Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase - Grundkurs

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1 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase - Grundkurs Grundkurs Q 1: Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Unterrichtsvorhaben I: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus? Unterrichtsvorhaben II: Angewandte Genetik Welche Chancen und welche Risiken bestehen? Unterrichtsvorhaben III: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Inhaltliche Schwerpunkte: Proteinbiosynthese Genregulation Gentechnik Bioethik Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Basiskonzepte: System Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Rekombination, Stammzelle Struktur und Funktion Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, Mutation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip Entwicklung Transgener Organismus, Epigenese, Zelldifferenzierung, Meiose Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten

2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase - Grundkurs Unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: 1. Halbjahr Q1 GK Genetik Unterrichtsvorhaben I: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus? Thema/Kontext: Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Zeitbedarf: 18 Std. à 45 Minuten Proteinbiosynthese Genregulation Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E6 Modelle Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Reaktivierung von SI- und EP- Vorwissen Wiederholung: DNA als Träger der Erbinformation, Replikation der DNA Bausteine und Raumstruktur, Replikation DNA Modell Checkliste zur Beschreibung des DNA- Aufbaus Analyse historischer Versuche (Griffith, Avery) Animationen zur Replikation SI- und EP-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben.

3 Genwirkketten Vom Genotyp zum Phänotyp Entwicklung des Genbegriffs Vom Gen zum Genprodukt Proteinbiosynthese Transkription, Translation bei Prokaryoten Genetischer Code Vom Gen zum Merkmal Genmutationen, Mutagene Genetisches System der Eukaryoten (Introns, Exons) Regulation der Genaktivität Operon-Modell Proto-Onkogene Tumor- Supressorgene erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4), vergleichen die molekularen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3) erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2) erläutern die Bedeutung der Transkriptionsfaktoren für die Regulation von Zellstoffwechsel und Entwicklung erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Mögliches, exemplarisches Beispiel einer Genwirkkette: Phenylalaninstoffwechsel bzw. Phenylketonurie als Folge einer Genmutation Tabelle zum Vergleich der molekularen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten Animationen zur Translation, Transkription (evtl. Erstellung Stop Motion - Filme von den SuS in Form eines Projekts) Verwendung der Code- Sonne Erstellen von und Umgang mit Schemata und Modellen Exemplarische Beispiele von Genmutationen, z.b. Sichelzellanämie Auswertung von Schemazeichnungen ggf. werden in diesem Zusammenhang auch die Polyphänie und die Polygenie angesprochen Ggf. kann durch den Vergleich der molekularen Abläufe der Transkription und der Replikation sowie der an ihnen beteiligten Strukturen ein vertieftes Verständnis beider Mechanismen erzielt und deren Verwechslung vorgebeugt werden. Verdeutlichen des Weges der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung (s.o) 3

4 Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6), Animationen zur Substratinduktion und Endproduktrepression Hier ist ggf. eine kurze Wiederholung des Zellzyklus sinnvoll. erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto- Onkogenen und Tumor- Suppressorgene n Schulbuchtext Krebs auf die Regulation des Zellzyklus und erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4), Diagnose von Schülerkompetenzen: ggf. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: ggf. schriftliche Überprüfung ggf. Klausuraufgabe ggf. Kurzvortrag zu ausgewählten Unterrichtsinhalten 4

5 Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Angewandte Genetik Welche Chancen und welche Risiken bestehen? Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Gentechnik Bioethik Zeitbedarf: 12 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können K2 Recherche B1 Kriterien B4 Möglichkeiten Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Bakterien (und Viren) als Objekte genetischer Forschung Werkzeuge und Verfahrenstechniken der Gentechnik Molekulargenetische Werkzeuge Restriktionsenzyme Vektoren Hybridisierung Reverse Transkriptase DNA- Sequenzierung Gel- Elektrophorese PCR Genetischer Fingerabdruck DNA-Chips begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3), beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1), erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1), Kenntnisse zu mikrobiologischen Experimenten mit Bakterien Kurzfilme/Animationen zum Ablauf und zur Anwendung von PCR und Gelelektrophorese sowie deren Einsatzgebiete Mögliche Kontexte: Der Einsatz der Gentechnik in der Herstellung von Medikamenten und Lebensmitteln ( siehe transgene Organismen) Film: Monsanto 5

