Lehrplan PLUS

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Biologisch-chemisches Praktikum 11/12

Hinweis: Die aufgeführten Kompetenzen beschreiben das Ergebnis eines zweijährigen Lernprozesses.

Der angegebene Fachlehrplan wird derzeit überarbeitet; die überarbeitete Fassung wird nach Abschluss der Anpassung des LehrplanPLUS an das neunjährige Gymnasium veröffentlicht.

Die Schülerinnen und Schüler sollen im Laufe eines Schuljahres praktische Tätigkeiten aus mindestens vier der sechs ausgewiesenen Lernbereiche 2-7 durchführen. Dabei ist auf ein ausgewogenes Verhältnis zwischen den Lernbereichen mit biologischem bzw. chemischem Schwerpunkt zu achten. Die gelisteten Kompetenzerwartungen und Inhalte sind als Anregungen für Unterrichtsvorhaben zu verstehen. Sie müssen nicht in ihrer Gesamtheit im Unterricht aufgegriffen werden. Die zu den ausgewählten Lernbereichen passenden übergreifenden Kompetenzerwartungen und Inhalte des Lernbereichs 1 sind entsprechend zu berücksichtigen.

BcP11/12 Lernbereich 1: Erkenntnisse gewinnen – kommunizieren – bewerten
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • recherchieren die Gefahrstoffkennzeichnung ausgewählter Chemikalien und leiten daraus Maßnahmen zum sicherheitsgerechten Umgang mit Laborchemikalien und deren umweltgerechter Entsorgung ab, um durch geeignete Maßnahmen das Gefahrenpotenzial beim Experimentieren zu minimieren.
  • stellen theoriebasiert zu biologischen und chemischen Fragestellungen aus verschiedenen Forschungs- und Anwendungsbereichen Hypothesen auf, planen ausgehend von diesen überwiegend selbständig naturwissenschaftliche Untersuchungen und führen diese durch.
  • entwickeln Modelle zur Untersuchung von Prozessen und Phänomenen und leiten so neue Erkenntnisse ab.
  • setzen fachgemäße Arbeitsmethoden und -techniken bei der selbständigen, sicherheitsgerechten Durchführung qualitativer und quantitativer naturwissenschaftlicher Untersuchungen sowie bei der Herstellung von Präparaten und der Isolierung von Stoffen ein.
  • beurteilen die Validität von selbst erhobenen Daten, benennen Fehlerquellen und optimieren davon ausgehend das Untersuchungsdesign.
  • überprüfen die Qualität und die Ausbeute von mikroskopischen Präparaten und isolierten bzw. synthetisierten Stoffen.
  • setzen Hilfsmittel ein, um z. B. Lebewesen auf verschiedenen Organisationsebenen zu betrachten.
  • untersuchen die Wirkung von Außenfaktoren auf biologische Systeme (z. B. Zusammensetzung einer Biozönose, Stoffwechselprozesse, Reaktionen und Verhalten), um das Ausmaß ihres Einflusses zu beurteilen.
  • überführen Untersuchungsergebnisse in eine sach-, adressaten- und situationsgerechte Darstellungsform und reflektieren die Eignung dieser Darstellungsform.
  • bereiten selbst erhobene Daten für die Auswertung auf, finden in diesen Trends, Strukturen und Beziehungen und verifizieren bzw. falsifizieren die zugrunde liegende Hypothese.
  • beurteilen die Begleiterscheinungen und Folgen von naturwissenschaftlichen Untersuchungen sowie der Herstellung von Präparaten und der Isolierung von Stoffen aus ethischer, sozialer, ökologischer und ökonomischer Perspektive.
  • entwerfen differenzierte Handlungsoptionen und beurteilen diese unter Nutzung erhobener Daten, gewonnener Erkenntnisse und auf der Basis eines Wertesystems.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Gefahrstoffkennzeichnung: Gefahrstoffkennzeichnung gemäß aktueller Richtlinien, Gefahrenpotenzial, Sicherheitsmaßnahmen, Entsorgung, Laborregeln und Sicherheitsunterweisung
  • Forschungs- und Anwendungsbereiche: z. B. Pharmazie, Ökologie und Umweltschutz, Mikrobiologie, Biotechnologie, Chemie im Haus und in der Technik, Kriminaltechnik
  • naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg (Fragestellung, Hypothese, naturwissenschaftliche Untersuchung planen und durchführen, Datenauswertung): u. a. Fehlerquellen (Messungenauigkeit, Ablesefehler, Fehler im Untersuchungsdesign (z. B. zu kleine Stichprobengröße), Laborbedingungen vs. Freilandbedingungen), Prinzip der Variablenkontrolle, fehlende Kontrollen (z. B. Blindproben)
  • fachgemäße Arbeitsmethoden und -techniken: Beobachten, Experimentieren; Dokumentieren; Beachtung von Sicherheitsvorschriften; art- und naturschutzgerechter Umgang mit Lebewesen; steriles Arbeiten, ggf. weitere
  • Darstellung von Daten: u. a. Sättigungskurve, Optimumskurve, Diagramme mit mehreren Datenreihen und mehreren abhängigen Variablen
  • Sach-, Adressaten- und Situationsbezug: Perspektivwechsel, Vorteile von Darstellungsformen

