Unterrichtsmaterialien → Biologie Sekundarstufen

Tipp der Redaktion

Immunsystem

Der Online-Kurs zeigt, wie das Immunsystem funktioniert und was man tun kann, um es für den Kampf gegen Krankheitserreger fit zu halten.

Tipp der Redaktion

Erbgut

In dieser Unterrichtseinheit behandeln die Lernenden vier numerische Chromosomenaberrationen anhand von Fallbeispielen und interaktiven Übungen.

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Nervensystem und Hormonsystem – Informationssysteme im Vergleich

Kopiervorlage

In diesem zweiteiligen Arbeitsmaterial erarbeiten die Schülerinnen und Schüler anhand von Abbildungen die wesentlichen Unterschiede zwischen dem Nerven- und dem Hormonsystem unseres Körpers und beschreiben anschließend das Zusammenwirken der beiden Systeme in einer Stresssituation. shopware_article:919 Der Bau und die Funktion von Nervenzellen sind im Themengebiet der Neurologie angesiedelt und ist klassischer Unterrichtsgegenstand in der Q3. In diesem Arbeitsmaterial wird das Nervensystem als Informationssystem des menschlichen Körpers grundlegend erarbeitet. Es bietet sich an, ein weiteres Informationssystem – das endokrine System (Hormonsystem) – als Vergleich und Ergänzung zu thematisieren. Dadurch kann zum einen die Wirkungsweise des Nervensystems besser verstanden und zum anderen grundlegende Funktionsweisen abgegrenzt und ergänzt werden. Die Wirkungsweise beider Informationssysteme bei einer Stressreaktion ist gut untersucht. Das Thema Stress zeigt eine hohe Alltagsrelevanz und wird ebenfalls in der Q3 thematisiert. Es liegt also auf der Hand, die Stresssituation als Beispiel für das Zusammenwirken beider Systeme heranzuziehen. Das vorliegende Arbeitsmaterial hilft dabei, die beiden Informationssysteme zunächst zu vergleichen und voneinander abzugrenzen. Hierfür werden folgende Grundlagen über das Nervensystem als Hintergrundwissen vorausgesetzt: Informationen werden im Gehirn verarbeitet und über elektrische Signale (Reize) von Nervenzelle zu Nervenzelle weitergegeben, bis das Zielorgan erreicht ist. Dort bewirken die Reize eine bestimmte Reaktion. Vorkenntnisse über das Hormonsystem sind nicht notwendig. Vielmehr können die Schülerinnen und Schüler durch den Vergleich zweier Abbildungen die Unterschiede zum Nervensystem erkennen und somit die Wirkungsweise des Hormonsystems grundlegend nachvollziehen. Ein zweites Arbeitsblatt baut nun auf die Erkenntnisse dieses Vergleichs auf und überträgt sie auf eine konkrete Situation, die Stresssituation. Die Lernenden können hierbei für jedes Informationssystem getrennt die Wirkungsweise in einer Stresssituation betrachten. Jedoch werden sie dabei erkennen, dass die Reaktion des Körpers als Ergebnis des Zusammenwirkens beider Systeme zu verstehen ist. Dieses zweite Arbeitsblatt könnte auch zur Binnendifferenzierung eingesetzt werden. Schnell arbeitende Schülerinnen oder Schüler können sich beispielweise mit diesem Material beschäftigen und anschließend vor der Lerngruppe ihre Ergebnisse vortragen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können fachliche Kenntnisse konzeptbezogen darstellen, strukturieren und vernetzten (F1). erschließen sich Informationen über naturwissenschaftliche Zusammenhänge (K1). können naturwissenschaftsbezogene Sachverhalte dokumentieren und präsentieren (K2). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler überführen eine Abbildung in einen Fließtext.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II

Aufbau der menschlichen Chromosomen und Karyogramm: interaktive Übungen

Interaktives

Mithilfe der interaktiven Übungen wiederholen die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen zu den Themen "Aufbau der menschlichen Chromosomen" und "Die menschlichen Chromosomen im Karyogramm". Die interaktiven Übungen dienen der selbstständigen Wiederholung, Festigung und Überprüfung des erlernten Stoffes durch die Schülerinnen und Schüler. Mithilfe der Zuordnungsaufgabe wiederholen die Schülerinnen und Schüler die Lokalisation und den Aufbau der menschlichen Chromosomen. Dazu ist die Abbildung vorgegeben und die Lernenden ordnen die Fachbegriffe Zelle, Zellkern, Chromosom, p-Arm, q-Arm, Centromer und Schwesterchromatiden den richtigen Stellen in der Abbildung zu. Die zweite Übung ist eine Zuordnung von vorgegebenen Wörtern in Lücken, die sich in einem zusammenhängenden Text befinden. Hier geht es um den Aufbau der Chromosomen, ihre Anzahl in einer gesunden menschlichen Zelle, die Begriffe Autosomen und Gonosomen, die Unterschiede zwischen weiblichen und männlichen Menschen und um die Anordnung der Chromosomen im Karyogramm. Die gleichen Inhalte werden im Lückentext behandelt, jedoch ohne vorgegebene Wörter. Leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler können auf die Zuordnung von Wörtern verzichten und direkt den Lückentext behandeln. Beim Quiz handelt es sich um 16 Multiple-Choice-Fragen, die ebenfalls die bereits genannten Themen abdecken. In allen interaktiven Übungen erhalten die Schülerinnen und Schüler abgestufte Rückmeldungen je nach ihrer Leistung: Haben sie weniger als 50 % richtige Antworten, dann bekommen sie die Empfehlung, die Übung erneut durchzuführen. Bei 51 bis 80 % haben sie die interaktive Übung bestanden, zwischen 81 und 90 % bekommen sie die Rückmeldung "Gut gemacht!" und bei über 91% richtiger Antworten erscheint ein "Sehr gut gemacht" am Ende der interaktiven Übung. Dies hilft den Lernenden, ihr Fachwissen in diesem Bereich richtig einzuschätzen und gegebenenfalls einzelne Inhalte zu wiederholen. Alternativ können die interaktiven Übungen auch in Paar- oder Gruppenarbeit durchgeführt werden. Passend zu den interaktiven Übungen gibt es die Unterrichtseinheit: Aufbau der menschlichen Chromosomen und Karyogramm .

