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Biologie 12 (GH)

gültig ab Schuljahr 2018/19

B12 Lernbereich 1: Naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • verknüpfen biologische Sachverhalte mit den Basiskonzepten der Biologie und wenden die entsprechenden Erklärungsmuster auf neue Zusammenhänge an.
  • verwenden Modelle und Symbolsprache zur Veranschaulichung und Erklärung komplexer biologischer Prozesse und Phänomene. Sie bewerten die Aussagekraft von Modellen und begründen deren Auswahl zur Erklärung vorliegender Sachverhalte.
  • bewerten und nutzen bereitgestellte und eigenrecherchierte populär- und fachwissenschaftliche Quellen zur Klärung medizinischer und naturwissenschaftlicher Fragestellungen.
  • führen unter Anwendung fachgemäßer Arbeitsmethoden z. T. selbstgeplante Untersuchungen und Experimente durch. Sie stellen die Ergebnisse in geeigneter Form dar, beschreiben Fehlerquellen und bewerten die Validität der so gewonnenen Daten.
  • analysieren medizintechnische Auswertungsdiagramme und verschiedene Typen der Bildgebung, um die Organisationsebenen von Lebewesen zu erklären.
  • bereiten ausgewählte biologische Sachverhalte unter Verwendung selbstgewählter Quellen auf und präsentieren diese situations- und adressatengerecht.
  • beurteilen die gesellschaftliche Relevanz naturwissenschaftlicher und medizinischer Forschung und begründen die Notwendigkeit naturwissenschaftlicher Arbeit zur Klärung humanbiologischer Fragestellungen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Basiskonzepte: System (Reproduktion, Organisationsebenen, Steuerung und Regelung, Stoff- und Energieumwandlung, Information und Kommunikation, Variabilität und Angepasstheit), Struktur und Funktion, Entwicklung
  • biologische Fachsprache, Symbol- und Formelschreibweise, grafische Präsentation von Untersuchungsergebnissen
  • Auswahl und Prüfung von Literatur- und Internetquellen
  • Anfertigen und Interpretieren fachspezifischer Darstellungsformen (z. B. Kladogramm, Karyogramm, Fließschema, REM- und lichtmikroskopische Aufnahme)
  • Vergleich Modell und Realität; Struktur- bzw. Funktionsmodell aus der Biologie und reale Abbildung
  • naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg (Fragestellung, Hypothese, naturwissenschaftliche Untersuchung planen und durchführen, Datenauswertung und ‑interpretation), Fehlerquellen, Einhalten fachgemäßer Arbeitstechniken und Sicherheitsvorschriften, wissenschaftliches Versuchsprotokoll

B12 Lernbereich 2: Zellbiologische Grundlagen (ca. 9 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben ausgehend von mikroskopischen Aufnahmen den Aufbau der Procyte und der Eucyte. Sie wenden die grundlegenden Anforderungen an Lebewesen auf die Zelle als der kleinsten Einheit des Lebens an.
  • erklären ausgehend von Moleküleigenschaften die Struktur von Biomembranen, erläutern mithilfe einfacher Modellvorstellungen die unterschiedlichen Transportmöglichkeiten durch Membranen und beschreiben das Prinzip der Kompartimentierung als Voraussetzung für biochemische Prozesse.
  • beschreiben die Phasen des Zellzyklus auch auf Basis von mikroskopischen Aufnahmen und erklären die biologische Bedeutung des Zellzyklus für Wachstum, Zellregeneration und ungeschlechtliche Reproduktion.
  • beschreiben das Prinzip der Keimzellenbildung (Meiose) bei Frau und Mann und erklären deren Bedeutung für geschlechtliche Fortpflanzung und genetische Vielfalt.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • grundlegende Anforderungen an Lebewesen (Aufbau aus Zellen, Stoffwechsel, Fortpflanzung, Wachstum und Individualentwicklung, aktive Bewegung, Reizbarkeit)
  • Zelltypen (Bau von Procyte und Eucyte, Zellorganellen und ihre Funktionen, Unterschiede zwischen tierischer und pflanzlicher Zelle)
  • Bau von Biomembranen
  • aktiver und passiver Stofftransport durch Membranen, selektive Permeabilität
  • Zellzyklus (Interphase und Mitosephasen)
  • Keimzellenbildung durch Meiose, Zufallsverteilung, Crossing-over

