Lehrplan : Biologie - Physik - Chemie
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Biologie Orientierungsstufe Fische - Amphibien - Reptilien Fische sind an das Leben im Wasser angepasst Amphibien verändern sich bei der Entwicklung vom Wasser- zum Landtier Flossen- und Schwimmbewegungen Schwimmblase Kiemenbau und Kiemenatmung Stromlinienkörper Schuppen und Schleimüberzug vollkommene Verwandlung Laich - Larve/ Kaulquappe Frosch Haut- und Lungenatmung Biotop- und Artenschutz Trocken- und Feuchträume - Lebensräume Fischsterben und Gewässerschutz von Fischen, Amphibien und Reptilien - sind Frosch- und Krötenwanderung gefährdet Vogelschutz Biotop- und Artenschutzmaßnahmen können Biotopschutz Vogelbestände stabilisieren Artenschutz Einrichten und Betreuen eines Aquariums (Goldfisch) Untersuchen und Präparieren eines Fisches (Schleim, Schuppen, Kiemen, Flossen, Seitenlinie, Schwimmblase, Skelett) Modellexperiment: Cartesianischer Taucher Kontakt zum örtlichen Angelverein Beobachtungen am (Schul-) Tümpel/Teich Auffinden und Beschreiben von natürlichen, z. T. nur zeitweise bestehenden Lebensräumen (Protokolle anfertigen) Neben Grasfrosch und Erdkröte Übersicht über die Frosch- und Schwanzlurche der Heimat Notwendigkeit des Tierschutzes, z.B. auch im Hinblick auf die Nutzung von Fischen und Fröschen als Nahrung für den Menschen Einsatz von Presseartikeln Kontakte, Zusammenarbeit mit Behörden, Vereinen und Naturschutzgruppen Bestehende Biotope pflegen und neue anlegen (z. B. Hecke, Blumenwiesen) Maßnahmen des Vogelschutzes durchführen (Nistkästen, Lehmpfützen, Kunstnester, ...) ... Beobachten/ Zählen/ Filmen von Wasservögeln an Überwinterungsplätzen, ... Physik/ Chemie Orienterungsstufe Experimente mit dem elektrischen Strom Leiter und Nichtleiter Metalle, Leitungswasser, Mensch Isolatoren Strommessgerät als Blackbox Der Begriff Leitfähigkeit genügt. Flüssigkeitsthermometer, Fixpunkte Celsiusskala, Anomalie des Wassers Eichung eines Thermometers, Aufnehmen einer Messreihe Wasserkreislauf Sammeln und Erweitern von Vorkenntnissen -> Bi, Ek Deutung mit dem Teilchenmodell Wassernachweis in Pflanzen, Lebensmitteln (mit Indikatoren wie z.B.Kupfersulfat, Kobaltchlorid, Silicagel), Trocknen als Konservierungsmethode Wasseruhr, Wasserrechnung Ermittlung des persönlichen und schulischen Wasserverbrauchs Experimente aus der Wärmelehre Verhalten der Körper bei Temperaturänderung Volumenänderung bei Flüssigkeiten Experimente mit Wasser Vorkommen von Wasser Aggregatzustände Wassernachweis Bedeutung von Wasser Wasserbedarf Wasserverschmutzung, Wasserreinigung Trinkwasser, Brauchwasser, Abwasser Güteklassen, Bioindikatoren/Leitorganismen ->Bio unterschiedliche Anforderungen von Lebewesen an Wasser Einleiten von Abwässern Suspension, Emulsion, Lösung Reinstoff - Stoffgemisch Überdüngung, Ölkatastrophen Trennverfahren Dekantieren Filtrieren Zusammenhang Teilchengröße/Filterporen Außerschulische Partner: z. B. Feuerwehr, Kläranlage Vorschläge für projektorientiertes Arbeiten: Untersuchung von Wasserproben aus der Umgebung (Bach, Fluss, Leitungswasser) Konservierung von Lebensmitteln gestern und heute Bachpatenschaften Wasserrechnung Gewinnung von Trinkwasser Experimente mit Luft Vorkommen der Luft Erdatmosphäre, Wasser, Boden -> Bio, Ek Biologie Mittelstufe Pflanzen und Tiere und ihre Wechselbeziehungen in einem Ökosystem Pflanzen und Tiere des Waldes sind an Pflanzen sind abhängig von Versuche zur Leitung von Farblösungen ihren Lebensraum angepasst ... - Boden Verankerung im Boden Wettbewerb um ... [Mineralsalze, Anmerkung des Herausgebers] Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen, Transpiration - Klima tropischer Regenwald nördlicher Nadelwald sommergrüner Laubwald ... durchführen Blattepidermis und Spaltöffnungen mikroskopieren und zeichnen Moose als Wasserspeicher Versuche zur Wasserspeicherfähigkeit von Weiß- oder Torfmoos in Gruppen durchführen lassen Bedeutung der tropischen Wälder für das Weltklima Vgl. Lehrplan ITG Der Wald ist ein Lebensraum von großer Bedeutung Bedeutung für den Naturhaushalt Transpiration (Messdatenerfassung) Kühlung, Wolkenbildung Luftzirkulation, Wasserspeicher, Grundwasser