Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Biologie Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Qualifikationsphase Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Inhalt Seite 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben ..................................................... 3 2.1.2 konkretisierte Unterrichtsvorhaben ......................................................... 9 Stand: 11/2014 Seite 2 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben ENTWURF Qualifikationsphase 1.1. Genetik Grundkurs Leistungskurs Unterrichtsvorhaben II: Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf? Thema/Kontext: Modellvorstellungen (Erforschung der) zur Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen Strukturen auf einen Organismus? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF4 Vernetzung E5 Auswertung K2 Recherche B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E6 Modelle E1 Probleme und Fragestellungen E3 Hypothesen E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen w Bioethik Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten ca. 25 Std. à 45 Minuten Inhaltliche Schwerpunkte: Proteinbiosynthese Genregulation Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten ca 30 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Angewandte Genetik (Gentechnologie heute) – Welche Stand: 11/2014 Seite 3 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Chancen und welche Risiken bestehen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K2 Recherche B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen K3 Präsentation Inhaltsfeld: IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: w Gentechnik w Bioethik Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten ca. 20 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Qualifikationsphase 1.2. Ökologie Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen Stand: 11/2014 E6 Modelle K4 Argumentation UF1 Wiedergabe Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Seite 4 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Umweltfaktoren und ökologische Potenz Inhaltliche Schwerpunkte: Dynamik von Populationen Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten ca. 15 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten ca. 14 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Synökologie II –Einflüsse des Menschen auf Stoffkreisläufe und Energieflüsse im See und im Fließgewässer Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen UF4 Vernetzung E6 Modelle B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfelder: IF 5 (Ökologie), IF 3 (Genetik) Inhaltliche Schwerpunkte: Stoffkreislauf und Energiefluss Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten ca. 15 Std. à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase 1 Grundkurs: 90 Stunden Stand: 11/2014 150 Stunden Seite 5 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Unterrichtsvorhaben I: Qualifikationsphase 2.1. Evolution Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Evolution in Aktion – Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel? Thema/Kontext: Evolution von Sozialstrukturen (Von der Gruppe zur Multilevelselektion) – Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung K4 Argumentation E7 Arbeits- und Denkweisen UF2 Auswahl UF4 Vernetzung K4 Argumentation E7 Arbeits- und Denkweisen Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltsfeld: IF 6 (Evolution) Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte: Grundlagen evolutiver Veränderung w Art und Artbildung w Stammbäume (Teil 1) Evolution und Verhalten Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III/ IV: ca. 14 Std. à 45 Minuten Thema/Kontext: Spuren der Evolution – Wie kann man Evolution sichtbar machen? Thema/Kontext: Humanevolution – Wie entstand der heutige Mensch? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik) Stand: 11/2014 UF3 Systematisierung K4 Argumentation E5 Auswertung Inhaltsfelder: IF 6 (Evolution), IF 3 (Genetik) Seite 6 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte: Art und Artbildung Stammbäume Evolution des Menschen w Stammbäume (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten ca. 14 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 6 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV/V: Qualifikationsphase 2.2. Neurobiologie Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung – Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung?/ Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E6 Modelle K3 Präsentation E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswertung Thema/Kontext: Fototransduktion – Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: E6 Modelle K3 Präsentation Inhaltsfelder: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Leistungen der Netzhaut Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2) Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Inhaltliche Schwerpunkte: Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung Stand: 11/2014 Seite 7 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Methoden der Neurobiologie (Teil 1) Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben V/VII: ca. 25 Std. à 45 Minuten Thema/Kontext: Lernen und Gedächtnis – Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten?/ Aspekte der Hirnforschung – Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn? Schwerpunkte der Kompetenzentwicklung: K1 Dokumentation UF4 Vernetzung K2 Recherche K3 Präsentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Inhaltliche Schwerpunkte: Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie (Teil 2) Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten ca. 17 Std. à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase 2 Grundkurs: 60 Stunden 100 Stunden Stand: 11/2014 Seite 8 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie 2.1.2 konkretisierte Unterrichtsvorhaben Leistungskurs – Q 2: Im Folgenden in Blau dargestellt als Zusatz zum GK Inhaltsfeld: IF 4 (Neurobiologie) Unterrichtsvorhaben V: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung – Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert? Unterrichtsvorhaben VI: Fototransduktion – Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn? Unterrichtsvorhaben VII: Aspekte der Hirnforschung – Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn? Inhaltliche Schwerpunkte: Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung Leistungen der Netzhaut Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie Basiskonzepte: System Neuron, Membran, Ionenkanal, Synapse, Gehirn, Netzhaut, Fototransduktion, Farbwahrnehmung, Kontrastwahrnehmung Struktur und Funktion Neuron, Natrium-Kalium-Pumpe, Potentiale, Amplituden- und Frequenzmodulation, Synapse, Neurotransmitter, Hormon, second messenger, Reaktionskaskade, Fototransduktion, Sympathicus, Parasympathicus, Neuroenhancer Entwicklung Neuronale Plastizität Zeitbedarf: ca. 50 Std. à 45 Minuten Stand: 11/2014 Seite 9 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Konkretisierte Unterrichtsvorhaben: Neurobiologie Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung – Wie ist das Nervensystem des Menschen aufgebaut und wie ist organisiert? Inhaltsfeld: Neurobiologie Inhaltliche Schwerpunkte: Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung Wahrnehmung (Teil 1) Methoden der Neurobiologie (Teil 1) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können … Zeitbedarf LK: ca. 35 Std. à 45 Minuten UF1 den Aufbau und die Funktionen des Neurons beschreiben. E5, E2, UF1, UF2 Ableitungen von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse und werten Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen aus erklären. UF1 die Entstehung und die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelenisierten und nicht myelenisierten Axonen erklären. UF1, UF3 die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene erläutern. UF4, E6, UF2, UF1 die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an einem Beispiel erklären. LK zusätzlich: E5, E6, K4 aus Messdaten der Patch-Clamp-Technik Veränderungen von Ionenströmen durch Ionenkanäle ableiten und können dazu Modellvorstellungen entwickeln (E5, E6, K4). - UF2, UF3, UF4 die Weierleitung von mylenenisierten und nicht myelenisierten Axonen gegenüberstellen und vergleichen. Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden und Grundlage der Zeitbedarf GK: ca. 25 Std. à 45 Minuten Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … Wie ist ein Neuron aufgebaut? beschreiben Aufbau und Funktion des Neurons Aufbau und Funktion von (UF1). Neuronen Bau und Gliazellen Stand: 11/2014 Funktion Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Modellarbeit: - Neuronenmodell - Einordnung in den Informationsverarbeitung Bereits beim Einstieg in die Neurobiologie ist es wichtig, sehr visuell und wenn möglich praxisKontext orientiert zu arbeiten, damit im Laufe der Unterrichtsreihe immer wieder auf die modellhaften Prinzipien zurückgegriffen werden kann. Die Typisierung der Gliazellen und deren Aufgaben von erklären Ableitungen von Informationstexte zu Potentialen mittels a) Bau und Funktion eines kann auch in Schülervorträge ausgelagert werden. Seite 10 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Messelektroden an Axon Neurons b) Aufgaben und Typisierung von Myelenisierte und nicht und Synapse und werten Messergebnisse unter Gliazellen myelenisierte Neuronen Zuordnung der molekularen Vorgänge an Ggf. eigener Modellbau Neuronen und Biomembranen aus (E5, Gliazelle E2, UF1, UF2). Im Vordergrund stehen die Herausarbeitung und Visualisierung des Begriffs „Potential“: (Entstehung, Bedeutung, Weiterleitung) leiten aus Messdaten der Patch-Clamp-Technik Veränderungen von Ionenströmen durch Ionenkanäle ab und Ruhepotential entwickeln dazu Aktionspotential Saltatorische und nicht Modellvorstellungen (E5, E6, K4). saltatorische Weiterleitung Wie entsteht ein Potential und wie wird es weitergeleitet? Nutzung von virtuellen Laboren, die Messtechniken, falls nicht experimentell ermittelbar, trotzdem möglich machen (Beispiel: Lehrer DVD Linder). Modellveranschaulichung mit Murmeln als Ionen in einem beweglichen Kasten. erklären die Weiterleitung des Informationstexte, Bilder und kurze Aktionspotentials an Filme zum Aktionspotentials myelinisierten Axonen (UF1). Demonstrationsversuch zur Geschwindigkeitsmessung der vergleichen die Weiterleitung mit Hilfe von Weiterleitung des Dominosteinen (ggf. auch Zink- und Aktionspotentials an Eisenstab in Wasserstoffperoxid). myelinisierten und nicht myelinisierten Axonen miteinander und stellen diese unter dem Aspekt der Leitungsgeschwindigkeit Stand: 11/2014 Um das recht komplexe Thema zu veranschaulichen, ist es hier von besonderer Bedeutung, das theoretisch Gelernte durch praktische Einheiten zu vertiefen. Mit Hilfe der tatsächlichen Zeitmessung der zurückgelegten Wege, werden von den SuS direkt Vorteile und der biologische Sinn der saltatorischen Weiterleitung in den Vordergrund gestellt. Seite 11 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie in einen funktionellen Zusammenhang (UF2, UF3, UF4). Was passiert, wenn Potentiale aufeinandertreffen? Zeitliche und räumliche Summation Veranschaulichung Demoexperiment erläutern die durch räumliche Darstellung mit Verschaltung von Schülern als inhibitorische oder Neuronen bei der erregende Potentiale auf ‚ihrem Weg Erregungsweiterleitung zum Axonhügel‘ und der Verrechnung von Potentialen mit der Modellbau chemische Synapse. Funktion der Synapsen Wie wird ein Potential übertragen? Chem. Synapse (elektrisch, auf molekularer Ebene Umgang mit Modellen und (UF1, UF3). Modellkritik. chemisch, elektrisch) Elektrische Synapse Synapsengifte Wie arbeitet ein Organismus auf erklären die Rolle von Unterstützung des Unterrichtinhalts neurobiologischer Ebene? Sympathikus und durch Filmsequenzen. Parasympathikus bei der neuronalen und Übersicht ZNS hormonellen Regelung Sympathikus und von physiologischen Parasympathikus Funktionen an einem Hormonelle Beispiel (UF4, E6, UF2, Steuerung/Reglung UF1). /Regelkreis Diagnose von Schülerkompetenzen: Vorwissens- und Verknüpfungstests – Neuronale Verknüpfungen und Signalleitungen KLP-Überprüfungsform: „Dokumentationsaufgabe“: „Handreichung für effizientes Lernen“ Leistungsbewertung: angekündigte Kurztests Transferaufgabe zu Synapsenvorgängen (z.B. Drogen, Gifte, Sucht etc) ggf. Klausur Stand: 11/2014 Am besten sollten die Schüler konkrete Beispiele von Steuerungen kennenlernen und eigene Regelkreise hypothetisch entwickeln, um diese Hypothesen dann mit Hilfe von Informationstexten zu überprüfen. Hier kann Wissen der vorherigen Unterrichtsinhalte (z.B. Genetik) integriert werden. Seite 12 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Unterrichtsvorhaben VI: Thema/Kontext: Fototransduktion – Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn? Inhaltsfeld: Neurobiologie Inhaltliche Schwerpunkte: Leistungen der Netzhaut Neuronale Grundlagen der Informationsverarbeitung Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2) Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können … und Zeitbedarf GK: ca. 8 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf LK: ca. 15 Std. à 45 Minuten UF 3, UF4 erläutern den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den Aspekten der Farb- und Kontrastwahrnehmung. UF1, UF2, UF4 stellen das Prinzip der Signaltransduktion an einem Rezeptor anhand von Modellen dar. E6, E1 stellen die Veränderung der Membranspannung an Lichtsinneszellen anhand von Modellen dar und beschreiben die Bedeutung des second messengers und der Reaktionskaskade bei der Fototransduktion. K1, K3 stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Konstruktion des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar. K1, K3, UF2 dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen. B3, B4, B2, UF4 erklären Wirkungen von exogenen Substanzen auf den Körper und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft. Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Vom Reiz zur Reaktion Beschreibung eines Reizes Genereller Ablauf eines Transduktionswegs (Signaltransduktion) Das konkrete Beispiel ‚Auge‘ erläutern den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den Aspekten der Farb- und Kontrastwahrnehmung (UF3, UF4). Informationstexte und Bilder Exemplarisch wird die Signaltransduktion an dem Beispiel der Fototransduktion bearbeitet. Stand: 11/2014 stellen das Prinzip der Signaltransduktion an einem Rezeptor anhand von Modellen dar (E6, UF1, UF2, UF4). stellen die Veränderung der Membranspannung an Filmsequenzen und ggf. online Tutorials (GIDA, in virtuellen Laboren) Modell der Netzhaut im Auge (Zeichnungen). Ggf. Modellbau einer Signal-MolekülSeite 13 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Lichtsinneszellen anhand von Modellen dar und beschreiben die Bedeutung des second messengers und der Reaktionskaskade bei der Fototransduktion (E6, E1). Wie wird die Erregung durch ein Signal stellen den Vorgang von der weitergeleitet und im Gehirn durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis verabeitet? Erregung der Sinneszellen Sinneseindruck Wahrnehmung im Gehirn Kortikale Repräsentation Wie verändern Stoffe die neuronale Weiterleitung auf den verschiedenen Ebenen? Endo- und exogene Stoffe Bewertung zur Konstruktion des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar (K1, K3). dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2). erklären Wirkungen von exogenen Substanzen auf den Körper und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft (B3, B4, B2, UF4). Rezeptorverschaltung Schülerexperimente: Kontrastsehen mit dem Hermannsches Gitter, optischen Täuschungen, Sehtests, Nachbilder etc. Informationstexte, Bilder Erstellen von Regelkreisen Kartierungen des Gehirns und deren historischer Verlauf Informationstexte Gefährdungsbeurteilung Die SuS sollen das jeweilige Phänomen zunächst selbst erleben, um auch ihre Neugier zu wecken, die Ergebnisse mit Hilfe neurobiologischer Grundlagen zu erklären. Durch die kurze Übersicht über die historischen Schritte der Neurobiologie wird den SuS ein besserer Einblick in die Neurowissenschaft gegeben und deren Gedankenschritte können leichter nachvollzogen werden. Durch das vorher angeeignete Grundwissen sollen hier die Folgen von endo- und exogenen Stoffen kritisch beleuchtet werden und deren Folgen auch stufengerecht beurteilt werden. Podiumsdiskussion mit Rollenkarten Wirkungen sollen mit Hilfe der Podiumsdiskussion von den Folgen für ein Individuum erweitert werden und so soll die Übertragung auf die Gesellschaft erleichtert werden. Diagnose von Schülerkompetenzen: KLP-Überprüfungsform: „Dokumentationsaufgabe“: „Handreichung für effizientes Lernen“ Leistungsbewertung: angekündigte Kurztests Transferaufgabe zu anderen Sinnesorganen (z.B. Hören, Tasten, Schmecken etc) ggf. Teil einer Klausur Stand: 11/2014 Seite 14 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Unterrichtsvorhaben VII: Thema/Kontext: Aspekte der Hirnforschung – Welche Faktoren beeinflussen unser