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Die Sicherheitsbelehrung |
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Hier findet Ihr die Sicherheitsbelehrung für Biologie-Räume.
Mikroskope zeigen die Welt der Zellen |
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Alle lebenden Lebewesen bestehen aus Zellen. Die allermeisten Zellen sind aber derart mikroskopisch klein oder dünn, dass wir sie mit bloßem Auge nicht sehen können. Deshalb brauchen wir Mikroskope, um in die Welt der Zellen hinein zu sehen. Und damit beim Mikroskopieren die teuren Mikroskope nicht beschädigt werden, mussten wir uns etwas mit ihnen beschäftigen. Dazu haben wir im Computerraum den Lerntext Mikroskop gelesen. Darin fanden wir auch ein Foto von einem Schulmikroskop, dessen Teile nummeriert sind. Daneben steht, wie die Teile heißen oder wozu sie da sind. Diese Bezeichnungen wurden nach 2 Wochen Lernzeit in einem kleinen Test abgfragt.
Nachdem wir im Computerraum den Lerntext Mikroskop erarbeitet hatten, sahen wir mit Hilfe unserer Schulmikroskope in die Zellen von Blättchen der Wasserpest (Elodea canadensis) und untersuchen die mitgebrachten Proben. Erkennbar sind ohne Anfärbung die Zellwände pflanzlicher Zellen und in den Zellen die grünen Chloroplasten. Die dabei angefertigten Zeichnungen sollten ungefähr dem folgenden Bild entsprechen.
Zellen und das Leben |
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Zellen sind die kleinsten lebensfähigen Systeme. Ein System besteht aus mehreren Teilen, die alle zusammenarbeiten und dadurch etwas können, was nur gemeinsam möglich ist. Die meisten Lebewesen auf unserem Planeten bestehen aus nur einer Zelle. Es gibt tierische (z.B.: Pantoffeltierchen), pflanzliche (Algen) und pilzliche (Hefen) Einzeller, aber die mit Abstand zahlreichsten einzelligen Lebewesen sind die Bakterien. Und obwohl fast alle Bakterien extrem klein sind, ist jedes einzelne von ihnen komplexer als alles, was Menschen je gebaut haben. Denn während unsere menschlichen Zellen auf jeweils eine Aufgabe spezialisiert sind, kann jeder Einzeller alles was nötig ist, um das unglaubliche und von uns Menschen noch längst nicht vollständig verstandene Phänomen Leben zu ermöglichen.
Lebewesen können leben. Sobald ein Lebewesen diese Lebensfähigkeit verliert, ist es tot und kein Lebewesen mehr. Und erwachsene Menschen müssen leben. Wir haben keine Wahl, denn wenn wir aufhören zu leben, sind wir tot und bleiben tot. Allerdings ist unser Sterben normalerweise ein sehr langsamer Prozess, der manchmal noch nach mehr als einer Stunde gestoppt werden kann. So können beispielsweise in kaltem Wasser ertrunkene Menschen wiederbelebt werden, weil sie noch nicht wirklich tot waren, sondern mit einem etwa 2 Tage dauernden Sterbeprozess erst angefangen haben. Solange dauert es, bis auch die letzten Zellen in einem sterbenden Menschen tot sind.
Anders als wir Menschen können Bakterien und viele andere Lebewesen nicht nur leben oder sterben. Sie können oft extrem lange Pausen vom Leben machen. In diesem Zustand leben sie zwar nicht, aber sie bleiben of Hunderte von Millionen Jahre lang intakt und lebensfähig. Sie können also wieder anfangen zu leben, sobald die Umstände es zulassen.
Merkmale des Lebens und Eigenschaften aller Lebewesen sind also nicht das selbe. Darum sollte man unterscheiden zwischen den Eigenschaften, die alle oder nur lebende Lebewesen besitzen.
