Biologie - Hölderlin

Curriculum Fach: Biologie
Kursstufe 11/12
Hölderlin-Gymnasium Nürtingen
Kursstufe 11/12 (4-stündig) Biologie
Kerncurriculum
Kompetenzen
Inhalte
Methoden
Zeit
Mikroskopieren von Zellen,
zeichnen
KernCurriculum
Von der Zelle zum Organ
Die Schülerinnen und Schüler können
- die Zelle als Grundbaustein des Lebens und als
geordnetes System beschreiben.
- an Hand eines Modells den Aufbau und die
Eigenschaften der Biomembran beschreiben.
- die Bedeutung der Zellmembran für den
geregelten Stofftransport erläutern.
- das Prinzip der Osmose und ihre Bedeutung für
den Stoffaustausch über Membranen an Hand
von Experimenten erklären.
- die Bedeutung der Kompartimentierung der
Zelle erklären und den Zusammenhang
zwischen Bau und Funktion bei folgenden
Zellorganellen erläutern: Zellkern,
Mitochondrium, Chloroplast, Ribosom und
endoplasmatisches Reticulum.
- elektronenmikroskopische Bilder der Zelle
interpretieren.
- erklären, dass zum Erhalt und Aufbau
geordneter Systeme Energie aufgewendet
werden muss.
- erläutern, dass Zellen offene Systeme sind, die
mit der Umwelt Stoffe und Energie austauschen.
- erklären, dass das Zusammenwirken
energieliefernder mit energieverbrauchenden
Reaktionen notwendig ist. Sie können die
Bedeutung von ATP als Energieüberträger
erläutern
Zelle und Stoffwechsel
Zellorganellen im Überblick: Bau und Funktion
Interpretation elektronenmikroskopischer Bilder
Biomembran: Struktur und Funktion,
Kompartimentierung, Stofftransport, Poren
und Carriersysteme
Zelle als offenes System: Stoffaustausch
P: Experimente zur Osmose
Modelle und Schemata
interpretieren
Arbeitsteilig weitere Versuche mit
Präsentation
Übersicht über Fotosynthese,
Zellatmung, Gärungen,
Chemosynthese
ATP als universeller Energieträger
Energiefluss und Energieumwandlung
Energetische Kopplung
-1-
Versuch zur Stärkesynthese
ca.
25h
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Kursstufe 11/12
Hölderlin-Gymnasium Nürtingen
Moleküle des Lebens und Grundlagen der
Vererbung
ormone
Hormondrüsen
Die Schülerinnen
und und
Schüler
können
- beschreiben, dass das Leben auf Strukturen
und Vorgängen auf der Ebene der
Makromoleküle beruht.
- die Bedeutung der Proteine als Struktur und
Funktionsmoleküle des Lebens erläutern.
- das Funktionsprinzip eines Enzyms und eines
Rezeptors über "SchIüssel-SchlossMechanismen" erläutern.
- an einem konkreten Beispiel den Prozess der
enzymatischen Katalyse beschreiben und die
Vorgänge am aktiven Zentrum modellhaft
darstellen; sie können den Zusammenhang
zwischen Molekülstruktur und spezifischer
Funktion erläutern. Mechanismen zur Regulation
der Enzymaktivität an konkreten Beispielen
beschreiben und erklären.
- Experimente zur Abhängigkeit der
Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren
durchführen und auswerten.
- ein Experiment zur Isolierung von DNA
durchführen.
- die Doppelhelix-Struktur der DNA über ein
Modell beschreiben und erläutern, wie in
Nukleinsäuren die Erbinformation kodiert ist.
- den Weg von den Genen zu den Proteinen
(Proteinsynthese) und von den Proteinen zu den
Merkmalen von Lebewesen (Biosyntheseketten)
erläutern .
- die Bedeutung der Regulation der Genaktivität
für den geregelten Ablauf der Stoffwechsel- und
Entwicklungsprozesse mit Hilfe einfacher
Modelle erläutern.
