Biologie Aufnahmeprüfung (Niveau gymnasiale Maturität)

Anforderungen im Fach Biologie
für die Aufnahmeprüfung auf Niveau gymnasiale Maturität (Studiengang Sekundarstufe I)
Einleitung
Biologie ist Lebenskunde im wahrsten Sinn des Wortes. Sie vermittelt Einblicke in die Vielfalt und die Entwicklung der Lebewesen sowie in die Gesetzmässigkeiten, die den Lebenserscheinungen zugrunde liegen. Dazu gehören Kenntnisse über den Menschen und andere Lebewesen, ebenso die Aneignung biologischer Fachbegriffe sowie die Auseinandersetzung mit modernen Forschungsansätzen und ihren Grenzen. Mit einem geschärften Blick für die Natur und ihre systemischen Vorgänge soll ein ethisch verantwortbares Handeln wachsen, das persönliche, politische und wirtschaftliche Entscheidungsvorgänge zu
beeinflussen vermag. Insbesondere soll auch der Respekt vor dem Leben geweckt werden, im Bewusstsein, dass der Mensch Teil der Natur ist.
Kompetenzanforderungen
An die Kandidatin oder den Kandidaten werden in den folgenden Themengebieten die nachfolgenden Anforderungen gestellt.
Stoffe des Lebens
Stoffgruppen
— Grundaufbau und Grundfunktionen von anorganischen und organischen Stoffen (Zucker, Stärke, Zellulose, Glykogen, Aminosäuren, Nukleinsäuren) beschreiben und erklären
— Rolle von Kohlenhydraten, Lipiden und Proteinen im Zellstoffwechsel beschreiben
— Funktionsweise der Enzyme erklären
Grundlegende Stoffwechselvorgänge und ihre Bedeutung: Fotosynthese und Zellatmung
— Die zugehörigen Gesamt-Reaktionsgleichungen angeben
— Assimilation, Dissimilation definieren (Chloroplast, Chlorophyll, Mitochondrium, Glucose, Kohlendioxid, Sauerstoff, Wasser, Energieumwandlung, ADP, ATP, autotroph, heterotroph)
— Die Stoffwechselvorgänge von autotrophen und heterotrophen Lebewesen erklären und die dazugehörenden Fachbegriffe im Zusammenhang korrekt anwenden
Zelle – Grundbaustein des Lebens
Bau
—
—
—
und Funktion von Zellen
Pflanzenzelle und tierische Zelle kriteriengeleitet vergleichen
Den Begriff Zellorganell definieren und von anderen Zellbestandteilen abgrenzen
Funktionen und Baumerkmale von Zellbestandteilen nennen (Chloroplast, Dictyosom, Endoplasmatisches Reticulum, Kernkörperchen, Kernmembran, Mitochondrium, Ribosom, Vakuole, Zellkern, Zellmembran, Zellwand, Zytoplasma)
Zell/-Kernteilung
— Ablauf und Bedeutung der Mitose und Meiose beschreiben (Chromatid, Chromosom, Interphase,
Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase, Zellzyklus, Zentromer, Crossing-over, diploid/haploid,
Eizelle, Keimzelle/Gamet), Spermium, Zygote, Genom, homologe Chromosomen, Genommutationen
[Trisomien, Monosomien])
— Erste/zweite Reifeteilung der Meiose erklären
— Bedeutung der in der ersten Reifeteilung erzeugten genetischen Vielfalt erklären
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Stoffaustausch
— Bau der Zellmembran skizzieren
— Bedeutung des Stoffaustauschs für den Zellstoffwechsel begründen (Semipermeabilität, Konzentrationsdifferenz, aktiver Transport, Diffusion, Osmose)
— Bedeutung der Oberflächenvergrösserung darlegen
Anatomie und Physiologie des Menschen
Überblick über die inneren Organe und Organsysteme
— Die Organsysteme mit ihren Hauptorganen im Körper lokalisieren (Verdauungssystem, Atmungssystem, Harnsystem, Blutsystem, Haut, Sinnesorgane, Nervensystem, Hormonsystem, Fortpflanzungssystem, Lymphsystem, Skelettsystem, Muskelsystem)
Atmungssystem
