Unterrichtsmaterialien Biologie: Ganze Werke
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Biologie
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Konkurrenzausschluss oder Koexistenz in der mündlichen Abiturprüfung
Mit diesem Material wird auf den Vortrag in der mündlichen Abiturprüfung vor bereitet. Der Asiatische Marienkäfer (Harmonia axyridis) stammt aus Zentralasien und wurde in Europa zur biologischen Schädlingsbekämpfung eingeführt. Er gilt in der Invasionsbiologie als Modell für die Erforschung der Faktoren, warum sich manche Arten erfolgreich verbreiten und nahe verwandte Arten oft nicht. In Deutschland ist die Population der Zweipunkt-Marienkäfer (Adalia bipunctata) extrem zurückgegangen. Der als Glücksbringer bekannte Siebenpunkt-Marienkäfer (Coccinella septempunctata) scheint sich dagegen nach einem rapiden Rückgang wieder zu erholen. Das Geheimnis um biologische und chemische Abwehrmechanismen des Asiatischen Marienkäfers ist entschlüsselt. Darüber hinaus zeigt der invasive Käfer eine zweistufige Immunabwehr, die bisher einzigartig bei Insekten ist. Die Lernenden wenden ihre fundierten ökologischen und evolutionsbiologischen Kompetenzen zur Lösung der spannenden Aufgabe an.
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Veränderlichkeit von Arten
Mit dem Arbeitsheft erfahren die Schüler:innen der Sek. I, welche Ursachen für die Veränderlichkeit von Arten bis heute herausgefunden wurden. In vier Lernbereichen wiederholen sie Grundwissen, sammeln neue Fachinformationen und übertragen ihr Wissen auf Beispiele aus der Natur. Das Arbeitsheft ist für Schüler:innen der Sekundarstufe I ausgelegt. Mithilfe vielseitiger Materialien und Aufgaben erfahren sie, was eine Art überhaupt ist, wie Unterschiede innerhalb einer Art zustande kommen und wie es zu Veränderungen von Arten kommt: Ein Fragekatalog motiviert zum Bearbeiten des Heftes. Infokästen zu „Ansichten & Einsichten“ sowie „Wörter & Begriffe“ vertiefen und erklären Aspekte aus den Texten. Ein Abschlussquiz gibt Feedback zum Lernerfolg. Ziel des Heftes ist es, die meist auf den ersten Blick unzusammenhängenden Fragen zu Arten durch das Aneignen von Hintergrundwissen zu vernetzen. So zum Beispiel: Wie stark müssen Unterschiede sein, dass Lebewesen verschiedenen Arten angehören? Passen sich Arten an ihre Umwelt an? Wenn Arten sich verändern, wieso bleiben sie dann gleich? Nach dem Arbeiten mit diesem Heft sollten die Schüler:innen diese Fragen beantworten und die Antworten fachlich richtig begründen können. Aus dem Inhalt: Artbegriff definieren - Lernbereich 1: Was ist eine Art? Rolle von Genen und Umwelt auf die Variation erklären - Lernbereich 2: Unterschiede innerhalb derselben Art; Ursachen für die Veränderlichkeit der Arten verstehen - Lernbereich 3: Veränderungen von Arten; Erkenntnisse zur Veränderlichkeit der Arten auf den Menschen anwenden - Lernbereich 4: Die heutige Menschenart.
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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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digital unterrichten – Biologie -7/2022
digital unterrichten – Biologie -7/2022
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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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Warum Medikamente bei Frauen und Männern anders wirken
Medikamente werden in der Regel bei Männern und Frauen gleich hoch dosiert. Dabei gibt es nicht nur deutliche Unterschiede in Größe und Gewicht, die gesamte Biologie der Geschlechter unterscheidet sich grundsätzlich.
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Das Mikrobiom im Darm
Das Mikrobiom ist die Gemeinschaft aller Mikro-Organismen im Darm. Die Zusammensetzung ist bei jedem Menschen unterschiedlich – abhängig auch von Ernährung und Medikamenten. Das Mikrobiom ist so einzigartig wie ein Fingerabdruck.
