Biologie Oberstufe
KursplanerBasiskonzepte
2 KURSPLANER
Die Testkandidaten waren Studienanfänger an den
Universitäten Dortmund und Münster in den
Studiengängen Primarstufe Sachunterricht Natur-
wissenschaften/Technik und wissenschaften/Technik und wissenschaften/Technik Biologie Sekundar-
stufe I. Insgesamt waren 8 derartige Aufgaben in
15 Minuten zu lösen. Es wurde ausschließlich
elementares Wissen abgefragt, dessen Kenntnis
für das Verständnis wichtiger biologischer Phäno-
mene unerlässlich ist. Der Schwierigkeitsgrad ging
kaum über die Anforderungen des Biologieunter-
richts in der Sekundarstufe I hinaus. Der Test galt
als „bestanden“, wenn die Hälfte der Aufgaben
zutreffend gelöst war. Dieses Ziel erreichten zwischen
1995 und 2000 von fast 500 Studienanfängern
sage und schreibe 8 (1,6 %). Noch schockierender
wird das desaströse Ergebnis, wenn man berück-
sichtigt, dass mehr als 55 % der Testpersonen an
einem Leistungskurs Biologie teilgenommen
hatten. Neun Jahre Biologieunterricht hatten
offenbar noch nicht einmal „Gedächtnis-
spuren“ hinterlassen.
Das Test-Ergebnis reiht sich ein in die Befunde über
die mangelhafte biologische Grundbildung
deutscher Schülerinnen und Schüler, wie wir sie
aus den internationalen Leistungsvergleichsstudien
wie TIMSS und PISA kennen. Insbesondere das
schlechte Abschneiden bei PISA und dessen breite
Diskussion in der Öffentlichkeit haben in Deutsch-
land einen Prozess der Qualitätsentwicklung in
Gang gebracht, in dem der Entwicklung von
Bildungsstandards eine zentrale Bedeutung
zukommt. Sie gelten als Voraussetzung dafür, dass
die Qualität des Biologieunterrichts langfristig
gesichert und weiterentwickelt werden kann.
Möller, H.: Biologische Kenntnisse Möller, H.: Biologische Kenntnisse Möller, H.: Biologische Kenntnisse von Studienanfängern. In: von Studienanfängern. In: von Studienanfängern. In: MNU 56, 2003, Heft 1, S. 4–12MNU 56, 2003, Heft 1, S. 4–12MNU 56, 2003, Heft 1, S. 4–12
Mayer, J.: Qualitätsentwicklung im Mayer, J.: Qualitätsentwicklung im Mayer, J.: Qualitätsentwicklung im Biologieunterricht. In: MNU 57, Biologieunterricht. In: MNU 57, Biologieunterricht. In: MNU 57,
2004, Heft 2, S. 92–992004, Heft 2, S. 92–992004, Heft 2, S. 92–99
Die Aufgabe war nicht schwer, denn dieser
elementare ökologische Sachverhalt wird intensiv
im Biologieunterricht beider Sekundarstufen
behandelt: „Erstellen Sie eine einfache Skizze
vom Stoffkreislauf in Ökosystemen.“ Die Lösungen vom Stoffkreislauf in Ökosystemen.“ Die Lösungen vom Stoffkreislauf in Ökosystemen.“
wurden als richtig bewertet, wenn die einfache
Beziehung zwischen (Primär-)Produzenten (PP),
Konsumenten (K) und Destruenten (D) als Kreis
dargestellt wurde:
Alarmierende Befunde …
PP
D K
3
3Basiskonzepte
Für den Biologieunterricht wurden von der Kultus-
ministerkonferenz bundeseinheitliche Bildungs-
standards bisher nur für die Sekundarstufe I
vorgelegt.
Für die gymnasiale Oberstufe geben die Einheit-
lichen Prüfungsanforderungen in der Abitur-
prüfung (EPA) vor, welche fachlichen Inhalte und
Qualifi kationen die Schülerinnen und Schüler bis
zum Abitur erworben haben sollen:
„Der Biologieunterricht muss darauf ausgerichtet
sein, den Schülerinnen und Schülern zentrale
Erkenntnisse und Entwicklungen in den Biowissen-
schaften durchschaubar und verständlich zu
machen. Er erschöpft sich nicht in der Vermittlung
von Faktenwissen, sondern greift als erklärender
Unterricht auf biologische Grundprinzipien und
Gesetzmäßigkeiten sowie auf Gesetze und
Methoden der anderen Naturwissenschaften
zurück, indem er den Jugendlichen die unmittelbare
Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Bildungsstandards im Fach Biologie Bildungsstandards im Fach Biologie Bildungsstandards im Fach Biologie für den Mittleren Bildungsabschluss für den Mittleren Bildungsabschluss für den Mittleren Bildungsabschluss (Beschluss vom 16.12.2004). (Beschluss vom 16.12.2004). (Beschluss vom 16.12.2004). Neuwied 2005Neuwied 2005Neuwied 2005
Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Einheitliche Prüfungsanforderungen Einheitliche Prüfungsanforderungen Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Biologie in der Abiturprüfung Biologie in der Abiturprüfung Biologie (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. vom 5.2.2004). Neuwied 2004, vom 5.2.2004). Neuwied 2004, vom 5.2.2004). Neuwied 2004, S. 5–6S. 5–6S. 5–6
und ihre Konsequenzen für den Unterricht
Begegnung mit der Natur und ihren Lebewesen
sowie faszinierende Einblicke in Bau und Funktion
des eigenen Körpers ermöglicht. Das Arbeiten mit
Modellvorstellungen und der gedankliche Wechsel
zwischen verschiedenen Organisations- und
Komplexitätsebenen (Atome, Moleküle, Organellen,
Zellen, Gewebe, Organe, Organismen, Populationen,
Lebensgemeinschaften, Ökosysteme, Bio sphäre)
fördern die Fähigkeit zur Abstraktion, zum
Perspektivwechsel und zum logischen Denken.“
Es wird also gefordert, dass sich der Biologie-
unterricht nicht – wie leider häufi g üblich –
in der Vermittlung von Faktenwissen erschöpfen
darf, sondern als erklärender Unterricht zu
gestalten ist, der auf biologische Grundprin-
zipien zurückgreift. Das zu erwerbende Fach-
wissen soll im Sinne einer vertieften Allgemeinbil-
dung helfen, Alltagsfragen im Zusammenhang mit
biologischen Phänomenen und Sachverhalten zu
bewältigen, und als Basiswissen anschlussfähig
für Studium und Berufsausbildung sein. Eine
wesentliche Rolle beim Ausweisen der verbind-
lichen fachlichen Inhalte spielen neben den The-
menbereichen die Basiskonzepte.