6 Transgene Organismen Darstellung kontroverser Positionen zur Gentechnologie geben die Bedeutung von DNA-Chips an und beurteilen Chancen und Risiken (B1, B3). stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3), stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3), Recherche durch die SuS Erstellung von Kurzvorträgen inkl. Power Point Präsentationen/ Plakaten möglich Ethische Verantwortung bei Fragen der Anwendung gentechnischer Methoden Diagnose von Schülerkompetenzen: ggf. Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: ggf. schriftliche Überprüfung ggf. Klausur / Kurzvortrag Hierbei sollte im Unterricht auf die Herstellung transgener Pflanzen und transgener Tiere eingegangen und ihre Verwendung diskutiert werden Ggf. vertiefend kann die Kennzeichnungspflicht gentechnisch / genetisch veränderter Lebensmittel behandelt werden An dieser Stelle wird die Methode Diskussion nochmals eingeübt. 6

7 Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Zeitbedarf: 20 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern. K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen, B3 an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Reaktivierung von SI-Vorwissen Wiederholung: Klassische Genetik, Dominanz-Rezessivität Meiose Rekombinationsvorgänge Wiederholung Mitose, Zellzyklus Proto- Onkogene Tumor-Supressorgene Epigenetik erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto- Onkogenen und Tumor- Suppressorgene n auf die Regulation des Zellzyklus und erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4), Poster Advance Organizer Think-Pair-Share zu bekannten Elementen Selbstlernplattform von Mallig: default.htm#kurs Materialien zur Rekombination: Knete, Pfeifenputzer in unterschiedlichen Farben. Verwendung verschiedener Animationen/ Kurzfilme zur Mitose, SI-Wissen wird reaktiviert, ein Ausblick auf Neues wird gegeben. Zentrale Aspekte der Meiose werden selbstständig wiederholt und geübt. Schlüsselstellen bei der Keimzellenbildung werden erarbeitet und die theoretisch möglichen Rekombinationsmöglichkeiten werden ermittelt. 7

8 Wie werden die Keimzellen gebildet und welche Unterschiede gibt es bei Frau und Mann? Meiose Spermatogenese / Oogenese erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des Zellstoffwechsel s (E6) Meiose und zur inter- und intrachromosomalen Rekombination Arbeitsblätter Wo entscheidet sich die genetische Ausstattung einer Keimzelle und wie entsteht genetische Vielfalt? inter- und intrachromosomale Rekombination Stammbaumanalyse beim Menschen, Erbgänge Wie kann man ein Vererbungsmuster von genetisch bedingten Krankheiten im Verlauf von Familiengenerationen ermitteln und wie kann man daraus Prognosen für den Nachwuchs ableiten? Chromosomen des Menschen, genom Erbgänge/Vererbungsmodi genetisch bedingte Krankheiten: - Cystische Fibrose - Muskeldystrophie Duchenne - Chorea Huntington Mutation der DNA erläutern die Grundprinzipien der Rekombination (Reduktion und Neu-kombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4). formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zu X- chromosomalen und autosomalen Vererbungsmodi genetisch bedingter Merkmale und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4). erklären die Auswirkungen Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer Stammbaumanalyse. Exemplarische Beispiele von Familienstammbäumen Selbstlernplattform von Mallig: ult.htm#kurs Exemplarische Beispiele phänotypischer Auswirkungen verschiedenster Gen-, Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Die Auswertungskompetenz bei humangenetischen Stammbäumen wird im Unterricht an mehreren Beispielen geübt. Prognosen zum Auftreten spezifischer, genetisch bedingter Krankheiten werden für Paare mit Kinderwunsch ermittelt und für (weitere) Kinder begründet angegeben. Die versch. Arten der strukturellen und numerischen Chromosomenanomalien werden 8

