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Standardsicherung

Grundsätzlich ergibt sich die Anbindung an das Referenzfach Biologie zunächst über das durch die Bildungsstandards eingeführte Basiskonzept „System“. Die Basiskonzepte „Struktur und Funktion“ und „Entwicklung“ finden ebenfalls Berücksichtigung, wenn die Betrachtung von Wechselwirkungen ausgeht. Auf der Projektebene besteht die Möglichkeit, in besonderer Weise die Verzahnung der genannten Basiskonzepte im Fach Biologie, aber auch mit den oben erwähnten Fächern zu verdeutlichen.

Leitfragen:

• Wie reagiert ein bestimmter Muskel auf Trainingsmaßnahmen?
• Wie lässt sich das Ergebnis auf molekularer Ebene erklären?

Arbeitshypothesen:

• Bei vergleichbaren Trainingsmethoden und -einheiten verschiedener Probanden wird es signifikante Unterschiede in der individuellen Änderung der Muskelkraft geben, die sich mit gängigen Theorien und Modellen zum molekularen Aufbau und zur Physiologie von Muskelgewebe erklären lassen.

Untersuchungsaspekte zu langfristigen Wechselwirkungen von Statik und Dynamik des Bewegungsapparats auf biomechanischer, organischer und molekularer Ebene sind:

• Kräftemessung an den ausgewählten Muskeln/Gelenken,
• Bau und Funktion der beteiligten Proteine,
• Myosin-Isoformen - Dynamik der Zusammensetzung,
• Akto-Myosin-Interaktion im „Synthetischen Muskel“,
• Aktin-bindende Proteine,
• Calcium-Sensitivität der Akto-Myosin-Interaktion,
• Modulationsmöglichkeiten von F-Aktin im Zusammenhang mit dem Trainingseffekt.

Leitfragen:

• Gibt es ängstliche und mutige Fische?
• Verhalten sich Männchen anders als Weibchen?
• Wer wählt welchen Partner und weshalb?

Arbeitshypothesen:

• Weibchen wählen ihren Sexualpartner aus, dabei spielen Färbung und Verhalten eine Rolle (Fitness).
• Männchen verhalten sich unterschiedlich gegenüber rezeptiven und nicht-rezeptiven Weibchen.
• Trächtige Weibchen verhalten sich vorsichtiger als nicht-trächtige Weibchen oder als Männchen.

Untersuchungsaspekte zu den Wechselwirkungen bei Verhaltensweisen von Tieren sind:

• Beobachten unter definierten Bedingungen,
• Herausarbeiten quantifizierbarer Verhaltenselemente,
• Möglichkeiten der Registrierung von Verhaltenselementen,
• Planung einer Versuchsanordnung zur eindeutigen Registrierung,
• vergleichende Beobachtung von Verhaltensweisen verschiedener Züchtungsformen,
• nach Möglichkeit eine statistische Auswertung der Versuche,
• Dokumentation, Diskussion und Präsentation der Ergebnisse. 

Die Schülerinnen und Schüler... 

• erkennen und benennen mögliche Gegenstände und methodische Vorgehensweisen in Bezug auf das Rahmenthema,
• benennen die einzelnen Schritte der momentan gängigen Theorie der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung und setzen sie in Beziehung zu Untersuchungsobjekt und Rahmenthema,,formulieren naturwissenschaftliche Fragestellungen und bilden Hypothesen mit zu erwartenden Ergebnismöglichkeiten.
• planen eigenständig Versuchsarrangements,
• werten die durchgeführten Versuche aus, dokumentieren und diskutieren ihre Ergebnisse,
• deuten die Ergebnisse im Hinblick auf Hypothesen, Fragestellungen und Plausibilität der Überlegungen.
• erstellen Texte wie Protokolle und Dokumentationen bzw. Beiträge zu Dokumentationen, die fachlich und sprachlich korrekt sowie verständlich formuliert sind,
• stellen Zusammenhänge unter Beachtung von Ursache-Wirkungs-Gefügen in angemessener Weise dar,
• beschreiben einen qualitativen Sachverhalt unter korrekter Verwendung der Fachsprache,
• beschreiben einen quantitativen Sachverhalt unter korrekter Verwendung der Fachsprache,
• setzen Versuchsergebnisse in bildliche Darstellungen wie Graphiken und Diagramme um, auch mit Hilfe des Computers,
• präsentieren ihre Arbeitsergebnisse oder Zwischenstände sach- und adressatengerecht, auch mit Hilfe des Computers,
• verhalten sich bei der Durchführung der Versuche strukturiert, organisiert und situationsgerecht,
• führen ihre Versuche selbstständig durch und sorgen für geordneten Ablauf und Material,
• erfassen Messdaten und Parameter quantitiativ möglichst genau,
• führen ein Arbeitsverlaufsprotokoll unter Angabe aller notwendigen Daten,
• kommunizieren Planungen und Abläufe in der Arbeitsgruppe,
• abstraheren ihre Ergebnisse unter Rückbezug auf Ausgangshypothesen und unterschiedliche Systemebenen.

