Unterrichtsmaterialien Biologie: Ganze Werke
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Organspende
Organspende: Ja oder nein? In Deutschland sollte der potenzielle Organspender diese Frage zu Lebzeiten beantworten. Noch beschäftigen sich jedoch sehr wenige Menschen mit diesem Thema. Bis heute ist die Organspende zudem ein emotionales und kontrovers diskutiertes Thema. In dieser Unterrichtssequenz erwerben die Schülerinnen und Schüler weitreichende Sachkompetenzen und nutzen ihre neurobiologischen Vorkenntnisse für eine Beurteilung des Protokolls der Hirntoddiagnose. Sie testen Stammhirnreflexe im Selbstversuch. Im Rollenspiel versetzen sich die Lernenden in die Entscheidungsnöte der Angehörigen eines hirntoten Unfallopfers und kommen, argumentativ gestützt, zu ihrer sehr persönlichen Urteilsfindung zur postmortalen Organspende.
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Zellzyklus
Lebewesen wachsen und können sich regenerieren. Voraussetzung dafür ist, dass sich ihre Zellen durch Teilung vermehren. Dazu durchlaufen sie den Zellzyklus, der aus verschiedenen Aktivitätsphasen besteht. Tochterzellen sind genetische Kopien der Mutterzelle. Doch wie genau wird diese identische Duplikation erreicht? Die Lernenden vertiefen ihr Grundlagenwissen zur Zytokinese auf zytologischer und molekularer Ebene. Sie mikroskopieren und skizzieren Mitosestadien am lebenden Objekt und erarbeiten die Replikation der DNA-Doppelhelix. Durch selbstbestimmte Modellierungen zentraler Zellzyklusphasen sowie eine angeleitete Analyse wird die Modellkompetenz der Lernenden reflexiv erweitert und gleichzeitig das Sachwissen gefestigt. Die Lerneinheit bereitet auch auf eine vertiefte Betrachtung der Zellzykluskontrolle vor.
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Invasive Art als Bedrohung der Biodiversität Madagaskars:
Abiturientinnen und Abiturienten bereiten mit diesem Material den Vortrag in der mündlichen Abiturprüfung vor. Invasive Arten einer der Top-5-Ursachen für den Rückgang an Artenvielfalt auf der Welt. Die in Madagaskar aus Asien eingeschleppte Schwarznarbenkröte hemmt mit herzwirksamen Steroiden die Natrium-Kalium-ATPase ihrer Beutegreifer. Resistenzen gegen das Gift beruhen auf spezifischen Punktmutationen der Natrium-Kalium-ATPase, die jedoch den Prädatoren im neu besiedelten Lebensraum der Insel fehlen. Die Prüflinge wenden ihr Sachwissen zur ökologischen Neozoen-Problematik, Neurobiologie, Molekulargenetik und Evolution in dieser Vorbereitung auf die mündliche Abiturprüfung kompetent an.
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CO2-Fußabdruck von Nahrungspflanzen
Wir haben nur eine Welt! Sensibilisieren Sie daher Ihre Klasse mit dieser projektartigen Unterrichtseinheit zum kritischen Betrachten der Klimabilanz täglicher Lebensmittel am Beispiel von Importbananen und heimischem Weizen. Es erfolgt eine exemplarische Auswertung von Daten zum CO2-Fußabdruck von Weizen und Bananen und als Abschluss der Einheit kann ein Keimungsversuch mit Dinkelweizenkörnern durchgeführt werden.
Gesamtwerk
mRNA in der Genregulation und Impftechnologie
Die Schülerinnen und Schüler bereiten mit dieser Aufgabe den mündlichen Vortrag im Abitur vor. Auf einer metakognitiven Ebene muss die Bedeutung für den Informationsaustausch zwischen zytosolischem Milieu und Genom durch die Allosterie der Repressormoleküle sowie die Rolle der Boten-RNA für den umgekehrten Informationsfluss reflektiert werden. Über die klassischen molekulargenetischen Inhalte hinaus erweitert die Aufgabe den Blick auf die neuen Optionen, die der technische Einsatz künstlicher mRNA in der Medizin bietet. Hierzu sind Grundlagen zum Immunsystem und zu den Impftechnologien erforderlich, die durch geforderte Vergleiche, beispielsweise zwischen Transfektion und bakterieller Transformation, eine anspruchsvolle Rekonstruktion des Sachwissens verlangen.
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Gesamtwerk
Woher stammen die Wale
Am spannenden Exempel der Evolution der Wale wird deutlich, wie sich aus Fossilfunden naturwissenschaftliche Erkenntnisse generieren lassen. Ein spannendes Mystery zu sowie ein angeleitetes Rollenspiel zum moralischen Dilemma: Evolution oder Schöpfung? ziehen die Lernenden in ihren Bann. Eine differenzierte Betrachtung der Begriffe Wissen und Erkenntnis, aus naturwissenschaftlicher und philosophischer Warte, runden das bildungsrelevante Thema ab.
