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: 16 Std. à 45 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:

·         Mendel Genetik

·         Mitose

·         …

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

Bei welchem Vorgang entscheidet sich die genetische Ausstattung ei­ner Keimzelle und wie entsteht ge­netische Vielfalt?

·         inter-und intrachromosoma­le Rekombination

erläutern die Grundprinzi­pien der Rekombination (Reduktion und Neukombi­nation der Chromosomen) bei Meiose und Befruch­tung (UF4).

evtl mit der Selbstlernplattform von Mallig:

http://www.mallig.eduvinet.de/default.htm#kurs

Materialien (z.B. Knetgummi, Pfeifenputzer)

Arbeitsblätter

Film (z.B. Reifeteilung, Sex-Test für Caster Semenya)

Zentrale Aspekte der Meiose werden selbstständig wiederholt und geübt.

Schlüsselstellen bei der Keimzellen­bildung werden erarbeitet und die theoretisch möglichen Rekombinati­onsmöglichkeiten ermittelt.

Wie kann man mit Hilfe eines Stammbaums Vererbungsmuster von genetisch bedingten Krankhei­ten im Verlauf von Familiengenera­tionen ermitteln und daraus Pro­gnosen für den Nachwuchs ablei­ten?

·         Erbgänge/Vererbungsmodi

·         genetisch bedingte Krank­heiten z.B:

-Cystische Fibrose

-Muskeldystrophie nach

 Duchenne

Chorea Huntington

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.

Rollenspiel zu Situationen in der PND

Exemplarische Beispiele von Fa­milienstammbäumen

evtl. mit der Selbstlernplattform von Mallig:

http://www.mallig.eduvinet.de/default.htm#kurs

Prognosen zum Auftreten spezifi­scher, genetisch bedingter Krankhei­ten werden für Paare mit Kinder­wunsch ermittelt und für (weitere) Kinder begründet angegeben.

Zentrale Aspekte der Stammbaumanalyse werden selbstständig wiederholt und geübt.

Welche therapeutischen Ansätze ergeben sich aus der Stammzel­lenforschung und was ist von ihnen zu halten?

·         Gentherapie

·         Zelltherapie

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).

Recherche zu embryonalen bzw. adulten Stammzellen und damit verbundenen therapeutischen An­sätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft ausgewählten Quel­len:

-       Internetquellen

-       Fachbücher / Fachzeit­schriften

-       Informationsblätter

Checkliste: Welche Quelle ist neu­tral und welche nicht?

Checkliste: richtiges Belegen von Informationsquellen

Ggf. Powerpoint-Präsentationen der SuS

Dilemmamethode

(Podiumsdiskussion)

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 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:

·         Ggf. Präsentation der arbeitsteiligen GA (Stammbaumanalyse); Wer wird Millionär? - ein kleines Quiz

Leistungsbewertung:

·         Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben II:

·         Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?

Inhaltsfeld: 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Proteinbiosynthese

·         Genregulation

Zeitbedarf: 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläu­tern

·         UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Krite­rien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen

·         UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und auf­zeigen

·         E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologi­sche sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen

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 ist das Erbgut aufgebaut?

·         Reaktivierung von EF-Vor­wissen (Aufbau der DNA und Ablauf der Replikation mit den beteiligten Enzymen)

Wie läuft die Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten auf molekularer Ebene ab?

·         Definition "Gen"

·         Eigenschaften des Gene­tischen Codes

·         Proteinbiosynthese

·         Transkription

·         Translation

·         Ein Gen ein Polypepti­d-Hypothese

Kurzer Einblick in die Epigenetik

Welche unterschiedlichen Muta­tionsarten gibt es und wie wir­ken sie sich aus?

ñ    Genmutation (Punktmuta­tion): Stumme M., Missense M. , Nonsense M., Rasterschubmu­tation (Basenpaar- Insertion oder Deletion)

ñ    Genommutation

ñ    Chromosomenmutation (Deletion, Inversion, Duplikation, Translokation)

ñ    Mutagene

Wie können Gene reguliert wer­den?(Operon-Modell)

ñ    Substratinduktion

ñ    Enzymrepression

Wie entsteht Krebs?

ñ    Proto-Onkogen

ñ    Tumor-Supressorgen

vergleichen die moleku­larbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3),

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),

reflektieren und erläutern den Wandel des Genbe­griffes (E7)

erklären einen epigene­tischen Mechanismus als  Modell zur Rege­lung des Zellstoffwech­sels (E6)

erläutern und entwi­ckeln Modellvorstellun­gen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genre­gulation bei Prokaryo­ten (E2, E5, E6)

erklären mithilfe eines Modells die Wechselwir­kung von Proto-Onkoge­nen und Tumor-Suppres­sorgenen auf die Regula­tion des Zellzyklus und beurteilen die Folgen von Mutationen in diesen Ge­nen (E6, UF1, UF3, UF4)

DNA-Modell

evtl. Film Die Zelle, Teil I und II, 

Film zur Replikation

Arbeitsblätter:

Zeitungsartikel zum Thema

ggf. Küchenrezept zur Isolierung eige­ner DNA

Hinführung zum gen. Code

evtl. DNA-Puzzle

Auswirkungen von Mutationen, z.B. anhand der Sichelzellenanämie

SI-Wissen wird reaktiviert, ein Aus­blick auf Neues wird gegeben.

Schüleraktivierung durch praktisches Arbeiten

Mithilfe verschiedener Fallbeispiele werden die teilweise dramatischen Auswirkungen der verschiedenen Mutationsarbeiten erarbeitet und mit einander verglichen.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

·         evtl. Selbstdiagnose in Form eines Lückentextes

Leistungsbewertung:

·         Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben III:

·         Thema/Kontext: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?

Inhaltsfeld: 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·                     

Zeitbedarf: 14 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen

·         B1 fachliche, wirtschaftlich-politische und moralische Kriterien bei Be­wertungen von biologischen und biotechnischen Sachverhalten unter­scheiden und angeben

·         B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlö­sungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen 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

Welche Bedeutung haben mole­kulargenetische Werkzeuge?

·                    Restriktionsenzyme, Liga­sen, Vektoren

Welche Methoden des Gen­transfers gibt es?

Wie kann ein genetischer Fin­gerabdruck hergestellt werden?