Gehirn? Inhaltsfeld: Neurobiologie Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können … Plastizität und Lernen UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Methoden der Neurobiologie (Teil 2) Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen. Zeitbedarf: ca. 17 Std. à 45 Minuten K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen. K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren, B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten. Mögliche didaktische Leitfragen / Konkretisierte Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Didaktisch-methodische Anmerkungen und Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Kompetenzerwartungen Methoden Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen des Kernlehrplans Absprachen der Fachkonferenz Die Schülerinnen und Schüler … Wie funktioniert unser Gedächtnis? stellen aktuelle Lernumgebung zum Thema Vor der tatsächlichen Erarbeitung werden die SuS durch Modellvorstellungen zum „Gedächtnis und Lernen“ Gedächtnisspiele sensibilisiert (z.B. ‚Ich packe meinen Koffer‘). Informationsverarbeitung im Gedächtnis auf anatomisch- Diese enthält: physiologischer Ebene dar An dieser Stelle kann sehr gut ein Lernprodukt in Form Zentralnervensystem Informationsblätter zu (K3, B1). einer Wikipedia-Seite zum effizienten Lernen erstellt Mehrspeichermodellen: werden. a) Atkinson & Shiffrin Bau des Gehirns (1971) Herausgearbeitet werden soll der Einfluss von: b) Brandt (1997) Hirnfunktionen c) Pritzel, Brand, Stress Markowitsch (2003) Schlaf bzw. Ruhephasen Internetquelle zur Versprachlichung weiterführenden Recherche Wiederholung von Inhalten für SuS: http://paedpsych.jk.uniGemeinsamkeiten der Modelle (z.B. Grundprinzip: Stand: 11/2014 Seite 15 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie linz.ac.at/internet/arbeitsblae tterord/LERNTECHNIKORD/Ge daechtnis.html Was passiert, wenn eine Information aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt wird? Neuronale Plastizität Welche Möglichkeiten und Grenzen bestehen bei bildgebenden Verfahren? PET MRT, fMRT erklären den Begriff der Plastizität anhand geeigneter Modelle und leiten die Bedeutung für ein lebenslanges Lernen ab (E6, UF4). stellen Möglichkeiten und Grenzen bildgebender Verfahren zur Anatomie und zur Funktion des Gehirns (PET und fMRT) gegenüber und bringen diese mit der Erforschung von Gehirnabläufen in Verbindung (UF4, UF1, B4). Wie beeinflusst Stress unser Lernen? Einfluss von Stress auf das Lernen und das menschliche Gedächtnis Cortisol-Stoffwechsel Welche Erklärungsansätze gibt es zur ursächlichen Erklärung von Morbus Alzheimer und welche Therapie-Ansätze und Grenzen gibt es? Stand: 11/2014 recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer gestufte Hilfen mit Leitfragen zum Modellvergleich und Modelkritik Informationstexte zu c) Mechanismen der neuronalen Plastizität d) neuronalen Plastizität in der Jugend und im Alter Enkodierung – Speicherung – Abruf) und Unterschiede (Rolle und Speicherung im Kurz- und Langzeitgedächtnis) werden herausgestellt. Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden herausgearbeitet. Im Vordergrund stehen die Herausarbeitung und Visualisierung des Begriffs „Neuronale Plastizität“: (Umbau-, Wachstums-, Verzweigungs- und Aktivitätsmuster von Nervenzellen im Gehirn mit besonderem Schwerpunkt auf das Wachstum der Großhirnrinde) Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden einander gegenübergestellt. MRT und fMRT Bilder, die unterschiedliche Struktur- und Aktivitätsmuster bei Probanden zeigen. Informationstexte, Bilder und kurze Filme zu PET und fMRT Ggf. Exkursion an eine Universität (Neurobiologische RWTH Aachen oder Forschungszentrum Jülich) oder entsprechendes Datenmaterial Informationstext zum CortisolStoffwechsel (CRH, ACTH, Cortisol) Kriterien zur Erstellung von Merkblättern der SuS Recherche in digitalen und analogen Medien, die von den SuS selbst gewählt werden (zur Unterstützung können auch wissenschaftliche Paper Die Messungen von Augenbewegungen und Gedächtnisleistungen in Ruhe und bei Störungen werden ausgewertet. (Idealerweise authentische Messungen bei einzelnen SuS) Konsequenzen für die Gestaltung einer geeigneten Lernumgebung werden auf Basis der Datenlage abgeleitet. Sie könnten