Unterrichtsmaterialien Genetik: Ganze Werke Seite 4/11
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Biologie
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Gesamtwerk
Molekularbiologische Methoden 2.0
In den vergangenen Jahren hat sich die Molekularbiologie rasant weiterentwickelt. Technologien wie die Modulare Klonierung, PCR-basierte Klonierungen und das Gibson Assembly sind inzwischen in vielen Laboren als Standard etabliert. Neben den modernen Klonierungsverfahren wurden die die Denkansätze in der modernen Biologie revolutionierende Bioinformatik und die synthetische Biologie aufgenommen. Die zunehmende Bedeutung reicht inzwischen weit in die Gesellschaft hinein, wie die „Omics“-Technologien und die Genom Editierung zeigen, die ebenfalls in diesem Buch behandelt werden. Die 3. Auflage wurde korrigiert und aktualisiert und enthält viele hilfreiche Tipps und Tricks, welche die Fehlersuche im Labor erleichtern können. Concept-Maps visualisieren Zusammenhänge zwischen den vorgestellten Methoden. Zahlreiche Abbildungen und Tabellen veranschaulichen komplexe Sachverhalte, „Gut zu wissen“-Boxen liefern Hintergrundinformationen, „Tipp“-Boxen geben wertvolle Hinweise für die praktische Arbeit und Protokolle besonders wichtiger Verfahren erleichtern das Verständnis. Ideal für Studium und Praxis!
Gesamtwerk
Bakterien
Bakterien sind weithin als Verursacher von Krankheiten und den Verderb von Lebensmitteln bekannt. In dieser Unterrichtseinheit soll in einfachen Modellversuchen, Texten und Filmen beleuchtet werden, wie wichtig und unverzichtbar Bakterien im Naturhaushalt und in der Biotechnologie sind. Hierbei geht es um die Lebensmittelherstellung genauso wie um das Abfallproblem unserer heutigen Wegwerfgesellschaft. Kleine LearningApps-Übungen als interaktive Lernzielkontrollen runden die Einheit ab.
Gesamtwerk
Menschenrechte für Menschenaffen?
Unsere nächsten lebenden Verwandten sind uns ähnlicher, als es auf den ersten Blick scheint. Während morphologische und verhaltenspsychologische Unterschiede eine größere genetische Differenz vermuten lassen, ist der genetische Unterschied zwischen Menschenaffen und dem Menschen in Wirklichkeit äußerst gering. Diese Lernaufgabe widmet sich der interessanten ethischen Frage, ob Menschenaffen hinreichend Mensch sind, um individuelle Rechte in Form von Menschenrechten zugesprochen zu bekommen.
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Gesamtwerk
Epigenetik
Die Epigenetik ist eine noch junge Forschungsdisziplin. Sie erklärt den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Aktivität von Genen und den Phänotyp. Durch ausgedehnte molekularbiologische Forschung erhofft man, einen Beitrag zum Gesundheitsschutz der Bevölkerung zu erzielen. In dieser Klausuraufgabe bearbeiten die Schülerinnen und Schüler Forschungsergebnisse zum Einfluss verschiedener Allele des Agouti-Genlocus auf die Ausprägung der Fellfarbe von Mäusen. Experimente belegen den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Ausprägung von Merkmalen und zeigen die Grenzen der klassischen Vererbungsregeln nach Mendel auf. Die Schülerinnen und Schüler beurteilen die Relevanz epigenetischer Befunde für den Menschen und beziehen Stellung zur Gültigkeit der Evolutionstheorie nach Lamarck.