4 KURSPLANER
Was sind Basiskonzepte?
Basiskonzepte sind als biologische Prinzipien zu verstehen,
die einerseits die Strukturierung der Themenbereiche erleich-
tern und andererseits der Refl exion erworbener Erkenntnisse
dienen sollen. Die Ausweisung der Basiskonzepte greift auf
das Konzept des kumulativen Lernens zurück.
Die folgenden Basiskonzepte gehören zu den verbindlichen
Inhalten des Biologieunterrichts, die jeweils angeführten
Beispiele illustrieren ihre Bedeutung auf unterschiedlichen
Organisations ebenen. Alle Basiskonzepte beinhalten den
Aspekt der Wechselwirkungen in verschiedenen Zusammen-
hängen.
Gilbert, P.; Richter, R.: Einheitliche Gilbert, P.; Richter, R.: Einheitliche Gilbert, P.; Richter, R.: Einheitliche Prüfungsanforderungen Prüfungsanforderungen Prüfungsanforderungen
(EPA) für das Fach Biologie. (EPA) für das Fach Biologie. (EPA) für das Fach Biologie. In: MNU 57, 2004, Heft 3, S. 174In: MNU 57, 2004, Heft 3, S. 174In: MNU 57, 2004, Heft 3, S. 174
Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Kultusministerkonferenz (Hrsg.): Einheitliche Prüfungsanforderungen Einheitliche Prüfungsanforderungen Einheitliche Prüfungsanforderungen
in der Abiturprüfung Biologie in der Abiturprüfung Biologie in der Abiturprüfung Biologie (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. vom (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. vom (Beschluss vom 1.12.1989 i.d.F. vom 5.2.2004). Neuwied 2004, S. 11–125.2.2004). Neuwied 2004, S. 11–125.2.2004). Neuwied 2004, S. 11–12
Struktur und Funktion
Lebewesen und Lebensvorgänge sind an Struk-
turen gebunden; es gibt einen Zusammenhang
von Struktur und Funktion.
Dieses Basiskonzept hilft z. B. beim Verständnis des
Baus von Biomolekülen, der Funktion der Enzyme,
der Organe und der Ökosysteme.
Reproduktion
Lebewesen sind fähig zur Reproduktion; damit
verbunden ist die Weitergabe von Erbinforma-
tionen.
Dieses Basiskonzept hilft z. B. beim Verständnis der
identischen Replikation der DNS, der Viren, der
Mitose und der geschlechtlichen Fortpfl anzung.
Kompartimentierung
Lebende Systeme zeigen abgegrenzte Reaktions-
räume.
Dieses Basiskonzept hilft z. B. beim Verständnis der
Zellorganellen, der Organe und der Biosphäre.
n
n
n
5
5Basiskonzepte
Steuerung und Regelung
Lebende Systeme halten bestimmte Zustände
durch Regulation aufrecht und reagieren auf
Veränderungen.
Dieses Basiskonzept hilft z. B. beim Verständnis der
Proteinbiosynthese, der hormonellen Regulation
und der Populationsentwicklung.
Stoff- und Energieumwandlung
Lebewesen sind offene Systeme; sie sind
gebunden an Stoff- und Energieumwandlungen.
Dieses Basiskonzept hilft z. B. beim Verständnis der
Photosynthese, der Ernährung und der Stoffkreis-
läufe.
Information und Kommunikation
Lebewesen nehmen Informationen auf, speichern
und verarbeiten sie und kommunizieren.
Dieses Basiskonzept hilft z. B. beim Verständnis der
Verschlüsselung von Information auf der Ebene
der Makromoleküle, der Erregungsleitung, des
Lernens und des Territorialverhaltens.
Variabilität und Angepasstheit
Lebewesen sind bezüglich Bau und Funktion an ihre
Umwelt angepasst. Angepasstheit wird durch
Variabilität ermöglicht. Grundlage dieser Variabilität
sind Mutation, Rekombination und Modifi kation.
Dieses Basiskonzept hilft z. B. beim Verständnis der
Sichelzellanämie, der ökologischen Nische und der
Artbildung.
Geschichte und Verwandtschaft
Ähnlichkeit und Vielfalt von Lebewesen sind das
Ergebnis stammesgeschichtlicher Entwicklungs-
prozesse.
Dieses Basiskonzept hilft z. B. beim Verständnis der
Entstehung des Lebens, homologer Organe und
der Herkunft des Menschen.
n
n
n
n
n
6 KURSPLANER
Basiskonzepte – alter Wein in neuen Schläuchen?
Allgemeinverbindliches Basiswissen
zu vermitteln, das für ein Verständnis
der Biologie für wesentlich gehalten
wird, ist auch mitunter das Anliegen
von Lehrbüchern für das Grundstu-
dium an den Universitäten. Auch in
diesem Fall ist das Problem zu lösen,
wie anstelle eines Sammelsuriums
unzusammenhängender Fakten ein
zusammenhängendes, konzeptio-
nelles Verständnis aufgebaut werden
kann. Im Lehrbuch von Campbell,
das auch bei der Entwicklung des
Lehrbuchs Biologie Oberstufe als
Vorlage diente, wurde das Problem
für die Neuaufl age vor zehn Jahren in
folgender Weise gelöst:
Campbell, N. A.: Biologie. Campbell, N. A.: Biologie. Campbell, N. A.: Biologie. Heidelberg/Berlin/Oxford 1997Heidelberg/Berlin/Oxford 1997Heidelberg/Berlin/Oxford 1997
Im Eingangskapitel sind zwölf
biologische Grundprinzipien als
übergreifende Themen vorgestellt,
die helfen sollen, Verbindungen
zwischen den verschiedenen
Teilbereichen der Biologie herzu-
stellen.
