Lehrplan PLUS

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Natur und Technik M10

gültig ab Schuljahr 2022/23

NT10 Lernbereich 1: Naturwissenschaftliches Arbeiten
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beurteilen die Aussagekraft von erhobenen oder recherchierten Daten und finden in diesen Daten Trends, Strukturen und Beziehungen zu den im Unterricht behandelten Themen.
  • zeigen weitgehend selbständig Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen, technischen und ökologischen Entwicklungen und Erkenntnissen der Naturwissenschaften auf.
  • diskutieren Arbeitsergebnisse und Sachverhalte unter verschiedenen Gesichtspunkten fachlich korrekt und folgerichtig, vertreten ihre Standpunkte zu naturwissenschaftlichen Sachverhalten und reflektieren Einwände kritisch.
  • prüfen Darstellungen zu naturwissenschaftlichen Themen in verschiedenen Medien hinsichtlich ihrer fachlichen Richtigkeit.
  • ordnen naturwissenschaftliche Sachverhalte in historische, gesellschaftliche oder ökologische Zusammenhänge ein und bewerten Handlungsoptionen im Sinne der Nachhaltigkeit.
  • legen ein Wertesystem zugrunde, um normative Aussagen zu naturwissenschaftlichen Themen zu beurteilen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Entwicklung naturwissenschaftlichen Wissens: Datenanalyse (Trends, Strukturen und Beziehungen)
  • Errungenschaften der Naturwissenschaften: Verhandelbarkeit von Werten in einer Gesellschaft an einem Beispiel der Humangenetik bzw. der digitalen Technik
  • Anfertigung, Auswertung und Wechsel verschiedener Darstellungsformen (z. B. einfacher Regelkreis)
  • Reaktionsschema, Nomenklatur, Symbol- und Formelsprache (z. B. Formeldarstellung ausgewählter organischer Moleküle)
  • Gesundheitsbewusstsein und Verantwortung (z. B. Stressbewältigung, Hormonsystem)

NT10 Lernbereich 2: Lebensgrundlage digitale Technik
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben die Vorteile der modernen Digitaltechnik, indem sie die historische Entwicklung von digitalen Geräten aus ihrem Alltag recherchieren.
  • beschreiben den Unterschied zwischen digitalen und analogen Signalen und erklären anhand vereinfachter Darstellungen ein Verfahren zur Umwandlung analoger in digitale Signale.
  • erklären das Prinzip der Datenverarbeitung eines Computers, indem sie natürliche Zahlen vom Dezimalsystem in das Binärsystem umwandeln.
  • führen einfache, selbst geplante Experimente zu logischen Schaltungen durch, um damit die Verarbeitung digitaler Signale durch Transistoren im Prozessor zu beschreiben.
  • vergleichen aktuelle Medien zur digitalen Datenübertragung und ‑speicherung, um diese zu bewerten.
  • beurteilen Chancen und Risiken der digitalen Technik, um den eigenen Umgang mit modernen Kommunikationsgeräten zu reflektieren.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • historische Entwicklung digitaler Geräte aus dem Alltag der Schülerinnen und Schüler (z. B. Mobiltelefon, Fernsehgerät)
  • analoge und digitale Signale (z. B. Temperaturmessung, Töne): Sinus- und Rechteckspannungen
  • Prinzip der A/D-Wandlung; Spannungs-Zeit-Diagramme
  • binäres System: Umwandlung von Zahlen; Begriffe: Bit, Byte, Gigabyte, Terrabyte
  • Verarbeitung digitaler Signale; Transistor, logische Schaltungen; Bauen von Modellen (z. B. logische Schaltungen Und, Oder, Nicht)
  • Datenübertragung mittels elektromagnetischer Schwingungen (z. B. Funk und Licht anhand aktueller Beispiele); Vergleichskriterien (z. B. Sicherheit, Störanfälligkeit und Geschwindigkeit)
  • digitale Speicherung (z. B. optisch, magnetisch, elektronisch)
  • Chancen, Grenzen, Probleme und Risiken der digitalen Technik (z. B. in den Bereichen Datenübertragung, Datenschutz)
  • Aspekte sinnvollen Gebrauchs moderner Kommunikationsgeräte (z. B. Energiebedarf, Gesundheits- und Sozialverhalten)