Überblick: Biomoleküle
Aufbau und Funktion von Proteinen
Bedeutung der räumlichen Struktur
Beispiele für Proteinfunktionen
Enzyme als Biokatalysatoren
Enzymfunktion modellhaft
Enzym-Substrat-Komplex
Substrat- und Wirkungsspezifität
Modelle
Animationen
Ca.
25h
Versuche zur Eigenschaft der
Proteine
Gruppenversuche zur
Enzymaktivität und Präsentation
der Ergebnisse
Erstellen von Protokollen und
Diagrammen
P: Abhängigkeit der Enzymaktivität von
verschiedenen Faktoren: Temperatur, pH-Wert,
Substrat- und Enzymkonzentration
Hemmung und Aktivierung von Enzymen
z.B. Urease, Katalase, Amylase
P: Isolierung von DNA
Isolation von DNA z.B. aus
Zwiebeln, Kiwi,
Aufbau der DNA
Genetischer Code
Modellarbeit
Animationen
Proteinbiosynthese (Transkription,Translation)
Syntheseketten. z.B. Blütenfarbstoff,
Phenylalaninstoffwechsel
Versuche zur Samenkeimung
oder Insektenmetamorphose
Operonmodell bei Bakterien
Entwicklungsgene bei Drosophila
Exkursion: Max Planck Institut
Tübingen
-2-
KernCurriCulum
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Kursstufe 11/12
Hölderlin-Gymnasium Nürtingen
Die Schülerinnen und Schüler können
- Nervenzellen präparieren und den Bau einer
Nervenzelle erläutern.
- d - Die Mechanismen der elektrischen und
st stofflichen Informationsübertragung und die
daran beteiligten Membranvorgänge am Beispiel
-l der Nervenzellen beschreiben.
- die elektrochemischen und molekularbiologi- schen Vorgänge bei der Reizaufnahme an einer
Sinneszelle und der Transformation in
elektrische Impulse an einem selbstgewählten
Beispiel erläutern.
- die Verrechnung erregender und hemmender
- Signale als Prinzip der Verarbeitung von
Informationen im Zentralnervensystem
beschreiben.
- die übergeordnete Funktion des Gehirns
erläutern.
- die Funktion des Immunsystems am Beispiel
einer Infektionskrankheit erläutern. Sie können
zwischen humoraler und zellulärer Immunantantwort differenzieren und die beteiligten Zellen
und Strukturen angeben.
- die Bedeutung des Immunsystems für die
Gesunderhaltung des Menschen erläutern.
- am Beispiel HIV erklären, wie Erreger die
Immunantwort unterlaufen bzw. ausschalten
können.
- die Notwendigkeit der Regulation des
Zusammenspiels der Zellen und Organe eines
Organismus am Beispiel des Nervensystems
und des Immunsystems erläutern.
am konkreten Beispiel erläutern, dass die
Leistungen des Zentralnervensystems sich nicht
unmittelbar aus den Merkmalen der einzelnen
„Bausteine“ ergeben
Aufnahme, Weitergabe und Verarbeitung
von Informationen
Bau und Funktion der Nervenzelle
P: Präparation von Nervenzellen
Mikroskopieren von Zellen aus
dem Rückenmark
Kerncurriculum
Ruhepotential, Aktionspotential,
Erregungsleitung, Synapse
Simulationen, Animationen
Modellversuch Ruhepotential
ca.
35h
Bau und Funktion von Sinneszellen
(Riech-, Geschmacks- oder Sehsinneszelle..)
