmittel/Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodischeAnmerkungen und Empfehlungensowie Darstellung derverbindlichen Absprachen derFachkonferenz
Welche Veränderungen könnenwährend und nach körperlicherBelastung beobachtet werden?
Münchener Belastungstest odermulti-stage Belastungstest.Oder: Planung und Durchführungvon Selbsttests, Dokumentation
Begrenzende Faktoren beiunterschiedlich trainiertenMenschen werden ermittelt.
26
Systemebene: Organismus
Belastungstest Schlüsselstellen der
körperlichen Fitness
und Auswertungzu Pulsfrequenz, Atemfrequenz,
Blutdruck, subjektives Empfinden
gegebenenfalls:Graphic Organizer aufverschiedenen Systemebenen
Damit kann der Einfluss vonTraining auf die Energiezufuhr,Durchblutung,Sauerstoffversorgung,Energiespeicherung undErnährungsverwertungsystematisiert werden.
Die Auswirkung auf verschiedeneSystemebenen (Organ, Gewebe,Zelle, Molekül) kann dargestellt undbewusst gemacht werden.
Wie reagiert der Körper aufunterschiedlicheBelastungssituationen und wieunterscheiden sich verschiedeneMuskelgewebe voneinander?
Systemebene: Organ und Gewebe Muskelaufbau Muskelkontraktion
erläutern den Unterschiedzwischen roter und weißerMuskulatur (UF1
stellen mikroskopischePräparate dar, präsentieren dieErgebnisse in Form vonÜbersichtszeichnungen derQuerstreifung(UF1,E2,E5, K1,K3)
Das eigene lichtmikroskopischeBild wir in Bezug gesetzt zum
Modell und den EM-Bildern ( E6,K4)
Partnerpuzzle mit Arbeitsblätternzur roten und weißen Muskulaturund zur Sauerstoffschuld
Mikroskopie Muskelfleisch(Quergestreifte Muskulatur) ,Rindfleischstückchen oder roherSchinken
Modell zum Aufbau derMuskelfaser der quergestreiftenMuskulaturModell der Schule zur Muskelfaser,modellhafte Abb., EM-BilderVergleich der Bilder und Modelle
Hier können Beispiele von 100-Meter-, 400-Meter- und 800-Meter-Läufern analysiert werden.Verschiedene Muskelgewebewerden im Hinblick auf ihreMitochondriendichte (stellvertretendfür den Energiebedarf) untersucht /ausgewertet.Muskeltypen werden begründendSportarten zugeordnet.
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Systemebene: Zelle Sauerstoffschuld,
Energiereserve derMuskeln,Glykogenspeicher
Systemebene: Molekül Lactat-Test Milchsäure-Gärung
Informieren sich über dieMechanik derMuskelkontraktion,planen ein Funktionsmodell,stellen die Vorgänge inModellen dar. (UF1, UF2,UF4,E3, E6,K1,K3,K4,B1)
präsentieren unter Einbezuggeeigneter Medien und unterVerwendung einer korrektenFachsprache die aerobe undanaerobe Energieumwandlungin Abhängigkeit vonkörperlichen Aktivitäten (K3,UF1).
überprüfen Hypothesen zurAbhängigkeit der Gärung vonverschiedenen Faktoren (E3,E2, E1, E4, E5, K1, K4).
in Partnerarbeit,Ergebnispräsentation
Think-Pair-Share zurMuskelkontraktionInformationstext, Knetemodelleoder Pappmodelle
eventuell:Bildkarten zu Muskeltypen undSportarten
InformationsblattExperimente mit Sauerkraut (u.a.pH-Wert) Herstellung von Sauerkraut o.ä.
Die Grenzen der Aussagekraft vonModellen können diskutiert werden.
Der Zusammenhang zwischenbekannten, äußerlichbeobachtbaren Veränderungen beider Muskelkontraktion ( Muskel wirdkürzer, dicker)und dem Funktionsmodell wirdhergestellt
Die Milchsäuregärung dient derVeranschaulichung anaeroberVorgänge:Modellexperiment zum Nachweisvon Milchsäure unter anaerobenBedingungen wird geplant unddurchgeführt.
Verbindlicher Beschluss derFachkonferenz:In diesem Unterrichtsvorhabenliegt ein Schwerpunkt auf demWechsel zwischen denbiologischen Systemebenengemäß der Jo-Jo-Methode(häufiger Wechsel zwischen den
28
biologischenOrganisationsebenen)
Welche Faktoren beeinflussen denEnergieumsatz und welcheMethoden helfen bei derBestimmung?
Systemebenen: Organismus,Gewebe, Zelle, Molekül
Energieumsatz(Grundumsatz undLeistungsumsatz)
Direkte und indirekteKalorimetrie
Welche Faktoren spielen eineRolle bei körperlicher Aktivität?
Sauerstofftransport im Blut Sauerstoffkonzentration im
Blut Erythrozyten Hämoglobin/ Myoglobin Bohr-Effekt
stellen Methoden zurBestimmung desEnergieumsatzes beikörperlicher Aktivitätvergleichend dar (UF4).
Eventuell: Film zur Bestimmung desGrund- und LeistungsumsatzesEventuell: Film zum Verfahren derKalorimetrie (KalorimetrischeBombe / Respiratorischer Quotient)
Diagramme zumSauerstoffbindungsvermögen inAbhängigkeit verschiedenerFaktoren (Temperatur, pH-Wert)und Bohr-Effekt
Arbeitsblatt mit Informationstext zurErarbeitung des Prinzips derOberflächenvergrößerung durchKapillarisierung
Der Zusammenhang zwischenrespiratorischem Quotienten undErnährung wird erarbeitet.
Der quantitative Zusammenhangzwischen Sauerstoffbindung undPartialdruck wird an einer sigmoidenBindungskurve ermittelt.
Der Weg des Sauerstoffs in dieMuskelzelle über den Blutkreislaufwird wiederholt und erweitert unterBerücksichtigung von Hämoglobinund Myoglobin.
Wie entsteht und wie gelangt diebenötigte Energie zuunterschiedlichen Einsatzorten inder Zelle?
Systemebene: Molekül NAD+ und ATP
erläutern die Bedeutung vonNAD+ und ATP für aerobe undanaerobeDissimilationsvorgänge (UF1,UF4).
Arbeitsblatt mit Modellen /Schemata zur Rolle des ATP
Die Funktion des ATP als Energie-Transporter wird verdeutlicht.
Wie entsteht ATP und wie wird derC6-Körper abgebaut?
Systemebenen: Zelle, Molekül Tracermethode Glykolyse
präsentieren eineTracermethode bei derDissimilation adressatengerecht(K3).
erklären die Grundzüge der
Advance OrganizerArbeitsblatt mit histologischenElektronenmikroskopie-Aufnahmenund Tabellen
Informationstexte und
Grundprinzipien von molekularenTracern werden wiederholt.
Experimente werden unter dem
29
Zitronensäurezyklus Atmungskette Kreatinphosphat
Systemebenen: Organismus,Zelle, Molekül
Dissimilation unter dem Aspektder Energieumwandlung mithilfeeinfacher Schemata (UF3).
beschreiben und präsentierendie ATP-Synthese imMitochondrium mithilfevereinfachter Schemata (UF2,K3).
