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Lehrplannavigator S I
Gymnasium (G8)
Biologie (G8)
Kernlehrplan Biologie
Kompetenzerwartungen im Fach Biologie
Biologie
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3. Kompetenzerwartungen im Fach Biologie in der Sekundarstufe I
Einleitung
Die im Folgenden beschriebenen Kompetenzen stellen verbindliche Standards für das Fach Biologie dar. Sie beschreiben die Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten, die sich im Unterricht bis zum Ende der Sekundarstufe I kumulativ entwickeln sollen. Sie dienen den Lehrerinnen und Lehrern als Zielorientierung. Gleichzeitig definieren sie, welche Voraussetzungen im nachfolgenden Fachunterricht der gymnasialen Oberstufe erwartet werden können.
Die formulierten Kompetenzen beschreiben erwartete Ergebnisse des Lernens und nicht Themen für den Unterricht. Der Unterricht ist thematisch und methodisch so anzulegen, dass alle Schülerinnen und Schüler im Laufe der Jahrgangsstufen 5 bis 9 geeignete Lerngelegenheiten erhalten, die genannten Kompetenzen nachhaltig zu erwerben. Daher ist es notwendig, in den einzelnen Inhaltsfeldern und Anwendungsbereichen Schwerpunkte auf den Erwerb bestimmter Kompetenzen zu setzen. Hierzu legen die Fachkonferenzen Grundsätze fest. In der Summe müssen alle Kompetenzen am Ende der Jahrgangsstufe 9 erreicht sein.
Die Kompetenzen sind nach den in Kapitel 2 dargestellten
Kompetenzbereichen geordnet und eng miteinander vernetzt.
Die prozessbezogenen Kompetenzen (Kapitel 3.1) sind
nach den in Kapitel 2 dargestellten Bereichen beschrieben. Wegen ihrer
Bedeutsamkeit für die drei naturwissenschaftlichen
Fächer und großer Überschneidungen ist eine
Abstimmung zwischen den Fächern notwendig, um Synergieeffekte
zu nutzen.
Die Basiskonzepte des Faches Biologie sind in Kapitel 3.2 dargestellt. Sie werden jeweils im Zusammenhang skizziert, bevor die zugehörigen konzeptbezogenen Kompetenzen dargestellt werden. Der Übersicht halber werden hier die Basiskonzepte aller drei Fächer aufgeführt.
| Basiskonzepte | ||||
| Biologie | System | Struktur und Funktion | Entwicklung | |
| Chemie | Chemische Reaktion | Struktur der Materie | Energie | |
| Physik | System | Struktur der Materie | Energie | Wechselwirkung |
Das Basiskonzept System wird jeweils aus der Perspektive der Fächer Biologie und Physik beschrieben.
Das Energiekonzept der Physik und Chemie ist wegen seiner großen Bedeutung für alle drei Fächer auch im Lehrplan Biologie dargestellt worden.
Die konzeptbezogenen Kompetenzen für das Fach Biologie sind in Kapitel 3.3 dargestellt. Sie sind in drei Progressionsstufen formuliert, um die Kompetenzentwicklung im Laufe der Sekundarstufe I zu verdeutlichen und Eckpunkte für die Entwicklung schulinterner Lehrpläne zu liefern. Sie werden für das Ende der Jahrgangsstufe 6, das Ende der Jahrgangsstufe 9 (Stufe II) und eine mittlere Stufe zwischen dem Ende der Jahrgangsstufen 6 und 9 (Stufe I) ausgewiesen.
3.1 Prozessbezogene Kompetenzen im Fach Biologie
Die prozessbezogenen Kompetenzen beschreiben die Handlungsfähigkeit von Schülerinnen und Schülern in Situationen, in denen naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen erforderlich sind. Sie werden auf dem für einen Kernlehrplan angemessenen Abstraktionsniveau formuliert. Auf die Darstellung einer Progression im Laufe der Sekundarstufe I wird verzichtet. Die Ausprägung der beschriebenen Schüleraktivitäten, die Komplexität der Anwendungssituationen und der Grad der Selbstständigkeit werden in den verschiedenen Altersstufen in einer Form erwartet, die dem jeweiligen altersgemäßen Entwicklungsstand der Schülerinnen und Schüler entspricht und geschlechtsspezifischen Unterschieden in der Lernausgangslage und Umgangsweise Rechnung trägt. Dabei werden Kooperation und Kommunikation auch als Elemente fachmethodischen Arbeitens verstanden.