ñ    PCR Methode

ñ    Gelelektrophorese

DNA-Chips

Transgene Organismen

beschreiben molekular­genetische Werkzeuge und erläutern deren Be­deutung für gentechni­sche Grundoperationen (UF1).

erläutern molekularge­netische Verfahren (u.a. PCR und Gelelektropho­rese) und ihre Einsatz­gebiete (E4, E1, UF1)

stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3),

stellen naturwissen-schaftlich-gesellschaftl. Positio­nen zum therap. Einsatz von Stammzellen dar und bewerten Inter­essen sowie Folgen ethisch (B3, B4),

geben die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-Sequen­zierung an und bewer­ten Chancen und Risi­ken (B1, B3),

Filme

Arbeitsblätter:

Vaterschaftstest, Täterüberführung

ggf. Lerntempoduett

Hierbei sollen die SuS sich mit den Möglichkeiten und Grenzen der derzeitigen Genetik kritisch auseinander setzen und ihre Meinung dazu vertreten

Diagnose von Schülerkompetenzen:

·         Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

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: 16 Std. à 45 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 Fk

Reaktivierung von SI-Vorwissen

Wie werden die Keimzellen gebildet und welche Unterschiede gibt es bei Frau und Mann?

• Mendel Genetik
• Meiose
• Spermatogenese / Oogenese

Bei welchem Vorgang entscheidet sich die genetische Ausstattung einer Keimzelle und wie entsteht genetische Vielfalt?

• inter-und intrachromosomale Rekombination

Wie kann man mit Hilfe eines Stammbaums Vererbungsmuster von genetisch bedingten Krankheiten im Verlauf von Familiengenerationen ermitteln und daraus Prognosen für den Nachwuchs ableiten?

• Erbgänge/Vererbungsmodi
• genetisch bedingte Krankheiten z.B:

-Cystische Fibrose

-Muskeldystrophie nach

Duchenne

Chorea Huntington

Welche therapeutischen Ansätze ergeben sich aus der Stammzellenforschung und was ist von ihnen zu halten?

• Gentherapie
• Zelltherapie

erläutern die Grundprinzipien der Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4).

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).

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).

recherchieren Informationen zu humangenetischen Fragestellungen (u.a. genetisch bedingten Krankheiten), schätzen die Relevanz und Zuverläs-sigkeit der Informationen ein und fassen die Ergebnisse strukturiert zu-sammen (K2, K1, K3, K4)

Think-Pair-Share zu bekannten Elementen

evtl. Selbstlernplattform von Mallig:

http://www.mallig.eduvinet.de/default.htm#kurs

Materialien (z.B. Knetgummi, Pfeifenputzer)

Arbeitsblätter

Film (z.B. Reifeteilung)

Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer Stammbaumanalyse.

Rollenspiel zu Situationen in der PND

Exemplarische Beispiele von Familienstammbäumen

evtl. Selbstlernplattform von Mallig:

http://www.mallig.eduvinet.de/default.htm#kurs

Recherche zu embryonalen bzw. adulten Stammzellen und damit verbundenen therapeutischen Ansätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft ausgewählten Quellen:

-       Internetquellen

-       Fachbücher / Fachzeitschriften

-       Fachtexte

Checkliste: Welche Quelle ist neutral und welche nicht?

Checkliste: richtiges Belegen von Informationsquellen

Ggf. Powerpoint-Präsentationen der SuS

Dilemmamethode

(Podiumsdiskussion)

SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.

Zentrale Aspekte der Meiose werden selbstständig wiederholt und geübt.

Schlüsselstellen bei der Keimzellenbildung werden erarbeitet und die theoretisch möglichen Rekombinationsmöglichkeiten werden ermittelt.

Prognosen zum Auftreten spezifischer, genetisch bedingter Krankheiten werden für Paare mit Kinderwunsch ermittelt und für (weitere) Kinder begründet angegeben.

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.

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:

• Ggf. Präsentation der arbeitsteiligen GA (Stammbaumanalyse)

Leistungsbewertung:

·         Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben II:

• Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?

Inhaltsfeld: 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Proteinbiosynthese
• Genregulation
• Bioethik

Zeitbedarf: 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern

·         UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen

·         UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen

·         E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen

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 ist das Erbgut aufgebaut?

• Reaktivierung von EF-Vorwissen (Aufbau der DNA und Ablauf der Replikation mit den beteiligten Enzymen)

Wie läuft die Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten auf molekularer Ebene ab?

• Definition "Gen"
• Eigenschaften des Genetischen Codes
• Proteinbiosynthese
• Transkription
• Translation
• Ein Gen ein Polypeptid-Hypothese

Epigenetik

Welche unterschiedlichen Mutationsarten gibt es und wie wirken sie sich aus?

•                     Genmutation (Punktmutation): Stumme M., Missense M. , Nonsense M., Rasterschubmutation (Basenpaar- Insertion oder Deletion)

•                     Genommutation

•                     Chromosomenmutation (Deletion, Inversion, Duplikation, Translokation)

•                     Mutagene

Wie können Gene reguliert werden?

•                     Substratinduktion

•                     Enzymrepression

•                     evtl. RNA-Interferenz

Wie entsteht Krebs?

•                     Proto-Onkogen

•                     Tumor-Supressorgen

vergleichen die molekularbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3),

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),

vergleichen die molekularbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3)

reflektieren und erläutern den Wandel des Genbegriffes (E7)

erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des Zellstoffwechsels und leiten Konsequenzen für den Organismus ab (E6)

erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6)

erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1)

erklären mithilfe von Modellen genregulatorische Vorgänge bei Eukaryoten (E6)

erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und beurteilen die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4)

benennen Fragestellungen und stellen Hypothesen zur Entschlüsselung des genetischen Codes auf und erläutern klassische Experimente zur Entwicklung der Code-Sonne (E1, E3, E4)

erläutern wissenschaftliche Experimente zur Aufklärung der Proteinbiosynthese, generieren Hypothesen auf der Grundlage der Versuchspläne und interpretieren die Versuchsergebnisse (E3, E4, E5)

vergleichen die molekularbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3),

erläutern die Bedeutung der Transkriptionsfaktoren für die Regulation von Zellstoffwechsel und Entwicklung (UF1, UF4)

stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3)

DNA-Modell

evtl. Film: Die Zelle, Teil I und II

Arbeitsblätter

Arbeitsblätter

Film

SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

·         evtl. Selbstdiagnose in Form eines Lückentextes

Leistungsbewertung:

·         Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Unterrichtsvorhaben III:

• Thema/Kontext: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?

Inhaltsfeld: 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·                    Gentechnologie

·                    Bioethik

Zeitbedarf: 14 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen

·         B1 fachliche, wirtschaftlich-politische und moralische Kriterien bei Bewertungen von biologischen und biotechnischen Sachverhalten unterscheiden und angeben

·         B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen 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

Welche Bedeutung haben molekulargenetische Werkzeuge?

·                    Restriktionsenzyme, Ligasen, Vektoren

Welche Methoden des Gentransfers gibt es?

Wie kann ein genetischer Fingerabdruck hergestellt werden?

