Beispiel für einen schulinternen Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe. Biologie. (Überarbeitung:Oktober 2021)

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Beispiel für einen schulinternen Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe

Biologie

(Überarbeitung:Oktober 2021)

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Inhalt

Seite

1. Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit 3

2. Entscheidungen zum Unterricht 6

2.1 Unterrichtsvorhaben 6

2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben 8

2.1.2 Mögliche konkretisierte Unterrichtsvorhaben 20

2.1.2 EF Zellbiologie 21

2.1.2 EF Energiestoffwechsel 29

2.1.2 Q1 Genetik 37

2.1.2 Q1 Ökologie 55

2.1.2 Q2 Neurobiologie 71

2.1.2 Q2 Evolution 96

2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit 121 2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung 123

2.4 Lehr- und Lernmittel 128

3. Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen 129

4. Qualitätssicherung und Evaluation 131

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1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit

Die Kaiserin-Theophanu-Schule ist ein Gymnasium und liegt im rechtsrheinischen Stadtteil Kalk. Ex- kursionen können innerhalb Kölns und im umliegenden Rheinland problemlos mit dem öffentlichen Nahverkehr durchgeführt werden.

Das Schulgebäude verfügt über drei Biologiefachräume. Außerdem können die Chemiefachräume mit- benutzt werden.

Alle Biologie- und Chemiefachräume sind medientechnisch gut ausgestattet (magnetische Pylonenta- fel, OHP, PC mit Internet- und Schulnetz-Zugang, Beamer, Internet, VHS- und DVD-Player). Durch die Sitzanordnung ist sowohl entspannter Zentralunterricht als auch eine Arbeit in Gruppen leicht möglich.

Darüber hinaus stehen in den Fachräumen zur Verfügung:

- Raum N 306 (27 Plätze, Sek.I+II): variable Tischanordnung für Zentralunterricht und Gruppenarbeit.

Experimentier- und Mikroskopierraum, mit Wasser- Strom-, Gas- und Internetanschluss, Experi- mentiermaterialien für min. 8 Arbeitsgruppen

- Raum N307 (32 Plätze, Sek. II): variable Tischanordnung für Zentralunterricht und Gruppenarbeit, Seminarraum

- Raum N309 (32 Plätze, Sek.I+II): variable Tischanordnung für Zentralunterricht und Gruppenarbeit.

Experimentier- und Mikroskopierraum, mit Wasser- Strom-, Gas- und Internetanschluss, Experi- mentiermaterialien für min. 8 Arbeitsgruppen

- Raum N302 (Chemiefachraum, 32 Plätze, Sek. I und II): Experimentierraum mit Wasser-, Strom-, Gas- und Internetanschluss, Experimentiermaterialien für min. 8 Arbeitsgruppen

- Raum N304 (Chemiefachraum, 32 Plätze, Sek. I und II): Experimentierraum mit Wasser- Strom-, Gas- und Internetanschluss, Experimentiermaterialien für min. 8 Arbeitsgruppen

- Raum N3016 (NW-Übungsraum, 32 Plätze, Sek I und II): variable Tischanordnung für Zentralunter- richt und Gruppenarbeit. Experimentier- und Mikroskopierraum, mit Wasser- Strom-, Gas- und In- ternetanschluss, Experimentiermaterialien für min. 8 Arbeitsgruppen

In der Sammlung sind in großer Zahl Filme, Demonstrationsmodelle, Tierpräparate, Fertigpräparate zu verschiedenen Zell- und Gewebetypen, Messgeräte, Experimentiermaterialien wie Elektrophorese- Apparaturen, Modellbaukoffer und Bestimmungsbücher vorhanden. Für Exkursionen stehen Geräte und mehrere Analyse-Koffer für Exkursionen in terrestrische und aquatische Ökosysteme zur Verfü- gung.

Desweiteren können in Kursstärke papier- und gelchromatografische Untersuchungen durchgeführt und in Absprache mit der Fachschaft Chemie weitere Geräte und Chemikalien genutzt werden.

Die Fachkonferenz Biologie stimmt sich bezüglich in der Sammlung vorhandener Gefahrstoffe mit der dazu beauftragten Lehrkraft der Schule ab.

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Im B-Trakt sowie zukünftig auch im Neubau befinden sich die Computerräume B 101 und B 205, in denen insgesamt jeweils 16 internetfähige Computer stehen, die gut für größere Projekte oder Übun- gen genutzt werden können. Für Rechercheaufträge sowohl die PCs der Informatikräume, als auch die mobilen ausgleichbaren iPads verwendet werden.

Die Lehrerbesetzung und die übrigen Rahmenbedingungen der Schule ermöglichen einen ordnungs- gemäßen, laut Stundentafel der Schule vorgesehenen Biologieunterricht. In der Oberstufe befinden sich durchschnittlich ca. 120 Schülerinnen und Schüler in jeder Stufe. Das Fach Biologie ist in der Ein- führungsphase in der Regel mit 5 Grundkursen vertreten. In der Qualifikationsphase können auf Grund der Schülerwahlen in der Regel 3 Grundkurse und 1-2 Leistungskurse gebildet werden. Die Verteilung der Wochenstundenzahlen in der Sekundarstufe I und II ist wie folgt. Aktuell Versionen zu den verschiedenen einsetzenden und auslaufenden Modellen finden sich auf der Schulhomepage unter dem Fach Biologie. Anbei ist jeweils die aktuellste Fassung des neu einsetzenden Systems angegeben:

Jg. Fachunterricht von 5 bis 6

5 BI (2)

6 BI (2) epochal

Fachunterricht von 8 bis 10 7 Kein Fachunterricht

8 BI (2) epochal

9 BI (2)

10 BI (2)

Fachunterricht in der EF und Q1/Q2

EF BI (3)

Q1 BI (3/5) Q2 BI (3/5)

Die Unterrichtstaktung an der Schule folgt einem 45 Minutenraster, wobei angestrebt wird, dass der naturwissenschaftliche Unterricht möglichst in Doppelstunden stattfindet.

