Unterrichtsmaterialien Genetik: Ganze Werke
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Erbkrankheiten
In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten Ihre Schülerinnen und Schüler in Gruppenarbeit die dominante und rezessive sowie die gonosomale Vererbung menschlicher Erbkrankheiten und üben sich in Stammbaumanalysen. Die Erarbeitung erfolgt dabei exemplarisch an den Krankheiten Albinismus, Mukoviszidose, Phenylketonurie, Chorea Huntington, Bluterkrankheit und Rot-Grün-Sehschwäche.
Gesamtwerk
Genomik
Mit der Möglichkeit zur Untersuchung und zum Vergleich von Genomen ist die Genetik in eine neue Phase eingetreten, weg von der klassischen Mendel-Genetik, hin zu modernen genetischen Arbeitsweisen. Diese lassen sich trainieren. Wie, zeigen wir dir anhand ausgewählter Beispiele in diesem Heft. Von Mendel zur Genomik: Im Bereich der Genetik hat sich in den letzten 30 Jahren viel getan. Ein wichtiger Meilenstein war die erste Sequenzierung eines menschlichen Genoms. Sie dauerte ganze 13 Jahre lang. Heute macht es die sich ebenfalls rasant entwickelnde Technik möglich, menschliche Genome in weniger als einem halben Tag zu sequenzieren. Das Wissen um die Genomik beeinflusst viele naturwissenschaftliche Bereiche wie die Systematik oder die Evolution. Sie wirkt sich aber auch auf unseren Alltag aus, zum Beispiel durch einfache Gentests, die jeder zuhause selbst durchführen kann. Einstieg über die Molekulargenetik: Dies alles spricht dafür, im Unterricht mit der Molekulargenetik einzusteigen und Mendel und seine Regeln erst später und nur am Rand zu streifen. Der Erkenntnisweg geht heute vom Gen zum Merkmal und nicht mehr umgekehrt. Gene sind nach neuen Erkenntnissen nicht mehr nur definierte DNA-Abschnitte, sondern sie setzen sich meist aus mehreren Abschnitten mit unterschiedlichen Zwecken zusammen. Wissen schafft Verstehen: Lass deine Schüler:innen an diesem neuen Wissen teilhaben und bereite sie so auf die Anforderungen des Alltags vor. Verschaffe ihnen die Möglichkeit, sich an aktuellen Diskussionen beteiligen und Fake News von wissenschaftlichen Erkenntnissen unterscheiden zu können. Stelle ihnen ausgewählte Anwendungsfälle vor, in denen die Arbeit mit Genomen zentral ist: Personalisierte Medizin durch Genomseqenzierung; Statt Blu-Rays bald nur noch DNA-Speicher? Verwandtschaft durch Sequenzanalyse bestimmen; Vergleichende Genomik bei Blütenpflanzen; Wie Gene getaktet werden. Diese spannenden Themen helfen deinen Schüler:innen sich mit der modernen Genetik anzufreunden und beim Gedanken an den Genetik-Unterricht nicht nur an das Erstellen klassischer Kreuzungsschemata zu denken.