•                     PCR Methode

•                     Gelelektrophorese

DNA-Chips

Transgene Organismen

Synthetischer Organismus – erwächst aus der Wissenschaft eine gigantische Industrie?

beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1).

erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR und Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E1, UF1)

stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3),

stellen naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und bewerten Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4),

geben die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-Sequenzierung an und bewerten Chancen und Risiken (B1, B3)

beschreiben aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie bis hin zum Aufbau von synthetischen Organismen in ihren Konsequenzen für unter-schiedliche Einsatzziele und bewerten sie (B3, B4).

begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3),

 erklären mithilfe von Modellen genregulatorische Vorgänge bei Eukaryo-ten (E6)

Filme

Arbeitsblätter

Lerntempoduett

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

• Klausur/ ggf. Kurzvortrag oder Test (für SuS, die keine Klausur schreiben)

Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E3 Hypothesen

·         E4 Untersuchungen und Experimente

·         E5 Auswertung

·         E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen  auf Populationen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E6 Modelle

·         K4 Argumentation

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Dynamik von Populationen

Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         B2 Entscheidungen

·         B3 Werte und Normen

Inhaltsfelder: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Stoffkreislauf und Energiefluss

                                                                                                      Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben IV:

Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen – Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E5 Auswertung

·         B2 Entscheidungen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben I:  

• Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E1  in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren

·         E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreibe

·         E3  zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben

·         E4  Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und da-bei mögliche Fehlerquellen reflektieren

·         E5  Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, dar-aus qualitative und einfache quantitative Zusammen-hänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

·         E7  an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

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

Fotosynthese

·         Grundgleichung der Fotosynthese

·         Faktoren, die die FS beeinflussen

·         Fotosyntheserate in Abhängigkeit von abiotischen Faktoren

·         Foto- und Synthesereaktion im Vergleich

Wechselwirkungen mit abiotischen Faktoren

(1)  Temperatur

·         Poikilotherme/ homiotherme Tiere

·         RGT-Regel

·         Bergmannsche und Allensche Regel

(2)  Wasser

·         Anpassungen der Pflanzen: Hygrophyten, Mesopyhten, Xerophyten usw.

·         Osmoregulation im Tierreich

(3)  Licht

·         Pflanzen: Sonnen-/Schattenblätter und Fotoperiodismus

·         Tiere: Orientierung

Zusammenwirken abiotischer Faktoren

zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem auf (UF3, UF4, E4)

erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3)

analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5)

erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u.a. tiergeographische Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4)

Quantitative Experimente zur Fotosyntheseaktivität in Abhängigkeit verschiedener abiotischen Faktoren (u.a. Temperatur, Lichtintensität, CO₂-Gehalt und Wellenlänge)

Messen und Darstellen von abiotischen Faktoren an verschiedenen Standorten

u.U. Untersuchung z. B. der Temperaturpräferenzen von Gliedertieren (z. B. Mehlwürmern) mit Hilfe einer Temperaturorgel

mögliches Projekt für zu Hause: Durchführen eines Experiments „Wachstum von Pflanzen (z.B. Kresse) in Abhängigkeit eines abiotischen Faktors (z.B. Temperatur)“ 

Ableitung von ökologischen Regeln aus      Untersuchungsdaten/ Fachliteratur

Modellversuch zur Erklärung der Bergmannschen Regel (zum Beispiel: Kartoffelmodellversuch)

Gruppenpuzzle: Anpassungen an den Wasserhaushalt (Hygrophyten, Hydrophyten, Mesophyten, Xerophyten, Sukkulenten)

Auswertung von Diagrammen zur Wirkung von mehreren Ökofaktoren

Checkliste „Inhalte eines vollständigen Versuchsprotokolls“ wiederholen

Wiederholung: Definition eines naturwissenschaftliches Experiment

Vertiefung: C4 und CAM Pflanzen im Vergleich

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat u.a.)

·         Projekt: Experiment „Wachstum von Pflanzen (z.B. Kresse) in Abhängigkeit eines abiotischen Faktors (z.B. Temperatur oder Licht)“

Unterrichtsvorhaben II:

·         Thema/Kontext:   Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Dynamik von Populationen

Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E 6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben

·         K4  biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.

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

Populationsökologie

·    Populationsgröße/-dichte

·    Wachstum von Populationen

·    Fortpflanzungsstrategien: R- und K-Strategen

·    Volterra-Gesetze

ð  Welche Faktoren beeinflussen die Dynamik von Populationen?

ð  Welche Folgen ergeben sich für die jeweiligen Arten sowie das Ökosystem?

Biotische Faktoren

·         Konkurrenz (intra- und interspezifisch, Konkurrenzausschlussprinzip, Konkurrenzverminderungsprinzip

·         Ökologische Nische

·         Parasitismus

·         Symbiose

·         Räuber – Beute – Beziehung:

·         Schutzmechanismen (Schutztrachten, Warntracht, Mimikry usw.)

Schädlingsbekämpfungsmethoden

beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (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)

untersuchen die Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6)

leiten aus Untersuchungsdaten zu intra- und interspezifischen Beziehungen (Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter Verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1)

erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2)

recherchieren Beispiele für die biologische Invasion von Arten und leiten Folgen für das Ökosystem ab (K2, K4)

Schülerbuch oder AB: Wachstum von Populationen

Partnerpuzzle: r-und K-Strategen

Partnerpuzzle/Gruppenpuzzle: Schutzmechanismen/Schutz vor Fressfeinen in Räuber-Beute-Beziehungen.

evtl. Experiment: interspezifische Konkurrenz von Kresse, Rote Bete und Spinat

evtl. Referate zu parasitischen bzw. symbiontischen Beziehungen zwischen Lebewesen

Schülerbuch oder AB: Erarbeitung der Einnischung zum Beispiel bei Watvögeln

Recherche zum Einfluss von Neozoen auf die Entwicklung
von Ökosystemen

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat u.a.)

Unterrichtsvorhaben III:  

·         Thema/Kontext:   Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Stoffkreislauf und Energiefluss

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         B2  in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Ent-scheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begründeten Standpunkt beziehen

·         B3  in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösungen 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

Grundlagen der Synökologie:

·         Nahrungskette

·         Nahrungsnetz

·         Nahrungskreislauf

·         Trophieebenen

·         Energiefluss

Stoffkreisläufe

Welche Konflikte ergeben sich aus der Nutzung der Ressourcen durch den Menschen?