In nahezu allen Unterrichtsvorhaben wird den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit gegeben, Schülerexperimente durchzuführen. Damit wird eine Unterrichtspraxis aus der Sekundarstufe I fortge- führt. Insgesamt werden überwiegend kooperative, die Selbstständigkeit des Lerners fördernde Unter- richtsformen genutzt, sodass ein individualisiertes Lernen in der Sekundarstufe II kontinuierlich unter- stützt wird. Hierzu eignen sich besonders Doppelstunden. Um die Qualität des Unterrichts nachhaltig zu entwickeln, vereinbart die Fachkonferenz vor Beginn jedes Schuljahres neue unterrichtsbezogene Entwicklungsziele. Aus diesem Grunde wird am Ende des Schuljahres überprüft, ob die bisherigen Entwicklungsziele weiterhin gelten und ob Unterrichtsmethoden, Diagnoseinstrumente und Förderma- terialien ersetzt oder ergänzt werden sollen.

Der Biologieunterricht soll Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungen wecken und die Grundlage für das Lernen in Studium und Beruf in diesem Bereich vermitteln. Dabei werden fachlich und bioethisch fundierte Kenntnisse die Voraussetzung für einen eigenen Standpunkt und für verant- wortliches Handeln gefordert und gefördert. Hervorzuheben sind hierbei die Aspekte Ehrfurcht vor dem

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Leben in seiner ganzen Vielfältigkeit, Nachhaltigkeit, Umgang mit dem eigenen Körper und ethische Grundsätze.

Ein Leitgedanke des Schulkonzepts ist die Nachhaltigkeit, die immer wieder im Unterricht thematisiert wird. Ein Beispiel ist die Mülltrennung bzw. die Müllvermeidung und der Hinweis auf den Verzicht von gefährlichen Stoffen in Schülerhand wie auch im Unterricht.

Folgende Kooperationen bestehen an der Schule:

- Berufswahlorientierung

- Kooperation in der Sexualerziehung mit Donum vitae - Schülerlabor KölnPUB e.V.

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2 Entscheidungen zum Unterricht

Hinweis: Die nachfolgend dargestellte Umsetzung der verbindlichen Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans findet auf zwei Ebenen statt. Das Übersichtsraster gibt den Lehrkräften einen raschen Überblick über die laut Fachkonferenz verbindlichen Unterrichtsvorhaben und deren Reihenfolge in der Einführungsphase und in der Qualifikationsphase. In dem Raster sind außer den Themen für das je- weilige Vorhaben und den dazugehörigen Kontexten die damit verknüpften Inhaltsfelder und inhaltlichen Schwerpunkte des Vorhabens sowie die Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung ausgewiesen.

Die Konkretisierung von Unterrichtsvorhaben führt die konkretisierten Kompetenzerwartungen des gül- tigen Kernlehrplans auf, stellt eine mögliche Unterrichtsreihe sowie dazu empfohlene Lehrmittel, Mate- rialien und Methoden dar und verdeutlicht neben diesen Empfehlungen auch vorhabenbezogene ver- bindliche Absprachen der Fachkonferenz, z.B. zur Durchführung eines für alle Fachkolleginnen und Fachkollegen verbindlichen Experiments oder auch die Festlegung bestimmter Diagnoseinstrumente und Leistungsüberprüfungsformen.

2.1 Unterrichtsvorhaben

Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt den Anspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen auszuweisen. Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehr- kraft, den Lernenden Gelegenheiten zu geben, alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans auszu- bilden und zu entwickeln.

Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- und der Konkretisierungsebe- ne.

Im „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.1) werden die für alle Lehrerinnen und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindlichen Kontexte sowie Verteilung und Reihenfolge der Unter- richtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen und Kollegen einen schnellen Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zu den einzelnen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan genannten Kompetenzerwartungen, Inhaltsfeldern und inhaltlichen Schwerpunkten zu verschaffen. Um Klarheit für die Lehrkräfte herzustellen und die Übersichtlichkeit zu gewährleisten, werden in der Kategorie „Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung“ an dieser Stelle nur die übergeordneten Kompetenzerwartungen ausgewiesen, während die konkretisierten Kompe- tenzerwartungen erst auf der Ebene der möglichen konkretisierten Unterrichtsvorhaben Berücksichti- gung finden. Der ausgewiesene Zeitbedarf versteht sich als grobe Orientierungsgröße, die nach Bedarf über- oder unterschritten werden kann. Um Spielraum für Vertiefungen, besondere Schülerinteressen, aktuelle Themen bzw. die Erfordernisse anderer besonderer Ereignisse (z.B. Praktika, Kursfahrten o.ä.) zu erhalten, wurden im Rahmen dieses schulinternen Lehrplans nur ca. 75 Prozent der Bruttoun- terrichtszeit verplant.

Während der Fachkonferenzbeschluss zum „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ zur Gewährleis- tung vergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppen- und Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitzt die exemplarische Ausgestaltung „mögli- cher konkretisierter Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.2) abgesehen von den in der vierten Spalte im Fettdruck hervorgehobenen verbindlichen Fachkonferenzbeschlüssen nur empfehlenden Charakter.

Referendarinnen und Referendaren sowie neuen Kolleginnen und Kollegen dienen diese vor allem zur

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standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichts- bezogenen fachgruppeninternen Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergrei- fenden Kooperationen, Lernmitteln und -orten sowie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die im Einzelnen auch den Kapiteln 2.2 bis 2.4 zu entnehmen sind. Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bezüglich der konkretisierten Unterrichtsvorhaben sind im Rahmen der pädagogi- schen Freiheit und eigenen Verantwortung der Lehrkräfte jederzeit möglich. Sicherzustellen bleibt al- lerdings auch hier, dass im Rahmen der Umsetzung der Unterrichtsvorhaben insgesamt alle Kompe- tenzerwartungen des Kernlehrplans Berücksichtigung finden.

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2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben

Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert?

Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung:

• UF1 Wiedergabe

• UF2 Auswahl

• K1 Dokumentation

Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte:

Zellaufbau Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zell- kern und Nukleinsäuren für das Leben?

• UF4 Vernetzung

• E1 Probleme und Fragestellungen

• K4 Argumentation

• B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte:

Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung ha- ben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?

• K2 Recherche

• K3 Präsentation

• E3 Hypothesen

• E6 Modelle

• E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte:

Biomembranen Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2)

Unterrichtsvorhaben IV:

Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unse- rem Leben?