9 Numerische und strukturelle Chromosomenanomalien beim Menschen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutation en auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4), Chromosom- und Genommutationen z.b. DOWN-Syndrom Tuner Syndrom Klinefelter - Syndrom Katzenschrei Syndrom Ggf. Kurzvorträge einzelner SuS erarbeitet und die phänotypischen Auswirkungen ggf. auch in Hinblick auf die Fertilität betroffener Personen beleuchtet (Meiose) Ggf. Recherche durch die SuS An dieser Stelle kann auf das korrekte Belegen von Text- und Bildquellen eingegangen werden, auch im Hinblick auf die Facharbeit. Fortpflanzungsmedizin Reproduktionstechniken In-vitro- Fertilisation Mikroinjektion, z.b. ICSI Präimplantationsdiagnostik Stammzellenforschung Kerntransplantationen, Klonierung Genetische Untersuchungen an frühen Embryonen Humangenetische Beratung Welche therapeutischen Ansätze ergeben sich aus der Stammzellenforschung und was ist von ihnen zu halten? recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3). stellen naturwissenschaftlichgesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen Zur Erarbeitung der Techniken können unterschiedliche Medien eingesetzt werden, z.b. -Schulbuchtexte - wissenschaftliche Artikel aus Fachzeitschriften - Kurzfilme - Animationen Recherche zu embryonalen bzw. adulten Stammzellen und damit verbundenen therapeutischen Ansätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft ausgewählten Quellen: - Internetquellen - Fachbücher / Fachzeitschriften Checkliste: Welche Quelle ist neutral und welche nicht? Checkliste: richtiges Belegen von Informationsquellen An dieser Stelle sollten nicht nur die Mechanismen/Abläufe der angeführten Reproduktionstechniken erarbeitet, sondern auch auf die Chancen und Risiken eingegangen werden. Anhand der Frage Mutter mit 65? könnten beispielsweise mögliche Grenzen der Reproduktionsmedizin und ethische Aspekte angesprochen werden. Das vorgelegte Material könnte von SuS ergänzt werden. An dieser Stelle kann auf das korrekte Belegen von Text- und Bildquellen eingegangen werden, auch im Hinblick auf die Facharbeit. Neutrale und interessengefärbte Quellen werden kriteriell reflektiert. 9

10 Gentherapie Zelltherapie dar und beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4). Ggf. Powerpoint-Präsentationen der SuS Embryonenschutzgesetz Ethische Verantwortung beim Einsatz von Stammzellen und bei der Reproduktionsmedizin stellen naturwissenschaftlichgesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4) Dilemmamethode Gestufte Hilfen zu den verschiedenen Schritten der ethischen Urteilsfindung Am Beispiel des Themas Dürfen Embryonen getötet werden, um Krankheiten zu heilen? kann die Methode einer Dilemma-Diskussion durchgeführt und als Methode reflektiert werden. Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Analyseaufgabe ; angekündigte Kurztests möglich, z. B. zu Meiose / Karyogrammen / Stammbaumanalyse Ggf. schriftliche Überprüfung ggf. Klausur / Kurzvortrag 10

11 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase - Grundkurs Grundkurs Q 1: Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Unterrichtsvorhaben IV: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Unterrichtsvorhaben V: Synökologie I Welchen Einfluss haben interund intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Unterrichtsvorhaben VI: Synökologie II Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse? Unterrichtsvorhaben VII: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen? Inhaltliche Schwerpunkte: Umweltfaktoren und ökologische Potenz Dynamik von Populationen Stoffkreislauf und Energiefluss Mensch und Ökosysteme Basiskonzepte: System Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf Struktur und Funktion Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte Entwicklung Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten

12 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase - Grundkurs Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Umweltfaktoren und ökologische Potenz Die Schülerinnen und Schüler können... E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme Zeitbedarf: 16 Std. à 45 Minuten identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren. E2 Beobachtungen und Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern. E3 mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten. E4 Experimente mit komplexen Versuchsplänen und -aufbauten mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien (Sicherheit, Messvorschriften, Variablenkontrolle, Fehleranalyse) durchführen. E7 naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler kulturellen Entwicklung darstellen. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Wie wirken abiotische Faktoren auf Lebewesen ein? Toleranz / Potenz von Arten zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem

