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Unterrichtseinheit - Biologie - Gymnasium - Oberstufe

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
11.-13. Schuljahr, 35 Seiten (1,4 MB)

Chlamydien sind nicht nur aus humanpathogener, sondern auch aus biologischer Sicht erwähnenswert, denn sie haben eine besondere Stellung unter den Bakterien. Trotz überwiegend bakterieller Eigenschaften besitzen sie einen virenähnlichen Entwicklungszyklus und zählen daher (wie Viren) zu den obligat intrazellulären Parasiten. Heimlich haben diese Parasiten die Menschheit durchseucht. Eine wirksame Impfung liegt bis dato nicht vor. Die Unwissenheit unter den Jugendlichen und jungen Erwachsenen, trotz schulischer Bildung inklusive Sexualerziehung und anderem Unterricht, ist ein nicht zu unterschätzender Faktor, der zur weiteren Verbreitung dieses Erregers beiträgt. Somit kann dieser Sachgegenstand, der viele biologische Anknüpfungsthemen bietet, auch einen überfachlichen Beitrag zur Gesundheitserziehung leisten.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• M 1: Chlamydien – bakterielle Parasiten
• M 2: Der Entwicklungszyklus von Chlamydien
• M 3: Die Biomembran und ihre immunbiologische Rolle
• M 4: Membranmimikry: Tarnung vor dem Immunsystem
• M 5: Bekämpfung des Erregers mit und ohne Antibiotika
• M 6: Chlamydiosen – (Folge)Schäden
• M 7: Durch Screening der „Seuche“ ein Ende setzen?
• M 8: Verbreitung via Geschlechtsverkehr des Wirtes
• Lösungen
• Literatur

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Unterrichtseinheit - Biologie - Gymnasium - Oberstufe

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
11.-13. Schuljahr, 35 Seiten (1,3 MB)

Hepatitis, eine entzündliche Erkrankung der Leber, geht zunächst mit Müdigkeit, Appetitlosigkeit und Erbrechen einher, schließlich kommt es oft zu der als „Gelbsucht“ bekannten typischen Verfärbung von Haut und Augen. Bei einem chronischen Verlauf drohen Leberzirrhose und Tumorbildung. Neue methodische Ansätze, die wesentlich von Harvey J. ALTER, Michael HOUGHTON und Charles M. RICE geprägt wurden, brachten den Nachweis des lange unbekannten Hepatitis-C-Virus (HCV). Dies war die wesentliche Grundlage für Fortschritte in der Diagnostik und Therapie. Im Jahr 2020 wurden die drei Wissenschaftler daher mit dem Nobelpreis für Medizin oder Physiologie geehrt. Hepatitis als bedeutsame Erkrankung, die wissenschaftliche Arbeit der drei Preisträger, aber auch die heutigen Behandlungsmöglichkeiten bieten interessante Anknüpfungspunkte für klassische Themen des Biologieunterrichts in der Sekundarstufe II.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• M 1: Das Hepatitis-C-Virus
• M 2: Die Leber als Stoffwechselzentrale
• M 3: Die Entdeckungsgeschichte von HCV
• M 4: Diagnostik und Therapie der Hepatitis C
• Lösungen
• Literaturhinweise

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Biokampfstoff Rizin

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
39 Seiten (2,3 MB)

Ein Mord wie im Spionagefilm: Georgi Markow, ein regimekritischer Autor aus Bulgarien, der 1978 in London für die BBC arbeitet, spürt in der rechten Wade einen stechenden Schmerz und sieht einen Mann mit einem Regenschirm davoneilen. Drei Tage später ist er tot. Der Regenschirmmörder hat ihm eine tödliche Dosis Rizin injiziert. Deutschland 2020: ein Ehepaar wird zu langen Haftstrafen verurteilt. Der Rizin-Bomber und seine Komplizin wollen mit dem hochgiftigen Biokampfstoff Rizin, verpackt in einer Splitterbombe, möglichst viele Menschen töten. Doch was genau ist Rizin? Wie und wo wirkt es? Rizin, das toxische Protein aus den Samen der Rizinus-Pflanze, dem Wunderbaum, zählt zu den stärksten biologischen Giften. In dieser Lerneinheit erarbeiten und modellieren Ihre Schülerinnen und Schüler die molekularbiologische Vergiftungsdynamik des Translationshemmers Rizin. Am spannenden Kontext wird die Translation, als Teilprozess der Proteinbiosynthese, kompetenzorientiert vertieft. Am Beispiel des Antibiotikums Chloramphenicol wird das Wissen rund um Translationshemmung transferiert und auf Nebenwirkungen von Antibiotika eingegangen.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Regenschirmmord und Rizin-Bomber
• Rizin – das Gift des Wunderbaumes
• Molekularbiologische Vergiftungsdynamik
• Das Antibiotikum Chloramphenicoly
• Modellierung der Translationshemmung
• Lösungen

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Simulationen im Biologieunterricht

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums

Evolutionsprozesse entziehen sich meist der direkten Beobachtung, da Veränderungen der Zusammensetzung von Populationen über viele Generationen erfolgen. Computergestützte Simulationen bieten die Möglichkeit, Hypothesen zum Anpassungswert von Mutationen im Modell zu testen. Die in dieser Einheit verwendeten Simulationen involvieren die Schülerinnen und Schüler in die dynamische Veränderung von Modellpopulationen. Neben der motivierenden Wirkung fördert diese Form der Auseinandersetzung mit dem Thema Evolution das Verständnis für die Bedeutung der Abfolge von Generationen und den Einfluss von Umgebungsparametern auf die Individuen der Population.

• Klassenstufe Sek. II
• Dauer: 6 Unterrichtsstunden
• Kompetenzen:
  • 1. Nutzung von Modellen zur Erkenntnisgewinnung;
  • 2. Bewertung der Aussagekraft von Modellen;
  • 3. Mutation und Selektion als zentralen Antrieb von evolutiven Anpassungen verstehen
• Thematische Bereiche: Evolutionsfaktoren, Selektion, Ökologische Angepasstheit

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Genetik: Molekulargenetik

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
8 Seiten (1,1 MB)

Mit dieser Aufgabe können im Rahmen des Themenbereichs Molekulargenetik Überlegungen zu Ausmaß und Auswirkungen von Punktmutationen angestellt werden. Dabei werden verschiedene Kompetenzen eingeübt, darunter das Analysieren und Interpretieren grafischer Darstellungen, das Erkennen von Bedeutungszusammenhängen bei veränderten biologischen Ausgangsbedingungen sowie das begrifflich präzise Darlegen biologischer Sachverhalte.

