2 Kompetenzbereiche, Inhaltsfelder und Kompetenzerwartungen

Die in den allgemeinen Aufgaben und Zielen des Faches beschriebene übergreifende fachliche Kompetenz wird ausdifferenziert, indem fachspezifische Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder identifiziert und ausgewiesen werden. Dieses analytische Vorgehen erfolgt, um die Strukturierung der fachrelevanten Prozesse einerseits sowie der Gegenstände andererseits transparent zu machen. In den Kompetenzerwartungen werden beide Seiten miteinander verknüpft. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der gleichzeitige Einsatz von Können und Wissen bei der Bewältigung von Anforderungssituationen eine zentrale Rolle spielt.

Kompetenzbereiche repräsentieren die Grunddimensionen des fachlichen Handelns. Sie dienen dazu, die einzelnen Teiloperationen entlang der fachlichen Kerne zu strukturieren und den Zugriff für die am Lehr-Lern-Prozess Beteiligten zu verdeutlichen.

Inhaltsfelder systematisieren mit ihren jeweiligen inhaltlichen Schwerpunkten die im Unterricht der Einführungs- und Qualifikationsphase verbindlichen und unverzichtbaren Gegenstände und liefern Hinweise für die inhaltliche Ausrichtung des Lehrens und Lernens.

Kompetenzerwartungen führen Prozesse und Gegenstände zusammen und beschreiben die fachlichen Anforderungen und intendierten Lernergebnisse, die auf zwei Stufen bis zum Ende der Qualifikationsphase erreicht werden sollen. Kompetenzerwartungen

• beziehen sich auf beobachtbare Handlungen und sind auf die Bewältigung von Anforderungssituationen ausgerichtet,
• stellen im Sinne von Regelstandards die erwarteten Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten auf einem mittleren Abstraktionsgrad dar,
• ermöglichen die Darstellung einer Progression vom Anfang bis zum Ende der Qualifikationsphase und zielen auf kumulatives, systematisch vernetztes Lernen,
• können in Aufgabenstellungen umgesetzt und überprüft werden.

Insgesamt ist der Unterricht an Abendgymnasien und Kollegs nicht allein auf das Erreichen der aufgeführten Kompetenzerwartungen beschränkt, sondern er soll es Studierenden ermöglichen, diese weiter auszubauen und darüber hinausgehende Kompetenzen zu erwerben.

2.1 Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder des Faches

Der Biologieunterricht in der Einführungs- und Qualifikationsphase ermöglicht den Erwerb von Kompetenzen, die für eine vertiefte biologisch-naturwissenschaftliche Bildung erforderlich sind.

Kompetenzbereiche

Für naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsprozesse werden Kompetenzen aus mehreren, nicht immer scharf voneinander abzugrenzenden Bereichen benötigt. Dieser Kernlehrplan unterscheidet die vier Kompetenzbereiche Umgang mit Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation sowie Bewertung.

Umgang mit Fachwissen Der Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen bezieht sich auf die Fähigkeit, biologische Konzepte zur Lösung von Aufgaben und Problemen in fachbezogenen Anwendungsbereichen auszuwählen und zu nutzen. Dazu ist ein tiefes Verständnis ihrer Bedeutung notwendig, was u. a. die Kenntnis von Eigenschaften, theoretischen Einbettungen oder funktionalen Zusammenhängen, Gültigkeitsbereichen, Beispielen für die Tragfähigkeit bestimmter Konzepte sowie von verknüpften Handlungsmöglichkeiten beinhaltet. Für einen sicheren Zugriff auf vorhandenes und für die Erschließung und Integration von neuem Fachwissen ist es außerdem erforderlich, das Wissen sinnvoll zu organisieren und zu strukturieren.

Erkenntnisgewinnung Der Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung beinhaltet die Fähigkeiten und methodischen Fertigkeiten von Studierenden, naturwissenschaftliche Fragestellungen zu erkennen, diese mit Experimenten und anderen Methoden hypothesengeleitet zu untersuchen und Ergebnisse zu verallgemeinern. Naturwissenschaftliche Erkenntnis basiert im Wesentlichen auf einer Modellierung der Wirklichkeit. Modelle, von einfachen Analogien bis hin zu mathematisch-formalen Modellen und Theorien, dienen dabei zur Veranschaulichung, Erklärung und Vorhersage. Eine Reflexion der Erkenntnismethoden verdeutlicht den besonderen Charakter der Biologie mit ihren spezifischen Denk- und Arbeitsweisen und grenzt sie von anderen Möglichkeiten der Weltbegegnung ab.

Kommunikation Der Kompetenzbereich Kommunikation beschreibt erforderliche Fähigkeiten für einen produktiven fachlichen Austausch. Kennzeichnend dafür ist, digitale und analoge Informationsquellen selbstständig zu suchen, kritisch auf ihre Seriosität zu prüfen und verwendete Quellen ordnungsgemäß zu dokumentieren. Dazu gehört, Informationen zu selektieren, sie zu versprachlichen und zu verschriftlichen sowie gebräuchliche Darstellungsformen wie Tabellen, Graphiken und Diagramme zu beherrschen und bewährte Regeln der fachlichen Argumentation einzuhalten. Charakteristisch für die Biologie als Naturwissenschaft sind außerdem das Offenlegen eigener Überlegungen, die Bereitschaft, eigene Gedanken und Untersuchungsergebnisse einer fachlichen Kritik zu stellen, und die kritische Auseinandersetzung mit anderen Standpunkten und Vorstellungen.

