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Biologie 12

wird überarbeitet

B12 Lernbereich 1: Erkenntnisse gewinnen – kommunizieren – bewerten
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • stellen theoriebasiert zu biologischen Fragestellungen Hypothesen auf und planen ausgehend von diesen selbständig naturwissenschaftliche Untersuchungen (z. B. Beobachtungen und Experimente).
  • setzen fachgemäße Arbeitsmethoden und -techniken bei der selbständigen, sicherheitsgerechten Durchführung qualitativer und quantitativer naturwissenschaftlicher Untersuchungen ein.
  • beurteilen die Validität von erhobenen oder recherchierten Daten, benennen Fehlerquellen und optimieren davon ausgehend das Untersuchungsdesign.
  • bereiten erhobene oder recherchierte Daten für die Auswertung auf, finden in diesen Trends, Strukturen und Beziehungen und verifizieren bzw. falsifizieren die zugrunde liegende Hypothese.
  • verwenden Modelle zur Veranschaulichung und Erklärung von komplexen biologischen Prozessen und Phänomenen sowie zur Ableitung neuer Erkenntnisse.
  • bewerten die Aussagekraft von Modellen und begründen die Auswahl eines Modells zur Erklärung des vorliegenden Sachverhalts.
  • stellen Prozesse grafisch dar, um Wirkungszusammenhänge zu erklären.
  • überführen Sachverhalte in eine sach-, adressaten- und situationsgerechte Darstellungsform (u. a. beschriftete Skizzen) und reflektieren die Eignung dieser Darstellungsform.
  • schätzen selbständig beschaffte Quellen im Hinblick auf ihre Eignung ein und nutzen sie, um Sachverhalte zu bewerten.
  • erklären die Beeinflussung der Entwicklung naturwissenschaftlichen Wissens durch soziale, kulturelle und technologische Aspekte sowie Eigenschaften naturwissenschaftlichen Wissens, um es sinnvoll in Argumentationsprozesse der persönlichen und gesellschaftlichen Entscheidungsfindung einzubringen.
  • entwerfen differenzierte Handlungsoptionen und beurteilen diese unter Nutzung fachwissenschaftlicher Erkenntnisse und auf der Basis eines Wertesystems. Dabei sind sie sich der prinzipiellen Möglichkeit von Dilemma-Situationen bewusst.
  • reflektieren soziale, ökonomische und ökologische Auswirkungen biologisch-technologischer Entwicklungen und bewerten diese im Hinblick auf eine nachhaltige Entwicklung.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg (Fragestellung, Hypothese, naturwissenschaftliche Untersuchung planen und durchführen, Datenauswertung und ‑interpretation): u. a. Prinzip der Variablenkontrolle, Fehlerquellen (z. B. Ungenauigkeiten der Messgeräte, Ablesefehler, Fehler im Untersuchungsdesign (z. B. zu kleine Stichprobengröße, Labor‑ oder Freilandbedingungen))
  • fachgemäße Arbeitsmethoden und ‑techniken: u. a. Beobachten, Experimentieren; Anwendung von Sicherheitsvorschriften
  • Eigenschaften und Grenzen von materiellen und ideellen Modellen: u. a. Schlüssel-Schloss-Modell, dynamisches Modell zur Populationsentwicklung; Vor- und Nachteile zur Erklärung eines bestimmten Sachverhalts
  • Anfertigung und Auswertung verschiedener Darstellungsformen, Wechsel der Darstellungsform: u. a. Darstellung von Prozessen und Wirkungszusammenhängen (Schemazeichnungen, Flussdiagramm, Concept-Maps, einfache Regelkreise), Sättigungskurve, Optimumskurve, Diagramme mit mehreren Datenreihen und mehreren abhängigen Variablen; Skizzen von Zellen und Zellorganellen (Neuron, Synapse, Chloroplast, Mitochondrium, Biomembran); Sach-, Adressaten-, und Situationsbezug (Perspektivwechsel, Vorteile von Darstellungsformen)
  • Quelle: v. a. populär- und fachwissenschaftliche Literatur
  • Entwicklung und Eigenschaften naturwissenschaftlichen Wissens: u. a. Grundlagenforschung, angewandte Forschung; Vorläufigkeit und Subjektivität naturwissenschaftlichen Wissens, Wandel von wissenschaftlichen Methoden als Ursache für moralische Konfliktfelder, unterschiedliche Belastbarkeit von naturwissenschaftlichem Wissen, Abgrenzung von Hypothese, Theorie, Beweis
  • Entscheidungsfindung als systematischer und begründeter Prozess: u. a. Perspektivwechsel, Dilemma-Situation (z. B. ökologische und ökonomische Aspekte)
  • nachhaltige Entwicklung: Biodiversität, Stoffkreisläufe, Populationsentwicklung des Menschen

