Ökologie Arbeitsblätter Oberstufe 2

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Wenn ein Badesee umkippt

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

Regelprozesse sorgen im Ökosystem See für gleichbleibende Bedingungen. Doch dieses System kann so empfindlich gestört werden, dass der See umkippt. Wie kommt es dazu? Ihre Schüler gehen dieser Problemfrage nach. Dazu befassen sie sich zunächst mit wichtigen Begriffen der Ökologie sowie abiotischen und biotischen Umweltfaktoren. Anhand der Kugellager-Methode erarbeiten sie sich nun, in welche Bereiche sich ein See gliedert und welche Nahrungsketten dort bestehen. So erhalten Ihre Lernenden das nötige Rüstzeug, um die Ursachen und Folgen von Eutrophierung zu erforschen und die Problemfrage zu beantworten.

• Niveau: Sekundarstufe II
• Dauer: 9 Stunden
• *Der Beitrag enthält Materialien für:
  • Think – Pair – Share
  • Kugellager
  • Problemorientierten Unterricht
  • Präsentation
• Kompetenzen: Die Schülerinnen und Schüler …
  • definieren den Begriff „Ökosystem“;
  • erklären die Wechselwirkung zwischen abiotischen und biotischen Faktoren;
  • erläutern Wirkungszusammenhänge im Ökosystem See;
  • wenden ihr Wissen für die Lösung umfassender Problemstellungen, bezogen auf das Ökosystem See, an;
  • arbeiten in Gruppen- und Partnerarbeit in wechselnden Teams zusammen;
  • präsentieren ihre Ergebnisse im Plenum.

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Ökologie – Biotische Faktoren

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der 11. -13. Schuljahr, Gymnasium
Lernspiel/Rätsel 31 Seiten (2,2 MB)

Seit 2013 lässt sich im süditalienischen Apulien ein katastrophales Olivenbaumsterben beobachten. Ursache ist eine Wirt-Parasit-Beziehung zwischen den Olivenbäumen, dem eingeschleppten Feuerbakterium und der Wiesenschaumzikade, die als Vektor fungiert.

Die Lernenden erschließen die ökologische Thematik zunächst im Gruppenpuzzle, welches methodisch dem Weg der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung folgt. Im Anschluss werden die neu gewonnenen Sachkompetenzen durch die Bearbeitung eines spannenden Mysterys gefestigt und geprüft.

KOMPETENZPROFIL:

• Klassenstufe: 11/12/13
• Dauer: 5–6 Unterrichtsstunden
• Kompetenzen:
  • 1. Fachkompetenz;
  • 2. Erkenntnisgewinnungs kompetenz;
  • 3. Kommunikationskompetenz
• Methoden: Gruppenpuzzle, Mystery
• Inhalt: Pathogen, Wirt, Parasit, Wirt-Parasit-Beziehung, Koevolution, PCR-Methode, Pflanzenpathogen, Ökologie, Botanik

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Niveau: weiterführend, vertiefend

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der 11. -13. Schuljahr, Gymnasium

Jahr für Jahr steht der Planet in Flammen. Auch Deutschland entwickelt sich zum Waldbrandland. Dabei gehören Waldbrände zum natürlichen Kreislauf der Natur. Sie schaffen durch lichte Standorte Lebensräume für Pflanzen und Tiere. Weltweit sind 46 Prozent der Ökosysteme sogar von Feuer abhängig. Manche Pflanzen sind für ihre Fortpflanzung auf Feuer angewiesen, und auch bestimmte Tierarten benötigen ausgebrannte Areale für ihre Brutstätten. Allerdings sind die heutigen weltweiten Flächenbrände nicht natürlichen Ursprungs, sondern menschengemacht. Fahrlässigkeit, Brandstiftung und Brandrodung sind die Hauptursachen.

Die Schülerinnen und Schüler erwerben anhand dieser Materialien Kompetenzen, wie Feuer den ökologischen Kreislauf prägt und verändert. Darüber hinaus erlangen sie Sachwissen zu Ursachen und Folgen der Waldbrände in Deutschland, auch im Kontext des Klimawandels.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Natürliche Waldbrände und angepasste Lebewesen
• Waldbrände und Erderwärmung – ein Teufelskreis?
• Ohnmacht oder Achtsamkeit?
• Lösungen
• Literaturverzeichnis

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Einfache Schülerexperimente

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der 11. -13. Schuljahr, Gymnasium
29 Seiten (3,6 MB)