Bewertung Der Kompetenzbereich Bewertung bezieht sich auf die Fähigkeit, ethisch überlegt zu urteilen. Dazu gehört, Kriterien und Handlungsmöglichkeiten sorgfältig zusammenzutragen und gegeneinander abzuwägen. Auf dieser Grundlage ist es möglich, rationale und begründete Entscheidungen zu treffen und dafür zielführend Position zu beziehen. Für gesellschaftliche und persönliche Entscheidungen sind diesbezüglich die Kenntnis und Berücksichtigung von Normen, Werten und Fakten bedeutsam, nach denen Interessen und Folgen biologischer Forschung beurteilt werden können. Es ist jedoch auch notwendig, die Chancen für biologische Problemlösungen einschätzen zu können und zu erkennen, wo vor allem naturwissenschaftliche, biomedizinische und biotechnische Erkenntnisse an ihre Grenzen stoßen.

Inhaltsfelder

Kompetenzen sind nicht nur an Kompetenzbereiche, sondern immer auch an fachliche Inhalte gebunden. Eine vertiefte biologisch-naturwissenschaftliche Bildung soll deshalb mit Blick auf die nachfolgenden Inhaltsfelder entwickelt werden.

Einführungsphase

Inhaltsfeld 1 Biologie der Zelle Die Zelle als Grundbaustein des Lebens besitzt Strukturen, die ein eigenständiges und selbsterhaltendes System ermöglichen. Im Inhaltsfeld „Biologie der Zelle“ sind deshalb naturwissenschaftliche Fragestellungen und experimentelle Daten zum Zellaufbau, insbesondere zu Struktur und Funktion des Zellkerns, aber auch zu zellulären Vorgängen im Plasma und an Biomembranen Schwerpunkte. Ein Verständnis dieser Zusammenhänge bildet die Grundlage für biomedizinische und biotechnische Anwendungen.

Inhaltsfeld 2 Energiestoffwechsel Alle Zellen benötigen Energie, um ihre spezifischen Aufgaben zu erfüllen. Das Inhaltsfeld „Energiestoffwechsel“ bezieht sich auf die Energieumwandlung im Bereich der Dissimilation. Mithilfe enzymatischer Reaktionen laufen Energie liefernde Prozesse ab, die die Grundlage physiologischer Vorgänge bilden. Kenntnisse zur Enzymatik werden auch für biotechnische und biomedizinische Prozesse genutzt.

Qualifikationsphase

Inhaltsfeld 3 Genetik Im Inhaltsfeld Genetik werden die Steuerung biochemischer Stoffwechselprozesse in Zellen, die Regulation und Veränderung von Genen sowie die Weitergabe genetischer Strukturen behandelt. Entwicklungs- und Differenzierungsvorgänge im lebenden Organismus lassen sich somit als Resultat zellulärer Ursache- Wirkungsbeziehungen zwischen Strukturen beschreiben. Genetisch bedingte Krankheiten können mit Kenntnissen über Fehlsteuerungen von Stoffwechselprozessen erklärt werden. Auf der Grundlage molekulargenetischer Forschungsexperimente lassen sich moderne und zukunftsorientierte Methoden zur Behandlung von Krankheiten entwickeln und verstehen. Die gesellschaftlich-ethische Bedeutung genetischer Forschungsergebnisse, Verfahren und Techniken wird für die Studierenden nachvollziehbar und beurteilbar.

Inhaltsfeld 4 Neurobiologie Im Inhaltsfeld Neurobiologie geht es um den Aufbau, die Funktion und Verschaltung von Neuronen und Sinneszellen. Ein Spezialgebiet ist die Hirnforschung. Anatomische und physiologische Untersuchungen des Gehirns mithilfe moderner bildgebender Verfahren führen zu neuen Erkenntnissen bei Wahrnehmungs- und Lernvorgängen. Für das Verständnis der Steuerung physiologischer Prozesse im Organismus sind Kenntnisse zum Aufbau und der Funktion bestimmter neuronaler Bereiche und Hormone erforderlich. Die Neurobiologie entwickelt weiterhin moderne Untersuchungs- und Behandlungsmethoden, die für den einzelnen Menschen, aber auch für die Gesellschaft von Bedeutung sind.

Inhaltsfeld 5 Ökologie Das Inhaltsfeld Ökologie beschäftigt sich ausgehend von der fotosynthetischen Assimilation mit dem Energiehaushalt von Ökosystemen und untersucht die Wirkung biotischer und abiotischer Faktoren auf Individuen. Populationsdynamische Prozesse und Lebenszyklusstrategien lassen sich auf der Grundlage dieser Erkenntnisse verdeutlichen. Die Einschätzung und die Beurteilung von Faktoren, die eine Biozönose ausmachen, schaffen Erkenntnisse über die Komplexität von Systemzusammenhängen. Dies ist die Grundlage für die Bewertung anthropogener Eingriffe in Ökosysteme und deren mögliche Konsequenzen für die Dynamik und vorübergehende Stabilität von Ökosystemen sowie für Biodiversität und Klima. Die Basis für ein zukunftsfähiges ökologisches Verhalten unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit kann damit gelegt werden.

Inhaltsfeld 6 Evolution Im Inhaltsfeld Evolution geht es um die Darstellung der Evolution als dynamischen Prozess, der zu ständigen Veränderungen von Arten und Zusammensetzungen von Genpools und Populationen führt. Die Veränderungen werden in der modernen Evolutionsforschung mithilfe von phänomenologischen und molekularbiologischen Forschungsmethoden untersucht. Mithilfe der Ergebnisse, insbesondere molekulargenetischer Erkenntnisse, lassen sich phylogenetische Zusammenhänge und Stammbäume, auch im Bereich der Humanevolution, präziser erklären. Die Evolutionstheorie beeinflusst unser Selbstverständnis und unser Weltbild nachhaltig.