z.B. in Form eines Merkblatts zusammengestellt werden. Informationen und Abbildungen werden recherchiert. An dieser Stelle bietet es sich an, ein Lernprodukt in Form eines Informationsflyers zu erstellen. Seite 16 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Degenerative Erkrankungen des Gehirns Wie wirken Neuroenhancer? Neuro-Enhancement: - Medikamente gegen Alzheimer, Demenz und ADHS degenerativen Erkrankung (K2, K3). dokumentieren und präsentieren die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen (K1, K3, UF2). leiten Wirkungen von endound exogenen Substanzen (u.a. von Neuroenhancern) auf die Gesundheit ab und bewerten mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft (B3, B4, B2, UF2, UF4). zur Verfügung gestellt werden) formale Kriterien zur Erstellung eines Flyers Beobachtungsbögen Reflexionsgespräch Arbeitsblätter zur Wirkungsweise von verschiedenen Neuro-Enhancern Partnerarbeit Kurzvorträge mithilfe von Abbildungen (u. a. zum synaptischen Spalt) Präsentationen werden inhalts- und darstellungsbezogen beobachtet und reflektiert. Die Wirkweise von Neuroenhancern (auf Modellebene!) wird erarbeitet. Im Unterricht werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede der verschiedenen Neuroenhancer gemeinsam erarbeitet und systematisiert. Unterrichtsgespräch Erfahrungsberichte Podiumsdiskussion zum Thema: Sollen Neuroenhancer allen frei zugänglich gemacht werden? Rollenkarten mit Vertretern verschiedener Interessengruppen. An dieser Stelle bietet sich eine Podiumsdiskussion an. Diagnose von Schülerkompetenzen: Vorwissens- und Verknüpfungstests – neuronale Netzwerkerstellung und moderierte Netzwerke KLP-Überprüfungsform: „Dokumentationsaufgabe“: „Handreichung für effizientes Lernen“ KLP-Überprüfungsform: „Bewertungsaufgabe“ (z.B. zum Thema: Neuroenhancement – Chancen oder Risiken?) Leistungsbewertung: angekündigte Kurztests Transferaufgabe zu Synapsenvorgängen (z.B. Endorphine und Sport, Drogen, Sucht etc) ggf. Klausur Stand: 11/2014 Seite 17 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Grundkurs – Q 2: Inhaltsfeld: IF 5 (Ökologie) Unterrichtsvorhaben I: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Unterrichtsvorhaben II: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Unterrichtsvorhaben III: Synökologie II –Einflüsse des Menschen auf Stoffkreisläufe und Energieflüsse im See und im Fließgewässer Inhaltliche Schwerpunkte: Umweltfaktoren und ökologische Potenz Dynamik von Populationen Stoffkreislauf und Energiefluss Mensch und Ökosysteme Fotosynthese Basiskonzepte: System Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf Struktur und Funktion Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte Entwicklung Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie Zeitbedarf: ca. 45 Std. à 45 Minuten Untersuchen das Vorkommen, die Abundanz und die Dispersion von Lebewesen eines Ökosystems im Freiland (E1, E2, E4) Stand: 11/2014 Seite 18 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Konkretisierte Unterrichtsvorhaben: Ökologie Unterrichtsvorhaben I: Thema/Kontext: Autökologische Untersuchungen – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Inhaltsfeld: Evolution Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Umweltfaktoren und physiologische Potenz Die Schülerinnen und Schüler können … E1 Probleme und Fragestellungen Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen Mögliche didaktische Leitfragen / Konkretisierte Empfohlene Lehrmittel/ Didaktisch-methodische Anmerkungen und Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Kompetenzerwartungen des Materialien/ Methoden Empfehlungen sowie Darstellung der Kernlehrplans verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Die Schülerinnen und Schüler … Einstieg: Wann wächst eine Pflanze gut? Sammeln wesentlicher Faktoren Über Mind- oder Concept-Map wird das Thema in einem Ökosystem vorstrukturiert, so dass jederzeit auf die MindZuordnung /Concep-Map zurückgegriffen werden und diese - Biotop abiotische Faktoren ergänzt bzw. verändert werden kann. - Biozönose biotische Faktoren Gleichwarme und Wechselwarme planen ausgehend von Lebewesen – physiologische Potenz, Hypo-thesen Experimente zur Über-prüfung der Anpassung und Lebenszyklen ökologischen Potenz nach Wer kühlt schneller