Forstwirtschaftliche Bedeutung Humanökologische Bedeutung Unseren Wäldern drohen viele Gefahren Weltweite Bedrohung und Zerstörung der Wälder Neuartige Waldschäden in Europa Raubbau an tropischen, nordamerikanischen und sibirischen Wäldern Zusammenhang der Lebensweise des einzelnen mit globalen Problemen verdeutlichen Wir sind Täter und Opfer zugleich Presseartikel u. ä. zusammentragen und eine Ausstellung in Gemeinschaftsarbeit vorbereiten und präsentieren Chemie Mittelstufe 8.1 Stoffe und ihre Eigenschaften - fähig sein, Gemische und Reinstoffe zu unterscheiden; Gemenge, Suspension, Rauch, Emulsion, Nebel, Schaum, Lösung, Legierung heterogen, homogen Filtration Destillation - verstehen, dass Trennverfahren auf Stoffeigenschaften beruhen; SÜ: Sieben, Dekantieren, Sedimentieren, Zentrifugieren, Abdampfen, Extraktion, Kristallisation, Adsorption, Chromatografie, (z.B.chromatografische Trennung von Farbstoffgemischen AU: Müllsortierung; Kaffee- und Teekochen; Staubsauger; Abzugshauben; Wäscheschleuder; Aquarienfilter; Schutzmasken; Salzgewinnung; Ölabscheider; Schmutzwasserreinigung; Abgasfilter; Destillation von Alkohol; Goldwäsche - Einblick in die Bedeutung von Trennverfahren gewinnen. 8.3 Chemische Reaktionen I ... - entsprechende Reaktionen als Oxidation, Reduktion und Redoxreaktion kennen; - wissen, dass Metalloxide und Nichtmetalloxide mit Wasser unterschiedlich reagieren; AU: Leitungs- und Mineralwasser; Spray; Zigarettenrauch; Emulgatoren; Sauerstoffgehalt in Gewässern ... Oxidations- und Reduktionsmittel Analyse von Wasser; Eigenschaften des Wasserstoffs alkalische und saure Reaktionen Säure-/Base-Indikatoren ... V: Reduktion des Wassers mit Magnesium AU: Rosten, Stoffwechsel ausschließlich phänomenologische Betrachtung pH-Wert SÜ: Untersuchung von Stoffen des täglichen Lebens mit Indikatoren (Rotkohlsaft, Lackmus, Phenolphthalein, Bromthymolblau) AU: saure und alkalische Stoffe (z.B. Reiniger, Abbeizmittel) 9.1 Chemische Reaktionen II - fähig sein, Volumenverhältnisse bei Gasreaktionen mit dem Gesetz von Avogadro zu deuten; 10.1 Chemische Bindung - Ionenbindung und Elektronenpaarbindung fähig sein, polare und unpolare Bindungen zu unterscheiden und Einblick in den räumlichen Bau von Molekülen gewinnen. 10.2 Säuren, Basen, Salze Die Schüler/Schülerinnen sollen - einen Überblick über Darstellungsmöglichkeiten und Bedeutung von Laugen gewinnen; - Überblick über Darstellungsmöglichkeiten und Bedeutung von Säuren gewinnen; Molekül, Molekülformel, Mol, molare Masse, molares Volumen, Zweiatomigkeit elementarer Gase V: quantitive Wasseranalyse und -synthese SÜ: Formulierung weiterer Reaktionsgleichungen (Index, Koeffizient) Gay-Lussac, Alexander von Humboldt Gase (g), Flüssigkeiten (1) bestehen aus Molekülen, die Formel gibt die Zusammensetzung eines Teilchens an; die Formel X(s) gibt die Zusammensetzung einer "Baueinheit" an Dipol, Ladungsverteilung, Elektronegativität, Bindungswinkel HC1-, H O-, NH - und CH Molekül Veranschaulichung durch Modelle, z.B. Elektronenpaarabstoßungsmodell V: Ablenkung von Flüssigkeiten durch geladenen Kunststoffstab Reaktionen von Metallen bzw. Metalloxiden mit Wasser: Natronlauge, Kalilauge, Kalkwasser, Barytwasser Abstufung der Reaktivität der Alkali- bzw. Erdalkalimetalle mit Wasser Hydroxid-Ion Reaktion von Nichtmetalloxiden mit Wasser: Schweflige Säure, vgl. 8.3 SÜ: pH-Messung; Leitfähigkeitsmessung; Nachweis von CO AU: Laugenbrezel Rohrreiniger, Flaschenreinigung Seifen-, Papierherstellung 2 3 4 2 vgl. 8.3 SÜ: pH-Messung; Leitfähigkeitsmessung; Schwefelsäure, Kohlensäure Salpetersäure und Phosphorsäure - fähig sein, die Säure/Base-Theorie nach Brönsted anhand der Reaktionen von Chlorwasserstoff bzw. Ammoniak mit Wasser nachzuvollziehen und auf weitere Reaktionen zu übertragen; - Die Neutralisation und ihre Bedeutung kennen; Protolyse, Donator/AkzeptorPrinzip, Oxoniumion (H O ) Hydroniumion (H O aq.) Ammoniumion, Säure/BasePaar, Ampholyt ein- und mehrprotonige Säuren Titration, Molarität, Ionenbeweglichkeit, Computermessdatenerfassung - Überblick über Darstellung wichtiger Salze durch Neutralisation gewinnen und deren Bedeutung