2.2 Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte bis zum Ende der Einführungsphase

Der Unterricht soll es den Studierenden ermöglichen, dass sie am Ende der Einführungsphase über die im Folgenden genannten Kompetenzen verfügen. Die Einführungsphase am Weiterbildungskolleg dient aufgrund des durch diskontinuierliche Lernbiografien bedingten heterogenen Leistungsstands insbesondere auch der Vertiefung grundlegender Fähigkeiten und Fertigkeiten. Im Unterschied zu den verbindlich zu erreichenden Kompetenzerwartungen am Ende der Qualifikationsphase haben daher die Kompetenzerwartungen am Ende der Einführungsphase orientierungsstiftenden Charakter. Dabei werden zunächst übergeordnete Kompetenzerwartungen zu allen Kompetenzbereichen aufgeführt und im Anschluss zusätzlich inhaltsfeldbezogen konkretisiert. Die beigefügten Kürzel dienen dabei der Verortung sowie zur Verdeutlichung der Progression der übergeordneten Kompetenzerwartungen über die einzelnen Stufen hinweg (vgl. Anhang).

UMGANG MIT FACHWISSEN

Studierende können

UF1 Wiedergabe

ausgewählte biologische Phänomene und Konzepte beschreiben

UF2 Auswahl

biologische Konzepte zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen auswählen und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden,

UF3 Systematisierung

die Einordnung biologischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen,

UF4 Vernetzung

bestehendes Wissen aufgrund neuer biologischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren.

ERKENNTNISGEWINNUNG

Studierende können

E1 Probleme und Fragestellungen

in vorgegebenen Situationen biologische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu biologische Fragestellungen formulieren,

E2 Wahrnehmung und Messung

kriteriengeleitet beobachten und messen sowie gewonnene Ergebnisse objektiv und frei von eigenen Deutungen beschreiben,

E3 Hypothesen

zur Klärung biologischer Fragestellungen Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben,

E4 Untersuchungen und Experimente

Experimente und Untersuchungen zielgerichtet nach dem Prinzip der Variablenkontrolle unter Beachtung der Sicherheitsvorschriften planen und durchführen und dabei mögliche Fehlerquellen reflektieren,

E5 Auswertung

Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und einfache quantitative Zusammenhänge ableiten und diese fachlich angemessen beschreiben,

E6 Modelle

Modelle zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage biologischer Vorgänge begründet auswählen und deren Grenzen und Gültigkeitsbereiche angeben,

E7 Arbeits- und Denkweisen

an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit biologischer Modelle und Theorien beschreiben.

KOMMUNIKATION

Studierende können

K1 Dokumentation

Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten strukturiert dokumentieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge,

K2 Recherche

in vorgegebenen Zusammenhängen kriteriengeleitet biologisch-technische Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten,

K3 Präsentation

biologische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen,

K4 Argumentation

biologische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren.

BEWERTUNG

Studierende können

B1 Kriterien

bei der Bewertung von Sachverhalten in naturwissenschaftlichen Zusammenhängen fachliche, gesellschaftliche und moralische Bewertungskriterien angeben,

B2 Entscheidungen

in Situationen mit mehreren Handlungsoptionen oder Entscheidungsmöglichkeiten Argumente kriteriengeleitet abwägen, gewichten und einen begründeten Standpunkt beziehen,

B3 Werte und Normen

in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit biologischen Fragestellungen sowie mögliche Lösungen darstellen,

B4 Möglichkeiten und Grenzen

Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen.

Die Kompetenzen der Studierenden sollen im Rahmen der Behandlung der nachfolgenden, für die Einführungsphase obligatorischen Inhaltsfelder entwickelt werden:

1 Biologie der Zelle

2 Energiestoffwechsel

Bezieht man die übergeordneten Kompetenzerwartungen sowie die unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte aufeinander, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen.

Inhaltsfeld 1 Biologie der Zelle

Inhaltliche Schwerpunkte Zellaufbau Biomembranen Funktion des Zellkerns Zellverdopplung und DNA

Vorschläge für mögliche Kontexte Erforschung der Biomembranen Zellkulturen

Basiskonzept System

Prokaryot, Eukaryot, Biomembran, Plasmolyse, Transport, Zellkern, Mitochondrium, Chloroplast, Chromosom, Makromolekül, Zelle, Gewebe, Organ

Basiskonzept Struktur und Funktion

Zellkompartimentierung, Transport, Diffusion, Osmose

Basiskonzept Entwicklung

Replikation, Mitose, Zellzyklus

UMGANG MIT FACHWISSEN

Die Studierenden können

• den Aufbau pro- und eukrayotischer Zellen in Grundzügen beschreiben und die Unterschiede herausstellen (UF3),
• die biologisch bedeutsamen Makromoleküle (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine, Nukleinsäuren) den verschiedenen zellulären Strukturen und Funktionen zuordnen und sie bezüglich ihrer wesentlichen chemischen Eigenschaften erläutern (UF1, UF3),
• die biologische Bedeutung der Mitose auf der Basis der Zelltheorie begründen (UF1, UF4),
• den semikonservativen Mechanismus der DNA-Replikation beschreiben (UF1, UF4).

ERKENNTNISGEWINNUNG

Die Studierenden können

• Fragestellungen historischer Versuche zur Funktion des Zellkerns benennen und Versuchsdurchführungen und Erkenntniszuwachs darstellen (E1, E5, E7),
• Klonierungsexperimente (Kerntransfer bei Xenopus) auswerten und ihre Bedeutung für die Stammzellforschung ableiten (E5),
• die Vorgänge der Diffusion und Osmose beschreiben und diese mit Modellvorstellungen auf Teilchenebene erklären (E4, E6),
• Transportvorgänge durch Membranen für verschiedene Stoffe mithilfe geeigneter Modelle beschreiben und die Grenzen dieser Modelle angeben (E6),
• den Aufbau der DNA mithilfe eines Strukturmodells erklären (E6, UF1).

KOMMUNIKATION

Die Studierenden können

• Beispiele der Osmose und Osmoregulation in unterschiedlichen Quellen recherchieren und die Ergebnisse in einer eigenständigen Zusammenfassung dokumentieren (K1, K2).