B12 Lernbereich 3: Genetik (ca. 27 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben das menschliche Karyogramm unter Verwendung von Fachbegriffen und vergleichen es mit Karyogrammen anderer Organismen, um die Grundlagen der Organisation des Erbguts zu erklären, und erläutern den Bau und die Funktion von Chromosomen.
  • beschreiben den molekularen Aufbau der DNA in Symbolschreibweise und leiten daraus deren Bedeutung für die Verdopplung, Verschlüsselung und Veränderung der Erbinformation ab.
  • beschreiben die Bildung von Proteinen durch die Proteinbiosynthese und begründen anhand des molekularen Aufbaus von Proteinen deren Vielfältigkeit und Bedeutung für den menschlichen Körper.
  • beschreiben verschiedene Möglichkeiten der Neukombination und der Veränderung des Erbguts, unterscheiden verschiedene Arten von Mutationen und leiten die damit verbundenen Folgen für den Organismus ab.
  • analysieren das Auftreten von vererbbaren Merkmalen und Krankheiten mithilfe von Stammbäumen und unterscheiden gonosomale und autosomale Erbgänge, um Regelmäßigkeiten der Vererbung zu begründen.
  • erklären gentechnische Verfahren sowie Verfahren der pränatalen Diagnostik und diskutieren Chancen und Risiken unter medizinischen, ethischen und weiteren Aspekten.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Karyogramm des Menschen
  • historisches Experiment von Meselson und Stahl
  • Bau und Zustandsformen der Chromosomen
  • Feinbau und Replikation der DNA
  • Schülerexperiment: DNA-Extraktion
  • Transkription
  • genetischer Code und Proteinbiosynthese beim Menschen
  • Bedeutung der Proteine für den menschlichen Körper
  • durch Mutationen (Gen-, Chromosomen-, Genommutationen) ausgelöste Krankheiten, Mutagene
  • Spermatogenese und Oogenese
  • Stammbaumanalyse ausgewählter gonosomal und autosomal vererbter Merkmale (u. a. AB0-System) und Krankheiten, z. B. Bluterkrankheit
  • Polymerasekettenreaktion und Gelelektrophorese z. B., als Grundlagen von Vaterschaftstests
  • Pränatal- (invasive und noninvasive Methoden) und Präimplantationsdiagnostik

B12 Lernbereich 4: Stoffwechsel (ca. 23 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erklären die Wirkungsweise von Enzymen anhand Energieschemata und grafischer Modelle.
  • erläutern die Beeinflussbarkeit der Enzymaktivität durch Außenfaktoren und leiten daraus den Zusammenhang mit einer situationsbedingten Regulation des Stoffwechsels ab.
  • erläutern unter Verwendung geeigneter Modellvorstellungen verschiedene Arten der Enzymhemmung und entwickeln Diagramme, um die Änderung von Konzentration und Reaktionsgeschwindigkeit im Verlauf der Enzymreaktion zu beschreiben. Sie beurteilen den Einsatz eines Medikaments, das gezielt in die Enzymaktivität bei Stoffwechselprozessen eingreift.
  • führen auf der Grundlage schriftlicher Anleitungen Versuche zur Enzymwirkung und ‑hemmung durch und stellen die Beobachtung als Folge von zugrunde liegenden biochemischen Vorgängen dar.
  • nutzen biochemische Grundlagen, um die Wirkung von Schwermetallionen auf Enzyme zu erklären und erläutern die weitreichenden Folgen der Einträge von Schwermetallionen in biologische Systeme.
  • erklären den aeroben und anaeroben Abbauweg von Glucose im Überblick und vergleichen dabei Stoffumsätze und Energiebilanzen.
  • erläutern die Relevanz anderer Nährstoffgruppen (Fette, Proteine) zur Energieversorgung des Gehirns und anderer Organe im Fall einer Hungerperiode, indem sie die Stoffwechselprozesse Gluconeogenese und β‑Oxidation beschreiben.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Wirkung von Enzymen als Biokatalysatoren in allen lebenden Systemen: Absenken der Aktivierungsenergie, Schlüssel-Schloss-Modell (Bedeutung der räumlichen Struktur, aktives Zentrum, Enzym-Substrat-Komplex, Substrat- und Wirkungsspezifität)
  • Schülerexperimente: Enzymreaktionen, z. B. mit Urease oder Katalase
  • Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit (Enzymaktivität) von Substratkonzentration, pH-Wert und Temperatur (RGT-Regel)
  • Regulation von Stoffwechselprozessen durch Enzyme (kompetitive und allosterische Hemmung, Endprodukthemmung)
  • irreversible Hemmung durch Schwermetallionen
  • Wirkungsweise von Medikamenten, z. B. Präparate gegen Gicht
  • aerober Abbau im Überblick: Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette (jeweils als C-Körperschema)
  • chemiosmotisches Modell zur Bildung von ATP
  • Milchsäuregärung und alkoholische Gärung (als C-Körperschema)
  • Schülerexperiment: Gärung, z. B. Joghurtherstellung, alkoholische Gärung
  • Energiebilanz des aeroben bzw. anaeroben Abbaus von Glucose
  • β‑Oxidation (Abbau von Fettsäuren)
  • Gluconeogenese (Glucoseaufbau, u. a. aus Proteinen)