·         Nutzung natürlicher Ressourcen

·         Naturschutz

Wie lässt sich Nachhaltigkeit gewährleisten?

stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3)

präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1)

diskutieren Konflikte zwischen der Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz (B2, B3)

entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ein (B2, B3)

Erstellen von Nahrungsnetzen

Concept Map: Stoffkreisläufe (z.B. Stickstoffkreislauf)

Posterpräsentation zur Darstellung anthropogener Einflüsse auf den Kohlenstoff-, Stickstoff- oder Wasserkreislauf

Placemat zum Begriff „Nachhaltigkeit“ à Ableiten einer Definition

Gruppenarbeit: Belastungen des Menschen z.B.: Luft, Wasser  und Boden, Gefährdung der Artenvielfalt  u.ä.à Erstellen von  Lernplakaten oder kurzer Unterrichtssequenz

Podiumsdiskussion: Diskussion (mit Rollenverteilung) über einen Konflikt zwischen zwei Parteien (Nutzung der natürlichen Ressourcen und Naturschutz) à Abwägen von Lösungsstrategien und Erkennen von Konflikten zwischen Nutzungs- und Schutzansprüche

kriteriengeleitete Bewertung von Handlungsoptionen im Sinne der Nachhaltigkeit

Der Begriff „nachhaltige Entwicklung“ wird eingeführt.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Unterrichtsvorhaben IV:  

·         Thema/Kontext:   Zyklische und sukzessive Veränderungen von Ökosystemen – Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         B2  in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Entscheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begründeten Standpunkt beziehen

·         E5  Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

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

Entwicklung von Ökosystemen

·         Sukzessionsstadien

entwickeln aus zeitlich-rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5)

Schülerbuch: Aufbau und Merkmale von Ökosystemen

Referate: Vorstellung verschiedener Ökosysteme (Wald, See, Bach)

Schülerbuch oder AB: Entwicklung von Ökosystemen

ggf. Freilanduntersuchung: eigene experimentelle Untersuchungen

Möglicher Schwerpunkt: Ein Laubwald oder die Odeborn

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E3 Hypothesen

·         E4 Untersuchungen und Experimente

·         E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen  auf Populationen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF1 Wiedergabe

·         E5 Auswertung

·         E6 Modelle

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Dynamik von Populationen

Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF4 Vernetzung

·         E6 Modelle

·         B2 Entscheidungen

·         B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Stoffkreislauf und Energiefluss

Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben IV:

Thema/Kontext: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E3 Hypothesen

·         E4 Untersuchungen und Experimente

·         E5 Auswertung

·         E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Fotosynthese

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben V:

Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen – Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF2 Auswahl

·         K4 Argumentation

·         B2 Entscheidungen

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben I:  

• Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E1  in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren

·         E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreibe

·         E3  zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben

·         E4  Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren

·         E5  Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

·         E7  an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

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

Ökofaktoren der unbelebten Umwelt

(1)  Temperatur

·         Poikilotherme/ homiotherme Tiere

·         RGT-Regel

·         Bergmannsche und Allensche Regel

(2)  Wasser

·         Anpassungen der Pflanzen: Hygrophyten, Mesopyhten, Xerophyten usw.

·         Osmoregulation im Tierreich

(3)  Licht

·         Pflanzen: Sonnen-/Schattenblätter und Fotoperiodismus

·         Tiere: Orientierung

Zusammenwirken abiotischer Faktoren

planen ausgehend von Hypothesen Experimente zur Überprüfung der ökologischen Potenz nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienorientiert Beobachtungen und Messungen vor und deuten die Ergebnisse

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)

Messen und Darstellen von abiotischen Faktoren an verschiedenen Standorten

u.U. Untersuchung z. B. der Temperaturpräferenzen von Gliedertieren (z. B. Mehlwürmern) mit Hilfe einer Temperaturorgel

evtl. Projekt für zu Hause: Durchführen eines Experiments „Wachstum von Pflanzen (z.B. Kresse) in Abhängigkeit eines abiotischen Faktors (z.B. Temperatur)“ 

Ableitung von ökologischen Regeln aus      Untersuchungsdaten/ Fachliteratur

Modellversuch zur Erklärung der Bergmannschen Regel (zum Beispiel: Kartoffelmodellversuch)

Gruppenpuzzle: Anpassungen an den Wasserhaushalt (Hygrophyten, Hydrophyten, Mesophyten, Xerophyten, Sukkulenten)

Auswertung von Diagrammen zur Wirkung von mehreren Ökofaktoren

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

·         Projekt: Experiment „Wachstum von Pflanzen (z.B. Kresse) in Abhängigkeit eines abiotischen Faktors (z.B. Temperatur oder Licht)“

Unterrichtsvorhaben II:

·         Thema/Kontext:   Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Dynamik von Populationen

Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E 6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben

·         K4  biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.

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

Populationsökologie

·    Populationsgröße/-dichte

·    Wachstum von Populationen

·    Fortpflanzungsstrategien: R- und K-Strategen

·    Volterra-Gesetze

ð  Welche Faktoren beeinflussen die Dynamik von Populationen?

ð  Welche Folgen ergeben sich für die jeweiligen Arten sowie das Ökosystem?

Biotische Faktoren

·         Konkurrenz (intra- und interspezifisch, Konkurrenzausschlussprinzip, Konkurrenzverminderungsprinzip

·         Ökologische Nische

·         Parasitismus

·         Symbiose

·         Räuber – Beute – Beziehung:

·         Schutzmechanismen (Schutztrachten, Warntracht, Mimikry usw.)

Schädlingsbekämpfungsmethoden

beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (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)

untersuchen die Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6)

leiten aus Untersuchungsdaten zu intra- und interspezifischen Beziehungen (Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter Verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1)

erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2)

recherchieren Beispiele für die biologische Invasion von Arten und leiten Folgen für das Ökosystem ab (K2, K4)

untersuchen das Vorkommen, die Abundanz und die Dispersion von Lebewesen eines Ökosystems im Freiland (E1, E2, E4)

vergleichen das Lotka-Volterra-Modell mit veröffentlichten Daten aus Freilandmessungen und diskutieren die Grenzen des Modells (E6)

statistische Auswertung von Daten

Schülerbuch oder AB: Wachstum von Populationen

Partnerpuzzle: r-und K-Strategen

Partnerpuzzle/Gruppenpuzzle: Schutzmechanismen/Schutz vor Fressfeinen in Räuber-Beute-Beziehungen.

evtl. Experiment: interspezifische Konkurrenz von Kresse, Rote Bete und Spinat

ggf. Referate zu parasitischen bzw. symbiontischen Beziehungen zwischen Lebewesen

Schülerbuch: Erarbeitung der Einnischung zum Beispiel bei Watvögeln

Recherche zum Einfluss von Neozoen auf die Entwicklung
von Ökosystemen

Vergleich des Lotka-Volterra-Modells mit den Populations-schwankungen bei Schnee-schuhhase und Luchs im Freiland

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Unterrichtsvorhaben III:

·         Thema/Kontext:   Synökologie II – Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse?