kennen; - Überblick über den Kalkkreislauf in Natur und Technik erhalten; Chloride, Sulfate, Nitrate, Acetate, Phosphate, Carbonate - Überblick über Entstehung und Auswirkungen von natürlichen und anthropogenen SchwefeldioxidEmissionen haben. Emission, Immission Korrosion 3 Reaktion mit unedlen Metallen informelle Einführung Ätzradierung (BK) AU: Reiniger, Saurer Regen, Konservierungsmittel, technische Herstellungsverfahren vgl.9.2 + 3 + Hydrogencarbonat, Wasserhärte, gebrannter/gelöschter Kalk, Luftmörtel SÜ: Neutralisation mit Indikatoren bzw. Leitfähigkeitsmessung (vgl. LP ITG) AU: Sodbrennen; Neutralisation saurer/ alkalischer Böden; Entsorgung durch Neutralisation SÜ: qualitativer Nachweis von Chlorid(vgl. 9.2), Sulfat-, Carbonationen AU: Fällung toxischer Ionen Reinigungs-Konservierungsmittel Gips als Abfallprodukt SÜ: Gesamthärtebestimmung AU: Herstellung von gebranntem/ gelöschtem Kalk, Kalkmörtel Wasserenthärtung, Entkalker AU: Saurer Regen als Mitverursacher des Waldsterbens Rauchgasentschwefelung 10.3 Einführung in die Kohlenstoffchemie - Kohlenwasserstoffe und Derivate - die Reaktion von Alkanen mit Halogenen Substitutionsreaktion kennen und einen Einblick in die Umweltrelevanz der Reaktionsprodukte haben; - Einblick in Eigenschaften, Struktur und ... Hydroxygruppe Bedeutung der Alkohole haben. Siedetemperatur, Löslichkeit, Wasserstoffbrückenbindung Glykol, Glycerin als Beispiele für mehrwertige Alkanole AU: CFKW-Problematik, Lösemittel, Pflanzenschutzmittel SÜ: Alkoholische Gärung AU: Gärung, Genussmittel, Droge; Flambieren, Toxizität Frostschutzmittel Vorschläge für projektorientiertes Arbeiten: 10.2 • Kein Winter ohne Sauerkraut - Konservierung von Lebensmitteln (Bi) • Putzfimmel? - Reinigungsmittel/Hygiene (Bi) 10.3 • Auto fahren um jeden Preis? - Fossile und alternative Energieträger, Rohstoffknappheit - Umweltschutz (Ek, G, Ph) Physik Mittelstufe 9/1 Mechanik II 4. Aufbau und Eigenschaften der Körper Aggregatzustände, Teilchenmodell Grundeigenschaften von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen Einfaches Teilchenmodell erarbeiten und wesentliche Körpereigenschaften damit erklären -> Lehrplan Physik/Chemie Orientierungsstufe 5.3 Das Wasser 5. Druck in Flüssigkeiten Kolbendruck Schweredruck Auftrieb, Gesetz des Archimedes Projektvorschläge - Bau eines Druckmessers - Auftrieb und Tauchen - Bau eines Heißluftballons - Pumpen - Wasserversorgung Druckzustand eigenständig einführen p = F/ A, Hydraulische Presse, Messgeräte Deduktion der Formel p = £l g h Hydrostatisches Paradoxon, U-Rohr-Manometer Sinken, Schweben, Schwimmen -> Sp, Bio ->Ge ->Ge -> Ch, Sk, Bio Teilchenmodell verwenden Gelegenheit für induktive und deduktiv Methode z.B. Barometer, Tiefenmesser Basteln eines kartesianischen Tauchers Montgolfier Luftpumpe, Wasserpumpe außerschul. Partner 9/2 Kalorik 1. Temperatur Temperatur und ihre Messung Ausdehnung von festen und flüssigen Körpern bei Erwärmung 2. Innere Energie Temperatur und Teilchenbewegung Innere Energie Zusammenhang zwischen Energieübertragung und Temperaturänderung Änderung des Aggregatzustandes Wiederholung aus der Orientierungsstufe experimentelle quantitative Behandlung der Längenausdehnung, nur Formel ... , Anomalie des Wassers -> Lehrplan P/C 5/6 -> Bio: Leben im Wasser Mikroskopische Deutung der Temperatur durch die ungeordnete Teilchenbewegung Bestimmung einer spezifischen Wärmekapazität durch Versuche zur Reibungsarbeit -> Ch: Teilchenmodell Brownsche Bewegung -> Umwelt: Wärmespeicher Wasser, Sonnenkollektoren -> Ek: Klima Bestimmung einer spezifischen Umwandlungsenergie Verallgemeinerung unter Einbeziehung der inneren Energie 3. Wärmeenergiemaschinen ..., Abwärmeproblem 4. Projektvorschläge Wetter -> Bio, Ek Historische Entwicklung der Energiewandler -> Ge, Ch, Ek, Umwelt Regenerative Energien -> Ch, Ek, Sk, Ge, Umwelt 10/1. Radioaktivität Strahlenbelastung 2. Projektvorschläge Kernreaktor [Erwärmung von Oberflächengewässern, Ergänzung des Herausgebers] -> Problematik, Ressourcenschonung -> Klimaschädigung -> Energieversorgungsunternehmen -> Bio: Zusammenarbeit mit dem Biologielehrer -> Umwelt: Schäden durch ionisierende