Lehrplan PLUS

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Biologie 11 (ABU)

gültig ab Schuljahr 2017/18

B11 Lernbereich 1: Naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • verwenden die Basiskonzepte der Biologie, um biologische Phänomene auf gleiche Erklärungsmuster zurückzuführen.
  • verwenden zur Beschreibung biologischer Phänomene Modellvorstellungen und nennen Möglichkeiten und Grenzen dieser Modelle.
  • beschreiben an ausgewählten Beispielen die Grenzen des im Rahmen eines naturwissenschaftlichen Erkenntniswegs gewonnenen Wissens und leiten daraus Aussagen zur Gültigkeit dieses Wissens ab.
  • führen in regelmäßigen Abständen vorgegebene und auch selbst geplante, grundlegende und umfangreiche Experimente gemäß dem naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg durch, welche sie selbständig und situationsgerecht dokumentieren, auswerten und veranschaulichen.
  • setzen fachgemäße Arbeitsmethoden und Techniken bei sicherheitsgerechter Durchführung der Experimente und Beobachtungen ein; sie beurteilen die Validität der erhobenen Daten, lokalisieren Fehlerquellen und optimieren davon ausgehend das Untersuchungsdesign.
  • nutzen Bestimmungsliteratur, um unbekannte Organismen systematisch einzuordnen.
  • stellen Erfahrungen aus der fachpraktischen Ausbildung in den naturwissenschaftlichen Kontext und setzen ihre bereits erworbenen Fachkenntnisse zur Erklärung ein.
  • nutzen bereitgestellte fachwissenschaftliche Quellen zur Gewinnung und Klärung naturwissenschaftlicher Fragestellungen.
  • bewerten Alltags- und Naturphänomene auf Basis biologischer Gesetzmäßigkeiten, erklären daraus resultierende Zusammenhänge und leiten mithilfe ihrer Kenntnis biologischer Sachverhalte die Lösung lebensweltlicher Problemstellungen ab.
  • ordnen biologischen Phänomenen evolutionäre Zusammenhänge selbständig zu, um Erklärungsansätze für Artentstehung und Merkmalsausprägungen zu finden.
  • beurteilen die Folgen von Maßnahmen und Verhaltensweisen für die eigene Gesundheit und die Gesundheit anderer, um auch unter Einbezug gesellschaftlicher Perspektiven bewusste Entscheidungen für die Gesunderhaltung (z. B. Impfungen, ausgewogene Ernährung) zu treffen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Vergleich Modell und Realität; Struktur- bzw. Funktionsmodell aus der Biologie und reale Abbildung (am Beispiel der Zelle)
  • Arbeitstechniken und Sicherheitsvorschriften im Labor
  • naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg (Fragestellung, Hypothese, naturwissenschaftliche Untersuchung planen und durchführen, Datenauswertung und -interpretation), Fehlerquellen, Vorläufigkeit von Forschungsergebnissen, Verifizierbarkeit, Testkriterien
  • biologische Experimente (Planung und Durchführung, Datenerhebung, Datenauswertung und ‑darstellung, Protokollanfertigung)
  • biologische Methoden (Beobachten, Beschreiben, Experimentieren, Skizzieren)
  • evolutionäre Betrachtung der Lehrplaninhalte
  • Zusammenhänge zwischen molekularem Bau von Zellkompartimenten und deren Funktion
  • gesellschaftliche und historische Bedeutung der Lehrplaninhalte, z. B. Impfungen, Antibiotika
  • naturwissenschaftliche Operatoren (KMK)
  • Bestimmungsliteratur (z. B. Pflanzen, Gewässerorganismen)