NT10 3.1 Das Gehirn
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erläutern die zentrale Bedeutung des menschlichen Gehirns im Nervensystem.
  • beschreiben den Aufbau und die Vernetzung von Nerven und Nervenzellen, um die Bedeutung der Synapsen bei der Reizleitung zu erläutern.
  • stellen Ursachen, Symptome sowie Therapie- und Präventionsmöglichkeiten dar, indem sie anhand ausgewählter Medien zu einer Erkrankung des Gehirns oder des Nervensystems recherchieren.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Gehirnbereiche und deren Funktionen: Großhirn, Zwischenhirn, Kleinhirn, Mittelhirn, Nachhirn; limbisches System
  • Aufbau der Nervenzelle: Nervenzellkörper, Nervenfaser/Neurit, Dendriten, Synapsen; Reizleitung durch Botenstoffe
  • Erkrankungen von Gehirn und Nervensystem (z. B. Parkinson, Demenz)

NT10 3.2 Steuerung und Regelung von Körperfunktionen durch Hormone
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben die Funktionsweise der Hormone als biochemische Signalstoffe im Körper. Sie benennen wichtige Wirkungsbereiche, um die Bedeutung der Hormone für die Stoffwechselvorgänge des Körpers zu erklären.
  • erläutern die Steuerung einer Körperfunktion durch Hormone mittels idealtypischer Schemazeichnungen.
  • erläutern das Zusammenwirken von Nerven- und Hormonsystem bei der Reaktion auf Stressoren, um Verhaltensweisen zur Stressbewältigung und ‑prävention zu bewerten.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Begriffe: Hormon, Schlüssel-Schloss-Prinzip
  • Überblick der Wirkungsbereiche von Hormonen: Steuerung von Wachstum und Entwicklung, Regulation von Stoffwechselprozessen, Beeinflussung von Verdauungsvorgängen
  • Steuerung durch Hormone (z. B. Wachstum, Menstruation, Blutzuckerspiegel)
  • Zusammenwirken von Nerven- und Hormonsystem bei der Reaktion auf Stressoren
  • Folgen von Dauerstress (z. B. Herz-Kreislauf-Beschwerden, Schlafstörungen); Gegenstrategien (z. B. sportliche Betätigung, Ruhe- und Erholungsphasen, gesunde Ernährung)

NT10 3.3 Vererbung, Evolution
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • ordnen Leitfossilien erdgeschichtlich ein, um den Verlauf der Stammesentwicklung zu beschreiben.
  • beschreiben Mutation, Selektion und Isolation als Evolutionsfaktoren, um die Bildung neuer Arten zu erklären.
  • beschreiben die Entwicklungsgeschichte des Menschen an einem Stammbaum, indem sie wichtige Entwicklungsschritte und deren Vorteile erklären.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Fossilien, Leitfossilien; Erdzeitalter und Entwicklung der Lebewesen; stammesgeschichtliche Verwandtschaft; Übergangsformen (z. B. Archaeopteryx, Quastenflosser)
  • Evolutionsfaktoren: Mutation, Selektion, Isolation; Charles Darwin
  • Stammesgeschichte des Menschen im Überblick: Entwicklungsschritte (z. B. aufrechter Gang, Werkzeuge); Ausbreitung des Menschen auf der Erde

NT10 3.4 Zellkern im Blickpunkt der Forschung
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben anhand von Schemazeichnungen die Vorgänge bei der Bildung der Geschlechtszellen und erklären die Kombinationen von Chromosomen als Ergebnis der Meiose an einem Modell.
  • stellen den molekularen Aufbau der DNA mithilfe geeigneter Modelle anschaulich dar und erklären ihre Verdopplung sowie die Bildung von Proteinen.
  • erläutern eine Methode der Gentechnik und bewerten deren Chancen und Risiken.
  • stellen zu einem Bereich der angewandten Humangenetik wissenschaftliche Grundlagen und Probleme dar und diskutieren sie unter Einbeziehung rechtlicher und ethischer Aspekte, um einen eigenen Standpunkt zu beziehen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Meiose
  • Aufbau der DNA; identische Verdopplung; Bildung von Proteinen
  • Umsetzung der Erbinformation bei der Proteinsynthese; Bedeutung für die Ausbildung von Merkmalen
  • Methoden der Reproduktions- und Gentechnik (z. B. Klonen bei Tieren und Pflanzen, Gen Pharming)
  • ein Bereich aus der angewandten Humangenetik (z. B. Embryonenschutzgesetz, Reproduktionsmedizin)