Strahlen [Kontamination von Oberflächengewässern und Meeren durch Nutzung und Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen, Ergänzung des Herausgebers] Leichtwasserreaktor, ... -> Sozialkunde: Soziale Konsensfragen (Endlagerung, Wiederaufarbeitung, Plutoniumkreislauf) -> Umwelt: ggf. Kraftwerksbesuch Biologie Oberstufe (Grundkurs/ Leistungskurs) 1. Struktur & Funktion lebender Systeme Cytologische Grundlagen Überblick über den Bau der Zelle und grundlegende Wechselwirkungen mit der Umwelt - Licht- und elektronenmikroskopischer Bau der Zelle und ausgewählter Zellorganelle - Biomembranen und Kompartimentierung - Diffusion, Osmose und Plasmolyse - aktive und passive Transportvorgänge Molekulare Grundlagen Überblick über molekulare Strukturen und ihre Funktionen im Organismus - Proteine, Kohlenhydrate, Lipide - Löslichkeit polarer und unpolarer Moleküle - Kondensation und Hydrolyse als biologische Polymerreaktionen - Wasser als Reaktionspartner, Transportund Lösungsmittel - Bau von Enzymen, Substrat- und Wirkungsspezifität Wasserhaushalt Einblick in die Regulation des Wasserhaushaltes eines biologischen Systems, z.B. - Aufnahme, Transport und Abgabe von Wasser und Ionen in Pflanzen, Mikroskopische Übungen; Phänomene und Anwendungsbeispiele aus dem Alltag; die ausführliche Behandlung einzelner Zellorganellen erst im Rahmen der Stoffwechseldynamik und Genetik; TRAUBsche und PFEFFERsche Zelle siehe »Biomembranen«; Vertiefung vgl. »Histologie«, »Biomembranen«, »Elektronenmikroskopie« und »Wasserhaushalt« Baukonzept und Grundreaktionen der Polymeren stehen im Zentrum, keine Umfassende Biochemie; Einbindung Chemischen Wissens in strukturelle und Funktionelle Zusammenhänge lebender Systeme; vgl. »Cytologische Grundlagen«, »Biomembranen«, »Ernährung«; Vernetzung mit »Bioenergetische Grundlagen« und Bausteinen des Leitthemas 2 [Wasser als obilgatorische Gerüststruktur der biologisch bedeutsamen Makromoleküle, Ergänzung des Herausgebers] Streusalzproblematik; kontraktile Vakuolen; Pneuprinzip und hydraulisches Prinzip bei der Formentwicklung; vgl. »Biomembranen«; Anpassungen an unterschiedliche klimatische Bedingungen; Funktion der Transpiration - Aufbau und Funktion der menschlichen Niere Transportvorgänge bei Atmungs- und Ausscheidungsprozessen Chemische Grundlagen Kenntnis biologisch relevanter Elemente und ihrer Bindungsfähigkeit - C, H, O, N, S, P - intra- und intermolekulare Bindungen an wenigen exemplarischen Beispielen Überblick über organische Stoffklassen anhand funktioneller Gruppen 2. Stoffwechsel & Energiefluss lebender Systeme Gärung und Atmung - Theorie Überblick über energieliefernde Reaktionen und Einblick in Mechanismen oxidativer Energiewinnung - Glycolyse - Alkoholische Gärung, Milchsäuregärung - Feinbau der Mitochondrien - Oxidative Decarboxilierung, Citratzyklus und Endoxidation - chemiosmotische Theorie von MITCHELL Gärung und Atmung - Praktikum Erwerb von Kenntnissen und Fertigkeiten zur Planung und Durchführung stoffwechselphysiologischer Experimente - Versuche zur Atmung und Gärung - Beobachtungen und exemplarische Messungen zum Stoffwechsel Wiederholung von Grundwissen aus der Sekundarstufe I; ein einfaches Atommodell reicht (n. KIMBALL oder Elektronenpaarabstoßungsmodell); auf die Anbindung an biologische Fragestellungen ist zu achten; Reaktivität; Löslichkeitsverhalten; Nachweisreaktionen in Naturstoffen [Wasser als Produkt und Substrat bei energetisch relevanten Stoffwechselreaktionen; korrespondierender Redoxpartner Sauerstoff; Ergänzungen des Herausgebers] Energiegewinn durch Gärung und Atmung im Vergleich; vgl. »Sportphysiologie«; auf evolutive Aspekte (EndosymbiontenTheorie) kann eingegangen werden; Aufbau und Nutzung von Konzentrationsunterschieden (Protonen-, pH-Gradienten) über der inneren Mitochondrienmembran; Vergleich mit der Thylakoidmembran, siehe »Photosynthese-Theorie«; zur Vertiefung vgl. »Biotechnologie der Gärung«; »Energiehaushalt« Projektorientierung durch biotechnologische Aspekte, z.B. Wein-, Bier- und Käseproduktion; zusätzliche Betriebsbesichtigungen und Exkursionen auch in Zusammenarbeit mit anderen Fächern; vgl. »Biotechnologie