Beschreiben die Bedeutung vonKreatinphosphat als kurzfristigerEnergiespeicher (UF1)
ordnen verschiedene Formender Belastung unterschiedlichenFormen derEnerigiebereitstellung zu(UF3,K3)
schematische Darstellungen zuExperimenten von Peter Mitchell(chemiosmotische Theorie) zumAufbau eines Protonengradienten inden Mitochondrien für die ATP-Synthase (vereinfacht)
Schematische Abb. zumZusammenhang ATP-Kreatinphosphat
Gruppenplakat zurEnergiebereitstellung beiunterschiedlichen Belastungsformenoder im zeitlichen Verlauf einesAusdauerlaufs.
Aspekt der Energieumwandlungausgewertet.
Der Sinn von oraler Aufnahme vonKreatin kann kritisch hinterfragtwerden.
Wie funktional sind bestimmteTrainingsprogramme undErnährungsweisen für bestimmteTrainingsziele?
Systemebenen: Organismus,Zelle, Molekül
Ernährung und Fitness Kapillarisierung Mitochondrien
Systemebene: Molekül Glycogenspeicherung Myoglobin
erläutern unterschiedlicheTrainingsformenadressatengerecht undbegründen sie mit Bezug aufdie Trainingsziele (K4).
erklären mithilfe einergraphischen Darstellung diezentrale Bedeutung desZitronensäurezyklus imZellstoffwechsel (E6, UF4).
Fallstudien aus der Fachliteratur(Sportwissenschaften)
Trainingspläne aus Fitnesscentern
Arbeitsblatt mit einemvereinfachten Schema desZitronensäurezyklus und seiner
Hier können Trainingsprogrammeund Ernährung unterBerücksichtigung vonTrainingszielen (Aspekte z.B.Ausdauer, Kraftausdauer,Maximalkraft) und der Organ- undZellebene (Mitochondrienanzahl,Myoglobinkonzentration,Kapillarisierung, erhöhteGlykogenspeicherung) betrachtet,diskutiert und beurteilt werden.
Verschiedene Situationen können„durchgespielt“ (z.B. die Folgeneiner Fett-, Vitamin- oderZuckerunterversorgung) werden.
30
Stellung im Zellstoffwechsel(Zusammenwirken vonKohlenhydrat, Fett undProteinstoffwechsel)
Wie wirken sichleistungssteigernde Substanzenauf den Körper aus?
Systemebenen: Organismus,Zelle, Molekül
Formen des Dopings Anabolika EPO
nehmen begründet Stellung zurVerwendungleistungssteigernderSubstanzen ausgesundheitlicher und ethischerSicht (B1, B2, B3).
Anonyme Kartenabfrage zuDoping
Informationstext zu Werten,Normen, FaktenInformationstext zum ethischenReflektieren (nach Martens 2003)
Exemplarische Aussagen vonPersonen
Informationstext zu EPOHistorische Fallbeispiele zumEinsatz von EPO (Blutdoping) imSpitzensport
Weitere Fallbeispiele zum Einsatzanaboler Steroide in Spitzensportund Viehzucht
Juristische und ethische Aspektewerden auf die ihnen zugrundeliegenden Kriterien reflektiert.
Verschiedene Perspektiven undderen Handlungsoptionen werdenerarbeitet, deren Folgenabgeschätzt und bewertet.
Bewertungsverfahren und Begriffewerden geübt und gefestigt.
Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe
Leistungsbewertung: „Bewertungsaufgabe“ zur Ermittlung der Entscheidungskompetenz (B2) und der Kriterienermittlungskompetenz (B1) mithilfe vonFallbeispielen
ggf. Klausur.
Schulinternen Lehrplan
zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe des Deutzer Gymnasiums Schaurtestraße
Biologie
(Endfassung: 18.02.2014)
2
1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit
In nahezu allen Unterrichtsvorhaben wird den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit gegeben, Schülerexperimente durchzuführen; damit wird eine Unterrichtspraxis aus der Sekundarstufe I fortgeführt. Insgesamt werden überwiegend kooperative, die Selbstständigkeit des Lerners fördernde Unterrichtsformen genutzt, sodass ein individualisiertes Lernen in der Sekundarstufe II kontinuierlich unterstützt wird. Nach Veröffentlichung des neuen Kernlehrplans steht dessen unterrichtliche Umsetzung im Fokus. Hierzu werden sukzessive exemplarisch konkretisierte Unterrichtsvorhaben und darin eingebettet Überprüfungsformen entwickelt und erprobt. Der Biologieunterricht soll Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungen wecken und die Grundlage für das Lernen in Studium und Beruf in diesem Bereich vermitteln. Dabei werden fachlich und bioethisch fundierte Kenntnisse die Voraussetzung für einen eigenen Standpunkt und für verantwortliches Handeln gefordert und gefördert. Hervorzuheben sind hierbei die Aspekte Ehrfurcht vor dem Leben in seiner ganzen Vielfältigkeit, Nachhaltigkeit, Umgang mit dem eigenen Körper und ethische Grundsätze.
3
2 Entscheidungen zum Unterricht
Grundkurs – Q 1: Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Unterrichtsvorhaben I: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?
Unterrichtsvorhaben II: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?
Unterrichtsvorhaben III: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?
Inhaltliche Schwerpunkte:
Meiose und Rekombination
Analyse von Familienstammbäumen
Proteinbiosynthese
Genregulation
Gentechnik
Bioethik Basiskonzepte: System Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Rekombination, Stammzelle Struktur und Funktion Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, Mutation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip Entwicklung Transgener Organismus, Epigenese, Zelldifferenzierung, Meiose Zeitbedarf: ca. 33 Std. à 60 Minuten
Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?
Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Inhaltliche Schwerpunkte:
Meiose und Rekombination
Analyse von Familienstammbäumen
Bioethik Zeitbedarf: 12 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.
K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen,
B3 an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten.
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Reaktivierung von SI-Vorwissen
Materialien zur Embryogenese Advance Organizer Think-Pair-Share zu bekannten Elementen
SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.
Wie werden die Keimzellen gebildet und welche Unterschiede gibt es bei Frau und Mann?
Meiose
Spermatogenese / Oogenese
Selbstlernplattform von Mallig: http://www.mallig.eduvinet.de/default.htm#kurs Materialien (z. B. Knetgummi)
Zentrale Aspekte der Meiose werden selbstständig wiederholt und geübt. Schlüsselstellen bei der Keimzellenbildung werden erarbeitet
5
Wo entscheidet sich die genetische Ausstattung einer Keimzelle und wie entsteht genetische Vielfalt?
inter- und intrachromosomale Rekombination (auch Crossing-Over)
Genommutationen z.B. Trisomie 21
erläutern die Grundprinzipien der Rekombination (Reduktion und Neu-kombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4).
Computeranimation
und die theoretisch möglichen Rekombinationsmöglichkeiten werden ermittelt. Pränatal Diagnostik mit ethischen Aspekten
Wie kann man ein Vererbungsmuster von genetisch bedingten Krankheiten im Verlauf von Familiengenerationen ermitteln und wie kann man daraus Prognosen für den Nachwuchs ableiten?