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Stoffkreislauf und Energiefluss

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         B2  in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Ent-scheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, ge-wichten und einen begründeten Standpunkt beziehen

·         B3  in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösungen 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

Grundlagen der Synökologie :

·         Nahrungskette

·         Nahrungsnetz

·         Nahrungskreislauf

·         Trophieebenen

·         Energiefluss

Stoffkreisläufe

·         Stickstoffkreislauf

·         Kohlenstoffkreislauf

·         Wasserkreislauf

Welche Konflikte ergeben sich aus der Nutzung der Ressourcen durch den Menschen?

Wie lässt sich Nachhaltigkeit gewährleisten?

stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3)

präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1)

diskutieren Konflikte zwischen der Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz (B2, B3)

entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ein (B2, B3)

stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3)

Erstellen von Nahrungsnetzen

Concept Map: Stoffkreisläufe (z.B. Stickstoffkreislauf)

Posterpräsentation zur Darstellung anthropogener Einflüsse auf den Kohlenstoff- Stickstoff- oder Wasserkreislauf

Placemat zum Begriff „Nachhaltigkeit“ à Ableiten einer Definition

Gruppenarbeit z.B.: Belastungen des Menschen: Luft, Wasser und Boden, Gefährdung der Artenvielfalt o.ä. à Erstellen von  Lernplakaten oder einer kurzen Unterrichtseinheit

Podiumsdiskussion: Diskussion (mit Rollenverteilung) über einen Konflikt zwischen zwei Parteien (Nutzung der natürlichen Ressourcen und Naturschutz) à Abwägen von Lösungsstrategien und Erkennen von Konflikten zwischen Nutzungs- und Schutzansprüche

kriteriengeleitete Bewertung von Handlungsoptionen im Sinne der Nachhaltigkeit

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Unterrichtsvorhaben IV:

·         Thema/Kontext: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Fotosynthese

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         E1  in vorgegebenen Situationen biologische Probleme be-schreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren,

·         E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewon-nene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben,

·         E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung an-geben,

·         E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und da-bei mögliche Fehlerquellen reflektieren,

·         E5 Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, dar-aus qualitative und einfache quantitative Zusammen-hänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

·         E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

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

Fotosynthese

·  Grundgleichung der Fotosynthese

·  Fotosyntheserate in Abhängigkeit von abiotischen Faktoren

·  Unterscheidung von Foto- und Synthesereaktion

leiten aus Forschungsexperimenten zur Aufklärung der Fotosynthese zu Grunde
liegende Fragestellungen und Hypothesen ab (E1, E3, UF2, UF4).

analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5)

leiten aus Forschungsexperimenten zur Aufklärung der Fotosynthese zu Grunde liegende Fragestellungen und Hypothesen ab (E1, E3, UF2, UF4)

erläutern mithilfe einfacher Schemata das Grundprinzip der Energieumwandlung in den Fotosystemen und den Mechanismus der
ATP-Synthese (K3, UF1).

erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3

Quantitative Experimente zur Fotosyntheseaktivität in Abhängigkeit verschiedener abiotischen Faktoren (u.a. Temperatur, Lichtintensität, CO₂-Gehalt und Wellenlänge)

Analyse z. B. der Experimente
von Engelmann, Hill, Kamen
und Emerson

Erarbeitung des Prinzips der Energieumwandlung in den Fotosystemen und des Mechanismus der ATP-Synthese

Erarbeitung des Ablaufs der Foto- (Primär-/ lichtabhängigen) und der Synthese- (Sekundär-/ licht-unabhängigen) Reaktion und des Zusammenwirkens von Foto- und Synthesereaktion

Checkliste „Inhalte eines vollständigen Versuchsprotokolls“ wiederholen

Wiederholung: Definition eines naturwissenschaftliches Experiment

Vertiefung: C4 und CAM Pflanzen im Vergleich

Wiederholung: Aufbau des Chloroplasten,

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Unterrichtsvorhaben V:  

·         Thema/Kontext:   Zyklische und sukzessive Veränderungen von Ökosystemen – Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?

Inhaltsfeld: Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·         B2  in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Ent-scheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, ge-wichten und einen begründeten Standpunkt beziehen

·         E5  Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, dar-aus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

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

Entwicklung von Ökosystemen

·         Sukzessionsstadien

entwickeln aus zeitlich-rhythmischen Änderungen des Lebensraums bio-logische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5)

Schülerbuch: Aufbau und Merkmale von Ökosystemen

Referate: Vorstellung verschiedener Ökosysteme (Wald, See, Bach)

Schülerbuch oder AB: Entwicklung von Ökosystemen

Freilanduntersuchung: eigene experimentelle Untersuchungen

Möglicher Schwerpunkt: Der Laubwald oder die Odeborn

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• evtl. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

Leistungsbewertung:

·         Klausur

·         Sonstige Mitarbeitsnote

·         Den Unterrichtsmethoden angepasste Leitungsbewertungsverfahren (z.B. Präsentation, Plakat, Arbeitsmappe u.a.)

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung – Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF1 Wiedergabe

·         UF2 Auswahl

·         E6 Modelle

·         K3 Präsentation

Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Aufbau und Funktion von Neuronen w Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung

Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Lernen und Gedächtnis – Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         K1 Dokumentation

·         UF4 Vernetzung

Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Plastizität und Lernen

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben I:

·         Thema/ Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung – Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung? 

Inhaltsfeld: IF4 Neurobiologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Aufbau und Funktion von Neuronen

·         Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung

Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

·         UF1 Wiedergabe

·         UF2 Auswahl

·         E6 Modelle

·         K3 Präsentation

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Methoden-/Materialien-/Lernmittel-
empfehlungen

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  

Didaktisch-methodische Anmerkungen mit Blick auf die Kompetenz- entwicklung

Bau und Funktion eines Neurons

·         Zelltypen des Nervensystems: Neuronen und Schwannsche Zellen (Gliazellen)

·         Aufbau des Neurons (Zeichnung)

·         Funktion des Neurons

·         Funktion und Aufbau der Schwann´schen Zellen

beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons (UF1)

evtl. Filmsequenzen

Modelle

Informationstexte und Abbildungen  zum Aufbau und Funktion von Neuronen

erarbeiten anhand verschiedener Medien den Aufbau und die Funktion von Neuronen

Erregungsleitung am Axon

·         Moleklarbiologische Vorgänge während der Weiterleitung des AP´s

·         Kontinuierliche Erregungsleitung

·         Saltatorische Erregungsleitung

·         Faktoren die die Geschwindigkeit der Erregungsleitung bestimmen: Myelinisierung, Axonquerschnitt und Temperatur

·         Codierung von Reizen: Reizstärke, Reizdauer, Reizart

Aufbau und Funktion von Synapsen

·         Aufbau von Synapsen (Zeichnung)