B12 Lernbereich 2: Neuronale Informationsweiterleitung (ca. 12 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • skizzieren den Aufbau eines Neurons und stellen die Besonderheiten dieses spezialisierten Zelltyps in einen Struktur-Funktions-Zusammenhang.
  • beschreiben den Aufbau von Biomembranen nach dem Flüssig-Mosaik-Modell, um Transportvorgänge durch eine Biomembran zu erläutern.
  • erklären anhand von Messdaten zur Ionenverteilung die Ladungsverhältnisse an der Biomembran einer Nervenzelle im Ruhezustand und leiten daraus ab, dass zur Aufrechterhaltung des Ruhepotentials Energie aufgewendet werden muss.
  • erklären die auftretenden Potentialänderungen bei einem Aktionspotential, indem sie die Vorgänge auf der Teilchenebene bei überschwelliger Depolarisation an der Axonmembran beschreiben, und erklären, wie Informationen codiert werden.
  • beschreiben und vergleichen die Weiterleitung der Potentialänderung an verschiedenen Nervenfasern, um die unterschiedliche Leistungsfähigkeit von Nervensystemen bei Wirbellosen und Wirbeltieren zu erklären.
  • leiten aus den Vorgängen bei der Informationsübertragung an chemischen Synapsen Möglichkeiten ab, diese Informationsübertragung durch Zufuhr von Substanzen zu beeinflussen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Bau eines Neurons
  • Aufbau einer Biomembran nach dem Flüssig-Mosaik-Modell; freie Diffusion, aktiver und passiver Transport, selektive Permeabilität
  • Ruhepotential: Modellvorstellung zur Entstehung und Aufrechterhaltung
  • Aktionspotential: Ionenkanäle und Ionenbewegungen, zeitlicher Verlauf, absolute und relative Refraktärphase, Alles-oder-Nichts-Prinzip, Codierung der Information (Reizstärke, Reizdauer)
  • myelinisierte und nicht-myelinisierte Nervenfaser, Kosten-Nutzen-Analyse von kontinuierlicher und saltatorischer Erregungsleitung
  • elektrochemische Vorgänge an einer erregenden chemischen Synapse: Prinzip der Erregungsübertragung, Schlüssel-Schloss-Modell am Rezeptor, Wirkungsprinzipien von Synapsengiften an der neuromuskulären Synapse
  • Synapsen als Angriffspunkte für Medikamente und Suchtmittel