Die dann folgenden Kapitel sind
jeweils um Schlüsselkonzepte
herum aufgebaut.
Insbesondere die Ergebnisse von
TIMSS und PISA haben deutlich
gemacht, dass deutsche Schülerinnen
und Schüler vorwiegend additiv
lernen: Sie verfügen vor allem über
einzelne Fakten und Begriffe, wäh-
rend es an systematischen Einsichten
in Zusammenhänge und übergrei-
fende Theorien mangelt. Ulrich
KATTMANN hat das zugespitzt so
formuliert:
„Lernen verkümmert zum Erwerb der
jeweils unmittelbar nach dem
erfolgreichen Abschluss einer Klausur
absterbenden Spezialkenntnisse.“
n
n
Kattmann, U.: Vom Blatt zum Kattmann, U.: Vom Blatt zum Kattmann, U.: Vom Blatt zum Planeten – Scientifi c Literacy Planeten – Scientifi c Literacy Planeten – Scientifi c Literacy
und kumulatives Lernen im Biologie-und kumulatives Lernen im Biologie-und kumulatives Lernen im Biologie-unterricht und darüber hinaus. In: unterricht und darüber hinaus. In: unterricht und darüber hinaus. In:
Moschner, B., u.a. (Hrsg.): Moschner, B., u.a. (Hrsg.): Moschner, B., u.a. (Hrsg.): PISA 2000 als Herausforderung. PISA 2000 als Herausforderung. PISA 2000 als Herausforderung.
Baltmannsweiler, S. 115–137Baltmannsweiler, S. 115–137Baltmannsweiler, S. 115–137
7
777Basiskonzepte
Im Biologieunterricht ist diese Tendenz
zur bloßen Addition von isoliertem
Teilwissen besonders groß, weil die
Zergliederung in eine große Zahl von
Einzelthemen durch die Vorgaben
der meisten Lehr- und Rahmenpläne
begünstigt wird.
Angestrebt wird daher kumulatives
Lernen, bei dem die Schülerinnen
und Schüler ihre Kompetenzen
schrittweise steigern und als Lernzu-
wachs erfahren. Eine Voraussetzung
wird darin gesehen, dass eine für
Schülerinnen und Schüler einsehbare
Verknüpfung und Vernetzung sowie
eine dem Lernvermögen angepasste,
aufbauende Abfolge der Lerngegen-
stände vorgenommen wird.
Eine Arbeitsgruppe des „Vereins zur
Förderung des mathematischen und
naturwissenschaftlichen Unterrichts
(MNU)“ hat dafür als Bezugssystem
so genannte Erschließungsfelder
vorgeschlagen. Sie sollen eine durch-
gängige Strukturierung des Biologie-
unterrichts anhand fachlich begrün-
deter Konzepte ermöglichen, indem
sie „die einzelnen Inhalte sinnvoll
miteinander verknüpfen, den System-
charakter des Lebendigen sichtbar
machen und verständnisvolles Lernen
fördern“.
MNU: Biologieunterricht und MNU: Biologieunterricht und MNU: Biologieunterricht und Bildung. Beilage zu MNU 54, 2001, Bildung. Beilage zu MNU 54, 2001, Bildung. Beilage zu MNU 54, 2001, Heft 4Heft 4Heft 4
Erschließungsfelder
AngepasstheitReproduktion
Information
Regulation
Strukturen
Ebenen
VariabilitätBewegung
Zeit
Wechselwirkung
Wachstum
Energie
Stoffe
8 KURSPLANER
8 BIOLOGIE – DIE WISSENSCHAFT VOM LEBEN
Gestalt. Lebewesen haben eine charakteristische Gestalt. Esist kein Problem einen Vogel von einem Hund zu unterschei-den, eine Pflanze oder einen Pilz zu erkennen. Die Gestalt eines Lebewesens ist typisch für das Individuum, aber auchfür die Art, zu der es gehört. Häufig stehen die Körpergestaltund die Form einzelner Körperteile direkt mit ihrer Funktionin Zusammenhang: Der Flügel hat die Form einer Tragfläche,der spindelförmige Fischkörper eignet sich für die Fortbewe-gung im Wasser, die Blütengestalt zur Anlockung von bestäu-benden Insekten …
Entwicklung. Diese Gestalt ist zwar genetisch festgelegt,aber dennoch wandelbar. Sie verändert sich im Lauf der Ent-wicklung vom Ei oder Samen zum ausgewachsenen Lebewe-sen, bis sie zuletzt mit dem Tod aufgelöst wird. Die Entwick-lung folgt ebenfalls bestimmten Mustern, die charakteristischsind für Arten und Verwandtschaftsgruppen. Bei manchenTiergruppen, beispielsweise Insekten und Amphibien, sinddie einzelnen Entwicklungsstadien klar voneinander getrennt.
Wachstum.Wachstum.W Mit der Entwicklung des Individuums ist stetsauch WachstumWachstumW verbunden. Es ist nur dadurch möglich, dassZellen sich teilen können. Aber auch Einzeller würden bei jeder Teilung in ihrer Größe halbiert, wenn sie nicht anschlie-ßend wieder auf ihr Normalmaß heranwachsen würden.
