Das mathematisch-naturwissenschaftliche - Sauerland
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Das mathematisch-naturwissenschaftliche Aufgabenfeld Mathematisch-naturwissenschaftliche Grundkenntnisse sind für das Verständnis und für eine zukunftsverträgliche Gestaltung unserer Lebenswelt von entscheidender Bedeutung. Dies gilt um so mehr in einer Gesellschaft, in der zukunftsorientierte Technologien eine rasante Entwicklung nehmen und von den Menschen unter ökologischen, ökonomischen, ethischen und moralischen Gesichtspunkten beurteilt werden müssen. Ein in diesem Sinne verantwortungsbewusster Umgang mit unserer Lebenswelt kann nur in einer Zusammenarbeit aller Gesellschaftsmitglieder erzielt werden, die auf einer kritischen Auseinandersetzung mit eigenen Handlungsweisen, untereinander und mit den Sachthemen basiert. Weitere Voraussetzungen dafür sind ein uneigennütziges Interesse am Fortbestand naturerhaltender, biologischer Gleichgewichte, eine respektvolle Haltung gegenüber Menschen, Tieren und Pflanzen sowie das Bewusstmachen von Grenzen menschlicher Erkenntnis. 1. Der Unterricht im Fach Biologie 1.1 Übergeordnete Zielsetzung für den Unterricht im Fach Biologie Die Themen und Inhalte des Biologieunterrichts am Abendgymnasium und am Kolleg berücksichtigen die Vorgaben für das Zentralabitur in NRW. Auf der Grundlage dieser Vorgaben und die Überlegungen zu dem mathematischen-naturwissenschaftlichen Aufgabenfeld, werden folgende übergeordnete Ziele im Biologieunterricht verfolgt. Die Studierenden sollen: • durch Behandlung der verschiedenen Unterrichtsdisziplinen (vgl. 2.) ein umfassendes biologisches Grundlagenwissen erwerben und durch unterschiedliche Zugangsweisen an modellhafte Betrachtungen, welche das abstrakte Denkvermögen und eine kreative Vorgehensweise ermöglichen, herangeführt werden. • durch einen gezielten Einsatz von Experimenten im Unterricht Methoden naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung exemplarisch kennen lernen und dadurch problemlösende Denk- und Lernstrategien für ein lebenslanges Lernen entwickeln. • durch die erworbenen Sach- und Methodenkenntnisse über die Grundphänomene lebender Systeme, ihr Zusammenspiel und ihre Bedeutung für gegenwärtige und zukünftige Lebenssituationen die Handlungsbereitschaft und Handlungskompetenz für den Natur- und Umweltschutz bzw. für die Auseinandersetzung mir ethischen Fragen erwerben. • durch Arbeiten im Team eigenverantwortlich Aufgaben übernehmen, gemeinsame Lösungswege finden, sich über ihre Vorgehensweise verständigen und dadurch wichtige kommunikative und soziale Kompetenzen erlangen. • eine angemessene Fachsprache, welche die sprachliche Ausdrucksfähigkeit schult, kennen lernen. Dies alles soll die Studierenden zur Studierfähigkeit führen und darüber hinaus gleichzeitig Einblicke in die Berufswelt ermöglichen. 