Biologie - Einführungsphase- Jahrgangstufe 10

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Biologie - Einführungsphase- Jahrgangstufe 10

Unterrichtsvorhaben I: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert?

Inhaltsfeld: Biologie der Zelle

Schwerpunkte: Zellaufbau, Funktion der Zelle, Zelldifferenzierung, Mikroskopie

Zeitbedarf: ca. 9 Stunden a 60 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzentwicklung

UF1, UF2, K1, B4, K4 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Die SuS ... Mögliche Lehrmittel/Material Didaktische Methoden/Kommentar

SI-Vorwissen Diagnose von Kompetenzen:

Multiple Choice Test zu Zelle, Gewebe, Organ und Organismus Infotexte:

Auffrischung bzw. Erarbeitung des Basiswissens

Selbstevaluationstest um SI-Vorwissen zu ermitteln

Zelltheorie – Wie entsteht aus einer zufälligen Beobachtung eine

wissenschaftliche Theorie?

• stellen den wissenschaftlichen

Erkenntniszuwachs zum Zellaufbau durch technischen Fortschritt an Beispielen (durch Licht-, Elektronen- und

Fluoreszenzmikroskopie) dar (E7),

• kennen Grundlagen zu Verfahren für die Erkenntnisgewinnung in der Zellforschung (E2).

Geschichte des Mikroskops;

Bau und Vergleich von LM und EM;

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Der Bau tierischer und pflanzlicher Zellen im Vergleich

• beschreiben Aufbau und Funktion der Zellorganellen und erläutern die Bedeutung der Zellkompartimentierung für die Bildung unterschiedlicher Reaktionsräume innerhalb einer Zelle (UF3, UF1),

• beschreiben den Aufbau pro- und eukaryotischen Zellen und stellen die Unterschiede heraus (UF3),

• kennen Grundlagen zu Verfahren für die Erkenntnisgewinnung in der Zellforschung (E2),

• ordnen differenzierte Zellen auf Grund ihrer Strukturen spezifischen Geweben und Organen zu und erläutern den

Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion (UF3, UF4),

• präsentieren adressatengerecht die Endosymbiontentheorie mithilfe angemessener Medien (U3, K1, UF1).

Aufbau und Funktion von

Zellorganellen auf der Basis von EM- Bildern und Vergleich tierischer und pflanzlicher Zellen

Bau von Zellmodellen

Färbemethoden; Zentrifugation Gruppenpuzzle zu Zellen und Funktionen

Diagnose von Kompetenzen: ggf. Selbstevaluationstest erneut ausfüllen (Ich-Kompetenzen-Raster), Concept Map zur Reihe erstellen Leistungsbewertung: ggf. einer Teil Klausur

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Unterrichtsvorhaben II: Kein Leben ohne Zelle II – Kein Leben ohne Zelle II – Bedeutung von Zellkern und Nukleinsäuren im Leben

Schwerpunkte: Funktion des Zellkerns, Replikation und DNA

UF4, E1, B3, B4, K3, K4 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Die SuS …. Mögliche Lehrmittel/Material Didaktische Methoden/Kommentar

Multiple Choice Test zu Zelle, Gewebe, Organ und Organismus Infotexte:

Wie arbeiten Wissenschaftler? - Erforschung des Zellkerns

• benennen Fragestellungen historischer Versuche zur Funktion des Zellkerns und stellen Versuchsdurchführungen und Erkenntniszuwachs dar (E1, E5, E7),

• werten Klonierungsexperimente

(Kerntransfer bei Xenopus) aus und leiten ihre Bedeutung für die Stammzellforschung ab (E5).

Plakat zum wissenschaftlichen Erkenntnisweg

Experiment zum Kerntransfer bei Xenopus

Naturwissenschaftliche Fragestellungen werden

kritieriengeleitet entwickelt und Experimente ausgewertet

Welche Bedeutung hat die Mitose für einen Organismus?

o Mitose o Interphase

• erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für den intrazellulären Transport und die Mitose (UF3, UF1),

• begründen die biologische Bedeutung der Mitose auf der Basis der Zelltheorie (UF1, UF4).

Filme und Animationen über Mitose vom BR (Hör-Seh-Verständnis) Informationstexte und Abbildungen Modelle

Zentrale Aspekte:

1. Exakte Reproduktion

2. Organ-und Gewebewachstum und Erneuerung

3. Zellwachstum

Diagnose von Kompetenzen:

Test zur Mitose mit Zeichnungen

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Wie ist die DNA aufgebaut und wo findet man sie und wie wird sie kopiert?