Gesamtwerk
Molekulargenetik besser verstehen
Komplexe Fachinhalte einfach erklärt! Ob zum Aufbau der DNA, zur Genregulation, zur Meiose oder zu Mutationen – mit dem Arbeitsheft erhalten die Schüler:innen der Sek. II ein Werkzeug an die Hand, um sich Basiswissen zu molekulargenetischen Grundlagen anzueignen. Grundlagen schaffen: Watson und Crick – zwei Namen, die unzertrennlich mit der Molekulargenetik verbunden sind. Die Schüler:innen lernen die Arbeit der beiden Wissenschaftler kennen und erlangen so einen Einstieg in die Grundkenntnisse der Molekulargenetik. Vom Aufbau der DNA bis zur Proteinbiosynthese verstehen sie Schritt für Schritt die Prozesse, die vom Gen zum Protein stattfinden. Gene werden aktiviert und reguliert: Gene wirken nicht durch ihre bloße Anwesenheit! Durch Genregulation entscheidet sich, ob, wann und in welcher Menge ein von einem Gen codiertes Protein in einer Zelle gebildet wird. Dabei können viele Faktoren regulierend einwirken. Grafische Darstellungen im Kompakt unterstützen hier das Verständnis. Weitergabe der Gene, Evolution und Krankheiten: Aufbauend auf den Grundkenntnissen zu Mitose und Meiose, sind die Schüler:innen bereit, die Zusammenhänge von Genen und Evolution zu verstehen! Schlagwort: Mutationen. Mutationen bewirken Variation. Variation führt zu Vielfalt und ermöglichen somit auch eine evolutive Weiterentwicklung. Doch manchmal entstehen dabei auch Nachteile für den Organismus, da dadurch Krankheiten entstehen können. Informationen vereinfachen und bündeln: Schwierige Fachinhalte? Kein Problem! Mit diesem Kompakt lässt sich das komplexe Feld der Molekulargenetik einfach verstehen. Die Inhalte sind in viel Hauptkapitel gegliedert. Innerhalb der Unterkapitel helfen Grafiken, die Informationen aus dem Text zu verstehen. Infokästen zu „Ansichten & Einsichten“ sowie „Wörter & Begriffe“ vertiefen und erklären Aspekte aus den Texten. Über ein Glossar können die Schüler:innen selbstständig Begriffsdefinitionen nachlesen. Aus dem Inhalt: Den Weg vom Gen zum Protein beschreiben. 1. Das Konzept „Gen“: Den Einfluss verschiedener Faktoren auf die Regulation von Genen verstehen; 2. Das Konzept „Genregulation“: Mitose und Meiose erklären sowie Reparationsmechanismen von DNA-Schäden verstehen; 3. Das Konzept „Weitergabe der Gene“: Formen von Mutationen nennen und den Einfluss von Mutationen auf Evolution begründen; 4. Das Konzept „Mutation“.
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Paradigmenwechsel
Kopernikus, Darwin, Virchow: Ihre wissenschaftlichen Ergebnisse stellten vorhandenes Wissen auf den Kopf. Denn Wissenschaft bleibt nie stehen, sondern fördert neue Erkenntnisse. Wie das funktioniert, kannst du mit deinen Schüler:innen trainieren. Nutze dazu Paradigmenwechsel aus verschiedenen Epochen. Wir zeigen dir, wie es geht. Theorien sind ein Spiegelbild ihrer Zeit: Anfang des 20. Jahrhundert wurden Mikroorganismen als Feinde gesehen, die gejagt werden müssen. Diese Theorie beruhte auf der Beobachtung des Nobelpreisträgers Robert Koch: Bakterien machen krank! Seine Theorie und die daraus resultierende Bekämpfung von Mikroorganismen rettete vielen Millionen Menschen das Leben. Einige Kolleg:innen waren unzufrieden mit dieser einseitigen Sichtweise, hegten Zweifel und forschten weiter. Veränderungen führen zu Fortschritt: 100 Jahre später werden Mikroorganismen auch zur Heilung von Krankheiten eingesetzt. Aus den Feinden von damals sind Verbündete geworden. Heute weiß man: Die Gemeinschaft von Mensch und Mikroorganismen ist das Ergebnis einer langen Koevolution. Das menschliche Mikrobiom wird nun als eine Art Organ definiert. Wissen schafft Verstehen: Nimm deine Schüler:innen mit auf wissenschaftliche Gedankenreisen. Lass sie das Wesen von Wissenschaft und Forschung erkennen und verstehen: Eine Theorie ist der Anfang. Hypothesen werden aufgestellt. Daten geben Hinweise. Neue Erkenntnisse entstehen. Die Theorie wird verändert. Der Kreislauf beginnt von vorne. Trainiere mit deinen Schüler:innen diesen Prozess der Erkenntnisgewinnung an ausgewählten Paradigmenwechseln der Biologie: Gärten sind Naturinseln in der Kulturlandschaft. Gene und Umwelt bestimmen Merkmale von Lebewesen. Gesamtfitness ist wichtiger als Arterhaltung. Mikroorganismen helfen heilen. Fehlgefaltete Proteine sind Krankheitserreger. Stärke deine Schüler:innen für die biologischen Herausforderungen unserer Zeit. Forschung schafft auch hierzu keine Fakten für die Ewigkeit. Sie produziert Wissen für die Zukunft. Und das bedeutet: Was heute unser Handeln bestimmt, kann morgen schon veraltet sein. Wer das versteht, kann Informationen bewerten, Fake News erkennen und neue Wege gehen.
