gültig ab Schuljahr 2018/19
Fachlehrplan Biologie 12 (ABU) Fachoberschule, Biologie, Jahrgangsstufe 12
B12 Lernbereich 1: Naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- 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 des vorliegenden Sachverhalts.
- bewerten und nutzen bereitgestellte und eigenrecherchierte populär- und fachwissenschaftliche Quellen zur Klärung naturwissenschaftlicher Fragestellungen.
- führen unter Anwendung fachgemäßer Arbeitsmethoden z. T. selbst geplante Untersuchungen und Experimente durch. Sie stellen die Ergebnisse in geeigneter Form dar, beschreiben Fehlerquellen und bewerten die Validität der so gewonnenen Daten.
- stellen theoriebasiert zu biologischen Fragestellungen Hypothesen auf und untersuchen historische Experimente auf deren Aussagekraft.
- erklären allgemein die Grenzen des im Rahmen eines naturwissenschaftlichen Erkenntniswegs gewonnenen Wissens und leiten daraus Aussagen zur Gültigkeit dieses Wissens ab.
- bereiten ausgewählte biologische Sachverhalte mithilfe selbst gewählter Quellen auf und präsentieren diese situations- und adressatengerecht mithilfe vielfältiger Medien.
- analysieren evolutionäre Zusammenhänge in biologischen Phänomenen und interpretieren diese hinsichtlich Artentstehung und Merkmalsausprägung.
- beurteilen die gesellschaftliche Relevanz von Grundlagen- und angewandter Forschung und begründen die Notwendigkeit naturwissenschaftlicher Arbeit zur Klärung ökologischer und humanbiologischer Fragestellungen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- historische biologische Experimente
- verschiedene Darstellungsformen von Wirkungszusammenhängen, wie Schemazeichnungen, Flussdiagramme, ConceptMaps etc.
- Vorläufigkeit und Subjektivität naturwissenschaftlichen Wissens, Wandel von wissenschaftlichen Methoden als Ursache für ethische Konfliktfelder, Abgrenzung von Hypothese, Theorie, Beweis
- Eigenschaften und Grenzen materieller und ideeller Modelle und Schemata (Schlüssel-Schloss-Modell, RGT-Regel, Z-Schema der Lichtreaktion)
- evolutionäre Betrachtung der Lehrplaninhalte
B12 Lernbereich 2: Ökologie
ca. 35 Std.
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- erläutern die Wechselbeziehungen zwischen unbelebten Umweltfaktoren und Organismen in ihren Biotopen. Im Rahmen eines Unterrichtsgangs sammeln sie Messdaten, werten diese aus und zeigen, wie sich Eingriffe des Menschen auswirken können.
- beschreiben die Umwelttoleranz ausgewählter Lebewesen anhand von Toleranzkurven, zeigen die Empfindlichkeit von Ökosystemen auf, die z. B. von Nahrungsspezialisten bewohnt werden, und qualifizieren stenöke Arten als Zeigerorganismen.
- begründen, ausgehend von den Gesetzmäßigkeiten der limitierenden Faktoren, die Bedeutung von Bodenanalysen und harmonischer Düngung in Landwirtschaft und Gartenbau.
- erläutern die Wechselbeziehungen zwischen Organismen in ihren Lebensräumen, indem sie symbiotische Beziehungen exemplarisch darstellen und den wechselseitigen Nutzen identifizieren. Sie stellen die wechselseitigen Effekte einer Konkurrenzsituation dar und deuten Beispiele für Parasitismus und Räuber-Beute-Beziehungen als populationsbeeinflussende Konstellationen.
- erklären die Artenzusammensetzung einer ausgewählten Pflanzengesellschaft als Produkt abiotischer Umweltfaktoren und zwischenartlicher Konkurrenz.
- identifizieren anhand der Ufervegetation Sukzessionsstadien eines Süßwassersees und leiten daraus den Verlandungsgrad des Gewässers ab (Unterrichtsgang).
