Inhaltsfeld: Evolution Inhaltliche Schwerpunkte:
Evolutionsbelege
Zeitaufwand: 6 Std. à 45 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Die Schülerinnen und Schüler können …
UF 1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.
E3 mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten.
E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder
Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.
Mögliche didaktische Leitfragen/
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
Wie kann man verwandtschaftliche Beziehungen zwischen Lebewesen belegen?
Verwandtschaftsbeziehungen
Divergente und konvergente Entwicklung
erstellen und analysieren Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung der Verwandtschaftsbeziehungen von Arten (E3, E5).
deuten Daten zu
anatomisch-Zoobesuch
Zeichnungen und Bilder zur konvergenten und divergenten Entwicklung
Auswertung der Ergebnisse Erarbeitung der
Homologiekriterien anhand ausgewählter Beispiele;
Unterschied zur
konvergenten Entwicklung wird diskutiert
Stellenäquivalenz morphologischen und molekularen Merkmalen von Organismen zum Beleg konvergenter und
divergenter Entwicklungen (E5).
stellen Belege für die
Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie [(u.a.
Molekularbiologie)]
adressatengerecht dar (K1, K3).
Gruppenpuzzle oder Lerntempoterzett (Texte, Tabellen und Diagramme)
Beispiele in Bezug auf homologe oder konvergente Entwicklung werden
analysiert (z. B. Strauß /Nandu, Stachelschwein/
Greifstachler, südamerikanischer
/afrikanischer Lungenfisch).
Wie lässt sich Evolution genetisch belegen?
Molekularbiologische Evolutionsmechanismen
Epigenetik
stellen Belege für die
Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a.
Molekularbiologie)
adressatengerecht dar (K1, K3).
beschreiben und erläutern molekulare Verfahren zur Analyse von
phylogenetischen
Verwandtschaften zwischen Lebewesen (UF1, UF2).
analysieren
molekulargenetische Daten und deuten sie mit Daten aus
molekulargenetische
Untersuchungsergebnisse am Bsp. der
Hypophysenhinterlappenhormone
Strukturierte Kontroverse (WELL)
Fishbowl
Materialien zu Atavismen, Rudimenten und zur
Erarbeitung unterschiedlicher molekulargenetischer
Methoden mit Vergleich zu Stammbäumen, welche auf klassischen
Datierungsmethoden beruhen Sammeln und Beurteilung von Pro- und Contra-Argumenten Sammeln, Diskutieren und Beurteilen von Pro- und Contra-Argumenten
Entwicklung von Hypothesen zur konvergenten und divergenten Entwicklung
klassischen
Datierungsmethoden im Hinblick auf Verbreitung von Allelen und
Verwandtschaftsbeziehungen von Lebewesen (E5, E6).
belegen an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u.a.
mithilfe von Daten aus Gendatenbanken) (E2, E5).
biogenetischen Grundregel (u.a.
auch Homöobox-Gene)
Wie lässt sich die Abstammung von Lebewesen systematisch darstellen?
Grundlagen der Systematik
beschreiben die Einordnung von Lebewesen mithilfe der Systematik und der binären Nomenklatur (UF1, UF4).
entwickeln und erläutern Hypothesen zu
phylogenetischen
Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien (E3, E5, K1, K4).
Daten und Abbildungen zu morphologischen Merkmalen Ergebnisse/Daten von
molekulargenetischer Analysen Bilder und Texte
Lernplakat mit Stammbaumentwurf Informationstexte Materialien zu
Wirbeltierstammbäumen
Auswertung von Daten
Erstellung von
Stammbäumen; Diskussion der Ergebnisse
Erstellung eines Glossars
;
Vergleich verschiedener StammbaumanalysemethodenUnterrichtsvorhaben IV:
Thema/ Kontext: Humanevolution – Wie entstand der heutige Mensch?
Inhaltsfeld: Evolution
Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution des Menschen
Zeitaufwand: 14 Std. à 45 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Die Schülerinnen und Schüler können …
UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung
begründen.