Erbgänge/Vererbungsmodi
genetisch bedingte Krankheiten, z. Bsp.:
- Muskeldystrophie Duchenne
- Mukoviszidose - Albinismus - Hämophilie
formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zu X-chromosomalen und autosomalen Vererbungsmodi genetisch bedingter Merkmale und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4).
Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer Stammbaumanalyse. Exemplarische Beispiele von Familienstammbäumen Selbstlernplattform von Mallig: http://www.mallig.eduvinet.de/default.htm#kurs
Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Die Auswertungskompetenz bei humangenetischen Stammbäumen wird im Unterricht an mehreren Beispielen geübt. Prognosen zum Auftreten spezifischer, genetisch bedingter Krankheiten werden für Paare mit Kinderwunsch ermittelt und für (weitere) Kinder begründet angegeben.
Diagnose von Schülerkompetenzen:
Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung:
KLP-Überprüfungsform: „Analyseaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Meiose / Karyogrammen / Stammbaumanalyse
ggf. Klausur / Kurzvortrag
Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?
Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Inhaltliche Schwerpunkte:
Proteinbiosynthese
Mutationen
Genregulation Zeitbedarf: 13 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben.
UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen.
UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren.
E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben.
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Reaktivierung von Vorwissen aus der EF
Bau der DNA
DNA-Modelle EF-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.
Was ist ein Gen?
Genbegriff
Genwirkketten Wie entstehen aus Genen Merkmale?
reflektieren und erläutern kurz den Wandel des Genbegriffes (E7). vergleichen die molekularen Abläufe in der
Computeranimationen zur Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten Tabellarische Gegenüberstellung Selbstlernplattform von Mallig:
Optional: Exemplarisch ausgewählte Klassische Experimente (von Nierenberg, Matthaei und Khorana) zur Entschlüsselung des genetischen
7
Proteinbiosynthese bei Prokaryoten
Genetischer Code
Proteinbiosynthese bei Eukaryoten
Wirkung von Antibiotika und Hemmstoffen
Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3).
http://www.mallig.eduvinet.de/default.htm#kurs
Codes werden nachvollzogen und ausgewertet. Sensibilisierung für verantwortungsvollen Umgang mit Antibiotika.
Welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?
Mutationsformen
Mutagene
erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2). erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4).
Exemplarische Beispiele von Mutationen und Mutagenen
Die verschiedenen Mutationsformen (Gen-, Chromosomen-, Genommutation) werden anhand von selbst gewählten Beispielen (z.Bsp. Sichelzellanämie, Katzenschreisyndrom, Trisomie 21) erläutert. Sensibilisierung für Sonnenschutz (UV-Strahlung).
Wie wird die Genexpression bei Pro- und Eukaryoten reguliert?
Genregulation bei Prokaryoten (Substratinduktion und Endproduktrepression)
Genregulation bei Eukaryoten
Epigenetik (z. Bsp. DNA-Methylierung)
erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6). erläutern die Bedeutung der Transkriptionsfaktoren für die Regulation von
Modelle zu Lac- bzw. Trp-Operon selbst entwickeln Partnerpuzzle zu Lac- bzw. Trp-Operon Strukturlegetechnik Optional: Gruppenpuzzle zu verschiedenen Möglichkeiten der Regulation bei
Verdeutlichung des Basiskonzepts „Steuerung und Regelung“ anhand der biologischen Bedeutung der Genregulation.
8
Zellstoffwechsel und Entwicklung (UF1, UF4). erklären mit Hilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4). erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regulation des Zellstoffwechsels (E6).
Eukaryoten Vorschlag: Allgemeine und spezifische Transkriptionsfaktoren (Silencer, Enhancer); DNA-Methylierung; Alternatives Splicen; Regulation auf Proteinebene;
Beispiel: Tumorsuppressorgen/Transkriptionsfaktor p53 Protoonkogen Ras Aktuelle Modellvorstellungen zu Alterungsprozessen und Krebsentstehung werden reflektiert. DNA-Methylierung: Einfluss von Umweltfaktoren auf die Genaktivität (z.Bsp. Veränderung von Methylierungsmustern durch Lebensbedingungen, Histonmodifikation) Mögliches Beispiel: X-Inaktivierung bei Frauen
Diagnose von Schülerkompetenzen:
Ampelabfrage Leistungsbewertung:
KLP-Überprüfungsform: „Darstellungsaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Proteinbiosynthese / Mutationsformen)
ggf. Klausur / Kurzvortrag
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Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?
Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Inhaltliche Schwerpunkte:
Gentechnik
Bioethik Zeitbedarf: 8 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-technische Fragestellungen mit Hilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten.
B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen Zusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralische Bewertungskriterien angeben.
B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen.
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Reaktivierung von Vorwissen aus der EF
Replikation der DNA
Schulbuch EF-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.
Welche molekulargenetischen Verfahren ermöglichen gentechnische Forschung?
PCR
Genetischer Fingerabdruck
Gelelektrophorese
DNA-Chip Welche Molekulargenetischen
beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1). erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre
Wenn möglich: Exkursion Köln PUB oder BayLab
Optional: Vergleich der beiden Methoden des genetischen Fingerabdrucks (RFLP, VNTR) Anwendungsbeispiele für den Genetischen Fingerabdruck: Vaterschaftstest, Kriminalaufklärung und Nachweis genetisch bedingter Krankheiten, z.Bsp. Chorea Huntington oder Brustkrebs mit Diskussion ethischer Aspekte
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Werkzeuge spielen in der Gentechnik eine Rolle?
Restriktionsenzyme
Vektoren In welchen Bereichen wird Gentechnik angewendet?
Modellorganismen genetischer Forschung (Bakterien, Viren)
Transgene Lebewesen (z.Bsp. Grüne Gentechnik)
Welche therapeutischen Ansätze ergeben sich aus der Stammzellenforschung und was ist von ihnen zu halten?
Gentherapie
Zelltherapie Optional: Kurzer Einblick in die Entwicklungsbiologie anhand von Amphibien (Determination)
Einsatzgebiete (E4, E2, UF1). geben die Bedeutung von DNA-Chips an und beurteilen Chancen und Risiken (B1, B3). begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3). stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3). recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3). stellen naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz
Diskussion der verschiedenen Interessensgruppen (z. B. Ökologie, Ökonomie, Sozial) Recherche zu embryonalen bzw. adulten Stammzellen und damit verbundenen therapeutischen Ansätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft ausgewählten Quellen:
- Internetquellen - Fachbücher / Fachzeitschriften
Checkliste: Welche Quelle ist neutral und welche nicht? Checkliste: richtiges Belegen von
Diskussion von Datenschutz Bioethik: Gesetzliche Bestimmungen Mögliches Beispiel: Insulinherstellung Mögliche Beispiele: grüne Fische, Anti-Matsch Tomate Das vorgelegte Material könnte von SuS ergänzt werden. An dieser Stelle kann auf das korrekte Belegen von Text- und Bildquellen eingegangen werden, auch im Hinblick auf die Facharbeit. Neutrale und „interessengefärbte Quellen“
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von Stammzellen dar und beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4).
Informationsquellen Ggf. Powerpoint-Präsentationen der SuS Dilemmamethode Gestufte Hilfen zu den verschiedenen Schritten der ethischen Urteilsfindung
werden kriteriell reflektiert. Am Beispiel des Themas „Dürfen Embryonen getötet werden, um Krankheiten zu heilen?“ kann die Methode einer Dilemma-Diskussion durchgeführt und als Methode reflektiert werden.
