Unterrichtsmaterialien Biologie: Ganze Werke
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Experimente zu Kohlenhydraten
Kohlenhydrate spielen im Biologieunterricht als einer unserer Hauptnährstoffe eine wichtige Rolle. Dabei ist nicht nur der Aufbau von Kohlenhydraten aus Monosacchariden, sondern auch ihr Transport durch den Körper sowie ihr biochemischer Abbauf im Körper komplexe Themen für die Schülerinnen und Schüler. Mithilfe dieser kleinen Schülerexperimente, die ohne großen Aufwand durchgeführt werden können, sollen wesentliche Eigenschaften von Kohlenhydraten rund um die alkoholische Gärung, die Stärkespeicherung und den Kohlenhydrattransport langanhaltend im Gedächtnis bleiben.
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Blutzuckerregulation und Diabetes mellitus
In Deutschland gibt es immer mehr Menschen, die an Diabetes mellitus erkrankt sind. Die Deutsche Diabeteshilfe macht eine ungesunde Ernährung, Adipositas und wenig körperliche Bewegung für die steigende Tendenz der Diabeteserkrankung verantwortlich. Unter dem Aspekt der Prävention sollen die Schüler in der vorliegenden Unterrichtseinheit ein Bewusstsein für den Zusammenhang zwischen dem Lebensstil und Diabetes mellitus erlangen. Die Lerngruppe führt eine fiktive Diabetikerschulung mithilfe von Expertengesprächen selbstständig durch.
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UV-Strahlung und DNA-Reparatur
Was passiert auf der Ebene der DNA, wenn wir uns dem UV-Licht am Strand aussetzen? Wie schützt der Körper sich durch eigene DNA-Reparaturmechanismen vor möglicherweise folgenschweren Mutationen? Die Einheit widmet sich zunächst dem Basiswissen zum Thema um dann schließlich auf die molekulare Struktur der DNA hinein zu „zoomen“. Das alltagsnahe Thema und das problemorientierte Arbeiten garantieren eine hohe Schülermotivation.
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SARS-CoV-2
Corona. Ein Wort, dass uns seit Beginn 2020 tagtäglich begegnet. Die Corona-Pandemie ist derzeit das alles überschattende Thema für die gesamte Gesellschaft. Schülerinnen und Schüler erleben, wie wissenschaftliche Forschung abläuft, werden allerdings auch permanent damit konfrontiert, dass wissenschaftliche Erkenntnisse aus ganz unterschiedlichen Beweggründen in Frage gestellt werden. Mithilfe dieser Unterrichtsreihe werden die Lernenden kompetent darin gemacht, omnipräsente Aspekte wie Virengenetik, das Corona-Testverfahren oder mögliche Therapieansätze zu verstehen und dadurch besser am Diskurs über die Thematik teilnehmen zu können.
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Antiviraler Wirkstoff, Ursprung und Evolution der Grippe-Viren
Im Schatten des Ersten Weltkrieges forderte 1918 die Spanische Grippe, ausgelöst durch das Influenza-Virus (H1N1), in Europa innerhalb von nur drei Jahren mehr Todesopfer als beide Weltkriege zusammen. Die Grippe-Viren infizierten in einer Pandemie 500 Millionen Menschen und brachten über 50 Millionen Menschen den Tod. Viren sind keine Lebewesen und für grundlegende Lebensfunktionen, wie Stoffwechsel und Replikation, auf lebende Wirtszellen angewiesen. In dieser Klausuraufgabe zeigen Ihre Schüler ihre molekularbiologischen Kompetenzen zum Replikationszyklus von Influenza-Viren. Diagramme zur antiviralen Medikamentenforschung sowie zum Ursprung und zur Evolution von Influenza-Viren werden ausgewertet. Die Schüler begründen auf der Basis von Fachwissen die Schwierigkeit, einen wirksamen Impfstoff für die nächste Grippewelle zu planen.
Verwandte Themen
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Resistenz gegen HIV durch CRISPR/Cas?