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Replikation, Transkription und Translation
Ihre Lernenden erarbeiten sich in dieser interaktiven Unterrichtseinheit die Replikation, Transkription und Translation der DNA selbstständig durch digitale und binnendifferenzierte Learningsnacks. Sie beschäftigen sich mit einer effizienter Projektplanung und den Nutzen und Grenzen naturwissenschaftlicher Modelle. Im Anschluss werden in Gruppenarbeit kreative, bewegte Modelle der drei molekularen Abläufe geplant, erstellt und anschaulich präsentiert.
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Unerfüllter Kinderwunsch und künstliche Befruchtung
Ihre Lernenden begeben sich in dieser Unterrichtseinheit auf eine Rätselreise zum Thema künstliche Befruchtung. In diesem Kontext wird zunächst das männliche Reproduktionssystem beschrieben und anschließend werden verschiedene Verfahren der Reproduktionsmedizin erläutert. Ihre Lernenden vergleichen zum Ende der Einheit die In-vitro-Fertilisation (IVF) mit der intracytoplasmatischen Spermieninjektion (ICSI) und trainieren ethische Bewertungskompetenzen.
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Mendel’sche Vererbung: Züchtung der Hunderasse der Kromfohrländer
Die Vererbungsregeln und die Theorie des „Vaters“ der klassischen Genetik, Gregor Mendel sind bis heute fester Bestandteil der Heim- und Nutztierzucht. Ihre Schülerinnen und Schüler wenden ihre Kompetenzen zur Mendel’schen Genetik am spannenden Kontext der kontrollierten Zucht eines Rassezuchtvereins an, indem sie einer Züchterin „über die Schulter“ schauen. Sie erproben sich im Umgang mit Kreuzungsschemata und lernen zwischen den empirisch entdeckten Mendelschen Regeln und der Theorie, als deren Erklärung, zu differenzieren. Die Bedeutung der Rückkreuzung, als hypothesenprüfende naturwissenschaftliche Methode, wird im Rahmen der Reflexion des naturwissenschaftlichen Erkenntnisweges bewusst. Ein motivierendes Mystery fördert das vernetzte Denken sowie ein kompetentes Handeln innerhalb des Inhaltsfeldes der klassischen Genetik.
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Klonverfahren in der Biotechnologie
Ihre Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich in dieser spannenden Lerneinheit die Grundlagen, Möglichkeiten und Grenzen des Klonens als biotechnologisches Konzept. Sie beschreiben und erklären den molekularbiologischen Vorgang verschiedener Klonverfahren und beurteilen die ethischen Grenzen im Umgang mit menschlichen Stammzellen. Ein Kreuzworträtsel und ein Kurztest dienen am Ende der Lerneinheit der Lernerfolgskontrolle.
