Unterrichtsmaterialien Biologie: Ganze Werke
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Biologie
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MINT Zirkel – Ausgabe 3, Dezember 2024
Diese Ausgabe verbindet naturwissenschaftliche Faszination mit praxisnahen Unterrichtsideen. Sie führt von gescheiterten Innovationen und den Signalen der Schwerkraft bis zu neuen Erkenntnissen aus der Gentechnik und der Klimaforschung in der Arktis. Lehrkräfte finden Impulse, wie Berufsorientierung im Mathematikunterricht gelingen, Biodiversität erlebbar und forschendes Lernen spannend umgesetzt werden kann. Außerdem zeigt die Ausgabe, wie digitale Tools wie EduQuests für Abwechslung sorgen und warum Projekte wie der Bau eines Robotergreifarms oder „Mädchen machen Mathe“ Schülerinnen und Schüler nachhaltig motivieren.
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Künstliche Selektion
Bei einem unerfüllten Kinderwunsch setzen immer mehr junge Paare auf die Hilfe von reproduktionsmedizinischen Maßnahmen. Dieser Weg ist oft durch großen persönlichen Einsatz gekennzeichnet und mit hohen Kosten verbunden. Die aktuellen Entwicklungen der Reproduktionsmedizin werden allerdings kritisch, nicht nur vor dem Hintergrund rechtlicher, sondern auch ethischer Fragen, diskutiert. Dieser gesellschaftliche, bioethische Diskurs nimmt in dieser Lerneinheit durch konkrete Fallbeispiele Gestalt an. Angeleitet finden die Lernenden ihr persönliches Werturteil und entwickeln gemeinsam eine faire Kompromisslösung in einer demokratischen Regeln folgenden Debatte.
Gesamtwerk
mRNA-Impftechnologie
Impfstoffentwicklung ist üblicherweise ein Prozess, der sich über Jahre, wenn nicht Jahrzehnte erstreckt. Beim Auftauchen des Virus SARS-CoV-2 Ende 2019 schien es daher mehr als fraglich, ob man die sich schnell entwickelnde Pandemie mit einer Schutzimpfung eindämmen könnte. Dass dies dennoch innerhalb weniger Monate gelang, lag auch an der Grundlagenforschung, die Katalin Karikó und Drew Weissman in den vorangegangenen Jahrzehnten geleistet hatten. Dieses Unterrichtsmaterial verknüpft die wissenschaftlichen Leistungen der beiden Nobelpreisträger des Jahres 2023 mit klassischen Themen wie Immunisierung und Bau der RNA der gymnasialen Oberstufe.
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Gesamtwerk
UV-Schutz mithilfe von Chemie
Viele Schülerinnen und Schüler kennen die große Bedeutung von Sonnencremes für unsere Gesundheit. Aber was sind die Inhaltsstoffe und wie genau schützen diese uns vor der UV-Strahlung? In dieser Unterrichtseinheit beschäftigen sich Ihre Schülerinnen und Schüler zunächst mit der Wirkung von UV-A- und UV-B-Strahlen auf die menschliche Haut. Anschließend lernen sie die verschiedenen Arten an UV-Filtern in Sonnencremes kennen und analysieren unterschiedliche Sonnencremes, indem sie deren Absorptionsspektren betrachten und miteinander vergleichen. Zuletzt stellen sie ihre eigene Sonnencreme her.
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Das Operon-Modell
Ihre Lernenden erarbeiten sich selbstständig mit sprachsensiblen Informationstexten und ausgewählten Erklärvideos den Aufbau und die Funktion eines Operons sowie Beispiele der Genregulation durch Substratinduktion und Endprodukthemmung. Zur Wissensüberprüfung stehen den Lernenden LearningApps, zu korrigierende Fehlertexte von ChatGPT 3.5 und ein Kahoot!-Quiz zur Verfügung. Abschließend planen und erstellen die Lernenden in eigenständiger Gruppenarbeit ein mediales Lernprodukt und bewerten das Arbeiten mit künstlicher Intelligenz.