B12 3.1 Aufbau von energiereichen Stoffen (Assimilation)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben das Grundprinzip der Assimilation und legen deren Bedeutung für das Leben auf der Erde dar.
  • erklären, welche Außenfaktoren die Photosynthese beeinflussen, legen dar, wie sich Veränderungen der Außenfaktoren auf die Photosyntheserate auswirken, und beurteilen deren Folgen für Wild- und Nutzpflanzen.
  • stellen einen Zusammenhang zwischen molekularen, anatomischen und morphologischen Strukturen dar, indem sie auf verschiedenen Organisationsebenen die Angepasstheiten einer Pflanze an die Photosynthese erläutern.
  • beschreiben die Tracer-Methode als Werkzeug, um Stoffwechselwege z. B. bei der Photosynthese aufzuklären.
  • erklären die Bildung von Reduktions- und Energieäquivalenten, die für den Glucose-Aufbau benötigt werden, mithilfe eines energetischen und chemiosmotischen Modells zum Ablauf der lichtabhängigen Reaktionen.
  • charakterisieren den Calvin-Zyklus als Schlüsselstelle für den Aufbau von energiereichen organischen Verbindungen unter Verwendung der Reduktions- und Energieäquivalente aus der lichtabhängigen Reaktion.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Gesamtgleichung der Photosynthese als endotherme Redoxreaktion, Assimilation durch photoautotrophe Organismen (Stoff- und Energieumwandlung)
  • Photosyntheserate in Abhängigkeit von verschiedenen Außenfaktoren (Lichtqualität: Absorptions- und Wirkungsspektrum der Photosynthese; Beleuchtungsstärke; Kohlenstoffdioxid-Konzentration; Temperatur), ökologische Bedeutung der Außenfaktoren, Maßnahmen zur Ertragssteigerung in der Landwirtschaft
  • Angepasstheiten der Pflanze an die Photosynthese: Absorption von Licht (Schatten- und Sonnenblätter, Chloroplast (elektronenoptisches Bild), Photosynthesefarbstoffe), Aufnahme von Kohlenstoffdioxid (Spaltöffnungen, enzymatische Fixierung), Verdunstungsschutz (Blattfläche, Epidermis mit Cuticula, Spaltöffnungen)
  • Tracer-Methode
  • energetisches Modell der lichtabhängigen Reaktionen: Photolyse des Wassers, Elektronentransportkette an der Thylakoidmembran, Bildung von NADPH; Bildung von ATP nach der chemiosmotischen Theorie
  • wesentliche Schritte des Calvin-Zyklus: Fixierungsphase, Reduktionsphase (endotherme Reduktion der Carboxygruppe zur Carbonylgruppe), Regenerationsphase, Synthese von Glucose
  • Zusammenwirken der lichtabhängigen und lichtunabhängigen Reaktionen

B12 3.2 Umbau von Stoffen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben, wie Pflanzen Stoffe ineinander umwandeln können und so Biomasse aufbauen, die sie und heterotrophe Lebewesen als Grundlage für ihren Energie- und Baustoffwechsel nutzen.
  • erklären die Bedeutung von Enzymen für eine bedarfsgerechte Regulation des Stoffwechsels.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Übersicht über die Bedeutung des Photosyntheseprodukts Glucose für die Pflanze, als Nährstoff für heterotrophe Organismen und für den enzymkatalysierten Umbau in körpereigene Reserve- und Baustoffe (u. a. Kohlenhydrate, Fette, Aminosäuren); nachwachsende Rohstoffe
  • Regulation von Stoffwechselprozessen durch Enzyme (kompetitive und nichtkompetitive Hemmung; Schlüssel-Schloss-Modell)

B12 3.3 Abbau von energiereichen Stoffen (Dissimilation)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erklären die Bildung von ATP unter Sauerstoffmangelbedingungen mithilfe verschiedener anaerober Abbauwege von Glucose.
  • beschreiben im Überblick den aeroben Abbauweg von Glucose zu Kohlenstoffdioxid, die Bildung von Energieäquivalenten und die Regeneration der Reduktionsäquivalente zur Aufrechterhaltung der Abbaureaktionen und vergleichen sie mit den Stoffwechselwegen der Photosynthese, um grundlegende Prinzipien des Stoffwechsels abzuleiten.
  • erklären durch einen Vergleich der Stoff- und Energiebilanzen des aeroben und anaeroben Abbaus, unter welchen Bedingungen die jeweiligen Abbauwege begünstigt werden.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Milchsäuregärung und alkoholische Gärung: Glykolyse (Umsetzung von Glucose zu Brenztraubensäure unter Bildung von ATP und NADH (ohne Strukturformeln)), Regeneration von NAD⁺; Bedeutung
  • aerober Abbau im Überblick: Glykolyse im Zytoplasma, Abbau von Brenztraubensäure im Mitochondrium zu Kohlenstoffdioxid, Bildung von NADH als energiereicher Zwischenspeicher, Regeneration von NAD⁺ durch Übertragung von Elektronen und Protonen auf Sauerstoff, chemiosmotisches Modell zur Bildung von ATP
  • Vergleich Photosynthese und Zellatmung: Chloroplast und Mitochondrium (Kompartimentierung, Oberflächenvergrößerung, Membransystem); biochemische Prinzipien (Prinzip einer Elektronentransportkette, Protonengradient, Enzymkatalyse, Prinzip des zyklischen Prozesses, Zerlegung in Teilschritte, ggf. weitere)
  • Energiebilanz des anaeroben bzw. aeroben Abbaus von Glucose, flexible Anpassung von Stoffwechselwegen (Hefezellen, Skelettmuskelzellen)