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Waldbrand
Jahr für Jahr steht der Planet in Flammen. Auch Deutschland entwickelt sich zum Waldbrandland. Dabei gehören Waldbrände zum natürlichen Kreislauf der Natur. Sie schaffen durch lichte Standorte Lebensräume für Pflanzen und Tiere. Weltweit sind 46 Prozent der Ökosysteme sogar von Feuer abhängig. Manche Pflanzen sind für ihre Fortpflanzung auf Feuer angewiesen, und auch bestimmte Tierarten benötigen ausgebrannte Areale für ihre Brutstätten. Allerdings sind die heutigen weltweiten Flächenbrände nicht natürlichen Ursprungs, sondern menschengemacht. Fahrlässigkeit, Brandstiftung und Brandrodung sind die Hauptursachen. Die Schülerinnen und Schüler erwerben anhand dieser Materialien Kompetenzen, wie Feuer den ökologischen Kreislauf prägt und verändert. Darüber hinaus erlangen sie Sachwissen zu Ursachen und Folgen der Waldbrände in Deutschland, auch im Kontext des Klimawandels.
Gesamtwerk
Soll Plastik verboten werden?
Plastik und der damit entstehende Müll werden immer mehr zu einem weltweiten Problem für Natur und Menschen. Uns Menschen ist oft nicht bewusst, dass sehr viele Alltags- und Gebrauchsgegenstände aus Plastik bestehen und wir den Kunststoff täglich unbewusst benutzen, teilweise sehr von diesem abhängig sind und oft sorglos damit umgehen. In dieser Unterrichtseinheit werden Vor- und Nachteile von Kunststoff (Plastik) in arbeitsteiligen Gruppen erarbeitet und gegenübergestellt. Durch Präsentationen und dem damit verbundenen Festhalten der Pro- und Kontra-Argumente bekommen die Lernenden einen umfangreichen Einblick und können sich über den Plastikgebrauch ein sachkundiges Urteil bilden. Durch die erarbeiteten Argrumente kann in den fachübergreifenden darauffolgenden Unterrichtseinheiten im Fach Deutsch eine Erörterung verfasst werden und das Meinungsbild der Lernenden in einer persönlichen Stellungnahme festgehalten werden.
Gesamtwerk
Der Klimawandel ist vorprogrammiert
In Projektarbeit wird sukzessive ein Computerspiel entwickelt, bei dem Fischhäuser gebaut werden sollen, um den durch Klimawandel und Überfischung stark zurückgegangenen Fischbestand in Küstennähe wieder zu erhöhen. Diese Unterrichtseinheit bringt dadurch die drei Themen Programmierung, Klimawandel und Computerspieldesign zusammen und fördert somit unter anderem die Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE), berufliche Orientierung (BO) und Medienbildung (MB). Darüber hinaus bietet sie ein hohes Maß an Motivation. Als Programmierumgebung wird Scratch 3.0 verwendet, wobei die Unterrichtseinheit völlig ohne Programmiervorkenntnisse bzw. Erfahrungen mit Scratch genutzt werden kann.
Gesamtwerk
Sicherheitsvorschriften
Experimentieren ist für die Erkenntnisgewinnung bei naturwissenschaftlichen Phänomenen essenziell. Doch wie verhält man sich dabei richtig und welche Regeln sind zu beachten, um unnötige Gefahren zu vermeiden? Vermitteln Sie mithilfe dieser Einheit entsprechendes Wissen und fördern Sie so die Kenntnis zu naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen, Verantwortungsbewusstsein und Selbstständigkeit. Nicht nur im Anfangsunterricht, sondern auch als Auffrischung am Anfang eines jeden Schuljahres bietet sich diese Einheit an. Bildimpulse, Fallbeschreibungen, ein Memory und eine LearningApp bieten kreative und spielerische Zugänge, um das sonst so trockene Thema der Regeln motivierend zu behandeln.
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Klausuraufgabe: Signaltransduktion und Fruchtreife bei Pflanzen
Die Verbindung Ethen spielt im Pflanzenreich als Phytohormon bei der Reifung von Früchten, beim Abwerfen von Blättern oder der Bildung von Wurzeln und Wurzelhaaren eine wichtige Rolle. Als Signalstoff reagiert Ethen mit spezifischen Rezeptoren und bewirkt damit eine Signaltransduktion mit sehr unterschiedlichen zellulären Antworten. Die pflanzliche Sinneswahrnehmung entbehrt neuronaler Prozesse, verläuft aber auf molekular-physiologischer Ebene nicht minder komplex ab als bei Tieren. Die Schülerinnen und Schüler setzen sich mit der pflanzlichen Reizbeantwortung auseinander und beziehen begründet Stellung, ob Pflanzen ein Geruchssinn zugesprochen werden kann. Die Anwen-dung der naturwissenschaftlichen Erkenntnisse zur Chemorezeption von Pflanzen im Agrarsektor werden erläutert und mit den Stoffeigenschaften von Ethen in Verbindung gebracht.
