Biologie-Lerntext für die Einführungsphase der gymnasialen Oberstufe

Roland Heynkes, 1.8.2020

Dieser Hypertext soll Lernenden die vom NRW-G8-Kernlehrplan für die Sekundarstufe II der gymnasialen Oberstufe vorgeschriebenen biologischen Lerninhalte so verständlich erklären, dass sie sich den Stoff möglichst ohne Hilfe selbst erarbeiten oder ihn zumindest selbständig wiederholen können. Interessierten jüngeren Lernenden soll mein Lerntext als Selbstlernmaterial dienen, damit sie ihren Fähigkeiten entsprechend gefordert bleiben und schon in der Schulzeit ihre Studierfähigkeit entwickeln können.

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Gliederung

	Die Natur der Lebewesen und der Biologie
	Inhaltliche Schwerpunkte im Fach Biologie für die Jahrgangsstufe EF
	Die Sicherheitsbelehrung
	naturwissenschaftliche Grundlagen für das Verständnis der Biologie
	Diffusion und Osmose
	Biomoleküle
	Inhaltsfeld Biologie der Zelle
	Endosymbiontentheorie
	Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Zellatmung
	Grundbegriffe der Zellbiologie im Zusammenhang" (pdf)
	Organellen und der Aufbau einer tierischen Zelle
	Mikrotubuli, Intermediärfilamente und Mikrofilamente bilden das Zytoskelett
	raues endoplasmatisches Retikulum
	Lipide, die Zellmembran, Exozytose und Endozytose und Transmembran-Transport
	Exozytose und Endozytose, Membranfluss und Fließgleichgewicht
	Zellkerne mit Nukleoli und Zellkernhülle mit Kernporen
	Die Bedeutung der Baupläne für alle Lebewesen
	Chromosomen sind die Kochbücher des Lebens.
	die Strukturen von Nukleotiden und DNA
	von Aminosäuren zu Proteinen
	evolutionärer Wettkampf Zelle gegen Viren
	Die Bekämpfung von Krebs- und Virus-infizierten Zellen durch Killerzellen
	Stammzellen und Differenzierung
	Was ist anders bei Pflanzenzellen
	Zellzyklus mit DNA-Replikation und Mitose
	Proteomik
	Enzyme
	Stoffwechsel
	Wissen aktiv zu erarbeiten ist besser als sich passiv unterrichten zu lassen.
	Lernen mit Büchern
	frühere Klausuren

Ich empfehle meinen Lerntext: "Die Natur der Lebewesen und der Biologie" allen, die sich für das Fach Biologie interessieren.

Welche inhaltlichen Schwerpunkte im Fach Biologie in der Einführungsphase (Jahrgangsstufe 10) erarbeitet werden sollen, gibt der Kernlehrplan Biologie verbindlich vor. Ein gelegentlicher Blick auf die darin genannten Themen kann daher nicht schaden. Der Kernlehrplan Biologie kann allerdings jederzeit vom Schulministerium NRW geändert werden. Unter den Internetseiten des Gymnasiums Kreuzau findet man auch das schulinterne Curriculum im pdf-Format.

Hier findet Ihr die Sicherheitsbelehrung für Biologie-Räume.

Zur Erklärung naturwissenschaftlicher Grundlagen für das Verständnis der Biologie gibt es die Lerntexte:

• "Physikalische Grundlagen für das Verständnis von Chemie und Biologie"
• "Chemische Grundlagen für das Verständnis der Biologie"

Der Wiederholung oder Erarbeitung der Phänomene und Mechanismen der Diffusion und Osmose dient der Lerntext Diffusion und Osmose

Der Lerntext Biomoleküle erleichtert die Wiederholung und ermöglicht das selbständige Erarbeiten von Strukturen und Eigenschaften der Biomoleküle, die man kennen muss, um die Themen Zellbiologie und Stoffwechsel-Physiologie zu verstehen.

Man kann die Geometrie (Form) eines Moleküls nicht wirklich verstehen, wenn man keine Ahnung von Orbitalen und Hybridorbitalen hat. Für besonders Interessierte habe ich daher den Lerntext Orbitale und Hybridorbitale.

Was in der Jahrgangsstufe 10 (Einführungsphase) laut Kernlehrplan inhaltlich zum Inhaltsfeld Biologie der Zelle vermittelt werden soll, erklärt der Lerntext Zellbiologie, der seinerseits als Basis eines Hypertextes auf andere Texte verweist. Besonders in den Lerntext Organellen habe ich große Teile des Lerntextes Zellbiologie ausgelagert.