1.2 Themen und verbindliche Inhalte im Fach Biologie Thema: Cytologie Unterthema Einführung Vergleich von tierischen und pflanzlichen Zellen Fachinhalte Leitbegriffe Kennzeichen des Lebendigen Wachstum, Bewegung, Stoffwechsel, Reizbarkeit, Fortpflanzung Definition Zelle kleinste Einheit mit allen Kennzeichen des Lebendigen Grundlagen des Mikroskopierens, Bau und Funktionsweise des Lichtmikroskops Okular, Tubus, Revolver, Objektive, Stativ, Objekttisch, Kondensor, Grob-/ Feintrieb, Objektträger, Deckgläschen pflanzliche Zellen: Zwiebelepidermis, Wasserpest Bestandteile der pflanzlichen Zellen Zellkern, Zellwand, Chloroplasten, Vakuole, Zellplasma, Zellmembran tierische Zellen: Mundschleimhautzelle Zellmembran, Zellkern, Zellplasma Vergleich von Bau und Funktion, Zusammenhang als biologisches Prinzip Transportprozesse an Biomembranen EM-Bild der Zelle Zellorganellen: ER, Ribosomen, Mitochondrien, Golgi-Apparat (aufgebaut aus Dictyosomen) Aufbau der Biomembran fluid-mosaic-modell (NICOLSON und SINGER) Kohlenhydrate, Fette (Lipide), Eiweiße (Proteine) Bau- und Inhaltsstoffe Diffusion und Osmose Konzentrationsunterschied, BROWN'sche Molekularbewegung (Teilchenbewegung), selektiv permeabel (semipermeabel) Plasmolyse, Deplasmolyse hypertonisch, hypotonisch, isotonisch, Turgor, physiologische Lösung fakultativ: Spaltöffnung aktiver, passiver Transport Kanalprotein, Carrierprotein, ATP als Träger von Energie Unterthema Zelle als metabolisches System (Kompartimentierung) Fachinhalte Leitbegriffe Funktion der Zellorganellen (als Vergleich mit dem Produktionsablauf in einer Fabrik) Proteinbiosynthese (Ribosomen); Bereitstellung von ATP (Mitochondrien); Auf- und Umbau,Transport von Inhaltsstoffen (GolgiApparat, ER); Fotosynthese (Chloroplasten) Membranfluss Umwandlungs- und Bewegungsvorgänge, Endo-, Exocytose Zelle als reproduktives System Zellkern Träger der Erbsubstanz (Zellkern), Chromosomen Mitose und Zellzyklus Interphase, Pro-, Meta-, Ana-, Telophase Systematik der Lebewesen Aufbau Prokaryot Kernäquivalent Fünf Reiche Prokaryoten, Eukaryoten: kernhaltige Einzeller, Pilze, Tiere, Pflanzen Themen: Stoffwechsel und Klassische Genetik Unterthema Fachinhalte Leitbegriffe Einführung „Was ist Stoffwechsel“ autotroph, heterotroph, Energiebegriff (am Beispiel der 5 (Fähigkeit Arbeit zu verrichten) Reiche) Gleichung der Wasser + Kohlenstoffdioxid → Glucose + Fotosynthese Sauerstoff; Licht, Chlorophyll Gleichung der Atmung Bedeutung der Fotosynthese in der Biosphäre (Kohlenstoffkreislauf) Äußere Einflüsse auf die Fotosynthese Stoffwechsel der Pflanzen Aufbau Pflanzen fakultativ: Querschnitt Blatt Chloroplasten Glucose + Sauerstoff → Wasser + Kohlenstoffdioxid Kohlenstoffdioxidgehalt Temperatur Lichtintensität Lichtkompensationspunkt Wurzel, Spross, Blatt fakultativ: Cuticula, Epidermis, Leitbündel (Xylem, Phloem), Schwamm- und Palisadenparenchym, Spaltöffnungen Grana, Stroma, Thylakoid, Blattfarbstoffe (Chlorophyll a und b, Carotionoide usw.) fakultativ: Lichtreaktion I und II, Fotosystem I, Fotosystem II, Strahlungsabsorption durch Pigmente, Dunkelreaktion Zellatmung und Enzyme Grundlagen der klassischen Genetik Sonnen- und Schattenblatt Enzyme sind Biokatalysatoren Überblick Zellatmung Verlauf enzymatischer Reaktionen, Hemmungsmechanismen Meiose MENDEL'sche Regeln Enzym, Substrat, Produkt, Aktivierungsenergie, aktives Zentrum, Enzym-Substrat-Komplex, Bedingungen der Enzymreaktion Glykolyse, Zitronensäurezyklus, Atmungskette RGT-Regel kompetetive Hemmung, nichtkompetetive bzw. allosterische Hemmung haploid, diploid, 1. und 2. Reifeteilung, Zygote, Gameten (Keimzellen) Erbgänge: dominant-rezessiv, monohybrid, dihybrid; homozygot, heterozygot, Phänotyp, Genotyp