der Gärung«; Nachweis der Atmung bei Pflanzen und Tieren; Nahrungaufnahme bei Kleintieren, Keimung und Wachstum bei Pflanzen; historische Experimente; vgl. »Grund- und Leistungsumsatz« Photosynthese - Theorie Vereinfachter Überblick über Feinbau der Chloroplasten lichtabhängige Reaktionen (Photolyse, NADPH+H+ als Reduktionsäquivalent, Photophosphorylierung, Funktion der Thylakoidmembran) lichtunabhängige Reaktionen Bilanzrechnungen und Wirkungsgrade Energietransformation als Aufbau einer elektrochemischen Potentialdifferenz; Energiefixierung als Speicherung des Wasserstoffs am Kohlenstoffgerüst (CALVINZyklus in Übersichtsdarstellung als CO2-Assimilation unter Verbrauch von ATP und Reduktionsäquivalenten; Regeneration des Akzeptormoleküls); Vernetzung mit »Photosynthese Praktikum«, auch Bausteinen des Leitthemas 3; vgl. »Photosynthese-Spezialisten« lichtinduzierter Protonentransport bei Halobakterium Photosynthese - Praktikum Erwerb praktischer Fähigkeiten zur Untersuchung des phototrophen Stoffwechsels, zur Auswahl stehen: - Isolierung und Versuche mit Blattfarbstoffen; Chromatographie - Absorptions- und Wirkungsspektrum - Mikroskopie des Blattes, Bau der Chloroplasten, Leitgewebe - Photosyntheserate in Abhängigkeit z.B. von Licht, Temperatur, Kohlendioxid Einblick in ernährungsphysiologische Fragen unter energetischen, biochemischen, anatomischen und medizinischen Aspekten - Nährstoffe und Nahrungsmittel Abhängigkeit der Photosynthese von Umweltfaktoren; Diskussion von Standortfaktoren; vgl. »Photosynthese-Spezialisten «; Einsatz von Messgeräten (Photometer, Sauerstoffmessung); Stärkenachweis; Datenerfassung mit dem Computer; zur Einbindung der Photosynthese in ökologische Themen vgl. »Produktionsbiologie«, »Terrestrische« bzw. »Aquatische Ökosysteme« Ernährung Eigene Ernährungsform beurteilen; Bewertungskriterien einer ausgewogenen Ernährung (Benutzung von Datenbanken); Ernährungsprobleme von Industrie- und Entwicklungsländern; biomedizinischer - Verdauung und Resorption - Überernährung, Unterernährung und Mangelernährung Aspekt; vgl. »Grund- und Leistungsumsatz« Exkretion Überblick über Bau und Funktion der menschlichen Niere - Niere, Nephron (Bowmansche Kapsel, Glomerolus, Henlesche Schleife) - Primärharn und Rückresorption Regenerative Energien Einsicht, dass langfristig die Solarenergie eine umweltverträgliche und quasi unerschöpfliche Energieform darstellt - Biomassenutzung, z.B. Biotreibstoffe, nachwachsende Rohstoffe - Photovoltaik- und Solarwasserstofftechnologie als CO2-neutrale »technische Evolution« Anwendungsbeispiel für Osmoregulation, für aktiven und passiven Transport; vgl. Leitthema 1 »Cytologische Grundlagen«, »Wasserhaushalt«; Einfluss von Alkohol und Medikamenten auf die Nierenfunktion; Nierenfunktionsprüfung; Morphologische und physiologische Anpassungen von Säugern in verschiedenen Klimaregionen Globale Energiefragen und Klimaprobleme (Treibhauseffekt); Vernetzung ökologischer und ökonomischer Maßnahmen; fachübergreifendes Projekt: Vergleich technischer und biologischer Problemlösungen bei der Transformation der Sonnenenergie; vgl. auch »Produktionsbiologie«, »Landwirtschaftliche « bzw. »Forstwirtschaftliche Kulturen« [Rolle des Redoxpaars Sauerstoff/ Wasser in der Wasserstofftechnologie; Analogie mit oxidativer Dissimilation und Photosynthese; Ergänzungen des Herausgebers] 3. Umwelt & Innenwelt lebender Systeme Erkundung eines Ökosystems Einblick in Ökosysteme durch die praktische Untersuchung eines Biotops und seiner Biozönose - Messung biotischer und abiotischer Faktoren - Vernetzung der Faktoren im Ökosystem - Biozönose : Aut- und Synökologie Beobachtungen in einem naturnahen oder naturfernen Ökosystem; Tier- und Pflanzenbestimmungen; orientierende Messungen einfacher ökologischer Faktoren, z.B. chemisch-biologische Wasseranalyse, Zeigerwerte nach ELLENBERG; Flechtenkartierung; - Bioindikation im Vergleich mit chemisch-physikalischen Messmethoden vgl. »Aquatische« und »Terrestrische Ökosysteme« bzw. »Urbane Ökosysteme« Dynamik von Ökosystemen Überblick der Struktur und Funktion von Ökosystemen - trophische Struktur (Nahrungsnetze) - Biomasse als Kopplung