Die Infektionskrankheit Aids, verursacht durch das HI-Virus, ist seit den 1980er-Jahren für Menschen zur ständigen Bedrohung geworden. Obschon die Schutzmaßnahmen bekannt sind, ist bei den Neuinfektionen kein Abwärtstrend erkennbar. Bisherige Therapien können nur eine Abmilderung der Symptome und das Ausbrechen von Aids verhindern. Hoffnung auf Heilung erzeugt nun erstmalig die CRISPR/Cas9-Technik. Die Schülerinnen und Schüler entdecken, was es bedeuten kann, sich mit HIV zu infizieren, und welche Möglichkeiten die Genschere CRISPR/Cas9 eröffnen könnte. Die Thematik wird am Beispiel des realen Falles des „Berliner Patienten“, der weltweit als erster HIV-Infizierter durch medizinische Eingriffe tatsächlich geheilt werden konnte, dargestellt. Am authentischen Kontext wird auch die ethische Brisanz einer gentechnischen Modifizierung des menschlichen Erbgutes beleuchtet und die Urteilsbildung gefördert.
Gesamtwerk
Wasser als abiotischer Faktor bei Pflanzen
Pflanzen schaffen durch ihre Biomasse die Grundlage fast aller Ökosysteme. Angepasst an die jeweiligen Gegebenheiten absorbieren sie Energie aus Sonnenlicht, begrenzt durch das Angebot an Wasser. Der gesamte Organismus und Lebenszyklus der Pflanze unterliegt dem Optimierungsproblem zwischen Verhungern oder Verdursten, ein schmaler Grat, den die Pflanzen durch unterschiedliche Anpassungen ihrer Organe meistern. Diese Unterrichtseinheit richtet einen anwendungsbezogenen Blick auf diese Pflanzenteile mit einem hohen Anteil an Schülerexperimenten zur Mikroskopie einfacher und leicht zu beschaffender Präparate. Das ausgewählte Material gibt einen Überlick über die verschiedenen Anpassungen und macht das besagte Optimierungsproblem für die Lernenden begreifbar.
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MINT Zirkel – Ausgabe 4, Dezember 2020
Mädchen für MINT-Berufe begeistern, Green IT, Materie und Antimaterie. In dieser Ausgabe haben wir wieder spannende Artikel zu diesen Themen und noch vielen weiteren zusammengetragen. Zusätzlich dürft ihr euch auch auf tolle Arbeitsblätter zur Ergänzung der Artikel „Green IT - Mehr als nur Stromsparen“, "Was bewirkt die Vermittlung von finanzieller Grundbildung in der Schule?", "Technik des Elektroantriebs im Unterricht" und "„Girls’ Digital Camps“ – Mädchen für MINT-Berufe begeistern" freuen.
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Bestimmung der genetischen Distanz von Primaten
Lange gab es unterschiedliche Ansichten, welche Primaten zur Familie der Großen Menschenaffen zu zählen sind. Mithilfe molekularbiologischer Methoden kann man Verwandtschaftsbeziehungen heutzutage sehr gut bestimmen. Die genetische Distanz zwischen Populationen oder Arten ist zum einen ein Maß für die zeitliche Dauer der Abspaltung von einer gemeinsamen Stammart zum anderen ein Maß für den Grad der genetischen Differenzierung. In dieser Leistungsaufgabe bestimmen Ihre Schülerinnen und Schüler auf der Basis molekulargenetischer DNA-Sequenzvergleiche die Verwandtschaftsbeziehungen der Großen Menschenaffen, prüfen verschiedene Hypothesen und rekonstruieren selbstständig den Stammbaum der Großen Menschenaffen.
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CRISPR/Cas: Heilung der Phenylketonurie?
Die Phenylketonurie ist als häufigste angeborene Stoffwechselkrankheit bisher unheilbar. Betroffene können die Aminosäure Phenylalanin nicht abbauen. Mit einer eiweißarmen Diät bleibt die Krankheit symptomlos. Ursache ist eine Punktmutation auf dem die Phenylalaninhydroxylase (PAH) codierenden Chromosom 12. Über 400 verschiedene Mutationen dieses Gens sind bekannt, die alle autosomal-rezessiv vererbt werden. Hoffnung auf Heilung macht erstmalig die Genschere. In Experimenten mit PKU-Labormäusen konnten etwa 60 Prozent der Leberzellen ihre normale Funktion wieder aufnehmen, nachdem das fehlerhafte Gen mit CRISPR/Cas repariert wurde. Eine weiter spezifizierte Genschere verspricht noch größeren Erfolg. Dürfen wir aber menschliche Gene modifizieren? Die Schüler entdecken in dieser Unterrichtssequenz, was es bedeutet an PKU zu erkranken, und welche Optionen die Gen-schere bietet. Der Diskurs über Designerbabys eröffnet ein moralisches Dilemma und fordert einen ethischen Standpunkt heraus.