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II

Aufbau der Desoxyribonukleinsäure (DNS/DNA)

Kopiervorlage

Bei diesem zweiseitigen Arbeitsblatt werden die Lernenden durch Lückentexte und Abbildungen zur selbstständigen Erarbeitung des Aufbaus und der Verschlüsselung der DNS beziehungsweise DNA angeregt.In diesem Arbeitsmaterial erarbeiten die Lernenden selbstständig den Aufbau der DNA als Doppelhelix sowie ihre Verschlüsselung in Bezug auf die Reihenfolge der Basen. Dabei werden sie durch Lückentexte und Abbildungen angeleitet und entdecken schrittweise den Aufbau eines Nukleotids, des DNA-Strangs und schließlich des Doppelstrangs. Sie werden dabei dazu angehalten, sich der Hilfe des Schulbuches oder des Internets zu bedienen.Vererbung und Elternschaft sind relevante Thematiken des Biologieunterrichts. Nicht nur die klassischen Vererbungsregeln nach Mendel, sondern auch Einblicke in die Grundlagen der Cytogenetik stehen dabei im Fokus. Hier lernen die Schülerinnen und Schüler die Chromosomen als eine bestimmte Form des Erbmaterials kennen, der sogenannten Transportform. Von dort ausgehend können sie nun über die andere mögliche Form, die Arbeitsform, an den Aufbau eines Riesenmoleküls herangeführt werden, der Desoxyribonukleinsäure (DNS) beziehungsweise der deoxyribonucleic acid (DNA) , was der englischen Übersetzung entspricht. Ein solches Riesenmolekül ist den Lernenden in früheren Jahrgangsstufen oder anderen Fächern noch nicht begegnet, daher sollte der Aufbau eines ebensolchen schrittweise besprochen werden. Entsprechend ist das vorliegende Arbeitsmaterial so konzipiert, dass die Lernenden zunächst dessen kleinste Baueinheit betrachten und hierfür die jeweiligen Fachtermini kennenlernen. Anschließend wird die Zusammensetzung jener Bausteine zu einem Strang und hierauf die Verknüpfung zweier Stränge zu einer Doppelhelix thematisiert. Zum leichteren Verständnis wird der oft benutzte Vergleich mit einer Strickleiter herangezogen. Mit der Erkenntnis über den Aufbau der DNA kann nun thematisiert werden, wie in diesem Riesenmolekül Informationen über verschiedene Merkmale gespeichert sein können. Hierbei erkennen die Lernenden die Bedeutung der Basenreihenfolge anhand eines Beispiels aus unserer alltäglichen Sprache. Der Umstand, dass so viele verschiedene Merkmale von noch unterschiedlicheren Lebewesen allesamt nur durch insgesamt vier verschiedene Bausteine zustande kommen, kann – falls gewünscht – bei dieser Schulstunde als einführende Problemstellung genutzt werden. Dafür muss allerdings die eben angesprochene Information vorweggenommen werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verwenden leicht zugängliche Informationsquellen (zum Beispiel Internet, Schulbibliothek, Stadtbibliothek, Zeitungen) selbständig und schätzen deren Informationswert ein, um zielgerichtet Informationen zu biologischen Fragestellungen zu erschließen. stellen biologische Sachverhalte (zum Beispiel Strukturen, Funktionen oder Zusammenhänge) dar oder überführen sie in eine sach-, adressaten- und situationsgerechte Darstellungsform (zum Beispiel Tabelle, Grafik, Zeichnung, Symbol, Text) im Hinblick auf die Zielgruppe. verwenden eine vereinfachte biologische Fachsprache, um Sachverhalte und biologische Zusammenhänge sachgerecht zu beschreiben, sie adressatengerecht weiterzugeben beziehungsweise den Basiskonzepten der Biologie zuzuordnen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können gesuchte Informationen mithilfe eines Mediums ihrer Wahl (Schulbuch oder Internet) aus der Fülle von Informationen herausfiltern.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II

