Unterrichtsmaterialien Biologie: Ganze Werke Seite 3/5
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Waldbrand
Jahr für Jahr steht der Planet in Flammen. Auch Deutschland entwickelt sich zum Waldbrandland. Dabei gehören Waldbrände zum natürlichen Kreislauf der Natur. Sie schaffen durch lichte Standorte Lebensräume für Pflanzen und Tiere. Weltweit sind 46 Prozent der Ökosysteme sogar von Feuer abhängig. Manche Pflanzen sind für ihre Fortpflanzung auf Feuer angewiesen, und auch bestimmte Tierarten benötigen ausgebrannte Areale für ihre Brutstätten. Allerdings sind die heutigen weltweiten Flächenbrände nicht natürlichen Ursprungs, sondern menschengemacht. Fahrlässigkeit, Brandstiftung und Brandrodung sind die Hauptursachen. Die Schülerinnen und Schüler erwerben anhand dieser Materialien Kompetenzen, wie Feuer den ökologischen Kreislauf prägt und verändert. Darüber hinaus erlangen sie Sachwissen zu Ursachen und Folgen der Waldbrände in Deutschland, auch im Kontext des Klimawandels.
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Woher stammen die Wale
Am spannenden Exempel der Evolution der Wale wird deutlich, wie sich aus Fossilfunden naturwissenschaftliche Erkenntnisse generieren lassen. Ein spannendes Mystery zu sowie ein angeleitetes Rollenspiel zum moralischen Dilemma: Evolution oder Schöpfung? ziehen die Lernenden in ihren Bann. Eine differenzierte Betrachtung der Begriffe Wissen und Erkenntnis, aus naturwissenschaftlicher und philosophischer Warte, runden das bildungsrelevante Thema ab.
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Soll Plastik verboten werden?
Plastik und der damit entstehende Müll werden immer mehr zu einem weltweiten Problem für Natur und Menschen. Uns Menschen ist oft nicht bewusst, dass sehr viele Alltags- und Gebrauchsgegenstände aus Plastik bestehen und wir den Kunststoff täglich unbewusst benutzen, teilweise sehr von diesem abhängig sind und oft sorglos damit umgehen. In dieser Unterrichtseinheit werden Vor- und Nachteile von Kunststoff (Plastik) in arbeitsteiligen Gruppen erarbeitet und gegenübergestellt. Durch Präsentationen und dem damit verbundenen Festhalten der Pro- und Kontra-Argumente bekommen die Lernenden einen umfangreichen Einblick und können sich über den Plastikgebrauch ein sachkundiges Urteil bilden. Durch die erarbeiteten Argrumente kann in den fachübergreifenden darauffolgenden Unterrichtseinheiten im Fach Deutsch eine Erörterung verfasst werden und das Meinungsbild der Lernenden in einer persönlichen Stellungnahme festgehalten werden.
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Der Klimawandel ist vorprogrammiert
In Projektarbeit wird sukzessive ein Computerspiel entwickelt, bei dem Fischhäuser gebaut werden sollen, um den durch Klimawandel und Überfischung stark zurückgegangenen Fischbestand in Küstennähe wieder zu erhöhen. Diese Unterrichtseinheit bringt dadurch die drei Themen Programmierung, Klimawandel und Computerspieldesign zusammen und fördert somit unter anderem die Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE), berufliche Orientierung (BO) und Medienbildung (MB). Darüber hinaus bietet sie ein hohes Maß an Motivation. Als Programmierumgebung wird Scratch 3.0 verwendet, wobei die Unterrichtseinheit völlig ohne Programmiervorkenntnisse bzw. Erfahrungen mit Scratch genutzt werden kann.
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Sicherheitsvorschriften
Experimentieren ist für die Erkenntnisgewinnung bei naturwissenschaftlichen Phänomenen essenziell. Doch wie verhält man sich dabei richtig und welche Regeln sind zu beachten, um unnötige Gefahren zu vermeiden? Vermitteln Sie mithilfe dieser Einheit entsprechendes Wissen und fördern Sie so die Kenntnis zu naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen, Verantwortungsbewusstsein und Selbstständigkeit. Nicht nur im Anfangsunterricht, sondern auch als Auffrischung am Anfang eines jeden Schuljahres bietet sich diese Einheit an. Bildimpulse, Fallbeschreibungen, ein Memory und eine LearningApp bieten kreative und spielerische Zugänge, um das sonst so trockene Thema der Regeln motivierend zu behandeln.