13 Welchen Einfluss hat der Ökofaktor Temperatur auf Lebewesen? Poikilotherme Tiere Homoiotherme Tiere Welchen Einfluss haben andere Ökofaktoren auf Lebewesen? Wasser Licht Aspekte der Fotosynthese o Fotosynthesefaktoren o Liebig Fass - Modell o Aufbau der Chloroplasten o Lichtreaktion beliebigen Ökosystem (UF3, UF4, E4) erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u.a. tier- geographische Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4) entwickeln aus zeitlichrhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5) analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5) erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3) z.b.: Arbeitsblätter zu FüchsenTigern, Pinguinen Experimente zu den Klimaregeln zum Oberfläche Volumen Verhältnis Mikroskopieren von Blattquerschnitten zur Beobachtung von Angepasstheiten an Wasser- und Lichtverhältnisse Vom Vorteil, etwas anders zu sein warum Leben auf Biodiversität setzt Klett Filme Abbildungen des Fass Modells Chloroplasten Modell Chlorophyll und akzessorische Pigmente (Lichtsammelfalle) Diagnose von Schülerkompetenzen: Z.B.: KLP-Überprüfungsform: Darstellungsaufgabe ; Beobachtungsaufgabe ; Experimentelle Aufgabe Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Analyseaufgabe ; Darstellungsaufgabe 13

14 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase - Grundkurs Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Synökologie I Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?? Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Dynamik von Populationen Die Schülerinnen und Schüler können... UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten erläutern. E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern. E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen. Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Wie beeinflussen sich Lebewesen innerhalb einer Art? Intraspezifische Beziehungen Wie beeinflussen Lebewesen unterschiedlicher Arten einander? Konkurrenz Parasitismus Symbiose Räuber Beute Bezie- leiten aus Untersuchungsdaten zu intra- und interspezifischen Beziehungen (u.a. Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche z.b.: Arbeitsblätter z.b. Referate

15 hungen Wie entsteht eine Populationsdynamik? Verteilung Wachstum Lebenzyklusstrategien Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter Verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1) untersuchen Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka- Volterra-Modells (E6) beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (UF1) Wie wirken abiotische und biotische Faktoren auf die Existenz eines Organismus ein? Ökologische Nische Diagnose von Schülerkompetenzen: 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, K4, UF4) erklären mit Hilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2) 15

16 z.b.: KLP-Überprüfungsform: Dokumentationsaufgabe ; Experimentelle Aufgabe Leistungsbewertung: Ggf. Klausur 16

17 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase - Grundkurs Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Synökologie II Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse? Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Stoffkreislauf und Energiefluss Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Die Schülerinnen und Schüler können... Minuten UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen. B2 Auseinandersetzungen und Kontroversen zu biologischen und biotechnischen Problemen und Entwicklungen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Entscheidungen auf der Basis von Sachargumenten vertreten. B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler bewerten. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz In welchem Verhältnis stehen Lebewesen in einem Ökosystem zueinander? Nahrungsbeziehungen stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungs- z.b.: Sempacher See, Eutrophierung, Phosphat- Transfer durch Globalisierung

18 Trophieebenen Energieflüsse Stoffkreisläufe (Kohlenstoff, Stickstoff) Menschlicher Einfluss (bottom up, top down) netz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3) präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1) Diagnose von Schülerkompetenzen: Z.B.: KLP-Überprüfungsform: Analyseaufgabe ; Rechercheaufgabe Leistungsbewertung: Z.B.: Referate: 18

19 Unterrichtsvorhaben VII: Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen? Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Mensch und Ökosysteme Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können... UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden. K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen. B2 Auseinandersetzungen und Kontroversen zu biologischen und biotechnischen Problemen und Entwicklungen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Entscheidungen auf der Basis von Sachargumenten vertreten. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Wie entwickelt sich ein Standort langfristig? Sukzession o primär o sekundär Wie wirken neue Organismen auf bestehende Ökosysteme ein? Neobiota recherchieren Beispiele für die biologische Invasion von Arten und leiten Folgen für das Ökosystem ab (K2, K4) z.b.: Arbeitsblätter mit Beispielen (Walkadaver, Hochmoor, Lebens- räume nach dem Sturm Kyrill) z.b.: Bundesamt für Naturschutz ( Neuseeland Abituraufgabe 19

20 Wie lassen sich Naturschutz und Konsumorientierung der Gesellschaft vereinbaren? verschiedene Methoden der Schädlingsbekämpfung Ökologischer Fußabdruck diskutieren Konflikte zwischen der Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz (B2, B3) entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ein (B2, B3) z.b.: Referate z.b.: Rollenspiele / Podiumsdiskussion Berechnung des eigenen ökologischen Fußabdrucks eigenes (Konsum-) Verhalten kritisch hinterfragen Diagnose von Schülerkompetenzen: Z.B.: KLP-Überprüfungsform: Rechercheaufgabe Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Bewertungsaufgabe ; Reflexionsaufgabe ; Referate 20

