Lehrplan PLUS

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• erklären anhand der besonderen Inhaltsstoffe von Nutzpflanzen (u. a. Heilpflanzen, Kräuter und Gewürze) deren ernährungsphysiologische Besonderheiten für den Menschen.
• begründen mithilfe ausgewählter biotechnologischer Verfahren verschiedene Herstellungsprozesse von Lebensmitteln.
• begründen anhand des a_W-Wertes mikrobielles Verderben und die Bedeutung unterschiedlicher Konservierungsmaßnahmen für die Haltbarkeit von Lebensmitteln.
• erklären vor dem Hintergrund des Serotonin- und Melatoninstoffwechsels den Schlaf-Wach-Rhythmus des Menschen und analysieren auf dieser Grundlage gesellschaftliche sowie individuelle psychische und physische Störungen.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Bedeutung der Nutzpflanzen (u. a. Heilpflanzen, Gewürze, Kräuter) für die Ernährung
• biotechnologische Prozesse bei der Lebensmittelherstellung, z. B. Fermentation, Gärung, Konservierung
• mikrobielles Verderben und Haltbarkeit von Lebensmitteln, a_W-Wert
• Biorhythmus des Menschen am Beispiel des Serotonin- und Melatoninstoffwechsels

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• identifizieren bionische Produkte, indem sie vom Menschen geschaffene technische Konstruktionen und Anwendungen möglichen Vorbildern aus der Natur zuordnen.
• unterscheiden vor dem Hintergrund wirtschaftlicher Aspekte methodische Vorgehensweisen bei der Entwicklung und Produktion bionischer Produkte.
• vergleichen und analysieren Aufbau und Funktion von ausgewählten Beispielen aus Natur und Technik und erkennen dabei biologische Grundprinzipien sowie zugrunde liegende naturwissenschaftliche Gesetzmäßigkeiten.
• diskutieren und bewerten anhand selbstrecherchierter aktueller Forschungsprojekte verschiedene bionische Produkte und deren Anwendung und zeigen Möglichkeiten und Grenzen der Bionik auf.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Definition Bionik (Biomimetik), Ansatz der Bionik (lebende Natur als Vorbild)
• Teilbereiche der Bionik, z. B. Oberflächen und Grenzflächen, Fluiddynamik, Schwimmen und Fliegen, Leichtbau und Materialien, Kommunikation und Sensorik
• Alltagsbeispiele, z. B. Lotus-Effekt, Klettverschluss, Navigationssysteme nach Sonar und Echolotprinzip, hydrodynamische Form von Unterwasserfahrzeugen, Flugzeugen oder Raketen
• methodische Vorgehensweisen: Bottom-up-Prozess und Top-down-Prozess, Bewertungskriterien zur Kennzeichnung eines bionischen Produkts, exemplarische Darstellung des Wegs vom Prototyp zum Marktprodukt
• Analyse des Form-Struktur-Funktions-Zusammenhangs, Aufzeigen von Konvergenzen und Analogien, z. B. Mundwerkzeuge vom Hirschkäfer vs. Kombizange, Haut von Schlangen und Haien vs. Oberflächenstrukturen an Autos und Skiern, Knochenkonstruktionen vs. bekannte Bauwerke
• aktuelle Forschungsarbeiten und bionische Patente, z. B. bionische Fassadenbeschattung, bionische Bauteiloptimierung in der Autoindustrie (Autoreifen)
• Anthropobionik – bionische Forschungen im humanmedizinischen Bereich, z. B. Kunststofflinsen, Prothesen, künstliches Innenohr

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.
• begründen anhand der Ergebnisse aus dem Vergleich verschiedener Erklärungsansätze zu den Mechanismen der Evolution (u. a. Lamarck und Darwin) die Bedeutung der darwinistischen Abstammungslehre.
• vergleichen anhand ausgewählter Beispiele Ursachen und Folgen gezielter Veränderung des Erbguts durch Züchtung und Gentechnik mit natürlichen Evolutionsvorgängen, um die Rolle des Menschen als Evolutionsfaktor zu belegen.
• erklären die Entstehung und Veränderung von Arten anhand unterschiedlicher Evolutionsfaktoren, um die natürliche Artenvielfalt zu begründen.
• beurteilen die Verlässlichkeit verschiedener Evolutionsbelege unter Einbeziehung ihrer bisherigen Kenntnisse über Fossilien. Sie erklären das Aussterben von Arten als wichtiges Charakteristikum von Evolution.