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Sinneswahrnehmung bei Pflanzen
Haben Pflanzen Sinne? Ihre Schülerinnen und Schüler erarbeiten an und mit Modellen die Wahrnehmung, Signaltransduktion und Reaktion von Pflanzen auf Ethen, ein Signalmolekül. Diese gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung wirkt in Pflanzen als Phytohormon und ist an diversen Entwicklungsprozessen beteiligt. Das Pflanzenhormon entfaltet auf molekularer Ebene seine Wirkung, indem es die Expression bestimmter Gene verändert. Ethen hemmt oder fördert so bestimmte Stoffwechselwege und Enzymaktivitäten, nimmt Einfluss auf die Proteinbiosynthese und senkt oder erhöht die Konzentration von Stoffen im Zytoplasma. Darüber hinaus ist Ethen auch ein Pheromon, ein flüchtiger Signalduftstoff, welcher der Kommunikation zwischen Pflanzen derselben Art dient. Der abschließende Vergleich des Geruchssinns bei Pflanzen und Menschen evoziert eine kritische Auseinandersetzung mit der Verwendung des Fachbegriffes „Sinne“ im Kontext mit Pflanzen.
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Nobelpreis zur Paläogenetik
Wer sind wir? Woher kommen wir? – Zwei Fragen, die wir Menschen uns seit jeher stellen. Lange Zeit waren Untersuchungen an Fossilien die prägende Methode, mit der Antworten auf die Frage nach unserer biologischen Abstammung gesucht wurden. Die Entwicklung der Paläogenetik eröffnete völlig neue Möglichkeiten, zumindest unsere jüngere Stammesgeschichte zu erforschen. Wenngleich die Idee an sich älter ist, gilt der schwedische Biologe Svante Pääbo als ihr entscheidender Wegbereiter. Im Jahr 2022 wurde Pääbo mit dem Nobelpreis für Medizin und Physiologie ausgezeichnet. Die Unterrichtmaterialien zu diesem Thema geben Ihren Schülerinnen und Schülern einen Einblick in die Methodik der Paläogenetik und fördern die Anwendung genetischer Kenntnisse im evolutionsbiologischen Kontext.
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Klausuraufgabe: Signaltransduktion und Fruchtreife bei Pflanzen
Die Verbindung Ethen spielt im Pflanzenreich als Phytohormon bei der Reifung von Früchten, beim Abwerfen von Blättern oder der Bildung von Wurzeln und Wurzelhaaren eine wichtige Rolle. Als Signalstoff reagiert Ethen mit spezifischen Rezeptoren und bewirkt damit eine Signaltransduktion mit sehr unterschiedlichen zellulären Antworten. Die pflanzliche Sinneswahrnehmung entbehrt neuronaler Prozesse, verläuft aber auf molekular-physiologischer Ebene nicht minder komplex ab als bei Tieren. Die Schülerinnen und Schüler setzen sich mit der pflanzlichen Reizbeantwortung auseinander und beziehen begründet Stellung, ob Pflanzen ein Geruchssinn zugesprochen werden kann. Die Anwen-dung der naturwissenschaftlichen Erkenntnisse zur Chemorezeption von Pflanzen im Agrarsektor werden erläutert und mit den Stoffeigenschaften von Ethen in Verbindung gebracht.
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Die Zelle und ihre Zellorganellen
In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten Ihre Schülerinnen und Schüler weitgehend selbstständig unter Zuhilfenahme interaktiver LearningApps-Übungen die „Verkleinerungsschritte“ vom Organismus zur Zelle sowie ausgewählte Zellorganellen (Zellkern, Zellwand, Zellmembran, Mitochondrium, Chloroplast, Vakuole) tierischer und pflanzlicher Zellen mitsamt ihrer Bedeutung. Sie vergleichen außerdem den Bau tierischer und pflanzlicher Zellen, auch anhand mikroskopischer Betrachtungen, und geben die Unterschiede begründet an. Alle Aufgaben können alternativ auch in Form bereitgestellter Arbeitsblätter bearbeitet werden, sodass auch hybride Unterrichtsformen sowie Einsätze des Materials in analogen sowie iPad-Klassen denkbar sind.
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Erbkrankheiten
In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten Ihre Schülerinnen und Schüler in Gruppenarbeit die dominante und rezessive sowie die gonosomale Vererbung menschlicher Erbkrankheiten und üben sich in Stammbaumanalysen. Die Erarbeitung erfolgt dabei exemplarisch an den Krankheiten Albinismus, Mukoviszidose, Phenylketonurie, Chorea Huntington, Bluterkrankheit und Rot-Grün-Sehschwäche.