NT10 4.1 Periodensystem und chemische Bindungen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erklären unter Einbeziehung der Nebengruppenelemente maßgebliche Ordnungskriterien, um die Anordnung der Elemente im Periodensystem zu beschreiben.
  • nutzen Modelle, um an ausgewählten Elementen mithilfe der Edelgasregel das Bindungsverhalten zu begründen.
  • nutzen Angaben zur Elektronegativität chemischer Elemente, um zwischen polaren und unpolaren Elektronenpaarbindungen zu unterscheiden.
  • begründen Eigenschaften des Wassers mit dessen Dipolcharakter.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Periodensystem: Haupt- und Nebengruppenelemente ohne Lanthanoide und Actinoide
  • Metallbindung: Elektronengas, Atomrümpfe; Eigenschaften von Metallen (z. B. Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit)
  • Ionenbindung: Veranschaulichung (z. B. Natriumchlorid), Anion, Kation, Verhältnisformel, Donator-Akzeptor-Konzept; Eigenschaften von Salzen (z. B. hohe Schmelzpunkte, elektrische Leitfähigkeit in wässriger Lösung)
  • Elektronenpaarbindung: unpolar (z. B. H2, Cl2, O2), polar (z. B. HCl, H2O, NH3); Elektronegativität
  • Wasser: Dipolcharakter, Hydratation, Wasserstoffbrücken
  • Formeln binärer Verbindungen (z. B. Natriumfluorid, Aluminium(III)chlorid, Eisen(III)oxid, Schwefeldioxid)
  • Fachbegriffe: ‑oxid, ‑chlorid, ‑sulfid, ‑fluorid

NT10 4.2 Chemie des Kohlenstoffs
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben mithilfe von Modellen das Cracken von längerkettigen Alkanen zur Gewinnung von Alkenen und vergleichen es mit Crackverfahren in der Technik.
  • schließen vom Molekülbau verschiedener organischer Stoffe auf typische Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten.
  • beschreiben an ausgewählten Beispielen schematisch die Prinzipien verschiedener Reaktionstypen zur Herstellung von Kunststoffen, zeichnen die Strukturformeln von Edukten (Monomere) sowie Produkten (Polymere) und erläutern die Einsatzmöglichkeiten der entstandenen Kunststoffe.
  • diskutieren Möglichkeiten und Grenzen des Kunststoffrecyclings, um den eigenen Umgang mit Kunststoffen unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit zu reflektieren.
  • beschreiben schematisch die Reinigungswirkung von Waschsubstanzen und exemplarisch deren Umweltverträglichkeit.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Cracken von längerkettigen Alkanen (z. B. Nonan, Hexadecan); Crackverfahren in der Rohölverarbeitung
  • homologe Reihe der Alkene: Modelle, Strukturformeln, allgemeine Summenformel CnH2n, Eigenschaften und Verwendung (z. B. Brennstoffe, Grundstoffe für die Herstellung von Kunststoffen)
  • Reaktionstypen zur Herstellung von Kunststoffen: Polymerisation, wichtige Polymere (z. B. Polyethylen, Polypropylen); Polykondensation, wichtige Polykondensate (z. B. Polyamide, Polyester); Produkte (z. B. PET-Flaschen, Kleidung)
  • Möglichkeiten und Grenzen des Kunststoffrecyclings; Umweltbelastung (z. B. Meere)
  • Waschsubstanzen: Strukturen und Reinigungswirkung, Umweltverträglichkeit

NT10 4.3 Lineare und beschleunigte Bewegungen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erstellen Weg-Zeit-, Geschwindigkeits-Zeit- und Beschleunigungs-Zeit-Diagramme von linearen gleichförmigen und gleichmäßig beschleunigten linearen Bewegungen in alltagsrelevanten Kontexten und verbalisieren die in den Diagrammen dargestellten Bewegungsabläufe.
  • stellen Beziehungen zwischen den in den Diagrammen dargestellten Bewegungsabläufen und den entsprechenden linearen bzw. quadratischen Bewegungsfunktionen her.
  • bestimmen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen von Körpern aus experimentellen Messdaten sowie anhand von Bewegungsdiagrammen.
  • schätzen und berechnen den Bremsweg von Fahrzeugen im Straßenverkehr in Abhängigkeit von deren Anfangsgeschwindigkeit und der vorliegenden Bremsverzögerung. Auf der Grundlage abgeschätzter und berechneter Werte bewerten sie auch kritische Situationen im Straßenverkehr und diskutieren hierfür mögliche Sicherheitsvorkehrungen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • gleichförmige geradlinige Bewegungen; v = Δs : Δt, Weg-Zeit-Gesetz, s(t) = v ⋅ t
  • gleichmäßig beschleunigte geradlinige Bewegungen; a = Δv : Δt, Weg-Zeit-Gesetz, Geschwindigkeits-Zeit-Gesetz, s(t) = Bruch Einhalb ⋅ a ⋅ t2, v(t) = a ⋅ t
  • Anfangsgeschwindigkeit vA; Bremsverzögerung, aB = μHaft ⋅ 9,81 m/s2; Bremsweg, sB = Bruch Einhalb ⋅ vA ⋅ t, sB = vA2 : (2 ⋅ aB)