aus? Eisbär oder dem Prinzip der Variablennehmen Robbe – Bergmann‘sche und kontrolle, kriterienorientiert Allen’sche Regel Stand: 11/2014 Experimentelle Ermittlung von Präferenzbereichen bei Temperatur und Luftfeuchtigkeit bei Insekten? Der Vergleich von Modellexperiment und realen Bedingungen kann an dieser Stelle thematisiert Seite 19 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Beobachtungen und werden. Messungen vor und deuten die Ergebnisse (E2, E3, E4, Verhungern oder Verdursten? – E5, K4), Auswertung von Experimentalwerten Eine Differenzierung über die Betrachtung von C4Einflüsse auf die Photosynthese; Experimente zu beiden Regeln oder CAM-Pflanzen ist möglich. multifaktorielle Betrachtung - Ablauf der Photosynthese - Wassertransport Gruppenpuzzle Wassertransport - Stomata (Wasserverlust, CO2Experimente zur Transpiration erläutern die Aussagekraft Modell Chloroplast Aufnahme) - Einfluss der Temperatur und von biologischen Regeln (u. a. Modellexperimente zur tiergeographische Regeln) und Photosynthese (z.B. Lichtintensität des Lichts grenzen diese von mit der Wasserpest) - Minimumgesetz naturwissenschaftlichen Mikroskopie von Spaltöffnungen Gesetzen ab (E7, K4). - analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosynthese-aktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5) leiten aus Forschungsexperimenten zur Aufklärung der Fotosynthese zugrunde liegende Fragestellungen und Hypothesen ab (E1, E3, UF2, UF4) erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen Stand: 11/2014 Seite 20 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3) erläutern mithilfe einfacher Schemata das Grundprinzip der Energieumwandlung in den Fotosystemen und den Mechanismus der ATP-Synthese (K3, UF1), Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: „Analyseaufgabe“ Ggf. Klausur Stand: 11/2014 Seite 21 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Unterrichtsvorhaben II: Thema/Kontext: Synökologie I – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Inhaltsfeld: Evolution Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Dynamik von Populationen Die Schülerinnen und Schüler können … E6 Modelle Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten K4 Argumentation Mögliche didaktische Leitfragen / Konkretisierte Sequenzierung inhaltlicher Kompetenzerwartungen Aspekte des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler … Nicht mehr allein – intraspezifische und interspezifische Wechselbeziehungen - Logistisches Wachstum und intraspezifische Konkurrenz Konkurrenzvermeidung und Konkurrenzausschluss – interspezifische Konkurrenz Welchen „Beruf“ hast du? – die ökologische Nische - Koevolution durch Einnischung Ökologische Potenz (Real- und Fundamentalnische) Konvergenz und Neophyten Stand: 11/2014 erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2), zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem auf (UF3, UF4, E4) recherchieren Beispiele für die biologische Invasion von Arten und leiten Folgen für das Ökosystem ab (K2, K4). Empfohlene Lehrmittel/ Didaktisch-methodische Anmerkungen und Materialien/ Methoden Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz Der Einstieg kann über einen advanced Organiser zu den unterschiedlichen biotischen Faktoren erfolgen Erarbeitung z.B. an ParameciumVersuchen Expertengruppen unterschiedlichen Beispielen zu Durch eine Materialgestützte Einordnung unterschiedlicher Beispiele sollte die Ökologische Nische von der rein räumlichen Dimension gelöst werden. Zudem kann über die Komplexität der Beispiele und der betrachteten Faktoren eine Binnendifferenzierung stattfinden. Seite 22 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Zyklische Änderungen Ökosystemen in Jahreszeiten Räuber und Beute (LotkaVolterra-Regeln) Populationsentwicklungen - k- und r-Strategen - Generalisten und Spezialisten in unterschiedlichen Lebensräumen - Dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren - Symbiose, Parasitismus und Kommensalismus – Auswirkungen auf die Population leiten aus Daten zu abiotischen und biotischen Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderungen (Abundanz und Dispersion von Arten) sowie K- und rLebenszyklusstrategien ab (E5, UF1, UF2, UF3, UF4), vergleichen das Lotka-Volterra-Modell mit