Schulinterner Lehrplan: Matrix für die Planung
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Schulinterner Lehrplan: Matrix für die Planung kompetenzorientierten Unterrichts im Fach Biologie Unterrichtsvorhaben: Kein Leben ohne Zelle I – Wie sind Zellen aufgebaut und organisiert? Kontext: Kein Leben ohne Zelle Inhaltsfeld: IF1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Zellaufbau Stofftransport zwischen Kompartimenten (Teil1) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl K1 Dokumentation Zeitbedarf: 8 Std. je 60 Minuten Voraussetzungen: Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Kennzeichen des Lebens Aufbau und Benutzung von Lichtmikroskop, Aufbau Zelle Zellorganellen Weiterentwicklung von Mikroskopen beschreiben Aufbau und Funktion der Zellorganellen und erläutern die Bedeutung der Zellkompartimentierung für die Bildung unterschiedlicher Reaktionsräume innerhalb einer Zelle (UF3, UF1), stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs zum Zellaufbau durch technischen Fortschritt an Beispielen (durch Licht-, Elektronen- und Fluoreszenzmikroskopie) dar (E7), Methoden-/ Materialien-/ Lernmittelempfehlungen Zwiebel, Mundschleimhaut, Wasserpest u.a. Bioskop alt, S. 14 Bau des Zellmodells (Magnet, Tüte, etc.) Stationenlernen Zellorganellen Gruppenvorträge zu Mikroskoptypen Bioskop S. 11 Aufgabe 3 Verbindliche Absprachen der FK Pro- und Eukaryoten Endosymbiontentheorie beschreiben den Aufbau pro- und eukaryotischer Zellen und stellen die Unterschiede heraus (UF3), präsentieren adressatengerecht die Endosymbiontentheorie mithilfe angemessener Medien (K3, K1, UF1), Vom Einzeller zum Vielzeller Zelle, Gewebe, Organ ordnen differenzierte Zellen auf Grund ihrer Strukturen spezifischen Geweben und Organen zu und erläutern den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion (UF3, UF4, UF1), Partnerpuzzle (Experte für Prokaryoten + Eukaryoten) Tabelle als Sicherung Plakat zur Theorie erstellen und präsentieren Lehrervortrag, arbeitsteilige Mitschrift Puzzle mit spezialisierter Zelle, Gewebe und Organ Bioskop S. 21, Aufgabe 1 Bioskop S. 20 Abb. 1 als Sicherung Unterrichtsvorhaben: Kein Leben ohne Zelle I – Welche Bedeutung haben Zellkern und Nukleinsäuren? Kontext: Kein Leben ohne Zelle Inhaltsfeld: IF1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DANN Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF4 Vernetzung K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Zeitbedarf: 9 Std. je 60 Min Voraussetzungen: Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Zellkern und seine Funktion Mitose mit besonderer Betrachtung der Interphase Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans benennen Fragestellungen historischer Versuche zur Funktion des Zellkerns und stellen Versuchsdurchführungen und Erkenntniszuwachs dar (E1, E5, E7), werten Klonierungsexperimente (Kerntransfer bei Xenopus) aus und leiten ihre Bedeutung für die Stammzellforschung ab (E5), Methoden-/ Materialien-/ Lernmittelempfehlungen begründen die biologische Bedeutung der Mitose auf der Basis der Zelltheorie (UF1, UF4), erläutern die Bedeutung des Cytoskeletts für (den intrazellulären Transport und) die Mitose (UF3, UF1). Aufbau der DNA erklären den Aufbau der DNA mithilfe eines Strukturmodells (E6, UF1). Verbindliche Absprachen der FK Wiederholung wissenschaftlicher Arbeitsweisen (von der Hypothese zur Deutung) am Beispiel der Versuche mit z.B. Acetabularia Betrachtung und Auswertung der Transplantationsexperimente mit Xenopus Eventuell Mikroskopie von Zwiebelwurzelspitzen und Zuordnung der lichtmikroskopischen Bilder zu den Mitosephasen DNA-Gehalt des Zellkerns in der Zelle während der Mitosestadien Film zur Mitose der Zelle (mit Mitschrift und anschließender schriftlichen Überprüfung) Differenzierung der Begriffe Chromatin, Chromatid, Chromosom DNA-Modell der Doppelhelix, ggf.Magnetmodelle, Wäscheklammermodell Erkenntnisse von Meselson und Stahl Nur modellhafte Erarbeitung von Aufbau der DNA DNA-Replikation beschreiben den semikonservativen Mechanismus der DNA-Replikation (UF1, UF4). Film zur Replikation (Sammlung Biologie) Zellkulturtechnik zeigen Möglichkeiten und Grenzen der Zellkulturtechnik in der Biotechnologie und Biomedizin auf (B4, K4). Möglichkeit der Kultivierung von Zellen auf Nährmedien Gruppenvorträge zur Nutzung künstlich-hergestellter Zellen anstelle von Tierversuchen (für die Herstellung von Impfstoffen, Insulin oder Medikamententests) und Replikation (Komplememtarität) Unterrichtsvorhaben: Kein Leben ohne Zelle I – Erforschung der Biomembran – Welche Bedeutung haben technischer Fortschritt und Modelle für die Forschung? Kontext: Kein Leben ohne Zelle Inhaltsfeld: IF1 (Biologie der Zelle) Inhaltliche Schwerpunkte: Biomembranen Stofftransport zwischen den Kompartimenten (Teil 2) Zeitbedarf: 9 Std. mal 60 Min Voraussetzungen: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation E3 Hypothese E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Methoden-/ Materialien-/ Lernmittelempfehlungen Plasmolyse führen mikroskopische Untersuchungen zur Plasmolyse hypothesengeleitet durch und interpretieren die beobachteten Vorgänge (E2, E3, E5, K1, K4) Mikroskop Experimente mit roter Zwiebel, Versuchsprotokoll Animationen und Lehrfilme Brown'sche Molekularbewegung (physics-animations.com) Brown'sche Molekularbewegung Osmose & Diffusion führen Experimente zur Diffusion und Osmose durch und erklären diese mit Modellvorstellungen auf Teilchenebene (E4, E6, K1, K4) Diffusion: Kaliumpermanganat, Parfüm / Orangen Zeitungsartikel: Mord durch Salz Osmose: Kartoffel- Experimente mit Zucker, Salz und Stärke recherchieren Beispiele der Osmose und Osmoregulation in unterschiedlichen Quellen und dokumentieren die Ergebnisse in einer eigenständigen Zusammenfassung (K1, K2) Informationstexte (z.B. Süßwasser- und Salzwasserfische, kontraktile Vakuole) Lernplakat erstellen, kriteriengeleitete Bewertung Verbindliche Absprachen der FK Aufbau und Eigenschaften von Lipiden und Phospholipiden Erforschung der Biomembran (historischgenetischer Ansatz) ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine, Nucleinsäuren) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3) stellen den wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs zum Aufbau von Biomembranen durch technischen Fortschritt an Beispielen dar und zeigen daran die Veränderlichkeit von Modellen auf (E5, E6, E7, K4) Sandwich-Modelle Fluid-Mosaik-Modell Dynamischstrukturiertes Lipidmodell Puzzle zu Membranmodellen Informationen zur Erkenntnisgewinnung: Versuche von Gorter und Grendel mit Erythrozyten (1925) - Bilayer-Modell Erste Befunde durch die Elektronenmikroskopie (G. Palade, 1950er) Erste Befunde aus der Biochemie (Davson und Danielli, 1930er) Abbildung der Gefrierbruchtechnik Bilayer-Modell Kohlenhydrate in der Biomembran Markierungsmethoden zur Ermittlung von Membranmolekülen Proteinsonden Experiment mit Rotkohl Puzzle zu Phospholipiden in Wasser recherchieren die Bedeutung und die Funktionsweise von Tracern für die Zellforschung und stellen ihre Ergebnisse graphisch und mithilfe von Texten dar (K2, K3) Checkliste: Internetquellen richtig belegen Internetrecherche zur Funktionsweise von Tracern recherchieren die Bedeutung der Außenseite der Zellmembran und ihrer Oberflächenstrukturen für die Zellkommunikation (u. a. Antigen-AntikörperReaktion) und stellen die Ergebnisse adressatengerecht dar (K1, K2, K3) z.B. Lipid-Rafts Passiver Transport Aktiver Transport beschreiben Transportvorgänge durch Membranen für verschiedene Stoffe mithilfe geeigneter Modelle und geben die Grenzen dieser Modelle an (E6) erläutern die membranvermittelten Vorgänge der Endo- und Exocytose (u.a. am Golgi-Apparat) (UF1, UF2) reale Beispiele Pappmodelle zu Carriern Modell zur Exocytose: Reis + Watte Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe, KLP-Überprüfungsform: „Beurteilungsaufgabe" und „Optimierungsaufgabe" (z.B. Modellkritik an Modellen zu Biomembran oder Transportvorgängen) zur Ermittlung der Modell-Kompetenz (E6) KLP-Überprüfungsform: „Dokumentationsaufgabe" und „Reflexionsaufgabe" (Portfolio zum Thema: „Erforschung der Biomembranen") zur Ermittlung der Dokumentationskompetenz (K1) und der Reflexionskompetenz (E7) Leistungsbewertung: • ggf. Klausur Unterrichtsvorhaben: Enzyme im Alltag - Welche Rolle spielen Enzyme in unserem Leben? Kontext: Enzyme im Alltag Inhaltsfeld: IF2 (Energiestoffwechsel) Inhaltliche Schwerpunkte: Enzyme Zeitbedarf: 14 Std. je 60 Minuten Voraussetzungen: ? Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: E2 (Wahrnehmung und Messung) E4 (Untersuchungen und Experimente) E5 (Auswertung) Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Methoden-/ Materialien-/ Lernmittelempfehlungen Aufbau von Proteinen und Sacchariden - ordnen die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, [Lipide, Proteine, Nucleinsäuren]) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zu und erläutern sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften (UF1, UF3). Einstiegsversuch: Stärkeabbau durch Amylase im Speichel Bedeutung von Enzymen beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6). Wirkung und Funktion von Enzymen Beeinflussung der Enzymaktivität erläutern Struktur und Funktion von Enzymen und ihre Bedeutung als Biokatalysatoren bei Stoffwechselreaktionen (UF1, UF3, UF4) stellen Hypothesen zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren auf und überprüfen sie experimentell und stellen sie graphisch dar (E3, E2, E4, E5, K1, K4). Aufbau von Enzymen mit Hilfe eines Tafelmodells/Pappmodell; Ablauf einer enzymatischen Reaktion; Enzym-Substrat-Komplex (Enzymgleichung), Wirkungsspezifität Versuche zur Wirkungsweise von Enzymen (Peroxidase und Kartoffeln, Urease und Harnstoff, etc.) beschreiben und interpretieren Diagramme zu enzymatischen Reaktionen (E5). Kohlenhydratklassen und ihr Vorkommen Perlschnurmodell "Proteinstrukturen" 1. Temperatur (RGT-Regel) 2. pH-Abhängigkeit 3. Substratkonzentration (Michaelis-Menten-Konstante) 4. Denaturierung (z.B. durch Schwermetalle) experimentell und mit Hilfe geeigneter Diagramme und Beispielversuche überprüfen und auswerten Verbindliche Absprachen der FK Regulation der Enzymaktivität Nutzung von Enzymaktivität in Alltag und Technik beschreiben und erklären mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung (E6). recherchieren Informationen zu verschiedenen Einsatzgebieten von Enzymen und präsentieren und bewerten vergleichend die Ergebnisse (K2, K3, K4). Kompetitive, nicht- kompetitive Hemmung, irreversible und Endprodukthemmung Internetrecherche und Präsentation zur Bedeutung von Enzymen in Alltag und Technik geben Möglichkeiten und Grenzen für den Einsatz von Enzymen in biologisch-technischen Zusammenhängen an und wägen die Bedeutung für unser heutiges Leben ab (B4). (Enzyme in Waschmitteln und ihre Wirkung auf den menschlichen Körper) Unterrichtsvorhaben: Biologie und Sport – Welchen Einfluss hat körperliche Aktivität auf unseren Körper? Kontext: Kein Leben ohne Zelle Inhaltsfeld: IF2 (Energiestoffwechsel) Inhaltliche Schwerpunkte: Dissimilation Körperliche Aktivität und Stoffwechsel Zeitbedarf: XX Std. mal 60 Min Voraussetzungen: Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Welche Veränderungen können während und nach körperlicher Belastung beobachtet werden? Belastungstest Schlüsselstellen der körperlichen Fitness Wie reagiert der Körper auf unterschiedliche Belastungssituationen und wie unterscheiden sich verschiedene Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF3 (Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen) B1 (bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen Zusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralische Bewertungskriterien angeben) B2 (in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen Entscheidungsmöglichkeiten kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begründeten Standpunkt beziehen) B3 (in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösungen darstellen) Methoden-/ Materialien-/ Lernmittelempfehlungen Selbstbeobachtungsprotokoll zu Pulsschlag, Atemfrequenz, Blutdruck Linder Schwerpunktmaterial: Energieverbrauch eines Schülers auf dem Trimmrad, S 12 Natura Stoffwechsel: Training verändert den Zellstoffwechsel; S. 