• E2 Wahrnehmung und Messung

• E4 Untersuchungen und Experimente

• E5 Auswertung

Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel) Inhaltliche Schwerpunkte:

Enzyme

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Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 19 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben V:

Thema/Kontext: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper?

• UF3 Systematisierung

• B1 Kriterien

• B2 Entscheidungen

• B3 Werte und Normen

Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel Zeitbedarf: ca. 26 Std. à 45 Minuten

Summe Einführungsphase: 90 Stunden

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Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch be- dingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethi- schen Konflikte treten dabei auf?

• E5 Auswertung

• K2 Recherche

Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte:

Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

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

• UF1 Wiedergabe

• UF4 Vernetzung

• E6 Modelle

Proteinbiosynthese Genregulation

Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Ri- siken bestehen?

• K2 Recherche

• B1 Kriterien

• B4 Möglichkeiten und Grenzen

Gentechnik Bioethik

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

• E3 Hypothesen

• E5 Auswertung

• E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte:

Umweltfaktoren und ökologische Potenz Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

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2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben V:

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

• E6 Modelle

• K4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte:

Dynamik von Populationen

Unterrichtsvorhaben VI:

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

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

Stoffkreislauf und Energiefluss Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VII:

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

• E5 Auswertung

• B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte:

Mensch und Ökosysteme

Summe Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS: 90 Stunden

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Qualifikationsphase (Q2) – GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben I:

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

• UF1 Wiedergabe

• UF2 Auswahl

• E6 Modelle

Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte:

Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbei- tung und Grundlagen der Wahrnehmung

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

• UF4 Vernetzung

Plastizität und Lernen

Unterrichtsvorhaben III:

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

• UF1 Wiedergabe

• K4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltliche Schwerpunkte:

Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Stammbäu- me (Teil 1)

Thema/Kontext: Evolution von Sozialstrukturen – Welche Faktoren beein- flussen die Evolution des Sozialverhaltens?

• UF2 Auswahl

• UF4 Vernetzung

Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltliche Schwerpunkte:

Evolution und Verhalten

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Unterrichtsvorhaben V:

Thema/Kontext: Humanevolution – Wie entstand der heutige Mensch?

Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte:

Evolution des Menschen Stammbäume (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Summe Qualifikationsphase (Q2) – GRUNDKURS: 60 Stunden

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Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch be- dingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethi- schen Konflikte treten dabei auf?

• UF4 Vernetzung

• E5 Auswertung

• K2 Recherche

• B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)

Inhaltliche Schwerpunkte:

Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik

Thema/Kontext: Erforschung der Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der geneti- schen und epigenetischen Strukturen auf einen Organismus?

• E3 Hypothesen

• E5 Auswertung

• E6 Modelle

• E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte:

Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten

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2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Gentechnologie heute – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?

• K2 Recherche

• B1 Kriterien

Gentechnologie Bioethik Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten

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

• E3 Hypothesen

Umweltfaktoren und ökologische Potenz Zeitbedarf: ca. 14 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben V:

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

• UF1 Wiedergabe

• E5 Auswertung

• E6 Modelle

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte:

Dynamik von Populationen

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

• UF4 Vernetzung

• E6 Modelle

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

Stoffkreislauf und Energiefluss Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten

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2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben VII:

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

• E3 Hypothesen

• E5 Auswertung

Fotosynthese

Unterrichtsvorhaben VIII:

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

• UF2 Auswahl

Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte:

Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 15 Std. à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS: 150 Stunden

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Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben I:

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

• UF1 Wiedergabe

• UF2 Auswahl

• E5 Auswertung

• E6 Modelle

Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbei- tung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 1) Methoden der Neurobio- logie (Teil 1)

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

• E6 Modelle

Inhaltsfelder: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte:

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

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2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Aspekte der Hirnforschung – Welche Faktoren beeinflus- sen unser Gehirn?

Kompetenzen:

• UF4 Vernetzung

• K2 Recherche

• B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte:

Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 17 Std. à 45 Minuten

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

• UF1 Wiedergabe

• E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltliche Schwerpunkte:

Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Entwicklung der Evolutionstheorie

Unterrichtsvorhaben V:

Thema/Kontext: Von der Gruppen- zur Multilevel-Selektion – Welche Fak- toren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens?

• UF2 Auswahl

• E7 Arbeits- und Denkweisen

Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltliche Schwerpunkte:

Evolution und Verhalten

Thema/Kontext: Spuren der Evolution – Wie kann man Evolution sichtbar machen?

• E3 Hypothesen

Art und Artbildung Stammbäume Zeitbedarf: ca. 6 Std. à 45 Minuten

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2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben VII:

Thema/Kontext: Humanevolution – Wie entstand der heutige Mensch?

• E5 Auswertung

Evolution des Menschen

Summe Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS: 100 Stunden

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2.1.2 Mögliche Konkretisierte Unterrichtsvorhaben

Hinweis: Thema, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte und Kompetenzen hat die Fach- konferenz der KTS verbindlich vereinbart. In allen anderen Bereichen sind Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bei der Konkretisierung der Unterrichtsvorha- ben möglich. Darüber hinaus enthält dieser schulinterne Lehrplan in den Kapiteln 2.2 bis 2.4 übergreifende sowie z.T. auch jahrgangsbezogene Absprachen zur fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit, zur Leistungsbewertung und zur Leistungsrückmeldung. Je nach internem Steuerungsbedarf können solche Absprachen auch vorhabenbezogen vorgenommen werden.

Einführungsphase:

Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle

• Unterrichtsvorhaben I: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und or- ganisiert?

• Unterrichtsvorhaben II: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zell- kern und Nukleinsäuren für das Leben?

• Unterrichtvorhaben III: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?

• Zellaufbau

• Biomembranen

• Stofftransport zwischen Kompartimenten

• Funktion des Zellkerns

• Zellverdopplung und DNA

Basiskonzepte:

System

Prokaryot, Eukaryot, Biomembran, Zellorganell, Zellkern, Chromosom, Makromolekül, Cytos- kelett, Transport, Zelle, Gewebe, Organ, Plasmolyse

Struktur und Funktion

Cytoskelett, Zelldifferenzierung, Zellkompartimentierung, Transport, Diffusion, Osmose, Zell- kommunikation, Tracer

Entwicklung

Endosymbiose, Replikation, Mitose, Zellzyklus, Zelldifferenzierung Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten

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2.1.2 Mögliche konkretisierte Unterrichtsvorhaben

EF- Zellbiologie:

Unterrichtsvorhaben I:

Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert?

