Unterrichtsmaterialien Biologie: Ganze Werke
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Biologie
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Modellierung der translationshemmenden Wirkung
Ein Mord wie im Spionagefilm: Georgi Markow, ein regimekritischer Autor aus Bulgarien, der 1978 in London für die BBC arbeitet, spürt in der rechten Wade einen stechenden Schmerz und sieht einen Mann mit einem Regenschirm davoneilen. Drei Tage später ist er tot. Der Regenschirmmörder hat ihm eine tödliche Dosis Rizin injiziert. Deutschland 2020: ein Ehepaar wird zu langen Haftstrafen verurteilt. Der Rizin-Bomber und seine Komplizin wollen mit dem hochgiftigen Biokampfstoff Rizin, verpackt in einer Splitterbombe, möglichst viele Menschen töten. Doch was genau ist Rizin? Wie und wo wirkt es? Rizin, das toxische Protein aus den Samen der Rizinus-Pflanze, dem Wunderbaum, zählt zu den stärksten biologischen Giften. In dieser Lerneinheit erarbeiten und modellieren Ihre Schülerinnen und Schüler die molekularbiologische Vergiftungsdynamik des Translationshemmers Rizin. Am spannenden Kontext wird die Translation, als Teilprozess der Proteinbiosynthese, kompetenzorientiert vertieft. Am Beispiel
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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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Klausurvorschlag zur Humanevolution
In dieser Klausuraufgabe werden Ihre Schülerinnen und Schüler dazu herausgefordert, ihr Fachwissen zur Humanevolution, zur Molekulargenetik und zu grundlegenden Methoden der Paläogenetik auf konkrete aktuelle Forschungsfragen und Ergebnisse anzuwenden. Anhand wissenschaftlicher Daten ist die interessante Frage nach der verwandtschaftlichen Beziehung des modernen Menschen und des Neandertalers zu klären.
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Gesamtwerk
Umwelteinflüsse als Selektionsfaktoren
Evolutionsprozesse entziehen sich meist der direkten Beobachtung, da Veränderungen der Zusammensetzung von Populationen über viele Generationen erfolgen. Computergestützte Simulationen bieten die Möglichkeit, Hypothesen zum Anpassungswert von Mutationen im Modell zu testen. Die in dieser Einheit verwendeten Simulationen involvieren die Schülerinnen und Schüler in die dynamische Veränderung von Modellpopulationen. Neben der motivierenden Wirkung fördert diese Form der Auseinandersetzung mit dem Thema Evolution das Verständnis für die Bedeutung der Abfolge von Generationen und den Einfluss von Umgebungsparametern auf die Individuen der Population.
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Biochemie
Biochemie kurz gefasst. Das Basiswissen der Biochemie verständlich und kompakt zusammengefasst: Kompartimentierung von Zellen und selektiver Transport über biologische Membranen - Funktionsweise und Einteilung der Enzyme - Assimilation von Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel - Zusammensetzung und Eigenschaften von Kohlenhydraten, Lipiden und Proteinen - Genetischer Code und Genexpression. utb basics - Lehrbücher mit einem klaren Konzept: Definitionen, Beispiele und Zusammenfassungen erleichtern den Überblick; Testfragen fordern das Verständnis; Tabellen und zahlreiche Farbabbildungen machen Fakten deutlich; ideal für die Prüfungsvorbereitung.
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Energie in Natur und Technik
Energie lässt sich weder einfach beschreiben noch einordnen. Mittlerweile ist es Konsens, dass es keine allgemeingültige Definition von Energie gibt. Mit dem Energieformen- und dem Energieträger-Konzept sollen sie den Schülerinnen und Schülern in Natur und Technik nähergebracht werden. Gerade naturnahe Techiken aus dem modernen Alltag, wie die Biogasanlage im Nachbardorf oder die Fotovoltaikanlage auf dem eigenen Dach, betonen heute tagtäglich die Energie, die in der Natur steckt. Bei einer solchen Lebewelt der Schülerinnen und Schüler lohnt es sich, Energie in Natur und Technik im Biologieunterricht zu beleuchten. Gemeinsam können Sie betrachten, wie die Energie in der Natur fließt und wie wir sie heute schon für uns nutzbar machen. In unseren Unterrichtsvorschlägen zeigen wir Ihnen, wie sich das Thema Energie im Biologieunterricht auf verschiedene Weise integrieren lässt! Aus dem Inhalt: Auf dem Schulhof stehen Fabriken! – Ein Mystery zu den Grundlagen der Fotosynthese; Energie vom Acker: Segen? Fluch? – Wissen über Biogasanlagen interaktiv erarbeiten und ihren Einsatz ökologisch bewerten; Nahrung und Energie aus Algen – Aktuelle Forschungsprojekte und Produktionsverfahren kennenlernen.
Gesamtwerk
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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Naturschutz auf neuen Wegen
Wie kann der Mensch der ständig wachsenden Bedrohung durch die drastischen Veränderungen auf unserem Bioplaneten Erde begegnen? Welche neuen innovativen Konzepte gibt es für den Naturschutz? Lassen sich durch Naturschutz sogar neue Pandemien wie die COVID-19-Pandemie verhindern? In diesem Heft werden verschiedene Beispiele vorgestellt und kritisch hinterfragt. Die Unterrichtsmodelle in diesem Heft zeigen, wie Naturschutz auf neuen Wegen gestaltet werden kann. Die praktische Umsetzung erfolgt in zwei Unterrichtseinheiten, zum einen durch die Begrünung von Städten am Beispiel selbst gebauter begrünter Hochhausmodelle und zum anderen durch die Einrichtung von Eh-da-Flächen. Dabei werden neue Lebensräume geplant oder geschaffen und die Biodiversität gefördert. Auch theoretisch kann das Thema "innovativer Naturschutz" sehr spannend sein. Was passiert beispielsweise, wenn Tiere wie der Nandu auf einmal bei uns durch versehentliche menschliche Aktivitäten heimisch werden? Ist der Nandu als Neozoon bei uns wirklich besonders schützenwert oder eher doch nicht? Wie lässt sich die assistierte Evolution bewerten, bei der der Mensch als eine Art „Designer“ aktiv in die Entwicklung der Korallenriffe eingreift, um sie zu schützen. Welche Rolle spielt der Erhalt tropischer Regenwälder für die Entwicklung neuartiger Pandemien und was verbirgt sich hinter dem Begriff Verdünnungseffekt der Arten? Mit diesen Themen beschäftigten sich die Beiträge in diesem Heft.