• Niveau: grundlegend
• Fachlicher Bezug: Genetik
• Methode: Einzel- und Partnerarbeit
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion
• Erkenntnismethoden: vergleichen, Konzepte anwenden, Regeln verwenden, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, Fachsprache verwenden, Materialien auswerten
• Reflexion: Folgen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: genetischer Code, mRNA, Translation, Aminosäure, Wasserstoffbrückenbindungen, Tertiärstruktur, Punktmutation

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Innovative Strategien für eine nachhaltige Pflanzenproduktion

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
34 Seiten (6,5 MB)

Die Anwendung der Gentechnik an Pflanzen stellt weltweit ein wichtiges und rasch wachsendes wissenschaftliches Forschungsgebiet dar. Die landwirtschaftliche Nutzung beschränkt sich dabei vor allem auf gentechnisch veränderte Linien von Soja, Mais, Baumwolle und Raps. Gentechnische Verfahren versprechen schnelle und erfolgreiche Lösungen der Probleme. In Deutschland sind Bananen nach Äpfeln das beliebteste Obst. Doch sind gentechnisch veränderte Bananen hierzulande erwünscht? Ziel dieser Unterrichtssequenz ist es, Schülerinnen und Schüler zu befähigen, sich ein eigenständiges und reflektiertes Urteil zu diesem kontroversen Themenkomplex zu bilden.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Material
  • M 1: Ernteverluste bei der Bananenproduktion
  • M 2: Agrobacterium-vermittelte Transformation
  • M 3: Letzte Rettung Gentechnik? Krankheitserreger und deren Bekämpfung
  • M 4: Rollenkarten für die Podiumsdiskussion
  • M 5: Argumente und Werte hinter dem Konflikt
• Lösungsvorschläge

• Niveau: weiterführend
• Fachlicher Bezug: Genetik, Evolution, Fortpflanzung, Zellbiologie; Ethik
• Methode: Partner-, Gruppenarbeit
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Reproduktion, Variabilität und Angepasstheit, Entwicklung
• Erkenntnismethoden: beschreiben, Phänomene erfassen, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, darstellen, präsentieren, argumentieren, diskutieren, Materialien auswerten und einsetzen
• Reflexion: Anwendungen/Folgen beurteilen, kritisch bewerten, Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven betrachten
• Inhalt in Stichworten: vegetative Vermehrung, gentechnische Methoden, Agrobacterium tumefaciens, Ti-Plasmid, Transformation, Pathogene, Schädlingsbefall, Resistenz, ethisches Bewerten

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Das Navi im Kopf

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
28 Seiten (1,7 MB)

Orientierung im Raum ist als Anforderung für Tiere und Menschen so augenfällig, dass davon für die Schülerinnen und Schüler eine motivierende Wirkung zur Beschäftigung mit neurobiologischen Inhalten ausgeht. Die Aufgaben dieses Beitrags bieten Möglichkeiten, die Forschung O’KEEFES und der MOSERS im Unterricht der Kursstufe zu thematisieren, sie mit grundlegenden Konzepten zu verknüpfen und zur Kompetenzentwicklung zu nutzen.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Material
  • M 1: Orientierung im Raum
  • M 2: Räumliches Lernen
  • M 3: Wechselwirkungen von Hippocampus und Verhalten
• Lösungsvorschläge

• Niveau: vertiefend
• Fachlicher Bezug: Neurobiologie, Verhaltensbiologie, Evolution
• Methode: Einzel-, Partner-, Gruppenarbeit
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Information und Kommunikation
• Erkenntnismethoden: vergleichen, Phänomene erfassen, Konzepte anwenden, Hypothesen bilden, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, Materialien auswerten
• Reflexion: Folgen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: räumliche Orientierung, Hippocampus, Ortszellen, Gitterzellen, Pyramidenzelle, Lernen, Schlaf, Langzeitpotenzierung (LTP), Synapsen, Neurotransmitter, Ionenkanäle, MORRIS-Wasserlabyrinth, neuronale Plastizität

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Klausur: mtDNA im Vergleich

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
16 Seiten (2,4 MB)

Die folgenden Aufgaben wiederholen einerseits Fachwissen aus den Bereichen Stoffwechsel (Dissimilation), Genetik und Evolution und fördern andererseits oberstufenrelevante Kompetenzen wie Transferleistungen und die Analyse von grafischen Darstellungen. Vor diesem Hintergrund kann dieser Klausurvorschlag als Klausur unter Abiturbedingungen eingesetzt werden.

• Niveau: weiterführend
• Fachlicher Bezug: Stoffwechsel, Genetik, Evolution
• Methode: Klausur (300 min)
• Basiskonzepte: Regelung und Steuerung, Stoff- und Energieumwandlung, Geschichte und Verwandtschaft
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Hypothesen überprüfen, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, diskutieren, Materialien auswerten
• Inhalt in Stichworten: braunes Fettgewebe, Thermogenin, Entkopplungsprotein, Energiestoffwechsel, Atmungskette, Fossilien, Stammbaum, DNA-Vergleich, Mutation, mtDNA, Primärstruktur von Proteinen

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Historische Perspektiven im Biologieunterricht

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
22 Seiten (5,4 MB)

Unter dem Begriffspaar Homologie und Analogie versteht man in der vergleichenden Anatomie die Übereinstimmung von Organen, Organsystemen und anderen Körperstrukturen, z. B. Knochen, die auf einer gemeinsamen Abstammung beruht (Homologie) bzw. die sich in der Phylogenese parallel und unabhängig voneinander entwickelt hat (Analogie). Die erste klare Abgrenzung des Begriffspaars für die Biologie wurde von dem britischen Zoologen RICHARD OWEN (1804 –1892), einem Gegner der DARWINschen Evolutionstheorie, formuliert. Neben dessen Definition werden in diesem Beitrag wichtige Etappen der Entwicklung und Klärung des Homologie- bzw. Analogiebegriffes u. a. bei PIERRE BELON (1517–1564) und CARL GEGENBAUR (1826 – 1903) behandelt. Indem die Schülerinnen und Schüler die historischen Abbildungen und Textauszüge einordnen und nach heutigem Kenntnisstand bewerten, setzen sie sich aktiv mit den angesprochenen Konzepten auseinander.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Material
  • M 1: Ähnlich ist nicht gleich ähnlich – homolog oder analog?
  • M 2: Seehunde und Fledermäuse – Tiere zwischen zwei „Reichen“
  • M 3: Embryonale Entwicklung: Evolution im Schnelldurchlauf?
• Lösungsvorschläge

• Niveau: grundlegend, weiterführend
• Fachlicher Bezug: Evolution, Morphologie, Wissenschaftsgeschichte
• Methode: Einzelarbeit, Partnerarbeit, Gruppenarbeit
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Entwicklung, Geschichte und Verwandtschaft
• Erkenntnismethoden: Konzepte übertragen und anwenden
• Kommunikation: erklären, darstellen, Fachsprache anwenden
• Reflexion: kritisch bewerten
• Inhalt in Stichworten: Homologie(kriterien), Analogie, Klassifikation, Morphologie, Wirbeltierskelett, Säugetiermerkmale, Kiemenbogen, Entwicklungsbiologie, biogenetische Grundregel

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"Mutter" aller Pandemien

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
43 Seiten (1,4 MB)