BEWERTUNG

Die Studierenden können

• Möglichkeiten und Grenzen der Zellkulturtechnik in der Biotechnologie und Biomedizin aufzeigen (B4, K4).

Inhaltsfeld 2 Energiestoffwechsel

Inhaltliche Schwerpunkte Enzyme Dissimilation

Vorschläge für mögliche Kontexte Enzyme im Alltag

Basiskonzept System

Mitochondrium, Enzym, Zitronensäurezyklus, Dissimilation

Basiskonzept Struktur und Funktion

Enzym, Energieumwandlung, ATP, NAD+

Basiskonzept Entwicklung

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UMGANG MIT FACHWISSEN

Die Studierenden können

• Struktur und Funktion von Enzymen und ihre Bedeutung als Biokatalysatoren bei Stoffwechselreaktionen erläutern (UF1, UF3, UF4),
• die Grundzüge der Dissimilation unter dem Aspekt der Energieumwandlung mithilfe einfacher Schemata erklären (UF3),
• die Bedeutung von NAD+ und ATP für aerobe Dissimilationsvorgänge erläutern (UF1, UF4),
• die ATP-Synthese im Mitochondrium mithilfe vereinfachter Schemata beschreiben und präsentieren (UF2, K3).

ERKENNTNISGEWINNUNG

Die Studierenden können

• Hypothesen zur Abhängigkeit der Enzymaktivität von verschiedenen Faktoren aufstellen, sie anhand vorgegebener Versuchsergebnisse überprüfen und sie graphisch darstellen (E3, E2, E4, E5, K1, K4),
• mithilfe geeigneter Modelle Enzymaktivität und Enzymhemmung beschreiben und erklären (E6).

KOMMUNIKATION

Die Studierenden können

• eine Tracer-Methode bei der Dissimilation adressatengerecht präsentieren (K3),
• selbstständig Informationen zu verschiedenen Einsatzgebieten von Enzymen recherchieren und die Ergebnisse vergleichend präsentieren und bewerten (K2, K3, K4).

BEWERTUNG

Die Studierenden können

• Möglichkeiten und Grenzen für den Einsatz von Enzymen in biologisch-technischen Zusammenhängen angeben und die Bedeutung für unser heutiges Leben abwägen (B4).

2.3 Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte bis zum Ende der Qualifikationsphase

Der Unterricht soll es den Studierenden ermöglichen, dass sie – aufbauend auf der Kompetenzentwicklung in der Einführungsphase – am Ende der Qualifikationsphase über die im Folgenden genannten Kompetenzen verfügen. Dabei werden zunächst übergeordnete Kompetenzerwartungen zu allen Kompetenzbereichen aufgeführt und im Anschluss zusätzlich inhaltsfeldbezogen konkretisiert. Die beigefügten Kürzel dienen dabei der Verortung sowie zur Verdeutlichung der Progression der übergeordneten Kompetenzerwartungen über die einzelnen Stufen hinweg (vgl. Anhang).

UMGANG MIT FACHWISSEN

Studierende können

UF1 Wiedergabe

biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern,

UF2 Auswahl

zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden,

UF3 Systematisierung

biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren und ihre Entscheidung begründen,

UF4 Vernetzung

Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.

ERKENNTNISGEWINNUNG

Studierende können

E1 Probleme und Fragestellungen

selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren,

E2 Wahrnehmung und Messung

Beobachtungen und Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern,

E3 Hypothesen

mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten,

E4 Untersuchungen und Experimente

Experimente mit komplexen Versuchsplänen und -aufbauten mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien (Sicherheit, Messvorschriften, Variablenkontrolle, Fehleranalyse) durchführen,

E5 Auswertung

Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern,

E6 Modelle

Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen,

E7 Arbeits- und Denkweisen

naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.

KOMMUNIKATION

Studierende können

K1 Dokumentation

bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden,

K2 Recherche

zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen,

K3 Präsentation

biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren,

K4 Argumentation

sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen.

BEWERTUNG

Studierende können

B1 Kriterien

fachliche, wirtschaftlich-politische und moralische Kriterien bei Bewertungen von biologischen und biotechnischen Sachverhalten unterscheiden und angeben,

B2 Entscheidungen

Auseinandersetzungen und Kontroversen zu biologischen und biotechnischen Problemen und Entwicklungen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Entscheidungen auf der Basis von Sachargumenten vertreten,

B3 Werte und Normen

an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten,

B4 Möglichkeiten und Grenzen

begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten.

2.3.1 Grundkurs

Die Kompetenzen der Studierenden sollen im Rahmen der Behandlung der nachfolgenden, für die Qualifikationsphase obligatorischen Inhaltsfelder entwickelt werden:

3 Genetik

4 Neurobiologie

5 Ökologie

6 Evolution

Bezieht man die übergeordneten Kompetenzerwartungen sowie die unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte aufeinander, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen.

Inhaltsfeld 3 Genetik

Inhaltliche Schwerpunkte Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Proteinbiosynthese Genregulation Gentechnologie Bioethik

Vorschläge für mögliche Kontexte Mondscheinkinder Insulinproduktion

Basiskonzept System

Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Rekombination, Stammzelle

Basiskonzept Struktur und Funktion

Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Mutationen. Transkriptionsfaktor, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip

Basiskonzept Entwicklung

Transgener Organismus, Meiose, Epigenese

UMGANG MIT FACHWISSEN

Die Studierenden können

• die Grundprinzipien der Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung erläutern (UF4),
• die molekularbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten vergleichen (UF1, UF3),
• Eigenschaften des genetischen Codes erläutern und mit dessen Hilfe Genmutationen charakterisieren (UF1, UF2),
• die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosomen- und Genommutationen auf den Phänotyp (u. a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) erklären (UF1, UF4),
• molekulargenetische Werkzeuge beschreiben und deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen erläutern (UF1).

