Unterrichtsmaterialien Biologie: Ganze Werke
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Biologie
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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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Fotorezeptoren und Fototransduktion
Die Lernenden begegnen dem Farbensehen auf allen Systemebenen, ausgehend vom Sehorgan Auge bis zu den molekularen Fotoreaktionen des Rhodopsins in den Membranstapeln der Zapfen. Die eigene Farbentüchtigkeit oder die weit verbreitete, genetisch bedingte Rotgrünblindheit werden in einem Sehtest erfahrbar. Die Schülerinnen und Schüler lernen, dass die Farbigkeit der Welt für jede Tierart einzigartig ist, ein Ausdruck ökologischer und genetischer Angepasstheit.
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Kohlenstoffkreislauf und Energiewende durch nachhaltige Energie
Ihre Lernenden erarbeiten und beurteilen in dieser Lerneinheit den globalen Kohlenstoffkreislauf sowie innovative, nachhaltige Alternativen zur Dekarbonisierung des Energiesektors wie das Power-to-Gas-Verfahren und Wärmespeicherkraftwerke, indem Aspekte der Biologie, Chemie und Physik miteinander verknüpft werden. Das naturwissenschaftliche Sachwissen wird in selbst gestalteten Explainity-Clips medienkompetent dargestellt.
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Aminosäurenachweis mit Ninhydrin
Dieser Beitrag stellt einen differenten Zugang zum Kennenlernen einer Nachweisreaktion von Aminosäuren dar: den Ninhydrinnachweis. Mit einem originell-kreativen Einstieg werden die Schülerinnen und Schüler vor einen kleinen schulinternen Kriminalfall gestellt und müssen diesen chemisch-forensisch lösen. Spannung ist angesagt und Neugier wird geweckt!
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Ethik in der Wissenschaft
Dürfen wir Tiere zu Forschungszwecken einsetzen? Ist es in Ordnung, Pflanzen genetisch zu verändern? Die Frage nach dem richtigen Handeln ist eng an ethische Fragen geknüpft. Lernende sollten in unserer heutigen Welt in der Lage sein, sich zu solch wichtigen gesellschaftlichen Fragen positionieren zu können. Regen Sie spannende Diskussionen an und fragen Sie sich und Ihre Klasse: „Warum erforschen wir überhaupt das Leben?“ Ethik im Biologieunterricht – spannend und unterhaltsam Wie werden Schüler:innen im digitalen Zeitalter auf neue Dinge aufmerksam? Durch Schlagzeilen in den Medien wie „Genschere – gesunde Zwillinge ohne HIV! Wissenschaftler muss dafür ins Gefängnis!“ oder „Hilfe Datenklau – medizinische Datenspende wirklich sinnvoll und sicher?“ Wie soll und kann Wissenschaft funktionieren? Die Inhalte solcher Meldungen sind eng mit ethischen Fragen verbunden. Ethik hängt immer eng mit Wissenschaft und Forschung zusammen. Aber welche interne Verantwortung tragen Wissenschaftler:innen gegenüber der Wissenschaftsgemeinschaft? Wie wird wissenschaftliches Arbeiten normiert? Und welche Verantwortung trägt die Wissenschaft gegenüber der Gesellschaft? Diesen Fragen soll mit den Beiträgen in dieser Unterricht-Biologie-Ausgabe auf den Grund gegangen werden. Lassen Sie Ihre Schüler:innen aktiv am gesellschaftlichen Diskurs um wissenschaftsethische Fragen teilnehmen. Begeistern Sie sie mit spannenden Überlegungen. Wie soll und kann Wissenschaft funktionieren? Nebenbei schulen Sie automatisch die Bewertungs- und Kommunikationskompetenz. Folgende Beiträge erwarten Sie in dieser Unterricht-Biologie-Ausgabe: Tierversuche in der Diskussion Medizinische Datenspende – Risiken und Nutzen Verwirrung um eine Virenstudie! Ein Wissenschaftler muss ins Gefängnis Hauptsache signifikant!?
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Genome Editing mit CRISPR/Cas9
Eine Revolution in der Gentechnik: CRISPR/Cas! Damit lassen sich einfach und zielgenau Schnitte im Genom setzen, um ein Gen auszuschalten oder neue Gene einzufügen. Eine bahnbrechende Entwicklung, die unzählige Lernmöglichkeiten bietet. Wichtige Zukunftsziele in greifbarer Nähe Ob klimaresistente Pflanzen, reduzierter Düngemitteleinsatz oder Therapiemöglichkeiten genetisch bedingter Erkrankungen – diese und ähnliche Ideen sind heute keine Zukunftsvisionen mehr, sondern dank des CRISPR/Cas9-Systems realistisch umsetzbare Projekte. Doch sollten wir das alles auch wirklich tun? CRISPR/Cas im Unterricht Die Ausgabe bietet eine wertvolle Ressource, um die Lernenden für die Komplexität und die Möglichkeiten der modernen Biowissenschaften zu begeistern. Die Schüler:innen … verstehen Sinn und Funktion eines CRISPR/Cas-Systems als Methode des Genome Editings; erhalten Einblicke in die Arbeit der Nobelpreisträgerinnen E. Charpentier und J. A. Doudna und; bearbeiten praxisbezogene Anwendungsbeispiele von CRISPR/Cas. Gesellschaftliche Dimensionen; Impulse für ethische Diskussionen bietet eine abschließende kritische Auseinandersetzung mit den Meinungen von Befürworter:innen und Kritiker:innen des Genome Editings.