fakultativ: Rückkreuzung, intermediärer Erbgang Thema: Ökologie Unterthema Einführung Wechselwirkungen zwischen Organismen und Umwelt (Abiotische Faktoren) Wechselbeziehungen zwischen Organismen (Biotische Faktoren) Fachinhalte Leitbegriffe Operatoren Basisbegriffe Ökologie, Biotop, Ökologische Nische, Population, Biozönose, Ökosystem, Biosphäre Gliederung eines Ökosystems Produzent, Konsument, Destruent, Biomassenproduktion Gegenüberstellung abiotischer und biotischer Umweltfaktoren Toleranzbereich, physiologisches und ökologisches Optimum Stenök, Euryök, Optimum, Maximum, Minimum, Präferendum, Reaktionsnorm Physiologische und ökologische Potenz physiologische und ökologische Potenz/ Optimum Wirkung von abiotischen Umweltaktoren (Temperatur, Wasser, Licht) auf Pflanzen und Tiere poikilotherm, homoiotherm, Überwinterungsstrategien, Klimaregeln, Gegenstromprinzip Wirkungsgefüge der Umweltfaktoren Gegenüberstellung interund intraspezifischer Beziehungen Minimumfaktor, Wirkungsgefüge Konkurrenzausschluss und Konkurrenzvermeidung Schutztrachten, Parasitismus, Symbiose Interspezifische und intraspezifische Konkurrenz Konkurrenzausschluss und Konkurrenzvermeidung Verflechtungen in Lebensgemeinschaften Biomassenproduktion Trophieebenen, Energiefluss Stoffkreisläufe Biogeochemischer Kreislauf am Beispiel des Stickstoffkreislaufs (obligatorisch) und Kohlenstoffkreislauf (fakultativ) Ökologische Nische Einnischung von Organismen Ökologische Nische, ökologische Planstelle Unterthema Populationsökologie Fachinhalte Wachstum von Populationen Räuber-Beute-Beziehung Fortpflanzungsstrategien Veränderung und Regulation der Populationsdichte (z.B. Steuerung durch den Menschen am Beispiel Schädlingsbekämpfung) Ökosystem Einführung Systemökologie Fließgewässer am Beispiel Fließgewässer Gliederung eines Fließgewässers Lebensbedingungen im Fließgewässer Nahrungsnetz und Energiefluss Fließgewässeranalyse (fakultativ für den GK, obligatorisch für den LK) Ökosystem See Nachhaltige Nutzung und Erhaltung von Ökosystemen Selbstreinigung und Abwasserbelastung Renaturierung von Fließgewässern See im Wechsel der Jahreszeiten oligotropher und eutropher See Belastung des Wassers Leitbegriffe/ Fachbegriffe Exponentielles und logistisches Wachstum, Wachstumsrate, Umweltwiderstand, Kapazitätsgrenze, Massenwechsel LOTKA-VOLTERRA-Regeln 1 - 3 r- und K-Strategen Ökologisches Gleichgewicht Allgemeine Untersuchungen, Bestimmung der Gewässerstrukturgüte, Biologische und chemische Gewässergütebestimmung: Erfassen physikalischer und chemischer Faktoren (Licht, Temperatur, pH-Wert), Anwenden des Saprobienindex Eutrophierung, Aerobier, Anaerobier, Faulschlamm, Wasserblüte, Stickstoffkreislauf Sommer- und Winterstagnation, Frühjahrs- und Herbstzirkulation Wassergewinnung, Wassernutzung, Wasserbelastung Thema: Genetik Unterthema Fachinhalte, Leitbegriffe Klassische MENDEL'sche Regeln 1-3 Genetik (als Einstieg, zur Wiederholung für Quereinsteiger) dominant-rezessiver Erbgang Phänotyp, Genotyp, heterozygot, homozygot, monohybrider, dihybrider Erbgang intermediärer Erbgang Rückkreuzung Molekulare Grundlagen der Vererbung DNA als Erbsubstanz Molekularer Bau (Nucleinsäuren, Basen, Desoxyribose, Doppelhelix, Watson-CrickModell, Chargaff-Regel, Replikation