Kern- und Schulcurriculum Biologie (4

Kern- und Schulcurriculum Biologie
(4-stündig)
Klasse 11/12
Stand Schuljahr 2011/12
Kern- und Schulcurriculum Biologie (4st.)
Klasse 11/12
Schwarz sind die Inhalte und Kompetenzen des Bildungsplans dargestellt und rot die Unterrichtsinhalte des Kerncurriculums.
Das integrierte Schulcurriculum ist auf den folgenden Seiten grün hervorgehoben.
Kursstufe: Grundlegende biologische Prinzipien: Struktur und Funktion, Zelluläre Organisation,
Spezifische Molekülinteraktion, Energieumwandlung,
Regulation, Information und Kommunikation,
Reproduktion, Variabilität, Angepasstheit, Wechselwirkung
1. Von der Zelle zum Organ
Zelle und Zellstoffwechsel
Die Schülerinnen und Schüler können ...
die Zelle als Grundbaustein des Lebens und als geordnetes System beschreiben;
Kennzeichen des Lebens, zelluläre Organisation der Lebewesen , Protocyte und Eucyte
Praktikum: Lichtmikroskopische Untersuchungen von pflanzlichen und tierischen Zellen
anhand eines Modells den Aufbau und die Eigenschaften der Biomembran beschreiben;
Bau der Membran, Fluid-Mosaik-Modell und die Aufgaben der Membranbestandteile; selektive Permeabilität
die Bedeutung der Zellmembran für den geregelten Stofftransport erläutern;
Diffusion und erleichterte Diffusion, aktive Transportvorgänge und ihre Bedeutung, Membranfluss
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das Prinzip der Osmose und ihre Bedeutung für den Stoffaustausch über Membranen anhand von Experimenten erklären;
Versuche zur Plasmolyse und Deplasmolyse
die Bedeutung der Kompartimentierung der Zelle erklären und den Zusammenhang zwischen Bau und Funktion bei folgenden Zellorganellen erläutern:
Zellkern, Mitochondrium, Chloroplast, endoplasmatisches Reticulum, Ribosom;
Zusammenhang zwischen Ausstattung der Zelle mit Zellorganellen und Funktion; z.B. Plasmazellen oder sekretorische Zellen
elektronenmikroskopische Bilder der Zelle interpretieren;
Struktur- und Funktionszusammenhänge beschreiben und deuten
z.B. Elektronenmikroskopie und Präparationstechniken, weitere Zellforschungsmethoden
erklären, dass zum Erhalt und Aufbau geordneter Systeme Energie aufgewendet werden muss;
Fließgleichgewicht, Leben und Tod
Viren und ihre Vermehrung: lytischer und lysogener Zyklus
erläutern, dass Zellen offene Systeme sind, die mit der Umwelt Stoffe und Energie austauschen;
z. B. bei Fotosynthese und Zellatmung
erklären, dass das Zusammenwirken energieliefernder mit energieverbrauchenden Reaktionen notwendig ist; erläutern, welche Bedeutung ATP als
Energieüberträger hat.
Energetische Kopplung an einem Beispiel, ATP als universeller Energieträger, Energiefluss und Energieumwandlung
Praktikum energetische Kopplung
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Moleküle des Lebens und Grundlagen der Vererbung
Die Schülerinnen und Schüler können ...
beschreiben, dass das Leben auf Strukturen und Vorgängen auf der Ebene der Makromoleküle beruht;
Überblick Biomoleküle
ein Experiment zur Isolierung von DNA durchführen;
Schülerversuche mit verschiedenen Obst- oder Gemüsesorten zur DNA-Isolierung
die Doppelhelix-Struktur der DNA über ein Modell beschreiben und erläutern, wie in Nukleinsäuren die Erbinformation kodiert ist;
Bau der DNA, Basenpaarung, semikonservative Replikation, genetischer Code
Mutationen, auch an konkreten Beispielen s.u.