- deuten Wachstumskurven, berechnen die Größe exponentiell wachsender Populationen, stellen die Dichteregulation in grafischer Form dar und leiten daraus Anwendungen für die biologische Schädlingsbekämpfung ab.
- erklären Dichteschwankungen von Populationen, wenden die Lotka-Volterra-Regeln an und zeigen vor dem Hintergrund der Komplexität realer Ökosysteme deren Gültigkeitsgrenzen auf.
- erläutern das Zusammenspiel aus Produzenten, Destruenten und Konsumenten sowie die Wechselbeziehungen innerhalb von Nahrungsketten, Nahrungsnetzen und Nahrungspyramiden am Beispiel eines Süßwassersees.
- beschreiben Energiefluss und Stoffkreisläufe in Ökosystemen und stellen die Störanfälligkeit derartiger Systeme durch menschliche Eingriffe heraus. Sie bewerten technische Möglichkeiten zum Schutz der Ökosysteme.
- erklären die Reinigungsprozesse einer dreistufigen Abwasserkläranlage auf der Grundlage mikrobiologischer und chemischer Vorgänge.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- abiotische Umweltfaktoren: Licht, Temperatur (Bergmannsche und Allensche Regel), Wasser, pH-Wert, Luft, Mineralstoffe
- Toleranzkurven, enge und weite Umwelttoleranz, Zeigerarten, z. B. Pflanzen als Stickstoffzeiger, Zeigerarten für die Wasserqualität in Bächen
- limitierende Faktoren: Justus von Liebigs Minimumgesetz, V. E. Shelfords Gesetz der Toleranz
- biotische Umweltfaktoren: Symbiose, Konkurrenz, Parasitismus, Räuber-Beute-Beziehung
- wirtschaftliche Bedeutung der Knöllchenbakterien für die Landwirtschaft
- Hohenheimer Grundwasserversuch, Pflanzengesellschaften (z. B. Buchenwälder), Sukzession am Beispiel der Verlandung eines Sees
- Populationsdynamik: Gesetzmäßigkeiten des Populationswachstums (exponentielles Wachstum), wachstumsfördernde und wachstumshemmende Faktoren, Dichteregulation von Populationen, Lotka-Volterra-Regeln
- Modell eines Ökosystems am Beispiel Süßwassersee (Produzenten, Konsumenten, Destruenten; jahreszeitliche Dynamik)
- Stoffkreisläufe in Ökosystemen: Wasserkreislauf, Stickstoffkreislauf, Kohlenstoffkreislauf; Energiefluss
- Eingriffe des Menschen in Ökosysteme, Eutrophierung, Einsatz umweltschonender Maßnahmen in der Landwirtschaft, Abwasserklärung
B12 Lernbereich 3: Genetik
ca. 50 Std.
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- beschreiben mithilfe von Symbolen das Bauprinzip der DNA und vergleichen es mit dem Bauprinzip der RNA.
- beschreiben die Bildung körpereigener Proteine durch die Proteinbiosynthese unter Verwendung geeigneter Verlaufsschemata und übersetzen die Basensequenz der DNA in die Aminosäuresequenz der Proteine.
- erklären das Prinzip von Genwirkketten und erläutern die Folgen von Defekten innerhalb einer Genwirkkette bei der Entstehung von Erkrankungen. In vergleichender Weise interpretieren sie phänotypische Varianten als Folge von Modifikationen.
- beschreiben die Genregulation in prokaryotischen Zellen, um beispielsweise die Anpassung von Bakterien an verschiedene Nährmedien zu erklären.
- beschreiben das Prinzip der Keimzellenbildung (Meiose) bei Frau und Mann und erklären deren Bedeutung für geschlechtliche Fortpflanzung und genetische Vielfalt.
- erklären die Veränderung des genetischen Materials durch den Einfluss mutagener Substanzen und Faktoren und differenzieren dabei zwischen Genom-, Chromosomen- und Genmutation.
- treffen mithilfe eines Kreuzungsquadrats Vorhersagen über Genotypen und Phänotypen bei monohybriden- und dihybriden Erbgängen, indem sie die Gesetzmäßigkeiten der Vererbung anwenden.