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Verhalten und Sinne des Regenwurms
In dieser Unterrichtseinheit erforschen die Lernenden die Sinne, das Verhalten und die Fortpflanzung des Regenwurms sowie seine ökologische Bedeutung in einem forschend-entdeckenden Stationenlernen. Damit wecken die Materialien die Neugier der Schülerinnen und Schüler. Dabei werden u. a. die folgenden Fragen beantwortet: Überleben beim Zerschneiden des Regenwurms beide Teile? Kann der Regenwurm hören und wie bewegt sich ein Regenwurm? Ihre Lernenden finden in der Stationenarbeit selbstständig die Antworten auf diese und viele weiteren Fragen. Dabei werden die Schülerinnen und Schüler nicht nur bei ihren Forschungen unterstützt, sondern gleichzeitig im verantwortlichen Umgang mit Versuchstieren geschult.
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Auslöschen der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren
Als Mitglieder der Chicxulub-Expedition erforschen die Schülerinnen und Schüler die Struktur des Kraters in Chicxulub, den der Asteroid hinterließ, der einst die Dinosaurier vernichtete. Modelle einer Computersimulation geben Antwort auf die bisher offene Frage der Asteroidenhypothese: Warum löschte der Asteroid vor 66 Millionen Jahren die Dinosaurier aus? Aktuelle Forschung lüftet die Ursache des großen Sterbens in der Dinosaurierära, und den anschließenden evolutiven Siegeszug der Vögel und Säugetiere: Der Winkel des Aufpralls war entscheidend für die verheerende Wirkung des Asteroiden. Die Lernenden werden selbst zu Forschenden, nehmen mithilfe eines Erdgeschichtskalenders alle fünf historischen Massenaussterben in den Blick und reflektieren auch das sich anbahnende große Artensterben unserer Zeit. Das Mystery: „Kippte ein Winkel die Weltherrschaft?“ fordert abschließend einen komplexen ergebnissichernden Problemlöseprozess.
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Infektionskrankheiten
Diese Unterrichtseinheit klärt, wie Infektionskrankheiten entstehen und typischerweise verlaufen. Dabei wird auf verschiedene Krankheitserreger eingegangen, die exemplarisch an häufig auftretenden Krankheiten wie Fußpilz, COVID-19, Malaria und Salmonellose, behandelt werden. Das Kapitel Bakterien beinhaltet ein Schülerexperiment, bei dem in Gruppenarbeit die Keimbelastung verschiedener Probenhintergründe des Alltags untersucht wird. Das Kapitel Viren konzentriert sich auf SARS-CoV-2-Viren, wobei Inhalte vermittelt werden, die eine Einordnung der Geschehnisse während der Coronapandemie ermöglichen. Ein methodischer Schwerpunkt der Reihe stellt die Darstellung fachwissenschaftlicher Inhalte in Fließschemata und Schaubildern dar. Dabei weist die Einheit eine Progression auf, die sich in der Komplexität der darzustellenden Inhalte zeigt.
Gesamtwerk
Insekten im Lebensraum Wald
Insekten gehören zur formenreichsten und bedeutendsten Gruppe im Tierreich. Sie sind nicht nur an der Bestäubung von Blütenpflanzen oder an der Zersetzung organischen Materials beteiligt, sondern sind auch in der Lebensgemeinschaft Wald unverzichtbar. In dieser Unterrichtseinheit wird in einem Stationenlernen am Hirschkäfer, als Beispielorganismus der Grundbauplan von Insekten, ihr Körperbau, ihre Angepasstheiten an Lebensräume, sowie der Schutz gefährdeter Insektenarten thematisiert.
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Der Vogelzug
Die Vogelwelt ist bunt und interessant. Doch was unterscheidet eigentlich Zugvögel von Standvögeln und wozu gehören heimische Vögel wie die Amsel, der Kranich, der Kuckuck oder die Nachtigall? Der Reise von Vögeln vom Norden in den Süden und zurück liegen stets beeindruckende Orientierungsleistungen zugrunde. Ebenso wie andere Zugvogelarten bewältigt auch der Kuckuck diese Reise in jahresperiodischen Rhythmen. Wieso Zugvögel diese Reise antreten und wie sie sich dabei anhand von Wechselwirkungen mit der unbelebten Materie (z.B. Magnetfeld der Erde, Sonne, Sterne) zurechtfinden sind Fragen, die im Mittelpunkt dieser Unterrichtseinheit für die Sekundarstufe I mit zum Selbstlernen bestimmten Arbeitsblättern stehen. Neben dem Erwerb von Fachwissen, steht der Kompetenzbereich Kommunikation im Fokus der Unterrichtseinheit.