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Faszination Mimosen
Mimosen sind mobil und auffällig lebendig. Sie faszinieren mit schnellen Bewegungen, ob tagesperiodisch autonom, als Erinnerungseffekt oder als Reaktion auf Reize. Welche Prinzipien stecken dahinter? Von Mimosen kann man einiges lernen, mit ihnen experimentieren und in vielen Kontexten anwenden! Mimosen als Forschungsobjekt Pflanzen sind Lebewesen. Das heißt, sie haben beispielsweise nicht nur einen eigenen Stoffwechsel, sondern können sich auch aus eigener Kraft bewegen. Mimosen sind hier ein anschauliches Beispiel, um Pflanzenbewegungen auf den Grund zu gehen. Doch auch Vielfalt, Nutzen und Angepasstheiten von Pflanzen an ihre Umwelt lassen sich mit Mimosen erarbeiten. Kompetenzen fördern Durch die vielseitigen Beiträge in dieser Ausgabe können … - anhand der Beobachtung Struktur-Funktions-Zusammenhänge erkannt, - beim Experimentieren Ursache-Wirkungs-Beziehungen geprüft sowie - übergeordnete Prinzipien, evolutionäre Aspekte und Mechanismen herausgestellt werden. Neugierde am Experimentieren wecken Mit ansprechend gestalteten Arbeitsanweisungen und Impulsen zum Nachdenken gehen die Schüler:innen den Eigenschaften der Mimosen auf den Grund. Sie starten mit Forschungsfragen und Hypothesen in eigene Untersuchungen und werden so in die Erkenntnis- und Wissenschaftstheorie eingeführt. Aus dem Inhalt: Fachinhalte Basiskonzepten zuordnen: Mit Mimosen fachlich und forschend lernen; Charakteristika verschiedener Pflanzenbewegungen beschreiben: Pflanzen in Bewegung Normalität oder Besonderheit?; Mit GBIF nach Mimosen recherchieren: Sensible Pflänzchen Einblicke in die vielfältige Gattung der Mimosen; Neophyten definieren und damit verbundene Probleme beschreiben: Geschätzt und bekämpft; Die ökologische Bedeutung der Mimosen Forschungsfragen und Hypothesen formulieren; Blattbewegung bei Mimosen; Über das Warum und Wozu; Fachspezifische Arbeitstechniken anwenden: Der Blattbewegung auf der Spur; Zelluläre Einblicke in Pflanzenbewegungsprozesse der Mimose; Kollaborativ ein digitales Protokoll führen: Mimose unter Beobachtung; Wer kann sie reizen?; Ein Experiment planen, durchführen, auswerten und Ergebnisse interpretieren: Mimose im Experiment; Wie schnell reagiert sie auf Reize?; Forschungsdaten erheben, auswerten und kritisch beurteilen: Mimose im Experiment Reagieren sie alle gleich?; Verwendung von Modellen verstehen: Exkurs: Mit Modellen Mimosenbewegungen ergründen.
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Flora im Wandel
Die Pflanzenwelt befindet sich im Wandel! Wir alle beeinflussen diese Entwicklung. Öffnen Sie Ihren Lernenden die Augen dafür, wie wichtig Pflanzen sind und fördern Sie das botanische Fachwissen. Nur so können Schüler:innen den Wandel entdecken und beschreiben. Initiieren Sie nachhaltiges Handeln. Kurz: Begeistern Sie Ihre Schüler:innen von der Welt der Pflanzen – und entführen Sie sie in die Welt der Gärten, Äcker und Wälder. Flora im Wandel – Was bewirkt das? Pflanzen – ein langweiliges Thema? Nein, ganz und gar nicht! An vielen Stellen lassen sich Veränderungen entdecken. Das Fichtensterben begegnet uns inzwischen überall. Im Garten hat sich eine neue, unbekannte Pflanze angesiedelt. Auf Begrünungsstreifen leuchten plötzlich die Blüten bunt blühender Blumenmischungen. Der Mensch wirkt als Verstärker für die Veränderungen der Pflanzenwelt – sei es durch das Einschleppen von Neophyten, den täglichen Anbau von Nutzpflanzen oder durch Eingriffe in das Erbgut. Auch der anthropogene Klimawandel einen großen Einfluss. Dabei sind Pflanzen Grundbestandteil unserer Ernährung, produzieren Sauerstoff und reinigen die Luft. Schon in der 5. und 6. Klasse können die Schüler:innen die Grundlagen des Wandels selbst entdecken. Die Staub- und Fruchtblätter von gefüllten Blüten sind zu Blütenblättern umgewandelt. Schön für uns, schlecht für Insekten. Die Blüten