Meiner Meinung nach für wirklich jedes heutige irdische Lebewesen und nur für Lebewesen geltende Eigenschaften sind: |
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Alle Lebewesen sind lebensfähig. Sie können leben, sofern sie sich in einem Lebensraum mit für sie geeigneten Umweltbedingungen befinden. |
Jedes Lebewesen besitzt in seinem Inneren einen Bauplan, der bei allen irdischen Lebewesen in der selben Sprache geschrieben ist. |
Daher wissen wir, dass alle Lebewesen unseres Planeten von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen. |
Denn alle heutigen Lebewesen sind durch Vermehrungsprozesse entstanden. |
Alle uns bekannten Lebewesen bestehen aus Wasser, Mineralstoffen und von Lebewesen produzierten Biomolekülen in der Größenordnung von Nanopartikeln. |
Während im Universum insgesamt die Unordnung ständig zunimmt, kennzeichnen extreme Komplexität und Ordnung das Innere jedes Lebewesens. |
Möglich ist das nur, weil sich jedes Lebewesen mit einer Hülle von seiner Umwelt abgrenzt. |
Lebewesen sind extrem komplexe, sich selbst mindestens mit semipermeablen Membranen selektiv von der Umwelt abgrenzende offene Systeme, die sich mit Hilfe eines inneren Bauplans aus einer immensen Vielfalt kompliziert aufgebauter Biomolekülen in aktiven Lebensphasen weitgehend selbst hergestellt haben. Weil die Baupläne aller bisher daraufhin untersuchten Lebewesen den selben genetischen Code benutzen (quasi in der selben Sprache geschrieben sind), stammen sie höchstwahrscheinlich alle von einem gemeinsamen Vorfahren ab und sind durch Vermehrungsprozesse (Zellteilung oder andere Arten der Reproduktion) von Lebewesen entstanden. |
Wenn ein Lebewesen lebt, hat es zusätzlich folgende Eigenschaften:
Kennzeichen des Lebens in aktiven Lebensphasen: |
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Alle lebenden Lebewesen besitzen mindestens eine Zelle. |
Alle lebenden Lebewesen können sich selbst aufbauen, organisieren, regulieren, koordinieren und reparieren. |
Alle lebenden Lebewesen können wachsen und sich im Laufe ihres Lebens entwickeln. |
Alle lebenden Lebewesen betreiben Stoffwechsel in dreierlei Hinsicht. Erstens tauschen sie selektiv Stoffe und Energie mit ihrer Umwelt aus. Zweitens tauschen sie im Laufe der Zeit alle Stoffe aus, aus denen sie bestehen. Drittens verwandeln sie ständig Biomoleküle in andere Biomoleküle. |
Alle lebenden Lebewesen produzieren und nutzen Enzyme als Biokatalysatoren. |
In allen lebenden Lebewesen finden ständig gezielte innere Transportvorgänge statt. |
Alle lebenden Lebewesen können betimmte Aspekte ihrer Umwelt wahrnehmen und darauf sinnvoll reagieren. |
Strukturen tierischer und pflanzlicher Zellen |
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Leider können wir mit unseren Lichtmikroskopen im Inneren der Zellen kaum Details erkennen. Darum nutzen wir die moderne Technik der Darstellung des Standes der Forschung über nicht direkt beobachtbare Vorgänge durch Computeranimationen. Was diese Animationen über das Innere unserer Zellen zeigen, fasst meine Dokumentation: "Reise ins Innere der Zelle" zusammen. Besonders Interessierte können dazu auch Aufgaben lösen. An Zellen interessierten Lernenden empfehle ich auch mein Hypertext-Lernprogramm Eucyte.
Zur normalen Ausstattung aller Zellen gehören eine Zellmembran, das Cytoplasma und der Zellkern.
Im Gegensatz zu tierischen Zellen besitzt eine typische Pflanzenzelle eine Zellwand, eine große Vakuole und Chloroplasten.
Der Aufbau einer tierischen Zelle |
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von mir vereinfacht nach Woland Messer, GNU Free Documentation License |
1 = Kraftwerke der Zelle (Mitochondrium), 2 = Verdauungsbläschen (sekundäres Lysosom), 3 = Bibliothek der Zelle für den Bauplan (Zellkern), 4 = Lastwagen der Zelle (Vesikel), 5 = Fabrik der Zelle (endoplasmatisches Retikulum), 6 = Stadtmauer der Zelle (Zellmembran), 7 = Amazon der Zelle (Dictyosom) |
Hier findet Ihr einen Probetest zum ausdrucken.