89 erläutern den Unterschied zwischen roter und weißer Muskulatur (UF1). präsentieren unter Einbezug geeigneter Medien und unter Verwendung einer korrekten Fachsprache die aerobe und anaerobe Energieumwandlung in Abhängigkeit von Partnerpuzzle mit Arbeitsblättern zur roten und weißen Muskulatur und zur Sauerstoffschuld; Linder Schwerpunktmaterial S. 15, Faserverteilung und Sport Bildkarten zu Muskeltypen und Sportarten Verbindliche Absprachen der FK körperlichen Aktivitäten (K3, UF1). Muskelgewebe voneinander? Linder Schwerpunktmaterial, S. 14: Ausdauertraining als Methode & S. 11, Energieversorgung des Muskels Sauerstoffschuld, Energiereserve der Muskeln, Glykogenspeicher Lactat-Test Milchsäure-Gärung überprüfen Hypothesen zur Abhängigkeit der Gärung von verschiedenen Faktoren (E3, E2, E1, E4, E5, K1, K4). Experimente mit Sauerkraut (u.a. pH-Wert) stellen Methoden zur Bestimmung des Energieumsatzes bei körperlicher Aktivität vergleichend dar (UF4). Film zur Bestimmung des Grund- und Leistungsumsatzes Film zum Verfahren der Kalorimetrie (Kalorimetrische Bombe / Respiratorischer Quotient) Welche Faktoren beeinflussen den Energieumsatz und welche Methoden helfen bei der Bestimmung? Energieumsatz (Grundumsatz und Leistungsumsatz) Direkte und indirekte Kalorimetrie Welche Faktoren spielen eine Rolle bei körperlicher Aktivität? Sauerstofftran sport im Blut Sauerstoffkonz entration im Blut Erythrozyten Hämoglobin/ Myoglobin Bohr-Effekt Diagramme zum Sauerstoffbindungsvermögen in Abhängigkeit verschiedener Faktoren (Temperatur, pH-Wert) und Bohr-Effekt Wie entsteht und wie gelangt die benötigte Energie zu unterschiedlichen Einsatzorten in der Zelle? NAD+ und ATP Wie entsteht ATP und wie wird der C6-Körper abgebaut? Tracermethode Glykolyse Zitronensäurezyklus Atmungskette erläutern die Bedeutung von NAD+ und ATP für aerobe und anaerobe Dissimilationsvorgänge (UF1, UF4). Wiederholung: NAD+ als Coenzym Arbeitsblatt mit Modellen / Schemata zur Rolle des ATP: Stationenlernen Fotosynthese präsentieren eine Tracermethode bei der Dissimilation adressatengerecht (K3). Bioskop Jg. 11 neu, S. 102 Die Tracermethode und ihr Einsatz in der Forschung erklären die Grundzüge der Dissimilation unter dem Aspekt der Energieumwandlung mithilfe einfacher Schemata (UF3). Arbeitsblatt mit histologischen ElektronenmikroskopieAufnahmen und Tabellen beschreiben und präsentieren die ATP-Synthese im Mitochondrium mithilfe vereinfachter Schemata (UF2, K3). Informationstexte und schematische Darstellungen zu Experimenten von Peter Mitchell (chemiosmotische Theorie) zum Aufbau eines Protonengradienten in den Mitochondrien für die ATP-Synthase (vereinfacht) Wie funktional sind bestimmte Trainingsprogramme und Ernährungsweisen für bestimmte Trainingsziele? Ernährung und Fitness Kapillarisierung Mitochondrien erläutern unterschiedliche Trainingsformen Fallstudien aus der Fachliteratur -> Sportkollegen ? adressatengerecht und begründen sie mit Bezug auf die Trainingsziele (K4). Glycogenspeicherung Myoglobin erklären mithilfe einer graphischen Darstellung die zentrale Bedeutung des Zitronensäurezyklus im Zellstoffwechsel (E6, UF4). Arbeitsblatt mit einem vereinfachten Schema des Zitronensäurezyklus und seiner Stellung im Zellstoffwechsel (Zusammenwirken von Kohlenhydrat, Fett und Proteinstoffwechsel) Wie wirken sich leistungssteigernde Substanzen auf den Körper aus? Formen des Dopings Anabolika EPO … nehmen begründet Stellung zur Verwendung leistungssteigernder Substanzen aus gesundheitlicher und ethischer Sicht (B1, B2, B3). Anonyme Kartenabfrage zu Doping Informationstext zu Werten, Normen, Fakten Informationstext zum ethischen Reflektieren (nach Martens 2003) Exemplarische Aussagen von Personen Informationstext zu EPO Historische Fallbeispiele zum Einsatz von EPO (Blutdoping) im Spitzensport Weitere Fallbeispiele zum Einsatz anaboler Steroide in Spitzensport und Viehzucht Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: „Bewertungsaufgabe“ zur Ermittlung der Entscheidungskompetenz (B2) und der Kriterienermittlungskompetenz (B1) mithilfe von Fallbeispielen