- analysieren Stammbäume, um eine begründete Aussage über die Wahrscheinlichkeit des Auftretens unterschiedlicher genetisch bedingter Krankheiten zu treffen.
- formulieren eine begründete Position zu aktuellen Diskussionen über medizinische, soziale und ethische Aspekte der reproduktionsmedizinischen Diagnostik.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Bau der DNA: Nucleotide, komplementäre Basenpaarung und Ausbildung von Wasserstoffbrücken, Strukturebenen, antiparalleler Bau
- Bau der RNA: Uracil, Einsträngigkeit, RNA-Typen
- genetischer Code
- Proteinbiosynthese bei Eukaryoten: Intron, Exon, Transkription, Prozessierung, Translation
- Genwirkketten (Polygenie, Polyphänie), u. a. Phenylketonurie
- Modifikation, Reaktionsnorm
- Genregulation: Operon-Modell (trp/lac) nach Jacob und Monod
- Keimzellenbildung durch Meiose, Neukombination des genetischen Materials
- mutationsauslösende Faktoren: physikalische (UV-Strahlung, ionisierende Strahlung) und chemische Faktoren, Viren
- Genmutation durch Verlust, Einschub und Austausch von Nukleotiden, Auswirkungen auf die Proteinfunktion
- Chromosomenmutation: Translokation (Philadelphia-Chromosom), Deletion (Katzenschrei-Syndrom), Inversion
- Genommutationen: Aneuploidie durch Non-Disjunction (u. a. Trisomie 21, Klinefelter- und Turner-Syndrom), Polyploidie bei Pflanzen
- Auswerten von Karyogrammen
- Grundprinzipien der Vererbung: Allelbegriff, statistische Betrachtungen der Verteilung von Geno- und Phänotyp, dominant-rezessive Genwirkung, kodominante Vererbung (AB0-System), intermediäre Vererbung
- Stammbaumanalysen (autosomale- und X-chromosomale Erbgänge), genetische Familienberatung
B12 Lernbereich 4: Physiologie
ca. 55 Std.
B12 4.1 Enzyme
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- erklären die Wirkungsweise von Enzymen anhand des Energieschemas 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.
- führen auf der Grundlage schriftlicher Anleitungen Versuche zur Enzymwirkung und ‑hemmung durch und stellen die Beobachtung als Folge von zugrundeliegenden 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.
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)
- Schülerexperiment zur Enzymreaktion, 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
B12 4.2 Fotosynthese
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- erklären auf anatomischer und zellulärer Ebene die Bedeutung pflanzlicher Strukturen und Gewebe für die Fotosynthese.
- nutzen physikalische und chemische Grundkenntnisse, um unterschiedliche Transportvorgänge in Pflanzen zu begründen.
- erläutern das Grundprinzip der Assimilation und legen deren Bedeutung für das Leben auf der Erde dar.
- erklären, wie sich die Veränderung der Außenfaktoren auf die Fotosyntheseaktivität auswirkt, und beurteilen die Folgen für Wild- und Nutzpflanzen.
- erklären die Bildung von Reduktions- und Energieäquivalenten, die für den Glucose-Aufbau benötigt werden, mithilfe eines energetischen und chemiosmotischen Modells zum Ablauf der lichtabhängigen Reaktion.
- charakterisieren den Calvin-Zyklus als Schlüsselstelle für den Aufbau energiereicher organischer Verbindungen unter Verwendung der Reduktions- und Energieäquivalente aus der lichtabhängigen Reaktion.
- leiten aus den biochemischen Zusammenhängen die Wirkung von Herbiziden auf die Fotosynthese ab.