• Aufbau und Vorkommen von Nukleinsäuren

• Aufbau der DNA

• Mechanismus der DNA- Replikation in der S-Phase der Interphase

• ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine, Nucleinsäuren) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3),

• erklären den Aufbau der DNA mithilfe eines Strukturmodells (E6, UF1),

• beschreiben den semikonservativen Mechanismus der DNA-Replikation (UF1, UF4),

• Erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für den intrazellulären Transport (UF3, UF1).

Modellbauskasten zur DNA

• Film und Animationen und Informationstexte

• Modell selbst bauen

Diagnose von Kompetenzen:

Multiple Choice mit eigenen Zeichnungen zur Replikation

Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen für die Zellkulturtechnik?

1. Biotechnologie 2. Biomedizin

3. Pharmazeutische Industrie

• zeigen Möglichkeiten und Grenzen der Zellkulturtechnik in der Biotechnologie und Biomedizin auf (B4, K4).

Infoblatt zu Zellkulturen in der Biotechnologie und Medizin-und Pharmaforschung

Rollenkarten zu Vertretern

unterschiedlicher Interessenverbände (Pharma-Industrie, Forscher, PETA- Vertreter etc.)

Möglichkeiten und Gefahren der Biotechnologie – eine Pro und Kontra Diskussion

Erarbeitung von Argumenten zu einem „Reizthema“, welches

Möglichkeiten und Gefahren mit sich bringt.

Anschließend eine post-reading activity wie z.B. einen Leserbrief verfassen

Diagnose von Kompetenzen: ggf. Selbstevaluationstest erneut ausfüllen, Concept Map zur Reihe erstellen Leistungsbewertung: ggf. einer Teil Klausur

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Unterrichtsvorhaben III: Erforschung der Biomembranen – Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?

Schwerpunkte: Biomembranen, Stofftransport zwischen Kompartimenten

Zeitbedarf: ca. 13,5 Stunden a 60 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzentwicklung

K1, K2, K3, E3, E6, E7 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Multiple Choice Test Infotexte:

Weshalb und wie beeinflusst die Salzkonzentration den Zustand von Zellen?

1. Plasmolyse 2. Brownsche

Molekularbewegung 3. Diffusion

4. Osmose

• führen mikroskopische Untersuchungen zur Plasmolyse hypothesengeleitet durch und interpretieren die beobachteten Vorgänge (E2, E3, E5, K1, K4),

• führen Experimente zur Diffusion und Osmose durch und erklären diese mit Modellvorstellungen auf Teilchenebene (E4, E6, K1, K4),

• recherchieren Beispiele der Osmose und Osmoregulation in unterschiedlichen Quellen und dokumentieren die Ergebnisse in einer eigenständigen Zusammenfassung (K1, K2).

Zum BeispieL

• Kirschen, die nach dem Niederschlag aufplatzen

• Radieschen, die im Wasser eingelegt werden

• Zeitungsartikel zur fehlerhaften Salzkonzentration für eine Infusion in den Unikliniken

• Experiment mit Rotkohl

• Film/Animation und Lehrfilme zur Brownschen Molekularbewegung

• Demonstrationsversuche mit Teebeutel im Wasser und Deo im Raum (Diffusion)

• Recherche mit Arbeitsaufträgen zu osmo-regulatorischen Vorgängen

Warum löst sich Öl nicht in Wasser?

Aufbau und Eigenschaften von Lipiden und Phopholipiden

• ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine, Nucleinsäuren) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3),

Demonstrationsexperiment zum Verhalten von Öl in Wasser Infoblätter:

Zu funktionellem Gruppen Strukturformeln von Lipiden und

Modellzeichnung zum Verhalten von Phospholipiden in Wasser

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Phospholipiden

Modelle zu Phosphorlipiden in Wasser

Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Erforschung von Biomembranen?

• Erforschung der Biomembran (historisch-genetischer Ansatz)

• Bilayer-Modell

• Sandwich Modell

• Fluid-Mosaik Modell

• Kohlenhydrate in de Biomembran

• Markierungsmethoden zur Ermittlung von

Membranmolekülen

• Proteinsonden

• dynamisch strukturiertes Mosaikmodell

a. Rezeptorinseln b. Rapid Rafts

• stellen den wissenschaftlichen

Erkenntniszuwachs zum Aufbau von Bio- membranen durch technischen Fortschritt an Beispielen dar und zeigen daran die

Veränderlichkeit von Modellen auf (E5, E6, E7, K4),

• recherchieren die Bedeutung und die Funktionsweise von Tracern für die Zellforschung und stellen ihre Ergebnisse graphisch und mithilfe von Texten dar (K2, K3),

• recherchieren die Bedeutung der Außenseite der Zellmembran und ihrer

Oberflächenstrukturen für die

Zellkommunikation (u.a. Antigen-Antikörper- Reaktion) und stellen die Ergebnisse

adressatengerecht dar (K1, K2, K3).