von Energieflüssen und Stoffkreisläufen - ökologische Prinzipien, z.B. Konkurrenzausschluss, THIENEMANNsche Regeln u.a. - Regulation des Fließgleichgewichts Umweltschutz vor Ort Einblick in Tätigkeiten des Menschen, Ökosysteme zu stören, aber auch verantwortungsbewusst zu erhalten - Kopplung von Ver- und Entsorgung - Notwendigkeit und Grenze des technischen Umweltschutzes - nachhaltige Entwicklung als Ziel einer ökologisch ausgerichteten Ökonomie Mensch und Biosphäre Einsicht, dass nur eine nachhaltige Entwicklung als ökologische Bindung von Natur, Wirtschaft und Menschheit die Erhaltung der Biosphäre in Zukunft sichert - globale Vernetzung der Ökosysteme - Erhaltung der Biodiversität - Kriterien einer ökologisch ausgerichteten Ökonomie - Populationsdynamik am Beispiel der menschlichen Population Vertiefung von Grundlagen aus der Sek. I (Rolle der Produzenten, Konsumenten und Destruenten); begrenzende Faktoren und Kapazität; Modellierung (Kausalketten, Kausalnetze, Regelkreise); halbquantitative Darstellung (Pfeildiagramme); Einsatz graphikorientierter Modellbildungssysteme, z.B. Stella, Modus oder Simulationssoftware Umweltprobleme einer weltweit wachsenden Menschheit lokal thematisieren, z.B. Trinkwassersorgung-Abwasserentsorgung; Besuch von Einrichtungen des Umweltschutzes, handlungsorientierte Beiträge, z.B. die Gestaltung der schulischen Umwelt üben soziales und ökologisches Verhalten ein; vgl. »Urbane Ökosysteme«, »Forstwirtschaftliche Kulturen« Diskussion aktueller Themen, 1998 z.B. Agenda 21 (Riogipfel), Global 2000, Grenzen des Wachstums; Weltmodelle; Diskussion mit Umweltgruppen, Bürgerinitiativen, Parteien u.Ä.; globale Fragen von Industrie-, Entwicklungs- und Schwellenländern; aktuelle Umweltprobleme: vgl. »Atmosphäre als Umwelt« - Weltmodelle, z.B. des Club of Rome Natur- und Kulturlandschaft Wasser u. Salze als Umweltfaktoren Terrestrische Ökosysteme Aquatische Ökosysteme Verständnis entwickeln, dass der Begriff »Natur« und »Kultur« zeitabhängigen Wertungen unterliegt - historisch gewachsene Kulturlandschaften, z.B. Heide, Trockenrasen, Wiese - tradierte Begriffe zur Umweltbeschreibung in biologischer Sicht, z.B. Ungeziefer, Unkraut, Raubtiere Neben der rationalen Erfassung der Landschaft im Rahmen ökologischer Beobachtungen steht die emotionale Bewertung; ästhetische Aspekte der Umwelt lassen sich durch bewusste Wahrnehmung (gr. aisthesis) thematisieren und kritisieren; eine Zusammenarbeit mit dem sprachlichkünstlerischen Aufgabenfeld ist zweckmäßig Einblick in die Wechselbeziehungen von Anbindung an Leitthema 1 und 2 im Wasser , Mineralsalzen und Lebewesen Rahmen - Pflanzen: z.B. Hydro-, Hygro-, Mesound ökologischer Untersuchungen, z.B. Xerophyten; Wassertransport Untersuchung von Querschnitten - Tiere: z.B. Osmoregulation, Exkretion verschiedener - Leben an extremen Standorten z.B. Blatttypen; Lebensformtypen bei Flechten, Halophyten Wasserinsekten; vgl. »Aquatische« oder »Terrestrische Ökosysteme« bzw. »Erkundung eines Ökosystems« Einblick in Struktur und Funktion, Belastung Gefährdung und Erhaltung des Bodens als und Selbstreinigungskraft von Böden Lebensgrundlage; Destruentennahrungsnetz - Aufbau und Erhaltung der Böden; durch BERLESE-Versuch exemplarisch terrestrische Biozönosen zeigen; einfache chemische - Belastung des Bodens durch sauren Bodenuntersuchungen Regen und Niederschlagsmessungen; - Kriterien einer biologisch verträglichen vgl. »Landwirtschaftliche« und Bewirtschaftung von Böden »Forstwirtschaftliche Kulturen« Einblick in die Struktur und Funktion, In Rheinland-Pfalz bietet sich z.B. das Belastung und Selbstreinigungskraft von Rhein-Ökosystem als Fallbeispiel an; Gewässern die Ökologie des Rheins ist durch zahlreiche - Aquatische Biozönosen, Ufervegetation Materialien gut dokumentiert; - Abwasserreinigung; Eutrophierung und aktuelle Informationen liefert die Belastung der Meere Internationale - Kriterien einer biologisch verträglichen Nutzung und Bewirtschaftung Kommission zum Schutze des Rheins; Saprobiensystem (biologische Wasseranalyse) zur Güteklassifizierung Landwirtschaftliche Kulturen Einblick in die Probleme der Landwirtschaft - alternativer