Die historische Spanische Grippe gilt als die „Mutter“ aller Pandemien. Im Zeitraum von 1918–1920 hat sie bis zu 50 Millionen Menschen weltweit das Leben gekostet. Das ursprünglich aus Populationen von Wasservögeln stammende Influenzavirus überwand damals die Artgrenze zwischen Vogel und Mensch und mutierte anschließend in Anpassung an den neuen Wirt. In dieser Lernaufgabe gehen Ihre Schüler den Ursprüngen der Spanischen Grippe auf den Grund, entdecken selbstständig die typischen Merkmale von Grippeviren, lernen die aktuelle epidemiologische Situation kennen und beurteilen die Grippeschutzimpfung. Die Förderung von Diagrammkompetenz und Urteilsfähigkeit steht methodisch im Vordergrund.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• M 1 Die Influenza – „Mutter“ aller Pandemien
• M 2 Die spanische Krankheit – „nur“ die Grippe?
• M 3 Modellierung des humanen Influenzavirus
• M 4 Viren kapern den Proteinbiosynthese-Apparat
• M 5 Pandemien auf dem Vormarsch
• M 6 Ständiger Begleiter – die saisonale Influenza
• M 7 Impfbefürworter vs. Impfgegner
• Lösungen
• Literaturverzeichnis

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Immunbiologie - Corona

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
57 Seiten (3,8 MB)

Im Jahr 2000 waren vier Coronaviren bekannt, die beim Menschen milde Erkältungskrankheiten auslösen. 2002 erschien SARS-CoV, 2012 folgte MERS-CoV, die beide zahlreiche Todesopfer forderten. Ende 2019 trat SARS-CoV-2 erstmalig in China auf. Innerhalb von zwei Monaten hatte sich das Virus weltweit verbreitet und Ende Oktober 2020 sind bereits mehr als eine Million Menschen weltweit der Krankheit COVID-19 erlegen. In dieser Einheit erfahren die Schüler mehr über die Familie der Coronaviren und deren Verwandtschaft und beschäftigen sich intensiv mit verschiedenen Aspekten von SARS-CoV-2 von dessen Aufbau über Hypothesen seiner Entstehung bis hin zum molekularbiologischen Hintergrund des Virusnachweises sowie der Möglichkeit von Sequenzvergleichen inklusive derer Analysen. Die Frage, ob die Entstehung von SARS-CoV-2 das Ergebnis einer zufälligen natürlichen Rekombination war oder ob künstliche Methoden seine bewusste Erzeugung befördert haben, beschäftigt nach wie vor viele Menschen. Die Lernenden erfahren, dass eine genaue Betrachtung des Genoms von SARS-CoV-2 nur eine natürliche Entstehung als Erklärung zulässt.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• M 1 Coronaviren – ein Überblick
• M 2a Epidemiologie und ihre charakteristischen Daten
• M 2b Pathologie und Symptome von COVID-19
• M 2c Aufbau, Replikation und Mutation von SARS-CoV-2
• M 2d Nachweis des Virus
• M 3 Stammbaum der Coronaviren
• M 4 Zoonose oder Biowaffe
• Glossar
• Lösungen
• Literaturverzeichnis

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Warum wir schwitzen und was wir dagegen tun können

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums

Heiße Sommertage, Sport oder emotional aufwühlende Situationen bringen uns ins Schwitzen. Das körperliche Phänomen bietet verschiedene Anknüpfungspunkte, um grundlegende Fachinhalte der Biologie zu erarbeiten oder vertiefend zu wiederholen. Darüber hinaus hilft das vorliegende Material, das in den Medien viel diskutierte Gefährdungspotenzial durch die Verwendung von Antitranspirants mit Aluminiumsalzen abzuschätzen.

Die einzelnen Materialien können weitgehend unabhängig voneinander eingesetzt werden. Somit wird eine flexible, lerngruppenadäquate Nutzung im Unterricht ermöglicht. Darüber hinaus können einzelne Materialteile auch in Form von Leistungsaufgaben genutzt werden. Es ist hilfreich und sinnvoll, die grundlegenden Aspekte zum Aufbau der Haut und der ekkrinen Schweißdrüsen anhand von M 1 zu erarbeiten und an den Beginn der jeweiligen Einheit zu stellen. Die folgenden Ausführungen geben eine Übersicht zu den inhaltlichen Schwerpunkten der Einzelmaterialien und Anregungen zur Nutzung im Unterricht.

Zum Einstieg in die Einheit kann z. B. das Bild eines schweißgebadeten Sportlers dienen. Die Schülerbeiträge zur thermoregulatorischen Bedeutung der Schweißproduktion leiten dann unmittelbar zum Einsatz von M 1 über.

Mithilfe von M 1 können kybernetische Aspekte zu Regelungsvorgängen erarbeitet oder angewendet werden. Im Falle einer Erarbeitung sollten der gesamte Text und zusätzlich ein allgemeines Schema des Regelkreises mit den Fachbegriffen der beteiligten Elemente zur Verfügung gestellt werden. Sind die Abläufe bekannt, kann der Informationsteil auch entsprechend gekürzt werden (der Abschnitt „Beispielsweise kann durch … Körperkerntemperatur bei.“).

Im Mittelpunkt von M 2 stehen Transportvorgänge, die die Schweißbildung in den verschiedenen Drüsenzellen thematisieren. Das anspruchsvolle Material ermöglicht eine vertiefende Auseinandersetzung mit aktiven und passiven Transportmechanismen.

Der komplexe Wirkmechanismus von Antitranspirants wird in M 3 a und M 3 b didaktisch reduziert dargestellt. Je nach Zeitansatz und Rahmenbedingungen können die Materialien methodisch unterschiedlich in den Unterricht integriert werden. Die Erarbeitung über Schülerexperimente (M 3 a) ist ebenso möglich wie ein rein materialgestütztes Vorgehen (M 3 b). Auch eine Mischform, beispielsweise als arbeitsteilige Gruppenarbeit, ist hier leicht umsetzbar

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Warum wir schwitzen und was wir dagegen tun können

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums

Heiße Sommertage, Sport oder emotional aufwühlende Situationen bringen uns ins Schwitzen. Das körperliche Phänomen bietet verschiedene Anknüpfungspunkte, um grundlegende Fachinhalte der Biologie zu erarbeiten oder vertiefend zu wiederholen. Darüber hinaus hilft das vorliegende Material, das in den Medien viel diskutierte Gefährdungspotenzial durch die Verwendung von Antitranspirants mit Aluminiumsalzen abzuschätzen.

Die einzelnen Materialien können weitgehend unabhängig voneinander eingesetzt werden. Somit wird eine flexible, lerngruppenadäquate Nutzung im Unterricht ermöglicht. Darüber hinaus können einzelne Materialteile auch in Form von Leistungsaufgaben genutzt werden. Es ist hilfreich und sinnvoll, die grundlegenden Aspekte zum Aufbau der Haut und der ekkrinen Schweißdrüsen anhand von M 1 zu erarbeiten und an den Beginn der jeweiligen Einheit zu stellen. Die folgenden Ausführungen geben eine Übersicht zu den inhaltlichen Schwerpunkten der Einzelmaterialien und Anregungen zur Nutzung im Unterricht.