Stoffwechsel. Die Energie für Entwicklungsprozesse undWachstum gewinnen Lebewesen entweder aus der Nahrungoder – wie im Fall der grünen Pflanzen – indem sie andere Energieformen nutzen, zum Beispiel Licht. Der Stoffwechseldient dazu, die aufgenommene Energie in eine für den Orga-nismus nutzbare Form umzuwandeln. Zusätzlich benötigt derKörper bestimmte Substanzen, aus der er körpereigene Mate-rie aufbaut. Auch im ausgewachsenen Zustand werden dievorhandenen Stoffe ständig ausgetauscht und erneuert. BeimMenschen beispielsweise werden täglich die obersten zwei bisdrei Zellschichten der Haut abgestoßen und aus darunter lie-genden Schichten ersetzt. Durch den lebenden Organismusfließt also ein andauernder Strom von Stoffen und Energie.
Bewegung, Reizbarkeit, Verhalten. Die Fähigkeit zu Bewe-gung ist ein offensichtliches Merkmal von Lebewesen – zumin-
Bereits die Philosophen der Antike beschäftigte die Idee, dassalle Phänomene auf der Erde – Lebewesen ebenso wie Gestei-ne, Luft oder Feuer – aus gleichartigen Teilchen aufgebautsind, den so genannten Atomen (von griech. atomos: unteil-bar). Ihre Vorstellung davon, wie diese kleinsten, unteilbarenEinheiten aussehen, entsprach allerdings nur zum Teil dem,was wir heute unter Atomen verstehen.
Auch in der Biologie versuchte man schon früh kleineEinheiten zu finden, auf die sich die Vielfalt der Organismenzurückführen lässt. Zunächst hielt man Körner und Fasern,später Gewebe für diese kleinsten Einheiten. In der Mitte des 19. Jahrhunderts erkannten der Botaniker MATTHIASSCHLEIDEN und der Mediziner THEODOR SCHWANN dieZelle als das „Elementarteilchen“ der Lebewesen.Grundeigenschaften des Lebendigen. Bei allen Organis-men, vom Bakterium bis zum Menschen, stellt die Zelle dieGrundeinheit dar. Der Aufbau aus Zellen ist jedoch nur eineder Eigenschaften, die Lebewesen kennzeichnen und von un-belebter Materie unterscheiden. Es gibt eine Reihe weitererMerkmale, die zusammen nur bei Lebewesen vorkommen undals Kennzeichen des Lebendigen gelten.
Kennzeichen des Lebens
3 Die Flugfrüchte des Löwenzahns dienen der Ausbreitung.Sie enthalten die Fortpflanzungseinheiten: die Samen.Sie enthalten die Fortpflanzungseinheiten: die Samen.
1 Frisch geschlüpfter Schmetterling. In der Puppenhülle hatsich aus der Raupe ein erwachsenes Tier entwickelt.
2 D2 Die Venusfliegenfalle hat durch das blitzschnelle Zusam-menklappen ihrer Blätter eine Fliege erbeutet.
Biologie 9
dest der Tiere. Doch selbst die fest eingewurzelten, scheinbarregungslosen Pflanzen bewegen ihre Blätter und Sprosse indie Richtung des einfallenden Lichts. Manche Arten windensich um Teile anderer Pflanzen herum. Einige Pflanzenorganewie die Blätter der Venusfliegenfalle können sogar blitzschnel-le Bewegungen ausführen. Die Pflanze reagiert damit auf dieReizung ihrer Fühlhaare auf den Blattinnenseiten. Reaktionenauf Reize aus der Umwelt sind ebenfalls typisch für Lebe-wesen. Bei Tieren wird die Gesamtheit aller Handlungen undReaktionen als Verhalten bezeichnet.
Fortpflanzung, Vermehrung. Alle Lebewesen pflanzen sichfort. Dies geschieht zum Beispiel durch die Verschmelzung vonGeschlechtszellen zweier Individuen. Viele Organismen pflan-zen sich aber auch ungeschlechtlich fort, zum Beispiel durchZweiteilung, Knospung oder Ableger. Fast immer ist mit derFortpflanzung auch Vermehrung verbunden.
Vererbung. Dabei kann man beobachten, dass aus einem Organismus stets ein gleichartiger Organismus hervorgeht.Aus einem Löwenzahnsamen wächst immer wieder eineLöwenzahnpflanze aus, niemals eine Birke. Dies liegt daran,dass der Same die Erbinformation für den Organismus ent-hält. Durch Vererbung werden die Eigenschaften eines Orga-nismus auf seine Nachkommen übertragen.
Evolution. Trotz der Vererbung von Eigenschaften sind Arten nicht konstant. Im Laufe langer Zeiträume treten immerwieder Veränderungen in der Erbinformation auf, deren Aus-wirkungen sich in den Wechselbeziehungen der Lebewesenuntereinander und mit ihrem Lebensraum durchsetzen kön-nen. Alle heute existierenden Arten sind das Ergebnis einerviele Millionen Jahre dauernden stammesgeschichtlichenEntwicklung. Die Entstehung neuer Arten wie auch ihr Aus-sterben prägen die Geschichte des Lebens, die Evolution.Organismen sind offene Systeme. In jedem Lebewesen wir-ken die Grundeigenschaften in geordneter Weise zusammen.Man kann einen Organismus daher als System bezeichnen.Das System Organismus hat die Fähigkeit, den eigenen Zu-
1 Äußerliche Ähnlichkeit beruht auf Vererbung.
3 Um Hitzeschäden zu vermeiden, dreht der Eukalyptus dieBlätter so, dass nur die Kanten der Sonne zugewandt sind.Blätter so, dass nur die Kanten der Sonne zugewandt sind.
22 Im Frühtertiär – hier ein Fossil aus der Grube Messel –lebten Urpferde, deren Körperlänge rund 1 m betrug.
stand wahrzunehmen, ihn mit einem für ihn richtigen Wert zuvergleichen und wenn nötig zu korrigieren. Man bezeichnetdiese Fähigkeit als Regulation. Verlieren wir zum Beispiel beiheißem Wetter oder beim Sport viel Wasser durch Schwitzen,dann meldet sich der Körper: Wir bekommen Durst. DurchTrinken wird der Flüssigkeitshaushalt des Körpers ausge-glichen und der Durst verschwindet. Nur durch ständige Regulation können Organismen trotz wechselnder Umwelt-einflüsse einen stabilen Zustand aufrechterhalten.