Strukturelle Chromosomenaberrationen

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler strukturelle Chromosomenaberrationen kennen, die anhand von Abbildungen behandelt werden.In dieser Unterrichtseinheit geht es um die strukturellen Veränderungen, die in einem Chromosom entstehen können. Die Motivation der Lernenden erfolgt durch ein Video, das das Katzenschrei-Syndrom vorstellt. Das Video sollte jedoch nur für eine Minute und 15 Sekunden gezeigt werden, weil dann die Ursache für das Syndrom erklärt wird. Alternativ kann die Abbildung eines Betroffenen gezeigt werden und die Symptome können von der Lehrkraft vorgestellt werden. Anschließend wird das Karyogramm eines vom Katzenschrei-Syndrom Betroffenen gezeigt. Nun erfolgt die Überleitung zur Erarbeitungsphase mithilfe der Frage, wie ein solch schwerwiegendes Syndrom ohne Abweichung der Anzahl der Chromosomen zustande kommen kann. Zur Klärung der Frage bearbeiten die Schülerinnen und Schüler die Arbeitsblätter 1, 2 und 3 in Paararbeit. Die Abbildungen auf dem Arbeitsblatt sind bewusst schematisch dargestellt, um die Vorgänge bei den strukturellen Aberrationen zu veranschaulichen. Nach dieser Erarbeitungsphase werden die Ergebnisse der Schülerinnen und Schüler gesichert, indem die Lehrkraft die Ergebnisse sammelt und zum Beispiel mithilfe einer Dokumentenkamera direkt auf dem Arbeitsblatt notiert. Die Zeichnungen der Lernenden können als kurze Präsentationen ebenfalls mithilfe einer Dokumentenkamera gezeigt werden. Als Zirkelschluss wird am Ende der Stunde noch einmal das Karyogramm eines Katzenschrei-Syndrom Betroffenen gezeigt und die Schülerinnen und Schüler analysieren, um welche der eben erlernten strukturellen Chromosomenaberrationen es sich handelt (Deletion). Fehlende Gene als Ursache für die Schwere des Syndroms können ebenfalls besprochen werden. Als Hausaufgabe bietet es sich an, die Schülerinnen und Schüler nach einem Syndrom zu einer der anderen strukturellen Aberrationen recherchieren zu lassen. Die Ergebnisse könnten in der Folgestunde durch die Schülerinnen und Schüler präsentiert werden. Ergänzend oder vertiefend zur Unterrichtseinheit gibt es interaktive Übungen . Damit können die Lernenden ihre Erkenntnisse weiter festigen und wiederholen.Diese Unterrichtseinheit handelt von den strukturellen Chromosomenaberrationen. Als motivierender Einstieg wird den Schülerinnen und Schülern das Katzenschrei-Syndrom mittels Video oder Präsentation durch die Lehrkraft vorgestellt. Viele Schülerinnen und Schüler gehen nun davon aus, dass es sich um ein weiteres Beispiel für die numerischen Chromosomenaberrationen handelt. Diese Form der Chromosomenaberration sollte den Schülerinnen und Schüler zu diesem Zeitpunkt also bereits bekannt sein. Um diese Annahme zu widerlegen, wird durch die Lehrkraft das Karyogramm eines Betroffenen präsentiert, auf dem keine Abweichung der Anzahl der Chromosomen zu erkennen ist. Durch die Markierung im Karyogramm können sie jedoch spekulieren, was die Ursache für dieses Syndrom ist. Nun ist das Interesse der Lernenden geweckt und sie bekommen die Arbeitsblätter 1, 2 und 3 ausgehändigt, um mögliche Ursachen zu erforschen. Auf den Arbeitsblättern erstellen die Schülerinnen und Schüler zum einen Beschreibungen der Vorgänge während einer strukturellen Chromosomenaberration, zum anderen bekommen sie eine Beschreibung und fertigen selbst Zeichnungen an. So wird ein intensives Beschäftigen der Lernenden mit dem Unterrichtsstoff gewährleistet. In der sich anschließenden Sicherungsphase werden die Beschreibungen der Lernenden durch die Lehrkraft gesammelt, die angefertigten Zeichnungen werden durch die Schülerinnen und Schüler präsentiert. So erfährt die Klasse, dass ihre Mühe während des Anfertigens der Zeichnungen honoriert wird. Am Ende der Unterrichtsstunde wird als Zirkelschluss das Karyogramm eines Betroffenen erneut gezeigt und im gemeinsamen Gespräch wird geklärt, dass es sich beim Katzenschrei-Syndrom um eine Deletion handelt. Dies dient der Wiederholung und Festigung des in dieser Stunde Erlernten. Ergänzend zur Unterrichtseinheit gibt es interaktive Übungen . Darin können die Schülerinnen und Schüler das Erlernte festigen und wiederholen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen Deletion, Duplikation, Inversion, Insertion, Translokation und reziproke Translokation als strukturelle Chromosomenaberrationen kennen. erkennen die Ursachen dieser Chromosomenaberrationen auf chromosomaler Ebene. beschreiben die Insertion als eine Übertragung eines Mittelstücks des einen Chromosoms auf den mittleren Teil eines anderen Chromosoms. erklären die Ursache für das Katzenschrei-Syndrom mithilfe von Fachbegriffen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler präsentieren ihre Ergebnisse adressatengerecht. üben in Partnerarbeit den sozialen Umgang mit dem Partner ein. üben während der Diskussion einen respektvollen Umgang mit den Mitmenschen ein.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II