Zum Einstieg in die Einheit kann z. B. das Bild eines schweißgebadeten Sportlers dienen. Die Schülerbeiträge zur thermoregulatorischen Bedeutung der Schweißproduktion leiten dann unmittelbar zum Einsatz von M 1 über.

Mithilfe von M 1 können kybernetische Aspekte zu Regelungsvorgängen erarbeitet oder angewendet werden. Im Falle einer Erarbeitung sollten der gesamte Text und zusätzlich ein allgemeines Schema des Regelkreises mit den Fachbegriffen der beteiligten Elemente zur Verfügung gestellt werden. Sind die Abläufe bekannt, kann der Informationsteil auch entsprechend gekürzt werden (der Abschnitt „Beispielsweise kann durch … Körperkerntemperatur bei.“).

Im Mittelpunkt von M 2 stehen Transportvorgänge, die die Schweißbildung in den verschiedenen Drüsenzellen thematisieren. Das anspruchsvolle Material ermöglicht eine vertiefende Auseinandersetzung mit aktiven und passiven Transportmechanismen.

Der komplexe Wirkmechanismus von Antitranspirants wird in M 3 a und M 3 b didaktisch reduziert dargestellt. Je nach Zeitansatz und Rahmenbedingungen können die Materialien methodisch unterschiedlich in den Unterricht integriert werden. Die Erarbeitung über Schülerexperimente (M 3 a) ist ebenso möglich wie ein rein materialgestütztes Vorgehen (M 3 b). Auch eine Mischform, beispielsweise als arbeitsteilige Gruppenarbeit, ist hier leicht umsetzbar

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Ökologie - Ökosysteme

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
8 Seiten (1,9 MB)

Die Unterrichtseinheit kann der Analyse komplexer ökologischer Zusammenhänge dienen, wobei die Schülerinnen und Schüler aufgefordert sind, ihr Wissen selbstständig zu strukturieren und anzuwenden. In diesem Kontext eignet sich die Aufgabe zur Überprüfung grundlegender Kenntnisse aus dem Themenbereich „aquatische Ökosysteme“.

• Niveau: grundlegend, weiterführend
• Fachlicher Bezug: Ökologie, Zellbiologie
• Methode: Einzel- und Partnerarbeit
• Basiskonzepte: Kompartimentierung, Regelung und Steuerung, Stoff- und Energieumwandlung
• Erkenntnismethoden: vergleichen, Phänomene erfassen
• Kommunikation: erklären, veranschaulichen, Fachsprache verwenden
• Reflexion: kritisch bewerten
• Inhalt in Stichworten: aquatisches Ökosystem, Binnenmeer, Brackwasser, Salzgehalt, Sauerstoffgehalt, Osmoregulation, Stickstoffkreislauf, Neozoen, Populationswachstum

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Verhaltensbiologie: Sozialverhalten

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
18 Seiten (1,4 MB)

Alpenmurmeltiere besiedeln im Hochgebirge einen besonderen Lebensraum. Dort sind sie ökologischen Bedingungen ausgesetzt, die spezielle Anpassungen in Stoffwechsel und Verhalten erfordern. Die Analyse ihrer Sozialstruktur unter verhaltens-ökologischen Gesichtspunkten bietet eine gute Gelegenheit, verschiedene Basiskonzepte und unterschiedliche Themenbereiche der Oberstufenbiologie zu verknüpfen.

• Niveau: weiterführend
• Fachlicher Bezug: Stoffwechsel, Fortpflanzung, Verhaltensbiologie, Ökologie
• Methode: Einzel-, Partner- und Gruppenarbeit
• Basiskonzepte: Stoff- und Energieumwandlung, Reproduktion, Geschichte und Verwandtschaft
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Konzepte anwenden und übertragen, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, Fachsprache verwenden, Materialien auswerten
• Inhalt in Stichworten: Winterschlaf, Familiengruppe, soziale Wärmespende, Fortpflanzungsstrategie, Rangordnung, ultimate Ursachen

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Infraspezifische Evolution

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums

Tarnen und Warnen sind weitverbreitete Anpassungseigenschaften, die ihrem Träger in gewissem Umfang Selektionsvorteile verschaffen. Eine Tarntracht ist nur dann gegeben, wenn der Hintergrund ein ähnliches Muster aufweist. Eine auffällige Signaltracht kann verschiedene Funktionen wie z. B. das Imponieren von Artgenossen oder die Feindabschreckung haben. Anhand von Abbildungen können die Lernenden eigenständig die Zuordnung zu einer der Strategien treffen und begründen und zusätzlich auf das damit einhergehende Verhalten schließen (M 1).

M 2 befasst sich speziell mit der Bedeutung von Streifenmustern. Eine Entscheidung, welche Funktion den Streifen zukommt (Tarnung des Individuums bei Schwarm- oder Herdentieren bzw. Signaltracht bei Individuen) kann ohne Kontext bzw. Hintergrund und Umgebung nicht gefällt werden.

Auf die Streifenfunktion bei Zebras wird schließlich im Rahmen der Parasitenhypothese näher eingegangen.

• Niveau: grundlegend, weiterführend
• Fachlicher Bezug: Evolution, Ökologie
• Methode: Einzel-, Partner-, Gruppenarbeit
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Variabilität und Angepasstheit, Geschichte und Verwandtschaft
• Erkenntnismethoden: beschreiben, Phänomene erfassen, Hypothesen bilden, Darstellungen verwenden und kategorisieren
• Kommunikation: erklären, präzisieren, Fachsprache verwenden, Materialien auswerten
• Inhalt in Stichworten: Körperfärbung, Tarn- und Warntracht, Farb- und Formanpassung, Gegenschattierung, Gestaltauflösung, Parasitenhypothese, Tsetsefliege

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Ein Alltagsphänomen

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
23 Seiten (2,8 MB)

Mit dieser Aufgabe können im Rahmen des Themenbereichs Ökologie (ggf. auch Evolution) physiologische und verhaltensbiologische Anpassungen von Tieren an extreme Lebensräume erarbeitet werden.

• Das Analysieren und Interpretieren von Grafiken
• Das Übertragen der Sachaussagen einer Grafik in eine andere Präsentationsform (Verschriftlichung einer Grafik)
• Das begrifflich präzise Darlegen biologischer Sachverhalte

• Niveau: weiterführend
• Fachlicher Bezug: Ökologie, Evolution
• Methode: Einzel- und Partnerarbeit
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Variabilität und Angepasstheit
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Darstellungen verwenden und kategorisieren
• Kommunikation: präsentieren, Materialien auswerten
• Reflexion: Folgen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: abiotischer Faktor Temperatur, Verhältnis von Körperoberfläche zu Körpervolumen, (BERGMANN’sche Regel), Hyperthermie, Angepasstheit an Lebensraum

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Ökologie: Abiotische Faktoren

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
8 Seiten (1,2 MB)

Mit dieser Aufgabe können im Rahmen des Themenbereichs Ökologie (ggf. auch Evolution) physiologische und verhaltensbiologische Anpassungen von Tieren an extreme Lebensräume erarbeitet werden.