Dieser stabile Zustand ist jedoch nicht statisch. Lebewesenstehen dauernd in Wechselbeziehungen mit ihrer Umgebung.Da sie Energie und Materie mit der Umwelt austauschen, be-zeichnet man Lebewesen als offene Systeme. Dabei gleicht derOrganismus Schwankungen in der Aufnahme und im Ver-brauch der Stoffe so aus, dass deren Konzentration weitge-hend konstant bleibt. Diesen ausbalancierten Zustand nenntman Fließgleichgewicht. Der menschliche Körper zum Bei-spiel hält seine Temperatur mit ganz geringen Schwankungenbei etwa 37°C, auch wenn wir aus der geheizten Wohnung insFreie gehen oder kalte Getränke und warme Nahrung zu unsnehmen.
Wie unschwer zu erkennen ist,
handelt es sich bei diesen Ansätzen
um mehr oder weniger modifi zierte
Varianten dessen, was schon vor
langer Zeit als Grundeigenschaften
oder Kennzeichen des Lebendigen
Eingang in Schulbücher gefunden
hatte und bis heute nichts von seiner
strukturierenden Kraft eingebüßt hat.
Kennzeichen des Lebens: Kennzeichen des Lebens: Kennzeichen des Lebens: Biologie Oberstufe, Gesamtband. Biologie Oberstufe, Gesamtband. Biologie Oberstufe, Gesamtband.
Cornelsen Verlag 2001, S. 8–9Cornelsen Verlag 2001, S. 8–9Cornelsen Verlag 2001, S. 8–9
Basiskonzepte im Lehrbuch Biologie Oberstufe
Basiskonzepte, biologische Grund-
prinzipien oder Erschließungs-
felder haben – obwohl sie nicht
explizit ausgewiesen sind – bei
der Konzeption und Ausarbeitung
des Lehrbuchs Biologie Oberstufe
eine wesentliche Rolle gespielt.
Um deren Thematisierung und
Refl exion im Unterricht zu
erleichtern, sind in der folgenden
Tabelle für jedes Themengebiet
die entsprechenden Seiten aus
dem Lehrbuch den Basiskon-
zepten zugeordnet.
9
9Basiskonzepte
Der Tabelle liegen die Basiskonzepte der EPA
Biologie zugrunde, obwohl man über deren
Zuschnitt diskutieren kann und auf Länderebene
(z. B. in Baden-Württemberg) auch davon abwei-
chende Konzeptionen zu fi nden sind.
Aber in die meisten der neueren Lehr- und Rahmen-
pläne der gymnasialen Oberstufe für das Fach
Biologie sind die Basiskonzepte der EPA Biologie
übernommen worden – eine Entscheidung,
die im Hinblick auf die Kompetenzentwicklung
der Schülerinnen und Schüler bis zum Abitur
sinnvoll ist.
Ministerium für Kultus, Jugend und Ministerium für Kultus, Jugend und Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg (Hrsg.): Sport Baden-Württemberg (Hrsg.): Sport Baden-Württemberg (Hrsg.): Bildungsstandards für Biologie Bildungsstandards für Biologie Bildungsstandards für Biologie Gymnasium Kursstufe. Stuttgart 2004Gymnasium Kursstufe. Stuttgart 2004Gymnasium Kursstufe. Stuttgart 2004
Senatsverwaltung für Bildung, Senatsverwaltung für Bildung, Senatsverwaltung für Bildung, Jugend und Sport Berlin (Hrsg.): Jugend und Sport Berlin (Hrsg.): Jugend und Sport Berlin (Hrsg.): Rahmenlehrplan für die gymnasiale Rahmenlehrplan für die gymnasiale Rahmenlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Biologie. Berlin 2006Oberstufe Biologie. Berlin 2006Oberstufe Biologie. Berlin 2006
Struktur und Funktion
Reproduktion
Kompartimentierung
Steuerung und Regelung
Stoff- und Energieumwandlung
Information und Kommunikation
Variabilität und Angepasstheit
Geschichte und Verwandtschaft
Zellbiologie
Das lichtmikroskopische Bild der Zelle S. 20–21Zell- und Gewebetypen S. 28–29Einzeller S. 30–31Die Zellorganellen S. 50–53Feinbau der Biomembran S. 44–45Eukaryoten – Prokaryoten – Viren S. 57
Der Zellzyklus S. 22–23Der Ablauf der Mitose S. 24–25
Das lichtmikroskopische Bild der Zelle S. 20–21Kompartimentierung durch Membranen S. 39Die Zellorganellen S. 50–53
Der Zellzyklus S. 22–23Osmose und der Wasserhaushalt der Zelle S. 47
Die Zellorganellen S. 50–53Kanal- und Carriertransport S. 48Endocytose, Exocytose, Membranfl uss S. 49
Feinbau der Biomembran S. 44–45Zelluläre Hormonwirkungen S. 462
Zell- und Gewebetypen S. 28–29Einzeller S. 30–31Die Zellorganellen S. 50–53Bakterien S. 56
Vom Einzeller zum Vielzeller S. 34Herkunft der Eukaryotenzelle S. 58
Stoffwechsel
Struktur und Wirkungsweise von Enzymen S. 66–67; Bereitstellung der Energie aus Nahrung: Verdauung S. 88–89; Chemische Grundlagen: Kohlenhydrate S. 90–91; Äußere Atmung: Transportsysteme und Gasaustausch S. 94–95; Transport von Sauerstoff im Blut S. 96; Chemische Grundlagen: Oxidation und Reduktion S. 101; Energiewäh-rung ATP S. 102; Die Atmungskette S. 105; Bau der Muskeln S. 110;Muskelkontraktion und ATP S. 111; Ausscheidung S. 116; Fotosynthese: Strukturen S. 126; Thylakoidmembran – die „Werkbank“ der Fotosyn-these S. 127; Ablauf der Fotosynthese S. 128–129; Varianten der Fotosynthese S. 138
Enzyme in der Biotechnologie S. 76Fotosynthese und Primärproduktion S. 136–137Vom Gen zum Merkmal S. 152–153Gentechnik in der Lebensmittelherstellung S. 462
Äußere Atmung: Transportsysteme und Gasaustausch S. 94–95; Transport von Sauerstoff im Blut S. 96; Innere Atmung: Bereitstellung der Energie in der Zelle S. 97; Die Atmungskette S. 105; Stoff- und Energiebilanz der Zellatmung S. 107; Ausscheidung S. 116; Thylako-idmembran – die „Werkbank“ der Fotosynthese S. 127; Ablauf der Fotosynthese S. 128–129
