Schulinternes Curriculum Biologie Qualifikationsphase 1 (Grund- und Leistungskurs) Stand: Schuljahr 2017/18

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Schulinternes Curriculum Biologie Qualifikationsphase 1 (Grund- und Leistungskurs) Stand: Schuljahr 2017/18 1. Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Genetik Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Modellvorstellungen
Schulinternes Curriculum Biologie Qualifikationsphase 1 (Grund- und Leistungskurs) Stand: Schuljahr 2017/18 1. Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Genetik Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF 1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E6 Modelle Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca. 30/18 Std. à 45 Minuten (LK/GK) Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Angewandte Genetik Welche Chancen und welche Risiken bestehen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E4 Untersuchung K2 Recherche K4 Argumentation Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Gentechnik Bioethik Zeitbedarf: ca. 20/11 Std. à 45 Minuten (LK/GK) Erstes Halbjahr Q1: Genetik Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E3 Hypothesen E5 Auswertung B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Summe 75 Std. (LK) bzw. 45 Std. (GK) Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen w Bioethik Zeitbedarf: ca. 25/16 Std. à 45 Minuten (LK/GK) 2. Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Ökologie Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Umweltfaktoren und ökologische Potenz Zeitbedarf: ca. 20/12 Std. à 45 Minuten (LK/GK) Einführungsphase Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Synökologie I Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe E5 Auswertung E6 Modelle Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Dynamik von Populationen Zeitbedarf: ca. 14/10 Std. à 45 Minuten (LK/GK) Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Synökologie II Welchen Einfluss hat der Mensch auf globale Stoffkreisläufe und Energieflüsse? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E6 Modelle B2 Entscheidungen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Stoffkreislauf und Energiefluss Zeitbedarf: ca. 14 /6 Std. à 45 Minuten (LK/GK) Unterrichtsvorhaben VII: Thema/Kontext: Erforschung der Fotosynthese Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E1 Dokumentation E2Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Fotosynthese Zeitbedarf: ca. 16/10 Std. à 45 Minuten (LK/GK) 3 Unterrichtsvorhaben VIII: Thema/Kontext: Zyklische und sukzessive Veränderung von Ökosystemen Welchen Einfluss hat der Mensch auf die Dynamik von Ökosystemen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF2 Auswahl K4 Argumentation B2Entscheidungen Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Mensch und Ökosysteme Zeitbedarf: ca. 11/6 Std. à 45 Minuten (LK/GK) Summe 85 Std. (LK) bzw. 56 Std. (GK) 3. Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Genetik Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Erforschung der Proteinbiosynthese Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen und epigenetischen Strukturen auf den Organismus? Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten im LK ca. 18 Std. à 45 Minuten im LK Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern. UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben. E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Wiederholung von Grundlagen der Genetik aus den Jahrgangsstufen 9 und EF (Bau der DNA, Zellzyklus und Replikation) Genwirkketten Ein-Gen-Ein-Polypeptid- Hypothese Vom Gen zum Merkmal: Die Proteinbiosynthese Transkription Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler erklären die Auswirkungen verschiedener Genmutationen auf den Phänotyp (u. a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten). (UF1, UF4) vergleichen die molekularbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pround Eukaryoten (UF1, UF3) Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Advance Organizer Entwicklung einer Genwirkkette am Beispiel des Phenylalanin-Stoffwechsels Neurospora crassa- Experimente von Beadle und Tatum z. B. Erarbeitung von Schülerpräsentationen und/oder Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen /verbindliche Absprachen der Fachkonferenz Modellentwicklung, Modellreflexion Experimente erläutern, 5 Translation Vergleich der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten Der genetische Code Die Genexpression kann reguliert werden: Die Operon-Modelle zur Genregulation bei Prokaryoten: Lac-Operon Tryp-Operon Die Genregulation bei Eukaryoten ist ein komplexer Vorgang nur LK Das Proteinbiosynthesesystem ist störungsanfällig Mutagene/ Genmutationen erläutern wissenschaftliche Experimente zur Aufklärung der Proteinbiosynthese, generieren Hypothesen auf der Grundlage der Versuchspläne und interpretieren die Versuchsergebnisse (E3, E4, E5) benennen Fragestellungen und stellen Hypothesen zur Entschlüsselung des genetischen Codes auf und erläutern klassische Experimente zur Entwicklung der Code-Sonne (E1, E3, E4) erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Mutationstypen (UF1, UF2) erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten. (E2, E5, E6) begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u. a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung. (E6, E3) erklären mithilfe von Modellen genregulatorische Vorgänge bei Eukaryoten (E6) erläutern die Bedeutung von Transkriptionsfaktoren für die Regulation von Zellstoffwechsel und