• Das Analysieren und Interpretieren von Grafiken
• Das Übertragen der Sachaussagen einer Grafik in eine andere Präsentationsform (Verschriftlichung einer Grafik)
• Das begrifflich präzise Darlegen biologischer Sachverhalte

• Niveau: weiterführend
• Fachlicher Bezug: Ökologie, Evolution
• Methode: Einzel- und Partnerarbeit
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Variabilität und Angepasstheit
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Darstellungen verwenden und kategorisieren
• Kommunikation: präsentieren, Materialien auswerten
• Reflexion: Folgen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: abiotischer Faktor Temperatur, Verhältnis von Körperoberfläche zu Körpervolumen, (BERGMANN’sche Regel), Hyperthermie, Angepasstheit an Lebensraum

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Genetik: Molekulargenetik

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums

Der Fall des Widders „Solid Gold“ belegt, wie die klassischen Regeln der Genetik (mendelsche Regeln) außer Kraft gesetzt werden. Ausgehend von klassischen Kreuzungsschemata und einer Stammbaumanalyse, die an diesem Beispiel wiederholend eingeübt werden können, wird die Bedeutung epigenetischer Modifikationen auf die Merkmalsausprägung exemplarisch entwickelt. Die Materialien verbinden Inhalte der verschiedenen Strukturierungsebenen, der klassischen Genetik, der Zytogenetik und der Molekulargenetik, und sind daher geeignet, nach der Erarbeitung des Themenbereichs „Genetik“ die bislang gelernten Inhalte miteinander zu vernetzen.

• Material
  • M 1: Der Widder „Solid Gold“
  • M 2: Callipyge – „Genotypische“ und „phänotypische“ Vererbung
  • M 3: Die Entdeckung und Bedeutung der genomischen Prägung
  • M 4: Die drei Informationsebenen in der Genetik – und bei Callipyge
  • M 5: Die chemische Grundlage genomischer Prägung: epigenetische Markierungen
• Lösungsvorschläge

• Niveau: weiterführend, vertiefend
• Fachlicher Bezug: Genetik, Fortpflanzung
• Methode: Einzel-, Partner-, Gruppenarbeit
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Regelung und Steuerung, Reproduktion
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Konzepte anwenden, Hypothesen bilden, Regeln formulieren und verwenden, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, präzisieren, Materialien auswerten und einsetzen
• Reflexion: Folgen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: Callipyge, Kreuzungsschema, mendelsche Regeln, Genotyp, Phänotyp, Stammbaum, gonosomale Vererbung, extrachromosomale Vererbung, genomische Prägung, Chromatin, Histone, epigenetische Mechanismen, Transposons

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Stoffwechsel und Energiehaushalt

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in der Oberstufe des Gymnasiums

Der Winterschlaf der Murmeltiere ist sprichwörtlich. Schülerinnen und Schüler lernen ihn bereits in der Sekundarstufe I als Möglichkeit kennen, dem winterlichen Doppelproblem von Nahrungsmangel und Kälte zu begegnen. Es handelt sich um ein interessantes biologisches Phänomen, anhand dessen sich die Angepasstheit der Lebensweise an die Umweltbedingungen thematisieren lässt. Die nachfolgende Unterrichtseinheit in Form eines Gruppenpuzzles bietet die Möglichkeit, diese Erkenntnis im Kursstufenunterricht durch vertiefte physiologische und verhaltensbiologische Betrachtung zu festigen und auszubauen. Dabei wird der für die Biologie typische Wechsel der Organisationsebenen vollzogen, vom Molekül bis zum Ökosystem.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Material
  • M 1: Eine besondere Umwelt erfordert eine besondere Lebensweise
  • M 2: Gruppe A: Vorbereitung auf den Winterschlaf
  • M 3: Gruppe B: Durchschlafen unmöglich
  • M 4: Gruppe C: Wertvolles Fettgewebe
  • M 5: Gruppe D: Soziale Wärmespende
  • M 6: Murmeltiere und Menschen
• Lösungsvorschläge

• Niveau: weiterführend, vertiefend
• Fachlicher Bezug: Ökologie, Stoffwechsel, Verhalten
• Methode: Gruppenpuzzle
• Basiskonzepte: Kompartimentierung, Regelung und Steuerung, Stoff- und Energieumwandlung
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Phänomene erfassen, Konzepte anwenden, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, präsentieren, präzisieren, Materialien auswerten
• Reflexion: Folgen beurteilen, kritisch bewerten
• Inhalt in Stichworten: Alpenmurmeltiere, Angepasstheit an Lebensraum, Ernährungsverhalten, Energiehaushalt, Torpor, Winterschlaf, braunes Fettgewebe, Thermogenin, ß-Oxidation, Endoxidation, Schlafgemeinschaft, Individualselektion

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Verhaltensbiologie: Sozialverhalten

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums

Das erste „Lexikon“ der Schimpansengebärden, das im Rahmen der Studie „The Meanings of Chimpanzee Gestures“ von C. HOBAITER und R. BYRNE (2014) veröffentlicht wurde, ermöglicht einen differenzierten Blick auf die Kommunikation zwischen Schimpansen sowie auf Ähnlichkeiten und Unterschiede zur menschlichen Sprache.

Die Unterrichtseinheit erlaubt es den Lernenden, die Erkenntnismethode des kriteriengeleiteten Beobachtens kennenzulernen und anzuwenden. Darüber hinaus wird das Wirken evolutiver Prozesse als Grundlage für Unterschiede und Gemeinsamkeiten (in der Kommunikation) der Spezies Schimpanse und Mensch hervorgehoben. Durch Einbeziehung der wissenschaftlichen Verhaltensstudie wird u. a. die Bedeutung ethologischer Erkenntnisse für die Aufklärung evolutionsbiologischer Zusammenhänge betont. Hier beobachtete Ähnlichkeiten können Rückschlüsse auf die Nähe der Verwandtschaft zwischen Mensch und Schimpansen ermöglichen.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Material
  • M 1 a: Eine Verhaltensstudie: Teil A
  • M 1 b: Eine Verhaltensstudie: Teil B
  • M 2 a: Das erste Lexikon der Schimpansengesten – Verhalten entschlüsseln
  • M 2 b: Zusatzinfo: Lebensraum und Sozialstruktur der Schimpansen
  • M 2 c: Eine geheimnisvoll knisternde Geste
  • M 3: Lerntempoduett: Anatomie und Sprache bei Mensch und Schimpanse
  • M 3 a: Lerntempoduett: Gruppe „Mensch“
  • M 3 b: Lerntempoduett: Gruppe „Schimpanse“
  • M 4: Expertenpuzzle: Verwandtschaft und Evolution der Menschenartigen
  • M 4 a: Station 1: Ein Definitionspuzzle
  • M 4 b: Station 2: Der Schimpanse im Londoner Zoo und die fernen Verwandten
  • M 4 c: Station 3: Lebensräume im Wandel der Zeit
  • M 5: Diagnoseaufgabe: Pan faber?
  • Lösungsvorschläge