Abhängigkeit der Enzymwirkung S. 69Enzymhemmung und Enzymregulation S. 72Die Rolle der Cofaktoren S. 73Regulation der Sauerstoffkonzentration im Blut S. 97Muskelkontraktion und ATP S. 111Abhängigkeit der Fotosynthese von Umweltfaktoren S. 128–129
Bereitstellung der Energie aus Nahrung: Verdauung S. 88–89; Chemische Grundlagen: Oxidation und Reduktion S. 101; Energiewährung ATP S. 102; Aerober Abbau von Glukose – die Glykolyse S. 103; Der Citratzyklus S. 104; Die Atmungskette S. 105; Stoff- und Energiebilanz der Zellatmung S. 107; Energiegewinnung ohne Sauerstoff: Gärung S. 108; Muskelkontraktion und ATP S. 111; Thylakoidmembran – die „Werkbank“ der Fotosynthese S. 127; Ablauf der Fotosyn-these S. 128–129; Fotosynthese und Primärproduktion S. 136–137
Regulation der Sauerstoffkonzentration im Blut S. 97Schilddrüse und Energieumsatz S. 456Pankreas und Blutzuckerregelung S. 457Zelluläre Hormonwirkungen S. 462
Energiegewinnung ohne Sauerstoff: Gärung S. 108Stoffwechsel, Sport und Trainingslehre S. 114–115Fotosynthese und Licht im Lebensraum S. 134–135Varianten der Fotosynthese S. 138
Simulationsexperimente zur Entstehung des Lebens S. 288Frühe biologische Evolution S. 289Herkunft der Eukaryotenzelle S. 58
Genetik und Immunbiologie
Das Watson-Crick-Modell der DNA S. 143DNA und Chromosom S. 144Von der DNA zum Protein S. 154–155Chromosomen als Träger der Gene S. 174Organe und Zellen des Abwehrsystems S. 223Bildung und Bau der Antikörper S. 227Antikörperwirkung – Antikörperklassen S. 228
Replikation der DNA S. 146–147Die mendelschen Regeln der Vererbung S. 170–171Chromosomen und Vererbung S. 172–173Grundoperationen der Gentechnik: Übertragen von DNA S. 196Ungeschlechtliche und geschlechtliche Fortpfl anzung S. 211Reproduktionstechniken S. 162
Proteinbiosynthese S. 156–157Embryonalentwicklung der Wirbeltiere S. 212–213Embryonalentwicklung des Menschen S. 214–215
Regulation der Genaktivität S. 160–161Krebs S. 162Faktoren der Entwicklung S. 218–219Spezifi sche Abwehr: Ein Überblick S. 226Zellvermittelte Immunreaktion S. 229Immunkrankheiten S. 234–235Hormone und Keimdrüsenfunktionen S. 458–459
Vom Gen zum Merkmal S. 152–153Grundoperationen der Gentechnik: Schneiden von DNA S. 195Unspezifi sche Abwehr S. 224–225
Von der DNA zum Protein S. 154–155Unspezifi sche Abwehr S. 224–225Spezifi sche Abwehr: Ein Überblick S. 226Zellvermittelte Immunreaktion S. 229Hormone und Keimdrüsenfunktionen S. 458–459
Genmutationen S. 158–159Erbe – Umwelt – Merkmal S. 169Mutationen durch Veränderung der Chromosomen S. 176Vererbung komplexer Merkmale S. 184Ergebnisse der Pfl anzen- und Tierzucht S. 192–193Grundoperationen der Gentechnik: Selektion transgener Zellen S. 197Antikörperwirkung – Antikörperklassen S. 228Populationen und ihre genetische Struktur S. 242–243
Analyse menschlicher Erbgänge S. 180–181Embryonalentwicklung der Wirbeltiere S. 212–213Adaptive Radiation S. 253Stammbaum der Hominiden S. 282Molekularbiologische Homologien S. 261
Struktur und Funktion
Reproduktion
Kompartimentierung
Steuerung und Regelung
Stoff- und Energieumwandlung
Information und Kommunikation
Variabilität und Angepasstheit
Geschichte und Verwandtschaft
Evolution
Formen biologischer Ähnlichkeit S. 257Homologien im Bau der Lebewesen S. 258–259Homologien in Entwicklung und Verhalten S. 260
Populationen und ihre genetische Struktur S. 242–243Molekularbiologische Homologien S. 261Ordnung der Lebewesen im Spiegel der Evolution S. 266Stammbaum der Hominiden S. 282Geschlechterbeziehungen S. 490–491
Isolation S. 248Entstehung neuer Arten S. 252Adaptive Radiation S. 253Biogeografi e S. 264Herkunft der Eukaryotenzelle S. 58
Wirken der Selektion S. 245Selektionsfaktoren S. 246–247Isolationsmechanismen S. 249Gendrift S. 250Schlüsselereignisse in der Evolution des Menschen S. 278–279
Simulationsexperimente zur Entstehung des Lebens S. 288Frühe biologische Evolution S. 289Pfl anzen besiedeln das Land S. 292
Bau des Gehirns und Funktion der Hirnteile S. 428Die Felder der Großhirnrinde S. 429
Phänomen Vielfalt S. 239Populationen und ihre genetische Struktur S. 242–243Adaptive Radiation S. 253Ursprung des modernen Menschen S. 283Evolution der Samenpfl anzen S. 293Evolution der Wirbeltiere S. 294Ergebnisse der Stammesgeschichte S. 296
Vom Einzeller zum Vielzeller S. 34; Herkunft der Eukaryotenzelle S. 58; Adaptive Radiation S. 253; Fossilien als Zeugen vergangenen Lebens S. 262–263; Evolution der Pferdeartigen S. 267; Primaten S. 276–277; Fossilgeschichte des Menschen S. 280–281; Entfaltung des Lebens vom Präkambrium bis zur Gegenwart S. 290–291; Fossile und lebende Zeugen S. 295; Ergebnisse der Stammesgeschichte S. 296
Ökologie