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Xenotransplantation mit CRISPR/Cas9?
Neuste biotechnologische Methoden ermöglichen einen präzisen Eingriff in das Erbgut von Schweinen. Genmanipulierte Schweineherzen können als Transplantate für herzkranke Menschen dienen, ohne dass eine Abstoßungsreaktion befürchtet werden muss. Der große Mangel an Spenderherzen könnte so kompensiert werden. Ist die Transplantation artfremder Organe, eine Xenotransplantation, überhaupt ethisch vertretbar? Die Gesellschaft vertritt hier kontroverse Positionen. Diese Lernaufgabe ermöglicht Ihren Schülerinnen und Schülern eine auf Fachwissen aufbauende Partizipation am bioethischen Diskurs zur Xenotransplantation. Der Weg zum Werturteil wird in dieser Unterrichtssequenz durch das Pyramidenmodell für das bioethische Lernen strukturiert.
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Viren und Bakterien
Gerade in der momentanen Zeit achten wir aufgrund der aktuellen Coronapandemie stärker denn je auf Hygiene und die Vermeidung der Verbreitung von Krankheitserregern. Der Mundschutz ist zum normalen Accessoire geworden, die Händedesinfektion zur üblichen Routine. Doch nicht nur Covid-19, sondern auch andere zum Teil lebensbedrohliche Erkrankungen werden durch Viren oder Bakterien übertragen. In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten sich die Lernenden Steckbriefe zu verschiedenen Krankheitserregern und präsentieren diese mithilfe des Tools BookCreator in einem E-Book. Kleine digitale Übungsaufgaben über LearningApps sorgen für eine motivierende Aneignung und Überprüfung des Erlernten.
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Risiko Hautkrebs
Die Energie der Sonne ist Grundlage für das Leben auf der Erde. Auch der Mensch nutzt sie beispielsweise zur Synthese von Vitamin D in der Haut. Zu viel Sonne kann jedoch Schäden wie Sonnenbrand, vorschnelle Hautalterung und Krebs bewirken. Für die Entstehung von Hautkrebs ist das Sonnenverhalten im Kindes- und Jugend-alter maßgeblich. Als Beitrag zur Gesundheitsbildung werden der Einfluss der UV-Strahlung auf die Haut sowie Schutzmaßnahmen erarbeitet. Der Umgang mit digi-talen Medien steht methodisch im Vordergrund, etwa bei der Gestaltung eines Explainity-Clips in einem Peer-to-Peer-Projekt.
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Der Neandertaler in mir – Genetisches Erbe im modernen Menschen
Neandertaler stellen eine ausgestorbene Menschenform dar und sind die engsten Verwandten heute lebender Menschen. Die ältesten bekannten Neandertaler lebten vor 400.000 Jahren. Sie besiedelten Europa, den Nahen Osten, Zentralasien und das westliche Sibirien. Modernste Untersuchungsmethoden konnten jetzt zeigen, dass Neandertaler schon vor 40.000 Jahren ausstarben, aber Reste der archaischen DNA noch heute im modernen Menschen zu finden sind. Neandertaler und moderne Menschen koexistierten mindestens 250 Generationen lang. In dieser Leistungsaufgabe setzen sich Ihre Schüler mit dem genetischen Erbe des Neandertalers im anatomisch modernen Menschen auseinander.
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Die Überfischung der Weltmeere – Abhilfe durch Aquaponik und Aquakultur?
Als der Italiener Giovanni Caboto im Auftrag des englischen Königs 1497 Neufundland entdeckte, berichtete er über gigantische Kabeljauschwärme auf dem vorgelagerten Flachmeer, den Grand Banks. Die Entdecker ließen beschwerte Körbe im Meer absinken und beim Heraufziehen waren diese voller Kabeljau. Ein solcher Fischreichtum ist heute nicht mehr vorstellbar. Beim Kabeljau sind die wichtigsten und größten Bestände der Welt bereits zusammengebrochen oder stark bedroht. Was für den Kabeljau gilt, betrifft längst auch andere begehrte Speisefische wie den Lachs und den Hering. Diese Leistungsaufgabe fordert zu Lösungen heraus. Ihre Schülerinnen und Schüler analysieren Vor- und Nachteile von Aquaponik-Systemen und Aquakulturen mit Blick auf eine nachhaltige Entwicklung.
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