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Immunbiologie

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
17 Seiten (1,5 MB)

Die Kriminalbiologie ist ein noch junges Teilgebiet der Biologie. Moderne zytologische, genetische und biochemische Untersuchungstechniken haben das Methodenrepertoire von Kriminologen, die eng mit den entsprechenden Fachbiologen zusammenarbeiten, so stark erweitert, dass oftmals winzigste Spuren am Tatort zur Aufklärung forensischer Sachverhalte ausreichen. Bevorzugte Spurenträger sind Blut, Fingerabdrücke, Knochen, Haut- und Sekretreste, organische Makroreste oder vollständig erhaltene Organismen. Eine Schlüsselstellung nimmt die DNA ein, die oftmals in Spuren enthalten ist, aber auch bestimmte chemische Elemente helfen bei kriminaltechnischen Analysen.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Material
  • M 1: Ein Einbruch und die Überführung des Täters
  • M 2: Lebenszyklen nekrophager Insekten
  • M 3: Reaktion eines Skelettmuskels auf Reize
• Lösungsvorschläge

• Niveau: vertiefend
• Fachlicher Bezug: Immunbiologie, Neurobiologie, Stoffwechsel
• Basiskonzepte: Regelung und Steuerung, Information und Kommunikation
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Phänomene erfassen, Konzepte anwenden und vernetzen, Hypothesen bilden, Regeln und Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, darstellen, Fachsprache verwenden, Materialien auswerten
• Reflexion: Folgen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: Multiple Sklerose, Autoimmunkrankheit, Funktionsweise Motoneuron, Entzündung, „Selbst-fremd-Unterscheidung“, Interferone, Nekrophagie, Saprophytismus, Episitismus, Parasitismus, Poikilothermie, Muskelkontraktion, Totenstarre

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Prüfungen - Klausuren

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums

Die perfekte Abstimmung von Strukturen oder Verhaltensweisen in engen Wechselbeziehungen wie in Symbiosen oder parasitischen Beziehungen ist für Schüler und Schülerinnen ein faszinierendes Phänomen. In seinen Abhandlungen über die Symbiose bei insektenbestäubten Orchideen konnte DARWIN solche Beziehungen als Ergebnis einer dauerhaften wechselseitigen Beeinflussung und damit einer gemeinsamen Evolution erklären. Auf der Basis seiner Erkenntnisse postulierte er die Existenz eines noch unbekannten Schmetterlings als Bestäuber für eine besonders prägnant geformte Orchidee (Angraecum sesquipedale). Nach seinem Tod wurde ein entsprechendes Insekt tatsächlich entdeckt (Xanthopan morganii praedicta).

In einer symbiotischen Beziehung, in der jeweils beide Partner profitieren, wirkt ein stark stabilisierender Selektionsdruck auf beide Partner, der für eine bessere Abgestimmtheit aufeinander und damit für eine gemeinsame Fitnesssteigerung sorgt.

Anhand der vorliegenden Aufgabe zur parasitischen Beziehung zwischen dem Wasserfloh Daphnia magna und seinem Parasiten, dem Bakterium Pasteuria ramosa, lässt sich das „Auf und Ab“ einer solchen Beziehung gut nachvollziehen. Am Erfolg des Parasiten, seinen Wirt befallen zu können, lässt sich der Grad seiner Angepasstheit bemessen und zeigen, welcher der beiden Partner jeweils „die Nase vorn“ hat.

• Niveau: weiterführend
• Fachlicher Bezug: Evolution
• Methode: Klausur (90 Min.), zur Abiturvorbereitung
• Basiskonzepte: Entwicklung, Variabilität und Angepasstheit, Geschichte und Verwandtschaft
• Erkenntnismethoden: beschreiben, Phänomene erfassen, Konzepte anwenden
• Kommunikation: erklären, Fachsprache verwenden, Materialien auswerten
• Reflexion: Folgen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: Daphnia magna, Pasteuria ramosa, Dauerstadien, Infektionsrate, Wechselbeziehung, Parasitismus, Evolutionsfaktoren, Selektionsdruck

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Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
21 Seiten (1,9 MB)

Mitochondrien als die Zellorganellen der Energiebereitstellung spielen bei allen Lebensvorgängen eine entscheidende Rolle. Die Unterrichtseinheit thematisiert die kleinen „Kraftwerke“ der Zelle im Zusammenhang mit mitochondrialen Erkrankungen und deren Vererbung abseits mendelscher Regeln. Ihre Schüler wiederholen dabei kurz Aufbau und Funktion der Mitochondrien, bevor sie sich u. a. im Hinblick auf Heilungschancen mit den Unterschieden zwischen somatischer und Keimbahntherapie sowie neuesten Fertilisationstechniken und deren ethischer Bewertung auseinandersetzen. Darüber hinaus ist eine Wiederholung und Vertiefung der Translationsvorgänge Bestandteil der abwechslungsreichen Klausuraufgabe.

• Niveau: grundlegend, weiterführend
• Fachlicher Bezug: Genetik, Zellbiologie, Entwicklung, Fortpflanzung
• Methode: Klausur (120 Min.)
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Entwicklung, Regelung und Steuerung, Reproduktion
• Erkenntnismethoden: Phänomene erfassen, Hypothesen bilden, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, diskutieren, Fachsprache verwenden, Materialien auswerten
• Reflexion: Anwendungen beurteilen, kritisch bewerten
• Inhalt in Stichworten: Mitochondrien, mtDNA, In-vitro-Fertilisation, Keimbahntherapie, Eizelle, Zygote, Präimplantationsdiagnostik, rRNA, tRNA, Aminoacyl-tRNA-Synthetase, Mutation

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Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
22 Seiten (2,5 MB)

Kreuzblütengewächse sind eine Pflanzenfamilie, die viele wichtige Nutzpflanzen wie Kohl, Senf oder Rettich umfasst. Für den besonderen, etwas bitteren Geschmack vieler Vertreter sind Glycosinolate verantwortlich, die auf pflanzenfressende Insekten in Form der sogenannten Senföl-Bombe eine abschreckende Wirkung ausüben. Diese sind Thema der Klausuraufgabe, die Inhalte der Zellbiologie, des Stoffwechsels, der Enzymatik und der Molekulargenetik wiederholt und vertieft.