Meselson-Stahl-Experiment, DNA-Polymerase, OKAZAKI-Fragment, DNALigase, Primase Autoradiogramm Proteinbiosynthese Ein Gen-ein Polypetid-Hypothese, mRNA, Transskripiton, Genetischer Code (Codesonne), Codogener Strang, Anticodon, Codon, tRNA, Translation Wobble-Hypothese, Ableserichtung, Knüpfrichtung Intron, Exon, Spleißen (Unterschiede zu Prokaryoten) Wirkungsweise von Mutagenen Physikalische/chemische Mutagene, Säuren, UVStrahlung, Röntgenstrahlen, Antibiotika Mutation: Punktmutation, Insertion, Deletion, Inversion Regulation der Genaktivität am Beispiel der Prokaryoten lac-Operon, trp-Operon, Regulatorgen, Promotor, Operator, Strukturgen, Induktion, Endproduktrepression PCR Primer, Taq-Polymerase, Denaturieren, Hybridisieren genetischer Fingerabdruck Restriktionsenzyme, Loci, VNTR, Gelelektrophorese, Laufrichtung, Vaterschaftstest Nur LK: Methoden der Bakteriengenetik Bau und Vorkommen von Bakterien und Viren, Lysogener und lytischer Vermehrungszyklus, Herstellung und Isolierung von gentechnisch veränderten Bakterien Aufbau von Chromosomen Verpackung der DNA: Histone; Centromer, Schwesterchromatiden, Karyogramm, diploid, haploid, Geschlechtschromosomen Werkzeuge und Verfahrenstechnik der Gentechnik Aspekte der Cytogenetik mit humanbiologischem Unterthema Bezug Fachinhalte, Leitbegriffe Meiose, Crossing over und Rekombination Chromosomentheorie der Vererbung, 1./2. Reifeteilung, Pro-, Meta-, Ana-, Telophase Crossing over, Zygote, Chromosomenmutation, Trisomie 21 Stammbaumanalyse und Erbgänge in der humangenetischen Beratung Autosomal-dominant, Autosomal-rezessiv, Gonosomal-rezessiv, Gonosomal-dominant, Erbkrankheiten Thema: Evolution Unterthema Fachinhalte Spurensuche – Fossilien, Päloontologie, Indizien für die Entstehung von Evolution Fossilien, Überblick über die Erdzeitalter und Kontinentalverschiebung Hinweise aus der Kriterium der Lage, der vergleichenden spezifischen Qualität Anatomie und und Verknüpfung der Morphologie Zwischenformen Hinweise aus der DNA-Vergleich Molekularbiologie Aminosäuresequenzanalyse Leitbegriffe Fossilien, Leitfossilien, Brückentiere, Übergangsformen, lebende Fossilien, Erdzeitalter, Kontinentalverschiebung: Pangaea, Gondwana, Laurasia (Nur LK: Datierungsmethoden) Homologie der Wirbeltiergliedmaßen, Analogie und Konvergenz (fakultativ: rudimentäre Organe und Atavismen beim Menschen) PCR, DNA-Sequenzierung (Wiederholung) Anwendung der Techniken zur Erstellung eines Stammbaums Synthetische Evolutionstheorie Humanevolution Fakultativ: Historische Evolutionstheorien Evolutionsfaktoren Synthetische Evolutionstheorie Artbildung Anwendung der synthetischen Evolutionstheorie Ablauf der Evolution Wirbeltierstammbaum Stammbaum der Primaten Stammbaum der Hominiden Fossile und rezente Hinweise zur Evolution des Menschen Wiederholung und Festigung Humanevolution Gegenüberstellung von LAMARCK und DARWIN Mutation und Rekombination, Genpool Selektion (gerichtete, disruptive, stabilisierende), Fitness Isolation (ökologische, geografische, ethologische, sexuelle), Separation, Gendrift, Migration Art, Rasse Allopatrische und sympatrische Artbildung, Separation (Präzisierung), zum Beispiel DARWIN-Finken Aufstellen eines Stammbaum Aufrechter Gang, Skelett-Vergleich Einstieg: Tabellarische Übersicht