Biologie - Qualifikationsphase 1 (Q1)- Jahrgangstufe 11

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Biologie - Qualifikationsphase 1 (Q1)- Jahrgangstufe 11

Grundkurs

Fettgedruckte Kompetenzen sind für eine zentrale Überprüfung geeignet. Sie können im reproduktiven Teil des Zentralabiturs abgefragt werden. Nicht fettgedruckte Kompetenzen sind auf KMK Ebene bildungsrelevant und können im Transferteil in Verbindung mit Material thematisch vorkommen.

Q1.1. Genetik GK

Unterrichtsvorhaben I: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?

Inhaltsfeld: IF3 Genetik

Schwerpunkte: Proteinbiosynthese, Genregulation

Zeitbedarf: ca. 13,5 Std. à 60 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzentwicklung

E1, E3, E5, E6, E7 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Die SuS können Mögliche Lehrmittel/Material Didaktische

Methoden/Kommentar Welche Eigenschaften muss DNA

aufweisen, um Träger der Erbinformation zu sein?

• Wiederholung EF: Aufbau der DNA.

• erläutern Eigenschaften des genetischen Codes.

Animationen und Modelle zur DNA Nucleotid als Schema zeichnen können, incl. 3‘ und 5‘

Eigenschaften: universal, degenerativ, nicht-überlappend, ohne Leerstellen innerhalb von Genen.

Wie kommen wir vom Gen zum

Merkmal? • vergleichen die molekularen Abläufe in der

Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3),

z.B. Wie werden Bakterien antiobiotikaresistent?

Internetrecherche: Multiresistente Keime.

Obwohl nur eine Kompetenz, muss hier die gesamte

Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryonten unterrichtet werden!

Zeitlich nicht zu unterschätzen.

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Wie entstehen Erbkrankheiten? • charakterisieren mit Hilfe des genetischen Codes Genmutationen (UF1, UF2),

• erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter

Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4),

z.B. Mukoviszidose Zahlreiche Übungen.

Welche molekulargenetischen Werkzeuge können wir heute anwenden?

• beschreiben molekulargenetische

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

Vorgabe 2017:

- Restriktionsenzyme

- Vektoren CRISPR / Cas9

Wie wird der genetische Fingerabdruck untersucht?

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

Wie wird die Aktivität von Genen

reguliert? • begründen die Verwendung bestimmter

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

• erläutern und entwickeln

Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der

Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6),

• erläutern epigenetische Modelle zur Regelung des Zellstoffwechsels und leiten

Konsequenzen für den Organismus ab(E6),

Vorgaben 2017: DNA-

Methylierung Steckbrief zu: Was macht einen Modellorganismus aus?

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: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese - Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus?

Schwerpunkte: Meiose und Rekombination, Analyse von Familienstammbäumen, Bioethik

Zeitbedarf: ca. 19 Stunden a 60 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzentwicklung UF4, E5, K2, B3, B4

Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Die SuS können

Mögliche Lehrmittel/Material Didaktische

Methoden/Kommentar Selbstevaluationstest ausfüllen (Ich-Kompetenzen-Raster) à Diagnose des Vorwissens mit Hilfe eines Multiple Choice Tests

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

• Meiose

• Spermatogenese / Oogenese Wo entscheidet sich die genetische Ausstattung einer Keimzelle und wie entsteht genetische Vielfalt?

inter- und intrachromosomale Rekombination

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

Selbstlernplattform von Mallig:

http://www.mallig.eduvinet.de/defa ult.htm#kurs

Materialien (z. B. Knetgummi) Arbeitsblätter

Zentrale Aspekte der Meiose werden selbstständig wiederholt und geübt.

Die Zeit im Auge behalten:

Selbstlernplattform nur eine Möglichkeit.

Schlüsselstellen bei der Keimzellenbildung werden erarbeitet und die theoretisch möglichen

Rekombinationsmöglichkeiten werden ermittelt.

Wie kann man ein Vererbungsmuster von genetisch bedingten Krankheiten im Verlauf von Familiengenerationen ermitteln und wie kann man daraus Prognosen für den Nachwuchs ableiten?