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, wie die gezielte Veränderung des Erbguts durch Züchtung oder Gentechnik
• Artbegriff, Theorien zur Artentstehung
• Koevolution
• Divergenz, Konvergenz
• Evolutionsbelege, z. B. Fossilien, Homologie, Analogie, Rudimente, Atavismen

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.
• erläutern den Bau und die Funktion von Chromosomen und ordnen deren verschiedenen Zustandsformen die Mitosephasen sowie die Interphase zu.
• beschreiben den molekularen Aufbau der DNA in Symbolschreibweise und leiten daraus deren Bedeutung für die Verdopplung, Verschlüsselung und Veränderung der Erbinformation ab.
• erklären ausgehend von einem Gen die Bildung eines Proteins und begründen anhand des molekularen Aufbaus von Proteinen deren Vielfältigkeit und Bedeutung für den menschlichen Körper.
• beschreiben verschiedene Möglichkeiten der Veränderung des Erbgutes und leiten die damit verbundenen Folgen für den Organismus ab.
• beschreiben den Ablauf der Meiose bei Mann und Frau und unterscheiden die Vorgänge der Mitose und Meiose hinsichtlich der Bildung genetisch identischer und unterschiedlicher Zellen.
• erläutern Möglichkeiten der Herstellung genetisch veränderter Organismen und begründen deren vielseitigen Einsatz, um die Nutzung unter ethischen sowie wirtschaftlichen Aspekten zu bewerten.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Karyogramm des Menschen
• Bau und Zustandsformen der Chromosomen
• Zellzyklus als Einheit von Interphase, Mitosephasen und Cytokinese
• Feinbau und Replikation der DNA
• Transkription
• genetischer Code und Proteinbiosynthese
• Bedeutung der Proteine und Enzyme für den menschlichen Körper
• Mutationen (z. B. Gen-, Chromosomen-, Genommutationen), Mutagene
• Meiose zur Reifung von Keimzellen
• biologische Bedeutung und Vergleich von Mitose und Meiose
• Prinzipien zur Herstellung genetisch veränderter Organismen
• Anwendungsgebiete der Gentechnik

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• begründen die Wirksamkeit unterschiedlicher Maßnahmen des Infektionsschutzes und der Behandlung von ausgewählten Infektionskrankheiten, indem sie den Krankheitsverlauf beschreiben und einen Bezug zum Aufbau und den Vermehrungsstrategien der jeweiligen Krankheitserreger herstellen.
• beschreiben die Wirkungsweise von Antibiotika, stellen darauf aufbauend individuelle und gesellschaftliche Risiken einer nicht sachgemäßen Verwendung (z. B. Resistenzbildung) dar und begründen auf dieser Basis verantwortungsvolle Umgangsweisen mit Arzneimitteln.
• erklären den körpereigenen Schutz vor Parasiten und anderen Krankheitserregern, indem sie unspezifische sowie spezifische Abwehrmechanismen erläutern.
• erläutern das Prinzip der aktiven und passiven Immunisierung, beurteilen Nutzen und Risiken von vorbeugenden Schutzimpfungen und übernehmen damit Verantwortung für ihren eigenen Körper und die Gesellschaft.
• begründen anhand typischer Reaktionen und Fehlreaktionen des Immunsystems Grenzen und Möglichkeiten der Behandlung von ausgewählten Krankheiten, um das eigene Gesundheitsbewusstsein zu stärken und Toleranz gegenüber Betroffenen zu entwickeln.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• ausgewählte Infektionskrankheiten, verursacht z. B. durch Bakterien, Viren, Pilze, tierische Parasiten
• Wirkmechanismen von Antibiotika, Antibiotikaresistenzen
• Mechanismen des Immunsystems: Erkennen von selbst und fremd
• Bildung und Bau von Antigenen und Antikörpern
• Immunreaktion: unspezifische und spezifische Abwehrprinzipien (humoral und zellulär)
• aktive und passive Immunität (Impfschutz), Herdenimmunität, Impfmüdigkeit
• Fehlreaktionen und Störungen des Immunsystems, z. B. Allergien als Fehlreaktionen des Immunsystems, Transplantationsrisiken, Immunschwächekrankheiten (z. B. AIDS), Autoimmunkrankheiten (z. B. Multiple Sklerose), Ansätze für neue Behandlungskonzepte, z. B. Psychoneuroimmunologie