— Bau der Atemorgane und die Atemmechanik beschreiben (Luftröhre, Knorpelspangen, Lungenflügel,
Bronchien, Bronchiolen, Lungenbläschen, Flimmerhärchen, Kapillarnetz, Brustatmung, Bauchatmung,
Zwerchfell, Zwischenrippenmuskulatur, Lungenfell, Rippenfell, Pleuralspalt, Pneumothorax, äussere/innere Atmung)
— Gasaustausch und Bedeutung der Atmung für die Energieumwandlung erklären
Kreislaufsystem
— Morphologie, Aufgaben und Funktionsprinzip des Blutkreislaufs beschreiben (Körper- und Lungenkreislauf; Arterien, Windkesselprinzip, Venen, Venenklappen, Kapillaren; Lungenarterie, Lungenvene,
Körperarterie, Körpervene, obere/untere Hohlvene, Aorta, Herzkranzgefässe; linker/rechter Vorhof,
linke/rechte Herzkammer, Taschenklappe, Segelklappe, Blutdruck, Systole, Diastole; Blutplasma,
Erythrozyten/rote Blutzellen, Hämoglobin, Leukozyten/weisse Blutzellen, Thrombozyten/Blutplättchen,
Wundverschluss; Lymphe)
Verdauungssystem
— Bestandteile der Nahrung nennen (Kohlenhydrate, Fette, Eiweisse, Mineralstoffe, Vitamine, Ballaststoffe, Wasser)
— Bau und Arbeitsweise des Verdauungssystems schildern (Mundhöhle, Zunge, Zähne, Speicheldrüsen, Mundspeichel-Amylase, Rachen, Kehldeckel, Speiseröhre, Magen, Magenschleimhaut, Salzsäure, Pepsin, Bauchspeicheldrüse, Bauchspeichel-Amylase, Peptidase, Lipase, Leber, Gallenblase,
Galle, Dünndarm mit Zwölffingerdarm, Peristaltik, Darmzotten, Mikrovilli, Resorption, Blinddarm,
Wurmfortsatz, Dickdarm, Enddarm, After)
Nerven und Gehirn
— Peripheres und zentrales Nervensystem beschreiben (Gross-, Zwischen-, Mittel-, Kleinhirn, Balken,
Brücke, verlängertes Mark, Hirnstamm, Hirnhäute, Grosshirnrinde, Rindenfelder, Thalamus, Hypothalamus, Hypophyse, Rückenmark, Nerv, somatisches Nervensystem, vegetatives Nervensystem, Parasympathicus, Sympathicus, Reflexe und willkürliche Bewegungen, Gliazelle)
— Bau und Funktionsweise von Neuronen erläutern (Axon, Dendrit, Markscheide, Zellkörper, Synapse)
— Bau, Funktionsweise und Sinn von Synapsen erklären (Präsynaptische Membran, synaptische Bläschen, Neurotransmitter [Acetylcholin], postsynaptische Membran, Rezeptoren, Acetylcholinesterase)
Sinnesorgan Auge
— Bau und Funktion des menschlichen Auges erklären (Augenlider, Wimpern, Tränendrüsen, Hornhaut,
Bindehaut, Augenmuskeln, Lederhaut, Aderhaut, Pigmentschicht, Netzhaut, Iris, Augenkammer, Ziliarkörper, Ziliarmuskel, Zonulafasern, Linse, Glaskörper, Gelber Fleck, Blinder Fleck, Stäbchen, Zapfen, Schaltzellen, wegführende Nervenzellen, Sehnerv)
— Das menschliche Sehen beschreiben (Adaption, Akkommodation, räumliches Sehen, Farbensehen,
Weitsichtigkeit, Kurzsichtigkeit)
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Ökologie
Faktoren und Wechselwirkungen in Ökosystemen
— Prinzipien von Ökosystemen anhand von Faktoren und Wechselwirkungen beschreiben (Biotop, Biozönose, abiotische und biotische Faktoren, Biodiversität, Nahrungsbeziehungen, Nahrungskette,
Nahrungsnetz, Fleisch-, Pflanzenfresser, Produzent, Konsument, Reduzent, Destruent, negative
Rückkoppelung, Veränderung der Populationsdichten, Lotka-Volterra-Regeln)
Stoffkreislauf und Energiefluss
— Den Kohlenstoff-Kreislauf (inkl. Algen) beschreiben (Energiefluss, Bruttoprimärproduktion, Nettoprimärproduktion)
Genetik
Vom Gen zum Merkmal
— Die Prozesse vom Gen zum Merkmal klar darstellen (Chromosom, Doppelhelix, Desoxyribonukleinsäure [DNS], Nukleotid, organische Base [Adenin, Cytosin, Guanin, Thymin, Uracil], Gen, genetischer