·         Molekularbiologische Vorgänge an Synapsen

·         Synapsentypen: erregende und hemmende Synapse

Synaptische Verschaltung und Verrechnung

·         Zeitliche Summation

·         Räumliche Summation

Erklären die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelinisierten Axonen  (UF1)

erläutern die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene (UF1, UF3)

dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2)

Abbildungen zum Ablauf und der Messung eines Aktionspotentials

Lehrbuch

Gruppenarbeit: Informationsmaterial zu verschiedenen Nervengiften

Bildliche Darstellungen werden verglichen und auf Vollständigkeit und Korrektheit überprüft

Erarbeiten auf der Grundlage des Wissens über Axone und Synapsen Wirkungsweisen verschiedener Nervengifte und stellen diese vor

Entstehung eines Membranpotentials

·         Ionenverteilung an der Membran

·         Permeabilität der Membran

·         Ruhepotential

·         Funktionsweise und Bedeutung der Natrium-Kalium-Pumpe

·         Messung des Membranpotentials

Entstehung eines Aktionspotentials

·         Spannungsgesteuerte Ionenkanäle

·         Phasen des Aktionspotentials: Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation, Refraktärzeit

·         Molekularbiologische Vorgänge während eines Aktionspotentials

·         Zeichnerische Darstellung eines Aktionspotentials

erklären Ableitungen von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse und werten Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen aus (E5, E2, UF1, UF2)

Abbildungen und Folienpuzzel

Informationstexte

Signaltransduktion am Beispiel

Stellen das Prinzip der Signaltransduktion an einen Rezeptor anhand von Modellen dar (E6, Uf1, UF2, UF4)

Informationsmaterial für ein Beispiel der Signaltransduktion wird in Partnerarbeit erarbeitet

An einem Beispiel wird modellhaft die Übertragung von Signalen dargestellt

Aufbau und Funktion des Vegetativen Nervensystems

erklären die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an Beispielen (UF4, E6, UF2, UF1)

Lehrbuch oder AB

Erarbeitung der Bedeutung und Funktion des vegetativen Nervensystems für den menschlichen Körper

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Beurteilungsaufgaben, Optimierungsaufgaben, Dokumentationsaufgaben, Reflexionsaufgaben

Leistungsbewertung:

• u. a. Klausur, schriftliche Übung

Unterrichtsvorhaben II

·         Thema/ Kontext: Lernen und Gedächtnis – Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten?

Inhaltsfeld:   IF 4 (Neurobiologie

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Plastizität und Lernen

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

·          K1 Dokumentation

·         UF4 Vernetzung

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Methoden-/Materialien-/Lernmittel-
empfehlungen

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  

Didaktisch-methodische Anmerkungen mit Blick auf die Kompetenz- entwicklung

Wie funktioniert unser Gedächtnis?

·         Informationsverarbeitung

        im Zentralnervensystem

·         Bau des Gehirns

·         Hirnfunktionen

stellen aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomisch-physiologischer Ebene dar (K3, B1)

Lehrbuch

Erarbeiten kurz den Bau und wesentliche Funktionen des Gehirns an

Was passiert, wenn eine Information aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt wird?

·         Neuronale Plastizität

erklären den Begriff der Plastizität anhand geeigneter Modelle und leiten  die Bedeutung für ein lebenslanges Lernen ab  UF4)

Informationstexte zur neuronalen Plastizität

Lehrbuch: Lernen und Gedächtnis

Im Vordergrund stehen die Herausarbeitung und Visualisierung des Begriffs „Neuronale Plastizität“: (Umbau-, Wachstums-, Verzweigungs- und Aktivitätsmuster von Nervenzellen im Gehirn mit besonderem Schwerpunkt auf das Wachstum der Großhirnrinde)

Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden einander gegenübergestellt

Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen bei bildgebenden Verfahren?

·         MRT

Ermitteln mit Hilfe von Aufnahmen eines bildgebenden Verfahrens Aktivitäten verschiedener Gehirnareale (E5, UF4)

Informationstexte, Bilder und kurze Filme zum MRT

Welche Erklärungsansätze gibt es zur ursächlichen Erklärung von Morbus Alzheimer und welche Therapie-Ansätze und Grenzen gibt es?

·         Degenerative Erkrankungen des Gehirns

recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung (K2, K3)

Recherche in digitalen und analogen Medien, die von den SuS selbst gewählt werden.

Wesentliche Aspekte degenerativer Krankheiten werden erarbeitet und in Kurzvorträgen vorgestellt     ( z.B. Think-Pair-Share)

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Beurteilungsaufgaben, Optimierungsaufgaben, Dokumentationsaufgaben, Reflexionsaufgaben

Leistungsbewertung:

• u. a. Klausur, schriftliche Übung

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung – Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         UF1 Wiedergabe

·         UF2 Auswahl

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E5 Auswertung

·         E6 Modelle

Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Aufbau und Funktion von Neuronen w Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 1) w        Methoden der Neurobiologie (Teil 1)

Zeitbedarf: ca. 25 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Fototransduktion – Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

·         E6 Modelle

·         K3 Präsentation

Inhaltsfelder: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Leistungen der Netzhaut w Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2)

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Aspekte der Hirnforschung – Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn?

Kompetenzen:

·         UF4 Vernetzung

·         K2 Recherche

·         K3 Präsentation

·         B4 Möglichkeiten und Grenzen

Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

w Plastizität und Lernen w Methoden der Neurobiologie (Teil 2)

Zeitbedarf: ca. 17 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben I

·         Thema/Kontext:     Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung – Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert?    

Inhaltsfeld:   IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Aufbau und Funktion von Neuronen

·         Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 1)          

·         Methoden der Neurobiologie (Teil 1)

Zeitbedarf:  ca. 25 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

·          UF1 Wiedergabe

·         UF2 Auswahl

·         E1 Probleme und Fragestellungen

·         E2 Wahrnehmung und Messung

·         E5 Auswertung

·         E6 Modelle

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Methoden-/Materialien-/Lernmittel-
empfehlungen

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  

Didaktisch-methodische Anmerkungen mit Blick auf die Kompetenz- entwicklung

Bau und Funktion eines Neurons

·         Zelltypen des Nervensystems: Neuronen und Schwann´sche Zellen (Gliazellen)

·         Aufbau des Neurons (Zeichnung)

·         Funktion des Neurons

·         Funktion und Aufbau der Schwann´schen Zellen

beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons (UF1)

evtl. Filmsequenzen

Modelle

Informationstexte und Abbildungen  zum Aufbau und Funktion von Neuronen

erarbeiten anhand verschiedener Medien den Aufbau und die Funktion von Neuronen

Erregungsleitung am Axon

·         Moleklarbiologische Vorgänge während der Weiterleitung des AP´s

·         Kontinuierliche Erregungsleitung

·         Saltatorische Erregungsleitung

·         Faktoren die die Geschwindigkeit der Erregungsleitung bestimmen: Myelinisierung, Axonquerschnitt und Temperatur