Diagnose von Schülerkompetenzen:
Feedback über Verhalten und Qualität der Beiträge in Diskussionsrunden Leistungsbewertung:
KLP-Überprüfungsform: „Bewertungsaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. gentechnischen Verfahren)
ggf. Klausur / Kurzvortrag
Leistungskurskurs – Q 1: Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Unterrichtsvorhaben I: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?
Unterrichtsvorhaben II: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?
Unterrichtsvorhaben III: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?
Inhaltliche Schwerpunkte:
Meiose und Rekombination
Analyse von Familienstammbäumen
Proteinbiosynthese
Genregulation
Gentechnik
Bioethik Basiskonzepte: System Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Rekombination, Stammzelle Struktur und Funktion Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, Mutation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip Entwicklung Transgener Organismus, Epigenese, Zelldifferenzierung, Meiose
Zeitbedarf: ca. 55 Std. à 60 Minuten
Unterrichtsvorhaben I:
Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen
Konflikte treten dabei auf?
Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Inhaltliche Schwerpunkte:
Meiose und Rekombination
Analyse von Familienstammbäumen
Bioethik
Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Die Schülerinnen und Schüler können …
E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.
K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen,
B3 an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten.
Mögliche didaktische Leitfragen /
Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte
Kompetenzerwartungen des
Kernlehrplans
Die Schülerinnen und
Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/
Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen
und Empfehlungen sowie Darstellung
der verbindlichen Absprachen der
Fachkonferenz
Reaktivierung von SI-Vorwissen
Materialien zur Embryogenese
Advance Organizer
Think-Pair-Share zu bekannten
Elementen
SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick
auf Neues wird gegeben.
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Wie werden die Keimzellen gebildet
und welche Unterschiede gibt es bei
Frau und Mann?
Meiose
Spermatogenese / Oogenese
Wo entscheidet sich die genetische
Ausstattung einer Keimzelle und wie
entsteht genetische Vielfalt?
inter- und intrachromosomale Rekombination (auch Crossing-Over)
erläutern die
Grundprinzipien der
Rekombination (Reduktion
und Neu-kombination der
Chromosomen) bei Meiose
und Befruchtung (UF4).
Selbstlernplattform von Mallig:
http://www.mallig.eduvinet.de/defaul
t.htm#kurs
Materialien (z. B. Knetgummi)
Computeranimation
Zentrale Aspekte der Meiose werden
selbstständig wiederholt und geübt.
Schlüsselstellen bei der
Keimzellenbildung werden erarbeitet
und die theoretisch möglichen
Rekombinationsmöglichkeiten werden
ermittelt.
Wie kann man ein Vererbungsmuster
von genetisch bedingten Krankheiten
im Verlauf von Familiengenerationen
ermitteln und wie kann man daraus
Prognosen für den Nachwuchs
ableiten?
Erbgänge/Vererbungsmodi
genetisch bedingte Krankheiten, z. Bsp.: - Fehlender Zahnschmelz - Muskeldystrophie
Duchenne
formulieren bei der
Stammbaumanalyse
Hypothesen zu X-
chromosomalen und
autosomalen
Vererbungsmodi, sowie
Zweifaktorenanalyse,
Genkopplung und Crossing-
over genetisch bedingter
Merkmale und begründen
die Hypothesen mit
vorhandenen Daten auf der
Grundlage der Meiose (E1,
Checkliste zum methodischen
Vorgehen bei einer
Stammbaumanalyse.
Exemplarische Beispiele von
Familienstammbäumen
Selbstlernplattform von Mallig:
http://www.mallig.eduvinet.de/defaul
t.htm#kurs
Verbindlicher Beschluss der
Fachkonferenz: Die
Auswertungskompetenz bei
humangenetischen Stammbäumen
wird im Unterricht an mehreren
Beispielen geübt.
Prognosen zum Auftreten spezifischer,
genetisch bedingter Krankheiten
werden für Paare mit Kinderwunsch
ermittelt und für (weitere) Kinder
begründet angegeben.
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- Mukoviszidose - Albinismus - Hämophilie und Rot-grün
Schwäche
E3, E5, UF4, K4).
Recherchieren
Informationen zu
humangenetischen
Fragestellungen (u.a.
genetisch bedingten
Krankheiten), schätzen die
die Relevanz und
Zuverlässigkeit der
Informationen ein und
fassen die Ergebnisse
strukturiert zusammen (K2,
K1, K3, K4)
Internetrecherche
Schulbuch
z.B.
Gendiagnostikgesetz
Pränatale Diagnostik (Vorteile,
Nachteile, Konsequenzen der
Ergebnisse)
Diagnose von Schülerkompetenzen:
Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens
Leistungsbewertung:
KLP-Überprüfungsform: „Analyseaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Meiose / Karyogrammen / Stammbaumanalyse
ggf. Klausur / Kurzvortrag
16
Unterrichtsvorhaben II:
Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der
genetischen Strukturen auf einen Organismus?
Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Inhaltliche Schwerpunkte:
Proteinbiosynthese
Mutationen
Genregulation
Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Die Schülerinnen und Schüler können …
UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben.
UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen.
UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren.
E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben.
Mögliche didaktische
Leitfragen / Sequenzierung
inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte
Kompetenzerwartungen des
Kernlehrplans
Die Schülerinnen und
Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/
Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und
Empfehlungen sowie Darstellung der
verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Reaktivierung von Vorwissen
aus der EF
Bau der DNA
DNA-Modelle EF-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf
Neues wird gegeben.
Was ist ein Gen?
Genbegriff
Genwirkketten
reflektieren und erläutern
den Wandel des
Genbegriffes (E7).
17
Wie entstehen aus Genen
Merkmale?
Proteinbiosynthese bei Prokaryoten
Genetischer Code
Proteinbiosynthese bei Eukaryoten
Wirkung von Antibiotika und Hemmstoffen
vergleichen die molekularen
Abläufe in der
Proteinbiosynthese bei Pro-
und Eukaryoten (UF1, UF3).
benennen Fragestellungen
und stellen Hypothesen zur
Entschlüsselung des
genetischen Codes auf und
interpretieren klassische
Experimente zur Aufklärung
des genetischen Codes und
der Proteinbiosynthese (E1,
E3, E4, E5).
erläutern wissenschaftliche
Experimente zur Aufklärung
der Proteinbiosynthese,
generieren Hypothesen auf
der Grundlage der
Versuchspläne und
interpretieren die
Versuchsergebnisse (E3, E4,
E5)
Computeranimationen zur
Proteinbiosynthese bei Pro- und
Eukaryoten (Schroedel)
Tabellarische Gegenüberstellung
Selbstlernplattform von Mallig:
http://www.mallig.eduvinet.de/defaul
t.htm#kurs
Ausgewählte Klassische Experimente (z.B. von
Nierenberg, Matthaei und Khorana) zur
Entschlüsselung des genetischen Codes
werden nachvollzogen und ausgewertet.
Sensibilisierung für verantwortungsvollen
Umgang mit Antibiotika.
18
Welche Einflüsse haben
Veränderungen der genetischen
Strukturen auf einen
Organismus?