Fotosynthese und Zellatmung |
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Den Zusammenhang zwischen den beiden extrem wichtigen biologischen Prozessen Fotosynthese und Zellatmung erklärt der Lerntext Fotosynthese und Zellatmung.
Das Lernmodul: S.34-35 "Fotosynthese" mit Aufgaben und Antworten erleichtert die Erarbeitung der Fotosynthese mit unserem Buch.
Ernährung |
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Es gibt unzählige Ernährungs-Ratgeber, die man alle ignorieren sollte. Denn es gibt für jeden Menschen nur einen wirklich sinnvollen Ernährungs-Ratgeber, und das ist sein eigenes Gehirn. Denn nichts und niemand weiß besser, was ein Mensch gerade braucht.
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Ernährungsberater Gehirn |
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Roland Heynkes, CC BY-SA 3.0 |
Näheres zum Thema Ernährung finden Interessierte im Lerntext Ernährung.
Alle lebenden Lebewesen brauchen Nährstoffe. Weil Pflanzen mittels Fotosynthese die Strahlungsenergie des Lichts nutzen können, brauchen sie keine energiereichen Nährstoffe. Die energiearmen, nur als Baustoffe benötigten Pflanzennährstoffe sind daher nur Kohlenstoffdioxid, Wasser und Mineralstoffe.
Was wir normalerweise einfach Nährstoffe nennen, sind eigentlich Menschen-Nährstoffe. Es sind die Stoffe, von denen wir Menschen uns ernähren. Wir benötigen als Baustoffe für den Aufbau, die Reparatur und die ständige Erneuerung des Körpers relativ große Makronährstoffe (Lipide und Proteine) sowie die kleinen Mikronährstoffe (extrem stabile Mineralstoffe und bei Hitze oder zuviel Licht zerfallenden Vitamine). Nur in sehr geringen Mengen benötigte Mineralstoffe nennt man auch Spurenelemente. Den größten Teil unserer Nährstoffe brauchen wir aber zur Energie-Gewinnung für die Aufrechterhaltung unserer Lebensvorgänge. Dafür nutzen wir hauptsächlich Kohlenhydrate (Stärke und Zucker) sowie die sich nicht mit Wasser mischenden Lipide (unter anderem Fette und Cholesterin). Wenn nötig, können wir aber auch die in Proteinen (Eiweißen) gebundene Energie nutzen.
Wasser und Sauerstoff werden von einigen Naturwissenschaftlern zu den Nährstoffen gezählt, von anderen jedoch nicht.
Roland Heynkes, CC BY-SA 3.0 |
Mineralstoffe sind lebensnotwendige anorganische Nährstoffe, die der Organismus nicht selbst herstellen kann und die deshalb mit der Nahrung aufgenommen werden müssen. Sie sind praktisch unzerstörbar. Vitamine sind für Menschen lebensnotwendige organisch-chemische Verbindungen, die unser Körper nicht selbst herstellen kann und deshalb aus der Nahrung gewinnen muss. Für eine ausreichende Versorgung mit Vitaminen reicht eine abwechslungsreiche Ernährung. Eine Überversorgung kann auch schädlich sein. Eine Ausnahme ist das sogenannte Vitamin D, das unser Körper entgegen der Definition selbst herstellen kann, wenn ausreichend Sonnenlicht auf unsere Haut trifft. Vitamin D wird daher von vielen Fachleuten nicht mehr als echtes Vitamin angesehen. Viele Vitamine zerfallen, wenn sie Licht oder Wärme ausgesetzt werden.
Näheres zu unseren Nährstoffen findet Ihr im Lerntext Nahrung.
Wofür wir unsere Nährstoffe nutzen |
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Diese Frage beantwortet jetzt das entsprechende Kapitel im Lerntext Nahrung.
Ballaststoffe |
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Die Bedeutung der sogenannten Ballaststoffe des Menschen erklärt jetzt das das entsprechende Kapitel im Lerntext Nahrung.