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Netzwerk der Nervenzellen
Jedes Mal, wenn etwas Neues gelernt wird, verdichtet sich das Netzwerk aus Nervenzellen im Gehirn. Dieses Phänomen lässt sich indirekt vor allem in der Schule beobachten. Es wird anhand von Lernerfolg deutlich. Lehrkräfte fördern somit aktiv die Gehirnentwicklung Ihrer Schüler:innen – und Biologie 5–10 hilft dabei! Nervenzelle und Gehirn – Modell und Realobjekt; Durch das Bauen von Modellen, wie dem einer Nervenzelle, öffnen wir für Schüler:innen ein Tor zur Welt der Neurobiologie. Diese Methode aktiviert nicht nur, sondern ermöglicht auch differenziertes Arbeiten. So werden die komplexen Strukturen des Gehirns und dessen Funktionsweise greifbar gemacht. Die Größe und Komplexität vermitteln vor allem Realobjekte. Durch die Untersuchung eines Schweinegehirns bekommen Schüler:innen eine konkrete Vorstellung von Aufbau und Lage der einzelnen Bestandteile des Gehirns. Grenzen der Wahrnehmung spielerisch erkunden; Optische Täuschungen bieten eine faszinierende Möglichkeit, um Schüler:innen die Grenzen ihrer Wahrnehmung aufzuzeigen. Diese Erfahrungen helfen, Sinneseindrücke zu hinterfragen und die Funktionsweise eines intakten Gehirns zu verstehen. Eindrücklich Modellversuche demonstrieren zusätzlich, wie essentiell der Schutz des Gehirns vor langfristige Schäden ist, um diese Funktionen ausführen zu können. Tierische Intelligenz verstehen; Der Blick auf die kognitive Leistungsfähigkeit verschiedener Tiergruppen macht die Vielfalt und die Funktionen der Nervensysteme im Tierreich deutlich. Die Bewertung der Leistungsfähigkeit erfolgt dabei in der Regel aus rein menschlicher Perspektive ¬– ein guter Auftakt für spannende Diskussionen über Intelligenz.
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Schulgarten-Unterricht mit der GemüseAckerdemie
Immer weniger Kinder wissen, wo und wie Gemüse tatsächlich wächst. Das ist nicht verwunderlich, denn viele von ihnen haben Gemüsepflanzen noch nie in der Erde wachsen sehen. Gemüse aus dem Supermarkt ist durch die immer stärkere Industrialisierung der Landwirtschaft und unseres gesamten Ernährungssystems sowohl räumlich als auch zeitlich weitgehend von der Natur losgelöst. Unter diesen Umständen ist es für Kinder und Jugendliche schwierig, einen Bezug zur Herkunft von Lebensmitteln herzustellen und deren Produktionsprozesse nachzuvollziehen.
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Neuroenhancement
Immer mehr Menschen versuchen, ihre kognitiven Fähigkeiten mit psychoaktiven Substanzen zu steigern. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten zunächst aktuelle Gedächtnismodelle und beschäftigen sich dann mit der Wirkung von Neuroinhancern bzw. sogenannten Smart Drugs. In einem Rollenspiel wägen die Lernenden Chancen und Risiken dieser Präparate ab und werden zum Abschluss der Einheit dazu angeregt, ein eigenes Urteil zu fällen.
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Klausuraufgabe: Impfstoffe zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten
Die Frage, wie sich Infektionskrankheiten verbreiten und wie sie bekämpft werden können, beschäftigt die Menschheit nicht erst seit der COVID-19-Pandemie. Durch eine konsequente Impfkampagne nach dem Motto „Schluckimpfung ist süß, Kinderlähmung ist grausam!“ wurde im vergangenen Jahrhundert die Poliomyelitis-Pandemie nahezu ausgerottet. Die erfolgreiche Bekämpfung von Infektionskrankheiten wie Poliomyelitis sowie Corona und die Herstellung und Wirkweise von Impfstoffen kann im Unterricht mit dieser Klausuraufgabe einer Leistungskontrolle unterzogen werden.
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Die neurobiologische Wirkung eines Opioids
Durch missbräuchliche Anwendung führen Opioide zu einem heroischen Kick und machen schnell abhängig. Alle fünf Minuten stirbt in den USA ein Mensch an einer tödlichen Überdosis. Befeuert wird diese Epidemie durch legale Opioide. Wie entsteht eine Medikamentenabhängigkeit auf neurobiologischer Ebene? Dieser Frage gehen die Lernenden im Rahmen einer Fallstudie nach und erarbeiten die neurobiologische Wirkung von Opioiden. Mithilfe von selbst erstellten Explainity-Clips modellieren sie die Entwicklung einer Medikamentenabhängigkeit und erweitern auch ihre Medienkompetenz.
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Alternsforschung
Hunderte Theorien über den Alterungsprozess existieren bereits, und ständig werden neue Erkenntnisse der Alternsforschung publiziert. An ausgewählten Theorien erwerben die Lernenden grundlegende Sachkompetenzen. Auch Forschungsergebnisse aus Parabiose-Experimenten im Mausmodell zum Protein TIMP2, welches als Blutfaktor in Alterungsprozessen eine bedeutsame Rolle spielt, werden erarbeitet. Darüber hinaus wird im Rollenspiel die gesellschaftliche Perspektive auf ein gesundes, längeres Leben eingenommen sowie diesbezügliche Werte und Wünsche reflektiert. Methodisch stehen weiterhin, im konkreten Kontext der Alternsforschung, der Weg der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung im Mittelpunkt und das ethische Argumentieren, als Basis für das Fällen eines begründeten persönlichen Werturteils.
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