die Bedeutung der Proteine als Struktur- und Funktionsmoleküle des Lebens erläutern;
Überblick Funktion von Proteinen, molekularer Aufbau, räumliche Struktur
das Funktionsprinzip eines Enzyms und eines Rezeptors über „Schlüssel-Schloss-Mechanismen“ erläutern;
Bau und Funktion eines Enzyms, Enzym-Substrat-Komplex, Substrat- und Wirkungsspezifität
an einem konkreten Beispiel den Prozess der enzymatischen Katalyse beschreiben und die Vorgänge am aktiven Zentrum modellhaft darstellen;
den Zusammenhang zwischen Molekülstruktur und spezifischer Funktion erläutern;
z.B. Urease oder Amylase, aktives Zentrum
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Mechanismen zur Regulation der Enzymaktivität an konkreten Beispielen beschreiben und erklären;
Aktivierung und Hemmung (kompetitiv, allosterisch, irreversibel)
Experimente zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren durchführen und auswerten;
z.B. Temperatur, pH-Wert, Art des Substrats und Substratkonzentration, Enzymkonzentration
den Weg von den Genen zu den Proteinen (Proteinsynthese) und von den Merkmalen zu den Lebewesen (Biosyntheseketten) erläutern;
Transkription, Translation, ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese, z.B. Phenylalaninstoffwechsel
Mutationen, auch an konkreten Beispielen s.o.
die Bedeutung der Regulation der Genaktivität für den geregelten Ablauf der Stoffwechsel- und Entwicklungsprozesse mithilfe einfacher Modelle erläutern.
JACOB-MONOD-Modell (Bakterien); differenzielle Genaktivität
2. Aufnahme, Weitergabe und Verarbeitung von Informationen
Die Schülerinnen und Schüler können ...
Nervenzellen präparieren und den Bau einer Nervenzelle erläutern;
Präparation von Rückenmark; Soma, Axon, Dendriten
die Mechanismen der elektrischen und stofflichen Informationsübertragung und die daran beteiligten Membranvorgänge am Beispiel der Nervenzellen
beschreiben (Ruhepotenzial, Aktionspotenzial, Synapse);
Entstehung und Aufrechterhaltung Ruhepotenzial, Na+-K+-Jonenpumpe, Ionenkanäle, Depolarisation, Repolarisation, Hyperpolarisation, Fortleitung
eines Aktionspotenzials, Umwandlung der elektrischen Erregung in chemische Signale
Synapsengifte und ihre Wirkung exemplarisch
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die elektrochemischen und molekularbiologischen Vorgänge bei der Reizaufnahme an einer Sinneszelle und der Transformation in elektrische Impulse an
einem selbst gewählten Beispiel erläutern;
Bau der Lichtsinneszelle, Transduktion, second-messenger-Prinzip
die Verrechnung erregender und hemmender Signale als Prinzip der Verarbeitung von Informationen im Zentralnervensystem beschreiben;
EPSP, IPSP, räumliche und zeitliche Summation
die übergeordnete Funktion des Gehirns erläutern;
Überblick: wichtige Gehirnareale und deren Funktion z.B. Sprechen oder Sehen
die Funktion des Immunsystems am Beispiel einer Infektionskrankheit erläutern. Zwischen humoraler und zellulärer Immunantwort differenzieren und die
beteiligten Zellen und Strukturen angeben;
Unspezifische und adaptive Abwehr mit den entsprechenden Leuko- und Lymphozyten, Signalstoffe, Erkennung körperfremd und körpereigen durch
Rezeptoren
Organspende oder Autoimmunerkrankungen
die Bedeutung des Immunsystems für die Gesunderhaltung des Menschen erläutern;
Spezifische Immunreaktion, immunologisches Gedächtnis
Impfen, z.B. HPV, FSME, Grippe
am Beispiel von HIV erklären, wie Erreger die Immunantwort unterlaufen beziehungsweise ausschalten;
HI-Virus, Bau und Eigenschaften, zentrale Rolle der T-Helferzellen, Krankheitsverlauf AIDS
die Notwendigkeit der Regulation des Zusammenspiels der Zellen und Organe eines Organismus am Beispiel des Nervensystems und des Immunsystems
erläutern;
z.B. Abschalten der Immunantwort
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am konkreten Beispiel (Sehwahrnehmung, Sprache) erläutern, dass die Leistungen des Zentralnervensystems sich nicht unmittelbar aus den Merkmalen der
einzelnen „Bausteine“ ergeben; erkennen, dass auf jeder Systemstufe des Lebens neue und komplexere Eigenschaften hinzu kommen.