Gesamtwerk
Webquests für den Biologieunterricht 8-10
Auf Spurensuche im Internet: Als Lehrkraft für Biologie kennen Sie das Problem: Der Auftrag, etwas im Internet zu recherchieren, bringt häufig nicht die richtigen Ergebnisse. Die Schüler*innen verbringen zwar viel Zeit im Netz, doch inhaltlich sind Sie am Ende nicht weiter als vorher. Hier können die komplett ausgearbeiteten Webquests dieses E-Books Abhilfe schaffen! Aktiv-entdeckendes Lernen im Fach Biologie: Die sieben Webquests dieses E-Books sind innovativ, kreativ - und nehmen Ihnen als Lehrkraft den Rechercheaufwand ab. Für alle lehrplanrelevanten Themen der Klassen 8 bis 10 bietet Ihnen das E-Book vorrecherchierte, schülergerechte Quellen, mit deren Hilfe die Schüler*innen eine spannende und gelenkte Internetrecherche durchführen können. Kaum Vorbereitung notwendig: Die Webquests stärken die Teamfähigkeit der Schüler*innen, trainieren das prozessorientierte Lernen und sorgen dank ihres aktiv-entdeckenden Charakters dafür, dass die Lehrplanthemen viel besser im Gedächtnis der Jugendlichen verankert werden. Dabei können die Webquests jederzeit leicht und ohne viel Vorbereitung im Biologieunterricht zum Einsatz kommen. Die Themen: Evolution: Lebende Fossilien; Zellbiologie: Einzeller; Parasiten: Malaria; Immunsystem: Viren; Genetik: Mendelsche Regeln; Genetik: Erbkrankheiten; Ökosystem: Wattenmeer. Das E-Book enthält: Eine didaktisch-methodische Einführung; 7 komplett ausgearbeitete Webquests mit Sachanalyse, didaktisch-methodischen Hinweisen, Einstiegsgeschichte, Mission, Internetressourcen, Arbeitsaufträgen und Lösungshinweisen; Qualitativ hochwertige und gut vorrecherchierte Quellen. Inhaltliche Schwerpunkte: Teamarbeit; entdeckendes Lernen; Medienkompetenz; Kooperation.
Verwandte Themen
Gesamtwerk
Biologie-Classroom-Escape
Bei diesem Classroom Escape handelt es sich um ein Konzept, welches Fachinhalte mit intelligentem Üben und spielerischem sowie kooperativem Lernen verbindet. Das Konzept greift den aktuellen Trend der Live Escape Games auf und bringt diese Begeisterung in den Klassenraum. Der Beitrag liefert ein erprobtes Praxisbeispiel. Der vorgestellte Classroom Escape kann im Ganzen oder in Teilen in den eigenen Unterricht übernommen werden. Das Beispiel soll interessierte Kolleginnen und Kollegen ermutigen, selbst Rätsel zu kreieren und in den eigenen Unterricht einzubringen.
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Liebe und Sexualität
„Sexualität ist ursprünglich ein biologisches Phänomen, das bei Pflanzen, Tieren und beim Menschen die zweielterliche Fortpflanzung ermöglicht und damit Vielfalt und Individualität der Nachkommen (Variabilität) bewirkt. Wie ein Mensch Sexualität erlebt, hängt außer von seiner biologischen Konstitution entscheidend von seiner Erziehung und Lebenssituation sowie von verinnerlichten gesellschaftlichen Normen ab.“ (Gropengießer u. a. 2017) Zur Unterstützung während der Pubertät ist für die Schülerinnen und Schüler eine umfassende und aufgeschlossene Sexualerziehung unerlässlich. Das Themenfeld ist dabei enorm. In diesem Heft bieten wir Ihnen eine erste Auswahl. Mit den vorliegenden Unterrichtsideen lassen sich klassisch biologische Themen bearbeiten, wie Geschlechtsvererbung oder sexuell übertragbare Krankheiten. Darüber hinaus bieten wir Ihnen Unterrichtseinheiten zu gesellschaftlich relevanten Themen, wie Coming-out oder Beschneidung. Aus dem Inhalt: Ich kann nichts dafür: Pubertät! – Mit einem Projekttag Interesse wecken und Gesprächsanlässe ermöglichen; Wenn es untenherum juckt ... – Einen Flyer zu häufigen sexuell übertragbaren Krankheiten erstellen; Wer passt zu wem? – Dem Phänomen der Partnerwahl naturwissenschaftlich nachspüren.