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Liebe und Sexualität – zwischen Mythen und Fakten
„Zwei Kondome übereinander verdoppeln die Sicherheit beim Geschlechtsverkehr“ und „Bei Selbstbefriedigung machen sich Jungs den Rücken kaputt“ – Geschichten rund um die Sexualität gibt es viele! Doch welchen Informationen kann man glauben und welche sind Unsinn? Kaum ein anderes Thema spielt im Leben, insbesondere im Jugendalter, eine größere Rolle als die Liebe. Dabei kommen viele Fragen auf – sei es zur Fruchtbarkeit, zum ersten Mal oder zur Verhütung. Ein Griff zum Handy und kurz die eigenen Fragen bei einer Suchmaschine eingetippt, liegt da nahe. Doch neben Fakten werden hier auch Falschinformationen verbreitet, die es zu erkennen und bewerten gilt. Zusammen mit den Freund*innen Hanna, Lina, Jakob und Tom erkunden die Schüler*innen das spannende, aber auch herausfordernde Feld der menschlichen Sexualität. Dabei sammeln sie viele biologische Informationen, um sich ein fundiertes Wissen für die eigene Bewertung und für Diskussionen anzueignen. Zum Inhalt: Let’s talk about Sex – aber was stimmt eigentlich?; Mythengruppe 1: Der weibliche Zyklus; Frau. Mann. Punkt. Punkt?
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Gene und Umwelt: Teamplayer der Merkmalsausprägung
Die Erforschung der Interaktion von Genom und Umwelt, die Epigenetik, ist heutzutage in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Die Basensequenz der DNA codiert die genetische Information, aber chemische Marker an der DNA können Teile des Genoms an- oder abschalten. Die Aktivität einzelner Gene wird damit an die Umwelt angepasst. Individuelle Genexpressionsmuster stellen das Epigenom dar. Beeinflussten die Evolutionstheorien Darwins und Lamarcks lange die Argumentationsrichtung, so vermitteln heute Erkenntnisse der Zwillingsforschung und der Epigenetik ein immer differenzierteres Bild. Der fruchtlose Grundsatzstreit zwischen Erbtheorie- und Milieutheoretikern ist aktuell einer vielschichtigen Betrachtungsweise gewichen. Über einen kurzen historischen Rückblick dringen Ihre Schülerinnen und Schüler einer auf Kooperation angelegten Unterrichtsarchitektur in die Thematik ein. Wissenschaftliches Denken und Arbeiten, Modellieren und Diagrammkompetenzen stehen methodisch im Vordergrund.
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Molekularbiologische Methoden 2.0
In den vergangenen Jahren hat sich die Molekularbiologie rasant weiterentwickelt. Technologien wie die Modulare Klonierung, PCR-basierte Klonierungen und das Gibson Assembly sind inzwischen in vielen Laboren als Standard etabliert. Neben den modernen Klonierungsverfahren wurden die die Denkansätze in der modernen Biologie revolutionierende Bioinformatik und die synthetische Biologie aufgenommen. Die zunehmende Bedeutung reicht inzwischen weit in die Gesellschaft hinein, wie die „Omics“-Technologien und die Genom Editierung zeigen, die ebenfalls in diesem Buch behandelt werden. Die 3. Auflage wurde korrigiert und aktualisiert und enthält viele hilfreiche Tipps und Tricks, welche die Fehlersuche im Labor erleichtern können. Concept-Maps visualisieren Zusammenhänge zwischen den vorgestellten Methoden. Zahlreiche Abbildungen und Tabellen veranschaulichen komplexe Sachverhalte, „Gut zu wissen“-Boxen liefern Hintergrundinformationen, „Tipp“-Boxen geben wertvolle Hinweise für die praktische Arbeit und Protokolle besonders wichtiger Verfahren erleichtern das Verständnis. Ideal für Studium und Praxis!