·         Codierung von Reizen: Reizstärke, Reizdauer, Reizart

Aufbau und Funktion von Synapsen

·         Aufbau von Synapsen (Zeichnung)

·         Molekularbiologische Vorgänge an Synapsen

·         Synapsentypen: erregende und hemmende Synapse

Synaptische Verschaltung und Verrechnung

·         Zeitliche Summation

Räumliche Summation

vergleichen die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelinisierten und nicht myelinisierten Axonen miteinander und stellen diese unter dem Aspekt der Leitungsgeschwindigkeit in einen funktionellen Zusammenhang (UF2, UF3, UF4)

erläutern die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene (UF1, UF3)

Abbildungen zum Ablauf und der Messung eines Aktionspotentials

Lehrbuch

Informationsmaterial zu verschiedenen Nervengiften

Bildliche Darstellungen werden verglichen und auf Vollständigkeit und Korrektheit überprüft

Entstehung eines Membranpotentials

·         Ionenverteilung an der Membran

·         Permeabilität der Membran

·         Ruhepotential

·         Funktionsweise und Bedeutung der Natrium-Kalium-Pumpe

·         Messung des Membranpotentials

Entstehung eines Aktionspotentials

·         Spannungsgesteuerte Ionenkanäle

·         Phasen des Aktionspotentials: Depolarisation, Repolarisation und Hyperpolarisation, Refraktärzeit

·         Molekularbiologische Vorgänge während eines Aktionspotentials

·         Zeichnerische Darstellung eines Aktionspotentials

Wie Wissen entsteht: Patch-Clamp-Technik

erklären Ableitungen von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse und werten Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen aus (E5, E2, UF1, UF2)

leiten aus Messdaten der Patch-Clamp-Technik Veränderungen von Ionenströmen durch Ionenkanäle ab und entwickeln dazu Modellvorstellungen (E5, E6, K4)

Abbildungen und Folienpuzzel

Informationstexte

Informationstexte

erarbeiten an ausgewählten Informationstexten den Ablauf und die Bedeutung der Patch-Clamp-Technik

Aufbau und Funktion des Vegetativen Nervensystems

erklären die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an Beispielen (UF4, E6, UF2, UF1)

Lehrbuch

evtl. Gruppenpuzzel

Erarbeitung der Bedeutung und Funktion des vegetativen Nervensystems für den menschlichen Körper

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Beurteilungsaufgaben, Optimierungsaufgaben, Dokumentationsaufgaben, Reflexionsaufgaben

Leistungsbewertung:

• u. a. Klausur, schriftliche Übung

Unterrrichtsvorhaben II

·         Thema/Kontext: Fototransduktion – Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn?

Inhaltsfeld:   IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Leistungen der Netzhaut

·         Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2)

Zeitbedarf:  ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

·          E6 Modelle

·         K3 Präsentation

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Methoden-/Materialien-/Lernmittel-
empfehlungen

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  

Didaktisch-methodische Anmerkungen mit Blick auf die Kompetenz- entwicklung

Aufnahme und Verarbeitung von Sinnesreizen

Aufbau und Funktion des Auges

Aufbau und Funktion der Netzhaut

·         Fototransduktion

·         Informationsverarbeitung in der Netzhaut

·         Farbensehen

·         Verarbeitung visueller Informationen im Gehirn

erläutern den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den Aspekten der Farb- und Kontrastwahrnehmung (UF3, UF4)

stellen die Veränderung der Membranspannung an Lichtsinneszellen anhand von Modellen dar und beschreiben die Bedeutung des second messengers und der Reaktionskaskade bei der Fototransduktion (E6, E1)

stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Entstehung des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar (K1, K3)

Lehrbuch

evtl. Präparation eines Linsenauges (Schweineauge)

Lehrbuch

Informationstexte und Abbildungen (Lehrbuch)

Durch die Präparation eines Linsenauges erleben die S. Aufbau und die Funktion der einzelnen Teile

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Beurteilungsaufgaben, Optimierungsaufgaben, Dokumentationsaufgaben, Reflexionsaufgaben

Leistungsbewertung:

• u. a. Klausur, schriftliche Übung

Unterrichtsvorhaben III

·         Thema/ Kontext:       Aspekte der Hirnforschung – Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn?  

Inhaltsfeld:   IF 4 (Neurobiologie)

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Plastizität und Lernen

·         Methoden der Neurobiologie (Teil 2)

Zeitbedarf:  ca. 17 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

·          UF4 Vernetzung

·         K2 Recherche

·         K3 Präsentation

·         B4 Möglichkeiten und Grenzen

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Methoden-/Materialien-/Lernmittel-
empfehlungen

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz
  

Didaktisch-methodische Anmerkungen mit Blick auf die Kompetenz- entwicklung

Wie funktioniert unser Gedächtnis?

·         Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem

·         Bau des Gehirns

·         Hirnfunktionen

stellen aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomisch-physiologischer Ebene dar (K3, B1)

Stationenlernen zum Aufbau und Funktion des Gehirns

Lehrbuch

Erarbeiten selbstständig den Bau und wesentliche Funktionen des Gehirns an Informationsmaterial und einfachen Experimenten

Was passiert, wenn eine Information aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt wird?

·         Neuronale Plastizität

erklären den Begriff der Plastizität anhand geeigneter Modelle und leiten  die Bedeutung für ein lebenslanges Lernen ab (E6, UF4)

Informationstexte zur neuronalen Plastizität

Lehrbuch oder AB: Lernen und Gedächtnis

Im Vordergrund stehen die Herausarbeitung und Visualisierung des Begriffs „Neuronale Plastizität“: (Umbau-, Wachstums-, Verzweigungs- und Aktivitätsmuster von Nervenzellen im Gehirn mit besonderem Schwerpunkt auf das Wachstum der Großhirnrinde)

Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden einander gegenübergestellt

Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen bei bildgebenden Verfahren?

·         PET

·         MRT, fMRT

stellen Möglichkeiten und Grenzen bildgebender Verfahren zur Anatomie und zur Funktion des Gehirns (PET und fMRT) gegenüber und bringen diese mit der Erforschung von Gehirnabläufen in Verbindung (UF4, UF1, B4)

MRT und fMRT Bilder, die unterschiedliche Struktur- und Aktivitätsmuster bei Probanden zeigen.

Informationstexte, Bilder und kurze Filme zu PET und fMRT

Wie beeinflusst Stress unser Lernen?