Inhaltsfeld: IF 1 Biologie der Zelle Inhaltliche Schwerpunkte:

• Zellaufbau

• Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

• UF1 ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben.

• UF2 biologische Konzepte zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen auswählen und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden.

• K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten struktu- riert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe- tenzerwartungen des Kern- lehrplans

Die Schülerinnen und Schü- ler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Me- thoden

Didaktisch-methodische An- merkungen und Empfehlun- gen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Zelltheorie – Wie entsteht aus ei- ner zufälligen Beobachtung eine wissenschaftliche Theorie?

• Zelltheorie

• Organismus, Organ, Ge- webe, Zelle

stellen den wissenschaftli- chen Erkenntniszuwachs zum Zellaufbau durch technischen Fortschritt an Beispie- len (durch Licht-, Elektronen- und Fluoreszenzmikroskopie) dar (E7).

Mikroskopieren, Anfertigen und ggf. Anfär- ben von Präparaten

Größenvorstellungen auf zellu- lärer Ebene entwickeln

Was sind pro- und eukaryotische Zellen und worin unterscheiden sie sich grundlegend?

• Aufbau pro- und eukaryotischer Zellen

beschreiben den Aufbau pro- und eukaryotischer Zellen und stellen die Unterschiede heraus (UF3).

elektronenmikroskopische Bilder sowie 2D- Modelle zu tierischen, pflanzlichen und bak- teriellen Zellen

Gemeinsamkeiten und Unter- schiede der verschiedenen Zel- len werden erarbeitet. EM-Bild wird mit Modell verglichen.

Wie ist eine Zelle organisiert und wie gelingt es der Zelle so viele verschiedene Leistungen zu er- bringen?

• Aufbau und Funktion von

beschreiben Aufbau und Funktion der Zellorganellen und erläutern die Bedeutung der Zellkompartimentierung für die Bildung unterschiedli-

Arbeiten mit Zellmodelle Erkenntnisse werden in einem Protokoll dokumentiert.

Modellkritik

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Zellorganellen

• Zellkompartimentierung

• Endo – und Exocytose

• Endosymbiontentheorie

cher Reaktionsräume innerhalb einer Zelle (UF3, UF1).

präsentieren adressatengerecht die Endosymbionten- theorie mithilfe angemesse- ner Medien (K3, K1, UF1).

erläutern die membranver- mittelten Vorgänge der Endo- und Exocytose (u. a. am Golgi-Apparat) (UF1, UF2).

Analogie zu realen Systemen .

Zelle, Gewebe, Organe, Organis- men – Welche Unterschiede be- stehen zwischen Zellen, die ver- schiedene Funktionen überneh- men?

• Zelldifferenzierung

ordnen differenzierte Zellen auf Grund ihrer Strukturen spezifischen Geweben und Organen zu und erläutern den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion (UF3, UF4, UF1).

Mikroskopieren von verschiedenen Zellty-

pen Mikroskopieren von Fertigprä-

paraten verschiedener Zellty- pen an ausgewählten Zelltypen

Diagnose von Schülerkompetenzen:

• Ggf. SI-Vorwissen wird ohne Benotung ermittelt (z.B. Selbstevaluationsbogen) Leistungsbewertung:

• Ggf. multiple-choice-Tests zu Zelltypen und Struktur und Funktion von Zellorganellen

• Teil einer Klausur

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Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

Unterrichtsvorhaben II:

Thema/Kontext: Kein Leben ohne Zelle II – Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren für das Leben?

• • Funktion des Zellkerns

• • Zellverdopplung und DNA Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten

• UF4 bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Er- kenntnisse modifizieren und reorganisieren.

• E1 in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teil- probleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren.

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

• B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtwei- sen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen.

Mögliche didaktische Leit- fragen / Sequenzierung in- haltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe- tenzerwartungen des Kern- lehrplans

Die Schülerinnen und Schüler

…

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Me- thoden

Didaktisch-methodische An- merkungen und Empfehlun- gen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Was zeichnet eine naturwis- senschaftliche Fragestellung aus und welche Fragestellung lag den Acetabularia und den Xenopus-Experimenten zu- grunde?

• Erforschung der Funkti- on des Zellkerns in der Zelle

benennen Fragestellungen historischer Versuche zur Funktion des Zellkerns und stellen Versuchsdurchführun- gen und Erkenntniszuwachs dar (E1, E5, E7).

werten Klonierungsexperi- mente (Kerntransfer bei Xe- nopus) aus und leiten ihre Bedeutung für die Stammzell- forschung ab (E5).

Acetabularia-Experimente von Hämmerling

Experiment zum Kerntransfer bei Xenopus

Naturwissenschaftliche Frage- stellungen werden kriteriengeleitet entwickelt und Experimen- te ausgewertet.

Welche biologische Bedeutung hat die Mitose für einen Orga- nismus?

begründen die biologische Bedeutung der Mitose auf der Basis der Zelltheorie (UF1,

Informationstexte und Abbildungen

Filme/Animationen zu zentralen Aspekten:

1. exakte Reproduktion

Die Funktionen des Cytoske- letts werden erarbeitet, Informa- tionen werden in ein Modell

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• Mitose (Rückbezug auf Zelltheorie)

• Interphase

UF4).

erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für [den intrazel- lulären Transport und] die Mi- tose (UF3, UF1).

2. Organ- bzw. Gewebewachstum und Er- neuerung (Mitose)

3. Zellwachstum (Interphase)

übersetzt, das die wichtigsten Informationen sachlich richtig wiedergibt.

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

•

Aufbau und Vorkom- men von Nukleinsäuren

•

Aufbau der DNA

•

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

ordnen die biologisch bedeut- samen Makromoleküle [Koh- lenhydrate, Lipide, Proteine,]

Nucleinsäuren den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläu- tern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Ei- genschaften (UF1, UF3).