Am Beispiel Sehwahrnehmung die Rolle des Großhirns bei der Wahrnehmung beleuchten.
3. Evolution und Ökosysteme
Die Schülerinnen und Schüler können …
ein Ökosystem während einer Exkursion erkunden und die in einem Lebensraum konkret erlebte Vielfalt systematisch ordnen;
Freilandexkursion mit Artenbestimmung, Bestimmungsübungen, systematische Ordnung der Vielfalt
Biodiversität
an ausgewählten Gruppen des Tier- und Pflanzenreiches systematische Ordnungskriterien ableiten und die Nomenklatur anwenden;
Systematische Ordnungskriterien im Hinblick auf Verwandtschaft, Definition der Art, binäre Nomenklatur
durch morphologisch-anatomische Betrachtungen Abwandlungen im Grundbauplan rezenter und fossiler Organismen beschreiben und systematisch
auswerten;
Homologie, Analogie, Konvergenz z.B. an Wirbeltierextremitäten; Atavismen, rudimentäre Organe
molekularbiologische Verfahren zur Klärung von Verwandtschaftsbeziehungen beschreiben und erklären;
DNA-Sequenzierung, DNA-Hybridisierung, Präzipitintest, Aminosäuresequenzvergleich
die biologische Evolution, die Entstehung der Vielfalt und Variabilität auf der Erde auf Molekül-, Organismen- und Populationsebene erklären;
Evolutionsfaktoren: Mutation, Rekombination, Selektion, Isolation, Gendrift
Koevolution, adaptive Radiation
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die Bedeutung der sexuellen Fortpflanzung für die Evolution erläutern;
Motor der Evolution durch Rekombination und Durchmischung des Genpools
die historischen Evolutionstheorien von Lamarck und Darwin als ihrer Zeit gemäße Theorien interpretieren und sie vergleichend aus heutiger Sicht beurteilen;
Grundlegendes zu Lamarck und Darwin, Vergleich; synthetische Evolutionstheorie
den Menschen in das natürliche System einordnen und seine Besonderheiten in Bezug auf die biologische und kulturelle Evolution herausstellen.
Vergleich Mensch – Menschenaffe, wichtige Fossilfunde, Primatenstammbaum, Werkzeuggebrauch, Tradition
4. 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;
Methoden der Gentechnik z.B. Insulinherstellung
molekularbiologische Experimente durchführen und auswerten;
z.B. Plasmidübertragung, genetischer Fingerabdruck, ELISA-Test
das Prinzip der Gendiagnostik an einem Beispiel erläutern;
z.B. Chorea-Huntington oder Mucoviscidose
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geschlechtliche und ungeschlechtliche Fortpflanzung gegeneinander abgrenzen;
vegetative Vermehrung, Klone, sexuelle Fortpflanzung
Verfahren der Reproduktionsbiologie (Klonen, In-vitro-Fertilisation, Gentherapie) beschreiben und erklären;
Klonen im Tier- und Pflanzenreich, künstliche Befruchtung, somatische und Keimbahntherapie, ethische Fragen
embryonale und differenzierte Zellen vergleichen und die Bedeutung der Verwendung von embryonalen und adulten Stammzellen erläutern;
Eigenschaften von embryonalen und differenzierten Zellen, Stammzellforschung
Stammzellentherapie (Organtransplantation)
die Bedeutung gentechnologischer Methoden in der Grundlagenforschung, in der Medizin und in der Landwirtschaft erläutern.
Gentherapie und Grüne Gentechnik mit konkreten Beispielen
Üben und Vertiefen: Auseinandersetzung mit den Anwendungsbereichen der Biologie aus naturwissenschaftlicher, medizinischer, wirtschaftlicher und
ethischer Sicht.
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