• Niveau: grundlegend, weiterführend
• Fachlicher Bezug: Zellbiologie, Stoffwechsel, Genetik *Methode: Klausur (90 Min.)
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Regelung und Steuerung, Stoffumwandlung
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Hypothesen bilden, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, argumentieren, Fachsprache verwenden, Materialien auswerten
• Inhalt in Stichworten: Kreuzblütler, Senföl-Glycoside, Myrosinase, Sinigrin, Enzym, Substrat- und Wirkungsspezifität, Nutrazeutikum, Aminosäuren, Primär-, Sekundär- und Tertiärstruktur von Proteinen

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Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
16 Seiten (5,9 MB)

Die Aufgabe erfordert Vorkenntnisse zur Wirkung des abiotischen Faktors Temperatur auf Lebensprozesse, wobei insbesondere die RGT-Regel zu nennen ist. Um Ursachen und Folgen des Insektenbefalls angemessen einschätzen zu können, sind außerdem Kenntnisse zu Eigenschaften und Anpassungen der angesprochenen Baumarten bezüglich ihres Wasserhaushalts hilfreich. Das erleichtert den Vergleich zwischen Waldkiefer (Tiefwurzler, stark reduzierte Anzahl an Spaltöffnungen) und Fichte (Flachwurzler) hinsichtlich ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Trockenheit und Insektenbefall.

• Niveau: weiterführend, vertiefend
• Fachlicher Bezug: Ökologie
• Methode: Klausur (90 Min.)
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Entwicklung, Regelung und Steuerung, Reproduktion
• Erkenntnismethoden: vergleichen, Phänomene erfassen, Darstellungen verwenden und systematisieren
• Kommunikation: erklären, Materialien auswerten
• Reflexion: Folgen beurteilen, kritisch bewerten
• Inhalt in Stichworten: Treibhauseffekt, globale Erwärmung, Trockenstress, Fichte, Wasserhaushalt, Buchdrucker (Ips typographus), Entwicklungszyklus, Schwärmverhalten, Massenbefall, Käferholz

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Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
14 Seiten (2,2 MB)

Mit dieser Aufgabe können im Rahmen des Themenbereichs Ökologie (ggf. auch Evolution) physiologische und verhaltensbiologische Anpassungen von Tieren an extreme Lebensräume erarbeitet werden.

• Das Analysieren und Interpretieren von Grafiken
• Das Übertragen der Sachaussagen einer Grafik in eine andere Präsentationsform (Verschriftlichung einer Grafik)
• Das begrifflich präzise Darlegen biologischer Sachverhalte

• Niveau: weiterführend
• Fachlicher Bezug: Ökologie, Evolution
• Methode: Einzel- und Partnerarbeit
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Variabilität und Angepasstheit
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Darstellungen verwenden und kategorisieren
• Kommunikation: präsentieren, Materialien auswerten
• Reflexion: Folgen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: abiotischer Faktor Temperatur, Verhältnis von Körperoberfläche zu Körpervolumen, (BERGMANN’sche Regel), Hyperthermie, Angepasstheit an Lebensraum

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Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
15 Seiten (2,0 MB)

Die Klausuraufgabe eignet sich zur Überprüfung des Wissens Ihrer Schüler und Schülerinnen zu ökologischen und evolutionsbiologischen Zusammenhängen. Denkbar ist auch der Einsatz der Aufgaben zur Prüfungsvorbereitung oder zur abschließenden Festigung der Kenntnisse nach Behandlung des Themenfelds Evolutionsmechanismen (Synthetische Evolutionstheorie). In diesem Kontext lässt sich die Aufgabe auch als Partner- oder Gruppenarbeit einsetzen.

• Niveau: grundlegend
• Fachlicher Bezug: Evolutionsbiologie
• Methode: Klausur (ca. 120 Min.)
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Variabilität und Angepasstheit, Geschichte und Verwandtschaft
• Erkenntnismethoden: Phänomene erfassen und beschreiben, Konzepte anwenden
• Kommunikation: darstellen, erläutern, Fachsprache anwenden
• Reflexion: Auswirkungen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: abiotische Faktoren, Klimadiagramm, Anpassung an den Lebensraum, Synthetische Evolutionstheorie, adaptive Radiation, ökologische Isolation, Artbildung, Räuber-Beute-Systeme, LOTKA-VOLTERRA-Regeln, Neobiota, Verlust der Artenvielfalt

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Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
23 Seiten (2,0 MB)

Die vorliegende Klausuraufgabe befasst sich mit den Prämissen und den Techniken zur Herstellung der blauen Blütenfarbe bei Rosen. Dabei eignet sich das Material sowohl als Übung der im Rahmen der Molekulargenetik behandelten gentechnischen Methoden (Gentransfer, Gene Silencing und Markergene) als auch für ein Kompetenztraining, da komplexe, schematisch dargestellte Abläufe beschrieben und analysiert werden können.

• Niveau: grundlegend, weiterführend
• Fachlicher Bezug: Genetik
• Methode: Klausur (ca. 120 Min.)
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Regelung und Steuerung, Stoff- und Energieumwandlung
• Erkenntnismethoden: beschreiben, Konzepte anwenden, Regeln formulieren, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, Fachsprache verwenden, Materialien auswerten
• Reflexion: kritisch bewerten
• Inhalt in Stichworten: klassische Züchtung, Blütenfarbe, Anthocyanidine, Genwirkkette, Agrobacterium tumefaciens, Vektor, T-DNA, Gentransfer, RNA-Antisense-Technik, Gene Silencing, GVO, Markergen

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Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums

Mit dieser Klausuraufgabe können im Rahmen des Themenbereichs Evolutionsbiologie Methoden und Unwägbarkeiten bei der Erstellung von Stammbäumen diskutiert werden sowie die verschiedenen, im Lehrplan vorgesehenen Evolutionstheorien abgeprüft werden. Des Weiteren bietet das Material eine Arbeitsgrundlage, um die Einflüsse abiotischer und biotischer Faktoren auf die Angepasstheit einer Art an ihren Lebensraum abzuschätzen. Die Seltenheit der weißen Schwarzbären eignet sich hervorragend, um Hypothesen zur Variabilität von Populationen aufzustellen.

Die deutschen Namen dreier Säugetierfamilien beinhalten das Wort „Bär“: Zu den Kleinbären (Procyonidae) werden u. a. Nasenbären und Waschbären gezählt. Der einzige Vertreter der Katzenbären (Ailuridae) ist der Kleine Panda (Ailurus fulgens). Die Großbären (Ursidae) sind Bären im engeren Sinn und lassen sich in acht Arten unterteilen, die drei Gattungen zugeordnet werden können. Zu ihnen gehören der Brillenbär (Tremarctos ornatus), der Große Panda (Ailuropoda melanoleuca) und die Echten Bären (Gattung Ursus).

Global am weitesten verbreitet sind heute die Echten Bären. Die Gattung Ursus umfasst sechs Arten (mit z. T. mehreren Unterarten): Schwarzbär (Ursus americanus), Braunbär (Ursus arctos), Eisbär (Ursus maritimus), Kragenbär (Ursus thibetanus), Lippenbär (Ursus ursinus) und Mailaienbär (Ursus malayanus). Dabei ist allerdings noch nicht eindeutig geklärt, ob Lippen- und Malaienbär jeweils eine eigene Gattung bilden.