ERKENNTNISGEWINNUNG

Die Studierenden können

• Modellvorstellungen zur Genregulation bei Prokaryoten auf der Grundlage von Experimenten entwickeln und erläutern (E2, E5, E6),
• die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u. a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung begründen (E6, E3),
• mithilfe eines Modells die Wechselwirkungen von Proto-Onkogenen und Tumor- Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und die Folgen von Mutationen in diesen Genen erklären (E6, UF1, UF3, UF4),
• molekulargenetische Verfahren (u. a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete erläutern (E4, E2),
• einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des Zellstoffwechsels erklären (E6),
• bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zu X-chromosomalen und autosomalen Vererbungsmodi genetisch bedingter Merkmale formulieren und die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose begründen (E1, E3, E5, UF4, K4).

KOMMUNIKATION

Die Studierenden können

• mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen darstellen und Argumente für ihre Verwendung diskutieren (K1, B3),
• Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen recherchieren und diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen präsentieren (K2, K3).

BEWERTUNG

Die Studierenden können

• naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen darstellen und Interessen sowie Folgen ethisch beurteilen (B3, B4),
• die Bedeutung von DNA-Chips angeben und Chancen und Risiken beurteilen (B1, B3).

Inhaltsfeld 4 Neurobiologie

Inhaltliche Schwerpunkte Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung Plastizität und Lernen

Vorschläge für mögliche Kontexte Nervengifte Gedächtnis und Wahrnehmung

Basiskonzept System

Neuron, Membran, Ionenkanal, Synapse, Gehirn, Rezeptor

Basiskonzept Struktur und Funktion

Neuron, Natrium-Kalium-Pumpe, Potentiale, Amplituden- und Frequenzmodulation, Synapse, Neurotransmitter, Hormon, second messenger, Sympathicus, Parasympathicus

Basiskonzept Entwicklung

Neuronale Plastizität

UMGANG MIT FACHWISSEN

Die Studierenden können

• Aufbau und Funktion des Neurons beschreiben (UF1),
• die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelinisierten Axonen erklären (UF1),
• die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene erläutern (UF1, UF3),
• die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an einem Beispiel erklären (UF4, E6, UF2, UF1),
• die Bedeutung der Plastizität des Gehirns für ein lebenslanges Lernen erklären (UF4).

ERKENNTNISGEWINNUNG

Die Studierenden können

• Ableitungen von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse erklären und Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen auswerten (E5, E2, UF1, UF2),
• das Prinzip der Signaltransduktion an einem Rezeptor anhand von Modellen darstellen (E6, UF1, UF2, UF4),
• mithilfe von Aufnahmen eines bildgebenden Verfahrens Aktivitäten verschiedener Gehirnareale ermitteln (E5, UF4).

KOMMUNIKATION

Die Studierenden können

• die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen dokumentieren und präsentieren (K1, K3, UF2),
• den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zum Sinneseindruck bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen darstellen (K1, K3),
• aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomisch-physiologischer Ebene darstellen (K3, B1),
• aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung recherchieren und präsentieren (K2, K3).

BEWERTUNG

Die Studierenden können

• Wirkungen von exogenen Substanzen auf den Körper erklären und mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft bewerten (B3, B4, B2, UF4).

Inhaltsfeld 5 Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte Umweltfaktoren und ökologische Potenz Dynamik von Populationen Stoffkreislauf und Energiefluss Mensch und Ökosysteme

Vorschläge für mögliche Kontexte Regenwald

Basiskonzept System

Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf

Basiskonzept Struktur und Funktion

Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte

Basiskonzept Entwicklung

Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie

UMGANG MIT FACHWISSEN

Die Studierenden können

• den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem aufzeigen (UF3, UF4, E4),
• den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion erläutern und die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zuordnen (UF1, UF3),
• die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichte- unabhängigen Faktoren beschreiben (UF1).

ERKENNTNISGEWINNUNG

Die Studierenden können

• Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren analysieren (E5),
• aus Daten zu abiotischen und biotischen Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderung sowie K- und r-Lebenszyklusstrategien ableiten (E5, UF1, UF2, UF3, UF4),
• aus zeitlich-rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen entwickeln und diese auf der Grundlage von Daten erklären (E1, E5),
• die Veränderungen von Populationen mithilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells untersuchen (E6),
• aus Untersuchungsdaten zu intra- und interspezifischen Beziehungen (Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ableiten und diese unter Verwendung angemessener Medien präsentieren (E5, K3, UF1),
• mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten erklären (E6, UF1, UF2),
• die Aussagekraft von biologischen Regeln (u. a. tiergeographische Regeln) erläutern und diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen abgrenzen (E7, K4).

KOMMUNIKATION

Die Studierenden können

• energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal, sprachlich und fachlich korrekt darstellen (K1, K3),
• auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf einen ausgewählten globalen Stoffkreislauf präsentieren und erklären (K1, K3, UF1),
• Beispiele für die biologische Invasion von Arten recherchieren und Folgen für das Ökosystem ableiten (K2, K4).

BEWERTUNG

Die Studierenden können

• Konflikte zwischen der Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz diskutieren (B2, B3),
• Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten entwickeln und diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit einschätzen (B2, B3).