liefern keinen Nektar und Pollen mehr. Botanische Untersuchungen zeigen die Ursachen und die Lernenden leiten ab, wie sich ökologisch wertvolle Blumenbeete angelegen lassen. Samenmischungen bringen zum Teil Pflanzenarten in Lebensgemeinschaften, die da eigentlich gar nicht hingehören. Das praktische Untersuchen der Samentütchen-Inhalte bringt ab Klasse 7 Licht ins „Samentütchen-Dunkel“. Die Lernenden leiten Empfehlungen für die Verwendung von Blühmischungen ab. Ganz nebenbei trainieren sie die Methode Bestimmen. Die zeitliche Dimension der Flora im Wandel lässt sich bei unseren heimischen Wäldern ablesen. Welchen Einfluss hat die Forstwirtschaft und der Klimawandel auf das Absterben ganzer Fichtenwälder? Im Harz sind die gravierenden Spuren zu sehen. Die Schüler:innen analysieren in der Mittelstufe, Wie der Mensch damit umgehen und dabei verschiedenste Interessen berücksichtigen kann. Auch in den Alpen hinterlässt der Klimawandel sichtbare Zeichen. Eigentlich hat jede Zone eine ganz charakteristische Vegetation. Aber die Pflanzenarten „flüchten“ vor der Wärme nach oben. Anhand von Modellen finden die Oberstufen-Schüler:innen heraus, dass Kältespezialisten trotz der Flucht nach oben vermutlich nicht aussterben werden. Ebenfalls in der Oberstufe untersuchen die Lernenden, wie sich der Einsatz von transgenen Nutzpflanzen, Glyphosat und biologischer Pflanzenschutz auf die umgebende Flora auswirken. So erkennen sie den Zusammenhang zwischen dem Preis ihres Essens, Gentechnik und der Evolution heimischer Wildpflanzen. Bewerten und Nachhaltigkeit stehen dabei im Mittelpunkt. Expert:innen in Sachen Schutz der Flora Machen Sie Ihre Lernenden zu Expert:innen in Sachen Floraschutz! Nutzen Sie die Themen, die Ihnen diese Ausgabe bietet: Gefüllt oder ungefüllt?; Schöne Blütenpracht – nützlich oder gefährlich?; Ist die Fichte dem Klimawandel gewachsen?; Gentechnik verändert unsere Pflanzenwelt; Pflanzliche Gipfelstürmer. Begeistern können Sie Ihre Lernenden für sonst eher „langweilige“ Pflanzenthemen und machen Sie sie fit für das Mitreden in gesellschaftlichen Diskussionen.
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Olivenbaumsterben in Apulien
Seit 2013 lässt sich im süditalienischen Apulien ein katastrophales Olivenbaumsterben beobachten. Ursache ist eine Wirt-Parasit-Beziehung zwischen den Olivenbäumen, dem eingeschleppten Feuerbakterium und der Wiesenschaumzikade, die als Vektor fungiert. Die Lernenden erschließen die ökologische Thematik zunächst im Gruppenpuzzle, welches methodisch dem Weg der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung folgt. Im Anschluss werden die neu gewonnenen Sachkompetenzen durch die Bearbeitung eines spannenden Mysterys gefestigt und geprüft.
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Innovativer Artenschutz
Das Nördliche Breitmaulnashorn ist das am stärksten gefährdete Säugetier der Erde. Auf der ganzen Welt leben nur noch zwei Kühe, die keinen Nachwuchs austragen können. Doch kann die funktional ausgestorbene Art durch künstliche Befruchtung und Methoden der Stammzellforschung gerettet werden? Eröffnen Stammzellforschung und Reproduktionsmedizin neue Wege eines zukunftsweisenden Artenschutzes? Die Bearbeitung der komplexen bioethischen Thematik erweitert die Bewertungskompetenz.
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Klausuraufgabe: Unerfüllter Kinderwunsch und Reproduktionstechnologien
Bei unerfülltem Kinderwunsch können moderne Therapien der Testosteronsubstitution kombiniert mit reproduktionstechnologischen Maßnahmen, wie der In-vitro-Fertilisation und der Intrazytoplasmatischen Spermieninjektion, heute immer mehr Wunscheltern zu einem Baby verhelfen. Die Schülerinnen und Schüler führen eine Fallstudie durch, bestimmen die Diagnose, wählen begründend die bestmögliche Therapie und setzen sich ethisch mit dem Verbot der Kryokonservierung von Embryonen in Deutschland auseinander.