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Mendel’sche Vererbung: Züchtung der Hunderasse der Kromfohrländer
Die Vererbungsregeln und die Theorie des „Vaters“ der klassischen Genetik, Gregor Mendel sind bis heute fester Bestandteil der Heim- und Nutztierzucht. Ihre Schülerinnen und Schüler wenden ihre Kompetenzen zur Mendel’schen Genetik am spannenden Kontext der kontrollierten Zucht eines Rassezuchtvereins an, indem sie einer Züchterin „über die Schulter“ schauen. Sie erproben sich im Umgang mit Kreuzungsschemata und lernen zwischen den empirisch entdeckten Mendelschen Regeln und der Theorie, als deren Erklärung, zu differenzieren. Die Bedeutung der Rückkreuzung, als hypothesenprüfende naturwissenschaftliche Methode, wird im Rahmen der Reflexion des naturwissenschaftlichen Erkenntnisweges bewusst. Ein motivierendes Mystery fördert das vernetzte Denken sowie ein kompetentes Handeln innerhalb des Inhaltsfeldes der klassischen Genetik.
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Mikroorganismen und Hygiene
In dieser zwei Schulstunden umfassenden Unterrichtseinheit aus dem Themenkomplex "Immunbiologie" sowie "Prävention und Gesundheit" planen die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppenarbeit einen selbstständig durchgeführten Abklatschversuch, um einer Forschungsfrage rund um das Thema Hygiene von Alltagsgegenständen sowie Händen nachzugehen. Die Versuchsprotokolle stehen dabei im Sinne der Binnendifferenzierung auf drei verschiedenen Niveaustufen zur Verfügung. Zudem dienen Tippkarten als Hilfe-stellung bei der Versuchsdurchführung sowie eine Bestimmungshilfe als Unterstützung bei der Bestimmung der auf den Agarplatten identifizierten Mikroorganismenkolonien.
Gesamtwerk
Lapbook zu Blütenpflanzen
In dieser Unterrichtseinheit setzen sich die Lernenden intensiv und eigenverantwortlich mit dem Thema "Blütenpflanzen" auseinander und erhalten die Möglichkeit, die Unterthemen wie den Aufbau der Blütenpflanze, den Aufbau der Blüte, den Ablauf vom Samen bis zur Frucht, Pflanzenfamilien und die Pflanzenbestimmung individuell und differenziert zu bearbeiten und in ihrem eigenen Lapbook kreativ festzuhalten. Die Inhalte werden hierbei durch verschiedene Elemente wie Klappkarten, Drehkreise, Wolkenfächer etc. abgebildet, welche wichtige Aspekte eines Themas anschaulich zusammenfassen. Ein fertiggestelltes Lapbook kann als Lernhilfe oder zur Wiederholung eines Themas herangezogen werden.
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Habitatsvorzüge der Kellerassel
Die Kellerassel gehört zu den wenigen terrestrischen Krebsen. Sie ist meist schiefer- bis gelbgrau, manchmal rot mit schwarzen Flecken. Sie besitzt einen fein gezackten, halbring-förmig gegliederten Rückenpanzer aus Chitin, sieben Paar Schreitbeinen gefolgt von fünf Paar Blattbeinen und einem Paar zweiästiger Uropoden. Dieser wichtige Destruent im Ökosystem eignet sich hervorragend, um am lebenden Tier als Realobjekt wesentliche Erkenntnisse, auch experimentell zu erwerben. Methodenreich und fallorientiert lernen die Schülerinnen und Schüler, ökologische Dienstleistungen im komplexen, ökologischen Gefüge zu verstehen, Habitatsansprüche zu untersuchen und den Wert eines jeden Lebe-wesens im Haushalt der Natur zu schätzen. In einem kleinen Rollenspiel wird neben erzie-herischen Zielen auch die fachspezifische Bewertungskompetenz gefördert.