B11 Lernbereich 2: Grundlagen der Evolution (ca. 6 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • identifizieren unterschiedliche Lebewesen anhand der Kennzeichen des Lebens, welche sie im Detail erläutern.
  • ordnen Lebewesen aus dem Tier- und Pflanzenreich mithilfe grundlegender Systematikkenntnisse taxonomisch ein, um daraus Rückschlüsse bezüglich der Stellung einer Spezies im Stammbaum des Lebens zu ziehen. Sie stellen außerdem wissenschaftlich anerkannte evolutionäre Zusammenhänge her.
  • nutzen ihr Verständnis evolutionärer Vorgänge, um das Phänomen der Artenentstehung zu erklären.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Kennzeichen des Lebens (Bewegung, Stoffwechsel, Aufbau aus Zellen, Reizbarkeit, Wachstum und Entwicklung, Vermehrung und Fortpflanzung); Viren als Grenzfall
  • einfaches Taxonomiekonzept (Domäne, Reich, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung, Art) mit konkreten Beispielen aus Zoologie und Botanik, u. a. Reiche der Lebewesen, Wirbeltierklassen
  • Grundlagen der Evolutionslehre (Vererbung, genetische Variabilität, Angepasstheit, natürliche Selektion); Artenentstehung an ausgewählten Beispielen aus der Zoologie

B11 Lernbereich 3: Cytologie (ca. 12 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 Kriterien des Lebens auf die Zelle als der kleinsten Einheit des Lebens an.
  • unterscheiden zwischen licht- und elektronenmikroskopischen Aufnahmen und weisen den Strukturen, z. B. den Organellen, ihre biologischen Funktionen zu. Dabei vergleichen sie die Größenverhältnisse mikroskopischer Strukturen und wenden die Unterscheidungskriterien zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen 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.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Zelltypen: Bau von Procyte und Eucyte, Bakterienformen, Zellorganellen und ihre Funktionen, Unterschiede zwischen tierischer und pflanzlicher Zelle
  • Bau von Biomembranen
  • aktiver und passiver Stofftransport durch Membranen (Carrierproteine, Tunnelproteine, Antiport, Symport), selektive Permeabilität, Osmose
  • Turgor, Plasmolyse, Deplasmolyse

B11 Lernbereich 4: Mikrobiologie (ca. 10 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben die Lebensweise und Vermehrung von Mikroorganismen und leiten daraus ihre genetische Variabilität und Anpassungsfähigkeit ab.
  • unterscheiden autotrophe und heterotrophe Ernährungsformen und begründen die gegenseitige stoffliche und energetische Abhängigkeit der Organismen.
  • charakterisieren die wachstumsbestimmenden Faktoren von Mikroorganismen und wenden diese Zusammenhänge auf die Steuerung biotechnologischer Prozesse des Alltags an.
  • unterscheiden exemplarisch sexuelle und asexuelle Fortpflanzung bei Pilzen und beschreiben die Bedeutung der Pilze bei der Lebensmittelproduktion und als Schadorganismen in der Landwirtschaft.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Wachstum und Vermehrung von Bakterien (Spaltung, Konjugation)
  • autotrophe und heterotrophe Lebensweise
  • Wachstumssteuerung von Mikroben durch Umweltfaktoren: Temperatur (Psychrophilie, Mesophilie, Thermophilie), pH-Wert, Verfügbarkeit von Wasser (osmotische Effekte), Sauerstoff (Aerobier, Anaerobier, fakultative Anaerobier)
  • mikrobiologische Verfahren (Edukte, Produkte, Reaktionsbedingungen): Milchsäuregärung, alkoholische Gärung, Lebens- und Futtermittelkonservierung, Biogasgewinnung
  • Exkursion, z. B. Brauerei, Molkerei, Biogasanlage, Kläranlage
  • Fortpflanzungsmöglichkeiten der Pilze, Bedeutung der Pilze für die Landwirtschaft (Mykosen) sowie für die Herstellung und den Verderb von Lebensmitteln