Strukturelle Chromosomenaberrationen: Interaktives Begleitmaterial

Interaktives

Mithilfe der interaktiven Übungen wiederholen die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen zum Thema "Strukturelle Chromosomenaberrationen" anhand der Beispiele Deletion, Duplikation, Inversion, Translokation, reziproke Translokation und Insertion. Die interaktiven Übungen dienen der selbstständigen Wiederholung, Festigung und Überprüfung des erlernten Stoffes durch die Schülerinnen und Schüler. Sie sind eine Ergänzung zur Unterrichtseinheit . Mithilfe der Zuordnungsaufgabe wiederholen die Schülerinnen und Schüler die Fachbegriffe für die strukturellen Chromosomenaberrationen Deletion, Duplikation, Inversion, Translokation, reziproke Translokation und Insertion. Zudem werden die Beschreibungen und Vorgänge wiederholt, die während dieser Aberrationen stattfinden. In der Zuordnungsaufgabe sind die in einem zusammenhängenden Text fehlenden Wörter vorgegeben und sollen von den Schülerinnen und Schülern zu den richtigen Lücken zugeordnet werden. Die Durchführung dieser Übung empfiehlt sich vor allem für schwächere Schülerinnen und Schüler, bevor sie den Lückentext in Angriff nehmen. Der Lückentext handelt von den gleichen Themen, nur ist hier die Schwierigkeit erhöht: Die fehlenden Wörter für die Lücken sind nicht gegeben, sondern werden von den Schülerinnen und Schülern eingegeben. Stärkere Lernende können gleich den Lückentext bearbeiten, ohne vorher die Zuordnung durchgeführt zu haben. In der zweiten Zuordnungsaufgabe sind die Aberrationen bildlich dargestellt und den Abbildungen werden die korrekten vorgegebenen Bezeichnungen zugeordnet. Dies bietet sich vor allem für die visuellen Lerntypen unter den Schülerinnen und Schülern an, weil komplett auf einen zusammenhängenden Text verzichtet wird. Zudem fördert diese Übung das genaue Betrachten der Abbildungen durch alle Schülerinnen und Schüler. In allen interaktiven Übungen erhalten die Schülerinnen und Schüler abgestufte Rückmeldungen je nach ihrer Leistung: Haben sie weniger als 50 % richtige Antworten, dann bekommen sie die Empfehlung, die Übung erneut durchzuführen. Bei 51 bis 80 % haben sie die interaktive Übung bestanden, zwischen 81 und 90 % bekommen sie die Rückmeldung "Gut gemacht!" und bei über 91 % richtiger Antworten erscheint ein "Sehr gut gemacht" am Ende der interaktiven Übung. Dies hilft den Lernenden, ihr Fachwissen in diesem Bereich richtig einzuschätzen und gegebenenfalls einzelne Inhalte zu wiederholen. Außerdem trägt das Durchführen der interaktiven Übungen zur Festigung des Erlernten bei. Alle interaktiven Übungen können auch in Paar- oder Gruppenarbeit durchgeführt werden; dies sollte im eigenen Ermessen der Lernenden liegen.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II

Attrappenversuche

Kopiervorlage

In diesem Arbeitsmaterial erörtern die Schülerinnen und Schüler die Ergebnisse von Attrappenversuchen an Silbermöwen-Küken und sie gewinnen Einsichten über einen möglichen Versuchsablauf von Attrappenversuchen. Nebenbei vertiefen sie ihr Verständnis über Schlüsselreize. Im Rahmen des Themengebiets Verhaltensbiologie in der Q3 werden sowohl im Grund- als auch im Leistungskurs angeborene und erlernte Verhaltensweisen gelehrt. Exogene und endogene Faktoren beeinflussen die proximaten Ursachen angeborenen Verhaltens. Schlüsselreize stellen dabei einen großen exogenen Faktor dar. Sie sind Reizmuster, die bei Wahrnehmung mit einer Instinkthandlung beantwortet werden. Schlüsselreize sind oft auffällig, einfach und eindeutig. Sie können visuell, akustisch oder taktiler Art sein. Bei Attrappenversuchen werden künstliche Reize verwendet. Der Schlüsselreiz wird hierbei leicht oder stark verändert. Es kann dadurch ermittelt werden, welche Merkmale oder Einzelreize das angeborene Verhalten trotzdem noch hervorrufen kann. Schlüsselreize sowie das Prinzip der Attrappenversuche sind Gegenstand des Unterrichtsstoffs in der Q3. Das vorliegende Arbeitsblatt beschreibt verschiedene Attrappenversuche zu Silbermöwen. Jungtiere picken bei Hunger an den roten Punkt an der unteren Schnabelhälfte der Mutter. Dieses Verhalten kann unmittelbar nach der Geburt beobachtet werden. Scheinbar löst der rote Punkt als Schlüsselreiz ein bestimmtes Verhalten aus. Die Zusammenhänge zwischen Bettelverhalten und dem Schlüsselreiz wurden Mitte des letzten Jahrhunderts von Nobelpreisträger Nikolaas Tinbergen untersucht. Hierfür wurden verschiedene Schnabelattrappen verwendet, wobei die Form des Schnabels oder die Farbe des Flecks variiert wurden. Das Ergebnis lässt eindeutig darauf schließen, dass das Bettelverhalten angeboren ist. Eine Instinkthandlung also, hervorgerufen durch den Schlüsselreiz des roten Punktes. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können naturwissenschaftliche Untersuchungen planen, durchführen, auswerten und Ergebnisse interpretieren (E1). reflektieren den Prozess naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung und charakterisieren die Naturwissenschaften als wissenschaftliche Disziplin (E3). erschließen sich Informationen über naturwissenschaftliche Zusammenhänge (K1). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sortieren die Informationen in einer Abbildung nach Relevanz und Fragestellung. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bringen sich mit eigenen Ideen ein und diskutieren einen gemeinsamen Lösungsvorschlag.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II