Gesamtwerk
digital unterrichten – Biologie -4/2021
digital unterrichten – Biologie -4/2021
Gesamtwerk
Erbkrankheiten des Menschen
Krankheiten wie Masern, Grippe, Aids oder Corona sind ansteckende Infektionskrankheiten. Es gibt aber auch Krankheiten, die nicht ansteckend und durch Vererbung von einem Menschen in die nächste Generation übertragbar sind. Man spricht von Erbkrankheiten. Diese Unterrichtseinheit dient der Erarbeitung der dominanten und rezessiven Vererbung von Krankheiten, gonosomalen Erbgängen und Stammbaumanalysen. Dabei werden die Krankheiten Albinismus, Mukoviszidose, Phenylketonurie, Chorea Huntington, Bluterkrankheit und Rot-Grün-Schwäche näher betrachtet.
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UV-Strahlung und DNA-Reparatur
Was passiert auf der Ebene der DNA, wenn wir uns dem UV-Licht am Strand aussetzen? Wie schützt der Körper sich durch eigene DNA-Reparaturmechanismen vor möglicherweise folgenschweren Mutationen? Die Einheit widmet sich zunächst dem Basiswissen zum Thema um dann schließlich auf die molekulare Struktur der DNA hinein zu „zoomen“. Das alltagsnahe Thema und das problemorientierte Arbeiten garantieren eine hohe Schülermotivation.
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Resistenz gegen HIV durch CRISPR/Cas?
Die Infektionskrankheit Aids, verursacht durch das HI-Virus, ist seit den 1980er-Jahren für Menschen zur ständigen Bedrohung geworden. Obschon die Schutzmaßnahmen bekannt sind, ist bei den Neuinfektionen kein Abwärtstrend erkennbar. Bisherige Therapien können nur eine Abmilderung der Symptome und das Ausbrechen von Aids verhindern. Hoffnung auf Heilung erzeugt nun erstmalig die CRISPR/Cas9-Technik. Die Schülerinnen und Schüler entdecken, was es bedeuten kann, sich mit HIV zu infizieren, und welche Möglichkeiten die Genschere CRISPR/Cas9 eröffnen könnte. Die Thematik wird am Beispiel des realen Falles des „Berliner Patienten“, der weltweit als erster HIV-Infizierter durch medizinische Eingriffe tatsächlich geheilt werden konnte, dargestellt. Am authentischen Kontext wird auch die ethische Brisanz einer gentechnischen Modifizierung des menschlichen Erbgutes beleuchtet und die Urteilsbildung gefördert.
Gesamtwerk
Naturschutzbiologie
Naturschutzbiologie ist eine relativ junge wissenschaftliche Disziplin, deren Ziel die Erarbeitung der Grundlagen für die Erhaltung und Förderung der biologischen Vielfalt (Biodiversität) und der Ökosystemleistungen ist. Dieses Lehrbuch behandelt die wichtigsten Aspekte der Naturschutzbiologie, stellt neue Ergebnisse der Forschung vor und zeigt deren Anwendungsmöglichkeiten für den praktischen Naturschutz auf. «Naturschutzbiologie» richtet sich an Bachelor- und Masterstudierende der Biologie, der Landschaftsplanung, Forstwissenschaften und (Bio-)Geografie. Das Lehrbuch dient auch der Weiterbildung von in den Bereichen «Naturschutz» und «Landschaftsplanung» tätigen Personen und bietet aktiven Naturschützern einen guten Überblick.
Gesamtwerk
Sucht
Eine Sucht kann unterschiedlich ausgeprägt sein und vielfältige Ursachen haben. Für eine gelungene Suchtprävention ist es wichtig, die Ursachen der Sucht zu kennen. Insbesondere Jugendliche sind gefährdet, in der Phase der Adoleszenz eine Sucht oder ein abhängiges Verhalten zu entwickeln. Und gerade sie schätzen oft die Risiken falsch ein, weil sie eine verzerrte selbstbezogene Risikowahrnehmung haben. Aber auch Erwachsene sind gefährdet. Die Unterrichtsmodelle in diesem Heft beleuchten verschiedene Facetten von Sucht und Abhängigkeit. Ein Drittel der Jugendlichen trinkt regelmäßig in der Peergroup viel Alkohol. Dieses Rauschtrinken wird von ihnen oft nicht als Risiko wahrgenommen. Das Risiko richtig einzuschätzen und das Neinsagen werden trainiert. Auch die Risiken des Cannabiskonsums im Jugendalter und die Wirkung der Droge auf das Nervensystem werden vorgestellt. Was ist, wenn der Medienkonsum problematisch wird, wenn aus Begeisterung für Alltagsaktivitäten eine Sucht oder Abhängigkeit wird? Ein Test hilft bei der Selbsteinschätzung. Außerdem werden Kriterien für problematische Onlineaktivitäten erarbeitet und Maßnahmen abgeleitet. Die Ursachen einer Sucht zu erklären, scheint nicht einfach zu sein. Das zeigen wissenschaftliche Modelle, die unterschiedlicher nicht sein könnten. Ist Sucht eine Krankheit des Gehirns oder eine Störung des willentlichen Entscheidungsverhaltens? Versuche mit Ratten und mit alternativen Verstärkern bieten Lösungsansätze. Die Opioid-Epedimie in den USA zeigt, was passiert, wenn ein Pharmakonzern ein Schmerzmedikament mit hohem Suchtpotenzial vermarktet, ohne auf die Risiken hinzuweisen. Der Missbrauch des Schmerzmittels führte zu einem starken Anstieg der Drogenabhängigen und vielen Todesopfern zwischen 1999 und 2017. Ein Fallbeispiel zeigt dies.