Alle Eukaryoten sind Endosymbiosen. Wie es dazu kam, erklärt die Endosymbiontentheorie. Die Endosymbiontentheorie ist nicht nur entscheidend für das Verständnis des komplexen Aufbaus der Eukaryoten. Auch in Klausuren wird vorausgesetzt, was wir darüber im Unterricht besprochen haben. Informationen zur Endosymbionten-Theorie gibt es verteilt auf zwei Texte:

• Eukaryoten enthalten Baupläne nicht nur im Zellkern.
• die Endosymbionten-Theorie

Das folgende Schema soll den symbiotischen Zusammenhang zwischen der von Cyanobakterien und Pflanzen betriebenen Fotosynthese und der Zellatmung in den Zellen von Pilzen und Tieren verständlich machen.

Die Chloroplasten in den Blättern grüner Pflanzen nutzen die Strahlungsenergie von Licht, um aus den energiearmen Stoffen Wasser und Kohlenstoffdioxid den energiereichen Stoff Glucose (Traubenzucker) zu machen. Als Abfallprodukt fällt dabei auch Sauerstoff ab. Die Chloroplasten wandeln also die Strahlungsenergie des Lichts in die chemische Energie des Zuckers um. Die Zellatmung in den Mitochondrien kehrt diesen Prozess um und holt die chemische Energie aus dem Traubenzucker wieder heraus.

Als Einstieg in die Fachbegriffe und Konzepte dienen ein Arbeitsblatt und der Lerntext: "Grundbegriffe der Zellbiologie im Zusammenhang" (pdf).

Zum Thema Organellen eukaryotischer Zellen gibt es den Lerntext Organellen.

Zum im Unterricht erarbeiteten Aufbau tierischer Zellen zum findet man im Lerntext Organellen das Kapitel Der Aufbau einer tierischen Zelle.

Informtationen über das aus Mikrotubuli, Intermediärfilamenten und Mikrofilamenten bestehende Zytoskelett gibt es im Lerntext Zellbiologie.

Informationen zum rauen endoplasmatischen Retikulum der eukaryotischen Zellen findet man im Lerntext Organellen.

In eigenen Lerntexten findet man Informationen zu den im Unterricht behandelten Themen Lipide, die Zellmembran und Transmembran-Transport.

Informationen zu Exozytose und Endozytose, Membranfluss und Fließgleichgewicht findet man im Lerntext Membranfluss:

• der Membranfluss im Fließgleichgewicht
• Exozytose und Endozytose
• Lernkasten Membranfluss

Die Themen Zellkerne (Nukleus) eukaryotischer Zellen, Nukleoli, Zellkernhülle und Kernporen behandelt der Lerntext Organellen:

• Zellkerne als Bibliotheken eukaryotischer Zellen
• Zellkern-Transplantations-Experimente
• Acetabularia-Experimente
• Nukleolus
• Zellkernhülle mit Kernporen

Der Lerntext Genetik für die gymnasiale Sekundarstufe 1 informiert über die Themen:

• Wofür brauchen Lebewesen Baupläne?
• Lebewesen sind ständig neu materialisierte Information.
• Biopolymere aus unterschiedlichen Monomeren können Informationen in Sequenzen enthalten.
• DNA in Chromosomen als Träger der Erbinformation
• Vom Gen zum Genprodukt und zur Eigenschaft
• Lernkasten Genetik und Evolution

Der Lerntext Genetik für die gymnasiale Sekundarstufe 1 hilft auch bei der Erarbeitetung der Themen:

• Chromosomen sind die Kochbücher des Lebens.
• die Chromosomen des Menschen
• Chromosomen werden kopiert und vererbt
• ein Erbgang ohne Crossing-over
• Verdoppelt wird in Chromosomen hauptsächlich die DNA

Im Lerntext Biomoleküle findet man die Themen:

• Nukleotide sind die Monomere der Nukleinsäuren.
• Die Struktur der DNA
• Vereinfachende Schemata machen das Potential der DNA-Struktur sichtbar.

Der Lerntext Biomoleküle dient außerdem der Erarbeitung der Themen:

• 20 Aminosäure-Sorten sind die Bausteine all unserer Proteine
• Peptide
• Peptidbindung
• Sekundärstruktur Alphahelix
• Sekundärstruktur ß-Faltblatt
• Proteine
• Quartärstruktur eines Proteins

Wohl unübertroffen in der Vermittlung aktuellen Wissens und eines Gefühls für die räumlichen Zusammenhänge, zeitliche Abläufe und wichtige Mechanismen im Inneren eukaryotischer Zellen liefert eine Animation des Abwehrkampfes einer Zelle gegen Adenoviren, die sich in ihr zu vermehren versuchen. Man kann diese Dokumentation immer wieder im Fernsehen, aber auch jederzeit hier und hier im World Wide Web sehen.