und konventioneller Anbau - Mono- und Mischkulturen - artgerechte Tierhaltung - Kriterien einer ökologisch ausgerichteten Landschaftwirtschaft Forstwirtschaftliche Kulturen Einblick in das Prinzip der Nachhaltigkeit in der Forstwirtschaft - historische Entwicklung der Forstwirtschaft - neuartige Waldschäden - Kriterien einer ökologisch verträglichen Nutzung und Bewirtschaftung von Wäldern Einblick in die Struktur und Entwicklung urbaner Ökosysteme - Versorgung und Entsorgung - Grünräume und Spielplätze - Verkehr und Umweltbelastung - Kriterien einer ökologisch verträglichen Stadtplanung Urbane Ökosysteme Atmosphäre als Umweltfaktor Einblick in komplexe Wechselbeziehungen zwischen Atmosphäre und Biosphäre - Entstehung der heutigen Atmosphäre durch die Lebewesen - Auswirkung anthropogener Emissionen auf die Atmosphäre, z.B. Ozonprobleme, Treibhauseffekt, neuartige Waldschäden Vergleich eines konventionell und eines alternativ bewirtschafteten Betriebes (Exkursion); Auswirkung agrarpolitischer Maßnahmen, Vermarktung; regionale Besonderheiten, z.B. Weinbau; vgl. auch »Forstwirtschaftliche Kulturen « und »Terrestrische Ökosysteme« Exkursion mit dem Förster; Aspekte Probleme des heutigen Waldbaus; neuartige Waldschäden zeigen die Vernetzung des Ökosystems mit der Gesamtumwelt; vgl. »Atmosphäre als Umweltfaktor« »Terrestrische Ökosysteme« Praktische Untersuchungen, z.B. Ruderalstandorte, Grünflächen, Mauern, Pflasterritzen; Messungen zur Luftqualität; zukunftsorientierte Stadtplanung, z.B. Aussprache mit Vertretern des städtischen Planungsamts, Perspektiven einer ökologisch sinnvollen Planung; Entwicklung eigener Konzepte; Öffentlichkeitsarbeit Die Wechselbeziehung zwischen Atmound Biosphäre ist eine evolutive Tatsache; vgl. »Zusammenleben in Biozönosen«; Zusammenhänge zwischen Emissionen und dem Energiestoffwechsel in natürlichen und vom Menschen beeinflussten Ökosystemen; vgl. »Mensch und Biosphäre«, »Urbane Ökosysteme« 5. Vererbung & Selbstorganisation lebender Systeme Molekulargenetik Schlüsselprozesse der Entwicklung Einblick in Struktur ... von Nukleinsäuren - Bau der Nukleinsäuren Einblick in die Wirkung von Hormonen auf die Entwicklung - molekulare Grundlagen der Hormonwirkung - Wirkung auf Entwicklungsprozesse - biotechnische Anwendung in Landwirtschaft und Medizin ... [Wasser als Gerüststruktur biologisch relevanter Makromoleküle; Ergänzung des Herausgebers] Aufzeigen der Wirkung auf den Zellstoffwechsel, auf Pflanzen oder Tiere (z.B. Phytohormone, Ecdyson, Juvenilhormon, Somatotropin); Einsatz als Wuchsstoff, als Herbizid, zur medikamentösen Regulation des Körperwachstums; vgl. »Grundlagen der Entwicklung« [Belastung der Oberflächengewässer durch anthropogene Östrogene; Anmerkung des Herausgebers] 6. Entstehung & Veränderung lebender Systeme Erdgeschichte und Geschichte des Lebens Einblick in Hypothesen der chemischphysikalischen Evolution und der Evolution der Zelle - Entstehung des Universums und der Erde - Entstehung organischer Moleküle - Endosymbiontentheorie Einblick in die Entfaltung der Lebewesen in den einzelnen Erdzeitaltern - Fossilisation und Datierung - Stammbäume Theorien zur Urzeugung und Selbstordnung der Materie; Evolution als Systemoptimierungsprozess; Entwicklung der Atmosphäre und des Energiestoffwechsels; vgl. Leitthema 2 »Chemosynthese«; »Gärung und Atmung - Theorie«; Aufstellen von Stammbäumen; Aussterben von Tier- und Pflanzengruppen; Exkursionen (Fundorte), Museen; Probleme der Datierung Chemie Oberstufe (Grundkurs, Bausteine in alphabetischer Reihenfolge) Analytik in Anwendungen Trennungsgang Gravimetrie/ Maßanalyse Chromatographische Verfahren Photometrie Nachweisgrenzen qualitativer Nachweis einiger ausgewählter Ionen ein anwendungsorientiertes Beispiel genügt, z.B. Sulfat als Bariumsulfat, Komplexometrie oder Redoxtitration FÜ Biologie: Gewässeruntersuchung Dünnschichtchromatographie Gaschromatographie Aufbau und Funktion eines Photometers Photometrische Verfahren werden stark vereinfacht, aber mit ausreichender Genauigkeit in Schnelltests verwendet (instrumentelle Alternative). gut geeignet für Arbeitsgruppen und eigenständige Schülerarbeiten