Schulinterner Lehrplan - Gymnasium Zitadelle Jülich

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
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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
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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)
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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
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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)
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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
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
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
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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
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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
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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.
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
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.
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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
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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.
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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.
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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
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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
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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:
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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.
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
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
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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
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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
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Experimentelle Ermittlung von
Präferenzbereichen
bei
Temperatur und Luftfeuchtigkeit
bei Insekten?
Der Vergleich von Modellexperiment und realen
Bedingungen kann an dieser Stelle thematisiert
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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-
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
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