21 Grundkurs Q 2: Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Unterrichtsvorhaben I: Evolution in Aktion Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel? Unterrichtsvorhaben II: Evolution von Sozialstrukturen Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens? Unterrichtsvorhaben III: Humanevolution Wie entstand der heutige Mensch? Inhaltliche Schwerpunkte: Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Evolution und Verhalten Evolution des Menschen Stammbäume Basiskonzepte: System Art, Population, Paarungssystem, Genpool, Gen, Allel, ncdna, mtdna Struktur und Funktion Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift, Isolation, Investment, Homologie Entwicklung Fitness, Divergenz, Konvergenz, Coevolution, Adaptive Radiation, Artbildung, Phylogenese Zeitbedarf: ca. 32 Std. à 45 Minuten 21

22 Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase - Grundkurs Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Evolution in Aktion - Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel? Inhaltsfeld: IF (6) Evolution Inhaltliche Schwerpunkte: Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Entwicklung der Evolutionstheorie Zeitbedarf: ca. 21 Std. à 45 Minuten. Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Wie ist der Evolutionsgedanke entstanden? historische Entwicklung Welche genetischen Grundlagen beeinflussen den evolutiven Wandel? Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler erläutern den Einfluss der Evolutionsfaktoren (Mutation, Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können... UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern. UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen. E2 Beobachtungen und Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern. E3 mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten. E7 naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderun- gen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen. K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden z.b.: Vergleich von Lamarck und Darwin am Beispiel der Giraffen Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz von Lamarck über Darwin bis zur synthetischen Evolutionstheorie

23 Genetische Grundlagen des evolutiven Wandels Grundlagen biologischer Angepasstheit Selektion Populationen und ihre genetische Struktur Wie kann es zur Entstehung unterschiedlicher Arten kommen? Isolationsmechanismen Artbildung Welche Ursachen führen zur großen Artenvielfalt? Adaptive Radiation Welche Ursachen führen zur Coevolution und welche Vorteile ergeben sich? Coevolution Rekombination, Selektion, Gen-drift) auf den Genpool einer Population (UF4, UF1). stellen die synthetische Evolutionstheorie zusammenfassend dar (UF2, UF4) erklären Modellvorstellungen zu Artbildungsprozessen (u.a. allopatrische und sympatrische Artbildung) an Beispielen (E6, UF1). stellen den Vorgang der adaptiven Radiation unter dem Aspekt der Angepasstheit dar (UF2, UF4). beschreiben Biodiversität auf verschiedenen Systemebenen (genetische Variabilität, Artenvielfalt, Vielfalt der Ökosysteme) (UF4, UF1, UF2, UF3). wählen angemessene Medien zur Darstellung von Beispielen zur Coevolution aus Zoologie z.b.: Filme zur Artbildung z.b.: Film des BR über Darwin z.b.: Lebensraum Kannenpflanzen (Abitur 2014) 23

24 Welchen Vorteil haben Lebewesen, wenn ihr Aussehen dem anderer Arten gleicht? Selektion Anpassung Wie entwickelte sich die Synthetische Evolutionstheorie und ist sie heute noch zu halten? Synthetische Evolutionstheorie in der historischen Diskussion Wie lassen sich Rückschlüsse auf Verwandtschaft ziehen? Verwandtschaftsbeziehungen Divergente und konvergente Entwicklung Stellenäquivalenz Homologie und Analogie Rudimente und Atavismen biogenetische Grundregel und Botanik aus und präsentieren die Beispiele (K3, UF2). belegen an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen [(u.a mithilfe von Daten aus Gendatenbanken)] (E2, E5). deuten Daten zu anatomischmorphologischen und molekularen Merkmalen von Organismen zum Beleg konvergenter und divergenter Entwicklungen (E5). stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie [(u.a. Molekularbiologie)] adressatengerecht dar (K1, K3). z.b.: Referate zum Kreationismus z.b.: Abbildungen zur konvergenten und divergenten Entwicklung Beispiele zu Atavismen, Rudimenten und zur biogenetischen Grundregel (ggf. Homöobox-Gene) 24