Gruppenpuzzle zu den verschiedenen Biomembran –Modellen

Internetrecherche zu Funktionsweise von Tracern

Erstellung eines Lernplakats Anwendung: Antigen-Antikörper- Reaktion bei modernen Testverfahren (Bsp. ELISA-Test)

Wie werden gelöste Stoffe durch Biomembranen hindurch in die Zelle bzw. aus der Zelle heraus

transportiert?

• beschreiben Transportvorgänge durch Membranen für verschiedene Stoffe mithilfe geeigneter Modelle und geben die Grenzen dieser Modelle an (E6),

• erläutern die membranvermittelten Vorgänge der Endo- und Exocytose (u.a.

am Golgi-Apparat) (UF1, UF2).

Gruppenarbeit:

Infotexte zu verschiedenen Transportvorgängen an realen Beispielen

Erstellung eines Notizbuches zur Präsentation der unterschiedlichen Transportvorgänge innerhalb der Zelle.

Diagnose von Kompetenzen: ggf. Selbstevaluationstest erneut ausfüllen, Concept Map zur Reihe erstellen Leistungsbewertung: ggf. einer Teil Klausur

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Unterrichtsvorhaben IV: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben?

Inhaltsfeld: Biologie der Zelle, Energiestoffwechsel Schwerpunkte: Enzyme

Zeitbedarf: ca. 13,5 Stunden a 60 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzentwicklung

E2, E4, E5 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Die SuS ….. Mögliche Lehrmittel/Material Didaktische Methoden/Kommentar

Selbstevaluationstest um SI- Vorwissen zu ermitteln

Wie sind Zucker aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle?

• Monosaccharid

• Disaccharid

• Polysaccharid

Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion (UF3, UF4, UF1),

Referat von einem Schüler oder Informationstexte werden durch angeleitete Lesefragen bearbeitet.

Als Produkt kann man einen sog.

„Spickzettel“ oder „ Lernbuddy“

erstellen.

Kriterien für einen gelungenen Spickzettel werden erarbeitet.

SuS können in einer Vierergruppe den besten Spicker auswählen und

anschließend kann dieser Spicker für die Gruppe kopiert werden.

Wie sind Proteine aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle?

• Aminosäuren

• Peptide, Proteine

• Primär-, Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur

Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion (UF3, UF4, UF1),

Informationstexte zum Aufbau und Struktur von Proteinen

Lehrfilm und Animation Produkt(Sicherung der

Lernergebnisse): Notizbuchmethode oder alternativ Lernplakate, welche am Ende vorgestellt werden.

Leseaufgabe mit Leitfragen zum Aufbau und Funktion der jeweiligen Strukturen.

Quartärstruktur kann am Beispiel von Hämoglobin veranschaulicht werden.

Falls Lernplakate erstellt werden, können diese im Fachraum verbleiben und der weiteren Orientierung

dienen.

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Welche Bedeutung haben Enzyme im menschlichen Stoffwechsel?

Aktives Zentrum

Allgemeine Enzymgleichung Substrat- und Wirkungsspezifität

• beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6).

Experiment (z.B.)

• Peroxidase mit Kartoffelscheibe

• Götterspeise und Ananassaft in einer Verdünnungsreihe

• Urease und Harnstoffdünger Hilfekarten für Experimente (Binnendifferenzierung)

Substrat- und Wirkungsspezifität wird anhand eines Versuchs

veranschaulicht.

Naturwissenschaftliche

Problemstellungen werden vom Phänomen her entwickelt.

Naturwissenschaftliches Arbeiten wird geübt: Hpyothesenentwicklung, Planung, Durchführung und

Diskussion.

Welche Wirkung/Funktion haben Enzyme?

Katalysator Biokatalysator

Endergonische und exergonische Reaktion

Aktivierungsenergie,

Aktivierungsbarriere/Reaktionsschwelle

• erläutern Struktur und Funktion von Enzymen und ihre Bedeutung als

Biokatalysatoren bei Stoffwechselreaktionen (UF1, UF3, UF4).

Schematische Darstellungen von Reaktionen unter Berücksichtigung der Energieniveaus (Modelle zeichnen)

Die zentralen Aspekte der Biokatalyse werden erarbeitet:

1. Senkung der Aktivierungsenergie

2. Erhöhung des Stoffumsatzes pro Zeit

Was wissen wir bereits über Enzyme? Diagnose von Kompetenzen:

Multiple Choice Test zum Basiswissen von Enzymen.