Sinneszellensimulator
Transfer auf andere Beispiele
Erregende und hemmende Synapsen,
Verrechnung, Verarbeitung im Gehirn am
Beispiel der Sehwahrnehmung
Synpsengifte Wirkung und
Hypothesenbildung
Wichtige Funktionen der Gehirnteile,
Übersicht über das Nervensystem
Humorale und zelluläre Immunreaktion,
Arten von Abwehrzellen, Wechselwirkungen,
Schlüssel-Schloss-Prinzip
Gehirnforschung
Experimente zur
Sehwahrnehmung
Arbeiten an Modellen
Ablaufschemata
Mikroskopieren von Blutzellen
Infektionskrankheiten, Pandemien, Beispiele
Arten von Erregern, Impfungen
HI-Virus, Struktur und Vermehrung
Störung des Immunsystems
Grundprinzip Regulation
Zusammenspiel
Leistungen des ZNS, Sehwahrnehmung,
Sprache: anatomische Voraussetzungen,
Sprachzentrum im Gehirn
-3-
Animationen, Ablaufschemata
Versuch zum Nachweis eines
Pflanzenvirus: ELISA-Test
Bedeutung der Impfungen,
Antibiotika
Therapieansätze,
Hypothesenbildung,
Wirkungsweise des secondmessenger-Prinzips
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Kursstufe 11/12
Hölderlin-Gymnasium Nürtingen
Angewandte Biologie
Die Schülerinnen und Schüler können
- die experimentellen Verfahrensschritte
(Isolierung, Vervielfältigung und Transfer eines
Gens, Selektion von transgenen Zellen) der
genetischen Manipulation von Lebewesen an
einem konkreten Beispiel beschreiben und
erklären.
- molekularbiologische Experimente durchführen
und auswerten.
- können das Prinzip der Gendiagnostik an einem
Beispiel erläutern.
- geschlechtliche und ungeschlechtliche
Fortpflanzung gegeneinander abgrenzen.
- Verfahren der Reproduktionsbiologie (Klonen,
In- In-vitro-Fertilisation, Gentherapie) beschreiben
und erklären.
- embryonale und differenzierte Zellen
vergleichen und die Bedeutung der Verwendung
von embryonalen und adulten Stammzellen
erläutern.
ie - die Bedeutung gentechnologischer Methoden in
der Grundlagenforschung, in der Medizin und in
der Landwirtschaft erläutern.
-
Auseinandersetzung mit der ethischen Dimension
der gentechnischen Methoden und der
Reproduktionsbiologie. Dabei betrachten sie
Sachverhalte aus unterschiedlichen Perspektiven
(z.B. naturwissenschaftliche, ethische,
wirtschaftliche, philosophische, theologische) und
bewerten diese. Auch Therapieansätze wie
Organtransplantation und Stammzellentherapie
sollen dabei einbezogen werden.
Isolierung, Vervielfältigung und Transfer eines
Gens, Selektion von transgenen Zellen bei
Bakterien
z.B. Insulinherstellung, Faktor VIII
P:(extern) PCR
Methoden: Gebrauch von Mikropipetten,
Gelelektrophorese, Sicherheit im Labor
DNA-Sequenzierung, fingerprinting-Verfahren
Geschlechtliche und ungeschlechtliche
Fortpflanzung, Keimzellen, Befruchtung,
Bedeutung von Meiose und Mitose,
Bedeutung der Sexualität
Klonen bei Säugern (Dolly), In-vitro-Fertilisation,
Gentherapie: somatische und Keimbahntherapie
Definition: Adulte und embryonale Stammzellen,
Differenzierung, Omnipotenz, Pluripotenz
z.B: Antisensetechnik, Plasmidisolation,
Gentransfer, grüne Gentechnik am Beispiel
Resistenzgene beim Mais, Bastaresistenz
Auswahl von geeigneten Texten und Themen
z.B. Stammzellenforschung, Embryonenschutzgesetz, Organtransplantation, Pro und contra
grüne Gentechnik
-4-
Bau und Lebensweise von
Bakterien und Viren
Bakterienkolonien und
Stempeltechnik
PCR-Praktikum im MörikeGymnasium Esslingen
Modellversuch:
DNA-Sequenzierung
Wiederholung Meiose, Mitose
Kreuzungszüchtung
Gruppenarbeit: Klonen,
Gene-Pharming, Embryosplitting,
Pränatale Diagnostik
Differenzierung von Zellen,
Mikroskopieren von
Pflanzengewebe
Exkursion: Versuchsfelder des
Hofgutes Tachenhausen
Dilemmadiskussion, Textanalyse
Stammzellenforschung,
Embryonenschutzgesetz,
Organtransplantation
Umsetzung Text- Grafik und
umgekehrt,
Kerncurriculum
ca.