Code; messenger-RNS [m-RNS], transfer-RNS [t-RNS], Enzym, Protein, Replikation, Transkription,
Translation)
— Zustandekommen und Bedeutung von Genmutationen erklären
Systematik und Evolution
Grundzüge der Systematik
— Das Prinzip der hierarchischen Gliederung in der Taxonomie an Beispielen für konkrete Stufen anwenden (Alle Lebewesen, Reich, Stamm bzw. Abteilung, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung, Art,
Rasse bzw. Sorte)
— Die fünf Reiche (Kernlose Einzeller, echte Einzeller, Pilze, Pflanzen, Tiere) anhand typischer Merkmale je eines Beispiel-Organismus vergleichen und gegen einander abgrenzen (tree of life)
— Die wissenschaftliche Namensgebung, den Artbegriff erklären (Binäre Nomenklatur, biologische Art,
morphologische Art)
Evolution
— Theorien von Darwin und Lamarck schildern und auf konkrete Fallbeispiele anwenden (inkl. Variabilität und Selektion)
— Belege, die für eine Evolution sprechen, diskutieren (Homologie, Analogie, Geologie, Paläontologie,
Brückentiere, Atavismen, Rudimente, Embryologie, Molekularbiologie)
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Empfohlene Literatur
Nachfolgende Literaturhinweise enthalten die für die Prüfung relevanten Themengebiete.
— Jaksic-Born, Claudia et al.: Natura. Grundlagen der Biologie für Schweizer Maturitätsschulen
Klett und Balmer Verlag, Zug, 2012, ISBN-Nr 978-3-264-83646-2
— Bütikofer, Markus et al.: Biologie: Grundlagen und Zellbiologie
compendio Bildungsmedien AG, Zürich, 2012, ISBN-Nr 978-3-7155-9293-0
Prüfungsmodalitäten
Das Fach Biologie wird in einer schriftlichen, 80 Minuten dauernden Arbeit geprüft. Als Prüfungsstoff gelten die in den sechs Themenkreisen der obigen Kompetenzanforderungen aufgeführten Inhalte.
Die Prüfung umfasst zwei Teile:
Teil A: Wissens- und Verständnisaufgaben (etwa 20 Minuten). Von fünf Aufgaben sind vier zu lösen. Eine
Aufgabe kann abgewählt werden.
Teil B: Transfer- und Anwendungsaufgaben (etwa 60 Minuten). Es sind alle Aufgaben zu lösen.
Bewertung:
Die einzelnen Aufgaben der schriftlichen Prüfung werden entsprechend ihrem Bearbeitungsaufwand und
ihrem Schwierigkeitsgrad mit Punkten gewichtet. Bewertet wird nach folgenden Kriterien:
— Sachliche Richtigkeit, Fachwissen
— Argumentation, Strukturierungsfähigkeit, Fachvokabular
— Verständnis für biologische Zusammenhänge
— Erlerntes Wissen auf neue Situationen anwenden und transferieren
— Inhaltliche Dichte
Für die Note 6.0 muss nicht die maximale Punktezahl erreicht werden.
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Musteraufgaben
Teil A
Systematik und Evolution
P
Zwei Lebewesen A und B gehören zur gleichen Familie, aber zu unterschiedlichen Gattungen. Lebewesen C gehört zur gleichen Klasse wie A und B, jedoch in eine andere Ordnung
als A. Welche der Lebewesen A, B und C sind am nächsten mit einander verwandt?
Ohne Begründung
1
Archaeopteryx – ein Urvogel – besitzt Flügel, Federn, Zähne, Krallen an den Flügeln und
eine lange Schwanzwirbelsäule. Er wird als sogenanntes „Brückentier“ der Evolution bezeichnet.
Erklären Sie dies in 1 Satz
2.5
Wie werden im Lauf der Evolution weitgehend zurück gebildete und oft nicht mehr voll funktionsfähige Körperteile - auch beim Menschen - genannt? Stichwort
0.5
Nennen Sie dazu ein konkretes Beispiel beim Menschen. Stichwort
0.5
Anatomie und Physiologie des Menschen
P
In der folgenden Aufgabe trifft eine einzige der fünf Auswahlmöglichkeiten zu.