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Überleben bei extremen Umweltfaktoren
Bärtierchen sind mikroskopisch kleine Überlebenskünstler. Ihr Toleranzbereich und die ökologische Potenz gegenüber abiotischen Faktoren sind ungewöhnlich und im Fokus aktueller Forschung. Sie überleben extreme Umweltbedingungen, sogar im Weltall Strahlung, Eiseskälte und Vakuum, und sind daher auch interessant für die aktuelle Weltraumforschung. Ihre Schülerinnen und Schüler sammeln spannende Primärerfahrungen mit den Bärtierchen durch Mikroskopieren von Moosproben, werten wissenschaftliche Experimente aus und erweitern ihre ökologischen Kompetenzen um Merkmale außergewöhnlicher Lebewesen. Zudem wird anhand des Beispiels der Hündin Laika, die als unfreiwillige Testpilotin einer Weltraumrakete diente, die ethische Frage von Versuchen mit Tieren für die damalige und heutige Weltraumforschung aufgegriffen und bearbeitet. Das neu erworbene Sachwissen und ethische Kompetenzen können in Teams als Podcast zeitgemäß vertieft und selbstständig medial aufbereitet werden.
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MINT Zirkel – Ausgabe 2, Juni 2022
Wie vielseitig grüner Wasserstoff ist, welchen Beitrag Hecken leisten, wie sich Schülerinnen und Schüler mit den Phänomenen der Quantenphysik vertraut mach können und vieles mehr erwarten euch in der neuen Ausgabe von MINT Zirkel. Außerdem sind wieder einige Zusatzmaterialien für euch dabei. Jetzt reinschauen!
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Evolutionäre Anpassung der Wirbeltiere an das Landleben
Was haben der Frosch und der Wal gemeinsam? Diese Frage ist der Beginn einer Reise in die Welt der Wirbeltiere. Vor mehr als 360 Millionen Jahren sind die ersten Landwirbeltiere entstanden. Davor war alles Leben ausschließlich im Wasser heimisch. Alle Lebewesen sind auf irgendeine Art und Weise miteinander verbunden und haben sich im Ursprung aus den Meeresbewohnern weiterentwickelt. Sie alle haben eins gemeinsam: Sie gehören zu den Wirbeltieren. Die zeitliche Entwicklung bis dahin zeigt dieser Beitrag auf.
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Plastikmüll im Meer
Die Weltmeere ersticken im Plastikmüll. Regelmäßig verenden Meerestiere und Vögel, täglich kämpfen Menschen mit den Folgen der weltweiten Müllflut. Geschätzt wird, dass bis zu 12,7 Mio. Tonnen Plastikmüll pro Jahr in die Meere gehen. Das entspricht einer Lkw-Ladung pro Minute. Nur ein kleiner Teil des Plastikmülls schwimmt auf der Oberfläche, der Rest gelangt in tiefere Wasserschichten und schließlich auf den Meeresboden. Diese Lerneinheit folgt den Zielen einer Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE). Die Lernenden arbeiten kooperativ unter Einsatz sprachsensibler Methoden. So stehen z. B. das 5Phasen-Schema zur Texterschließung oder das Concept-Mapping im Vordergrund. In einer Fishbowl-Diskussion wird das Thema aus verschiedenen Perspektiven beleuchtet, als Basis für eine faktenbasierte persönliche Beurteilung der sich anbahnenden ökologischen Katastrophe.
Gesamtwerk
Brauchen wir Wildbienen?
Das Sterben der Wildbienen steht beispielhaft für das Insektensterben und die Bedrohung der Artenvielfalt. Es repräsentiert die Dringlichkeit, die Natur und mit dieser die lebenswichtige Biodiversität nachhaltig zu schützen. Diese Unterrichtseinheit nimmt mit Schwerpunkt die Ursachen des Aussterbens der Wildbienen in den Blick. Sie vermittelt Fachwissen zum Zusammenhang der Landwirtschaft und dem Rückgang der Artenvielfalt in unserer Kulturlandschaft. In einem Rollenspiel werden die Argumentations- und Urteils-fähigkeit gefördert, indem auch gegnerische Standpunkte eingenommen und reflektiert werden. Pädagogisch-didaktisches Ziel ist die Option einer sachkundigen Teilhabe am aktuellen gesellschaftlichen Diskurs.
Gesamtwerk
Biokatalysatoren oder Enzyme
Biokatalysatoren gibt es nicht nur in der Kartoffel oder als Pulver in der Chemievorbereitung. In diesem Beitrag kommen allt├ñgliche Stoffe mit Enzymen zum Einsatz, wodurch die weite Verbreitung und Verwendung von Enzymen in der Lebenswirklichkeit der Menschen deutlich wird. Anhand von Schülerversuchen, die teils auch als Hausaufgabe durchgeführt werden können, werden die Temperatur- und pH-Wert-Abhängigkeit der Enzyme ebenso erarbeitet wie die typischen Eigenschaften der Enzyme, also Wirk- und Stoffspezifität.
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