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

beschreiben den semikonser- vativen Mechanismus der DNA-Replikation (UF1, UF4).

Modellbau zur DNA Struktur und Replikation Der DNA-Aufbau und die Repli- kation werden lediglich modell- haft erarbeitet. Die Komplemen- tarität wird dabei herausgestellt.

Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen für die Zell- kulturtechnik?

Zellkulturtechnik

• Biotechnologie

• Biomedizin

• Pharmazeutische In- dustrie

zeigen Möglichkeiten und Grenzen der Zellkulturtechnik in der Biotechnologie und Bi- omedizin auf (B4, K4).

Informationsblatt zu Zellkulturen in der Bio- technologie und Medizin- und Pharmafor- schung

Rollenkarten zu Vertretern unterschiedlicher Interessensverbände (Pharma-Industrie, For- scher, PETA-Vertreter etc.)

Pro und Kontra-Diskussion zum Thema:

„Können Zellkulturen Tierversuche ersetzen?“

Zentrale Aspekte werden her- ausgearbeitet.

Argumente werden erarbeitet und Argumentationsstrategien entwickelt.

SuS, die nicht an der Diskussi- on beteiligt sind, sollten einen Beobachtungsauftrag bekom- men.

Nach Reflexion der Diskussion können Leserbriefe verfasst werden.

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• Ggf. Ampelabfrage Leistungsbewertung:

• Ggf. Feedbackbogen und angekündigte multiple-choice-Tests zur Mitose; schriftliche Übung (z.B. aus einer Hypothese oder einem Versuchsdesign auf die zugrunde liegende Fragestellung schließen) zur Ermittlung der Fragestellungskompetenz (E1)

• Klausur

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Unterrichtsvorhaben III:

Thema/Kontext: Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung?

• Biomembranen

• Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten

• K1 Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten struktu- riert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge.

• K2 in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch- technische Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quel- len bearbeiten.

• K3 biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse ad- ressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvor- trägen oder kurzen Fachtexten darstellen.

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

• E6 Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vor-gänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbe- reiche angeben.

• E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufig- keit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen /

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompe- tenzerwartungen des Kernlehrplans

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/

Methoden Didaktisch-methodische An-

merkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbind- lichen Absprachen der Fach- konferenz

Weshalb und wie beeinflusst die Salz- konzentration den Zustand von Zel- len?

• Plasmolyse

führen Experimente zur Dif- fusion und Osmose durch und erklären diese mit Mo- dellvorstellungen auf Teil- chenebene (E4, E6, K1, K4).

führen mikroskopische Un- tersuchungen zur Plasmo-

Experimente Mikroskopie

SuS formulieren erste Hypothe- sen, planen und führen geeignete Experimente zur Überprüfung ihrer Vermutungen durch.

Versuche zur Überprüfung der Hypothesen

(27)

• Brownsche-

Molekularbewegung

• Diffusion

• Osmose

lyse hypothesengeleitet durch und interpretieren die beobachteten Vorgänge (E2, E3, E5, K1, K4).

recherchieren Beispiele der Osmose und Osmoregulati- on in unterschiedlichen Quellen und dokumentieren die Ergebnisse in einer ei- genständigen Zusammen- fassung (K1, K2).

Versuche zur Generalisierbarkeit der Ergebnisse werden geplant und durchgeführt.

Phänomen wird auf Modellebene erklärt (direkte Instruktion).

Warum löst sich Öl nicht in Wasser?

• Aufbau und Eigenschaften von Lipiden und Phospholipiden

ordnen die biologisch be- deutsamen Makromoleküle ([Kohlenhydrate], Lipide, Proteine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulä- ren Strukturen und Funktio- nen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigen- schaften (UF1, UF3).

Demonstrationsexperiment zum Ver- halten von Öl in Wasser

Informationsblätter

• zu funktionellen Gruppen

• Strukturformeln von Lipiden und Phospholipiden

• Modelle zu Phospholipiden in Wasser

Phänomen wird beschrieben.

Das Verhalten von Lipiden und Phospholipiden in Wasser wird mithilfe ihrer Strukturformeln und den Eigenschaften der funktionellen Gruppen erklärt.

Einfache Modelle (2-D) zum Ver- halten von Phospholipiden in Wasser werden erarbeitet und diskutiert.

Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Erfor- schung von Biomembranen?

• Erforschung der Biomembran (historisch-genetischer Ansatz)

- Bilayer-Modell - Sandwich-Modelle

stellen den wissenschaftli- chen Erkenntniszuwachs zum Aufbau von Biomemb- ranen durch technischen Fortschritt an Beispielen dar und zeigen daran die Ver- änderlichkeit von Modellen auf (E5, E6, E7, K4).

ordnen die biologisch be- deutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Pro- teine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen

Versuche von Gorter und Grendel mit Erythrozyten (1925) zum Bilayer- Modell

Abbildungen aud Basis von Gefrier- bruchtechnik und Elektronenmikrosko- pie

Lernplakat Tracermethode

Durchführung eines wissen- schaftspropädeutischen Schwer- punktes zur Erforschung der Bio- menmbran

Modellbegriff und die Vorläufigkeit von Modellen werden verdeutlicht sowie deren Erweiterung

(28)

- Fluid-Mosaik-Modell

- Erweitertes Fluid-Mosaik- Modell (Kohlenhydrate in der Biomembran)

- Markierungsmethoden zur Ermittlung von Membranmo- lekülen (Proteinsonden) - dynamisch strukturiertes Mo-

saikmodel (Rezeptor-Inseln, Lipid-Rafts)

• Nature of Science – naturwis- senschaftliche Arbeits- und Denkweisen

zu und erläutern sie bezüg- lich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).

recherchieren die Bedeu- tung und die Funktionswei- se von Tracern für die Zell- forschung und stellen ihre Ergebnisse graphisch und mithilfe von Texten dar (K2, K3).

recherchieren die Bedeu- tung der Außenseite der Zellmembran und ihrer Oberflächenstrukturen für die Zellkommunikation (u. a.

Antigen-Antikörper- Reaktion) und stellen die Ergebnisse adressatengerecht dar (K1, K2, K3).

Wie werden gelöste Stoffe durch Bio- membranen hindurch in die Zelle bzw.

aus der Zelle heraus transportiert?