Kompetenzbereich
Erkenntnisgewinnung
Experimentelle und andere Untersuchungsmethoden sowie Modelle nutzen
| Bis Ende von Jahrgangsstufe 9 |
| Schülerinnen und Schüler ... |
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Kompetenzbereich
Kommunikation
Informationen sach- und fachbezogen erschließen und austauschen
| Bis Ende von Jahrgangsstufe 9 |
| Schülerinnen und Schüler ... |
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Kompetenzbereich
Bewertung
Fachliche Sachverhalte in verschiedenen Kontexten erkennen, beurteilen und bewerten
| Bis Ende von Jahrgangsstufe 9 |
| Schülerinnen und Schüler ... |
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3.2 Basiskonzepte im Fach Biologie
Die Unterrichtsinhalte im Fach Biologie werden wie in den KMK-Bildungsstandards unter der Perspektive der Basiskonzepte (1) System, (2) Struktur und Funktion und (3) Entwicklung betrachtet. Das Basiskonzept System wird im Fach Physik ebenfalls verwendet. Die resultierenden inhaltlichen Überschneidungsbereiche bieten Anlässe für fächerübergreifenden Unterricht.
Im Folgenden soll der Kern der Basiskonzepte kurz umrissen werden.
Basiskonzept
System
Biologische Systeme sind offene Systeme, die gegenüber ihrer Umgebung durch willkürlich gesetzte Grenzen abgegrenzt sind und die kontinuierlich mit ihrer Umwelt in Wechselbeziehung stehen. Über die Systemgrenzen hinweg findet Energie-, Stoff- und Informationsaustausch statt. Ein biologisches System besteht aus einzelnen Elementen, zwischen denen es Beziehungen und Wechselwirkungen gibt. Die Eigenschaften des Systems werden durch die Eigenschaften der Bestandteile gekennzeichnet, wobei das System darüber hinaus Eigenschaften hat, die über die Summe der Eigenschaften der einzelnen Komponenten hinausgehen. Hier wird deutlich, dass in den Fächern Biologie und Physik das gleiche Begriffsverständnis hinsichtlich des Basiskonzeptes System zu Grunde liegt.
Leben ist auf vielen, unterschiedlich komplexen Strukturebenen organisiert. Biologische Systeme können unter dem Blickwinkel dieser verschiedenen Ebenen beschrieben werden, z. B.: Molekül, Zelle, Organismus, Ökosystem, Biosphäre. Um Lebensprozesse ganzheitlich verstehen zu können, ist der Wechsel zwischen den Systemebenen notwendig. Denken in biologischen Systemen erfordert daher vernetztes Denken auf unterschiedlichen Komplexitätsebenen. Die Grundlage dafür bilden Kenntnisse über die Elemente des Systems, deren strukturelle und funktionelle Beziehungen sowie über die Eigenschaften des Systems als Ganzes auch in ihrer Entwicklung.
Biologische Systeme befinden sich im Verlauf ihrer Entwicklung temporär in einem dynamischen Gleichgewichtszustand. Äußere Veränderungen können zu Störungen des dynamischen Gleichgewichts und in der Folge auch zu Veränderungen im biologischen System führen. Störungen des Gleichgewichts biologischer Systeme werden häufig durch Eingriffe des Menschen ausgelöst, indem er die natürlichen Ressourcen für sein Überleben nutzt. In Folge dessen sind Lebewesen als Elemente der Biosphäre vielfach in ihrer Existenz bedroht. Der Mensch ist als biologisches System für sich und als Element der Biosphäre für dieselbe verantwortlich. Seine Handlungen bezogen auf seine Umwelt haben sich daher an ethischen Normen und den Grundsätzen der Nachhaltigkeit zu orientieren.
Im Unterricht in den einzelnen Klassenstufen werden biologische Systeme mit zunehmender Komplexität betrachtet. Im Anfangsunterricht erklären Schülerinnen und Schüler beispielsweise aus ihrem Alltag bekannte Lebewesen (z. B. heimische Tiere und Pflanzen, Haustiere) unter Systemgesichtspunkten. Sie beschreiben deren wesentliche Elemente und deren Zusammenwirken als Organismus und erklären einfache Beziehungen zwischen Lebewesen und zur unbelebten Umwelt. Die Zelle als Grundstruktur aller Organismen wird auf lichtmikroskopischer Ebene systemisch betrachtet. Die Systemebenen Zelle, Organ und Organismus können in ihrem Zusammenwirken wechselseitig betrachtet werden, wobei der Ebenenwechsel für die Lernenden deutlich werden sollte.