BcP11/12 Lernbereich 2: Verfahren zur Isolierung von Stoffen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • wählen anhand der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Stoffen geeignete Verfahren aus, um Stoffe aus Stoffgemischen zu isolieren.
  • führen Verfahren zur Isolierung von Stoffen sicherheitsgerecht durch und dokumentieren ihre Tätigkeit.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Extraktionsverfahren (z. B. Ausschütteln, Mazeration, Enfleurage, Soxhlettverfahren): z. B. Inhaltsstoffe aus Lebensmitteln, Heil- und Gewürzpflanzen, Arzneimitteln, Kosmetikprodukten; Isolierung von Nukleinsäuren
  • Destillation (z. B. Rektifikation, Wasserdampfdestillation, Vakuumdestillation): z. B. Inhaltsstoffe aus Lebensmitteln, Heil- und Gewürzpflanzen, Kosmetikprodukten; Ethanol aus einem Gäransatz
  • Chromatographie (z. B. Papierchromatographie, Dünnschichtchromatographie, Säulenchromatographie, Gaschromatographie): z. B. Farbstoffe aus Pflanzen und Alltagsprodukten, Bestandteile von Lebensmitteln, Gasgemischen und Salzgemischen
  • Elektrophorese (z. B. Gelelektrophorese): z. B. Farbstoffgemische, genetischer Fingerabdruck

BcP11/12 Lernbereich 3: Analyseverfahren
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • untersuchen Stoffgemische mit geeigneten Analyseverfahren, um deren Zusammensetzung qualitativ und quantitativ zu ermitteln.
  • wählen geeignete Analyseverfahren aus, um unbekannte Reinstoffe zu identifizieren.
  • führen Analyseverfahren sicherheitsgerecht durch und dokumentieren ihre Tätigkeit.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • einfacher Trennungsgang, qualitative Nachweisverfahren (z. B. Elementaranalyse, Flammenfärbung, Spektralanalyse, Fällungsreaktion, Farbreaktion, Schmelztemperaturbestimmung, Rf-Werte in der Chromatographie): z. B. Gewässeranalyse, Düngemitteluntersuchung, kriminaltechnische Untersuchungen
  • Herstellen von Maßlösungen und Verdünnungsreihen, Aufnahme von Eichkurven (z. B. bei der Photometrie, Dichtebestimmung); quantitative Nachweisverfahren (z. B. Photometrie, Titration): z. B. Gehaltsbestimmung in Trinkwasser, Gewässern, Reinigungs-, Lebens- und Arzneimitteln

BcP11/12 Lernbereich 4: Herstellung, Prüfung und Verwendung von Grund- und Werkstoffen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • wenden biotechnologische und chemische Verfahren zur Synthese von organischen und anorganischen Stoffen an.
  • führen präparative Verfahren sicherheitsgerecht durch und dokumentieren ihre Tätigkeit.
  • wählen Verfahren aus und wenden diese an, um synthetisierte Stoffe zu reinigen, und setzen Analyseverfahren ein, um die Reinheit eines selbst hergestellten Präparates zu überprüfen.
  • setzen alltagsrelevante Kulturtechniken ein, um Lebensmittel zuzubereiten und zu veredeln, und erklären die biologischen und chemischen Grundlagen der Verfahren.
  • stellen Werk- und Baustoffe sowie funktionelle Systeme her und beurteilen deren Einsatzmöglichkeiten, indem sie deren Eigenschaften unter normierten Bedingungen überprüfen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • biotechnologische Verfahren (z. B. Fermentation): Herstellung von chemischen Grundstoffen (z. B. Ethanol, Ethansäure)
  • chemische Verfahren: Herstellung von z. B. Kunststoffen, Aromastoffen, Tensiden, Farbstoffen, Wirkstoffen (z. B. Acetylsalicylsäure), Baustoffen (z. B. Kalk, Zement)
  • technische Verfahren: Herstellung von Werkstoffen (z. B. Verbundstoffe), Recycling von Metallen; Herstellung von z. B. Parfüm, Körperpflegemitteln
  • Herstellung, Zubereitung und Veredelung von Lebensmitteln: z. B. Joghurtherstellung, alkoholische Gärung, molekulare Küche, Süßwaren
  • Werkstoffe (z. B. Keramik, Metalllegierungen, Klebstoffe, Glas, Dämmstoffe; Einsatz nachwachsender Rohstoffe) und deren Prüfung auf gewünschte Eigenschaften (z. B. Härte, Dehnbarkeit, Torsion, elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, Brennbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, Löslichkeit)
  • Verfahren zur Reinheitskontrolle (z. B. Schmelztemperaturbestimmung, Chromatographie, Farbreaktionen, spektroskopische Methoden)
  • Kombination verschiedener Materialien zu einem funktionellen System: z. B. Primär- und Sekundärzellen, Brennstoffzellen, Solarzellen, Korrosionsschutz