Der Weg der Nahrung durch unseren Verdauungstrakt |
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Verdauung unserer Makronährstoffe |
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Während wir die Mikronährstoffe direkt nutzen können, müssen wir die Makronährstoffe erst noch verdauen. Verdauung bedeutet, dass ein Lebewesen größere Nahrungsbestandteile (Nährstoffe) in deren kleinere, nutzbare Einheiten zerlegt. So können wir beispielsweise in unserem Körper keine Schweine- oder Rinder-Eiweiße gebrauchen, weil wir aus menschlichen Eiweißen bestehen. Darum zerlegen wir in unserem aus Mund, Speiseröhre, Magen, Dünndarm und Dickdarm bestehenden Verdauungstrakt die fremden Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Eiweiße sowie Fette und andere Lipide in Bausteine, aus denen wir dann unsere eigenen Biomoleküle aufbauen.
Mariana Ruiz Villarreal, public domain.Nur die deutsche Beschriftung ist von mir. |
Im Mund wird die Nahrung durch die Zähne zerkleinert und beim Kauen mit Hilfe der Zunge mit Speichel durchmischt. Dadurch wird die Nahrung breiig und gleitfähig. Zu diesem Zweck sondern drei Paar Speicheldrüsen täglich etwa 1,5 Liter Speichel ab. Der Speichel enthält Enzyme, die Stärke in süß schmeckenden Malzzucker (den Doppelzucker Maltose) zerlegen. Geschmacksknospen auf der Zunge prüfen gemeinsam mit der Nase den Geschmack. Süße Nahrungsmittel sind normalerweise ungiftig, bittere eher nicht. Zu salzige oder saure Nahrung könnte uns schaden. Schließlich schiebt die Zunge den Nahrungsbrei nach hinten in den Rachen und löst damit den Schluckreflex sowie das Schließen des Kehldeckels aus, damit die Nahrung nicht in die Luftröhre und die Bronchien fällt.
Was im Mund passiert |
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Der Schluckreflex ist der Startpunkt der Peristaltik, welche die Nahrung mit wellenförmigen Bewegungen durch die Speiseröhre, den Magen und den gesamten Darm befördert, indem sich Muskeln vor der Nahrung entspannen und hinter ihr anspannen. Die folgende Animation soll anschaulich machen, wie Peristaltik funktioniert.
Bei Erwachsenen ist die Speiseröhre etwa 25-30 Zentimeter lang. Die für ihre Peristaltik notwendigen Muskeln und Nerven befinden sich hinter einer Schleimhaut in der Speiseröhrenwand. Sie schieben durch ihre koordinierten Bewegungen den Nahrungsbrei in kleinen Portionen durch die Speiseröhre in den Magen.
Was in der Speiseröhre passiert |
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Die muskulöse Magenwand vermischt und zerkleinert den Speisebrei durch kräftige Bewegungen, die nicht vom Gehirn, sondern vom Magen selbst gesteuert werden. Sie enthält zu diesem Zweck Muskeln und ein Nervensystem. In der Magenwand gibt es außerdem Drüsen, die täglich etwa zwei Liter sehr sauren Magensaft produzieren. Vor diesem Magensaft schützt sich die Magenwand mit einer Schleimhaut, die ständig Schleim produziert. Der Magensaft enthält nämlich außer Enzymen für die Verdauung von Eiweißstoffen zu Peptiden auch verdünnte Salzsäure.
Die verdünnte Salzsäure tötet die meisten Krankheitserreger, die mit der Nahrung in den Magen gelangen. Sie lässt außerdem die Eiweiße gerinnen (Gerinnen bedeutet, dass die eng verknäuelte Form der Eiweiße aufgelockert oder sogar aufgelöst wird.), damit die Eiweiße von den Enzymen in kleinere, oft besser in Wasser lösliche Bruchstücke (Peptide) zerlegt werden können. Kohlenhydrate und Lipide werden im Magen nicht verdaut, aber größere Fett-Gewebe werden mechanisch (im Gegensatz zu chemisch oder enzymatisch) zerkleinert.
Am Magenausgang befindet sich ein Pförtner genannten Ringmuskel (ringförmiger Muskel). Gelegentlich öffnet (entspannt) er sich und entlässt kleine Portionen zu einem feinen Brei zerkleinerten Nahrungsbreis in den Zwölffingerdarm genannten ersten Abschnitt des Dünndarms.