• Passiver Transport

• Aktiver Transport

beschreiben Transportvor- gänge durch Membranen für verschiedene Stoffe mithilfe geeigneter Modelle und geben die Grenzen dieser Modelle an (E6).

Informationstext/ Schemata zu verschiedenen Transportvorgängen an realen Beispielen

SuS können entsprechend der Informationstexte 2-D-Modelle zu den unterschiedlichen Transport- vorgängen erstellen.

• Dokumentation in Form von Lernplakaten Leistungsbewertung:

• Ggf. KLP-Überprüfungsform: „Beurteilungsaufgabe“ und „Optimierungsaufgabe“ (z.B. Modellkritik an Modellen zur Biomembran oder zu Transportvorgängen) zur Ermittlung der Modell-Kompetenz (E6)

• Klausur

(29)

2.1.2. Mögliche konkretisierte Unterrichtsvorhaben

Einführungsphase:

Hinweis: Thema, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte und Kompetenzen hat die Fach- konferenz der KTS verbindlich vereinbart. In allen anderen Bereichen sind Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bei der Konkretisierung der Unterrichtsvorha- ben möglich. Darüber hinaus enthält dieser schulinterne Lehrplan in den Kapiteln 2.2 bis 2.4 übergreifende sowie z.T. auch jahrgangsbezogene Absprachen zur fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit, zur Leistungsbewertung und zur Leistungsrückmeldung. Je nach internem Steuerungsbedarf können solche Absprachen auch vorhabenbezogen vorgenommen werden.

Inhaltsfeld: IF 2 (Energiestoffwechsel)

• Unterrichtsvorhaben IV: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unse- rem Leben?

• Unterrichtsvorhaben V: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperliche Akti- vität auf unseren Körper?

• Enzyme

• Dissimilation

• Körperliche Aktivität und Stoffwechsel Basiskonzepte:

System

Muskulatur, Mitochondrium, Enzym, Zitronensäurezyklus, Dissimilation, Gärung Struktur und Funktion

Enzym, Grundumsatz, Leistungsumsatz, Energieumwandlung, ATP, NAD⁺ Entwicklung

Training

(30)

EF - Energiestoffwechsel:

Unterrichtsvorhaben IV:

Thema/Kontext: Enzyme im Alltag – Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben?

Inhaltsfelder: IF 1 (Biologie der Zelle), IF 2 (Energiestoffwechsel) Inhaltliche Schwerpunkte:

• Enzyme

• E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergeb- nisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben.

• 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 qualitati- ve und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompe- tenzerwartungen des Kernlehrplans

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/

Methoden

Didaktisch-methodische An- merkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbind- lichen Absprachen der Fach- konferenz

Wie sind Proteine aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle?

• Aminosäuren

• Peptide, Proteine

• Primär-, Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur

ordnen die biologisch be- deutsamen Makromoleküle ([Kohlenhydrate, Lipide], Proteine, [Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulä- ren Strukturen und Funktio- nen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).

Informationstexte zum Aufbau und der Struktur von Proteinen

Der Aufbau von Proteinen wird erarbeitet.

Die Quartärstruktur wird am Bei- spiel von Hämoglobin veranschaulicht.

Welche Bedeutung haben Enzyme im menschlichen Stoffwechsel?

4. Aktives Zentrum

5. Allgemeine Enzymgleichung

beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzym- hemmung (E6).

Experimentelles Arbeiten:

z. B.Peroxidase mit Kartoffelscheibe oder Kartoffelsaft oder Urease und Harnstoffdünger (Indikator Rotkohlsaft)

Die Substrat- und Wirkungsspezi- fität werden veranschaulicht.

Die naturwissenschaftlichen Fra- gestellungen werden vom Phä- nomen her entwickelt.

(31)

6. Substrat- und Wirkungsspezifi- tät

Modelle zur Funktionsweise des aktiven Zentrums werden erstellt.

Welche Wirkung / Funktion haben En- zyme?

• Katalysator

• Biokatalysator

• Endergonische und exergoni- sche Reaktion

• Aktivierungsenergie, Aktivie- rungsbarriere / Reaktions- schwelle

erläutern Struktur und Funk- tion von Enzymen und ihre Bedeutung als Biokatalysa- toren bei Stoffwechselreak- tionen (UF1, UF3, UF4).

Schematische Darstellungen von Reaktionen unter besonderer Berück- sichtigung der Energieniveaus

Die zentralen Aspekte der Bioka- talyse werden erarbeitet:

• Senkung der Aktivie- rungsenergie

• Erhöhung des Stoffumsat- zes pro Zeit

Was beeinflusst die Wirkung / Funkti- on von Enzymen?

•

pH-Abhängigkeit

•

Temperaturabhängigkeit

•

Schwermetalle

•

Substratkonzentration / Wech- selzahl

beschreiben und interpretieren Diagramme zu enzyma- tischen Reaktionen (E5).

stellen Hypothesen zur Ab- hängigkeit der Enzymaktivi- tät von verschiedenen Fak- toren auf und überprüfen sie experimentell und stellen sie graphisch dar (E3, E2, E4, E5, K1, K4).

Checkliste mit Kriterien zur Beschrei- bung und Interpretation von Diagram- men

Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz:

Das Beschreiben und Interpre- tieren von Diagrammen wird geübt.

Experimente zur Ermittlung der Abhängigkeiten der Enzymaktivi- tät werden ausgewertet.

Wichtig: Denaturierung im Sinne einer (ir)reversiblen Hemmung durch Temperatur, pH-Wert und Schwermetalle muss herausgestellt werden.

Wie wird die Aktivität der Enzyme in den Zellen reguliert?

•

kompetitive Hemmung,

•

allosterische (nicht kompetitive) Hemmung

•

Substrat und Endprodukthem- mung

beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzym- hemmung (E6).

Gruppenarbeit

zum Mechanismus der Hemmungen

Wesentliche Textinformationen werden in einem begrifflichen Netzwerk zusammengefasst.

Die kompetitive Hemmung wird simuliert.

Modelle zur Erklärung von Hemmvorgängen werden entwickelt.

(32)

Wie macht man sich die Wirkweise von Enzymen zu Nutze?