Entwicklung (UF1, UF4) reflektieren und erläutern den Wandel des Genbegriffs erklären die Auswirkungen verschiedener Genmutationen auf den Phänotyp (u. a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten). (UF1, UF4) [erläutern Eigenschaften des genetischen Lernplakaten zum Thema Transkription/Translation Kommentieren von Animationen zur Transkription/Translation (z. B. von Linder) Wissenschaftliche Experimente zur Erforschung der RNA Hypothesen zur Entschlüsselung des genetischen Codes Experimente von NIERENBERG und LEDERER, KHORANA: Poly- U-Experimente Kurvendiagramme zum Bakterienwachstum auf Glucose und Lactose Erstellen eines Funktionsmodells zum Lac- Operon Gruppenpuzzle zur Genregulation bei Eukaryoten Übungsaufgaben zur Sicherung Diskussion über den Wandel des Genbegriffs Material: DNA-Sequenzen, Code-Sonne Hypothesen bilden und Ergebnisse interpretieren Nach dem Prinzip der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung wird das Poly-U-Modell- Experiment nachvollzogen und dokumentiert. Entwickeln der Leitfrage Hypothesenbildung zu Möglichkeiten der Erforschung genetischer Fragestellung (Vorteile von Modellorganismen) Auswerten der Diagramme und Hypothesenbildung Modellbildung Auswertung von Modellen und anderen Materialien Vernetzung des Gelernten Ursachenanalyse, Dokumentation Reparaturmechanismen Protoonkogene Tumorsuppressorgene DNA-Chips Epigenetik Gen-Umwelt-Interaktion Codes und] charakterisieren mit dessen Hilfe Mutationstypen (UF1, UF2) erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen. (E6, UF4) geben die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-Sequenzierung an und bewerten Chancen und Risiken (B1, B3) erläutern epigenetische Modelle zur Regelung des Zellstoffwechsels und leiten Konsequenzen für den Organismus ab (E6) Informationsmaterial zu DNA- Reparaturmechanismen und zum Selbstschutz der Zelle Beispiel Xeroderma pigmentosum ( Mondscheinkinder ) Einstieg: Übersicht über Kontrolle des Zellzyklus Erarbeiten von Regulationsmechanismen, deren Dysfunktionen und Auswirkungen: Partnerpuzzle: Schemata zu Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen und deren Mutationen am Beispiel p53 und ras3 Partnerdiagnosebogen Informationen über DNA- Chips (Internet) Materialien zu verschiedenen epigenetischen Regulationsmechanismen (wahlweise - abhängig von den konkreten Vorgaben für das Schuljahr): Partnerpuzzle zu Histonmodifikation und Methylierung Mystery zur Methylierung (Krebs) RNA-Interferenz (Petunienforschung) Wiedergabe von Informationen Dokumentation Tabellarischer Vergleich Zusammenfassung der Informationen (z.b. Strukturgitter) Analyse von Untersuchungsergebnissen und Präsentation 7 Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Bioethik Zeitbedarf: ca. 25 Std. à 45 Minuten im LK ca. 16 Std. à 45 Minuten im LK Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Grundlagen der Keimzellbildung und Rekombination Embryogenese, Meiose Spermatogenese/ Oogenese, Inter- und intrachromosomale Rekombination Erbgänge/Vererbungsmodi genetisch bedingte Krankheiten Pränatale Diagnostik Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Grundprinzipien der inter- und intrachromosomalen Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4) formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen um Vererbungsmodus genetisch bedingter Merkmale (Xchromosomal, autosomal, Zweifaktorenanalse, Kopplung, Crossing-over) und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4) Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden diverse Materialien zur Rekombination Arbeitsblätter Karyogramme Computersimulation zur Meiose (Verknüpfung mit Vorwissen zur Mitose) Selbstlernplattform von Mallig: efault.htm#kurs Checkliste zum methodischen Vorgehen bei einer Stammbaumanalyse. Exemplarische Beispiele (Chorea Huntington, Cystische Fibrose, Muskeldystrophie Duchenne) Selbstlernplattform von Mallig: e/default.htm#kurs Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen /verbindliche Absprachen der Fachkonferenz Wiedergabe und Dokumentation der Ergebnisse Kriterien analysieren Schulung des Erkenntnisgewinns Analyse der Indikatoren Diskussion über Werte und Normen Genetische Beratung Auswirkung der Epigenetik auf genetisch bedingte Erkrankungen erläutern epigenetische Modelle zur Regelung des Zellstoffwechsels und leiten Konsequenzen für den Organismus ab (E6) recherchieren Informationen zu humangenetischen Fragestellungen (u.a. genetisch bedingten Krankheiten), schätzen die Relevanz und Zuverlässigkeit der Information ein und fassen die Ergebnisse strukturiert zusammen (K2, K1, K3, K4) Informationen zur genetischen Beratung (mit Indikatoren) Diskussion über Konsequenzen einer genetischen Beratung Prader-Willi- und Angelman- Syndrom: Simulation einer genetischen Beratung verbunden mit einer Gendiagnostik Durchführung einer Simulation zur Stärkung der Kommunikation- und Argumentationsfähigkeit Umsetzung ethischer Urteilsbildung Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Gentechnologie heute Welche Chancen und welche Risiken bestehen? Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Biotechnologie Bioethik Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten im LK ca. 11 Std. à 45 Minuten im LK Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können B1 fachliche, wirtschaftlich-politische und moralische Kriterien bei Bewertungen von biologischen und biotechnischen Sachverhalten unterscheiden und angeben B4 Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen. K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in aus-gewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Gentechnische Verfahren zum Täternachweis: PCR Gelelektrophorese Genetischer Fingerabdruck Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Erläutern molekulargenetische Verfahren (u. a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2) Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Informationstexte zum genetischen Fingerabdruck Erarbeitung der PCR und der Gelelektrophorese Analyse eines Fallbeispiels Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen /verbindliche Absprachen der Fachkonferenz Auswertung der Informationen Vernetzung der Gelernten Systematisierung 9 Die Entschlüsselung des Genoms von Lebewesen: DNA-Sequenzierung Gentechnik Stammzellforschung Gentherapie, Zelltherapie nur LK Herstellung und Einsatz transgener Lebewesen Synthetische Organismen nur LK geben die Bedeutung von [DNA-Chips und] Hochdurchsatzsequenzierung an und beurteilen Chancen und Risiken. (B1, B3) beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1) recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3) Stellen naturwissenschaftlich/ gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4) stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren Argumente für ihre Verwendung. (K1, K4) beschreiben aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie bis hin zum Aufbau synthetischer Organismen in ihren Konsequenzen für unterschiedliche Einsatzziele und bewerten sie (B3, B4) Tabellarischer Vergleich der PCR mit der DNA Replikation Materialien: Von der Kettenabbruch-Methode zur Hochdurchsatz-Sequenzierung Lerntheke: Grundoperationen der Gentechnik Eigenständige Recherche über Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen Präsentation Informationstexte über Chancen und Risiken der Gentherapie Arbeitsblatt zu einer Dilemmamethode zur ethischen Urteilsbildung Präsentationen zur Thema Biotechnische Verfahren zur Herstellung transgener Lebewesen Diskussion Erarbeitung der drei Konstruktionsansätze Diskussion der Einsatzmöglichkeiten und Gefahren (z.b. Synthi-Fuels) Beurteilung der Wertigkeit der neuen Methoden Analyse der Grundoperationen und der Bedeutung molekulargenetischer Werkzeuge Exkursion ins Schülerlabor (z. B. KölnPub, Baylab) nur LK Durchführung und Reflektion einer Dilemma-Diskussion Darstellen der Techniken und anschließende Pro- und Contra-Diskussion Erarbeitung und Analyse von neuen Arbeits- und Denkweisen der Biotechnologie 4. Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Ökologie Unterrichtsvorhaben IV: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie)e Umweltfaktoren und ökologische Potenz Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten im LK ca. 12 Std. à 45 Minuten im LK Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Allgemeine Einführung: Umweltfaktoren in einem Ökosystem Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können E1 in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren. E2 kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben. E3 zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben. E4 Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren. E7 an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben. Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen /verbindliche Absprachen der Fachkonferenz Der Einfluss des Umweltfaktors Temperatur auf Lebewesen Einfluss der Temperatur auf Tiere (Toleranz und Reaktionsnorm, Strategien der Thermoregulation und der Überwinterung tiergeographische Regeln) Einfluss der Temperatur auf Pflanzen entwickeln aus zeitlich-rhythmischen Änderungen des Lebensraumes biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5) planen ausgehend von Hypothesen Experimente zur Überprüfung der ökologischen Potenz nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienorientiert Beobachtungen und Messungen vor und deuten die Ergebnisse (E2, E3, E4). 11 Ermittlung der Temperaturtoleranz von Wirbellosen mit Hilfe der Temperaturorgel Modellversuch(e) zur Wärmeabgabe (BERGMANNsche und ALLENsche Regel) Der Einfluss des Umweltfaktors Wasser auf Lebewesen Wasserhaushalt von Pflanzen (Wassertransport und Transpiration, Anpassungen an verschiedene Standorte) Wasserhaushalt von Tieren (Anpassungen an trockene Standorte, Osmoregulation) erläutern die Aussagekraft von Regeln (u. a. tiergeographische Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4). zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem (E4). planen ausgehend von Hypothesen Experimente zur Überprüfung der ökologischen Potenz nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienorientiert Beobachtungen und Messungen vor und deuten die Ergebnisse (E2, E3, E4). Versuche zum Turgornachweis und zur Saftleitung in Pflanzen Versuch zum Wasserverlust von Pflanzen im Wärmeschrank (Messung des relativen Gewichtsverlusts von Crassula ovata, Glyzinie (Wisteria) und Ilex aquifolium) Auszählen der Spaltöffnungsdichte der genannten Arten Exkursion in den Botanischen Garten Bonn oder Köln nur LK Angepasstheit von Pflanzen an verschiedene Lichtverhältnisse (Unterschiede im Blattquerschnitt, Lichtkompensationspunkt) nur LK Das Vorkommen bestimmter Organismen lässt Rückschlüsse auf die abiotischen Faktoren zu (Bioindikatoren) planen ausgehend von Hypothesen Experimente zur Überprüfung der ökologischen Potenz nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienorientiert Beobachtungen und Messungen vor und deuten die Ergebnisse (E2, E3, E4). entwickeln aus zeitlich-rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Date
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