Mutationsformen
Mutagene
erläutern Eigenschaften des
genetischen Codes und
charakterisieren mit dessen
Hilfe Genmutationen (UF1,
UF2).
erklären die Auswirkungen
verschiedener Gen-,
Chromosom- und
Genommutationen auf den
Phänotyp (u.a. unter
Berücksichtigung von
Genwirkketten) (UF1, UF4).
Exemplarische Beispiele von
Mutationen und Mutagenen
Die verschiedenen Mutationsformen (Gen-,
Chromosomen-, Genommutation) werden
anhand von selbst gewählten Beispielen
(z.Bsp. Sichelzellanämie,
Katzenschreisyndrom, Trisomie 21) erläutert.
Sensibilisierung für Sonnenschutz (UV-
Strahlung).
Wie wird die Genexpression bei
Pro- und Eukaryoten reguliert?
Genregulation bei Prokaryoten (Substratinduktion und Endproduktrepression)
Genregulation bei Eukaryoten
Epigenetik (z. Bsp. DNA-Methylierung, DNA-Acetylierung)
erläutern und entwickeln
Modellvorstellungen auf der
Grundlage von Experimenten
zur Aufklärung der
Genregulation bei
Prokaryoten (E2, E5, E6).
erklären mithilfe von
Modellen genregulatorische
Vorgänge bei Eukaryoten
(E6)
erläutern die Bedeutung der
Transkriptionsfaktoren für
Gruppenarbeit: Modelle zu Lac- bzw.
Trp-Operon selbst entwickeln
Partnerpuzzle zu Lac- bzw. Trp-
Operon
Strukturlegetechnik
Gruppenpuzzle zu verschiedenen
Möglichkeiten der Regulation bei
Eukaryoten
Vorschlag: Allgemeine und spezifische
Transkriptionsfaktoren (Silencer,
Enhancer); DNA-Methylierung;
Verdeutlichung des Basiskonzepts „Steuerung
und Regelung“ anhand der biologischen
Bedeutung der Genregulation.
19
die Regulation von
Zellstoffwechsel und
Entwicklung (UF1, UF4)
erklären mit Hilfe eines
Modells die Wechselwirkung
von Proto-Onkogenen und
Tumor-Suppressorgenen auf
die Regulation des Zellzyklus
und erklären die Folgen von
Mutationen in diesen Genen
(E6, UF1, UF3, UF4).
erläutern epigenetische
Modelle zur Regelung des
Zellstoffwechsels und leiten
Konsequenzen für den
Organismus ab (E6).
Alternatives Splicen; Regulation auf
Proteinebene;
RNA-Interferenz;
z.B. Lerntempoduett Agouti-Mäuse
und Treue Wühlmäuse
Beispiel:
Tumorsuppressorgen/Transkriptionsfaktor
p53
Protoonkogen Ras
Aktuelle Modellvorstellungen zu
Alterungsprozessen und Krebsentstehung
werden reflektiert.
Fokussierung auf ein Beispiel
Einfluss von Umweltfaktoren auf die
Genaktivität (z.Bsp. Veränderung von
Methylierungsmustern durch
Lebensbedingungen, Histonmodifikation)
Fokussierung auf zwei Beispiele:
Mögliche Beispiele: X-Inaktivierung bei Frauen
Aguoti-Mäuse – treue Wühlmäuse
Krebs (Karzinome der Kopf-Hals-Region)
Prader-Willi-Syndrom und Angelmann-
Syndrom
Diagnose von Schülerkompetenzen:
Ampelabfrage
Leistungsbewertung:
KLP-Überprüfungsform: „Darstellungsaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Proteinbiosynthese / Mutationsformen)
ggf. Klausur / Kurzvortrag
20
Unterrichtsvorhaben III:
Thema/Kontext: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?
Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)
Inhaltliche Schwerpunkte:
Gentechnik
Bioethik
Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Die Schülerinnen und Schüler können …
K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-technische Fragestellungen mit Hilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten.
B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen Zusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralische Bewertungskriterien angeben.
B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen.
Mögliche didaktische
Leitfragen / Sequenzierung
inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte
Kompetenzerwartungen des
Kernlehrplans
Die Schülerinnen und
Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/
Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und
Empfehlungen sowie Darstellung der
verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Reaktivierung von Vorwissen
aus der EF
Replikation der DNA
Schulbuch EF-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf
Neues wird gegeben.
Welche molekulargenetischen
Verfahren ermöglichen
gentechnische Forschung?
PCR
Genetischer Fingerabdruck
beschreiben
molekulargenetische
Werkzeuge und erläutern
deren Bedeutung für
gentechnische
Grundoperationen (UF1).
Exkursion Köln PUB oder BayLab
Vergleich der beiden Methoden des
genetischen Fingerabdrucks (RFLP, VNTR)
Anwendungsbeispiele für den Genetischen
21
Gelelektrophorese
DNA-Chip
Welche molekulargenetischen
Werkzeuge spielen in der
Gentechnik eine Rolle?
Restriktionsenzyme
Vektoren
In welchen Bereichen wird
Gentechnik angewendet?
Modellorganismen genetischer Forschung (Bakterien, Viren)
Transgene Lebewesen (z.B. Grüne Gentechnik)
erläutern
molekulargenetische
Verfahren (u.a. PCR,
Gelelektrophorese) und ihre
Einsatzgebiete (E4, E2, UF1).
geben die Bedeutung von
DNA-Chips und
Hochdurchsatz-
Sequenzierung an und
beurteilen Chancen und
Risiken (B1, B3).
begründen die Verwendung
bestimmter
Modellorganismen (u.a. E.
coli) für besondere
Fragestellungen genetischer
Forschung (E6, E3).
stellen mithilfe geeigneter
Medien die Herstellung
transgener Lebewesen dar
und diskutieren ihre
Optional: Blue genes Versuche
Fingerabdruck: Vaterschaftstest,
Kriminalaufklärung und Nachweis genetisch
bedingter Krankheiten, z.B. Chorea
Huntington oder Brustkrebs mit Diskussion
ethischer Aspekte
Diskussion von Datenschutz
Bioethik: Gesetzliche Bestimmungen
Mögliches Beispiel: Insulinherstellung
22
Welche therapeutischen
Ansätze ergeben sich aus der
Stammzellenforschung und was
ist von ihnen zu halten?
Gentherapie
Zelltherapie
Optional: Kurzer Einblick in die Entwicklungsbiologie anhand von Amphibien (Determination)
Verwendung (K1, B3).
Beschreiben aktuelle
Entwicklungen in der
Biotechnologie bis hin zum
Aufbau von synthetischen
Organismen in ihren
Konsequenzen für
unterschiedliche Einsatzziele
und bewerten sie (B3, B4)
recherchieren Unterschiede
zwischen embryonalen und
adulten Stammzellen und
präsentieren diese unter
Verwendung geeigneter
Darstellungsformen (K2, K3).
stellen
naturwissenschaftlich-
gesellschaftliche Positionen
zum therapeutischen Einsatz
von Stammzellen dar und
beurteilen Interessen sowie
Folgen ethisch (B3, B4).