Gesamtwerk
Nobelpreis zur Paläogenetik
Wer sind wir? Woher kommen wir? – Zwei Fragen, die wir Menschen uns seit jeher stellen. Lange Zeit waren Untersuchungen an Fossilien die prägende Methode, mit der Antworten auf die Frage nach unserer biologischen Abstammung gesucht wurden. Die Entwicklung der Paläogenetik eröffnete völlig neue Möglichkeiten, zumindest unsere jüngere Stammesgeschichte zu erforschen. Wenngleich die Idee an sich älter ist, gilt der schwedische Biologe Svante Pääbo als ihr entscheidender Wegbereiter. Im Jahr 2022 wurde Pääbo mit dem Nobelpreis für Medizin und Physiologie ausgezeichnet. Die Unterrichtmaterialien zu diesem Thema geben Ihren Schülerinnen und Schülern einen Einblick in die Methodik der Paläogenetik und fördern die Anwendung genetischer Kenntnisse im evolutionsbiologischen Kontext.
Gesamtwerk
Sinneswahrnehmung bei Pflanzen
Haben Pflanzen Sinne? Ihre Schülerinnen und Schüler erarbeiten an und mit Modellen die Wahrnehmung, Signaltransduktion und Reaktion von Pflanzen auf Ethen, ein Signalmolekül. Diese gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung wirkt in Pflanzen als Phytohormon und ist an diversen Entwicklungsprozessen beteiligt. Das Pflanzenhormon entfaltet auf molekularer Ebene seine Wirkung, indem es die Expression bestimmter Gene verändert. Ethen hemmt oder fördert so bestimmte Stoffwechselwege und Enzymaktivitäten, nimmt Einfluss auf die Proteinbiosynthese und senkt oder erhöht die Konzentration von Stoffen im Zytoplasma. Darüber hinaus ist Ethen auch ein Pheromon, ein flüchtiger Signalduftstoff, welcher der Kommunikation zwischen Pflanzen derselben Art dient. Der abschließende Vergleich des Geruchssinns bei Pflanzen und Menschen evoziert eine kritische Auseinandersetzung mit der Verwendung des Fachbegriffes „Sinne“ im Kontext mit Pflanzen.
Gesamtwerk
Die Zelle und ihre Zellorganellen
In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten Ihre Schülerinnen und Schüler weitgehend selbstständig unter Zuhilfenahme interaktiver LearningApps-Übungen die „Verkleinerungsschritte“ vom Organismus zur Zelle sowie ausgewählte Zellorganellen (Zellkern, Zellwand, Zellmembran, Mitochondrium, Chloroplast, Vakuole) tierischer und pflanzlicher Zellen mitsamt ihrer Bedeutung. Sie vergleichen außerdem den Bau tierischer und pflanzlicher Zellen, auch anhand mikroskopischer Betrachtungen, und geben die Unterschiede begründet an. Alle Aufgaben können alternativ auch in Form bereitgestellter Arbeitsblätter bearbeitet werden, sodass auch hybride Unterrichtsformen sowie Einsätze des Materials in analogen sowie iPad-Klassen denkbar sind.
Gesamtwerk
Auslöschen der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren
Als Mitglieder der Chicxulub-Expedition erforschen die Schülerinnen und Schüler die Struktur des Kraters in Chicxulub, den der Asteroid hinterließ, der einst die Dinosaurier vernichtete. Modelle einer Computersimulation geben Antwort auf die bisher offene Frage der Asteroidenhypothese: Warum löschte der Asteroid vor 66 Millionen Jahren die Dinosaurier aus? Aktuelle Forschung lüftet die Ursache des großen Sterbens in der Dinosaurierära, und den anschließenden evolutiven Siegeszug der Vögel und Säugetiere: Der Winkel des Aufpralls war entscheidend für die verheerende Wirkung des Asteroiden. Die Lernenden werden selbst zu Forschenden, nehmen mithilfe eines Erdgeschichtskalenders alle fünf historischen Massenaussterben in den Blick und reflektieren auch das sich anbahnende große Artensterben unserer Zeit. Das Mystery: „Kippte ein Winkel die Weltherrschaft?“ fordert abschließend einen komplexen ergebnissichernden Problemlöseprozess.
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