Pflanzen schaffen durch ihre Biomasse die Grundlage fast aller Ökosysteme. Angepasst an die jeweiligen Gegebenheiten absorbieren sie Energie aus Sonnenlicht, begrenzt durch das Angebot an Wasser. Der gesamte Organismus und Lebenszyklus der Pflanze unterliegt dem Optimierungsproblem zwischen Verhungern oder Verdursten, ein schmaler Grat, den die Pflanzen durch unterschiedliche Anpassungen ihrer Organe meistern. Diese Unterrichtseinheit richtet einen anwendungsbezogenen Blick auf diese Pflanzenteile mit einem hohen Anteil an Schülerexperimenten zur Mikroskopie einfacher und leicht zu beschaffender Präparate. Das ausgewählte Material gibt einen Überblick über die verschiedenen Anpassungen und macht das besagte Optimierungsproblem für die Lernenden begreifbar.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• M 1a: Dilemma der Pflanzen – Xerophyten
• M 1b: Dilemma der Pflanzen – Hygrophyten
• M 2: Die Funktionen der Pflanzenorgane
• M 3: Transpiration am Laubblatt
• M 4: Der Weg des Wassers im Blatt
• M 5: Unterschiedliches Wasserangebot und Wurzeln
• M 6: Unterschiedliches Wasserangebot und Sprossachsen
• M 7: Unterschiedliches Wasserangebot und Blätter
• M 8: Die Schlüsselrolle der Spaltöffnungen
• Lösungen
• Literaturhinweise

Als der Italiener Giovanni Caboto im Auftrag des englischen Königs 1497 Neufundland entdeckte, berichtete er über gigantische Kabeljauschwärme auf dem vorgelagerten Flachmeer, den Grand Banks. Die Entdecker ließen beschwerte Körbe im Meer absinken und beim Heraufziehen waren diese voller Kabeljau. Ein solcher Fischreichtum ist heute nicht mehr vorstellbar. Beim Kabeljau sind die wichtigsten und größten Bestände der Welt bereits zusammengebrochen oder stark bedroht. Was für den Kabeljau gilt, betrifft längst auch andere begehrte Speisefische wie den Lachs und den Hering. Diese Leistungsaufgabe fordert zu Lösungen heraus. Ihre Schülerinnen und Schüler analysieren Vor- und Nachteile von Aquaponik-Systemen und Aquakulturen mit Blick auf eine nachhaltige Entwicklung.

• Fachwissenschaftliche Orientierung
• Methodisch-didaktische Hinweise
• M 1: Raubbau am Kabeljau
• M 2: Aquaponik – ein Zukunftsmodell?
• M 3: Transgener Lachs in Aquakultur?
• M 4 Aufgabenstellungen
• Lösungen
• Literaturverzeichnis

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Der Einfluss der Klimaerwärmung auf ökologische Beziehungen

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums
8 Seiten (1,0 MB)

Mit dieser Aufgabe können im Rahmen der Themenbereiche Ökologie (Räuber-Beute-Verhältnis) und Evolutionsbiologie (Fitness, Koevolution) anhand eines konkreten Beispiels die Auswirkungen verdeutlicht werden, die der Klimawandel auf eine Räuber-Beute-Beziehung in ihrer gegenseitigen Wechselwirkung hat.

Dabei werden das begrifflich präzise Darlegen biologischer Sachverhalte, das Hinterfragen eines grundlegenden biologischen Prinzips sowie die Einordnung und Deutung von Forschungsergebnissen vor dem Hintergrund anthropogener Veränderungen eingeübt.

• Niveau: grundlegend, weiterführend
• Fachlicher Bezug: Ökologie, Evolution
• Methode: Einzel- und Partnerarbeit
• Basiskonzepte: System, Variabilität und Angepasstheit
• Erkenntnismethoden: beschreiben, Konzepte anwenden, Modelle nutzen, Hypothesen prüfen, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erläutern mithilfe der Fachsprache, Materialien zielorientiert auswerten und verwenden
• Reflexion: Aussagen einer Theorie analysieren und auf konkrete biologische Sachzusammenhängen anwenden
• Inhalt in Stichworten: Klimawandel, Räuber-Beute-Verhältnis, Konkurrenz, Koevolution, Fitness

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Ökologie: Ökosysteme

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der Oberstufe des Gymnasiums

Die Unterrichtseinheit bietet insbesondere in ländlichen Gebieten einen großen Alltagsbezug. Nach der Wiederholung/Erarbeitung der grundlegenden Elemente eines Stoffkreislaufs in einem natürlichen Ökosystem, im Zusammenhang mit dem Energiefluss, werden diese Grundlagen vertiefend auf den Stoffkreislauf eines Agrarökosystems angewendet. Im Anschluss wird zwischen konventionellem und ökologischem Landbau differenziert. Da die Stickstoffdüngung in der Landwirtschaft eine wichtige Rolle spielt, wird diese, nach Rekapitulation des Stickstoffkreislaufs, vertieft untersucht. An dieser Stelle der Einheit steht das Erarbeiten komplexer Materialien mit anschließender Präsentation im Vordergrund. Zuletzt werden ökologische Grundlagen auf den chemischen und biologischen Pflanzenschutz angewendet.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Material
  • Stoffkreislauf und Energiefluss in einem natürlichen Ökosystem
  • Stoffkreislauf in einem Agrarökosystem
  • Vergleich von konventionellem und ökologischem Landbau
  • Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf
  • Stickstoffdüngung – Pro und kontra
  • Chemischer Pflanzenschutz
  • Beispiele für biologischen Pflanzenschutz
• Lösungsvorschläge