BcP11/12 Lernbereich 5: Mikroskopieren
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • wählen Verfahren zur Herstellung mikroskopischer Präparate und anschließenden mikroskopischen Untersuchung von u. a. Mikroorganismen, Geweben und Zellen aus, um den mikroskopischen Aufbau verschiedener Funktionseinheiten von Lebewesen auf zellulärer Ebene zu untersuchen.
  • präparieren und mikroskopieren sicherheitsgerecht, dokumentieren ihre Tätigkeit und erstellen beschriftete Zeichnungen der betrachteten Strukturen, um sich so einen Zugang zur Welt des mikroskopisch Kleinen zu erschließen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Präparationstechniken (z. B. Ausstreichen, Schneiden, Färben, ggf. Fixieren): z. B. Mitosestadien, Blattquerschnitt
  • Untersuchung von u. a. Geweben und Zellen: z. B. Plasmaströmung, Plasmolyse und Deplasmolyse, Bewegung bei Einzellern, Zelldifferenzierung
  • mikroskopische Zeichnung: z. B. Linienführung, Angaben zur Zeichnung (z. B. Maßstab), Wissenschaftlichkeit, Artefakte

BcP11/12 Lernbereich 6: Untersuchungen und Beobachtungen zu grundlegenden Anforderungen an Lebewesen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • planen hypothesengeleitet Untersuchungen zu den grundlegenden Anforderungen an Lebewesen, führen sie durch und dokumentieren sie, um u. a. die Beinflussbarkeit von Enzymreaktionen und die Reizbarkeit von Lebewesen zu beschreiben.
  • führen Untersuchungen an Lebewesen sicherheits-, art- und naturschutzgerecht durch.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Untersuchungen zur Informationsaufnahme, Informationsverarbeitung, Reaktion und aktiven Bewegung: z. B. Sinnesleistungen des Menschen, Phototaxis, Phototropismus, Geotropismus, Seismonastie
  • Untersuchungen zum Stoffwechsel: z. B. Enzymwirkung und -regulation, Einfluss von Außenfaktoren auf Stoffwechselprozesse (z. B. alkoholische Gärung, Photosynthese, Wirkung von Antibiotika)
  • Untersuchungen und Beobachtungen zu Individualentwicklung, Wachstum und Fortpflanzung: z. B. Keimung, vom Ei zum adulten Tier, Kreuzungsversuche bei Drosophila, Populationsentwicklung von Mikroorganismen

BcP11/12 Lernbereich 7: ökologische Untersuchungen
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • bestimmen auch im Freiland Lebewesen mithilfe von Bestimmungsliteratur und erweitern dabei ihre Artenkenntnis.
  • planen hypothesengeleitet ökologische Freilanduntersuchungen und führen sie durch, um die Lebensgemeinschaft sowie die abiotischen Standortfaktoren verschiedener Lebensräume qualitativ und quantitativ zu charakterisieren.
  • führen ökologische Laboruntersuchungen oder manipulative Freilanduntersuchungen durch und erforschen so den Einfluss von Umweltfaktoren auf Lebewesen, um die Eignung von Lebensräumen für Lebewesen zu beurteilen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Umgang mit Bestimmungsliteratur (z. B. Verwendung dichotomer Schlüssel, wichtige Bestimmungsmerkmale verschiedener Gruppen von Lebewesen)
  • Charakterisierung der Lebensgemeinschaft: Arteninventar (z. B. Lebewesen in einem Gewässer)
  • Erfassung, Darstellung und Bewertung von Standortfaktoren: z. B. Lichtverhältnisse, Temperatur, pH-Wert, Leitfähigkeit, Sauerstoffgehalt, Schadstoffe, Zeigerorganismen, biologische Wassergütebestimmung, Saprobien-Index
  • Verfahren zur quantitativen Erfassung einer Biozönose (z. B. Auszählen, Stichproben): z. B. Vegetationsaufnahme, Keimzahl der Luft
  • ökologische Laboruntersuchungen, manipulative Freilanduntersuchungen: z. B. Temperaturpräferendum von Asseln, Hygropräferendum von Pflanzen, Untersuchungen zu Keimungsbedingungen