Entstehung des Ruhepotenzials

Kopiervorlage

In diesem Arbeitsmaterial erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler selbstständig und schrittweise die Entstehung des Ruhepotenzials an der Zellmembran. Dafür stehen ihnen drei zeitlich aufeinanderfolgende Abbildungen zur Verfügung. Im Rahmen des Themengebiets Neurobiologie in der Q3 werden sowohl im Grund- als auch im Leistungskurs der Bau und die Funktion der Nervenzelle gelehrt. Hierfür ist es sehr wichtig, das Ruhepotenzial und das Aktionspotenzial zu verstehen. Denn eine Nervenzelle gibt die Reize über Aktionspotenziale weiter, die wiederum nur entstehen können, wenn das Ruhepotenzial natürlicherweise vorliegt. Das Ruhepotenzial ist ein Gleichgewichtspotenzial. Es entsteht dadurch, dass der elektrische Gradient (Ladungsunterschiede zwischen dem Innen- und Außenbereich der Zelle) dem chemischen Gradienten entlang der Zellmembran (Konzentrationsgefälle verschiedener Ionen) entgegenwirkt. Es ist die Grundlage für das Verständnis des Aktionspotenzials. Mit dem vorliegenden Arbeitsmaterial können die Schülerinnen und Schüler die unterschiedliche Ionenverteilung wahrnehmen. Sie beschreiben kleinschrittig, welche Ionen sich bewegen und warum sie dies tun. So können sie mit jedem Schritt eine Triebkraft zur Entstehung des Ruhepotenzials ausmachen und das Zusammenspiel dieser Kräfte als Gleichgewichtszustand beschreiben. Dies wird allerdings nicht allen Lernenden leichtfallen. Deshalb sollte in der zu diesem Arbeitsblatt zugehörigen Schulstunde binnendifferenziert gearbeitet werden. Während leistungsstärkeren Schülerinnen und Schülern die Abbildungen ausreichen könnten, benötigen andere weitere Hilfestellungen. Dies kann durch Paararbeit statt Einzelarbeit oder über Medien – wie beispielsweise das Schulbuch oder ein Lehrvideo – geschehen. Vorrausetzung zur Bearbeitung dieses Arbeitsmaterials ist das Wissen um die Semipermeabilität beziehungsweise Selektivpermeabilität der Membran und die Diffusion. Auch die einzelnen Ionen werden nicht näher erläutert. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten naturwissenschaftliche Definitionen, Regeln, Gesetzmäßigkeiten und Theorien und wenden sie an (F2). erschließen sich Informationen über naturwissenschaftliche Zusammenhänge (K1). dokumentieren und präsentieren naturwissenschaftsbezogene Sachverhalte (K2). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler übersetzen eine Bildabfolge in einen Text. können entsprechend ihrer Selbsteinschätzung weiterführende Medien als Hilfestellung benutzen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bringen sich mit eigenen Ideen ein und erörtern einen gemeinsamen Lösungsvorschlag (für den Fall einer Paararbeit).