B11 Lernbereich 5: Biomoleküle als Energieträger und Strukturelemente (ca. 6 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • unterscheiden die Nährstoffgruppen anhand ihres Vorkommens in biologischen Systemen und ordnen den Nährstoffgruppen physiologische Funktionen in Organismen zu, wobei sie Bezug auf beteiligte Zellorganellen nehmen.
  • stellen den Aufbau ausgewählter Biomoleküle in Symbolschreibweise dar, wobei sie geeignete Darstellungsformen selbständig situationsgerecht auswählen.
  • unterscheiden Lebensmittel nach dem energetischen und stofflichen Nährwertes und den enthaltenen Nährstoffgruppen auch experimentell. Diese Kenntnisse nutzen sie für eine gesunde und ausgewogene Ernährung im Alltag.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • symbolhafte Darstellung von Kohlenhydraten: Monosaccharide (Glucose, Fructose), Disaccharide (Maltose, Saccharose, Lactose), Polysaccharide (Stärke, Glykogen, Cellulose); Vorkommen und physiologische Aufgaben der Kohlenhydrate
  • symbolhafte Darstellung von Lipiden: Entstehung durch Kondensationsreaktion zwischen Glycerin und Fettsäuren, Einteilung in gesättigte und ungesättigte Fettsäuren; physiologische Aufgaben der Lipide, Phospholipide
  • symbolhafte Darstellung von Proteinen: Synthese aus Aminosäuren (körpereigene und essenzielle Aminosäuren), räumliche Struktur von Proteinen (Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur, Denaturierung); Vielfalt und physiologische Aufgaben der Proteine (Strukturproteine, Abwehrproteine, Rezeptorproteine, Enzyme, Transportproteine)
  • Ernährungspyramide, Kalorienbedarf des Menschen

B11 Lernbereich 6: Grundlagen der Cytogenetik (ca. 10 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erklären den Aufbau, das Vorkommen, die Organisation und die Aufgabe der DNA und stellen diese in Symbolschreibweise dar.
  • beschreiben die Phasen des Zellzyklus auch auf Basis von mikroskopischen Aufnahmen und erklären die biologische Bedeutung des Zellzyklus für Wachstum, Zellregeneration und ungeschlechtliche Reproduktion.
  • erklären den Ablauf und die Bedeutung der Replikation bei der Zellteilung nach dem semikonservativen Replikationsmechanismus in Symbolschreibweise.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • symbolhafte Darstellung der Desoxyribonukleinsäure: Vorkommen und Aufgabe, Grundbausteine (Desoxyribose, Phosphat, DNA-Basen, Nukleotide als Grundeinheit), Aufbau der DNA (Chromatin, Histonproteine)
  • Struktur, Individualität und Zahlenkonstanz von Chromosomen (Ein-Chromatid-Chromosomen, Zwei-Chromatid-Chromosomen), homologe Chromosomen, Autosomen und Gonosomen
  • Zellzyklus, Mitosephasen
  • Karyogramm des Menschen
  • historisches Experiment von Meselson-Stahl
  • Mechanismus der semikonservativen Replikation von Leit- und Folgestrang