Alternativ: Kahoot-Quiz oder Stegreifaufgaben

Wiederholung und Vertiefung der bereits erlernten Fachwissens.

Was beeinflusst die Wirkung/Funktion von Enzymen?

1. ph-Abhängigkeit

2. Temperaturabhängigkeit 3. Schwermetalle

4. Substratkonzentration/Wechselzahl

• beschreiben und interpretieren Diagramme zu enzymatischen Reaktionen (E5),

• stellen Hypothesen zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren auf und überprüfen sie experimentell und stellen sie graphisch dar (E3, E2, E4, E5, K1, K4).

Skill File mit Kriterien zur

Beschreibung und Interpretation von Diagrammen

Experimente und Diagramme zu den Bedingungsfaktoren 1-4.

Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz:

Durchführung (mind.) eines Experiments zur Ermittlung einer Enzymeigenschaft.

Wie wird die Aktivität der Enzyme in den Zellen reguliert?

1. Kompetitive Hemmung 2. Allosterische Hemmung 3. Substrat und

Endprodukthemmung

• Beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6).

Informationsmaterial zu Trypsin (allosterische Hemmung) und Allopurinol (kompetitive Hemmung) Modellexperimente mit

Fruchtgummis und Smarties

Wesentliche Textinformationen werden in einen m Lernbuddy zusammengefasst. Die kompetitive Hemmung kann mit Hilfe von Modellen simuliert werden.

Modelle zur Erklärung von

Hemmvorgängen werden entwickelt.

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Modelle können vorgestellt werden und kritisch beurteilt werden.

Wie macht man sich die Wirkweise von Enzymen zu Nutze?

• Recherchieren Informationen zu

verschiedenen Einsatzgebieten von Enzymen und präsentieren und bewerten

vergleichend die Ergebnisse (K2, K3, K4),

• Geben Möglichkeiten und Grenzen für den Einsatz von Enzymen in biologisch-

technischen Zusammenhängen an und wägen die Bedeutung für unser heutiges Leben ab (B4).

(Internet-) Recherche Die Bedeutung enzymatischer Reaktionen für z-B.

Veredlungsprozesse und medizinische Zwecke werden herausgestellt.

Enzyme im Waschmittel und ihre Auswirkung auf die menschliche Haut werden besprochen und diskutiert.

Diagnose von Kompetenzen: ggf. Selbstevaluationstest erneut ausfüllen, Concept Map zur Reihe erstellen Leistungsbewertung: Klausur

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Unterrichtsvorhaben V: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper?

Inhaltsfeld: Energiestoffwechsel

Schwerpunkte: Dissimilation, Körperliche Aktivität und Stoffwechsel

UF3, B1, B2, B3 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Welche Veränderungen können während und nach körperlicher Belastung beobachtet werden?

Systemebene: Organismus:

Belastungstest

Schlüsselstellen der körperlichen Fitness

Belastungstest können durchgeführt werden.

Selbstbeobachtungsprotokolle können angefertigt werden:

Zu Herz, Lunge.

Begrenzende Faktoren bei

unterschiedlich trainierten Menschen werden ermittelt.

Stellt dar: Training hat Einfluss auf die Energiezufuhr, Durchblutung,

Sauerstoffversorgung, Energiespeicherung und Ernährungsverwertung.

Die Auswirkung auf verschiedene Systemebenen (Organ, Gewebe, Zelle Molekül) kann dargestellt und

bewusst gemacht werden.

Wie reagiert der Körper auf unterschiedlichen

Belastungssituationen und wie unterscheiden sich verschiedene Muskelgewebe voneinander?

Systemebene: Organ und Gewebe

• Muskelaufbau Systemebene: Zelle:

• Sauerstoffschuld,

• erläutern den Unterschied zwischen roter und weißer Muskulatur (UF1),

• präsentieren unter Einbezug geeigneter Medien und unter Verwendung einer korrekten Fachsprache die aerobe und anaerobe Energieumwandlung in

Abhängigkeit von körperlichen Aktivitäten (K3, UF1),

Arbeitsblätter zur roten und weißen Muskulatur (Aufbau und Funktion)

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Energiereserve der Muskeln, Glykogenspeicher

Systemebene Molekül

• Lactat-Test

• Milchsäuregärung

• überprüfen Hypothesen zur Abhängigkeit der Gärung von verschiedenen Faktoren (E3, E2, E1, E4, E5, K1, K4).

Die Milchsäuregärung dient der Veranschaulichung anaerober Vorgänge: Modellexperimente zum Nachweis von Milchsäure unter anaeroben Bedingungen wird geplant und durchgeführt.

