Home | Unterricht | Fächer | Biologie | KC Biologie Jahrgang 11

Layout

Cpanel

Schulcurriculum Biologie für die Einführungsphase (Jahrgang 11)

Die fachwissenschaftlichen Kompetenzen

Struktur und Funktion (FW 1)

Der Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion ist auf allen Systemebenen zu finden. Er wird in der Qualifikationsphase auch auf molekularer und zellulärer Ebene betrachtet. Die Strukturen werden auf molekularer Ebene so weit schematisch dargestellt, dass auf chemische Strukturformeln verzichtet werden kann.

Kompartimentierung (FW 2)

Biologische Systeme zeigen abgegrenzte Reaktionsräume (Kompartimente). Obwohl die Untergliederung in abgegrenzte Teilräume nicht nur in der Zelle auftritt, wird bei den unten formulierten Kompetenzen der Fokus auf die durch Membranen abgegrenzten Reaktionsräume gerichtet. Durch die Abgrenzung wird es möglich, dass unterschiedliche Stoffwechselprozesse in derselben Zelle gleichzeitig stattfinden können. Stoffe können angereichert und Energie kann gespeichert werden.

Steuerung und Regelung (FW 3)

Lebewesen stehen als offene Systeme in einer geregelten, selbsterhaltenden Beziehung zum System ihrer Umwelt. Die stabilisierende Regulation der internen Bedingungen gegenüber äußeren Einflüssen (Homöostase) war eine Voraussetzung für die Entstehung des Lebens und ist auch heute noch eine Bedingung für seinen Bestand. Regelung erfolgt auf verschiedenen Systemebenen. Organismen nutzen in ihrem Stoffwechsel ein komplexes Gefüge von Ungleichgewichten und Fließgleichgewichten. Auf allen Organisationsebenen sind Wirkung und Rückwirkung zwischen den Elementen lebender Systeme zu beobachten. Durch diese Beziehungen ist die Zelle mehr als die Summe ihrer Moleküle, der menschliche Körper mehr als die Summe seiner Organe und eine Biozönose mehr als die Summe ihrer Lebewesen.

Stoff- und Energieumwandlung (FW 4)

Die aufbauenden und abbauenden Stoffwechselvorgänge sind auf den verschiedenen Organisationsebenen über Stoffe sowie Energie- und Reduktionsäquivalente verknüpft. Stoffwechselwege werden als schematische (Redox-)Reaktionen im Energiediagramm betrachtet. Während des Stoffwechsels finden Speicherung, Transport und Umwandlung von Stoffen statt. Letztendlich wird die aufgenommene Energie als Wärme entwertet.

Information und Kommunikation (FW 5)

Informationsaufnahme, -weiterleitung, -verarbeitung und -speicherung sind charakteristische Eigenschaften lebender Systeme. Diese Aufgaben werden bei höheren Organismen von komplexen Systemen übernommen. Kommunikation stellt hierbei die wechselseitige Informationsübertragung dar, die auf allen Systemebenen lebender Organismen stattfindet. Dieses Basiskonzept hilft beim Verständnis der Verschlüsselung der Erbinformation sowie beim Verständnis der neuronalen und hormonellen Vorgänge im Körper und der Speicherung von Informationen in verschiedenen Systemen.

Reproduktion (FW 6)

Mit Reproduktion ist die Weitergabe von Erbinformationen verbunden. Die embryonalen Stammzellen unterscheiden sich von den adulten Stammzellen, deren Fähigkeit zur Differenzierung eingeschränkt ist. Diese Kompetenz eignet sich in besonderer Weise für den Erwerb von Bewertungskompetenzen.

Variabilität und Angepasstheit (FW 7)

Lebewesen sind durch Bau und Funktion an ihre Umwelt angepasst. Angepasstheit wird durch Variabilität ermöglicht. Grundlage von Variabilität sind Mutation, Rekombination und Modifikation. Der Zustand der Angepasstheit ist vom Prozess der Anpassung abzugrenzen. Um ein tiefer gehendes Verständnis von Angepasstheit zu erreichen, ist eine Betrachtung auf den verschiedenen Ebenen bis hin zur molekularen Ebene empfehlenswert. Das Basiskonzept unterstützt das umfassende Verständnis von Einnischung und Artbildung sowie von der synthetischen Evolutionstheorie.

Geschichte und Verwandtschaft (FW 8)

Biologische Systeme verändern sich auf allen Systemebenen mit der Zeit. Gemäß der Evolutionstheorie sind Lebewesen in unterschiedlichem Grad miteinander verwandt. Als Belege für stammesgeschichtliche Verwandtschaft werden molekularbiologische Untersuchungen herangezogen. Die Geschichtlichkeit und das „So-Geworden-Sein“ biologischer Systeme ermöglichen eine zusammenhängende Sicht auf viele Einzelphänomene des Biologieunterrichts. Die Reflexion über die Menschwerdung liefert dabei einen grundlegenden Beitrag zum Menschenbild und zum menschlichen Selbstverständnis. Das Basiskonzept Geschichte und Verwandtschaft weist vielfältige Bezüge zu allen anderen Basiskonzepten auf und ist eine Grundlage für ultimate Betrachtungen und Erklärungsansätze.