• Erbgänge/Vererbungsmodi

• formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zum Vererbungsmodus genetisch bedingter Merkmale (X-

chromosomal, autosomal) und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4)

Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer Stammbaumanalyse.

Exemplarische Beispiele von Familienstammbäumen

genetisch bedingte Krankheiten:

• Cystische Fibrose (Transportvorgänge an Biomembran)

• Muskeldystrophie Duchenne (Wdh. Muskel EF)

• Chorea Huntington

• PKU (Genwirkkette) Rot/Grünblindheit (gonosomal)

Prognosen zum Auftreten spezifischer, genetisch

bedingter Krankheiten werden für Paare mit Kinderwunsch ermittelt und für (weitere) Kinder begründet angegeben.

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

à Dieses UV beinhaltet nur bildungsrelevante Kompetenzen

Schwerpunkte: Gentechnik, Bioethik

Zeitbedarf: ca. 8 Stunden a 60 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzentwicklung

K2, K3, B1, B4 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Die SuS können Mögliche Lehrmittel/Material Didaktische Methoden/Kommentar Selbstevaluationstest ausfüllen (Ich-Kompetenzen-Raster) à Diagnose des Vorwissens mit Hilfe eines Multiple Choice Tests

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

Vorgabe 2017: Entwicklung eines Modells auf der Grundlage/mithilfe von p53und Ras

Flussdiagramm.

Empathie ist geboten: es werden fast immer familiär betroffene SuS im Raum sein.

Wo treffen wir auf GMOs im Alltag? • stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3),

- Bt Mais

- Antibiotikamilch - Transgene Lachse GMO: genetisch modifizierte Organismen

Welche genetischen diagnostischen Verfahren gibt es?

• geben die Bedeutung von DNA-Chips an und beurteilen Chancen und Risiken (B1, B3).

Welche therapeutischen Ansätze ergeben sich aus der Stammzellenforschung und wie kann man sie bewerten?

• Gentherapie

• Zelltherapie

• recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten

Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3).

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

Recherche zu embryonalen bzw.

adulten Stammzellen und damit verbundenen therapeutischen Ansätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft ausgewählten Quellen:

- Internetquellen - Fachbücher /

Fachzeitschriften

Gestufte Hilfen zu den verschiedenen Schritten der ethischen Urteilsfindung

Das vorgelegte Material könnte von SuS ergänzt werden.

Gentechnische Verfahren können aus Zeitgründen auch in Form von Referaten präsentiert werden.

Am Beispiel des Themas „Dürfen Embryonen getötet werden, um Krankheiten zu heilen?“ kann die Methode einer Dilemma-

Diskussion durchgeführt und als Methode reflektiert werden.

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Q1.2. Ökologie GK

Unterrichtsvorhaben I: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Inhaltsfeld: IF5 Ökologie

Schwerpunkte: Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Zeitbedarf: 8 Stunden a 60 min Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzentwicklung

E1, E2, E3, E4, E7 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Die SuS können Mögliche Lehrmittel/Material Didaktische Methoden/Kommentar

Selbstevaluationstest ausfüllen (Ich-Kompetenzen-Raster) à Diagnose des Vorwissens mit Hilfe eines Multiple Choice Tests Warum leben Organismen in

ihren Habitaten und nirgendwo anders?

(Warum gibt es in Deutschland so viele Brotsorten?)

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

Toleranzbereich, ökologische Potenz

Welchen Einfluss hat das Klima

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

Ausnahmen von Bergmann:

Pinguine Bergmann

Allen

Welchen Einfluss hat die Tageszeit auf die Aktivität von Tieren / Pflanzen.

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

diese Kompetenz kann als Einleitung zur Fotosynthese benutzt werden.

nachtaktive Nagetiere

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Unterrichtsvorhaben II: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter-und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?