• Niveau: weiterführend, vertiefend
• Fachlicher Bezug: Ökologie, Stoffwechsel, Genetik
• Methode: Partner- und Gruppenarbeit
• Basiskonzepte: Stoff- und Energieumwandlung, Variabilität und Angepasstheit
• Erkenntnismethoden: beschreiben, vergleichen, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, präsentieren, argumentieren, Materialien auswerten
• Reflexion: Anwendungen, Folgen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: natürliches Ökosystem, Mineralstoffe, Primärproduzenten, Konsumenten 1. und 2. Ordnung, Agrarökosystem, konventioneller und ökologischer Landbau, Stickstoffkreislauf, Stickstoffdüngung, organische Düngung, Herbizide, Pflanzenschutzmittel, DDT, biologische Schädlingsbekämpfung

Der Teil der Ökologie, der sich mit der Abhängigkeit der Organismen und ihrer Lebensäußerungen von den Bedingungen der unbelebten Umwelt beschäftigt, bildet zu Recht den Beginn des Ökologieunterrichts sowohl in der Mittelstufe als auch in den Kursen der gymnasialen Oberstufe.

Die Möglichkeit, die Wirkung der Umwelt in einzelne Faktoren aufzugliedern, bietet hier einen guten Einstieg, da der Ursachen-Wirkungszusammenhang meist leicht durchschaubar ist und gut durch die experimentelle Forschung belegt ist. Zudem lassen sich die Abhängigkeiten einzelner Arten leichter analysieren als die weitaus komplexeren biotischen und biozönotischen Beziehungen, Ökosysteme usw. Aufgrund des leichten Zugangs besteht nicht selten die Gefahr einer überdimensionierten Behandlung im Unterricht auf Kosten der anderen komplexeren Teilgebiete der Ökologie.

Daher bietet es sich an, die Behandlung der abiotischen Faktoren auf die „großen drei“ ÖkoFaktoren Temperatur, Licht und Wasser zu beschreiben. Diese werden auch meist in den zentralen Abiturprüfungen thematisiert und sind den Schülerinnen und Schülern* aus ihrer Erfahrungswelt meist vertrauter als Faktoren wie beispielsweise Salinität oder pH-Wert. In dieser Einheit wird der Faktor Temperatur thematisiert, da er das Leben vieler Organismen als Minimum- oder Maximalfaktor entscheidend prägt. Zudem bietet er sich an, um auch Themenbereiche wie Toleranzkurven in den Unterricht einzuführen, die ebenfalls ein wichtiges Thema im Zentralabitur spielen. Diese Einheit beginnt daher mit diesem Thema, um dann auf den Temperaturfaktor hinzuführen.

Verschiedentlich lässt sich auch wiederholend an Themen der Mittelstufe anknüpfen und eventuell noch vorhandenes Grundwissen reaktivieren, z. B. Überdauerungsorgane von Pflanzen, Anpassungen von Vertebraten an Temperatur, Winterschlaf, Sommer- und Winterfell etc.

Niveau: Sekundarstufe II

Dauer: 10 Stunden

• Wissenschaftliche Experimente
• Lernerfolgskontrolle

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Ökologie: Biotische Faktoren

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

Im Rahmen der Synökologie lenkt dieser Beitrag den Blick auf Krankheitserreger aus der Familie der Trypanosomen und behandelt dabei die Beziehungen zwischen Mensch (bzw. Säugetier), Tsetsefliege und parasitärem Einzeller.

Der Entwicklungszyklus der Trypanosomen (M 2), der sich in der Tsetsefliege und dem Menschen (Säugetier) vollzieht, zeigt Ansatzpunkte zur Bekämpfung der Schlafkrankheit und der Naganaseuche auf. Durch biologische Schädlingsbekämpfung wird mit bedingtem Erfolg versucht, die Tsetsefliege im jeweiligen Habitat auszurotten und dadurch den Infektionskreislauf zu unterbrechen (M 6). Die Schwierigkeit einer medikamentösen Behandlung der Schlafkrankheit bezieht die politischen Veränderungen der zentralafrikanischen Staaten und die dadurch bedingte medizinische Unterversorgung mit ein (M 5). Die dabei relevanten nicht-biologischen Aspekte können im Unterrichtsgespräch erarbeitet werden.