Kreuzen Sie den Buchstaben der ausgewählten Zeile an.
Gesunde Segelklappen garantieren...
A
B
C
D
E
...die Blutsortentrennung im Herzen
...die vollständige Entleerung der Herzvorhöfe
...dass das Blut in den Venen in Richtung Herz strömt
...dass das arterielle Blut während der Kammer-Systole nur über die Aorta ausgestossen wird
...dass venöses Blut im Lauf der Vorhof-Diastole ausschliesslich in die Vorhöfe einströmt
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2
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Teil B
Ökologie
P
Sie befinden sich momentan gerade in einem Prüfungszimmer - einem Ökosystem.
Was gehört zur Biocönose des Prüfungszimmers? 2 Angaben (Stichworte)
•
•
Was gehört zum Biotop des Prüfungszimmers? 2 Angaben (Stichworte)
•
•
Möglicherweise ist die Brutto-Primärproduktion im Prüfungszimmer null. Beurteilen Sie, ob
das wirklich so ist.
4
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Die Zelle – Grundbaustein des Lebens
P
Eine diploide Zelle mit insgesamt vier Chromosomen führt die Meiose durch. Zwei Chromosomen sind deutlich grösser als die anderen beiden. Skizzieren Sie die Chromosomen in der
Anaphase der ersten und der zweiten Reifeteilung. Die Ovale unten geben die Lage der
Zellmembran an.
Anaphase Reifeteilung 1
Anaphase Reifeteilung 2
Wie viele genetisch unterschiedliche Keimzellen (Gameten) kann das Lebewesen, von dem
die Zellen oben stammen, bilden...
5.5
...wenn keine Crossing-over vorkommen?
Hinweis: Die Information auf homologen Chromosomen kann durchaus unterschiedlich sein.
Kerngedanke und Berechnung angeben
...wenn Crossing-over vorkommen? Hier wird nicht eine exakte Zahl, sondern eine Argumentation erwartet
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Anatomie und Physiologie des Menschen
P
Das rechte Glas von Frau Blumers Brille ist
beim Runterfallen in Stücke zerbrochen. Momentan ist sie beim Augenarzt. Für die Augenuntersuchung hat er ihr eine Flüssigkeit ins
rechte Auge getropft, welche die Irisöffnung
vergrössert und hat ihr die Brille anschliessend
wieder aufgesetzt. Nun blickt Frau Blumer mit
dem linken Auge auf ein Bild mit blauen Blumen an der gegenüberliegenden Wand des
grossen Raums (Abbildung rechts).
Welcher Sehfehler liegt bei Frau Blumer vor?
Stichwort ohne Begründung
Seheindruck von Frau Blumer (linkes Auge)
Mit dem rechten, vom Arzt behandelten Auge, blickt Frau Blumer durch die glaslose Seite der
Brille. Wie ist ihr Seheindruck im Vergleich zum linken Auge? Ohne Begründung.
Hinweis: Beide Brillengläser hatten die gleiche Sehkorrektur. 2 Aspekte
•
•
Es geht um den Verlauf der Lichtstrahlen, die von einem Punkt P der Blumenwiese (Bild oben)
aus ins rechte Auge von Frau Blumer (ohne Brillenglas) fallen:
4
1. Ergänzen Sie im unten abgebildeten Längsschnitt des rechten Auges von Frau Blumer die
an der Strahlenbrechung beteiligten Augenteile (mit Beschriftungen).
2. Zeichnen Sie den Verlauf der Strahlen vom Punkt P aus durch das rechte Auge von Frau
Blumer ein. Achten Sie auf genaues Zeichnen. Ohne Erklärung in Worten
P
*
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Genetik
P
In einem Reagenzglas liegen die Komponenten für die Herstellung eines bestimmten Proteins in ausreichender
Menge vor: Wasser, Ribosomen, Enzyme, Nukleotide, Aminosäuren etc.. Einzig
von den transfer-RNA-Molekülen (t-RNA)
fehlen einige Typen, nämlich die, welche
im Ribosom mit einem der folgenden
Triplette (Anticodons) an die mRNA koppeln:
AAG, GCU, UUU und CAC
Das herzustellende Protein besteht aus
lauter Wiederholungen der AminosäurenAbfolge:
...Asp – Thr – Gly – Pro...