Inhaltsfeld 6 Evolution

Inhaltliche Schwerpunkte Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Evolution und Verhalten Evolution des Menschen Stammbäume

Vorschläge für mögliche Kontexte Primaten Parasiten

Basiskonzept System

Art, Population, Paarungssystem, Genpool, Gen, Allel, ncDNA, mtDNA

Basiskonzept Struktur und Funktion

Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift, Isolation, Investment, Homologie

Basiskonzept Entwicklung

Fitness, Divergenz, Konvergenz, Coevolution, Adaptive Radiation, Artbildung, Phylogenese

UMGANG MIT FACHWISSEN

Die Studierenden können

• die Einordnung von Lebewesen mithilfe der Systematik und der binären Nomenklatur beschreiben (UF1, UF4),
• den Einfluss der Evolutionsfaktoren (Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift) auf den Genpool einer Population erläutern (UF4, UF1),
• den Vorgang der adaptiven Radiation unter dem Aspekt der Angepasstheit darstellen (UF2, UF4),
• das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen erläutern (UF1, UF4),
• den modernen Menschen kriteriengeleitet den Primaten zuordnen (UF3),
• die Synthetische Evolutionstheorie zusammenfassend darstellen (UF2, UF4).

ERKENNTNISGEWINNUNG

Die Studierenden können

• anhand von Daten die evolutionäre Entwicklung von Sozialstrukturen (Paarungssysteme, Habitatwahl) unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung analysieren (E5, UF2, UF4, K4),
• molekulargenetische Daten analysieren und sie im Hinblick auf die Verbreitung von Allelen und Verwandtschaftsbeziehungen von Lebewesen deuten (E5, E6),
• Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Merkmalen von Organismen zum Beleg konvergenter und divergenter Entwicklungen deuten (E5, UF3),
• Modellvorstellungen zu allopatrischen und sympatrischen Artbildungsprozessen an Beispielen erklären (E6, UF1),
• Hypothesen zu phylogenetischen Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien entwickeln und erläutern (E3, E5, K1, K4),
• Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen von Arten erstellen und analysieren (E3, E5),
• an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u. a. mithilfe von Auszügen aus Gendatenbanken) belegen (E2, E5).

KOMMUNIKATION

Die Studierenden können

• Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u. a. Molekularbiologie) adressatengerecht darstellen (K1, K3),
• wissenschaftliche Befunde (u. a. Schlüsselmerkmale) und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch-konstruktiv diskutieren (K4, E7, B4),
• angemessene Medien zur Darstellung von Beispielen zur Coevolution aus Zoologie und Botanik auswählen und die Beispiele präsentieren (K3, UF2).

BEWERTUNG

Die Studierenden können

• die Problematik des Rasse-Begriffs beim Menschen aus historischer und gesellschaftlicher Sicht bewerten und zum Missbrauch dieses Begriffs aus fachlicher Perspektive Stellung nehmen (B1, B3, K4).

2.3.2 Leistungskurs

Die Kompetenzen der Studierenden sollen im Rahmen der Behandlung der nachfolgenden, für die Qualifikationsphase obligatorischen Inhaltsfelder entwickelt werden:

3 Genetik

4 Neurobiologie

5 Ökologie

6 Evolution

Bezieht man die zu Beginn des Kapitels 2.3 beschriebenen übergeordneten Kompetenzerwartungen sowie die unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte aufeinander, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen.

Inhaltsfeld 3 Genetik

Inhaltliche Schwerpunkte Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäumen Proteinbiosynthese Genregulation Gentechnologie Bioethik

Vorschläge für mögliche Kontexte Genetisch bedingte Krankheiten

Basiskonzept System

Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Stammzelle, Rekombination, Synthetischer Organismus

Basiskonzept Struktur und Funktion

Proteinbiosynthese, Genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, RNA-Interferenz, Mutation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip

Basiskonzept Entwicklung

Transgener Organismus, Synthetischer Organismus, Epigenese, Zelldifferenzierung, Meiose

UMGANG MIT FACHWISSEN

Die Studierenden können

• die Grundprinzipien der inter- und intrachromosomalen Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung erläutern (UF4),
• die molekularbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten vergleichen (UF1, UF3),
• die Bedeutung der Transkriptionsfaktoren für die Regulation von Zellstoffwechsel und Entwicklung erläutern (UF1, UF4),
• Eigenschaften des genetischen Codes erläutern und mit dessen Hilfe Mutationstypen charakterisieren (UF1, UF2),
• die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosomen- und Genommutationen auf den Phänotyp (u. a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) erklären (UF1, UF4),
• molekulargenetische Werkzeuge beschreiben und deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen erläutern (UF1).

ERKENNTNISGEWINNUNG

Die Studierenden können

• mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor- Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus erklären und die Folgen von Mutationen in diesen Genen beurteilen (E6, UF1, UF3, UF4),
• den Wandel des Genbegriffes reflektieren und erläutern (E7),
• Fragestellungen benennen und Hypothesen zur Entschlüsselung des genetischen Codes aufstellen und klassische Experimente zur Entwicklung der Code-Sonne erläutern (E1, E3, E4),
• wissenschaftliche Experimente zur Aufklärung der Proteinbiosynthese erläutern, Hypothesen auf der Grundlage der Versuchspläne generieren und die Versuchsergebnisse interpretieren (E3, E4, E5),
• Modellvorstellungen zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten auf der Grundlage von Experimenten entwickeln und erläutern (E2, E5, E6),
• die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u. a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung begründen, (E6, E3)
• mithilfe von Modellen genregulatorische Vorgänge bei Eukaryoten erklären (E6),
• epigenetische Modelle zur Regelung des Zellstoffwechsels erläutern und Konsequenzen für den Organismus ableiten (E6),
• molekulargenetische Verfahren (u. a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete erläutern (E4, E2, UF1),
• bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zum Vererbungsmodus genetisch bedingter Merkmale (X-chromosomal, autosomal, Zweifaktorenanalyse, Kopplung, Crossing-over) formulieren und die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose begründen (E1, E3, E5, UF4, K4).

KOMMUNIKATION

Die Studierenden können

• Informationen zu humangenetischen Fragestellungen (u. a. genetisch bedingten Krankheiten) recherchieren, die Relevanz und Zuverlässigkeit der Informationen einschätzen und die Ergebnisse strukturiert zusammenfassen (K2, K1, K3, K4),
• mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen darstellen und Argumente für ihre Verwendung diskutieren (K1, B3),
• Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen recherchieren und diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen präsentieren (K2, K3).