·         Einfluss von Stress auf das Lernen und das menschliche Gedächtnis

·         Cortisol-Stoffwechsel

Lehrbuch : Stress und Stresskormone

Der Zusammenhang zwischen Stress und messbaren Reaktionen der Körpers werden erarbeitet

Welche Erklärungsansätze gibt es zur ursächlichen Erklärung von Morbus Alzheimer und welche Therapie-Ansätze und Grenzen gibt es?

·         Degenerative Erkrankungen des Gehirns

recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung (K2, K3)

Recherche in digitalen und analogen Medien, die von den SuS selbst gewählt werden.

Wesentliche Aspekte degenerativer Krankheiten werden erarbeitet und in Kurzvorträgen vorgestellt ( z.B. Think-Pair-Share)

Wie wirken Neuroenhancer?

·         Neuro-Enhancement:

-       Medikamente gegen Alzheimer, Demenz und ADHS

dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2)

leiten Wirkungen von endo- und exogenen Substanzen (u.a. von Neuroenhancern) auf die Gesundheit ab und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft (B3, B4, B2, UF2, UF4)

Informationsmaterial zu verschiedenen Neuroenhancern

(z.B. Methylphenidat, Amphetamine)

Erarbeiten die Wirkungsweise und die Einsatzmöglichkeiten verschiedener Neuroenhancer

Diskutieren die Vor- und Nachteile des Einsatzes (z.B. Podiumsdiskussion

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• z.B. Beurteilungsaufgaben, Optimierungsaufgaben, Dokumentationsaufgaben, Reflexionsaufgaben

Leistungsbewertung:

• u. a. Klausur, schriftliche Übung

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/ Kontext I: Evolution in Aktion - Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel?

Inhaltsfelder: Evolution

Inhaltliche Schwerpunkte:

·         Grundlagen evolutiver Veränderung

·         Artbegriff und Artbildung

·         Stammbäume (Teil1)

Zeitaufwand: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

·                UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.

·                UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen.

·                K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen.

Statt der hier in Übereinstimmung mit dem Beispiel für einen schulinternen Lehrplan im Netz aufgeführten übergeordneten Kompetenzen können auch die folgenden übergeordneten Kompetenzen schwerpunktmäßig angesteuert werden: UF1, E5, K3

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe-tenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Welche genetischen Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel?

• Grundlagen des evolutiven Wandels
• Grundlagen biologischer Angepasstheit
• Populationen und ihre genetische Struktur

erläutern das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen (UF1, UF4).

erläutern den Einfluss der Evolutionsfaktoren (Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift) auf den Genpool der Population (UF4, UF1).

Materialien zur genetischen Variabilität und ihren Ursachen. z.B.: Hainschnirkelschnecken

concept map

z.B. Lerntempoduett zu abiotischen und biotischen Selektionsfaktoren (Beispiel: Birkenspanner, Kerguelen-Fliege)

An vorgegebenen Materialien zur genetischen Variabilität wird arbeitsgleich gearbeitet.

Auswertung als concept map

Ein Expertengespräch wird entwickelt.

Wie kann es zur Entstehung unterschiedlicher Arten kommen?

• Isolationsmechanismen
• Artbildung

erklären Modellvorstellungen zu allopatrischen und sympatrischen Artbildungsprozessen an Beispielen (E6, UF1).

kurze Informationstexte zu Isolationsmechanismen

Karten mit Fachbegriffen

Zeitungsartikel zur sympatrischen Artbildung

Je ein zoologisches und ein botanisches Beispiel pro Isolationsmechanismus werden verteilt.

Eine tabellarische Übersicht wird erstellt und eine Definition zur allopatrischen Artbildung wird entwickelt.

Unterschiede zwischen sympatrischer und allopatrischer Artbildung werden erarbeitet.

Welche Ursachen führen zur großen Artenvielfalt?

• Adaptive Radiation

stellen den Vorgang der adaptiven Radiation unter dem Aspekt der Angepasstheit dar (UF2, UF4).

Bilder und Texte zum Thema „Adaptive Radiation der Darwinfinken“

z.B. bewegliches Tafelbild

evtl. Evaluation

Ein Konzept zur Entstehung der adaptiven Radiation wird entwickelt.

Ergebnisse werden mit flexibel gestaltbaren Präsentationen an der Tafel dargestellt.

Fragenkatalog zur Selbst- und Fremdkontrolle wird selbstständig erstellt.

selbstständiges Erstellen eines Evaluationsbogens

Welche Ursachen führen zur Coevolution und welche Vorteile ergeben sich?

• Coevolution
• Selektion und Anpassung

wählen angemessene Medien zur Darstellung von Beispielen zur Coevolution aus Zoologie und Botanik aus und präsentieren Beispiele (K3, UF2).

belegen an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u.a. mithilfe von Auszügen aus Gendatenbanken) (E2, E5).

Texte und Schemata zur Kosten-Nutzen-Analyse

mediengestützte Präsentationen

Kriterienkatalog zur Beurteilung von Präsentationen

evtl. Filmanalyse

Eine Kosten-Nutzen-Analyse wird erstellt.

Anhand einer selbst gewählten medialen Darstellung werden verschiedene Beispiele der Coevolution präsentiert.

Mittels inhalts- und darstellungsbezogenenem Kriterienkatalog werden Präsentationen beurteilt.

Anhand unterschiedlicher Beispiele wird der Schutz vor Beutegreifern (Mimikry, Mimese, etc.) unter dem Aspekt des evolutionären Wandels von Organismen erarbeitet.

Fachbegriffe werden den im Film aufgeführten Beispielen zugeordnet.

Einsatz eines Kriterienkatalogs zur Beurteilung von Präsentationen

Wie lassen sich die evolutiven Mechanismen in einer Theorie zusammenfassen?

·         Synthetische Evolutionstheorie

stellen die Synthetische Evolutionstheorie zusammenfassend dar (UF2, UF4).

Informationstext oder Buch

Strukturlegetechnik zur synthetischen Evolutionstheorie

Die Faktoren, die zur Entwicklung der Evolutionstheorie führten, werden kritisch analysiert.

Eine vollständige Definition der Synthetischen Evolutionstheorie wird erarbeitet.

Was deutet auf verwandtschaftliche Beziehungen von Lebewesen hin?

• Belege für die Evolution
• konvergente und divergente Entwicklung

stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a. Molekularbiologie) adressatengerecht dar (K1, K3).

analysieren molekulargenetische Daten und deuten diese im Hinblick auf die Verbreitung von Allelen und Verwandtschaftsbeziehungen von Lebewesen (E5, E6).

deuten Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Merkmalen von Organismen zum Beleg konvergenter und divergenter Entwicklungen (E5, UF3).

Abbildungen von Beispielen konvergenter /divergenter Entwicklung und Homologien

Arbeitsteilige Gruppenarbeit