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Webquests für den Biologieunterricht 8-10
Auf Spurensuche im Internet: Als Lehrkraft für Biologie kennen Sie das Problem: Der Auftrag, etwas im Internet zu recherchieren, bringt häufig nicht die richtigen Ergebnisse. Die Schüler*innen verbringen zwar viel Zeit im Netz, doch inhaltlich sind Sie am Ende nicht weiter als vorher. Hier können die komplett ausgearbeiteten Webquests dieses E-Books Abhilfe schaffen! Aktiv-entdeckendes Lernen im Fach Biologie: Die sieben Webquests dieses E-Books sind innovativ, kreativ - und nehmen Ihnen als Lehrkraft den Rechercheaufwand ab. Für alle lehrplanrelevanten Themen der Klassen 8 bis 10 bietet Ihnen das E-Book vorrecherchierte, schülergerechte Quellen, mit deren Hilfe die Schüler*innen eine spannende und gelenkte Internetrecherche durchführen können. Kaum Vorbereitung notwendig: Die Webquests stärken die Teamfähigkeit der Schüler*innen, trainieren das prozessorientierte Lernen und sorgen dank ihres aktiv-entdeckenden Charakters dafür, dass die Lehrplanthemen viel besser im Gedächtnis der Jugendlichen verankert werden. Dabei können die Webquests jederzeit leicht und ohne viel Vorbereitung im Biologieunterricht zum Einsatz kommen. Die Themen: Evolution: Lebende Fossilien; Zellbiologie: Einzeller; Parasiten: Malaria; Immunsystem: Viren; Genetik: Mendelsche Regeln; Genetik: Erbkrankheiten; Ökosystem: Wattenmeer. Das E-Book enthält: Eine didaktisch-methodische Einführung; 7 komplett ausgearbeitete Webquests mit Sachanalyse, didaktisch-methodischen Hinweisen, Einstiegsgeschichte, Mission, Internetressourcen, Arbeitsaufträgen und Lösungshinweisen; Qualitativ hochwertige und gut vorrecherchierte Quellen. Inhaltliche Schwerpunkte: Teamarbeit; entdeckendes Lernen; Medienkompetenz; Kooperation.
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MINT Zirkel - Ausgabe 1, Januar 2021
Wer sich einmal gefragt hat, wie die Erforschung der Viren begann, ein Abschleppdienst im All aussehen könnte und wie man erfolgreich einen MINT-Cup in der Schule organisiert und umsetzt wird in der aktuellen Ausgabe fündig. Diese und weitere spannende Artikel erwarten euch. Zusätzlich dürft ihr euch auch über ein kleines KI-Rätsel und zwei Arbeitsblätter zur Ergänzung der Artikel „Verwendung digitaler Modelle im naturwissenschaftlichen Unterricht“ und „MINT-Cup organisieren und umsetzen“ freuen. Probiert es doch mal aus!
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Erbkrankheiten des Menschen
Krankheiten wie Masern, Grippe, Aids oder Corona sind ansteckende Infektionskrankheiten. Es gibt aber auch Krankheiten, die nicht ansteckend und durch Vererbung von einem Menschen in die nächste Generation übertragbar sind. Man spricht von Erbkrankheiten. Diese Unterrichtseinheit dient der Erarbeitung der dominanten und rezessiven Vererbung von Krankheiten, gonosomalen Erbgängen und Stammbaumanalysen. Dabei werden die Krankheiten Albinismus, Mukoviszidose, Phenylketonurie, Chorea Huntington, Bluterkrankheit und Rot-Grün-Schwäche näher betrachtet.
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Naturschutzbiologie
Naturschutzbiologie ist eine relativ junge wissenschaftliche Disziplin, deren Ziel die Erarbeitung der Grundlagen für die Erhaltung und Förderung der biologischen Vielfalt (Biodiversität) und der Ökosystemleistungen ist. Dieses Lehrbuch behandelt die wichtigsten Aspekte der Naturschutzbiologie, stellt neue Ergebnisse der Forschung vor und zeigt deren Anwendungsmöglichkeiten für den praktischen Naturschutz auf. «Naturschutzbiologie» richtet sich an Bachelor- und Masterstudierende der Biologie, der Landschaftsplanung, Forstwissenschaften und (Bio-)Geografie. Das Lehrbuch dient auch der Weiterbildung von in den Bereichen «Naturschutz» und «Landschaftsplanung» tätigen Personen und bietet aktiven Naturschützern einen guten Überblick.
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