Damit sich alle Lernenden voll auf die einmaligen Bilder konzentrieren können, habe ich den Inhalt des Films in einer eigenen Dokumentation zusammengefasst.

Dieser Films veranschaulicht auch folgende wichtige Prinzipien der Biologie:

• Lebewesen bauen Strukturen ab, die sie länger nicht benutzt haben.
• Lebewesen verstärken oder vermehren Strukturen, die sie intensiv benutzten bzw. trainieren.
• Alle Strukturen in und auf Lebewesen haben Funktionen, für die ihre Formen durch die Evolution optimiert wurden.

Das Präsentieren von Peptiden auf MHC-1-Präsentiertellern zum Zwecke der Eliminierung Virus-infizierter Zellen wird schon beschrieben in der Dokumentation über den ewigen Kampf zwischen Zellen und Viren. Ausführlicher und anschaulicher wird dies dargestellt im Kapitel Die Bekämpfung von Krebs- und Virus-infizierten Zellen durch Killerzellen im Lerntext Immunsystem.

Inzwischen wiederholt haben wir uns mit dem Potential, den Risiken und der Kontrolle von Stammzellen sowie mit dem Phänomen der Differenzierung beschäftigt. Es ist aber nicht unwichtig für das Verständnis der Zelle und der Bedeutung ihres inneren Bauplans. Noch einmal nachlesen kann man es im Lerntext: "Stammzellen und Differenzierung".

Die Besonderheiten der Pflanzenzelle erarbeiteten wir uns mit dem Lerntext Zellbiologie:

• Was ist anders bei Pflanzenzellen
• Zellwand
• Plastiden
• Chloroplasten
• Vakuolen

Dazu gibt es ein Lernmodul mit Klausur-ähnlichen Aufgaben (pdf).

Informationen zu Zellzyklus mit DNA-Replikation und Mitose findet man im Lerntext Lerntext Zellbiologie:

• Der Zellzyklus
• DNA-Replikation
• Mitose

Eine Einführung in das wichtig neue biologisch/medizinische Fachgebiet Proteomik bietet die Dokumentation: "Der Proteom Code".

Über Enzyme informiert der Lerntext Stoffwechselphysiologie. Wir haben uns aber den Stoff aktiv erarbeitet mit Lernmodulen, die mit klausurtypischen Aufgaben Buchseiten wie das Material in einer Klausur erschließen.

Über Stoffwechsel informiert der Lerntext Stoffwechselphysiologie. Wir haben uns aber den Stoff aktiv erarbeitet mit Lernmodulen, die mit klausurtypischen Aufgaben Buchseiten wie das Material in einer Klausur erschließen.

In den Biologie-Kursen der Jahrgangsstufe 10 kommen Schülerinnen und Schüler aus verschiedenen Klassen zusammen, die in den vorangegangenen Jahren nicht alle gleich viel gelernt und auch nicht unbedingt den gleichen Stoff im Unterricht behandelt haben. Wer jetzt im Unterricht Lücken in seinem Vorwissen bemerkt, kann Hilfe zum Selberlernen in meinen buchunabhängigen Lerntexten sowie in den Dokumentationen finden. Zum Thema Zellbiologie kann man aber auch die im Lerntext Zellbiologie gesammelten Links zu externen Quellen nutzen.

Hintergrund-Informationen dazu liefert mein Lerntext Lernen.

Mit Büchern kann man lernen, indem man sie einfach liest oder wichtige Aussagen markiert oder nur durch Wiederholung Erlernbares aufschreibt oder über Inhalte diskutiert. Schlichtes Lesen und auch bloßes Diskutieren reichen allerdings bei Biologiebüchern nicht aus. Man muss auch mit zusätzlichen Quellen unzählige Begriffe klären und durch mehrfache Wiederholung ähnlich wie Vokabeln auswendiglernen. Um beim Wiederholen nicht zu viel lesen zu müssen, sollte man aus einem Buch mit eigenen Worten so viel wie nötig, aber auch so wenig wie möglich herausschreiben. Dann kann man täglich das schon Gelernte wiederholen, bevor man mit der Erarbeitung weiteren Wissens fortfährt. Daneben geht es natürlich immer auch um die Kunst des eleganten, präzisen und unmissverständlichen Formulierens. Und sogar noch wichtiger ist mir als Naturwissenschaftler die Gewöhnung an das unbequeme naturwissenschaftliche Denken.

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Roland Heynkes, CC BY-NC-SA 4.0