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Evolution in Echtzeit
Eine lange oder eine kurze Lebensspanne, eine einmalige oder eine wiederholte Fortpflanzung, viele Nachkommen oder nur wenige, denen intensive Brutpflege zuteilwird – die Lebensläufe der Organismen sind vielfältig. Ebenso wie für anatomische oder Verhaltensmerkmale gilt auch für sie DOBZHANSKYS Feststellung “Nichts in der Biologie ergibt einen Sinn außer im Licht der Evolution.“ Die Life-history-Theorie erklärt die Befunde zu den Lebensläufen als Strategien, die evolutiv entstanden sind und der Fitnessmaximierung dienen. Bereits in anderen Zusammenhängen intensiv erforscht, bieten die Populationen des Guppys (Poecilia reticulata) auf Trinidad auch hierzu wertvolle Erkenntnisse. Die nachfolgenden Unterrichtsvorschläge sollen Einblick in dieses interessante Forschungsgebiet geben, die Untersuchungsmethodik hinterfragen und Gelegenheit zur Anwendung der synthetischen Evolutionstheorie bieten.
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Das marine Plankton
Dieser erste Teil der Unterrichtssequenz befasst sich mit der faszinierenden Welt des marinen Planktons und dem Einfluss des Klimawandels auf die Organismen und dessen weitreichende Folgen. Aktuelle Erkenntnisse der Meeres- und Klimaforschung weisen auf eine überragende Bedeutung der mixotrophen Planktonlebewesen hin. Anhand der toxischen Algenblüte und ihrer Folgen sowie durch die anhaltende Versauerung der Meere durch die CO2-Emissionen steigen die Lernenden am bildungsrelevanten Themenkreis in die aktuelle Klima- und Nachhaltigkeitsdebatte ein. Sie werden befähigt, dem gesellschaftlichen Diskurs zu folgen, „alternative Fakten“ und Schönfärbereien als solche zu erkennen und eine eigene, wissenschaftlich fundierte Meinung einzubringen. Die Aufgaben sind herausfordernd auf der Sachebene, laden zum selbstbestimmten Lernen ein und fördern zugleich die Kommunikations- und Argumentationsfähigkeit der Lernenden.
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Evolution aktuell
Die Evolution steht nicht still. Durch Faktoren, wie Mutation, Selektion oder Isolation, entstehen bei Individuen laufend neue Merkmale und Merkmalsvarianten. Erweisen sich diese als vorteilhaft, bleiben sie im Genpool erhalten. Sind sie dagegen nachteilig, gehen sie bald wieder verloren. Dies führt dazu, dass die Art im Laufe der Zeit evolviert. Evolution zeichnet sich im unterrichtlichen Kontext insbesondere durch seine klassischen Beispiele aus. In dieser Ausgabe liegt der Fokus da bewusst nicht nur auf aktuelle Forschungsergebnisse, die bekanntes Wissen in Frage stellen, sondern auch auf neuen Beispielen zu grundlegenden Evolutionsmechanismen. Aus dem Inhalt: Das verrückte Vogelleben – Die Erklärung der Anpassungserscheinungen des Kuckucks über ein Rätsel spannend aufbereiten; Sokotra − Galapagos des Indischen Ozeans – Neue Erkenntnisse, die verantwortungsvollen Umgang mit sich bringen; Steht die Wiege der Menschheit in Afrika? – Aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse für den Unterricht nutzen.