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Stammbaumanalyse
Wie viele andere Mitglieder der europäischen Königsfamilien im 19. Jahrhundert auch litt Prinz Leopold, der jüngste Sohn von Queen Victoria von England, an Hämophilie. Die „Bluterkrankheit“ ist eine genetisch bedingte Erkrankung und wurde von Queen Victoria selbst an 20 Nachkommen weitergegeben. Im Rahmen dieser Lerneinheit forschen Ihre Schüler wie in einem Krimi nach der Herkunft der gefährlichen Erbanlage und führen die Stammbaumanalyse in präziser wissenschaftspropädeutischer Form durch. Kompetenzen: Symptome, Physiologie und Mutation der Hämophilie verstehen; Stammbaumanalyse als Forschungsmethode kennen und anwenden; selbstständige Erarbeitung und Lösung des Mysterys
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Moderne Verhaltensbiologie
Ist Verhalten individuell? Wie hat sich Verhalten entwickelt? Und welche bedeutenden Einflüsse vor und nach der Geburt bestimmen das Verhalten? Antworten dazu gibt die Verhaltensforschung. Tiere sind wie Menschen Individuen, so lautet eine neue Erkenntnis der Verhaltensforschung. Sie zeigen Emotionen und diese lassen sich sogar messen. Zudem besitzen viele Tiere eine erstaunliche Intelligenz und kooperieren komplex und erfolgreich miteinander. Aus diesem kooperativen Verhalten können Modelle erarbeitet werden, wie sich die Sprache und die Moral in der Evolution zum Menschen entwickelt haben. Die ausgewählten Themenschwerpunkte lassen die Schülerinnen und Schüler Einblicke in die spannende Welt der Verhaltensforschung gewinnen. Dabei erkennen sie, dass sich Mensch und Tier in vielen Dingen ähnlich sind. Zum Inhalt: Was ist Verhalten? | Wie konnte der Hund zum besten Freund des Menschen werden? – Der Hund als Kompagnon | Verhaltensforschung kann die Emotionen von Tieren bestimmen – Tierhaltung und Tierethik.
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‚Basiskonzepte‘ der Erkenntnisgewinnung im Biologieunterricht
Im Biologieunterricht spielen viele Konzepte, die für ein Wissenschaftsverständnis und ein naturwissenschaftliches Denken und Erklären erforderlich sind, eine eher untergeordnete Rolle. Sie werden nicht explizit zum Gegenstand des Unterrichts gemacht, sondern laufen nur implizit im Hintergrund mit, obwohl sie zum Verständnis naturwissenschaftlicher Erkenntnisprozesse seitens der Lernenden unabdingbar sind. Das Ziel dieses Buches ist es, diese Basiskonzepte der Erkenntnisgewinnung und Erklärung in der Biologie systematisch darzustellen, an Beispielen zu erläutern und miteinander in Beziehung zu setzen. Darüber hinaus soll anhand von Aufgabenbeispielen gezeigt werden, wie sie selbst zum Gegenstand eines kognitiv aktivierenden, konzeptbildenden Biologieunterrichts gemacht werden können.