BEWERTUNG

Die Studierenden können

• naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen darstellen und Interessen sowie Folgen ethisch bewerten (B3, B4),
• die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-Sequenzierung angeben und Chancen und Risiken bewerten (B1, B3),
• aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie bis hin zum Aufbau von synthetischen Organismen in ihren Konsequenzen für unterschiedliche Einsatzziele beschreiben und bewerten (B3, B4).

Inhaltsfeld 4 Neurobiologie

Inhaltliche Schwerpunkte Aufbau und Funktion von Neuronen Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung Leistungen der Netzhaut Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie

Vorschläge für mögliche Kontexte Nervengifte Auge

Basiskonzept System

Neuron, Membran, Ionenkanal, Synapse, Gehirn, Netzhaut, Fototransduktion, Farbwahrnehmung, Kontrastwahrnehmung

Basiskonzept Struktur und Funktion

Neuron, Natrium-Kalium-Pumpe, Potentiale, Amplituden- und Frequenzmodulation, Synapse, Neurotransmitter, Hormon, second messenger, Reaktionskaskade, Fototransduktion, Sympathicus, Parasympathicus, Neuroenhancer

Basiskonzept Entwicklung

Neuronale Plastizität

UMGANG MIT FACHWISSEN

Die Studierenden können

• Aufbau und Funktion des Neurons beschreiben (UF1),
• die Weiterleitung des Aktionspotentials an myelinisierten und nicht myelinisierten Axonen miteinander vergleichen und diese unter dem Aspekt der Leitungsgeschwindigkeit in einen funktionellen Zusammenhang stellen (UF2, UF3, UF4),
• die Verschaltung von Neuronen bei der Erregungsweiterleitung und der Verrechnung von Potentialen mit der Funktion der Synapsen auf molekularer Ebene erläutern (UF1, UF3),
• die Rolle von Sympathikus und Parasympathikus bei der neuronalen und hormonellen Regelung von physiologischen Funktionen an Beispielen erklären (UF4, E6, UF2, UF1),
• den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den Aspekten der Farb- und Kontrastwahrnehmung erläutern (UF3, UF4),
• Möglichkeiten und Grenzen bildgebender Verfahren zur Anatomie und zur Funktion des Gehirns (PET und fMRT) gegenüberstellen und diese mit der Erforschung von Gehirnabläufen in Verbindung bringen (UF4, UF1, B4).

ERKENNTNISGEWINNUNG

Die Studierenden können

• Ableitungen von Potentialen mittels Messelektroden an Axon und Synapse erklären und Messergebnisse unter Zuordnung der molekularen Vorgänge an Biomembranen auswerten (E5, E2, UF1, UF2),
• aus Messdaten der Patch-Clamp-Technik Veränderungen von Ionenströmen durch Ionenkanäle ableiten und dazu Modellvorstellungen entwickeln (E5, E6, K4),
• den Begriff der Plastizität anhand geeigneter Modelle erklären und die Bedeutung für ein lebenslanges Lernen ableiten (E6, UF4),
• die Veränderung der Membranspannung an Lichtsinneszellen anhand von Modellen darstellen und die Bedeutung des second messengers und der Reaktionskaskade bei der Fototransduktion beschreiben (E6, E1).

KOMMUNIKATION

Die Studierenden können

• die Wirkung von endo- und exogenen Stoffen auf Vorgänge am Axon, der Synapse und auf Gehirnareale an konkreten Beispielen dokumentieren und präsentieren (K1, K3, UF2),
• den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung bis zum Sinneseindruck bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen darstellen (K1, K3),
• aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomisch-physiologischer Ebene darstellen (K3, B1),
• aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung recherchieren und präsentieren (K2, K3).

BEWERTUNG

Die Studierenden können

• Wirkungen von endo- und exogenen Substanzen (u. a. von Neuroenhancern) auf die Gesundheit ableiten und mögliche Folgen für Individuum und Gesellschaft bewerten (B3, B4, B2, UF2, UF4).

Inhaltsfeld 5 Ökologie

Inhaltliche Schwerpunkte Umweltfaktoren und ökologische Potenz Dynamik von Populationen Stoffkreislauf und Energiefluss Fotosynthese Mensch und Ökosysteme

Vorschläge für mögliche Kontexte Feldstudien

Basiskonzept System

Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf

Basiskonzept Struktur und Funktion

Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte

Basiskonzept Entwicklung Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie

UMGANG MIT FACHWISSEN

Die Studierenden können

• den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem aufzeigen (UF3, UF4, E4),
• den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion erläutern und die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zuordnen (UF1, UF3),
• die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichte- unabhängigen Faktoren beschreiben (UF1).

ERKENNTNISGEWINNUNG

Die Studierenden können

• Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren analysieren (E5),
• aus Forschungsergebnissen zur Aufklärung der Fotosynthese zugrunde liegende Fragestellungen und Hypothesen ableiten (E1, E3, UF2, UF4),
• das Vorkommen, die Abundanz und die Dispersion von Lebewesen eines Ökosystems im Freiland untersuchen (E1, E2, E4),
• aus Daten zu abiotischen und biotischen Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderungen (Abundanz und Dispersion von Arten) sowie K- und r-Lebenszyklusstrategien ableiten (E5, UF1, UF2, UF3, K4, UF4),
• ausgehend von Hypothesen Experimente zur Überprüfung der ökologischen Potenz nach dem Prinzip der Variablenkontrolle planen und vorgegebene Ergebnisse deuten (E2, E3,E4, E5, K4),
• aus zeitlich-rhythmischen Änderungen des Lebensraums biologische Fragestellungen entwickeln und diese auf der Grundlage von Daten erklären (E1, E5),
• Veränderungen von Populationen mithilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells untersuchen (E6),
• das Lotka-Volterra-Modell mit veröffentlichten Daten aus Freilandmessungen vergleichen und die Grenzen des Modells diskutieren (E6),
• aus Untersuchungsdaten zu intra- und interspezifischen Beziehungen (u. a. Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ableiten und diese unter Verwendung angemessener Medien präsentieren (E5, K3, UF1),
• mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten erklären (E6, UF1, UF2),
• die Aussagekraft von biologischen Regeln (u. a. tiergeographische Regeln) erläutern und diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen abgrenzen (E7, K4).