25 Wie lässt sich evolutiver Wandel auf genetischer Ebene belegen? Molekularbiologische Evolutionsmechanismen Epigenetik stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a. Molekularbiologie) adressatengerecht dar (K1, K3). analysieren molekulargenetische Daten und deuten sie im Hinblick auf die Verbreitung von Allelen und Verwandtschaftsbeziehungen von Lebewesen (E5, E6). Brückentiere Serumpräzipitintest, DNA DNA Hybridisierung, AS Sequenzanalyse, DNA Analyse Datierungsmethoden (u.a. Radiokarbonmethode) molekulare Uhr kritische Betrachtung der Aussagekraft der verschiedenen Methoden belegen an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u.a. mithilfe von Daten aus Gendatenbanken) (E2, E5). erklären mithilfe molekulargenetischer Modellvorstellungen zur Evolution der Genome die genetische Vielfalt der Lebewesen. (K4, E6). 25

26 Wie lässt sich die Abstammung von Lebewesen systematisch darstellen? Grundlagen der Systematik beschreiben die Einordnung von Lebewesen mithilfe der Systematik und der binären Nomenklatur (UF1, UF4). entwickeln und erläutern Hypothesen zu phylogenetischen Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomischmorphologischen und molekularen Homologien (E3, E5, K1, K4). erstellen und analysieren Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen von Arten (E3, E5) z.b.: Wirbeltierstammbaum, Pferdestammbaum Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Analyseaufgabe Ggf. Klausur 26

27 Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase - Grundkurs Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Evolution von Sozialstrukturen Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens? Inhaltsfeld: IF (6) Evolution Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution und Verhalten Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Warum setzte sich das Leben in Gruppen trotz intraspezifischer Konkurrenz bei manchen Arten durch? Leben in Gruppen Kooperation Wie konnten sich Sexualdimorphismen im Verlauf der Evolution etablieren, obwohl sie auf die natürliche Selektion bezogen eher Handicaps bzw. einen Nachteil darstellen? Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler erläutern das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen (UF1, UF4). Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden. UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Bilder von Tieren mit deutlichen Sexualdimorphismen Informationstexte (von der Lehrkraft ausgewählt) - zu Beispielen aus dem Tierreich und - zu ultimaten Erklärungsansätzen bzw. Theorien (Gruppenselektionstheorie und Individualselektionstheorie) Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Phänomen: Sexualdimorphismus

28 Evolution der Sexualität Sexuelle Selektion - inter- und intrasexuelle Selektion - reproduktive Fitness Wieso gibt es unterschiedliche Sozial- und Paarsysteme? Paarungssysteme Habitatwahl Brutpflegeverhalten analysieren anhand von Daten die evolutionäre Entwicklung von Sozialstrukturen (Paarungssysteme, Habitatwahl) unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung (E5, UF2, UF4, K4). Ggf. Powerpoint-Präsentationen Beobachtungsbogen Daten aus der Literatur zum Gruppenverhalten und Sozialstrukturen von Schimpansen, Gorillas und Orang-Utans Graphiken / Soziogramme gestufte Hilfen zur Erschließung von Graphiken / Soziogrammen Präsentationen Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: Analyseaufgabe Ggf. Klausur Präsentationen werden inhalts- und darstellungsbezogen evaluiert. Lebensgemeinschaften werden anhand von wissenschaftlichen Untersuchungsergebnissen und grundlegenden Theorien analysiert. Erklärungshypothesen werden veranschaulichend dargestellt. Ergebnisse werden vorgestellt und seitens der SuS inhalts- und darstellungsbezogen beurteilt. 28

29 Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Inhaltsfeld: IF (6) Evolution Inhaltliche Schwerpunkte: Evolution des Menschen Zeitbedarf: ca. 7 Std. à 45 Minuten. Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Mensch und Affe wie nahe verwandt sind sie? Primatenevolution Wie erfolgte die Evolution des Menschen? Hominidenevolution Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler ordnen den modernen Menschen kriteriengeleitet Primaten zu (UF3). diskutieren wissenschaftliche Befunde (u.a. Schlüsselmerk- male) und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritischkonstruktiv (K4, E7). Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können... UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen. E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern. K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Besuch des Neandertalmuseums Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz 29