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II

Monosynaptischer Reflexbogen

Kopiervorlage

In diesem Arbeitsmaterial über den Reflexbogen erarbeiten die Schülerinnen und Schüler in Einzel- oder Paararbeit den Ablauf eines monosynaptischen Reflexbogens. Im Rahmen des Themengebiets Verhaltensbiologie in der Q3 wird sowohl im Grund- als auch im Leistungskurs angeborenes Verhalten gelehrt. Dabei sollen Reflexe und Erbkoordinationen schematisch behandelt werden. Dieses Arbeitsmaterial konzentriert sich auf Reflexe. Reflexe sind unwillkürliche, schnelle Reaktionen des Organismus, die neuronal vermittelt werden und immer gleich ablaufen. Ihnen zugrunde liegen einfache Reflexbögen oder komplexere Reflexkreise. Als Reaktion auf spezifische Reize spielen Sinnesorgane, Nerven und Muskeln zusammen und führen zu einer Reaktion. Mit dem vorliegenden Arbeitsblatt erarbeiten sich die Lernenden den Ablauf eines einfachen monosynaptischen Reflexbogens. Hierbei erfolgt die Verschaltung von afferenten und efferenten Neuronen auf spinaler Ebene über eine einzige Synapse im Vorderhorn des Rückenmarks. Es kommt zu einer muskulären Reaktion, beispielsweise das Vorschnellen des Beines beim Stolpern. Somit haben einige dieser angeborenen Rückenmarksreflexe eine Schutzfunktion. Sie sind nur indirekt über eine Reizkontrolle zu beeinflussen und es sind die am schnellsten ablaufenden Reflexe des Organismus. Beispiele für solche monosynaptischen Reflexe sind der Patellarsehnenreflex und der Lidschlussreflex. Der Reflexbogen als schematisches Modell gibt den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit, die Wirkungsweise des vegetativen Nervensystems und auch die Aktivitäten des zentralen Nervensystems grundlegend zu verstehen und zu verinnerlichen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten naturwissenschaftliche Definitionen, Regeln, Gesetzmäßigkeiten und Theorien und wenden sie an (F2). erschließen sich Informationen über naturwissenschaftliche Zusammenhänge (K1). können naturwissenschaftsbezogene Sachverhalte dokumentieren und präsentieren (K2). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler übersetzen eine Bildabfolge in einen Fließtext. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bringen sich mit eigenen Ideen ein und erörtern einen gemeinsamen Lösungsvorschlag (für den Fall einer Paararbeit).

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II

Sichelzellanämie – die Ursachen einer Krankheit

Kopiervorlage

In diesem Arbeitsmaterial erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler in Paararbeit die genetische Ursache der Sichelzellanämie, indem sie die Auswirkungen einer Punktmutation in einem gegebenen DNA-Abschnitt auf die Aminosäuresequenz untersuchen. Diese Aufgabe ist als Übungsaufgabe zum Vertiefen und Anwenden des Wissens über die Proteinbiosynthese gedacht und kann zur Einführung in das Thema Mutationen genutzt werden. Die Sichelzellanämie wird im Zusammenhang mit dem Themenkomplex Vererbung behandelt. Dabei geht es nicht nur um die Cytogenetik und die klassischen Vererbungsregeln nach Mendel, sondern auch um die Grundlagen der Molekulargenetik. Hier lernen die Schülerinnen und Schüler den Aufbau der DNA sowie die universellen Prinzipien der Codierung genetischer Information kennen. Daran anschließend wird überblicksweise die Proteinbiosynthese besprochen. Auch Mutationen und Erbkrankheiten werden thematisiert. Die Sichelzellanämie ist eine in der afrikanischen Bevölkerung häufig auftretende Erbkrankheit, die ihre Ursachen in der Molekulargenetik hat: Auf dem Gen der β-Globin-Protein-Untereinheit des Hämoglobins auf Chromosom 11 liegt an sechster Position eine Punktmutation vor, sodass statt Glutaminsäure die Aminosäure Valin verwendet wird. Die Erythrozyten, die dieses veränderte Hämoglobin tragen, verformen sich bei Sauerstoffarmut zu der typischen Sichelform. Im tropischen Afrika sind bis zu 40 % der Bevölkerung davon betroffen. Die Krankheit kann homozygot (alle β-Ketten betroffen) oder auch heterozygot (nur ein Teil der β-Ketten betroffen) vorkommen. Entsprechend treten die Krankheitssymptome unterschiedlich stark auf. Das vorliegende Arbeitsmaterial hilft dabei, die komplexen Vorgänge der Proteinbiosynthese zu verinnerlichen und vereinfacht anzuwenden. Dafür werden die Vorgänge des Prozesses an dem konkreten Beispiel Sichelzellanämie wiederholt. Den Lernenden liegt ein kurzer DNA-Abschnitt von gesunden und erkrankten Personen vor, den sie schrittweise angeleitet in Aminosäuresequenzen übersetzen. Dabei erkennen sie den Austausch der Aminosäure als Ursache der Krankheit und lernen so Punktmutationen und ihre Folgen kennen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stellen biologische Sachverhalte (zum Beispiel Strukturen, Funktionen oder Zusammenhänge) dar oder überführen sie in eine sach-, adressaten- und situationsgerechte Darstellungsform im Hinblick auf die Zielgruppe. verwenden eine vereinfachte biologische Fachsprache, um Sachverhalte und biologische Zusammenhänge sachgerecht zu beschreiben, sie adressatengerecht weiterzugeben beziehungsweise den Basiskonzepten der Biologie zuzuordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bringen sich mit eigenen Ideen ein und diskutieren einen gemeinsamen Lösungsvorschlag. können entsprechend ihrer Selbsteinschätzung weiterführendes Material bearbeiten.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Numerische Chromosomenaberrationen: Interaktive Übungen