Was im Magen passiert |
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Im Gegensatz zum Magen kann sich der Dünndarm vor der Magensäure nicht mit einer dicken Schleimschicht schützen, weil dadurch die Aufnahme von Nährstoffen ins Blut behindert würde. Deshalb muss der saure Nahrungsbrei durch alkalische Galle und alkalischen Bauchspeichel neutralisiert werden, wenn er aus dem Magen in den Dünndarm geschoben wird. Alkalisch ist das Gegenteil von sauer. Genauer erklärt wird das für besonders Interessierte im Lerntext Verdauung.
In der Schleimhaut des etwa 12 Finger breiten Zwölffingerdarms schmecken Geschmackssinneszellen, was wir gegessen haben. Enthält der Nahrungsbrei Fett, dann produzieren Zellen der Darmschleimhaut ein Hormon, welches die Gallenblase anregt, die von der Leber produzierte Galle in den Zwölffingerdarm zu spritzen. Die Galle (Gallensaft) löst wie ein Spülmittel größere Fettstückchen in kleinste Fetttröpfchen auf, die dann von speziellen Enzymen in Fettsäuren und Glycerin zerlegt werden. Diese kleinsten Bausteine der Fette können dann durch die Darmwand in die Lymphe aufgenommen (Resorption) und mit dieser ins Blut transportiert werden. Enzyme zerlegen auch Peptide in Aminosäuren und Kohlenhydratketten in einzelne Zucker-Moleküle, die dann genau wie die Mikronährstoffe von der Dünndarmwand in feinste Blutgefäße (Kapillare) transportiert werden. Die Enzyme für die Zerlegung von Fetten, Kohlenhydraten und Peptiden sind in dem Verdauungssaft enthalten, den die Bauchspeicheldrüse produziert und bei Bedarf in den Zwölffingerdarm spritzt. Zusätzlich produziert auch die Dünndarmwand solche Enzyme.
Was im Dünndarm passiert |
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Lymphknoten und große Lymphgefäße des Menschen |
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Blausen Medical Communications, CC BY 3.0 |
Besonders Interessierte finden Näheres im Lerntext Lymphsystem. |
Damit ein möglichst kleiner Teil der wertvollen Nährstoffbausteine ungenutzt in den Dickdarm geschoben wird, muss die Oberfläche des Dünndarms möglichst groß sein und weit in den Dünndarm hineinragen, um sich möglichst viele Bausteine zu schnappen. Bei noch lebenden Erwachsenen ist der Dünndarm 3-4 Meter lang. (Bei Toten entspannt er sich und wird etwa 6 Meter lang.) Die innere Oberfläche des Dünndarms wird in drei Stufen vergrößert. Die erste Vergrößerung wird dadurch bewirkt, dass der Dünndarm an vielen Stellen ringförmig nach innen eingestülpt ist. Das nennt man Darmfalten. Zu einer weiteren Vergrößerung der Darmoberfläche kommt es dadurch, dass überall auf der inneren Oberfläche des Dünndarms einschließlich seiner Falten kleine fingerförmige Ausstülpungen in den Darm hinein ragen. Man nennt sie Darmzotten. Die dritte Stufe der Oberflächenvergrößerung wird durch winzige, Mikrovilli genannte Ausstülpungen erreicht, die auf der Oberfläche jeder Darmzotten-Zelle in großer Zahl in den Darm hinein ragen. Insgesamt wird dadurch die Oberfläche des Dünndarms extrem vergrößert. Sie wird von verschiedenen Quellen auf 180 bis 2000 Quadratmeter geschätzt.
Wandbau des Zwölffingerdarms |
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Dieses Bild verdeutlicht oben die Oberflächenvergößerung durch die auch Villi genannten Darmzotten. Unten sieht man in getrennten Lagen Muskeln, die den Darm verengen (Ringmuskeln, circular) oder verkürzen (Längsmuskeln, longitudinal) können. Das Bild wurde 1918 in "Gray's Anatomy of the Human Body" publiziert und unterliegt deshalb keinem Copyright. |
Muskeln und ein eigenes Nervensystem sorgen natürlich auch in der Dünndarmwand für die wellenförmigen Bewegungen der Peristaltik, die den dünnflüssigen Darminhalt durchmischt und langsam vorwärts bewegt. So gelangt schließlich alles in den Dickdarm, was nicht durch die Dünndarmwand in Lymphe und Blut aufgenommen wird. Diesem noch dünnflüssigen Brei für uns unverdaulicher Nahrungsreste werden im Dickdarm der größte Teil des Wassers (rund 10 Liter pro Tag) und damit auch Mineralstoffe entzogen. Die Schleimhaut des Dickdarms nimmt auch Vitamine und Fettsäuren auf, die erst im Dickdarm von Bakterien produziert werden.