30 Wieviel Neandertaler steckt in uns? Homo sapiens sapiens und Neandertaler Wie lässt sich Rassismus biologisch widerlegen? Menschliche Rassen gestern und heute diskutieren wissenschaftliche Befunde und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritischkonstruktiv (K4, E7). bewerten die Problematik des Rasse- Begriffs beim Menschen aus historischer und gesellschaftlicher Sicht und nehmen zum Missbrauch dieses Begriffs aus fachlicher Perspektive Stellung (B1, B3, K4). Diagnose von Schülerkompetenzen: Z.B.: KLP-Überprüfungsform: Präsentationsaufgabe z.b.: Folien zum Neandertaler Leistungsbewertung: z.b. KLP-Überprüfungsform: Analyseaufgabe (angekündigte schriftliche Überprüfung) 30

31 Grundkurs Q 2: Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Unterrichtsvorhaben IV: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung? Unterrichtsvorhaben V: Lernen und Gedächtnis Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten? Inhaltliche Schwerpunkte: Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung Plastizität und Lernen Basiskonzepte: System Neuron, Membran, Ionenkanal, Synapse, Gehirn, Rezeptor Struktur und Funktion Neuron, Natrium-Kalium-Pumpe, Potentiale, Amplituden- und Frequenzmodulation, Synapse, Neurotransmitter, Hormon, second messenger, Sympathicus, Parasympathicus Entwicklung Neuronale Plastizität Zeitbedarf: ca. 28 Std. à 45 Minuten 31

32 Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase - Grundkurs Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung? Inhaltsfeld: IF 4 Neurobiologie Inhaltliche Schwerpunkte: Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Wie ist eine Nervenzelle aufgebaut? Aufbau eines Neurons Konkretisierte Kompetenzerwartung en des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Aufbau und Funk- tion des Neurons (UF1) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können... UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern. UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren. E2 Beobachtungen und Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern. E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologi- sche sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Modell eines Neurons. Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

33 Welche Auswirkung hat eine Reizung auf das Neuron? Ruhepotential Aktionspotential Weiterleitung der Erregung im Axon Wie kann die Erregung eines Neurons gemessen werden? Messverfahren Wie wird die Erregung von Neuron zu Neuron weitergegeben? Aufbau und Funktion einer Synapse Synapsentypen (EPSP, IPSP) Synapsengifte Codierung und Verschaltung erklären die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelinisierten Axonen (UF1). erklären Ableitungen von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse und werten Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen aus (E5, E2, UF1, UF2) z.b.: Domino - Versuch z.b.: Animationen von Schroedel Biologie heute SII, GIDA Filme z.b.: Referate zur Wirkung von Arzneimitteln und Drogen (Nikotin, Botox,...) Wie ist das ZNS aufgebaut? erläutern die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene (UF1, UF3) erklären die Rolle von 33

34 somatisches und vegetatives Nervensystem Wie werden Umwelteinflüsse / Reize detektiert? Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an einem Beispiel (UF4, E6, UF2, UF1) stellen das Prinzip der Signaltransduktion an einem Rezeptor anhand von Modellen dar (E6, UF1, UF2, UF4). stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Entstehung des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungs- formen in Grundzügen dar (K1, K3) Diagnose von Schülerkompetenzen: 34

35 Z.B.: KLP-Überprüfungsform: Darstellungsaufgabe Leistungsbewertung: Ggf. Klausur 35

36 Mögliche unterrichtsvorhabenbezogene Konkretisierung: Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Lernen und Gedächtnis Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten? Inhaltsfeld: IF 4 Neurobiologie Inhaltliche Schwerpunkte: Plastizität und Lernen Zeitbedarf: ca. 17 Std. à 45 Minuten Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Wie funktioniert unser Gedächtnis? Bau des Gehirns Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem Konkretisierte Kompetenzerwartung en des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler stellen aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomischphysiologischer Ebene dar (K3, B1). Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können... UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen. K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten. Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Lernumgebung zum Thema Gedächtnis und Lernen Dies Informationsblätter zu enthält: Mehrspeichermodellen: Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz An dieser Stelle kann sehr gut ein Lernprodukt in Form einer Wikipedia- Seite zum effizienten Lernen erstellt werden. Vorschlag: Herausgearbeitet werden soll der Einfluss von: 36