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CRISPR/Cas: Heilung der Phenylketonurie?
Die Phenylketonurie ist als häufigste angeborene Stoffwechselkrankheit bisher unheilbar. Betroffene können die Aminosäure Phenylalanin nicht abbauen. Mit einer eiweißarmen Diät bleibt die Krankheit symptomlos. Ursache ist eine Punktmutation auf dem die Phenylalaninhydroxylase (PAH) codierenden Chromosom 12. Über 400 verschiedene Mutationen dieses Gens sind bekannt, die alle autosomal-rezessiv vererbt werden. Hoffnung auf Heilung macht erstmalig die Genschere. In Experimenten mit PKU-Labormäusen konnten etwa 60 Prozent der Leberzellen ihre normale Funktion wieder aufnehmen, nachdem das fehlerhafte Gen mit CRISPR/Cas repariert wurde. Eine weiter spezifizierte Genschere verspricht noch größeren Erfolg. Dürfen wir aber menschliche Gene modifizieren? Die Schüler entdecken in dieser Unterrichtssequenz, was es bedeutet an PKU zu erkranken, und welche Optionen die Gen-schere bietet. Der Diskurs über Designerbabys eröffnet ein moralisches Dilemma und fordert einen ethischen Standpunkt heraus.
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Xenotransplantation mit CRISPR/Cas9?
Neuste biotechnologische Methoden ermöglichen einen präzisen Eingriff in das Erbgut von Schweinen. Genmanipulierte Schweineherzen können als Transplantate für herzkranke Menschen dienen, ohne dass eine Abstoßungsreaktion befürchtet werden muss. Der große Mangel an Spenderherzen könnte so kompensiert werden. Ist die Transplantation artfremder Organe, eine Xenotransplantation, überhaupt ethisch vertretbar? Die Gesellschaft vertritt hier kontroverse Positionen. Diese Lernaufgabe ermöglicht Ihren Schülerinnen und Schülern eine auf Fachwissen aufbauende Partizipation am bioethischen Diskurs zur Xenotransplantation. Der Weg zum Werturteil wird in dieser Unterrichtssequenz durch das Pyramidenmodell für das bioethische Lernen strukturiert.
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Leben und Konsum
Alle Lebensvorgänge hängen mit dem Konsum von Stoffen und Energie zusammen. Die Auswirkungen des Konsums können dabei ganz unterschiedlich sein. Neben dem Aufrechterhalten beziehungsweise der Steigerung der eigenen Lebensvorgänge kann der Konsum eines Individuums oder einer Gruppe auch die Lebensvorgänge anderer beeinflussen. Dies kann zum Beispiel in eine mutualistische Lebensweise münden, wie bei Blattlaus und Ameise, oder zu Umweltschäden und Habitatverlust führen, wie bei Schokoladenriegelkonsum und wild lebenede Menschenaffenpopulationen. Eines ist sicher: Ohne Leben gibt es keinen Konsum, aber ohne Konsum vor allem auch kein Leben. Aus dem Inhalt: Leben in einer Raumstation; Blattläuse – ein Leben im Überfluss; Giganten mit Riesenappetit
Gesamtwerk
Die Pest
Die Pest ist bis heute die größte Pandemie der Weltgeschichte. In nur fünf Jahren, zwischen 1348 und 1353, starben 25 Millionen Menschen an dieser Seuche. Damit fielen ihr ein Drittel der Europäer zum Opfer. Die Bezeichnung „Schwarzer Tod“ wurde im Mittelalter noch nicht verwendet, sondern stammt aus dem 16. Jahrhundert. Damit wurde bildhaft das Schreckenerregende dieser Krankheit zum Ausdruck gebracht. Die Bezeichnung „Schwarzer Tod“ wird aber auch den Nekrosen zugeschrieben, schmerzhaften Pestbeulen, um die sich die Haut schwarz verfärbt und abstirbt, vor allem an Fingern, Zehen und Nase. Wissenschaftlich war es bisher umstritten, ob das Bakterium Yersinia pestis die Seuche des Mittelalters auslöste. Eine aktuelle genetische Analyse von Skeletten mittelalterlicher Pestopfer belegt die Präsenz des Pestbakteriums. Diese Leistungsaufgabe fokussiert die Evolution des Pesterregers und seine Übertragungswege auf der Basis molekulargenetischer Befunde.