Der dadurch viel dichter und fester gewordene (eingedickte) und viele Bakterien aus dem Dickdarm enthaltende Rest (Kot/Stuhl) wird im Enddarm gesammelt, bis wir ihn durch den Anus (After) als Kot ausscheiden.
Was im Dickdarm passiert |
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Eine sehr wichtige und weit über die Verdauung hinaus reichende Rolle spielen die unzähligen Bakterien im menschlichen Dickdarm. Ihre Anzahl übersteigt die der menschlichen Zellen. Im Hinblick auf die Verdauung verwerten sie die für uns unverdaulichen Nahrungsreste und lassen uns von ihrem Gewinn profitieren.
Mariana Ruiz Villarreal, public domain.Versuche die Zeichnung in Gedanken zu beschriften! |
Näheres zum Thema Verdauung finden Interessierte im Lerntext Verdauung.
Luft und Atmung |
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Die Zusammensetzung der Luft und die Mechanismen der Atmung erklärt der Lerntext Luft und Atmung.
Herz und Blutkreislauf |
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Den menschlichen Blutkreislauf und seine Pumpe Herz erklärt der Lerntext Herz und Blutkreislauf.
Sexualkunde |
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Wir haben uns die Sexualkunde mit den Bildern und Animationen im Lerntext Sexualkunde, mit dem aktuell wohl weltweit besten Biologiebuch: "Life on Earth" sowie mit verschiedenen besonders anschaulichen Videos erarbeitet, von denen ich einige in einem Lerntext zusammengefasst habe.
Die folgende Übung dient nicht nur der Wiederholung einer Dokumentation, die wir im Unterricht gesehen und ausführlich besprochen haben. Es geht auch um das verstehende (Sinn entnehmende) Lesen und das Formulieren von vollständigen, auch ohne die Fragen aus sich heraus verständlichen Antworten. Öffne mit der rechten Maustaste meine kritische Zusammenfassung der Dokumentation: Sperm Race - Das große Rennen "in einem neuen Tab". Öffne danach aus diesem Lerntext für die Jahrgangsstufe 6 heraus mit der linken Maustaste die Fragen zu diesem Text (pdf). Nun kannst Du zwischen den Fragen und dem Lerntext hin und her springen. Lies aber nicht zuerst den ganzen Text durch! Lies stattdessen immer zuerst die Frage und suche danach im Text nach der Antwort! Schreibe die Antworten in Deinen Biohefter!
Bewegung und Sport sind wichtig für unsere Gesundheit |
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Bewegung und Sport sind für uns Menschen lebenswichtig. Wer sich zu wenig bewegt, altert schneller, ist öfter krank und ohne tägliche Spritzen gegen eine Verklumpung des Blutes riskiert man schon nach wenigen Tagen strenger Bettruhe sein Leben. Die folgende Tabelle nennt in Stichpunkten wichtige Fakten zur gesundheitlichen Wirkung von Sport und Bewegung.
Zusammenfassung in Stichpunkten
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unser Bewegungsapparat |
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Informationen über unser Skelett findet Ihr im Lerntext Skelett.
Informationen über unsere Muskeln und Sportverletzungen findet Ihr im Lerntext Skelettmuskeln und Gesundheit.
Was in der Jahrgangsstufe 6 im Fach Biologie erarbeitet werden soll |
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Welche inhaltlichen Schwerpunkte im Fach Biologie in der Erprobungsstufe (Jahrgangsstufen 5-6) erarbeitet werden sollen, gibt der seit dem 1.8.2019 gültige neue 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 vorher gültige schulinterne Curriculum im pdf-Format.
Folgende inhaltliche Schwerpunkte sollen in der Jahrgangsstufe 6 erarbeitet werden:
Kommentare und Kritik von Fachleuten, Lernenden und deren Eltern sind jederzeit willkommen.
Roland Heynkes, CC BY-SA-4.0