37 Hirnfunktionen Was passiert, wenn eine Information aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt wird? Neuronale Plastizität Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen bei bildgebenden Verfahren? PET MRT, fmrt erklären die Bedeutung der Plastizität des Gehirns für ein lebenslanges Lernen (E6, UF4). ermitteln mithilfe von Aufnahmen eines bildgebenden Verfahrens Aktivitäten verschiedener Gehirnareale (E5, UF4). a) Atkinson & Shiffrin (1971) Brandt (1997) c) Pritzel, Brand, Markowitsch (2003) Internetquelle zur weiterführenden Recherche für SuS: TECHNI- KORD/Gedaechtnis.html gestufte Hilfen mit Leitfragen zum Modellvergleich Informationstexte zu a) Mechanismenderneuronalen Plastizität b) neuronalenplastizitätinder Jugend und im Alter Stress Schlaf bzw. Ruhephasen Versprachlichung Wiederholung von Inhalten Gemeinsamkeiten der Modelle (z.b. Grundprinzip: Enkodierung Speicherung Abruf) und Unterschiede (Rolle und Speicherung im Kurz- und Langzeitgedächtnis) werden herausgestellt. Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden herausgearbeitet. Im Vordergrund stehen die Herausarbeitung und Visualisierung des Begriffs Neuronale Plastizität : (Umbau-, Wachstums-, Verzweigungs- und Aktivitätsmuster von Nervenzellen im Gehirn mit besonderem Schwerpunkt auf das Wachstum der Großhirnrinde) Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden einander gegenübergestellt. MRT und fmrt Bilder, die unterschiedliche Struktur- und Aktivitätsmuster bei Probanden zeigen. Informationstexte, Bilder und kurze Filme zu PET und fmrt Wie beeinflusst Stress unser Lernen? 37

38 Einfluss von Stress auf das Lernen und das menschliche Gedächtnis Cortisol-Stoffwechsel Welche Erklärungsansätze gibt es zur ursächlichen Erklärung von Morbus Alzheimer und welche Therapie-Ansätze und Grenzen gibt es? Degenerative Erkrankungen des Gehirns recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung (K2, K3). Recherche in digitalen und analogen Medien, die von den SuS selbst ge- wählt werden. formale Kriterien zur Erstellung eines Flyers Beobachtungsbögen Reflexionsgespräch Max Artikel zu Alzheimer: Die Messungen von Augenbewegungen und Gedächtnisleistungen in Ruhe und bei Störungen werden ausgewertet. (Idealerweise authentische Messungen bei einzelnen SuS) Konsequenzen für die Gestaltung einer geeigneten Lernumgebung werden auf Basis der Datenlage abgeleitet. Sie könnten z.b. in Form eines Merkblatts zusammengestellt werden. Informationen und Abbildungen werden recherchiert. An dieser Stelle bietet es sich an, ein Lernprodukt in Form eines Informationsflyers zu erstellen. Präsentationen werden inhalts- und darstellungsbezogen beobachtet und reflektiert. Wie wirken Neuroenhancer? Neuro-Enhancement: - Medikamente gegen Alzheimer, Demenz und ADHS dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exo- genen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Bei- spielen (K1, K3, UF2). erklären Wirkungen von endo- und exogenen Substanzen auf den Arbeitsblätter zur Wirkungsweise von verschiedenen Neuro-Enhancern Partnerarbeit Kurzvorträge Unterrichtsgespräch Erfahrungsberichte Podiumsdiskussion zum Thema: Sollen Neuroenhancer allen frei zugänglich gemacht werden? Rollenkarten mit Vertretern ver- Die Wirkweise von Neuroenhancern (auf Modellebene!) wird erarbeitet. Im Unterricht werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede der verschiedenen Neuroenhancer gemeinsam erarbeitet und systematisiert. An dieser Stelle bietet sich eine Podiumsdiskussion an. 38

39 Diagnose von Schülerkompetenzen: Körper und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft (B3, B4, B2, UF2, UF4). schiedener Interessengruppen. An dieser Stelle bietet sich eine Podiumsdiskussion an. KLP-Überprüfungsform: Dokumentationsaufgabe : Handreichung für effizientes Lernen ; Bewertungsaufgabe (z.b. zum Thema: Neuroenhancement Chancen oder Risiken?) Leistungsbewertung: Transferaufgabe zu Synapsenvorgängen (z.b. Endorphine und Sport) ggf. Klausur 39