Welche Faktoren beeinflussen den Energieumsatz und welche Methoden helfen bei der Bestimmung?

Systemebenen: Organismus, Gewebe, Zelle, Molekül

• Energieumsatz (Grundumsatz und Leistungsumsatz)

• Direkte und indirekte Kalometrie

• stellen Methoden zur Bestimmung des Energieumsatzes bei körperlicher Aktivität vergleichend dar (UF4).

Der Zusammenhang zwischen respiratorischem Quotienten und Ernährung wird erarbeitet

Welche Faktoren spielen eine Rolle bei körperlicher Aktivität?

• Sauerstofftransport im Blut

• Sauerstoffkonzentration im Blut

• Erythrozyten

• Hämoglobin/Myoglobin

• Bohr-Effekt

Diagramme zum

Sauerstoffbindungsvermögen in Abhängigkeit verschiedener Faktoren (Temperatur, ph-Wert) und Bohr- Effekt

Wiederholung des Blutkreislaufes unter Berücksichtigung des Weges des Sauerstoffes in die Muskelzellen und erweitert unter Berücksichtigung von Hämoglobin und Myoglobin.

Wie entsteht und wie gelangt die benötigte Energie zu

unterschiedlichen Einsatzorten in der Zelle?

Systemebene: Molekül

• NAD+ und ATP

• erläutern die Bedeutung von NAD+ und ATP für aerobe und anaerobe

Dissimilationsvorgänge (UF1, UF4).

Infotexte zu ATP und NAD+

Erstellung eines Steckbriefes

Die Funktion von ATP und NAD+ als Energieträger wird verdeutlicht.

Wie entsteht ATP und wie wird der C6-Körper abgebaut?

Systemeben: Zelle, Molekül 1. Tracermethode 2. Glykolyse

3. Zitronensäurezyklus 4. Atmungskette

• präsentieren eine Tracermethode bei der Dissimilation adressatengerecht (K3),

• erklären die Grundzüge der Dissimilation unter dem Aspekt der Energieumwandlung mithilfe einfacher Schemata (UF3),

Film/Animation zum Abbau des C6- Körpers (Hör-Seh-Aufgaben) Arbeitsblätter

Grundprinzipien von Tracern werden wiederholt.

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• beschreiben und präsentieren die ATP- Synthese im Mitochondrium mithilfe vereinfachter Schemata (UF2, K3).

Wie funktional sind bestimmte Trainingsprogramme und

Ernährungsweisen für bestimmte Trainingsziele?

Systemebene: Organismus, Zelle, Molekül:

• Ernährung und Fitness

• Kapillarisierung

• Mitochondrien

Systemebene: Molekül:

• Glycogenspeicherung

• Myoglobin

• erläutern unterschiedliche Trainingsformen adressatengerecht und begründen sie mit Bezug auf die Trainingsziele (K4),

• erklären mithilfe einer graphischen Darstellung die zentrale Bedeutung des Zitronensäurezyklus im Zellstoffwechsel (E6, UF4).

Fallstudien aus der Fachliteratur

(Sportphysiologie) Trainingsprogramme und Ernährung werden unter Berücksichtigung von Trainingszielen (z.B. Ausdauer, Kraftausdauer, Maximalkraft) und unter Berücksichtigung der Organ- und Zellebene (Mitochondrienanzahl, Myoglobinkonzentration,

Kapillarisierung, erhöhte

Glykogenspeicherung) betrachtet, diskutiert und beurteilt.

Verschiedene Situationen werden

„durchgespielt“ (z.B. die Folgen einer Fett-, Vitamin-, oder

Zuckerunterversorgung.

Wie wirken sich leistungssteigernde Substanzen auf den Körper aus?

Systemebene: Organismus, Zelle, Molekül:

Formen des Dopings

• Anabolika

• EPO

• Etc.

• nehmen begründet Stellung zur Verwendung leistungssteigernder Sub-stanzen aus

gesundheitlicher und ethischer Sicht (B1, B2, B3).

Referate oder Film Informationstexte

Juristische, körperliche und ethische Aspekte werden auf die ihnen zugrunde liegenden Kriterien reflektiert.

Verschiedene Perspektiven und deren Handlungsoptionen werden

erarbeitet, deren Folgen abgeschätzt und bewertet.

Bewertungsverfahren und Begriffe werden eingeübt und gefestigt.

Diagnose von Kompetenzen: ggf. Selbstevaluationstest erneut ausfüllen, Concept Map zur Reihe erstellen Leistungsbewertung: Klausur