Gesamtwerk
Sauerstoffsensor HIF-1
Jede biologische Zelle benötigt zum Leben und Überleben Sauerstoff. Die Bedeutung einer konstanten Sauerstoffversorgung zeigt sich auch daran, dass mehrere Regelkreise die Sauerstoff-Homöostase unter verschiedenen Bedingungen absichern. Lange Zeit ungeklärt war dagegen, ob und wie einzelne Zellen ihren Versorgungszustand bezüglich des Sauerstoffs registrieren und daraufhin eine physiologische Reaktion einleiten können. Die Nobelpreisträger für Medizin und Physiologie des Jahres 2019 haben einen eleganten Mechanismus entschlüsselt, der beides ermöglicht. In dieser Einheit erarbeiten Sie mit Ihren Schülern diese grundlegenden Forschungsergebnisse rund um den Transkriptionsfaktor HIF-1 sowie deren Anwendung in praktischen Transferaufgaben.
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Gegen das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid mit Escherichia coli
Das gramnegative Bakterium Escherichia coli wird von vielen Menschen mit Krankheiten, Fäkalien und potenzieller Gefahr assoziiert. In diesen Aufgaben, die auch als Test oder Klausur geeignet sind, wiederholen die Schüler den Aufbau von Bakterien und üben sich in einer Anwendungsaufgabe zur Gentechnik. Dabei wird ihnen verdeutlicht, dass die Forschung Escherichia coli auch zu ganz anderen, sinnvollen Zwecken einsetzen kann.
Gesamtwerk
Evolution verstehen
Evolution formt unsere Umwelt und alles Leben auf der Erde. Verantwortlich sind Evolutionsfaktoren wie Mutation, Selektion oder Alleldrift. Je besser wir die Evolutionsprozesse verstehen, desto mehr lernen wir über unsere eigene Entwicklung, über Umweltveränderungen oder mögliche Bedrohungen für die Biodiversität auf unserer Erde. In diesem Kompakt werden sechs Geschichten von bedeutsamen und recht aktuellen Forschungsvorhaben erzählt. Sie haben das Ziel, für das Abitur relevantes evolutionsbiologisches Wissen anschaulich und ausführlich zu erklären und immer wieder die notwendigen Bezüge zur Genetik herzustellen. Dazu enthalten die Texte jeweils vertiefende Aufgaben. Nicht zuletzt zeigt das Heft, wie vielfältig und unterschiedlich die Antworten auf biologische Fragestellungen sein können und – anders als in den anderen Naturwissenschaften – Generalisierungen in der Biologie nur bedingt möglich sind. Zum Inhalt: • Hirschmäuse – kleine große Stars der Evolutionsbiologie • Zitterspinnen auf Wanderschaft • Killifische – Anpassung an menschengemachte Umweltveränderungen?
Gesamtwerk
Blutgruppen des Menschen und Mendel'sche Vererbung
Blut ist nicht gleich Blut. Dies wird spätestens dann deutlich, wenn eine Blutspende anstehen soll. In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten sich Ihre Schüler die Merkmale der verschiedenen Blutgruppen sowie deren Vererbung nach den Mendel’schen Gesetzen. Das Erlernte wird durch den Bau von Erythrozytenmodellen zu verschiedenen Blutmischszenarieren sowie einem Rollenspiel zu einem Fallbeispiel veranschaulicht. Anhand eines Mysterys sowie mithilfe eines Dominospiels werden die neu erlernten Erkenntnisse auf spielerische Art und Weise eingeübt.
Gesamtwerk
MINT Zirkel - Ausgabe 2, Juni 2020
Linksgedrehte Schnecken? Hirndoping? Skurrile Mathematikaufgaben? Und ist in der Wissenschaft überhaupt etwas passiert, das nichts mit Corona zu tun hat? In dieser Ausgabe haben wir wieder spannende Artikel zu diesen Themen und noch vielen weiteren zusammengetragen. Zusätzlich dürft ihr euch auch auf ein tolles Arbeitsblatt zur Ergänzung des Artikels „Achtsamkeit im Biologieunterricht“ (Sek II) freuen.
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