- Enzyme im Alltag

• Technik

• Medizin

• Waschvorgänge

recherchieren Informationen zu verschiedenen Einsatz- gebieten von Enzymen und präsentieren und bewerten vergleichend die Ergebnisse (K2, K3, K4).

geben Möglichkeiten und Grenzen für den Einsatz von Enzymen in biologisch- technischen Zusammen- hängen an und wägen die Bedeutung für unser heuti- ges Leben ab (B4).

(Internet)Recherche Die Bedeutung enzymatischer Reaktionen für z.B. Veredlungs- prozesse, Waschvorgänge und medizinische Zwecke wird herausgestellt.

ggf. Selbstevaluationsbogen Leistungsbewertung:

• multiple choice -Tests

• ggf. Klausur

(33)

Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung:

Unterrichtsvorhaben V:

Thema/Kontext: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper?

Dissimilation

Körperliche Aktivität und Stoffwechsel Zeitbedarf: ca. 26 Std. à 45 Minuten

• UF3 die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in ge- gebene fachliche Strukturen begründen.

• B1 bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen Zusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralische Bewer- tungskriterien angeben.

• B2 in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Entscheidungsmög- lichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begründeten Standpunkt beziehen.

• B3 in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinan- dersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösun- gen darstellen.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzer- wartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler

…

Empfohlene Lehrmittel/ Materia- lien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmer- kungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Ab- sprachen der Fachkonferenz Wie reagiert der Körper auf unter-

schiedliche Belastungssituationen und wie unterscheiden sich ver- schiedene Muskelgewebe vonei- nander?

Systemebene: Organ und Gewebe

• Muskelaufbau Systemebene: Zelle

• Sauerstoffschuld, Ener- giereserve der Muskeln, Glykogenspeicher

erläutern den Unterschied zwischen roter und weißer Musku- latur (UF1).

präsentieren unter Einbezug geeigneter Medien und unter Verwendung einer korrekten Fachsprache die aerobe und anaerobe Energieumwandlung in Abhängigkeit von körperli- chen Aktivitäten (K3, UF1).

überprüfen Hypothesen zur Ab- hängigkeit der Gärung von verschiedenen Faktoren (E3, E2, E1, E4, E5, K1, K4).

Partnerpuzzle mit Arbeitsblättern zur roten und weißen Muskulatur und zur Sauerstoffschuld

Hier können Beispiele von 100- Meter-, 400-Meter- und 800-Meter- Läufern analysiert werden.

Verschiedene Muskelgewebe werden im Hinblick auf ihre Mitochondri- endichte (stellvertretend für den Energiebedarf) untersucht / ausgewertet.

Muskeltypen werden begründend Sportarten zugeordnet.

(34)

Systemebene: Molekül

• Lactat-Test

• Milchsäure-Gärung Welche Faktoren beeinflussen den Energieumsatz und welche Me- thoden helfen bei der Bestim- mung?

Systemebenen: Organismus, Gewebe, Zelle, Molekül

• Energieumsatz (Grund- umsatz und Leistungs- umsatz)

• Direkte und indirekte Ka- lorimetrie

Welche Faktoren spielen eine Rol- le bei körperlicher Aktivität?

• Sauerstofftransport im Blut

• Sauerstoffkonzentration im Blut

• Erythrozyten

• Hämoglobin/ Myoglobin

• Bohr-Effekt

stellen Methoden zur Bestim- mung des Energieumsatzes bei körperlicher Aktivität vergleichend dar (UF4).

Arbeitsmaterial zur Bestimmung des Grund- und Leistungsumsatzes Arbeitsmaterial zum Verfahren der Kalorimetrie (Kalorimetrische Bom- be / Respiratorischer Quotient)

Diagramme zum Sauerstoffbin- dungsvermögen in Abhängigkeit verschiedener Faktoren (Tempera- tur, pH-Wert) und Bohr-Effekt

Der quantitative Zusammenhang zwischen Sauerstoffbindung und Partialdruck wird an einer sigmoiden Bindungskurve ermittelt.

Der Weg des Sauerstoffs in die Mus- kelzelle über den Blutkreislauf wird wiederholt und erweitert unter Be- rücksichtigung von Hämoglobin und Myoglobin.

Wie entsteht und wie gelangt die benötigte Energie zu unterschied- lichen Einsatzorten in der Zelle?

Systemebene: Molekül

• NAD⁺ und ATP

erläutern die Bedeutung von NAD⁺ und ATP für aerobe und anaerobe Dissimilationsvorgän- ge (UF1, UF4).

Arbeitsblatt mit Modellen / Sche- mata zur Rolle des ATP

Die Funktion des ATP als Energie- Transporter wird verdeutlicht.

Wie sind Zucker aufgebaut und wo spielen sie eine Rolle?

• Monosaccharid,

• Disaccharid

• Polysaccharid

ordnen die biologisch bedeut- samen Makromoleküle (Koh- lenhydrate, [Lipide, Proteine, Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und

Informationstexte zu funktionellen Gruppen und ihren Eigenschaften sowie Kohlenhydratklassen und Vorkommen und Funktion in der Na- tur

(35)

Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3).

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

Systemebenen: Zelle, Molekül

• Tracermethode

• Glykolyse

• Zitronensäurezyklus

• Atmungskette

präsentieren eine Tracermetho- de bei der Dissimilation adressatengerecht (K3).

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

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

Informationstexte und schemati- sche Darstellungen zu Experimen- ten von Peter Mitchell (chemiosmo- tische Theorie) zum Aufbau eines Protonengradienten in den Mito- chondrien für die ATP-Synthase (vereinfacht)

Grundprinzipien von molekularen Tracern werden wiederholt.

Experimente werden unter dem As- pekt der Energieumwandlung ausgewertet.

Wie funktional sind bestimmte Trainingsprogramme und Ernäh- rungsweisen für bestimmte Trai- ningsziele?

Systemebenen: Organismus, Zelle, Molekül

• Ernährung und Fitness

• Kapillarisierung

• Mitochondrien Systemebene: Molekül

• Glycogenspeicherung

• Myoglobin

erläutern unterschiedliche Trai- ningsformen adressatengerecht und begründen sie mit Bezug auf die Trainingsziele (K4).

erklären mithilfe einer graphi- schen Darstellung die zentrale Bedeutung des Zitronensäu- rezyklus im Zellstoffwechsel (E6, UF4).