Problematik von Grenzwerten Beim Vergleich verschiedener Schnelltests zeigen sich die unterschiedlichen Nachweisgrenzen. Chemie im Betrieb Umweltbelastungen und betriebliche Maßnahmen zum Umweltschutz Diskussion über Betrieb und Umwelt anregen, evtl. Einhaltung rechtlicher Vorschriften und Überwachung Elektrochemie I - Elektrolyse Elektrolyse als erzwungene Redoxreaktion Elektrolyse als technisches Verfahren Gegenüberstellung galvanisches Element Elektrolyse Wasserstofftechnologie FÜ Physik: Faraday-Gesetze z.B. Chloralkalielektrolyse, Aluminiumherstellung, Galvanotechnik, Kupferraffination Elektrochemie II - Korrosion Korrosionsvorgänge Korrosionsschutz Lokalelement, Säure- und Sauerstoffkorrosion beim Eisen Grundvorgänge der Korrosion bei anorganischen und organischen Werkstoffen metallische Überzüge, Beschichtungen, Opferanoden, Kathoden mit Fremdstrom, Rostumwandler Elektrochemie III - Elektrochemische Stromerzeugung Primärelemente Sekundärelemente Leclanché-Element, Alkali-Mangan-Zellen, Knopfzellen Bleiakkumulator, Ni-Cd-Akku Brennstoffzellen Wasserstofftechnologie Vor- und Nachteile der Verschiedenen elektrochemischen Stromquellen wirtschaftliche Faktoren, Recycling, Entsorgung [Rolle des Wassers bei Kondensation und Hydrolyse; Ergänzung des Herausgebers] Natürliche Makromoleküle I Kohlenhydrate Natürliche Makromoleküle II - Proteine Peptidbindung [Rolle des Wassers bei Kondensation, Hydrolyse und Raumstruktur; Ergänzung des Herausgebers] Kondensationsreaktion Struktur von Proteinen Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur Helix, -Faltblattstruktur [Rolle des Wassers bei Kondensation und Hydrolyse; Ergänzung des Herausgebers] Brönsted-Konzeption Protonenübertragung, Donator-AkzeptorPrinzip Autoprotolyse des Wassers, pH-Wert Anwendung des Massenwirkungsgesetzes z.B. Haushaltschemikalien, Säuren in Lebensmitteln einfache pH-Wert-Berechnungen (starke und schwache einprotonige Säuren) Natürliche Makromoleküle III Nucleinsäuren Säuren und Basen saure Lösung, alkalische Lösung, Neutralisation Säurekonstanten einprotoniger Säuren, Basenkonstanten, pK-Werte Anwendung der BrönstedTheorie Titration, Titrationskurve Indikatoren Hydrolyse Puffer, FÜ Biologie: z.B. Puffersysteme im Blut Durchführung einer Titration und Auswertung in Schülerübungen möglich Salzbildung Verwendung von Salzen vertiefende Wiederholung von Stoffkenntnissen der Sekundarstufe I: Schwefelsäure, Salzsäure, Kohlenstoffsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure sowie Salze der genannten Säuren Bildung schwer löslicher Salze als Analysesowie als Produktionsprinzip Viele einfache Handversuche in Schülerübungen möglich z.B. Düngemittel, Baumaterialien Salze und Gesundheit: Kochsalz, Iodsalze, Abführmittel, Nitrat-Nitrit-Problematik FÜ Biologie: Düngung, Eutrophierung Seifen - Waschmittel - Tenside physikalische und chemische Eigenschaften von Seifen Waschvorgang, Nachteile von Seifen Aufbau und Einteilung von Tensiden Zusammensetzung eines modernen Waschmittels hydrophil, hydrophop, lipophil, lipophob; Grenzflächenaktivität; monomolekulare Schichten; dispergierende, emulgierende und benetzende Wirkung Abhängigkeit der Waschwirkung vom pHWert und Härtegrad; Wirkung auf Haut und Textilfasern Aniontenside, Kationtenside, nichtionische Tenside, natürliche Tenside Tenside, Enthärter, Bleichmittel, Enzyme, optische Aufheller, Parfumöle, Stellmittel Umweltbelastung durch moderne Waschmittel auch historische Entwicklung thematisieren Wasserhärte und Enthärtung Abbaubarkeit von Tensiden, Eutrophierung, Remobilisierung von Schwermetallen, Fällungsstufen in Kläranlagen, Detergentiengesetz, OECDTensidtest, wirtschaftliche Aspekte kritische Auseinandersetzung mit Aussagen der Waschmittelwerbung Physik Oberstufe Strömungsphysik Strömungsphänomene und Strömungsarten Kontinuitätsgleichung; Strömungsgesetze dynamischer Auftrieb • Einen Einblick in Phänomene, Gesetzmäßigkeiten und Anwendungen der Strömungsphysik an exemplarischen Beispielen geben. • Die zu behandelnden Gesetze ergeben sich aus den gewählten Beispielen. Eine Vollständigkeit wird nicht angestrebt. Ein projektartiges Arbeiten bietet sich an.