Diskussion oder Fishbowlmethode
der verschiedenen
Interessensgruppen (z.B. Ökologie,
Ökonomie, Sozial)
Recherche zu embryonalen bzw.
adulten Stammzellen und damit
verbundenen therapeutischen
Ansätzen in unterschiedlichen, von der
Lehrkraft ausgewählten Quellen:
- Internetquellen - Fachbücher / Fachzeitschriften
Checkliste: Welche Quelle ist neutral
und welche nicht?
Checkliste: richtiges Belegen von
Informationsquellen
Ggf. Powerpoint-Präsentationen der
SuS
Mögliche Beispiele: grüne Fische/Mäuse, Anti-
Matsch Tomate; Genmais
Das vorgelegte Material könnte von SuS
ergänzt werden.
An dieser Stelle kann auf das korrekte Belegen
von Text- und Bildquellen eingegangen
werden, auch im Hinblick auf die Facharbeit.
Neutrale und „interessengefärbte Quellen“
werden kriteriell reflektiert.
23
Dilemmamethode/Diskussionsrunde
Gestufte Hilfen zu den verschiedenen
Schritten der ethischen Urteilsfindung
Am Beispiel des Themas „Dürfen Embryonen
getötet werden, um Krankheiten zu heilen?“
kann die Methode einer Dilemma-Diskussion
durchgeführt und als Methode reflektiert
werden.
Diagnose von Schülerkompetenzen:
Feedback über Verhalten und Qualität der Beiträge in Diskussionsrunden
Leistungsbewertung:
KLP-Überprüfungsform: „Bewertungsaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. gentechnischen Verfahren)
ggf. Klausur / Kurzvortrag
24
Grundkurs – Q 1: Inhaltsfeld: IF 3 (Ökologie)
• Unterrichtsvorhaben I: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?
• Unterrichtsvorhaben II: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?
• Unterrichtsvorhaben III: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?
• Unterrichtsvorhaben III: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen– Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?
• Inhaltliche Schwerpunkte: • Umweltfaktoren und ökologische Potenz • Dynamik von Populationen • Stoffkreislauf und Energiefluss • Mensch und Ökosysteme
Basiskonzepte: System Ökosysteme, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Photosynthese, Stoffkreislauf Struktur und Funktion Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte
Entwicklung Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie Zeitbedarf: ca. 32 Std. à 60 Minuten
25
Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • Umweltfaktoren und ökologische Potenz
Zeitbedarf: 12 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können … • E4 • E5 • K4
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Reaktivierung von SI-Vorwissen
Advance Organizer Think-Pair-Share zu bekannten Elementen
SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.
Wie ist das Lebewesen abhängig von seiner abiotischen Umwelt?
• Ökologische Potenz und Präferenz, Toleranz
• Tiere • RGT-Regel • Bergmannsche- und Allensche Regel
werten unterschiedlich strukturierte Diagramme zur Abhängigkeit von Umweltfaktoren aus (E5) • entwickeln aus zeitlich-
rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5),
• erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u.a. tiergeographische
Material Diagramme zur Präferenz und Toleranz (Natura S 332-335) Experimente z. B. Zu Bergmannschen und Allenschen Regel Materialien (z. B. Wasserflöhe für RGT-Regel, Gewässer mit Wasserunterschiedlicher Temperatur ineinander gestellt, Thermometer zur
Herausstellung des Unterschiedes zwischen ökologischer und physiologischer Potenz Planungs- und Auswertungskompetenz der SuS sollen gezielt gefördert werden.
26
• Pflanzen
Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4).
• zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem auf (UF3, UF4, E4)
• planen Experimente zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, führen sie durch und reflektieren Fehlerquellen, protokollieren und ziehen Schlussfolgerungen (E4, E5)
Bergmanschen Regel) Arbeitsblätter nach Themenheft Schrödel Ökologie z. B Gruppenpuzzle mit Arbeitsblättern zur Anpassungen von Pflanzen an unterschiedliche Standortbedingungen Alternative Mikroskopie von Blättern von Pflanzen mit Anpassungen an unterschiedliche Standortbedingungeben Material Blattquerschnitte von Xerophyten (Oleander), Mesophyten (Ligusta), Sukkulente („Geldbäumchen“, Rhoeo
Als Voraussetzung muss der Grundaufbau des Blattes thematisiert werden.
27
discolor o. ä.) und Hydrophyten (Valisnerea (Schulaquarium))
Leistungsbewertung: Anwendungsaufgaben zu den inhaltlichen und methodischen Kompetenzen; ggf. Klausur
Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • Dynamik von Populationen
Zeitbedarf: 8 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
• UF4 • E5 • E5 • K3
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Wie entwickeln sich Populationen in Abhängigkeit von abiotischen und biotischen Faktoren?
• Exponentielles und Logistisches Wachstum • Umweltkapazität • Regelkreise
• ökologische Nische • Konkurrenz
beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (UF1),
Material Natura 346-347
28
• Räuber-Beute-Beziehung (Lotka-Volterra-Regel)
• Symbiose • Parasitismus
• r- und K-Strategen
Erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2) strukturieren gewonnene Daten strukturiert mithilfe von digitalen Werkzeugen (K1) untersuchen die Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6) leiten aus Untersuchungsdaten aus inter- und itraspezifischen Beziehungen mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1) leiten aus Daten zu abiotischen und biotischen
Material Räuber-Beute-Spiel Material Natura S.354-355 Material Natura S.354-355
Selbstständiges Erstellen von Graphen anhand selbst ermittelter Werte
29
Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • Stoffkreislauf und Energiefluss
Zeitbedarf: 6 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
• UF2 • UF3 • B2 • B3
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Wie sind Energie und Biomasse in einem Ökosystem verteilt?
Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderungen (Abundanz und Dispersion von Arten) sowie K- und r-Lebenszyklusstrategien ab (E5, UF1, UF2, UF3, UF4),
Leistungsbewertung: Anwendungsaufgaben zu den inhaltlichen und methodischen Kompetenzen; ggf. Klausur
30
• Trophieebenen • Energie- und Biomassepyramiden
• Energiefluss
• Stoffkreisläufe • Kohlenstoffkreislauf
• Bedeutung der Photosynthese
stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3), entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ein (B2, B3), planen und führen Experimente zur Fotosyntheseabhängigkeit selbsständig durch und stellen ihre Ergebnisse dar (E1, E2, E3, E4) analysieren ihre Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5),
Material Natura S.360-362 Material Arbeitsblatt zum Treibhauseffekt Experimente zur Fotosyntheseabhängigkeit von Wasserpest Material Natura S. 108-109
31
• Stickstoffkreislauf
erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3), präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1),
Material Darstellung der Absorption bestimmter Wellenlängen durch Chlorophyll anhand der Schuleigenen Apparatur
Die Vorgänge der Fotoreaktion und Synthesereaktion werden nicht im Detail besprochen, sondern nur die Zusammenhänge dargestellt.
Leistungsbewertung: Anwendungsaufgaben zu den inhaltlichen und methodischen Kompetenzen; ggf. Klausur
32
7
Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen– Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • Dynamik von Ökosystemen
Zeitbedarf: 6 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
• • •
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Wie wirkt sich das menschliche Verhalten auf die Stabilität von Ökosystemen aus?
