Lehrplan PLUS

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• planen eigenständig ein Experiment, indem sie die einzelnen Schritte des naturwissenschaftlichen Erkenntniswegs anwenden.
• führen ein selbst geplantes Experiment durch, dokumentieren die Ergebnisse situationsgerecht und werten sie aus. Dabei lokalisieren und charakterisieren sie mögliche Fehlerquellen.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• wissenschaftlicher Erkenntnisweg: Definition Experiment, Fragestellung, Hypothesenbildung, Verifizierbarkeit, Reproduzierbarkeit
• Versuchsplanung, Versuchsdesign, z. B. Definition der Messgrößen, Messumgebung, Messapparatur, Ablaufplan, Einflussfaktoren, Blindprobe, Messfehler
• wissenschaftliches Versuchsprotokoll (mit Auswertung und Fehlerdiskussion) und wissenschaftliches Poster
• Statistik (Mittelwert, Häufigkeitsverteilung, Standardabweichung)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• kultivieren geeignete Mikroorganismen unter Anwendung der guten fachlichen Laborpraxis.
• erklären Methoden zum Ermitteln der Keimzahl und zur Unterscheidung verschiedener Bakterienarten und bewerten diese im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Einsatzgebiet.
• erklären die Wirksamkeit von Antibiotika, indem sie Ergebnisse eines selbst durchgeführten Testverfahrens zur Antibiotika-Empfindlichkeit von Bakterien sachgerecht darstellen. Dabei gehen sie auch auf die Resistenzbildung der Keime und auf mögliche Fehler des Testverfahrens ein.
• wenden standardisierte Testmethoden zum Nachweis mikrobieller Kontamination an und leiten deren Funktionsprinzipien mit Hilfe ihres chemischen Grundwissens ab.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Anzucht von Bakterienkulturen: Materialbeschaffung (z. B. DSMZ), Aufbereitung, Herstellung der Nährböden, Nährbodentypen (fest, flüssig, Inhaltsstoffe), Verdünnungsreihe, Dreifelder-Ausstrich bzw. 13-Strich-Methode, Bebrüten, keimfreies Arbeiten
• Keimzahlbestimmung (Neubauer Zählkammer, spektrometrisch)
• Bestimmung der Bakterienart durch Gramfärbung und andere Methoden (Färbung mit Methylenblau, Safranin, KOH-Test)
• Antibiotika-Empfindlichkeitstest, z. B. Hemmhoftest
• Schnelltests zum Nachweis mikrobieller Kontamination (Trinkwasser, Hygiene im Lebensmittelbereich)

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• beschreiben die biotechnologische Produktion verschiedener Nahrungs- und Genussmittel.
• begründen die Steuerung der Produktionsprozesse verschiedener Nahrungs- und Genussmittel, indem sie die Lebensbedingungen der eingesetzten Mikroorganismen charakterisieren.
• untersuchen den Gehalt von Inhaltsstoffen in Lebensmitteln, indem sie geeignete Analyseverfahren praktisch anwenden.
• erklären die Aufgabe von Lebensmittelzusatzstoffen und bewerten deren Einsatz unter gesundheitlichen Aspekten.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Mikroorganismen der Nahrungs- und Genussmittelproduktion: Schimmelpilze, Hefen, Milchsäurebakterien, Essigsäurebakterien
• Bioreaktoren
• Milchfermentation, z. B. Joghurt, Käse
• Herstellen von Bier, Wein oder Essigsäure
• quantitative Bestimmung von Inhaltsstoffen in Lebensmitteln, z. B. fo fotometrische Bestimmung von Koffein, Vitamin C durch Redox-Titration
• Lebensmittelzusatzstoffe, z. B. Emulgatoren, Stabilisatoren, Pökelsalze, Farb- und Aromastoffe

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• legen Zellkulturen verschiedener Pflanzenteile an und dokumentieren fachgerecht deren Entwicklung. Sie beschreiben die Einsatzmöglichkeiten von In-vitro-Kulturen, um deren wirtschaftliche Bedeutung darzulegen.
• beschreiben die Funktion von Phytohormonen für das Pflanzenwachstum und stellen den Bezug zur intensiven Pflanzenproduktion in Gartenbau und Agrarwirtschaft her.
• erklären auf zellulärer Ebene die Herstellung von transgenen Pflanzen mittels Agrobakterium tumefaciens. Sie leiten über fachspezifische Argumente das Gefährdungspotenzial derartiger Pflanzen für die Umwelt her und nehmen so in der Diskussion um genetisch veränderte Organismen (GVO) einen gut begründeten Standpunkt ein.
• erklären exemplarisch den Aufbau von Photobioreaktoren und entwickeln auf der Basis biologischer Arbeitsweisen verfahrenstechnische Ideen zur Produktion von Biomasse und Kraftstoff.
• übertragen das Prinzip der chemischen Brennstoffzelle auf biologische Systeme und entwickeln so alternative Energieerzeugungskonzepte.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• pflanzliche Zell- und Gewebekulturen (z. B. vegetative Vermehrung beim Brutblatt, Gewebekultur von Usambaraveilchen, Kalluskultur der Möhre), Gewebearten, Totipotenz
• Beeinflussen des Pflanzenwachstums durch Phytohormone, u. a. Auxin, Gibberelline, Ethen
• Isolierung und Fusion pflanzlicher Protoplasten
• Gentransfer mittels Agrobakterium tumefaciens, Nutzen und Problematik
• Fotobioreaktoren (Produktion von Biomasse, Kraftstoff, Nahrungsmitteln)
• mikrobielle Brennstoffzelle

Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

• erklären die besonderen Eigenschaften von Nanoteilchen, um ihre Anwendungsmöglichkeiten in Alltag und Industrie aufzuzeigen.
• beschreiben und erklären, auch unter Zuhilfenahme zielführender Experimente, nanotechnologische Grundlagen und deren Übertragung auf ausgewählte biotechnologische Anwendungen.
• erklären und bewerten auf Basis ihrer fachwissenschaftlichen Kenntnisse ökologische und gesundheitliche Risiken, die sich aus dem Gebrauch von Produkten der Nanotechnologie ergeben könnten.

Inhalte zu den Kompetenzen:

• Definitionen: Nanotechnologie, Nanobiotechnologie
• nanotechnologische Alltagsanwendungen im Überblick, z. B. Silbernanopartikel (Keimtötung)
• besondere Eigenschaften von Nanoteilchen: u. a. erhöhte Reaktivität wegen großer spezifischer Oberfläche (z. B. Versuch zur Entflammbarkeit von Eisen-Nanopartikeln), hoher Einfluss von Oberflächenkräften, z. B. van-der-Waals-Kräften
• nanobiotechnologische Anwendungen bzw. Forschungsbereiche im Überblick, z. B. Transport von pharmazeutischen Wirkstoffen im Körper (drug delivery)
• ausgewählte Anwendungen der Nanobiotechnologie im Detail, mit Schülerexperiment, z. B. Lotuseffekt
• aktuelle Informationen zur gesundheitlichen und ökologischen Bewertung von Nanomaterialien