E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten
analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.
K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen.
Mögliche didaktische Leitfragen/
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 Was sind Primaten und wie
nah sind sie untereinander verwandt?
Merkmale von Primaten
ordnen den modernen Menschen kriteriengeleitet Primaten zu (UF3).
Stammbäume
DNA-Sequenzanalysen verschiedener Primaten
Tabelle: Überblick über Parasiten verschiedener Primaten
Film
Erstellung eines
Stammbaums auf Basis von Datenauswertung und Hypothesen
Vergleich von Mensch und
Systematik der
Primaten Zoobesuch „Evolution der
Primaten“
Quellen aus Fachzeitschriften Fragebogen / Quiz
Schimpanse
Selbstständige Erarbeitung und Auswertung der Merkmale von Primaten und deren
Systematisierung Wer waren die Vorfahren des
Menschen?
Hominiden
diskutieren
wissenschaftliche Befunde (u.a. Schlüsselmerkmale) und Hypothesen zur
Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch-konstruktiv (K4, E7).
Internetrecherche oder Film Tabelle zu Unterschieden und Gemeinsamkeiten früherer Hominiden und Sonderfälle (Flores, Dmanisi);
Zusammenfassung der Ergebnisse anhand von Weltkarten,
Stammbäumen, etc.
Wie nah ist der Mensch mit dem Neandertaler verwandt?
Gattung Homo
Homo sapiens sapiens und Neandertaler
diskutieren
wissenschaftliche Befunde und Hypothesen zur
Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch-konstruktiv (K4, E7).
Materialien zu molekularen Untersuchungsergebnissen
(Neandertaler, Homo sapiens sapiens)
Kritische Analyse wissenschaftlicher
stellen Belege für die
Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a.
Molekularbiologie)
adressatengerecht dar. (K1, K3).
Unterrichtsvortrag oder
Informationstext über testikuläre Feminisierung
Materialien zur Evolution des Y-Chromosoms
Arbeitsblatt
Auswertung der
Materialien; Diskussion der Ergebnisse
erklären mithilfe molekulargenetischer Modellvorstellungen zur Evolution der Genome die genetische Vielfalt der Lebewesen. (K4, E6).
diskutieren
wissenschaftliche Befunde und Hypothesen zur
Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch- konstruktiv (K4, E7).
Wie lässt sich Rassismus biologisch widerlegen?
Menschliche Rassen
bewerten die Problematik des Rasse-Begriffs beim Menschen aus historischer und gesellschaftlicher Sicht und nehmen zum
Missbrauch dieses Begriffs aus fachlicher Perspektive Stellung (B1, B3, K4).
Informationstexte Podiumsdiskussion Rollenspiel
Fishbowl
Kriterienkatalog zur Auswertung von Diskussionen
Erarbeitung von Argumenten mit anschließender
Anwendung und Vertiefung in einer Diskussion
Kritische Reflektion durch Kriterienkatalog
Diagnose von Schülerkompetenzen z. B. durch:
Darstellungsaufgabe (concept map, advance organizer)
Erstellen eines Fragenkatalogs zur Fremd- und Selbstkontrolle, Ampelabfrage, Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens
Methoden der Diskussion Leistungsbewertung z. B. durch
Beurteilungsaufgabe, Analyseaufgabe, Beobachtungsaufgabe (z. B. bei Diskussionen), Präsentationsaufgabe
Klausur, Test oder mündliche Überprüfung
Qualifikationsphase 2 - Leistungskurs - 2. Halbjahr:
Neurobiologie
Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie)
Unterrichtsvorhaben V: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung – Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert?
Unterrichtsvorhaben VI: Fototransduktion – Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn?
Unterrichtsvorhaben VII: Aspekte der Hirnforschung – Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn?