Kann das Protein hergestellt werden?
Antwort (ja / nein):
Begründung:
3
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Lösungen zu den Musteraufgaben:
Evolution
P
1
•
A und B
•
•


Das Tier besitzt Merkmale von 2 systematischen Grossgruppen
hier: Reptilien bzw. Vögel
er ist ein evolutives Bindeglied zwischen systemat. Grossgruppen
Bezeichnung „Brückentier“ ist nachvollziehbar
1P
0.5P
0.5P
0.5P
•
•
Rudimente
Beispiel: Nickhaut im Auge / Ohrmuskeln / Wurmfortsatz / ...
0.5P
0.5P
2.5
1
Anatomie und Physiologie des Menschen
P
Die Segelklappen garantieren...
A
B
C
...die Blutsortentrennung im Herzen
...die vollständige Entleerung der Herzvorhöfe
...dass das Blut in den Venen in Richtung Herz strömt
D
...dass das arterielle Blut während der Kammer-Systole nur über die Aorta ausgestossen wird
E
...dass venöses Blut im Lauf der Vorhof-Diastole ausschliesslich in die Vorhöfe einströmt
2
Ökologie
Biocönose:
•
Menschen, Darmbakterien etc. (allg. Organismen)
Biotop:
•
Stühle, Tische, Lampen (allg. unbelebte Teile im Ökosystem)
P
1P
1P
Beurteilung Brutto-Primärproduktion (BPP) = 0:
•
BPP = die gesamte, durch Fotosynthese in einem bestimmten Zeitraum produzierte
Biomasse (an sich kommt die Chemosynthese dazu, ist aber nicht Prüfungsstoff)
1P
•
falls im Prüfungszimmer keine grünen Pflanzen vorhanden sind, ist die BPP = 0
•
andernfalls ist die BPP ≠ 0 (bzw. ≥ =0)
1P
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Die Zelle – Grundbaustein des Lebens
P
Skizzenmerkmale:
•
Anaphase Reifeteilung 1: 4 Skizzenmerkmale, je 0.5P
2P
• insgesamt 4 Chromosomen in der Zelle gezeichnet
• je 2 von gleicher Länge (Grösse),
• die Chromosomen sind 2-chromatidig (verbunden am Centromer)
• Verteilung: je 1 längeres und ein kürzeres auf jeder Seite der Äquatorialebene
•
Anaphase Reifeteilung 2: 2 Skizzenmerkmale, je 0.5P
1P
• nur 2 Chromosomen in der Zelle gezeichnet (oder Zelle halbiert und je 2 Chromosomen gezeichnet)
• die Chromosomen sind 1-chromatidig
bei beiden Reifeteilungen:
• Lage der Chromosomen: links und rechts der Zellmitte (Äquatorialebene)
Anzahl genetisch verschiedener Keimzellen ohne Crossing-over.:
•
Kerngedanke: 2n Varianten

bei n = 2: 22 = 4 Varianten
0.5P
5.5
0.5P
0.5P
mit Crossing-over.:
•
Crossing-over. erzeugt neue Kombinationen (Rekombination)
0.5P

Anzahl Varianten mit Crossing-over. höher als
2n
0.5P
Anatomie und Physiologie des Menschen
P
•
Kurzsichtigkeit
Seheindruck rechtes Auge im Vergleich zum linken:
•
unscharf
•
heller (offene Pupille!)
0.5P
0.5P
0.5P
Augenteile:
•
Hornhaut (nach links gewölbt)
•
Linse (rechts der Iris!)
0.5P
0.5P
4
Strahlengang (Skizzenmerkmale):
•
Strahlenbündel durch den ganzen Linsendurchmesser
0.5P
•
hypothetischer Auftreffpunkt der Strahlen = Verlängerung des Zentralstrahls von P
durch Linsenmittelpunkt
0.5P
•
Auftreffpunkt VOR der Netzhaut (Augapfel zu lang)
0.5P
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Genetik
•




tRNA:
AAG / GCU / UUU / CAC
mRNA:
UUC / CGA / AAA / GUG
Aminosäuren: Phe / Arg / Lys / Val
keine dieser Aminosäuren kommt im herzustellenden Protein vor
ja, Protein kann hergestellt werden
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P
1P
1P
0.5P
0.5P
3
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