B12 Lernbereich 5: Evolution (ca. 25 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • begründen genetische Variabilität und die Selektion als Folge zufälliger Veränderungen des Erbgutes, um phänotypische Unterschiede innerhalb einer Population sowie das Phänomen der Angepasstheit zu erklären.
  • beschreiben verschiedene Erklärungsansätze zu den Mechanismen der Evolution und erklären die Entstehung und Veränderung von Arten anhand unterschiedlicher Evolutionsfaktoren und -mechanismen, um die natürliche Artenvielfalt zu begründen.
  • vergleichen anhand ausgewählter Beispiele die Ursachen und Folgen gezielter, durch Züchtung und Gentechnik hervorgerufener, Veränderungen des Erbguts mit natürlichen Evolutionsvorgängen, um die Rolle des Menschen als Evolutionsfaktor zu belegen.
  • bewerten Modellversuche zur Entstehung von organischen Makromolekülen in der Frühzeit der Erde im Hinblick auf ihre Aussagekraft und leiten aus hypothetischen Umweltbedingungen der frühen Erde die Evolution des Energiestoffwechsels bei den ersten Organismen ab. Sie erklären die Entstehung der eukaryotischen Zelle und rekonstruieren ausgewählte Schlüsselereignisse in der Stammesgeschichte der Wirbeltiere.
  • erklären das Aussterben von Arten als wichtiges Charakteristikum von Evolution.
  • wenden Methoden der vergleichenden Anatomie und Morphologie sowie der Entwicklungsbiologie an und klassifizieren auftretende Ähnlichkeiten bei verschiedenen Lebewesen aus dem Pflanzen- und Tierreich als Homologien oder Analogien, um Verwandtschaftsverhältnisse abzuklären.
  • beschreiben molekularbiologische Ähnlichkeiten, erläutern die Einzigartigkeit des genetischen Codes und leiten daraus Hinweise auf eine gemeinsame Abstammung ab.
  • gehen im Bewusstsein der eigenen Stellung in der Natur respekt- und verantwortungsvoll mit anderen Lebewesen und der Umwelt um.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Variabilität und Selektion als Folge der zufälligen Veränderung des Erbguts
  • Angepasstheit als Folge natürlicher Selektionsprozesse
  • Gegenüberstellung verschiedener Erklärungsansätze zu den Mechanismen der Evolution, u. a. von Lamarck und Darwin
  • Eingriffe des Menschen in den Evolutionsprozess, u. a. gezielte Veränderung des Erbguts durch Züchtung oder Gentechnik
  • Artbegriff, Taxonomie, Evolutionsfaktoren und ‑mechanismen (reproduktive und geographische Isolation, Gendrift, adaptive Radiation)
  • Entwicklungswege: Divergenz, Konvergenz, Koevolution
  • Anatomie und Morphologie, z. B. anatomische Ähnlichkeiten fossiler und rezenter Lebewesen; Homologie, Analogie, Rudimente, Atavismen
  • Entwicklungsbiologie, z. B. Biogenetische Grundregel, Progressions- und Regressionsreihen
  • molekularbiologische Ähnlichkeiten, z. B. RNA bzw. DNA, Enzyme, genetischer Code, Methode der Sequenzanalyse
  • Belege für die stammesgeschichtliche Entwicklung der Organismen: Befunde zur chemischen und zellulären Evolution, Stammesgeschichte der Tiere (Vielzelligkeit, Faunenexplosion, Landgang der Wirbeltiere, Extinktionsereignisse), fossile Zwischenformen