Der genetische Aspekt der starken Variabilität der Trypanosomen (M 3/M 4), der die Entwicklung von Impfseren verhindert und den Krankheitsverlauf näher erklärt, kann – wenn die genetischen Grundlagen noch nicht vorliegen – entfallen.

Zu den Materialien M 1 und M 2 sowie zu M 3 und M 4 besteht jeweils ein gemeinsamer Aufgabenteil.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• Material
  • Das Verhältnis zwischen Parasit und Wirt
  • Das Krankheitsbild der Schlafkrankheit und der Naganaseuche
  • Die Überlebensstrategie der Trypanosomen
  • Genetik und Proteinbiosynthese der VGS-Proteine
  • Eflornithin – ein hochwirksames Medikament
  • Krieg gegen die Tsetsefliegen
• Lösungsvorschläge

• Niveau: weiterführend, vertiefend
• Fachlicher Bezug: Ökologie, Genetik, Evolution
• Methode: Einzelarbeit, Partnerarbeit
• Basiskonzepte: Regelung und Steuerung, Reproduktion, Variabilität und Angepasstheit
• Erkenntnismethoden: beschreiben, Darstellungen verwenden
• Kommunikation: erklären, Materialien auswerten
• Reflexion: Folgen beurteilen
• Inhalt in Stichworten: Parasitismus, Schlafkrankheit, Naganaseuche, Tsetsefliege, Trypanosoma, Antigenvariation, In-Situ-Switch, Transspleißen, Sterilität

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Bärtierchen auf Mondmission

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der 11. -13. Schuljahr, Gymnasium

Bärtierchen sind mikroskopisch kleine Überlebenskünstler. Ihr Toleranzbereich und die ökologische Potenz gegenüber abiotischen Faktoren sind ungewöhnlich und im Fokus aktueller Forschung. Sie überleben extreme Umweltbedingungen, sogar im Weltall Strahlung, Eiseskälte und Vakuum, und sind daher auch interessant für die aktuelle Weltraumforschung. Ihre Schülerinnen und Schüler sammeln spannende Primärerfahrungen mit den Bärtierchen durch Mikroskopieren von Moosproben, werten wissenschaftliche Experimente aus und erweitern ihre ökologischen Kompetenzen um Merkmale außergewöhnlicher Lebewesen. Zudem wird anhand des Beispiels der Hündin Laika, die als unfreiwillige Testpilotin einer Weltraumrakete diente, die ethische Frage von Versuchen mit Tieren für die damalige und heutige Weltraumforschung aufgegriffen und bearbeitet. Das neu erworbene Sachwissen und ethische Kompetenzen können in Teams als Podcast zeitgemäß vertieft und selbstständig medial aufbereitet werden.

• Methodisch-didaktische Hinweise
• M1: Von Laika zu den Bärtierchen
• M2: Bärtierchen unter dem Mikroskop
• M3: Ökologische Potenz und Toleranz von Bärtierchen
• M4: Wie trotzen Bärtierchen extremen Bedingungen?
• Lösungen
• Literaturverzeichnis

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Abiturtraining Biologie

Biologie Unterrichsmaterial für den Einsatz
in der 11. -13. Schuljahr, Gymnasium
39 Seiten (2,0 MB)

Abiturientinnen und Abiturienten bereiten mit diesem Material den Vortrag in der mündlichen Abiturprüfung vor. Der Asiatische Marienkäfer (Harmonia axyridis) stammt aus Zentralasien und wurde in Europa zur biologischen Schädlingsbekämpfung eingeführt. Er gilt in der Invasionsbiologie als Modell für die Erforschung der Faktoren, warum sich manche Arten erfolgreich verbreiten und nahe verwandte Arten oft nicht. In Deutschland ist die Population der Zweipunkt-Marienkäfer (Adalia bipunctata) extrem zurückgegangen. Der als Glücksbringer bekannte Siebenpunkt-Marienkäfer (Coccinella sep-tempunctata) scheint sich dagegen nach einem rapiden Rückgang wieder zu erholen. Das Geheimnis um biologische und chemische Abwehrmechanismen des Asiatischen Marienkäfers ist entschlüsselt. Darüber hinaus zeigt der invasive Käfer eine zweistufige Immunabwehr, die bisher einzigartig bei Insekten ist. Die Lernenden wenden ihre fundierten ökologischen und evolutionsbiologischen Kompetenzen zur Lösung der spannenden Aufgabe an.

• Fachwissenschaftliche Hinweise 1
• Invasion der Harlekine – der Asiatische Marienkäfer
• Konkurrenzausschluss oder Koexistenz?
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