Interaktives

Mithilfe der interaktiven Übungen wiederholen die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen zum Thema "Numerische Chromosomenaberrationen" anhand der Beispiele Down-Syndrom, Edwards-Syndrom, Turner-Syndrom und Klinefelter-Syndrom.Die interaktiven Übungen dienen der selbstständigen Wiederholung, Festigung und Überprüfung des erlernten Stoffes durch die Schülerinnen und Schüler. Sie sind eine Ergänzung zur Unterrichtseinheit "Numerische Chromosomenaberrationen" . Mithilfe der Zuordnungsaufgabe wiederholen die Schülerinnen und Schüler die normale Anzahl an Chromosomen beim Menschen und die Abweichungen der Chromosomenanzahl beim Down-Syndrom, beim Edwards-Syndrom, beim Turner-Syndrom und beim Klinefelter-Syndrom. Zudem werden die korrekten wissenschaftlichen Bezeichnungen der genannten Syndrome und der korrekte Karyotyp des jeweiligen Syndroms wiederholt. Dies erfolgt durch die Zuordnung vorgegebener Wörter in die Lücken eines zusammenhängenden Textes. Die gleichen Themen werden im Lückentext behandelt, jedoch werden hier die Lücken im Text ohne vorgegebene Wörter gefüllt. Hier ist eine Möglichkeit zur Binnendifferenzierung gegeben: Leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler können den Lückentext ohne vorgegebene Wörter bearbeiten, die anderen können sich zuerst mit der Zuordnung und anschließend mit dem Lückentext beschäftigen. Das Quiz besteht aus insgesamt 17 Quizfragen in Form von Multiple-Choice- und True/False-Fragen. Hier werden die gleichen Themen wie in der Zuordnungsaufgabe beziehungsweise dem Lückentext behandelt. In einer weiteren interaktiven Übung liegt ein Karyogramm vor, indem sich fünf Abweichungen von einem normalen Karyogramm befinden. Die Aufgabe besteht hier darin, alle Abweichungen zu finden und durch Antippen zu markieren. In allen interaktiven Übungen erhalten die Schülerinnen und Schüler abgestufte Rückmeldungen je nach ihrer Leistung: Haben sie weniger als 50 % richtige Antworten, dann bekommen sie die Empfehlung, die Übung erneut durchzuführen. Bei 51 bis 80 % haben sie die interaktive Übung bestanden, zwischen 81 und 90 % bekommen sie die Rückmeldung "Gut gemacht!" und bei über 91 % richtiger Antworten erscheint ein "Sehr gut gemacht" am Ende der interaktiven Übung. Dies hilft den Lernenden, ihr Fachwissen in diesem Bereich richtig einzuschätzen und gegebenenfalls einzelne Inhalte zu wiederholen. Außerdem trägt das Durchführen der interaktiven Übungen zur Festigung des Erlernten bei. Alle interaktiven Übungen können auch in Paar- oder Gruppenarbeit durchgeführt werden, dies sollte im eigenen Ermessen der Lernenden liegen.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II