Wichtig:

In der Einführungsphase sind die Fachwissenschaftlichen Kompetenzen FW 4 (Stoff- und Energieumwandlung), FW 7 (Variabilität und Angepasstheit) und FW 8 (Geschichte und Verwandtschaft) nicht berücksichtigt. Diese werden erst wieder in der Qualifikationsphase aufgegriffen. Die prozessbezogenen Kompetenzen sind meist mehrfach verankert.

Die Semesterthemen

11/1: Bau und Funktion von Biomembranen

Die Zelle wird als Grundbaustein des Lebens angesehen. In der Unterrichtseinheit „Bau  und Funktion  von  Biomembranen“ sind deshalb naturwissenschaftliche Fragestellungen zum Bau und zur Funktion von Biomembranen, aber auch zu zellulären Vorgängen im Plasma und an Biomembranen und zur Struktur und Funktion bestimmter Zellorganellen Schwerpunkte. Ein Verständnis dieser Zusammenhänge bildet die Grundlage für viele biologische Themengebiete. Diese Unterrichtseinheit ermöglicht in besonderem Maße die Einübung fachspezifischer Qualifikationen, wie zum Beispiel die experimentelle Erschließung der Eigenschaften von Membranbestandteilen, die Interpretation elektronenmikroskopischer Bilder sowie die Arbeit mit Modellen.

Ausgehend vom elektronenmikroskopischen Bau der prokaryotischen und der eukaryotischen Zelle erfolgt die Erarbeitung der Struktur und Funktion von Zellmembranen. Dabei wird auch die Bedeutung der Zellkompartimentierung für die Bildung unterschiedlicher Reaktionsräume betrachtet. Im Anschluss an die experimentelle Erarbeitung von Diffusion und Osmose sowie deren Bedeutung für den Stofftransport durch Biomembranen stehen der Wasserhaushalt der Zelle und damit die Vorgänge bei der Plasmolyse und Deplasmolyse im Zentrum des Unterrichts.

Kerninhalte:

Zelltypen vergleichen: Tierzelle, Pflanzenzelle, Bakterienzelle,

Kompartimentierung in der Zelle: Zellkern, Zellplasma, Vakuole

Mikroskopieren und skizzieren Zellen bei der Plasmolyse

Bau und Eigenschaften biologisch bedeutsamer Moleküle kennen: Lipide, Proteine, Phospholipide

als Membranbausteine

Bau der Biomembran: Flüssig-Mosaik-Modell

Stofftransport zwischen Kompartimenten: Diffusion und Osmose, aktiver Transport

Osmotische Regulation

11/2: Realisierung der genetischen Information

In dieser Unterrichtseinheit wird der prinzipielle Weg der Informationsübertragung von der DNA zum Protein betrachtet. In einzelnen Fällen lässt sich dieser Weg sogar bis zum Merkmal verfolgen. Ausgehend von der Bedeutung des Zellkerns wird die Struktur der DNA als Erbsubstanz anhand der Experimente von Griffith und Avery erarbeitet. Nach der Verdeutlichung der Erbgleichheit bei Zellen stehen die Realisierung der genetischen Information und damit die Übersetzung der DNA-Sequenz in eine Aminosäuresequenz sowie der Zusammenhang von Genen, Genprodukten und der Ausprägung von Merkmalen sowie DNA-Mutationen und ihre Auswirkungen auf das Genprodukt im Mittelpunkt des Unterrichts. Beeinträchtigungen im Stoffwechsel des lebenden Organismus‘ lassen sich somit als Resultat zellulärer Ursache-Wirkungsbeziehungen beschreiben. Genetisch bedingte Krankheiten können anschließend mit Kenntnissen über Fehlsteuerungen von Stoffwechselprozessen erklärt werden (z. B. Mukoviszidose, PKU, Sichelzellanämie). Auf der Grundlage molekulargenetischer Forschungsexperimente lassen sich moderne und zukunftsorientierte Methoden zur Behandlung von Krankheiten entwickeln und verstehen. Die gesellschaftlich-ethische Bedeutung genetischer Forschungsergebnisse, Verfahren und Techniken wird für die Schülerinnen und Schüler somit nachvollziehbar und beurteilbar. Am Beispiel der pränatalen Diagnostik (PND) führen die Schülerinnen und Schüler abschließend eine ethische Analyse durch, wägen dabei Argumente ab, unterscheiden deskriptive von normativen Aussagen und begründen Handlungsoptionen.

Kerninhalte
Griffith-Avery, Nucleinsäuren, Komplementäre Basen, Ein-Gen-Ein Polypeptid-Hypothese, Semikonservative Replikation, PCR, Transkription, Translation, Punktmutation, Rastermutation, Gelelektrophorese, PND

Template Design Ext-joom.com