Im Folgenden wird das Systemkonzept auf weitere Organismengruppen bezogen (z. B. Einzeller) und durch die Einführung der Ebene des Ökosystems erweitert. Schülerinnen und Schüler lernen für ausgewählte heimische Ökosysteme charakteristische Arten und deren Bedeutung für das jeweilige biologische System kennen (z. B. Nahrungsbeziehungen) und erfahren die Bedeutung verschiedener Umweltbedingungen für die Ökosysteme. Die Gefährdung von Ökosystemen und der darin organisierten Lebewesen durch menschliche Handlungen kann an Beispielen wie der Eutrophierung von Gewässern durch landwirtschaftliche Maßnahmen oder auch der anthropogenbedingten Klimabeeinflussung thematisiert werden.
Im weiteren Verlauf der Sekundarstufe I werden in die Betrachtung biologischer Systeme alle Systemebenen von der Zelle bis zur Biosphäre einbezogen. Für das Verständnis der vielfältigen Vernetzungen biologischer Systeme untereinander ist die Betrachtung der Wechselwirkungen zwischen den Systemen und den Systemebenen zentral. Insbesondere auf den komplexen Ebenen Ökosystem und Biosphäre bildet die Erklärung von Stoffkreisläufen und Energiefluss einen Schwerpunkt. Darüber hinaus können menschliche Beeinflussungen biologischer Systeme und deren Auswirkungen auf höheren Komplexitätsebenen detaillierter erklärt werden. So wird die Grundlage für eine sachgerechte Beurteilung und Bewertung gelegt.
Die Betrachtung biologischer Phänomene unter einer systemischen Perspektive erfordert insbesondere das Denken in Zusammenhängen und dies unter Einbeziehung verschiedener Komplexitätsebenen. Die Kenntnis der verschiedenen biologischen Organisationsebenen und der Wechsel in der Betrachtung zwischen ihnen sind immanent für die biologische Grundbildung. Durch das Basiskonzept System wird diese Perspektive zu einem Schwerpunkt des Biologieunterrichtes, der den Unterricht in der Sekundarstufe I durchzieht und multiperspektivisches Denken fördert. In Bezug auf die Unterrichtsgestaltung legt die Betonung dieses Basiskonzeptes vor allem problemorientierte Verfahren nahe.
Basiskonzept
Struktur und Funktion
Das Erfassen, Ordnen und Wiedererkennen von Strukturen legt die Grundlage für das Umgehen mit der biologischen Vielfalt. Erst die Kenntnis von Strukturen ermöglicht das Verständnis und die Erklärung biologischer Funktionen auf allen Systemebenen und im Verlauf der Entwicklung. Daher sind Struktur und Funktion untrennbar miteinander verbunden. Das Basiskonzept Struktur und Funktion subsumiert große Teilbereiche der Biologie und somit auch der Unterrichtsinhalte, da Strukturen und Funktionen auf allen biologischen Organisationsebenen gekoppelt sind. Für die inhaltliche Strukturierung ist daher die weitere Differenzierung sinnvoll.
a) Stoff- und EnergieumwandlungLebewesen bilden und erhalten durch Stoff- und Energieumwandlungen ihre Strukturen und Funktionen. Bei den Stoffumwandlungen wird in der Bilanz laufend Energie in Form von Wärme freigesetzt, so dass die Lebewesen auf eine ständige Energiezufuhr angewiesen sind. Diese erfolgt letztlich in Form der Lichtenergie, so dass alles Leben weitgehend vom Prozess der Fotosynthese abhängt. Die Zellatmung als wichtiger Prozess der Energiebereitstellung ermöglicht alle biologischen Funktionen wie Produktion körpereigener Stoffe, Aufrechterhaltung der Körpertemperatur, Informationsaustausch und Bewegung.
Die Zusammenhänge zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten ermöglichen das Verständnis des Stofftransports und des Energieflusses innerhalb eines Ökosystems.