Numerische Chromosomenaberrationen

Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit handelt von numerischen Chromosomenaberrationen, die anhand von vier Fallbeispielen behandelt werden. Die Unterrichtseinheit wird durch interaktive Übungen ergänzt.In dieser Unterrichtseinheit geht es um die unterschiedlichen Syndrome, die durch das Fehlen eines X-Chromosoms (Turner-Syndrom), das zusätzliche Vorhandensein eines X-Chromosoms (Klinefelter-Syndrom) oder das zusätzliche Vorhandensein des 18. beziehungsweise 21. Chromosoms (Edwards- oder Down-Syndrom) ausgelöst werden. Die Motivation der Lernenden erfolgt durch Abbildungen von vier teilweise hypothetisch betroffenen Menschen. Nachdem das Vorwissen der Schülerinnen und Schüler zu den Syndromen, vor allem zum Down-Syndrom, erfragt wurde, bearbeiten sie in arbeitsteiliger Gruppenarbeit die Arbeitsblätter 1 bis 4 (pro Gruppe ein Arbeitsblatt). Jede Gruppe bekommt jeweils das Arbeitsblatt eines Syndroms. Auf den Arbeitsblättern 1 bis 4 analysieren die Lernenden das abgebildete Karyogramm des jeweiligen Syndroms und kreuzen dann nach Diskussion der vorgegebenen Antworten die richtigen Aussagen dazu an. Anschließend übertragen sie ihre Ergebnisse auf die richtige Spalte in der Tabelle auf einer Übersichtsseite. Danach wird pro Gruppe ein Sprecher/eine Sprecherin ausgesucht, der/die die Ergebnisse der Gruppe den anderen Gruppen präsentiert. Die vorgetragenen Ergebnisse werden von den Schülerinnen und Schülern während der Präsentationen in ihre Tabelle übernommen. Am Ende der Stunde erfolgt eine Zusammenfassung, bei der die Bilder der Betroffenen erneut gezeigt werden und es wird jeweils durch eine Schülerin oder einen Schüler mündlich zusammengefasst, welche Abweichungen vorliegen und wie sich diese auswirken. Außerdem werden die Regeln für das Erstellen des wissenschaftlichen Namens und des Karyotyps wiederholt. Ergänzend oder vertiefend zur Unterrichtseinheit gibt es interaktive Übungen . Damit können die Lernenden ihre Erkenntnisse weiter festigen und wiederholen.Gegenstand dieser Unterrichtseinheit ist das Fehlen beziehungsweise das dreifache Vorliegen verschiedener Chromosomen beim Menschen. Es bietet sich an, zu Beginn der Stunde das menschliche Karyogramm und die Anzahl und Anordnung der Chromosomen darin zu wiederholen, um das Vorwissen der Lernenden zu aktivieren. Hier sollte auch auf den Begriff "Karyotyp" eingegangen werden und auf die Aussagen, die hinter dem Karyotyp "46, XX" und "46, XY" stehen. Denkbar wäre auch eine Wiederholung des Vorwissens allein mit der Präsentation der beiden Karyotypen, indem die Lernenden erklären, welche Informationen hinter diesen kurzen Bezeichnungen stecken. Anschließend folgt als motivierender Einstieg die Abbildung der vier Betroffenen von den Arbeitsblättern mit der Frage, worunter sie leiden könnten. Dabei fällt den Schülerinnen und Schülern zumeist auf, dass zwei Betroffene ganz gesund aussehen, während man den anderen beiden ansehen kann, dass sie unter einer Krankheit leiden. Da einige Lernende in ihrem Bekanntenkreis Menschen mit Trisomie 21 haben könnten, fallen hier oft schon die Begriffe Down-Syndrom, Trisomie 21 oder Chromosomenfehler, ohne dass ihnen genau bekannt wäre, was die Ursache dafür ist. Dadurch erfolgt die Überleitung zur Erarbeitungsphase, in der die Jugendlichen in vier Gruppen eingeteilt werden. Jede Gruppe bekommt jeweils ein Syndrom zugeteilt. Die Lernenden analysieren in ihrer Gruppe gemeinsam das auf ihrem Arbeitsblatt dargestellte Karyogramm und kreuzen die richtigen Antworten an. Der Vorteil der Gruppenarbeit liegt hier darin, dass es für manche Schülerinnen und Schüler schwierig sein könnte, die richtigen Antworten zu finden. In der Gruppe hingegen gelangen die Lernenden durch Diskussionen und Erklären untereinander zuverlässig zu den richtigen Lösungen. Außerdem werden während der Gruppenarbeit die sozialen Kompetenzen der Lernenden geschult. Nachdem die Gruppen ihre Erkenntnisse auf die Tabelle auf der Übersichtsseite übertragen haben, wird pro Gruppe eine Sprecherin oder ein Sprecher auserkoren, die/der den anderen Lernenden die Ergebnisse präsentiert. Dadurch machen die Präsentierenden die Erfahrung, dass ihre Arbeit während der Gruppenarbeit sinnvoll ist und geschätzt wird. Zudem wird das Präsentieren geübt. Am besten ist hierfür zum Beispiel die Präsentation des Arbeitsblattes unter der Dokumentenkamera geeignet. Die Ergebnisse werden von den Schülerinnen und Schülern in ihre Tabellen übernommen. Am Ende der Stunde erfolgt eine Schlusszusammenfassung, indem die Abbildungen der Betroffenen erneut gezeigt werden und einzelne Schülerinnen und oder Schüler jeweils die Abweichungen der Chromosomen und die Auswirkungen wiederholen. Dies dient der Festigung des in dieser Stunde Erlernten. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich die chromosmalen Ursachen von Down-, Edwards-, Turner- und Klinfelter-Syndrom. lernen zwei Symptome je Syndrom kennen. erklären das Zustandekommen des wissenschaftlichen Namens und des Karyotyps der Syndrome. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler präsentieren ihre Ergebnisse adressatengerecht. üben in Gruppenarbeit den sozialen Umgang mit den Gruppenmitgliedern ein. üben während der Diskussion einen respektvollen Umgang mit den Mitmenschen ein.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt
  • Sekundarstufe II

Whitepaper: Bildung nachhaltig transformieren

Fachartikel

Die Digitalisierung hat alle Lebensbereiche, auch die moderne Bildung, erreicht. Das Conrad Education Team, erfahrener Technik-Experte und Lösungsanbieter im Education-Bereich, arbeitet mit unterschiedlichsten Bildungseinrichtungen zusammen und zeigt: Diese können voneinander lernen und von ihren Erfahrungen profitieren. Im neuen, umfangreichen Whitepaper "Bildung transformieren – für eine nachhaltige Digitalisierung" kommen Verantwortliche aus drei Bildungsbereichen im Rahmen von ausführlichen Best-Practice-Beispielen zu Wort und berichten von ihren Erfahrungen.Längst hat die Digitalisierung alle Lebensbereiche erreicht und spätestens seit der Corona-Pandemie ist klar: Moderne Bildung geht nicht ohne. Mit Mitteln aus dem DigitalPakt ist vielerorts der Anfang gemacht – die erforderlichen Infrastrukturen wurden ausgebaut und digitale Endgeräte angeschafft. Doch wie kann die Digitalisierung im Bildungsumfeld weiter ausgebaut und nachhaltig in den schulischen und außerschulischen Alltag integriert werden, sodass Lernerlebnisse mehr Relevanz und Lebensweltbezug erhalten, Lernende aller Altersklassen auch in Zukunft davon profitieren und digitales Equipment Lehrkräften langfristig Flexibilität und Zeitersparnis bei der Unterrichtsgestaltung bringt.

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