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• erläutern Vorgänge an Rezeptoren, indem sie die Aufnahme von verschiedenen Reizen und Erzeugung von Erregung an Chemo-, Mechano- und Fotorezeptoren vergleichen, um die vielfältigen Möglichkeiten der menschlichen Wahrnehmung aufzuzeigen.
• beschreiben Ursachen und Auswirkungen von Schädigungen bzw. Fehlern in der Reizaufnahme, um Behandlungsmethoden und eventuelle Präventionsmaßnahmen zu begründen.
• begründen die Subjektivität der Wahrnehmung, indem sie die selektive Wahrnehmung im Gehirn und unterschiedliche Sinnestäuschungen erklären und diskutieren deren Auswirkungen auf Bereiche des Alltags.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Rezeptortypen (Extero- und Enterorezeptoren) und deren Funktionsweisen, Sinnesleistungen (z. B. Sehen, Hören, Riechen, Schmecken, Tasten/Fühlen); Temperatur-, Gleichgewichts-, Lage- und Bewegungssinn
• sensorische Systeme: Chemorezeptoren (Geschmacks- und Geruchsrezeptoren), Mechanorezeptoren (z. B. Berührungsrezeptoren, Druckrezeptoren, Haarsinneszellen, Propriorezeptoren), Fotorezeptoren (Stäbchen und Zapfen); neuronale Verarbeitung
• Schädigungen und Fehler in der Reizaufnahme, z. B. Schäden durch Lärmeinwirkung; Sehfehler und Korrektur
• selektive Wahrnehmung und Gehirn, z. B. Interaktion von Geschmacks- und Geruchssinn, Phantomschmerzen
• Schülerexperimente zur Sinneswahrnehmung
• Sinnestäuschungen: akustische, haptische, optische und thermische Täuschungen

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• begründen die zentrale Bedeutung von Produzenten, Konsumenten und Destruenten, indem sie Stoffkreisläufe als fundamentale Merkmale verschiedener Ökosysteme beschreiben.
• ordnen den Biosphärenbereichen das natürliche Vorkommen ausgewählter Elemente (u. a. Kohlenstoff, Stickstoff) zu und diskutieren die Bedeutung dieser für das Leben auf der Erde.
• erklären die Prozesse des Auf-, Um- und Abbaus von Kohlenstoff- bzw. Stickstoffverbindungen, stellen diese in Form von Stoffkreisläufen dar und benennen die beteiligten Lebewesen und entstehenden Verbindungen.
• begründen die Notwendigkeit des schonenden Umgangs mit Ressourcen und diskutieren die Rolle des Menschen als Teil von Ökosystemen im Hinblick auf ein ökologisch sinnvolles Verhalten.
• bewerten unter Einbezug von Daten bisheriger Klimakonferenzen, Vereinbarungen und Konzepte die politischen Beiträge zur ökologisch nachhaltigen Wirtschaft.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Definition von Stoffkreisläufen als offene, dynamische Systeme; Glieder im natürlichen Stoffkreislauf (Produzenten, Konsumenten, Destruenten); Definition Ökosystem
• Bereiche der Biosphäre als Stoffspeicher für Bioelemente, z. B. Stickstoff und Sauerstoff in der Luft, Kohlenstoff und Phosphor im Boden
• Stoffkreisläufe, z. B. Stickstoff- oder Kohlenstoffkreislauf (mit grundlegenden chemischen Verbindungen und beteiligten Organismen)
• Eingriffe des Menschen in die globale Verflechtung von Stoffkreisläufen und deren Folgen, z. B. durch Waldrodungen, Nutzung fossiler Brennstoffe, Massentierhaltung, Düngemitteleinsatz, Klimaänderung (anthropogene Einflüsse vs. natürliche Schwankungen)
• internationale und globale Lösungsstrategien für die Zukunft (z. B. UN-Klimakonferenzen, drei Säulen der Nachhaltigkeit, also Ökologie, Ökonomie, soziale Gerechtigkeit) und aktuelle Konzepte zur nachhaltigen Wirtschaft, z. B. ökologischer Fußabdruck, Recycling, regenerative Energien, Abwasseraufbereitung