B12 4.1 Dynamische Prozesse in Ökosystemen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • charakterisieren ein Biotop, indem sie abiotische Faktoren analysieren.
  • nutzen Daten aus wissenschaftlicher Feldforschung, um die Zusammensetzung einer Biozönose quantitativ zu erfassen.
  • ordnen Lebewesen einer Trophieebene zu und erläutern den Energiefluss in einem Ökosystem.
  • beschreiben unter Einbeziehung von Laborversuchen die ökologische Potenz von Lebewesen bezüglich abiotischer Faktoren, um die Eignung von Lebensräumen für Lebewesen zu beurteilen.
  • beschreiben die unterschiedliche Einflussnahme biotischer Faktoren auf ein Lebewesen und erklären das Konzept der ökologischen Nische als Zusammenspiel biotischer und abiotischer Faktoren, aus dem sich die Zusammensetzung der Biozönose eines Ökosystems ergibt.
  • erläutern die verschiedenen Phasen der Populationsentwicklung und begründen die Dynamik mit dem Einfluss von Umweltfaktoren auf die Population und selbstregulierenden Faktoren in der Population.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Biotop: abiotische Faktoren (Temperatur, Licht, Wasser, ggf. weitere), geeignete Messverfahren
  • Biozönose: biotische Faktoren, Verfahren zur quantitativen Erfassung eines Bestandes; Nahrungsbeziehungen (Produzenten, Konsumenten (auch Destruenten)), Stoffkreislauf und Energiefluss
  • Einfluss abiotischer Faktoren auf Individuen: Toleranzkurve; Generalisten, Spezialisten
  • Einfluss biotischer Faktoren auf Individuen: Konkurrenz, Koexistenz, Symbiose, Prädation (Carnivorie, Herbivorie, Parasitismus)
  • ökologische Nische, ökologische Potenz, Konkurrenzvermeidung
  • idealisierte Populationsentwicklung: Wachstumsphasen; Einfluss von abiotischen und biotischen Umweltfaktoren (u. a. Konkurrenz, Prädation) auf die Entwicklung von Populationen (logistisches Wachstum); Umweltkapazität, biologisches Gleichgewicht, Neobiota

B12 4.2 Anthropogene Einflüsse auf Ökosysteme und der Wert der Natur
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • unterscheiden Bereiche, in denen der Mensch die Ressourcen von Ökosystemen nutzt, und erklären die Bedeutung dieser Ökosystemdienstleistungen für den Menschen.
  • vergleichen verschieden stark beeinflusste Ökosysteme nach dem Konzept der Ökosystemdienstleistungen, um den Wert von Erhalt bzw. Renaturierung einzuschätzen.
  • reflektieren die anthropozentrische Bewertung der Natur und sind sich dadurch der Notwendigkeit einer Werteabwägung bewusst.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • ökonomische Kosten menschlicher Einflussnahme auf ein Ökosystem, Konzept der Ökosystemdienstleistungen, Bedeutung der Biodiversität
  • Monetarisierung von ausgewählten Ökosystemen, Kosten-Nutzen-Analyse von menschlichen Eingriffen (Erhaltungs- und Renaturierungsmaßnahmen), Prozessschutz, Vorteile und Grenzen der ökonomischen Sichtweise
  • anthropozentrische Bewertung der Natur, Notwendigkeit einer Werteabwägung