(Verhaltensgruppe)

Die Schülerinnen und Schüler...

• nennen morphologische Voraussetzungen für lebend gebärende Fischarten und damit verbundene Selektionsvor- und nachteile,
• nennen Methoden der Verhaltensbeobachtung, die zur Überprüfung entsprechender Hypothesen geeignet sind,
• nennen und erklären populationsbiologische Unterschiede zwischen den Beobachtungen im Aquarium und den Freilandbedingungen,
• erläutern mit Hilfe der Auswertung gemachter Beobachtungen und der Fachliteratur an ihrem Beispiel greifende Selektionsmechanismen, 
• stellen den Zusammenhang zum Rahmenthema her, indem sie die in ihrem Unterthema greifende Wechselwirkung charakterisieren,
• stellen den Zusammenhang zum Rahmenthema her, indem sie die im Unterthema der jeweils anderen Gruppe greifende Wechselwirkung charakterisieren. 

(Muskelgruppe)

Die Schülerinnen und Schüler...

• beschreiben den Aufbau und die Funktion des Quergestreiften Skelettmuskels auf zellulärer und molekularer Ebene,
• nennen Methoden und Geräte für die Kräftemessung von Muskelgruppen,
• nennen und erklären Methoden des Trainings einzelner Muskelgruppen,
• erläutern Trainingseffekte auf zellulärer und molekularer Ebene nach aktuellem Stand der Forschung,
• stellen den Zusammenhang zum Rahmenthema her, indem sie die in ihrem Unterthema greifende Wechselwirkung charakterisieren,
• stellen den Zusammenhang zum Rahmenthema her, indem sie die im Unterthema der jeweils anderen Gruppe greifende Wechselwirkung charakterisieren. 

Zuerst wird das Rahmenthema vorgestellt, eine Einführung in wissenschaftliche Arbeitsweisen, Literaturrecherche und -auswahl schließt sich an. Im Gespräch mit den Experten verschiedener Institutionen eröffnet sich eine erste fachliche Orientierung für die Schülerinnen und Schüler, die zusammen mit einer Materialsichtung zu konkreten Fragestellungen führt.

Diese werden im Anschluss durch die Schülerinnen und Schüler zu Arbeitshypothesen ausgeschärft. Die Teilnehmer und Teilnehmerinnen ordnen sich nach Interessenslage den Teilprojekten zu.

Hierauf folgt eine Anleitung anhand ausgewählter Literatur (zunehmend Originalliteratur in englischer Sprache) zum aktuellen Stand der Forschung in den relevanten Bereichen: zum einen zum Feinbau des Quergestreiften Skelettmuskels, zum anderen zur Biologie und zum Verhalten von Aquarienfischen (Guppys). Die Literaturrecherche, zunächst im Internet, und die Kenntnis über den Aufbau einer wissenschaftlichen Arbeit sind beide Male obligatorisch.

Die Teilnehmer der Gruppe „Intraspezifische Wechselwirkungen“ werden in die Methodik von Verhaltensbeobachtungen und in die Möglichkeiten der Quantifizierung von Verhaltenselementen eingeführt. Dazu findet eine Anleitung im Aquazoo Düsseldorf und in der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf statt.

Die Teilnehmer der Gruppe  „Wechselwirkungen im menschlichen Organismus“ nehmen an einer Einführung in die Möglichkeiten zur Messung von Kräften teil und werden zu Versuchen mit dem „Synthetischen Muskel“ in der Petri-Schale angeleitet.

Beide Gruppen führen eine Literaturrecherche in der Universitätsbibliothek durch und erhalten vorher eine Einführungsveranstaltung zu Möglichkeiten der Recherche in der Bibliothek.

Nachdem die Schülerinnen und Schüler die Fragestellungen ausgeschärft haben und die Arbeitshypothesen gebildet haben, planen sie geeignete Versuchsanordnungen. Es folgt die Durchführung der geplanten Versuche, der Austausch von Zwischenergebnissen und gegebenenfalls auch die Korrektur der Anordnungen. Zur Vorbereitung der Dokumentation der Ergebnisse erstellen die Schülerinnen und Schüler Prozess- und Ergebnisprotokolle.

In dieser Phase erfolgt die Auswertung in Bezug auf die Arbeitshypothese sowie eine Einordnung in den Forschungsstand und die zurzeit gültigen theoretischen Zusammenhänge. Hierbei wird der Zusammenhang zum Basiskonzept „System“ hergestellt, und die untersuchten Wechselwirkungen in der jeweils betrachteten Systemebene werden verdeutlicht. Die Ergebnisse werden schriftlich festgehalten, Poster zur Ausstellung in der Schule werden erstellt. 

• das produkt- und prozessorientierte Vorgehen auf der Basis von in betreuter Eigentätigkeit erarbeiteten Fragestellungen,
• eine auf Optimierung ausgerichtete, transparente und nicht defizitär orientierte Leistungsbeurteilung sowie
• eine wertschätzende Haltung der Kursleiter den erbrachten Leistungen gegenüber.