B11 Lernbereich 7: Immunologie (ca. 12 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erklären mithilfe fachtypischer Skizzen den Aufbau und die Vermehrungsstrategien von Viren und stellen einen Bezug zur Wirksamkeit unterschiedlicher medizinischer Maßnahmen gegen virale Erkrankungen her.
  • beschreiben typische Krankheitssymptome ausgewählter bakterieller und viraler Infektionskrankheiten bei Pflanze, Tier und Mensch und stellen einen Bezug zu den wirtschaftlichen Auswirkungen dieser Krankheiten her.
  • erläutern körpereigene spezifische Abwehrmechanismen zum Schutz des Organismus vor körperfremden Stoffen.
  • erläutern auf Basis ihrer Kenntnisse über die spezifische Immunabwehr das Prinzip der aktiven und passiven Immunisierung, leiten daraus typische Anwendungsfälle für den jeweiligen Immunisierungstyp ab und beurteilen die Notwendigkeit von vorbeugenden Schutzimpfungen.
  • stellen die Übertragungswege und das Wirkprinzip des HI-Virus dar und leiten daraus Vorbeugemaßnahmen sowie denkbare Ansatzstellen für Pharmazeutika ab. Auf Basis dieser Erkenntnisse pflegen sie einen verantwortungsvollen Umgang mit Sexualpartnern.
  • beschreiben die immunologischen Ursachen für medizinisch relevante Aspekte wie Organabstoßung, Allergien, Autoimmunerkrankungen und Blutgruppenunverträglichkeiten und leiten daraus Therapieansätze bzw. Regeln ab zur Vermeidung der negativen Auswirkungen für den Körper.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • exemplarischer Überblick über bakterielle und virale Infektionskrankheiten und ihre Erreger
  • Viren: Einteilung und Formen, Aufbau und Vermehrung eines Bakteriophagen, Übertragungswege
  • Virosen bei Pflanze, Tier und Mensch (u. a. Tabakmosaikvirus) und ihre wirtschaftliche Bedeutung
  • spezifische Abwehr körperfremder Stoffe: Aufbau und Vielgestaltigkeit der Antikörper, Erkennen körperfremder Antigene (Bakterien, Viren, Proteine), Bildung von Antikörpern, humorale und zellvermittelte Immunantwort durch Leukocyten
  • Immunisierung: primäre und sekundäre Immunantwort, aktive und passive Immunisierung, gesellschaftliche Bedeutung (Impfempfehlungen, Impfmüdigkeit)
  • Ursache für Organabstoßung, Allergien als Fehlfunktion des Immunsystems, Autoimmunerkrankungen; Therapieansätze
  • Ursache der Blutgruppenunverträglichkeiten, Regeln für eine erfolgreiche Transfusion von Blutbestandteilen
  • HIV und AIDS: Besonderheit von Retroviren, Wirkmechanismus von HIV im menschlichen Immunsystem und Ansatzpunkte für Therapien, vorbeugender Schutz vor HIV-Infektionen
Alltagskompetenzen Alltagskompetenzen

B11 Lernbereich 8: Biologisches Praktikum (ca. 28 Std.)
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Im Lernbereich 8, dem Biologischen Praktikum, vertiefen die Schülerinnen und Schüler ihre experimentelle Kompetenz, die Teil der prozessbezogenen Kompetenz Erkenntnisse gewinnen ist.
Die Lernbereiche 8.1, 8.3 und 8.5 sind verpflichtend umzusetzen, von den optionalen Lernbereichen 8.2 und 8.4 ist ein Lernbereich zu wählen.
Die aufgeführten Schülerexperimente werden von den Schülerinnen und Schülern unter Anleitung gemäß dem Schwierigkeitsgrad selbst geplant und durchgeführt.

B11 8.1 Mikroskopieren
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • bedienen fachgerecht das Lichtmikroskop und fertigen entsprechend der biologischen Fragestellung mikroskopische Präparate in unterschiedlicher Arbeitsweise an. Sie erschließen sich dadurch wichtige Grundlagen des zellulären Aufbaus der untersuchten Objekte.
  • erstellen detailgetreue Zeichnungen und übertragen das zweidimensionale mikroskopische Bild in dreidimensionale Vorstellungen. Dadurch gewinnen sie Sicherheit in der Interpretation mikroskopischer Abbildungen.
  • führen selbständig Experimente zu Diffusion und Osmose durch und erklären grundlegende physikalische Zusammenhänge der Zellstabilität und des Stofftransports unter Verwendung geeigneter Modelle.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Aufbau, Funktion und Bedienung eines Lichtmikroskops
  • Färbetechniken
  • Zelltypen: pflanzliche Zelle, tierische Zelle, Blattquerschnitt, Sprossquerschnitt
  • Anfertigen von Zeichnungen nach dem mikroskopischen Bild
  • Diffusion und Osmose