• Niveau: grundlegend, weiterführend
• Fachlicher Bezug: Evolution
• Methode: Klausur (ca. 75 Min.)
• Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Variabilität und Angepasstheit, Geschichte und Verwandtschaft
• Erkenntnismethoden: Materialien auswerten und erläutern
• Kommunikation: darlegen, ergänzen, beschreiben, erläutern, begründen, Stellung nehmen, Hypothesen entwickeln, diskutieren
• Inhalt in Stichworten: Stammbaumanalyse, Serum-Präzipitintest, Evolutionstheorie nach LAMARCK, erweiterte Evolutionstheorie, biotische und abiotische Selektionsfaktoren, Selektionsformen

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Zwei Klausuraufgaben

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
11.-13. Schuljahr, 26 Seiten (2,8 MB)

Die Unterrichtseinheit enthält zwei Klausurvorschläge zum Themenbereich der Ökologie und Nachhaltigkeit, welche zur Abiturvorbereitung dienen können. Ihre Lernenden bearbeiten dabei Aufgaben zu den Themenbereichen ökologische Faktoren, Artenvielfalt, Populationsentwicklung, Stoffkreisläufe und Beeinflussung des Menschen auf Ökosysteme.

• Klassenstufe: Sek. II
• Dauer: 6 Unterrichtsstunden (Minimalplan: 4)
• Kompetenzen:
  • 1. Abiotische und biotische Faktoren nennen und erläutern;
  • 2. Überwinterungsstrategien vergleichen;
  • 3. Toleranzkurven zeichnen;
  • 4. Nahrungsnetze skizzieren;
  • 5. ökologische Pyramiden auswerten;
  • 6. ökologische Fachbegriffe erklären;
  • 7. Messergebnisse analysieren.
• Thematische Bereiche: Evolution, Umweltfaktoren, Artenvielfalt, Stoffkreisläufe, Klausur

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Klausur - Biologie - Gymnasium - Oberstufe

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
11.-13. Schuljahr, 31 Seiten (1,2 MB)

Abiturienten bereiten mit diesem Material den Vortrag in der mündlichen Abiturprüfung vor. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen verschiedene Nervensysteme und Wirbeltiergehirne hinsichtlich ihrer Verwandtschaft und Abstammung auf Homologien. Analoge Organe haben dieselbe Funktion, aber keine gemeinsame Abstammung. Man bezeichnet dies auch als konvergente Evolution. Diese kommt vor, wenn auf Lebewesen ein ähnlicher Selektionsdruck wirkt, diese aber unabhängig voneinander gleichartige Angepasstheiten entwickeln. Kreationisten unterstellen gerne, dass Evolution mit Ähnlichkeit begründet und umgekehrt Homologie durch evolutionstheoretische Annahmen bestimmt werde. Damit entstünde ein Zirkel gegenseitiger Selbstbestätigung, wodurch das evolutionstheoretische Homologieargu-ment an Wert verlöre. Kreationisten übersehen jedoch, wie perfekt belegte Homologien in ein System gemeinsamer Abstammung passen. Der Beweis für gemeinsame Abstammung stammt allerdings aus den Ähnlichkeitsmustern vieler Merkmale. Die molekularen Sequenzhomologien der Proteine und Nukleinsäuren spielen dabei heute eine entscheidende Rolle.

• Fachwissenschaftliche Hinweise
• M 1: Morphologische Bestimmung von Verwandtschaft
• M 2: Ein Kladogramm – aktuelle Abstammungshypothese
• Lösung
• Literatur

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Klausur - Biologie - Gymnasium - Oberstufe

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
11.-13. Schuljahr, 35 Seiten (1,6 MB)

Der Beitrag der Reihe „Abiturtraining“ nimmt das bedeutsame Thema der Kohlenhydrate in den Blick. Auf drei unterschiedlichen Niveaustufen können die Schülerinnen und Schüler wesentliche Inhalte dieses Themenfelds wiederholen und vertiefen. Dazu gehören die Definition der Stoffklasse der Kohlenhydrate, Klassifizierung von Kohlenhydraten nach verschiedenen Kriterien, die Stereochemie der Kohlenhydrate, die Struktur der Glukose inklusive der Ringbildung, die glykosidische Bindung als Verknüpfungs-einheit zwischen Monosacchariden zum Aufbau von Di- und Polysacchariden, typische Nachweisreaktionen dieser Stoffklasse, das Erklären von Eigenschaften der Kohlenhydrate mithilfe des Struktur-Eigenschaft-Basiskonzepts und die Berechnung des Brennwerts von Kohlenhydraten. Bei der Konzeption der differenzierten Aufgaben wurden alle vier Kompetenzbereiche berücksichtigt, um ein möglichst effektives Training für das Abitur zu gewährleisten.

• Niveau: wiederholend, vertiefend
• Fachlicher Bezug: Kohlenhydrate
• Methode: Einzelarbeit, Instrument für die Selbstdiagnose, Instrument für die Diagnose durch den Lehrer, Test
• Basiskonzepte: Struktur-Eigenschaft-Basiskonzept, Konzept der chemischen Reaktion
• Erkenntnismethoden: Vermutungen aufstellen, einen Versuch planen, eine experimentelle Durchführung beschreiben, eine Gleichgewichtskonstante und Brennwerte berechnen
• Kommunikation: eine grafische Übersicht erstellen
• Bewertung/Reflexion: eine Definition beurteilen
• Inhalt in Stichworten: Kohlenhydrate, Monosaccharide, Disaccharide, Polysaccharide, reduzierender Zucker, Aldose, Ketose, Pentose, Hexose, Glukose, Fruktose, Maltose, Cellobiose, Saccharose, Stärke, Ringbildung, Fischer-Projektion, Haworth-Projektion, Enantiomere, Diastereomere, GOD-Test, Fehling-Probe, Seliwanow-Probe, Lugol’sche Probe, Keto-Enol-Tautomerie, Brennwert

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Klausur - Biologie - Gymnasium - Oberstufe

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
11.-13. Schuljahr, 25 Seiten (1,3 MB)

Die Osteoporose tritt in Deutschland sehr häufig auf. Die Prävalenz nimmt mit steigendem Alter zu, daher gehört das Knochenleiden zu den altersassoziierten Krankheiten. Eine entscheidende Rolle bei der Osteoporose spielt das Kalzium und dessen Homöostase. Ein Ungleichgewicht des Kalziumhaushalts führt zu einer unterdurchschnittlichen Knochenmasse und die damit verbundene Instabilität der Knochen zu häufigen Knochenbrüchen. Das Thema ist im Inhaltsbereich „Informationsverarbeitung in Lebewesen“ der Bildungsstandards Biologie von 2020 verortet. Neben der Wirkung hormoneller Agonisten und Antagonisten steht auch die Darstellung und Interpretation von Regelkreisen im Mittelpunkt, als Modelle informationsverarbeitender Systeme.

• Fachwissenschaftliche Orientierung
• M1: Osteoporose – ein homöostatisches Ungleichgewicht
• M2: Regelkreise – Modelle der Kybernetik
• M3: Funktion des Parathormons (PTH)
• M4 Funktion von Vitamin D
• M5: Kalziumgehalt in Lebensmitteln
• M6: Calcitonin – ein Gegenspieler des Parathormons
• Lösungen
• Literaturverzeichnis