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Pflanzenernährung
Pflanzenernährung
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MINT Zirkel – Ausgabe 2, Mai 2024
Diese Ausgabe widmet sich spannenden Fragen rund um Energie, Bildung, Technologie und Gesellschaft. Sie zeigt, wie energieintensiv das Internet ist, welche Chancen Elektrolyseure für die Energiegewinnung bieten und wie E-Mobilität im Unterricht erlebbar wird. Außerdem geht es um nachhaltige Materialien, die beschleunigte Ausdehnung des Weltraums und neue Perspektiven auf Schule, Wertevermittlung und Wandel. Beiträge zu ChatGPT greifen sowohl seine Rolle in der Mathematik als auch in der Wissenschafts- und Unterrichtskommunikation auf.
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Digital Biologie unterrichten
Lehren und Lernen im Biologieunterricht digital unterstützen. Schülerinnen und Schüler leben in einer digitalisierten Welt – nur die Schulen hinken bei dieser Entwicklung bisher hinterher. Wie gelingt es, Digitalität in den Unterricht zu integrieren? Welche Werkzeuge gibt es, wie sind sie zu handhaben und wie setzt man sie gezielt für den Kompetenzaufbau im Fachunterricht ein? Zeitgemäßer Biologieunterricht muss digitale Potenziale und analoge Zugänge gleichermaßen bei der Planung und Umsetzung von Lehr-Lernprozessen berücksichtigen. Digital und analog stehen sich dabei nicht konträr gegenüber. Vielmehr geht es um das Amalgam reflexiver Entscheidungen bei der Gestaltung von Unterricht. Digital Biologie unterrichten zeigt, welche didaktisch begründbaren, methodischen Alternativen digitale Elemente zu etablierten Vorgehensweisen bieten, aber auch, wie sie prinzipiell neue Methodiken und Inhalte erschließbar machen. In enger Verbindung zu grundlegenden Fragestellungen und Themen der Biologiedidaktik bietet das Buch Informationen und Beispiele zu kognitionspsychologischen Grundlagen des Multimedia-Lernens, dem Umgang mit biologiespezifischen Technologien wie Messwerterfassungssystemen, digitalen Simulationen und Modellbildungssoftware sowie Data-Science, Möglichkeiten und Werkzeugen zur Zusammenarbeit, Präsentation und Recherche, der Nutzung digitaler Technologie an außerschulischen Lernorten, für Flipped-Classroom-Konzepte und dezentrales kooperatives Lernen sowie überfachlichen Bildungsaufgaben im Kontext von Digitalisierung. Bei alldem soll die Begeisterung für die Biologie durch erweiterte Zugangs- und Erfahrungsmöglichkeiten nicht nur virtuell sondern ganz real gefördert werden. Der Praxisband richtet sich an Studierende, Referendarinnen und Referendare sowie Berufsanfängerinnen und Berufsanfänger mit dem Fach Biologie, aber auch an erfahrene Lehrkräfte, die nach neuen Impulsen für ihren Unterricht suchen. Auch für Lehrkräfteaus- und Fortbildende ist er geeignet.
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Die Endosymbiontentheorie
Im Zentrum dieser Einheit steht ein zentrales Forschungsfeld der modernen Evolutionsbiologie: die Frage nach dem Ursprung der eukaryotischen Zellen aus prokaryotischen Vorläufern. Ihre Lernenden vergleichen pro- und eukaryotische Zellen und stellen den Bezug zu Mitochondrien und Chloroplasten her. Sie erarbeiten sich die Endosymbiontentheorie als Phagozytoseprozess und betrachten Belege dieser Theorie. Abschließend betrachten die Lernenden experimentelle Fallbeispiele aus der Zellbiologie, die den endosymbiontischen Ursprung der Mitochondrien und Chloroplasten belegen.
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RuBisCO und die Fotosynthese in der mündlichen Abiturprüfung
Die Prüflinge wenden ihr Wissen zur Stoffwechselphysiologie, Evolution und Genetik kompetent an und bereiten den Vortrag in der mündlichen Abiturprüfung vor. Aktuell ist die RuBisCO als Schlüsselenzym der Fotosynthese im Blick, welches mit einer erstaunlich geringen Effizienz arbeitet. Gentechnische Optimierungen der RuBisCO könnten einen Weg aus der drohenden Welternährungskrise aufzeigen.
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