B11 8.2 Mikrobiologische Arbeitsweisen (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • handhaben Material und Laborgerät fachgerecht und wenden die Grundregeln der guten mikrobiologischen Technik unter Einhaltung entsprechender Sicherheitsrichtlinien situationsbedingt korrekt an.
  • untersuchen selbständig unter Anwendung steriler Arbeitsmethoden Eigenschaften und Wachstum von Mikroorganismen. Dabei setzen sie fachspezifische Experimentiervorschriften zur Handhabung und Kultivierung von Mikroorganismen um und dokumentieren ihre Tätigkeit in Form eines naturwissenschaftlichen Protokolls.
  • überprüfen Ergebnisse, wie z. B. ermittelte Zellzahlen oder Pipettiermengen, mit statistischen Methoden und beurteilen die Aussagekraft der Untersuchung.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Vorbereiten von Nährböden und Abklatschversuche
  • Pipettierübungen, Verdünnungsreihe, Ausplattieren
  • quantitative Auswertung, Auszählmethoden, fotometrische Dichtebestimmung
  • Biostatistik (Mittelwert, Häufigkeitsverteilung, Standardabweichung)

B11 8.3 Fotosyntheseversuche
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • untersuchen systematisch und quantitativ den Einfluss verschiedener Außenfaktoren auf die Fotosyntheseaktivität. Dazu führen sie ausgehend von Basisinformationen selbständig Versuche mit Wasserpest (Elodea) durch. Durch die Visualisierung der Ergebnisse stellen sie die elementare Bedeutung der Fotosynthese für das Leben auf der Erde heraus.
  • extrahieren und trennen nach Vorschrift Blattfarbstoffe und untersuchen deren Lichtabsorption mit einem Fotometer. Aus den Ergebnissen leiten sie grundlegende Zusammenhänge der Lichtabsorption durch Chlorophyll ab.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Abhängigkeit der Fotosyntheserate von Lichtintensität, Lichtqualität, Temperatur, Kohlenstoffdioxidkonzentration
  • Extraktion von Blattfarbstoffen, Trennen des Stoffgemisches durch Chromatografie
  • Bestimmen der Lichtabsorption der Blattfarbstoffe mithilfe eines Fotometers

B11 8.4 Biotische und abiotische Umweltfaktoren (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • charakterisieren Lebensräume, indem sie fachgerecht Gewässer- und Bodenproben entnehmen. Dabei erfassen sie die Organismen unter Verwendung von Bestimmungstabellen quantitativ und berücksichtigen auch weitere selbst erhobene Messdaten und Informationen aus der Literatur.
  • planen und führen systematisch Versuche durch, um den Einfluss von Schadstoffen auf die Vitalität von Pflanzen zu untersuchen. Davon ausgehend diskutieren sie allgemein die Wirkung schädlicher Stoffe auf Lebewesen.
  • überprüfen Ergebnisse, wie z. B. Organismenzahlen oder Pflanzengrößen, mit statistischen Methoden und beurteilen die Aussagekraft der Untersuchung.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • biologische Wasseruntersuchung nach dem Saprobiensystem
  • biologische Bodenuntersuchung (Waldboden, Wiesenboden, Ackerboden): Humusgehalt, Zersetzungsstufen von Laubblättern, Aktivität der Bodentiere
  • Tierschutzbestimmungen
  • Auswirkung von gasförmigen und gelösten Schadstoffen auf Pflanzen, z. B. Schwefeldioxid, Schwermetallionen, Tenside

B11 8.5 Pflanzensystematik und Bestimmungsübungen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • wenden die Regeln der binären Nomenklatur bei Pflanzen an.
  • verwenden Bestimmungsliteratur, um unbekannte Pflanzen systematisch einzuordnen. Dabei identifizieren sie allgemeine familien- und gattungsspezifische Merkmale und beschreiben die beobachtete Vielfalt unter dem Blickwinkel der Evolution.
  • erkennen im Freiland Zeigerpflanzen und einfache pflanzensoziologische Einheiten und leiten daraus Bodenqualität und Klimaverhältnisse ab.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • binäre Nomenklatur, Systematik
  • wirtschaftlich bedeutsame Pflanzenfamilien, u. a. Poaceae, Fabaceae, Brassicaceae, Asteraceae, Lamiaceae
  • Bestimmen von Wildpflanzen ausgewählter Standorte mithilfe von Bestimmungsliteratur