veröffentlichten Daten aus Freilandmessungen und diskutieren die Grenzen des Modells (E6), Lemminge? Durchführung einer Durch eine thematisierung des Simulation am PC Modellcharakters der Regeln und Vergleich von idealisierten und realen Graphen soll eine Vernetzung verschiedener Einflussfaktoren und eine Förderung des Visualisierung als Regelkreis? multiperspektivischen Denkens gefördert werden. untersuchen die Veränderungen von Populationen mithilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-VolterraModells (E6) beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (UF1). leiten aus Untersuchungsdaten zu intraund interspezifischen Beziehungen (Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter Verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1), Gruppenpuzzle Symbiose an Beispielen? (ggf. hier schon die Wurzelknöllchen besprechen als Vorgriff auf den Stickstoffkreislauf) Eine Komplexere Aufgabe sollte im Unterricht besprochen werden Besonderes Augenmerk soll auf die materialgebundene, kriteriengestützte und begründete Einordnung von Beispielen gelegt werden Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: „Analyseaufgabe“ Ggf. Klausur Stand: 11/2014 Seite 23 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie Unterrichtsvorhaben III: Thema/Kontext: Synökologie II –Einflüsse des Menschen auf Stoffkreisläufe und Energieflüsse im See und im Fließgewässer Inhaltsfeld: Evolution Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Stoffkreislauf und Energiefluss Die Schülerinnen und Schüler können … Mensch und Ökosysteme E5 Auswertung B2 Entscheidungen Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten B3 Werte und Normen Mögliche didaktische Leitfragen / Konkretisierte Empfohlene Lehrmittel/ Didaktisch-methodische Anmerkungen und Sequenzierung inhaltlicher Kompetenzerwartungen Materialien/ Methoden Empfehlungen sowie Darstellung der Aspekte des Kernlehrplans verbindlichen Absprachen der Die Schülerinnen und Fachkonferenz Schüler … Ökosystem See entwickeln aus zeitlich rhythmischen - - Zonierung und wesentliche Faktoren Jahreszeitliche Schichtung und Dichteanomalie des Wassers Jahreszeitliche Veränderung wesentlicher Faktoren Nahrungsbeziehungen im See Trophiestufen Stickstoffkreislauf im See und darüber hinaus Was macht der Mensch? Einflüsse auf See und Fließgewässer See - Eutrophe, oligotrophe und mesotrophe Seen Eutrophierung von Seen bis Stand: 11/2014 Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen und erklären diese auf der Grundlage von Daten (E1, E5), stellen energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt dar (K1, K3) Modellexperiment Wasserschichtung zur Ggf. Lerntempoduett: Übung des Umgangs mit unterschiedlichen Übertragung von Texten zu Darstellungsformen und Übertragung von Nahrungsnetzen und Informationen zwischen diesen. Stickstoffkreislauf in Schemata und zurück. Darstellung als Pfeildiagramm präsentieren und erklären auf der Grundlage von Untersuchungs-daten die Wirkung von anthropo-genen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf (K1, K3, UF1) diskutieren Konflikte zwischen der Ggf. Wasseruntersuchungen Anhand von in unterschiedlichen Darstellungsformen repräsentierten Informationen sollen die Prozesse der Eutrophierung in einer sinnvollen Form (z.B. Pfeildiagramm) dargestellt werden. Anhand Seite 24 Gymnasium Zitadelle – Schulinterner Lehrplan S II – Biologie - zur Verlandung Maßnahmen gegen Eutrophierung die Fließgewässer (exemplarisch) - - - Zonierung und grundlegende Anpassungen der Lebewesen (Zeigerorganismen) Wassergüte – chemische Indikatoren und Sapprobienindex Selbstreinigung Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz (B2, B3) Ggf. Podiumsdiskussion - Dünger entwickeln Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten und schätzen diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit ein (B2, B3). des Diagramms sollen unterschiedliche Einflussnahmen Bewertet bzw. hergeleitet werden zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem auf (UF3, UF4,E4) Diagnose von Schülerkompetenzen: Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens Leistungsbewertung: KLP-Überprüfungsform: „Analyseaufgabe“ Ggf. Klausur Stand: 11/2014 Seite 25
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