25h
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Kursstufe 11/12
Hölderlin-Gymnasium Nürtingen
Evolution und Ökosysteme
Die Schülerinnen und Schüler können
Ökosystem Wald oder Wiese oder Hecke
- ein Ökosystem während einer Exkursion
erkunden und die in einem Lebensraum konkret
erlebte Vielfalt systematisch ordnen.
- an ausgewählten Gruppen des Tier- und
Pflanzenreiches systematische
Ordnungskriterien ableiten und die Nomenklatur
anwenden.
- durch morphologisch-anatomische
Betrachtungen Abwandlungen im Grundbauplan
rezenter und fossiler Organismen beschreiben
und systematisch auswerten.
- molekularbiologische Verfahren zur Klärung von
Verwandtschaftsbeziehungen beschreiben und
erklären.
- die biologische Evolution, die Entstehung der
Vielfalt und Variabilität auf der Erde auf MoleküIOrganismen- und Populationsebene erklären.
- die Bedeutung der sexuellen Fortpflanzung für
die Evolution erläutern.
- die historischen Evolutionstheorien von Lamarck
und Darwin als ihrer Zeit gemäße Theorien
interpretieren und sie vergleichend aus heutiger
Sicht beurteilen.
- den Menschen in das natürliche System
einordnen und seine Besonderheiten in Bezug
auf die biologische und kulturelle Evolution
herausstellen.
Vielfalt:(Biodiversität) Binominale Nomenklatur,
Systematik, Ordnungskriterien definieren
Vergleich der Wirbeltierextremitäten
Homologie und Analogie an verschiedenen
Beispielen
bedeutende Fossilien: Archaeopteryx, Saurier
Lebende Fossilien: z.B. Lungenfisch, Latimeria,
Schnabeltier
DNA-Hybridisierung, Präzipitintest
Synthetische Evolutionstheorie: Faktoren
Mutation, Isolation, Gendrift, Selektion
Zusammenwirken der Faktoren: Adaptive
Radiation
Rekombination: Meiose, Crossover, Befruchtung
Vergleich
Forscher
der
Theorien,
Würdigung
Kerncurriculum
Exkursion zur Biodiversität und
Anpassung in die Wilhelma
Stuttgart
ca.
30h
Skelettvergleiche, Stopfpräparate
Vergleich von Gebissen bei
Buntbarschen
Fossilabgüsse im Vergleich mit
rezenten Arten
Filmauswertung z.B.
Galapagosfinken, Beuteltiere
beider Filmauswertung z.B. Reise von
Charles Darwin, Kreationismus
Vergleich Affe-Mensch
Wichtige Funde, regionale Fundorte (Steinheim,
Mauer, Neandertal)
Faktoren der Menschwerdung: Aufrechter Gang,
Gehirn, Sozialverhalten, Kommunikation,
Tradition, Kunst und Kultur
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Arterfassung eines begrenzten
Gebietes, Bestimmungsübungen
Wald, Wiese oder Hecke
Gruppenarbeit: Vergleich von
Schädelabgüssen
Exkursion: Löwentormuseum oder
Rosensteinmuseum
Curriculum Fach: Biologie
Kursstufe 11/12
Hölderlin-Gymnasium Nürtingen
Schuleigenes Curriculum
Kompetenzen
Inhalte
Methoden
Durch weiterführende Aufgabenstellungen erfolgt
eine Vertiefung des Verständnisses
grundlegender Prinzipien zur Analyse,
Strukturierung und Erklärung verschiedenster
biologischer Phänomene.
An ausgewählten Beispielen (siehe oben)
werden die Inhalte, die sich aus den
Standards ableiten lassen, vertieft.
Weiterführende Praktika,
Untersuchungen im Freien,
Genaues beobachten, darstellen und
protokollieren
Arbeiten an Modellen
Interpretation von Schemata
Darstellung von Sachverhalten in Form
von Diagrammen und Schemata
Stationenlernen,
Projektarbeit, Gruppenarbeit
Plakate erstellen
Präsentationen
Exkursionen
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Zeit