Wasserhaushalt der Pfl anzen S. 309Anpassungen von Pfl anzen an die Verfügbarkeit von Wasser S. 310–311Wasser- und Salzhaushalt der Tiere S. 314–315Aufbau und Merkmale von Ökosystemen S. 347Ökosystem Wald S. 348–349Ökosystem See S. 350–351Ökosystem Bach S. 352–353
Ökologische Vorgänge in Populationen S. 334Wachstum von Populationen S. 335Entwicklung von Populationen S. 336–337Bevölkerungswachstum und Geburtenkontrolle S. 374–375
Konkurrenzabschwächung durch ökologische Sonderung S. 329Ökologische Nische S. 330Stellenäquivalenz und Lebensformtypen S. 332Ökosystem Wald S. 348–349Ökosystem See S. 350–351Ökosystem Bach S. 352–353
Ökofaktor Temperatur S. 299; Pfl anzen und Temperatur S. 300; Tiere und Temperatur: wechselwarme Tiere S. 301; Tiere und Temperatur: gleich warme Tiere S. 302–303; Ökofaktor Licht S. 306–307; Ökofaktor Wasser S. 308; Zusammenwirken abiotischer Faktoren im Lebensraum S. 318; Entwicklung von Populationen S. 336–337; Vielfalt – Stabilität – Gleichgewicht S. 364–365; Treibhauseffekt S. 385
Biologische Produktion in Ökosystemen S. 354; Nahrungsbeziehungen S. 355; Abbau und Kreislauf der Stoffe S. 356–357; Energiefl uss S. 358–359; Ökosysteme aus Menschenhand S. 366; Intensivlandwirt-schaft S. 377; Bevölkerungswachstum und Energieverbrauch S. 378; Belastung und Schutz der Böden S. 380–381; Belastung der Luft durch den Menschen S. 382; Zerstörung der Ozonschicht S. 384; Ressource Wasser S. 386; Trinkwasseraufbereitung und Abwasserklärung S. 387; Belastung der Gewässer durch den Menschen S. 388–389
Biotische Faktoren im Überblick S. 312Fressfeind-Beute-Beziehung S. 322Parasitismus S. 323Symbiose S. 324–325Konkurrenz S. 328Konkurrenz unter Artgenossen S. 333
Anpassungen von Pfl anzen an die Verfügbarkeit von Wasser S. 310–311Wasser- und Salzhaushalt der Tiere S. 314–315An den Grenzen des Lebens S. 316–317
Entwicklung von Ökosystemen S. 362Ausrottung durch Zerstörung von Lebensräumen S. 392Naturschutz S. 393Nachhaltige Entwicklung S. 394–395
Neurologie und Verhalten
Das Neuron als Grundelement des Nervensystems S. 399; Erregungsüber-tragung an Synapsen S. 408–409; Das menschliche Auge als Beispiel für ein Wirbeltierauge S. 415; Bildverarbeitung in der Netzhaut S. 418–419; Die vielseitigen Mechanorezeptoren S. 422–423; Bau des Gehirns und Funktion der Hirnteile S. 428; Die Felder der Großhirnrinde S. 429; Vom Aktionspotenzial zur Muskelkontraktion S. 443; Refl exe als Grundelemente der Bewegungskoordination S. 444–445; Vegetatives Nervensystem S. 454; Hormonsystem S. 455; Zelluläre Hormonwirkungen S. 462
Hormone und Keimdrüsenfunktionen S. 458–459Geschlechterbeziehungen S. 490–491
Grundlagen der Bioelektrizität S. 400–401Ruhepotenzial S. 403Bau des Gehirns und Funktion der Hirnteile S. 428Die Felder der Großhirnrinde S. 429Territorialität S. 488
Erregungsübertragung an Synapsen S. 408–409; Vom Aktionspotenzial zur Muskelkontraktion S. 443; Refl exe als Grundelemente der Bewe-gungskoordination S. 444–445; Bewegungskontrolle durch das Gehirn S. 446; Von der Absicht zur Bewegung S. 447; Autonome Bewegungs-programme S. 448; Homöostase durch Steuerung und Regelung S. 453;Schilddrüse und Energieumsatz S. 456; Pankreas und Blutzuckerregelung S. 457; Hormone und Keimdrüsenfunktionen S. 458–459; Stress und Stresshormone S. 460–461; Refl exe S. 472; Instinkthandlungen S. 474–475; Prägung S. 478–479; Konditionierung S. 480
Aktionspotenzial S. 404–405Erregungsleitung im Axon S. 406–407Sinneszellen als Reizwandler S. 413Fotorezeption S. 416Schilddrüse und Energieumsatz S. 456Pankreas und Blutzuckerregelung S. 457Stress und Stresshormone S. 460–461
Erregungsübertragung an Synapsen S. 408–409; Sinneszellen als Reiz wandler S. 413; Intensitätscodierung S. 417; Bildverarbeitung in der Netzhaut S. 418–419; Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem S. 427; Wahrnehmung am Beispiel Sehen S. 431; Lernen und Gedächtnis S. 432–433; Denken – Sprechen – Fühlen S. 434–435; Neurobiologie und Verhalten S. 450; Nachahmung und Tradition S. 481; Kampfver-halten S. 486–487
Farbensehen S. 420–421Fremde Sinneswelten S. 424Angeborenes Verhalten – Reifung – Lernen S. 477Kognitives Lernen S. 482Sozialverhalten als Anpassung S. 483Kooperation und Konfl ikte in Gruppen S. 484–485Uneigennütziges Verhalten S. 489Geschlechterbeziehungen S. 490–491
Lichtsinnesorgan Auge S. 414Verhaltensweisen des Menschen aus soziobiologischer Sicht S. 493
KURSPLANER14
Ein erfahrener Unterrichtspraktiker, der Wesent-
liches zur Entwicklung von Konzepten und
Erschließungsstrategien für das kumulative Lernen
beigetragen hat, sieht das so:
„Nicht viel – denn die allermeisten Konzepte …
werden im Biologieunterricht sicherlich auch ohne
den besonderen Hinweis auf kumulatives Lernen
angesprochen. Die entscheidende Bedeutung
dieser Konzepte für das kumulative Lernen liegt
also nicht in ihrer Erwähnung, sondern in der
Refl exion und Transparenz für die Lernenden:
Diese müssen erkennen, welches wichtige Instru-
mentarium sie mit ihnen in die Hand bekommen.