Inhaltsfeld: IF 5 Ökologie

Schwerpunkte: Dynamik von Populationen

UF1, E6, E5, K4 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Selbstevaluationstest ausfüllen (Ich-Kompetenzen-Raster) à Diagnose des Vorwissens mit Hilfe eines Multiple Choice Tests Wie entwickeln sich Populationen? • beschreiben die Dynamik von Populationen in

Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (UF1)

Rolle von abiotischen und biotischen Faktoren bei dichte(un)abhängigen Faktoren werden erläutert

Wie beeinflussen sich Räuber-

Beute Populationen? • untersuchen die Veränderungen von

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

Standardbeispiel: Luchs und Hase

Wie beeinflussen abiotische und biotische Faktoren die

Lebenszyklusstrategien.

• leiten aus Daten zu abiotischen und biotischen Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderungen (Abundanz und Dispersion von Arten) sowie K- und r-Lebenszyklusstrategien ab (E5, UF1, UF2, UF3, UF4),

Welchen Einfluss haben intra- und interspezifische Beziehungen?

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

z.B. Gruppenpuzzle zu Parasitismus,

Mutualismus/Symbiose und Konkurrenz)

Wir müssen „Symbiose“ benutzen, da Vorgabe.

Welche Folgen hat die biologische Invasion von Arten auf ein

Ökosystem?

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

z.B.

Herkulesstaude/Riesenbärenklau, japanische Staudenknöterich, Agarkröte

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

Konkurrenzausschluss

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Unterrichtsvorhaben III: Synökologie II – Wie werden Stoffe innerhalb einer Nahrungskette weitergegeben?

Inhaltsfeld: Ökologie

Schwerpunkte: Stoffkreislauf und Energiefluss und Mensch und Ökosysteme

B2, B4, E6, UF4 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Selbstevaluationstest ausfüllen (Ich-Kompetenzen-Raster) à Diagnose des Vorwissens mit Hilfe eines Multiple Choice Tests Wie werden Stoffe innerhalb einer

Nahrungskette weitergegeben? • stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und

Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3),

Wie funktionieren der Kohlenstoffkreislauf und der Stickstoffkreislauf?

• präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von

anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreis.

Kohlenstoffkreislauf (Wdh. 7.

Klasse)

Stickstoffkreislauf am Beispiel des Sees

Allgemeiner Kreislauf: anorganisches Reservoir – Produzenten: Einbau in organische Substanzen –

Destruenten: Rückführung

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Fakultatives Unterrichtsvorhaben IV: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?

à Dieses UV beinhaltet nur bildungsrelevante Kompetenzen

Schwerpunkte: Stoffkreislauf und Energiefluss

UF1, UF3, E5 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Die SuS können

Mögliche Lehrmittel/Material Didaktische Methoden/Kommentar Selbstevaluationstest ausfüllen (Ich-Kompetenzen-Raster) à Diagnose des Vorwissens mit Hilfe eines Multiple Choice Tests

Von welchen abiotischen Faktoren ist die

Fotosynthese abhängig ? • analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der

Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5),

GIDA-Animation

Wie kann mit Hilfe von Energie und bestimmten Ausgangsstoffen Sauerstoff und Glucose gewonnen werden? Welche Rolle spielen dabei die Chloroplasten?

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

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Fakultatives Unterrichtsvorhaben V: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen – Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen?

à Dieses UV beinhaltet nur bildungsrelevante Kompetenzen

Schwerpunkte: Mensch und Ökosysteme

Zeitbedarf: ca. 7,5 Stunden a 60 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzentwicklung

E5, B2 Mögliche Sequenzierung Konkretisierte Kompetenzentwicklung:

Die SuS können

Mögliche Lehrmittel/Material Didaktische Methoden/Kommentar Selbstevaluationstest ausfüllen (Ich-Kompetenzen-Raster) à Diagnose des Vorwissens mit Hilfe eines Multiple Choice Tests

Welchen Einfluss hat mein

Konsumverhalten auf Nachhaltigkeit? • entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der

Nachhaltigkeit ein (B2, B3),

z.B. Nachhaltigkeitslabel, Greenpeace

Fischführer. Beispiel: Fleisch- oder Fischkonsum

Wie können wir die unterschiedlichen Interessen von landwirtschaftlicher Nutzung und Naturschutz verbinden?

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

Schädlingsbekämpfung (natürliche, chemische)