• Formen der landwirtschaftlichen/forstwirtschaftlichen Nutzung • Neobiota
erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2), diskutieren Konflikte zwischen der Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz (B2, B3),
Material Texte zu ausgewählten Neozoen und/oder Neophyten Material Natura S.384-391
Leistungsbewertung: Anwendungsaufgaben zu den inhaltlichen und methodischen Kompetenzen; ggf. Klausur
33
Leistungskurs – Q 1: Inhaltsfeld: IF 3 (Ökologie)
• Unterrichtsvorhaben I: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?
• Unterrichtsvorhaben II: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?
• Unterrichtsvorhaben III: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?
• Unterrichtsvorhaben IV: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?
• Unterrichtsvorhaben V: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen – Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?
Inhaltliche Schwerpunkte: • Umweltfaktoren und ökologische Potenz • Dynamik von Populationen • Stoffkreislauf und Energiefluss • Fotosynthese • Mensch und Ökosysteme
Basiskonzepte: System Ökosysteme, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Photosynthese, Stoffkreislauf Struktur und Funktion Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte
Entwicklung Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie Zeitbedarf: ca. 26 Std. à 60 Minuten
34
Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • Umweltfaktoren und
ökologische Potenz Zeitbedarf: 12 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
• E4 • E5 • K4
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Reaktivierung von SI-Vorwissen
Advance Organizer Think-Pair-Share zu bekannten Elementen
SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.
Wie ist das Lebewesen abhängig von seiner abiotischen Umwelt?
• Ökologische Potenz und Präferenz, Toleranz
• Tiere
• RGT-Regel • Bergmannsche- und
Allensche Regel
werten unterschiedlich strukturierte Diagramme zur Abhängigkeit von Umweltfaktoren aus (E5) untersuchen das Vorkommen, die Abundanz und die Dispersion von Lebewesen eines Ökosystems im Freiland (E1, E2, E4) planen ausgehend von Hypothesen Experimente zur Überprüfung der
Material Diagramme zur Präferenz und Toleranz (Natura S 332-335) Exkursion z.B. zum See, Fließgewääser oder in den Wald
Herausstellung des Unterschiedes zwischen ökologischer und physiologischer Potenz Planungs- und Auswertungskompetenz der SuS sollen gezielt gefördert werden.
35
• Pflanzen
ökologischen Potenz nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienorientiert Messungen vor und deuten die Ergebnisse (E2, E3, E4, E5, K4) • entwickeln aus zeitlich-
rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5),
• erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u.a. tiergeographische Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4).
• zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem auf (UF3, UF4, E4)
Experimente z. B. Zu Bergmannschen und Allenschen Regel Materialien (z. B. Wasserflöhe für RGT-Regel, Gewässer mit Wasserunterschiedlicher Temperatur ineinander gestellt, Thermometer zur Bergmanschen Regel) Arbeitsblätter nach Themenheft Schrödel Ökologie
Als Voraussetzung muss der Grundaufbau des Blattes thematisiert werden.
36
• planen Experimente zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, führen sie durch und reflektieren Fehlerquellen, protokollieren und ziehen Schlussfolgerungen (E4, E5)
z. B Gruppenpuzzle mit Arbeitsblättern zur Anpassungen von Pflanzen an unterschiedliche Standortbedingungen Alternative Mikroskopie von Blättern von Pflanzen mit Anpassungen an unterschiedliche Standortbedingungeben Material Blattquerschnitte von Xerophyten (Oleander), Mesophyten (Ligusta), Sukkulente („Geldbäumchen“, Rhoeo discolor o. ä.) und Hydrophyten (Valisnerea (Schulaquarium))
Leistungsbewertung: Anwendungsaufgaben zu den inhaltlichen und methodischen Kompetenzen; ggf. Klausur
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Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • Dynamik von Populationen
Zeitbedarf: 11 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
• UF4 • E5 • E5 • K3
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Wie entwickeln sich Populationen in Abhängigkeit von abiotischen und biotischen Faktoren?
• Exponentielles und Logistisches Wachstum • Umweltkapazität • Regelkreise
• ökologische Nische • Konkurrenz
beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (UF1), Erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2)
Material Natura 346-347
Selbstständiges Erstellen von Graphen anhand selbst ermittelter
38
• Räuber-Beute-Beziehung (Lotka-Volterra-Regel)
• Symbiose • Parasitismus
• r- und K-Strategen
strukturieren gewonnene Daten strukturiert mithilfe von digitalen Werkzeugen (K1) untersuchen die Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6) vergleichen das Lotka-Volterra-Modell mit veröffentlichten Daten aus Freilandmessungen und diskutieren die Grenzen des Models (E6) leiten aus Untersuchungsdaten aus inter- und itraspezifischen Beziehungen mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1) leiten aus Daten zu abiotischen und biotischen Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderungen (Abundanz und Dispersion von Arten) sowie K- und r-Lebenszyklusstrategien ab (E5, UF1, UF2, UF3, UF4),
Material Räuber-Beute-Spiel Material Natura S.354-355 Material Natura S.354-355
Werte
Leistungsbewertung: Anwendungsaufgaben zu den inhaltlichen und methodischen Kompetenzen; ggf. Klausur
39
Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • Stoffkreislauf und Energiefluss
Zeitbedarf: 8 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
• UF2 • UF3 • B2 • B3
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Wie sind Energie und Biomasse in einem Ökosystem verteilt?
• Trophieebenen • Energie- und Biomassepyramiden
• Energiefluss
stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3),
Material Natura S.360-362
40
• Stoffkreisläufe • Kohlenstoffkreislauf
• Stickstoffkreislauf
entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ein (B2, B3),
Fallanalyse von Konsumentenverhalten in Form von Textarbeit oder eigenen Befragungen.
Leistungsbewertung: Anwendungsaufgaben zu den inhaltlichen und methodischen Kompetenzen; ggf. Klausur
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Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • Photosynthese
Zeitbedarf: 8 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
• UF2 • UF3 • B2 • B3
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Bedeutung der Photosynthese
Leiten aus Forschungsexperimenten zur Aufklärung der Fotosynthese zugrundeliegende Fragestellungen und Hypothesen ab (E1, E3, UF2, UF4) planen und führen Experimente zur Fotosyntheseabhängigkeit
Experimente von z. B. Arnon, Hill, Calvin (siehe Buch und Arbeitsblätter)
42
selbsständig durch und stellen ihre Ergebnisse dar (E1, E2, E3, E4) analysieren ihre Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5), erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3), erläutern mithilfe einfacherer Schemata das Grundprinzip der Energieumwandlung in den Photosystemen und den Mechanismus der ATP-Synthese (K3, UF1) präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1)
Material Arbeitsblatt zum Treibhauseffekt Experimente zur Fotosyntheseabhängigkeit
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von Wasserpest Material Natura S. 108-109 Material Schemata zur Ausbildung des Ionengradienten (Vergleich Batterie) Material Darstellung der Absorption bestimmter Wellenlängen durch Chlorophyll anhand der Schuleigenen Apparatur z.B. Zusammenfassung in Gruppenarbeit mithilfe von Plakaten
Die Vorgänge der Fotoreaktion und Synthesereaktion werden im Detail besprochen und die Zusammenhänge dargestellt.
Leistungsbewertung: Anwendungsaufgaben zu den inhaltlichen und methodischen Kompetenzen; ggf. Klausur
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Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen – Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?
Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)
Inhaltliche Schwerpunkte: • Dynamik von Ökosystemen
Zeitbedarf: 8 Std. à 60 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können …
• UF2 • UF3 • B2 • B3
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Wie wirkt sich das menschliche Verhalten auf die Stabilität von Ökosystemen aus? • Formen der landwirtschaftlichen/forstwirtschaftlichen Nutzung • Neobiota
Material Texte zu ausgewählten Neozoen und/oder Neophyten Material Natura S.384-391 z. B. Exkursion zum Rheinlabor der Universität Köln
Leistungsbewertung: Anwendungsaufgaben zu den inhaltlichen und methodischen Kompetenzen; ggf. Klausur
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2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit
In Absprache mit der Lehrerkonferenz sowie unter Berücksichtigung des Schulprogramms hat die Fachkonferenz Biologie die folgenden fachmethodischen und fachdidaktischen Grundsätze beschlossen. In diesem Zusammenhang beziehen sich die Grundsätze 1 bis 14 auf fächerübergreifende Aspekte, die auch Gegenstand der Qualitätsanalyse sind, die Grundsätze 15 bis 25 sind fachspezifisch angelegt.
Überfachliche Grundsätze:
1. Geeignete Problemstellungen zeichnen die Ziele des Unterrichts vor und bestimmen die Struktur der Lernprozesse.
2. Inhalt und Anforderungsniveau des Unterrichts entsprechen dem Leistungsvermögen der Lerner.
3. Die Unterrichtsgestaltung ist auf die Ziele und Inhalte abgestimmt. 4. Medien und Arbeitsmittel sind lernernah gewählt. 5. Die Schülerinnen und Schüler erreichen einen Lernzuwachs. 6. Der Unterricht fördert und fordert eine aktive Teilnahme der Lerner. 7. Der Unterricht fördert die Zusammenarbeit zwischen den Lernenden und bietet ihnen
Möglichkeiten zu eigenen Lösungen. 8. Der Unterricht berücksichtigt die individuellen Lernwege der einzelnen Lerner. 9. Die Lerner erhalten Gelegenheit zu selbstständiger Arbeit und werden dabei unterstützt. 10. Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Einzel-, Partner- bzw. Gruppenarbeit sowie
Arbeit in kooperativen Lernformen. 11. Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Arbeit im Plenum. 12. Die Lernumgebung ist vorbereitet; der Ordnungsrahmen wird eingehalten. 13. Die Lehr- und Lernzeit wird intensiv für Unterrichtszwecke genutzt. 14. Es herrscht ein positives pädagogisches Klima im Unterricht. Fachliche Grundsätze:
1. Der Biologieunterricht orientiert sich an den im gültigen Kernlehrplan ausgewiesenen, obligatorischen Kompetenzen.
2. Der Biologieunterricht ist problemorientiert und an Unterrichtsvorhaben und Kontexten ausgerichtet.
3. Der Biologieunterricht ist lerner- und handlungsorientiert, d.h. im Fokus steht das Erstellen von Lernprodukten durch die Lerner.
4. Der Biologieunterricht ist kumulativ, d.h. er knüpft an die Vorerfahrungen und das Vorwissen der Lernenden an und ermöglicht das Erlernen von neuen Kompetenzen.
5. Der Biologieunterricht fördert vernetzendes Denken und zeigt dazu eine über die verschiedenen Organisationsebenen bestehende Vernetzung von biologischen Konzepten und Prinzipien mithilfe von Basiskonzepten auf.
6. Der Biologieunterricht folgt dem Prinzip der Exemplarizität und gibt den Lernenden die Gelegenheit, Strukturen und Gesetzmäßigkeiten möglichst anschaulich in den ausgewählten Problemen zu erkennen.
7. Der Biologieunterricht bietet nach Produkt-Erarbeitungsphasen immer auch Phasen der Metakognition, in denen zentrale Aspekte von zu erlernenden Kompetenzen reflektiert werden.
8. Der Biologieunterricht ist in seinen Anforderungen und im Hinblick auf die zu erreichenden Kompetenzen für die Lerner transparent.
9. Im Biologieunterricht werden Diagnoseinstrumente zur Feststellung des jeweiligen
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Kompetenzstandes der Schülerinnen und Schüler durch die Lehrkraft, aber auch durch den Lerner selbst eingesetzt.
10. Der Biologieunterricht bietet immer wieder auch Phasen der Übung.
2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung
Auf der Grundlage von § 48 SchulG, § 13 APO-GOSt sowie Kapitel 3 des Kernlehrplans Biologie hat die Fachkonferenz im Einklang mit dem entsprechenden schulbezogenen Konzept die nachfolgenden Grundsätze zur Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung beschlossen. Die nachfolgenden Absprachen stellen die Minimalanforderungen an das lerngruppenübergreifende gemeinsame Handeln der Fachgruppenmitglieder dar. Bezogen auf die einzelne Lerngruppe kommen ergänzend weitere der in den Folgeabschnitten genannten Instrumente der Leistungsüberprüfung zum Einsatz. Beurteilungsbereich: Sonstige Mitarbeit Folgende Aspekte sollen bei der Leistungsbewertung der sonstigen Mitarbeit eine Rolle spielen (die Liste ist nicht abschließend):
• Verfügbarkeit biologischen Grundwissens
• Sicherheit und Richtigkeit in der Verwendung der biologischen Fachsprache
• Sicherheit, Eigenständigkeit und Kreativität beim Anwenden fachspezifischer Methoden und
Arbeitsweisen (z. B. beim Aufstellen von Hypothesen, bei Planung und Durchführung von
Experimenten, beim Umgang mit Modellen, …)
• Zielgerichtetheit bei der themenbezogenen Auswahl von Informationen und Sorgfalt und
Sachrichtigkeit beim Belegen von Quellen
• Sauberkeit, Vollständigkeit und Übersichtlichkeit der Unterrichtsdokumentation, ggf.
Portfolio
• Sachrichtigkeit, Klarheit, Strukturiertheit, Fokussierung, Ziel- und Adressatenbezogenheit in
mündlichen und schriftlichen Darstellungsformen, auch mediengestützt
• Sachbezogenheit, Fachrichtigkeit sowie Differenziertheit in verschiedenen
Kommunikationssituation (z. B. Informationsaustausch, Diskussion, Feedback, …)
• Reflexions- und Kritikfähigkeit
• Schlüssigkeit und Differenziertheit der Werturteile, auch bei Perspektivwechsel
• Fundiertheit und Eigenständigkeit der Entscheidungsfindung in Dilemmasituationen
4 Qualitätssicherung und Evaluation
Evaluation des schulinternen Curriculums Das schulinterne Curriculum stellt keine starre Größe dar, sondern ist als „lebendes Dokument“ zu betrachten. Dementsprechend werden die Inhalte stetig überprüft, um ggf. Modifikationen vornehmen zu können. Die Fachkonferenz (als professionelle Lerngemeinschaft) trägt durch diesen Prozess zur Qualitätsentwicklung und damit zur Qualitätssicherung des Faches Biologie bei.
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Der Prüfmodus erfolgt jährlich. Zu Schuljahresbeginn werden die Erfahrungen des vergangenen Schuljahres in der Fachschaft gesammelt, bewertet und eventuell notwendige Konsequenzen und Handlungsschwerpunkte formuliert.