Sie müssen lernen, unbekannte Phänomene mit
geeigneten Zugängen (Erkenntniswegen) und
Fragestellungen zu problematisieren, und dann
die relevanten Konzepte erkennen. Das Erkennen
des Konzeptcharakters setzt die Kenntnis von
mehreren Beispielen voraus, denn nur der Ver-
gleich offenbart das Themenverbindende. Nur mit
Hilfe dieser Refl exion aus der Metaposition heraus
kann das Ziel eines über den Schulunterricht
hinausreichenden Verständnisses und einer
vernetzten Wissensstruktur erreicht werden.
Dass dabei der dauernde Rückgriff auf bekannte
Inhalte des Vorunterrichts durch ihren wiederho-
lenden Charakter das Einprägen relevanter
Wissenselemente erleichtert, liegt auf der Hand.
Vielleicht ist aber gerade das Altbekannte, das
sich in den Konzepten wieder fi ndet, eine Chance,
kumulatives Lernen in den Unterrichtsalltag
Eingang fi nden zu lassen. [Es] wird vom erfah-
renen Kollegen doch nicht erwartet, dass er
seinen gesamten Unterricht auf den Kopf
stellt. Es geht vielmehr im Unterrichtsalltag
darum, bei traditionellen Inhalten andere
Akzente zu setzen und vor allem durch ein
hohes Maß an Refl exion und Transparenz für
Übersicht in den Schülerköpfen zu sorgen.“
(Hervorhebungen durch den Verfasser)
Lichtner, H.-D.: Strukturierendes Lichtner, H.-D.: Strukturierendes Lichtner, H.-D.: Strukturierendes Lernen in der Biologie mit Basiskon-Lernen in der Biologie mit Basiskon-Lernen in der Biologie mit Basiskon-zepten (V. 25.11.04). www.biologie-zepten (V. 25.11.04). www.biologie-zepten (V. 25.11.04). www.biologie-
unterricht.homepage.t-online.de/unterricht.homepage.t-online.de/unterricht.homepage.t-online.de/Biodateien/Basiskonzepte.pdfBiodateien/Basiskonzepte.pdfBiodateien/Basiskonzepte.pdf
Was wird anders durch die Arbeit
15
15Basiskonzepte
Basiskonzepte sind hoffentlich – das muss die
Unterrichtspraxis zeigen – eine wertvolle Hilfe, um
die Vielfalt und Komplexität der fachlichen Inhalte
des Biologieunterrichts nicht nur für die Lehre-
rinnen und Lehrer, sondern auch für die Schüle-
rinnen und Schüler sinnvoll zu strukturieren und
zu systematisieren. Wesentlicher scheint mir ein
anderer Aspekt der bisherigen Unterrichtspraxis
in Deutschland, auf den die Ergebnisse der PISA-
Studie 2000 aufmerksam gemacht haben: Die
gelungene Lösung wissenschaftlicher Probleme
ist keine Garantie für die erfolgreiche Anwendung
auf Alltagsprobleme, wenn dies nicht explizit im
Unterricht behandelt wird. Wird dieser Alltags-
bezug hergestellt, interessieren sich die Schüler
auch mehr für den Gegenstand. Es ist also aus-
schlaggebend, wie ein Thema behandelt wird,
welche speziellen Beispiele ausgewählt werden,
welche konkreten Anwendungen zur Sprache
kommen und wie die Schüler dabei tätig werden
können. Auch bei relativ starren thematischen
Vorgaben lassen die meisten Lehr- und Rahmen-
pläne relativ viel Freiheit, mit welchen Unterrichts-
methoden und anhand welcher Beispiele ein
Thema erarbeitet werden kann. Dieser Freiraum
kann genutzt werden, um den Interessen der
Schülerinnen und Schüler entgegenzukommen.
Interesse ist eines der stärksten Lernmotive und
kann dazu beitragen, dass Schülerinnen und
Schüler den Unterrichtsinhalt von sich aus als
attraktiven Gegenstand erleben und eigenständig
und längerfristig eine Erweiterung ihres Wissens
oder eine Verbesserung ihres Könnens anstreben.
Wolfgang Ruppert, Dreieich
Ruppert, W.: Welches Interesse Ruppert, W.: Welches Interesse Ruppert, W.: Welches Interesse haben Schüler an biologischen haben Schüler an biologischen haben Schüler an biologischen Themen? In: Spörhase-Eichmann, U.; Themen? In: Spörhase-Eichmann, U.; Themen? In: Spörhase-Eichmann, U.; Ruppert, W. (Hrsg.): Biologie-Ruppert, W. (Hrsg.): Biologie-Ruppert, W. (Hrsg.): Biologie-Didaktik. Praxishandbuch für die Didaktik. Praxishandbuch für die Didaktik. Praxishandbuch für die Sekundarstufe I und II. Berlin 2004, Sekundarstufe I und II. Berlin 2004, Sekundarstufe I und II. Berlin 2004, S. 107–123S. 107–123S. 107–123
mit Basiskonzepten?