Inhaltliche Schwerpunkte:
Aufbau und Funktion von Neuronen
Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung
Leistungen der Netzhaut
Plastizität und Lernen
Methoden der Neurobiologie
Basiskonzepte:
System
Neuron, Membran, Ionenkanal, Synapse, Gehirn, Netzhaut, Fototransduktion, Farbwahrnehmung, Kontrastwahrnehmung
Struktur und Funktion
Neuron, Natrium-Kalium-Pumpe, Potentiale, Amplituden- und Frequenzmodulation, Synapse, Neurotransmitter, Hormon, second messenger, Reaktionskaskade, Fototransduktion,
Sympathicus, Parasympathicus, Neuroenhancer Entwicklung
Neuronale Plastizität
Zeitbedarf: ca. 50 Std. à 45 Minuten
Unterrichtsvorhaben V:
Thema/Kontext:
Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung – Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie organisiert?Inhaltsfeld: Neurobiologie Inhaltliche Schwerpunkte:
Aufbau und Funktion von Neuronen
Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 1)
Methoden der Neurobiologie (Teil 1)
Zeitbedarf: ca. 22 à 45 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Die Schülerinnen und Schüler können …
UF1: biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.
UF2: zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden.
E2: Beobachtungen, Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern.
E5: Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.
E6: Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen.
K4: sich mit anderen über biologische Sachverhalten kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen.
Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte
Konkretisierte
Kompetenzerwartung en des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/
Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Neuronen verarbeiten Informationen
Bau und Funktion von Nervenzellen
Elektrophysiologische
beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons (UF1)
Selbsttest: Grundlagen und Funktion Nervenzelle
Erarbeitung: Allgemeine Übersicht über die verschiedenen Abschnitte.
erklären Ableitungen Demonstrations-Modellversuch Besprechung des Versuchsaufbaus zur Ableitung
Untersuchungsmethoden
Erregungsbildung (Ruhe- und Aktionspotenzial)
Erregungsleitung
Synaptische Verschaltung und Verrechnung
Wirkmechanismen von Giften, Drogen und Arzneimitteln
Signaltransduktion (Vertiefung. im Zusammenhang mit UV VI)
Vom Reiz zum Sinneseindruck
von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse und werten Messergebnisse unter Zuordnung der
molekularen Vorgänge an Biomembranen aus (E5, E2, UF1, UF2)
zum Ruhepotenzial an einem Riesenaxon
Erarbeitung der Grundlagen der Bioelektrizität, der Entstehung und Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials und der Eigenschaften des Aktionspoten-zials.
Modellversuch zum Gleichgewichtspotenzial.
leiten aus den Messdaten der Patch-Clamp-Technik Veränderungen von Ionenströmen durch Ionenkanäle ab und entwickeln dazu Modellvorstellungen (E5, E6, K4)
Informationstexte,
Internetrecherche Erarbeitung der Patch-Clamp-Methode,
Auswertung und Deutung von Messergebnissen mithilfe der Kenntnisse zum Membranaufbau.
vergleichen die Weiterleitung des Aktionspotenzials an myelinisierten und nicht myelinisierten Axonen miteinander und stellen diese unter dem Aspekt der
Leitungsgeschwindigkei t in einen funktionellen Zusammenhang (UF2,
Dominosteinmodell zur Erläuterung der
Weiterleitungsarten.
Modellkritik
Erarbeitung der saltatorischen Erregunsleitung, Vergleich der Leitungsgeschwindigkeiten verschiedener Axone: Erklärung aufgrund der passiven/kontinuierlichen und saltatorischen Erregungsleitung.
UF3, UF4).
erläutern die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potenzialen mit der Funktion der Synapse auf molekularer Ebene (UF1, UF3).
Funktionsmodell zur synaptischen Integration.
Selbsttest: Erregungsübertragung an Synapsen (AB)
Erarbeitung der Vorgänge bei der Erregungsübertragung an Synapsen.
Erläuterung der Vorgänge an hemmenden Synapsen und deren Verrechnung.
dokumentieren und präsentieren die
Wirkung von endogenen und exogenen Stoffen am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2)
Gruppenpuzzle Nervengifte, Informationstexte, Kurzvorträge
Darstellung der Wirkung von Stoffen an verschiedenen Angriffspunkten im Nervensystem
leiten Wirkungen von endo- und exogenen Substanzen auf die Gesundheit ab und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft (B3, B4, B2, UF2, UF4)
Lerntempoduett: Psychoaktive Stoffe.