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Zoonosen
Eine aktuelle internationale Studie hat ergeben: Schülerinnen und Schüler wissen nur sehr wenig über Zoonosen! Dabei werden mehr als 60 % der rund 1700 auf den Menschen übertragbaren Infektionskrankheiten von Tieren übertragen. Grund genug, einige davon genauer unter die Lupe zu nehmen. Nach einer allgemeinen Einführung in das Thema, erhalten die Schülerinnen und Schüler einen Überblick über bedeutende Zoonosen und ihre Erreger. Es werden Verbreitung, Übertragungswege und Ursachen ihrer Entstehung beleuchtet. Dabei wird auch klar: Der Mensch spielt durch seine Eingriffe in Ökosysteme in diesem Gefüge eine wesentliche Rolle. Aufgaben am Ende jedes Beitrags fragen die wichtigsten Fakten nochmals ab und festigen das Verständnis über Krankheitserreger unserer Zeit. Zum Inhalt: Aus dem Wald vertrieben: Malaria; Biodiversität schützen: Borreliose; The good, the bad and the ugly: Corona.
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Epigenetik
Die Epigenetik ist eine noch junge Forschungsdisziplin. Sie erklärt den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Aktivität von Genen und den Phänotyp. Durch ausgedehnte molekularbiologische Forschung erhofft man, einen Beitrag zum Gesundheitsschutz der Bevölkerung zu erzielen. In dieser Klausuraufgabe bearbeiten die Schülerinnen und Schüler Forschungsergebnisse zum Einfluss verschiedener Allele des Agouti-Genlocus auf die Ausprägung der Fellfarbe von Mäusen. Experimente belegen den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Ausprägung von Merkmalen und zeigen die Grenzen der klassischen Vererbungsregeln nach Mendel auf. Die Schülerinnen und Schüler beurteilen die Relevanz epigenetischer Befunde für den Menschen und beziehen Stellung zur Gültigkeit der Evolutionstheorie nach Lamarck.
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Menschenrechte für Menschenaffen?
Unsere nächsten lebenden Verwandten sind uns ähnlicher, als es auf den ersten Blick scheint. Während morphologische und verhaltenspsychologische Unterschiede eine größere genetische Differenz vermuten lassen, ist der genetische Unterschied zwischen Menschenaffen und dem Menschen in Wirklichkeit äußerst gering. Diese Lernaufgabe widmet sich der interessanten ethischen Frage, ob Menschenaffen hinreichend Mensch sind, um individuelle Rechte in Form von Menschenrechten zugesprochen zu bekommen.
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Biologie-Classroom-Escape
Bei diesem Classroom Escape handelt es sich um ein Konzept, welches Fachinhalte mit intelligentem Üben und spielerischem sowie kooperativem Lernen verbindet. Das Konzept greift den aktuellen Trend der Live Escape Games auf und bringt diese Begeisterung in den Klassenraum. Der Beitrag liefert ein erprobtes Praxisbeispiel. Der vorgestellte Classroom Escape kann im Ganzen oder in Teilen in den eigenen Unterricht übernommen werden. Das Beispiel soll interessierte Kolleginnen und Kollegen ermutigen, selbst Rätsel zu kreieren und in den eigenen Unterricht einzubringen.
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MINT Zirkel - Ausgabe 2, Mai 2021
Wie sich die Sprache der mathematischen Formeln entwickelte, was ihr beachten müsst, wenn ihr Fotos und Bilder für Unterrichtsmaterialien nutzen wollt, wie ein Schulvivarium den Unterricht belebt und vieles Weitere, erfahrt ihr in der neuen Ausgabe des MINT Zirkel. Außerdem dürft ihr euch auf die Arbeitsblätter „Borkenkäfer: Schädling oder Nützling“ und „Globales Erwärmungspotenzial von Baustoffen“ freuen. Schaut doch mal rein!
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digital unterrichten – Biologie -5/2021
digital unterrichten – Biologie -5/2021
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Natürliche Intelligenz vs. künstliche Intelligenz (KI)
Die menschliche Intelligenz hat etwas Faszinierendes. Was macht uns eigentlich intelligent, und was ist unter Intelligenz überhaupt zu verstehen? Während die Wissenschaft auf diese Frage noch keine endgültige Antwort gefunden hat, wird im Bereich der künstlichen Intelligenz bereits seit mehreren Jahrzehnten versucht, Maschinen mit Intelligenz auszustatten. Dabei orientieren sich die Forscher auch ganz konkret am menschlichen Gehirn. Werden Maschinen also nun bald so intelligent sein wie wir? Was kann diese künstliche Intelligenz, was kann sie nicht? Diese Lernaufgabe widmet sich der komplexen Thematik und macht künstliche Intelligenz (KI) auch praktisch erfahrbar. Ihre Schülerinnen und Schüler führen beispielsweise selbst einen Turing-Test durch und trainieren ein künstliches neuronales Netz.
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