der Hominiden (Werkzeuggebrauch, Schädel etc.); Vertiefung und Anwendung: Schädelvergleich Homo sapiens, Homo neanderthalensis und Homo erectus Geografische Verbreitung: Vergleich zweier Hypothesen: Out of Africa und multiregionaler Ursprung Ergänzungen zum LK-Bereich: Allgemein: Vertiefung der Inhalte Evolution an weiteren Übungsaufgaben; zusätzliche klausurvorbereitende und prüfungsvorbereitende (Prüfungssituation: mündliches Abitur) Vorgehensweise und Materialien. des weiteren: Unterthema Verhalten, Fitness, Anpassung Fachinhalte Einführung: Verknüpfung von Evolutionstheorie und Verhalten Fortpflanzungsstrategien Paarungssyteme Sozialverhalten Verwandtenselektion Leitbegriffe Verhalten… • variabel • genetische Grundlage • Fortpflanzungserfolg • Stammesgeschichte Evolutionsfaktor Sexuelle Selektion: intra- und intersexuelle Selektion; Sexualdimorphismus, HandicapTheorie Monogamie, Polygynie, Polyandrie, Promiskuität; Spermienkonkurrenz Kooperation, soziale Gruppe, Hierarchie altruistisches Verhalten, Gruppenselektion, Verwandtenselektion; Fitness; staatenbildende Insekten Fakultativ: Reziproker Altruismus, indirekter reziproker Altruismus ggf. Gestaltung einer fächerübergreifenden/fächerverbindenden Einheit mit Philosophie 1.3 Didaktische und methodische Schwerpunkte Neben der Vermittlung von Kenntnissen über biologische Zusammenhänge liegt der didaktischmethodische Schwerpunkt darin, die naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung zu fördern durch: praktisches Arbeiten mittels Betrachten, Beobachten und Untersuchen biologischer Objekte als Naturobjekt oder an Hand von Abbildungen und Filmsequenzen • Durchführung und Auswertung von Experimenten • Bildung von Hypothesen und Theorien durch Deduktion und Induktion • Veranschaulichung und Simulation der Realität an geeigneten Modellen, sowie eine kritische Auseinandersetzung mit diesen • Beschreibung und Interpretation von Grafiken und Tabellen • projektorientiertes Arbeiten • Einsatz neuer Medien (z. B. geeignete Computersoftware) 1.4 Unterrichtsorganisation Die naturwissenschaftliche Ausbildung sieht eine 2-semestrige Einführungsphase und eine 4semestrige Kursphase vor. Der Unterricht in den Leistungskursen umfasst fünf Semesterwochenstunden. Der Unterricht in den Grundkursen ist in der Regel am Abendgymnasium zweistündig, am Kolleg zwei- bis dreistündig. Es wird ausschließlich in Doppelstunden (90 Minuten) unterrichtet. 1.5 Leistungsbewertung Laut Fachkonferenzbeschluss und unter Berücksichtigung der APO setzt sich die Gesamtqualifikation zu jeweils gleichen Teilen aus den schriftlichen Leistungen und der sonstigen Mitarbeit zusammen. Zur Feststellung der schriftlichen Leistungen werden in zweistündigen Kursen keine, in dreioder fünfstündigen Kursen zwei Klausuren geschrieben. Die Dauer der Klausuren beträgt zwei bis vier Schulstunden. Die Dauer der letzten Klausur, die unter Abiturbedingungen geschrieben wird, beträgt im Grundkurs drei, im Leistungskurs 4¼ Zeitstunden. Zur Beurteilung der „Sonstigen Mitarbeit“ werden herangezogen: • Mitarbeit im Unterricht • Hausaufgaben • Schriftliche Protokolle • Präsentationen und Referate • Lernzielerfolgskontrollen durch schriftliche Übungen Einzelheiten und Bewertungsmaßstäbe siehe Leistungsbewertungskonzept.