KOMMUNIKATION

Die Studierenden können

• mithilfe einfacher Schemata das Grundprinzip der Energieumwandlung in den Fotosystemen und den Mechanismus der ATP-Synthese erläutern (K3, UF1),
• energetische und stoffliche Beziehungen verschiedener Organismen unter den Aspekten von Nahrungskette, Nahrungsnetz und Trophieebene formal sprachlich und fachlich korrekt darstellen (K1, K3),
• auf der Grundlage von Untersuchungsdaten die Wirkung von anthropogenen Faktoren auf ausgewählte globale Stoffkreisläufe präsentieren und erklären (K1, K3, UF1),
• Beispiele für die biologische Invasion von Arten recherchieren und Folgen für das Ökosystem ableiten (K2, K4).

BEWERTUNG

Die Studierenden können

• Konflikte zwischen der Nutzung natürlicher Ressourcen und dem Naturschutz diskutieren (B2, B3),
• Handlungsoptionen für das eigene Konsumverhalten entwickeln und diese unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit einschätzen (B2, B3).

Inhaltsfeld 6 Evolution

Inhaltliche Schwerpunkte Entwicklung der Evolutionstheorie Grundlagen evolutiver Veränderung Art und Artbildung Evolution des Menschen Evolution und Verhalten Stammbäume

Vorschläge für mögliche Kontexte Primaten Parasiten

Basiskonzept System

Art, Population, Paarungssystem, Genpool, Gen, Allel, ncDNA, mtDNA, Biodiversität

Basiskonzept Struktur und Funktion

Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift, Isolation, Investment, Homologie

Basiskonzept Entwicklung

Fitness, Divergenz, Konvergenz, Coevolution, Adaptive Radiation, Artbildung, Phylogenese

UMGANG MIT FACHWISSEN

Die Studierenden können

• die Einordnung von Lebewesen mithilfe der Systematik und der binären Nomenklatur beschreiben (UF1, UF4),
• die synthetische Evolutionstheorie zusammenfassend darstellen (UF2, UF4),
• den Einfluss der Evolutionsfaktoren (Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift) auf den Genpool einer Population erläutern (UF4, UF1),
• den Vorgang der adaptiven Radiation unter dem Aspekt der Angepasstheit darstellen (UF2, UF4),
• das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen erläutern (UF1, UF4),
• molekulare Verfahren zur Analyse von phylogenetischen Verwandtschaften zwischen Lebewesen beschreiben und erläutern (UF1, UF2),
• den modernen Menschen kriteriengeleitet den Primaten zuordnen (UF3),
• Biodiversität auf verschiedenen Systemebenen beschreiben (genetische Variabilität, Artenvielfalt, Vielfalt der Ökosysteme) (UF4, UF1, UF2, UF3).

ERKENNTNISGEWINNUNG

Die Studierenden können

• anhand von Daten die evolutionäre Entwicklung von Sozialstrukturen (Paarungssysteme, Habitatwahl) unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung analysieren (E5, UF2, UF4, K4),
• Erklärungsmodelle für die Evolution in ihrer historischen Entwicklung und die damit verbundenen Veränderungen des Weltbildes darstellen (E7),
• an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u. a. mithilfe von Auszügen aus Gendatenbanken) belegen (E2, E5),
• molekulargenetische Daten analysieren und sie mit Daten aus klassischen Datierungsmethoden im Hinblick auf die Verbreitung von Allelen und Verwandtschaftsbeziehungen von Lebewesen deuten (E5, E6),
• Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Merkmalen von Organismen zum Beleg konvergenter und divergenter Entwicklungen deuten (E5, UF3),
• mithilfe des Hardy-Weinberg-Gesetzes die Allelfrequenzen in Populationen bestimmen und modellieren und Bedingungen für die Gültigkeit des Gesetzes angeben (E6),
• Modellvorstellungen zu Artbildungsprozessen (u. a. allopatrische und sympatrische Artbildung) an Beispielen erklären (E6, UF1),
• Hypothesen zu phylogenetischen Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien entwickeln und erläutern (E3, E5, K1, K4),
• Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen von Arten erstellen und analysieren (E3, E5).

KOMMUNIKATION

Die Studierenden können

• Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u. a. Molekularbiologie) adressatengerecht darstellen (K1, K3),
• mithilfe molekulargenetischer Modellvorstellungen zur Evolution der Genome die genetische Vielfalt der Lebewesen erklären (K4, E6),
• wissenschaftliche Befunde (u. a. Schlüsselmerkmale) und Hypothesen zur Humanevolution unter dem Aspekt ihrer Vorläufigkeit kritisch-konstruktiv diskutieren (K4, E7),
• angemessene Medien zur Darstellung von Beispielen zur Coevolution auswählen und diese Beispiele präsentieren (K3, UF2).

BEWERTUNG

Die Studierenden können

• die Synthetische Theorie der Evolution gegenüber nicht naturwissenschaftlichen Positionen zur Entstehung von Artenvielfalt abgrenzen und zu diesen begründet Stellung nehmen (B2, K4),
• die Problematik des Rasse-Begriffs beim Menschen aus historischer und gesellschaftlicher Sicht bewerten und zum Missbrauch dieses Begriffs aus fachlicher Perspektive Stellung nehmen (B1, B3, K4).