- erläutern im Kontext der Evolution die Angepasstheit der Pflanzen an bestimmte Lebensräume, indem sie anatomische und zelluläre Strukturen und Stoffwechselwege von C3-, C4- und CAM-Pflanzen vergleichen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Feinbau der Strukturen der Sprossachse (Leitbündel, Xylem, Kambium, Phloem)
- Wassertransport, (Wurzeldruck, Transpirationssog, Kohäsion, Adhäsion, Kapillareffekt); Transport von Assimilaten
- Gastransport: Feinbau des Blattes, Spaltöffnungsapparate
- Assimilation durch fotoautotrophe Organismen (Stoff- und Energieumwandlung); Gesamtgleichung der Fotosynthese als endotherme Redoxreaktion
- Fotosyntheserate in Abhängigkeit von verschiedenen Außenfaktoren (Lichtqualität, Absorptions- und Wirkungsspektren der Fotosynthese, Fotosynthesefarbstoffe, Lichtintensität, Kohlenstoffdioxidkonzentration, Temperatur)
- Maßnahmen zur Ertragssteigerung in der Landwirtschaft
- elektronenoptisches Bild des Chloroplasten
- energetisches Modell der lichtabhängigen Reaktion: Fotolyse des Wassers (Tracer-Methode), Elektronentransportkette an der Thylakoidmembran; Bildung von NADPH/H+; Bildung von ATP nach der chemiosmotischen Theorie
- wesentliche Schritte des Calvinzyklus: Fixierungsphase, Reduktionsphase (endotherme Reduktion der Carboxygruppe zur Carbonylgruppe), Regenerationsphase (ohne Strukturformeln)
- Zusammenwirken der lichtabhängigen und lichtunabhängigen Reaktionen
- Angepasstheit der Pflanzen an unterschiedliche Standorte: Licht- und Schattenblätter, C3-, C4- und CAM-Pflanzen (Vorfixierung von Kohlenstoffdioxid im C4-Zyklus), Verdunstungsschutz
B12 4.3 Dissimilation und Ernährung
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- erklären die Bildung von ATP unter Sauerstoffmangelbedingungen mithilfe verschiedener anaerober Abbauwege von Glucose.
- erläutern im Überblick den aeroben Abbauweg von Glucose zu Kohlenstoffdioxid, die Bildung von Energieäquivalenten und die Regeneration der Redoxäquivalente zur Aufrechterhaltung der Abbaureaktion. Weiterhin vergleichen sie damit die Einzelschritte der Fotosynthese, um grundlegende Prinzipien des Stoffwechsels abzuleiten.
- führen Berechnungen zu Energiebilanzen durch und vergleichen so den Stoff- und Energieumsatz des aeroben und anaeroben Abbaus. Dadurch ermitteln sie, unter welchen Bedingungen die jeweiligen Abbauwege begünstigt sind.
- beschreiben im Überblick unter Zuhilfenahme geeigneter Medien den Weg der Nahrung durch den Körper und zeigen grundlegende enzymatische Vorgänge des Nährstoffabbaus und der Resorption auf.
- beurteilen verschiedene Ernährungsformen im Hinblick auf ihre Ausgewogenheit und leiten für sich ein den Lebensumständen angepasstes, ausgewogenes Ernährungskonzept ab.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Milchsäuregärung und alkoholische Gärung: Glykolyse (Umsetzung von Glucose zu Brenztraubensäure unter Bildung von ATP und NADH/H+, ohne Strukturformeln)
- aerober Abbau im Überblick: Glykolyse im Zellplasma, Abbau von Brenztraubensäure im Mitochondrium zu Kohlenstoffdioxid, Bildung von NADH/H+ als energiereicher Zwischenspeicher, Regeneration von NAD+ durch Übertragen von Elektronen und Protonen auf Sauerstoff, chemiosmotisches Modell zur Bildung von ATP
- Energiebilanz des anaeroben bzw. aeroben Abbaus der Glucose
- Übersicht über die Bedeutung des Fotosyntheseproduktes Glucose als Nährstoff für heterotrophe Organismen und für den enzymkatalysierten Umbau in körpereigene Reserve- und Baustoffe
- Verdauungssystem: Peristaltik, Verdauungsräume (Mund, Magen, Dünndarm, Dickdarm) Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen und Resorption der Abbauprodukte
- Mikro- und Makronährstoffe, Zusammensetzung von Nahrungsmitteln