Arbeitsblatt mit einem vereinfach- ten Schema des Zitronensäurezyk- lus und seiner Stellung im Zellstoff- wechsel (Zusammenwirken von Kohlenhydrat, Fett und Proteinstoff- wechsel)

Wie wirken sich leistungssteigern- de Substanzen auf den Körper aus?

Systemebenen: Organismus, Zelle, Molekül

nehmen begründet Stellung zur Verwendung leistungssteigern- der Substanzen aus gesund-

Informationstext zu EPO

Historische Fallbeispiele zum Ein- satz von EPO (Blutdoping) im Spit- zensport

Juristische und ethische Aspekte werden auf die ihnen zugrunde lie- genden Kriterien reflektiert.

Verschiedene Perspektiven und deren Handlungsoptionen werden erar-

(36)

• Formen des Dopings a) Anabolika b) EPO c) …

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

Weitere Fallbeispiele zum Einsatz anaboler Steroide in Spitzensport und Viehzucht

beitet, deren Folgen abgeschätzt und bewertet.

• Ggf. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Leistungsbewertung:

• Ggf. Klausur.

(37)

2.1.2 Mögliche Konkretisierte Unterrichtsvorhaben

Grundkurs – Q 1:

Hinweis: Thema, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte und Kompetenzen hat die Fachkonferenz der KTS verbindlich vereinbart. In allen anderen Bereichen sind Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bei der Konkre- tisierung der Unterrichtsvorhaben möglich. Darüber hinaus enthält dieser schulinterne Lehrplan in den Kapiteln 2.2 bis 2.4 übergreifende sowie z.T. auch jahrgangsbezogene Absprachen zur fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit, zur Leistungsbewertung und zur Leistungsrückmeldung. Je nach internem Steue- rungsbedarf können solche Absprachen auch vorhabenbezogen vorgenommen werden.

Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik)

• Unterrichtsvorhaben I: Humangenetische Beratung – Wie können gene- tisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und wel- che ethischen Konflikte treten dabei auf?

• Unterrichtsvorhaben II: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Verän- derungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?

• Unterrichtsvorhaben III: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?

• Meiose und Rekombination

• Analyse von Familienstammbäumen

• Proteinbiosynthese

• Genregulation

• Gentechnik

• Bioethik Basiskonzepte:

System

Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Rekombination, Stammzelle

Struktur und Funktion

Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, Mu- tation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip

Entwicklung

Transgener Organismus, Epigenese, Zelldifferenzierung, Meiose Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten

(38)

2.1.2 Mögliche Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Grundkurs Genetik

Unterrichtsvorhaben II:

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

• Genregulation

• der genetische Code

• differenzielle Genaktivität

Zeitbedarf: Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten

• UF1: biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.

• UF2: zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definiti- onen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden.

• UF4: Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundla- ge eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.

• E1: selbständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Proble- me identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren

• E6: Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoreti- schen Modellen mathematischen Modellierungen und Simulationen) biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher As- pekte

Konkretisierte Kompe- tenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materia- lien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmer- kungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Ab- sprachen der Fachkonferenz Welche Sprache spricht die DNA

und welche Fehler macht sie?

• Molekularstruktur der DNA

• Das Alphabet des Lebens

• Mutationstypen

erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutati- onen (UF1, UF2)

DNA-Isolierung aus Tomaten oder Zwiebeln

AB „Modell einer DNA selber bau- en“

Arbeitsblatt: Triplettcode

Experimentelle Arbeit in Gruppen Partnerarbeit mit Arbeitsblättern Im Sinne des Spiralcurriculums wird hier erneut Wissen aus der EF auf- gegriffen.

(39)

2.1.2 Mögliche Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Wie werden die Erbinformationen

realisiert?

• Definition des Gens

• Ein Gen - ein Enzym - Hy- pothese

• Der Weg vom Gen zum Merkmal

vergleichen die moleku- larbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthe- se bei Pro- und Eukaryo- ten (UF1, UF3)

erklären die Auswirkun- gen verschiedener Gen-, Chromosom- und Ge- nommutationen auf den Phänotyp (u.a.unter Be- rücksichtigung von Genwirkketten)(UF1, UF4)

begründen die Verwen- dung bestimmter Modell- organismen (u.a.E. coli) für besondere Fragestel- lungen genetischer For- schung (E6, E3)

Videoclips aus dem Internet Proteinbiosynthese

Wie regulieren Gene die Stoff- wechselaktivität der Bakterien?

• Jacob-Monod-Modell/ Op- eron Modell

erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Ex- perimenten zur Aufklä- rung der Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6)

Genregulation nach JacobMonod für Substratinduktion (Lac-Operon) und für Endprodukthemmung (Trp- Operon)/ Erarbeitung im „Kugella- ger

Evtl. Kugellager

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2.1.2 Mögliche Konkretisierte Unterrichtsvorhaben

Wie regulieren Gene die Teilungs- fähigkeit von Zellen und wie entsteht beim Menschen Krebs?

• Wachstumsförderung und

• Wachtumshemmung von Zellen

• (Zelldifferenzierung)

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

z. B.Film bzw. UB Themenheft zur Apoptose

Theorien zur Entstehung von Krebs:

Film(e) zu Krebs bzw. Onkogenen aus dem Internet

(Internet-)Recherche

Entwicklung eines Modells auf der Grundlage von p53 und Ras

Welche Rolle spielen Umweltfakto- ren bei der Genregulation?

Aktivierung und Inaktivierung von Genen (Methylierung)

erläutern epigenetische Modelle zur Regelung des Zellstoffwechsels (E6)

Entwicklungskontrollgene

Experimenteller Nachweis der Bil- dung von Amylase bei Bohnen- keimlinge

Experimente mit Protokoll

Textarbeit, Recherche, Vortrag (Ein Modell zur epigenetischen Regelung des Zellstoffwechsels)

• Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung:

• KLP-Überprüfungsform: „Analyseaufgabe“; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Meiose / Karyogrammen / Stammbaumanaly- se

• ggf. Klausur / Kurzvortrag