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SNiPs und ihr Einfluss auf das Körpergewicht
Die meisten SNiPs haben keinen Effekt auf die Körperfunktionen und die Gesundheit. Einige erhöhen jedoch das Risiko für bestimmte Krankheiten oder beeinflussen das Körpergewicht
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Die Evolution des Menschen entdecken
Mit dem Arbeitsheft entdecken Schüler:innen der Sek. I die Evolution des Menschen. Fiktive Darstellungen, Bilder und Grafiken fossiler Funde fördern das Verständnis der evolutiven Zusammenhänge. Lernaufgaben unterstützen und sichern die Bearbeitung der Inhalte. Ein Quiz verdeutlicht den eigenen Lernerfolg. Das Arbeitsheft richtet sich direkt an die Schüler:innen der Sekundarstufe I. Anhand von vielfältigen Materialien und Aufgaben erarbeiten sie sich selbstständig den aktuellen Kenntnisstand zur Evolution des Menschen: Fiktive Darstellungen der Vorfahren des Menschen und Abbildungen fossiler Funde unterstützen das Verstehen evolutiver Zusammenhänge. Lernaufgaben fördern und sichern die Bearbeitung der Inhalte. Ein Quiz gibt Feedback zum Lernerfolg. Das Arbeitsheft spannt den Bogen von den Menschenaffen bis zum Homo sapiens. Die Analyse von Schädel- und Gebissformen sowie Knochenproportionen von Fossilien verdeutlicht ursprüngliche und abgeleitete Merkmale. Am Beispiel von Australopithecus afarensis und Homo erectus werden Angepasstheiten an die Lebensweise thematisiert. Als Frühmenschengruppen stehen Neandertaler und Denisova-Menschen im Fokus. Wie viel evolutives Erbe der moderne Mensch von den Neandertalern noch heute in sich trägt, klärt die Analyse der Verwandtschaftsverhältnisse. Aus dem Inhalt: An Knochenfunden ursprüngliche und abgeleitete Merkmale untersuchen – Was können uns Fossilien sagen? Angepasstheiten an die Lebensweise ermitteln – Die frühen Vorfahren des Menschen. Migrationswege und Verwandtschaftsverhältnisse des Homo sapiens klären – Der moderne Mensch erscheint.
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Wasserhaushalt der Pflanzen
Pflanzen übernehmen eine wichtige Rolle im globalen Wasserkreislauf und sichern die Verfügbarkeit von Wasser. Die Unterrichtsideen stammen aus den Bereichen Cytologie, Ökologie und Physiologie. Sie thematisieren, wie Pflanzen ihren Wasserhaushalt in unterschiedlichen Ökosystemen regulieren, und verdeutlichen Angepasstheiten an die Lebensbedingungen. Die Unterrichtsanregungen bieten vielfältige Ansätze die Rolle der Pflanzen im globalen Wasserkreislauf zu erarbeiten: Lapbooks, Freilanduntersuchungen und Experimente bieten handlungsorientierte Zugänge. Der Einsatz von Apps verbindet digital gestützten Unterricht mit Freilandarbeit. Die Auseinandersetzung mit Klimawandel und Bodenverdichtung unterstützt Bildung für nachhaltige Entwicklung. Die Grundprinzipien von Wasseraufnahme, -leitung und -abgabe sind bei allen Pflanzen gleich. Im Laufe der Evolution haben sich spezifische Angepasstheiten an den Mangelfaktor Wasser entwickelt. Es gibt Pflanzen, die aussehen, wie in die Erde versenkte Steine. Andere Arten tolerieren lebensfeindliches Salz im Boden und benötigen es sogar zum Überleben. Für die Kulturpflanzen in Zeiten des Klimawandels ist es wichtig, einen sparsamen Wasserverbrauch umzusetzen. Erfahrungen lassen sich im Schulgarten sammeln. Zusätzlich in dieser Ausgabe: Klausuraufgabe Sek. II zur Ökologie: Globale Erwärmung der Ozeane; Klausuraufgabe Sek. II zur Cytologie/Genetik: Was die Spaltöffnungen der Pflanzen leisten; Ideen für digital gestützten Unterricht: Interaktive Videoformate für den naturwissenschaftlichen Unterricht.
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Einfluss von Fetten und Proteinen auf den Blutzuckerspiegel
Fette und Proteine beeinflussen den Blutzuckerspiegel. Zusätzlich können sie auch die Magenentleerung verzögern. Der Blutzuckerspiegel steigt dann moderater an.
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Glukoseaufnahme über den Dünndarm
Im Dünndarm spalten Enzyme die langen Molekülketten auf und setzen Glukose frei. Diese passiert die Darmwand und gelangt ins Blut, der Blutzuckerspiegel steigt. Das Hormon Insulin schleust die Glukose in die Körperzellen. Der Blutzuckerspiegel sinkt.
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