Advanced Organizer:
Medikamentöse Schmerztherapie
Darstellung der Wirkungen und Folgen von Drogenkonsum bzw. Medikamenteneinnahme.
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).
Darstellung z.B. als Fließdiagramm. Im Zusammenhang zum Thema Fototransduktion einsetzen.
Diagnose von Schülerkompetenzen:
Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens
KLP-Überprüfungsform: „Präsentationsaufgabe“: Wie und wo wirken Nervengifte?
KLP-Überprüfungsform: „Dokumentationsaufgabe“: Glossarführung
KLP-Überprofungsform: „Darstellungsaufgabe“: Strukturlegetechnik – Begriffsnetz zu UV IV erstellen
KLP-Überprüfugsform: „Bewertungsaufgabe“: Modellkritik
KLP-Überprüfungsform: „Bewertungsaufgabe“ (z.B. zum Thema: Psychoaktive Stoffe – Gefahren)
KLP-Überprüfungsform: „Präsentationsaufgabe“ – Ansatzpunkte der medikamentösen Schmerztherapie
KLP-Überprüfungsform: „Darstellungsaufgabe“ – Fließdiagramm erstellen Leistungsbewertung:
angekündigte Kurztests
Transferaufgabe zu Synapsenvorgängen
ggf. Klausur
Unterrichtsvorhaben VI:
Thema/Kontext:
Fototransduktion – Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn?Inhaltsfeld: Neurobiologie Inhaltliche Schwerpunkte:
Leistungen der Netzhaut
Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2)
Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten
Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:
Die Schülerinnen und Schüler können …
UF4: Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.
K1: bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden.
E1: selbständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren.
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
Kompetenzerwartung en des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …
Empfohlene Lehrmittel/
Materialien/ Methoden
Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz
Unsere Augen – die Fenster zur Welt?
Reizwandlung und Verstärkung in Rezeptoren
Aufbau (des Auges (Wdh) und) der Netzhaut
stellen die
Veränderungen der Membranspannung an Lichtsinneszellen anhand von Modellen dar und beschrieben die Bedeutung des second
Fototransduktion mithilfe der Netzwerk-Methode darstellen (Material: Karten)
Szenen zur Fototransduktion projizieren: Bilder in die Richtige Reihenfolge bringen, erläutern
Erarbeitung der Bedeutung der Sinneszelle als Reizwandler.
Vertiefung durch Erläuterung der Vorgänge bei der Fotorezeption.
Material z.B. unter gida.de, ggf. auch Video dazu (Auge und optischer Sinn II, 6 Filme)
Bildverarbeitung in der Netzhaut messengers und der Reaktionskaskade bei der Fototransduktion (E6, E1)]
(modellhaft)
Prozesse zur Fototransduktion mit Hilfe eines Modells, z.B. Knet- modell, darstellen lassen.
erläutern den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den Aspekten der Farb- und Kontrastwahrnehmung (UF3, UF4).
Versuche zur Verteilung von Stäbchen und Zapfen auf der Netzhaut mit einem Perimeter.
Aufbau der Netzhaut, Vergleich der Absorptionsspektren, Erläuterung der Gittertäuschung aufgrund der lateralen Hemmung.
Diagnose von Schülerkompetenzen
KLP-Überprüfungsform „Präsentationsaufgabe“: Kriteriengeleiteter Kurzvortrag zu Arbeitsergebnissen (Fototransduktion).
KLP-Überprüfungsform „Analyseaufgabe“: Auswerten von Szenen zur Fototransduktion und deren Einordnung.
KLP-Überprüfungsform „Experimentelle Aufgabe“: Überprüfen von Hypothesen mit Hilfe von Versuchen (z.B. Perimeter) Leistungsbewertung:
angekündigte Kurztests
Transferaufgaben
ggf. Klausur