Stoff- und Energieumwandlung begegnen Schülerinnen und Schülern z. B. auch bei der Betrachtung des menschlichen Blutkreislaufs und der Atmung sowie ihrer Bedeutung für den Nährstoff-, Gas- und Wärmetransport durch den Körper.
b) Steuerung und RegelungLebewesen halten bestimmte Zustände durch Regulation aufrecht und reagieren auf Veränderungen. So wird bei wechselnden Umwelt- und Lebensbedingungen Stabilität erreicht. Regelmechanismen sind zumeist durch negative Rückkopplung charakterisiert. Sie sorgen dafür, dass in einem Organismus Körperfunktionen wie Temperatur, Wassergehalt oder Blutzuckerspiegel konstant gehalten werden. In einem Ökosystem wird u. a. die Dichte der Populationen, z. B. im Rahmen von Räuber-Beute-Verhältnissen, reguliert.
Eingriffe des Menschen wie Pestizideinsatz oder Düngung können als Einfluss auf Regelkreise beschrieben werden. Durch die Komplexität der Systeme ist es nur begrenzt möglich, die Wirkungen solcher Eingriffe vorauszusagen.
c) Information und KommunikationLebewesen haben die Fähigkeit, Informationen aufzunehmen, innerhalb des Organismus weiterzuleiten, zu speichern, zu bearbeiten, an andere Organismen weiterzugeben und zu nutzen. Dies geschieht auf allen Ebenen biologischer Systeme.
Organismen nehmen Information aus der Umwelt über Sinneszellen und Sinnesorgane auf, leiten sie weiter und verarbeiten sie mit Hilfe von Nervenzellen. Die Sinneszellen bzw. Sinnesorgane verschiedener Lebewesen ermöglichen die Aufnahme unterschiedlicher Reizqualitäten. Lebewesen kommunizieren, indem sie als Sender und Empfänger durch gemeinsame Codierung wechselseitig Information austauschen. Signale und Signaltäuschungen spielen bei der Fortpflanzung und beim Nahrungserwerb eine wichtige Rolle. Auf der zellulären und molekularen Ebene geschieht Kommunikation z. B. im Rahmen des Immunsystems.
d) Reproduktion und VererbungBei der Reproduktion geben Lebewesen ihre Erbinformationen an die nächste Generation weiter. Dies geschieht entweder asexuell oder sexuell. Die sexuelle Fortpflanzung ist verbunden mit der Neukombination von Erbanlagen. Die Veränderung von Genen und ihrer Zusammensetzung findet sich im Ablauf in natürlichen Prozessen, aber auch im Zusammenhang mit Züchtung und gentechnischen Verfahren wieder.
Die DNA enthält in codierter Form die gesamte Information für den Bau und die Funktionen eines Lebewesens. Diese Information wird abgelesen und z. B. in spezifische Enzyme umgesetzt, welche die Ausprägung eines Merkmals ermöglichen. Unterschiedliche Merkmalsausprägungen können z. B. durch Neukombination der Gene oder Mutation verursacht werden.
e) Variabilität und AngepasstheitLebewesen sind durch ihre unterschiedliche Merkmalsausprägung in Bau und Funktion an ihre Umwelt angepasst. Die Ursachen der Vielfalt liegen in der Mutation und Neukombination von Erbanlagen. Angepasstheit ist dann gegeben, wenn das Überleben eines Organismus und die Weitergabe seines Genoms in seiner Umwelt ermöglicht wird. Anpassung ist ein Prozess, dem Arten natürlich (unter anderem durch Selektion) und künstlich (durch Züchtung) unterliegen.
Basiskonzept
Entwicklung
Biologische Systeme verändern sich in der zeitlichen Dimension. Diese Veränderungen vollziehen sich auf allen Systemebenen. Aus der befruchteten Eizelle entwickelt sich ein vollständiger Organismus mit spezialisierten Zelltypen. Organismen haben eine begrenzte Lebensdauer und durchlaufen Wachstums- und Alterungsprozesse. Die Kontinuität des Lebens besteht in der Generationenfolge, wobei verschiedene Reproduktionsformen genutzt werden.
Organismen der gleichen Art verändern sich durch Neukombination der Gene und Mutationen über lange Zeiträume und durch Selektionsprozesse entstehen neue Arten. In ihrer heutigen Vielfalt sind sie das Ergebnis eines langen Evolutionsprozesses, dem auch der Mensch unterliegt.
Die individuelle Entwicklung und die damit verbundenen Veränderungen der Organismen innerhalb ihrer Lebenszeit werden Kindern schon sehr früh bewusst. Bereits Grundschulkinder erleben das eigene Älter- und damit Größerwerden genauso wie sie das Aufwachsen von Katzen oder Hunden beobachten bzw. das Keimen, Wachsen, Blühen und ggf. Absterben von Pflanzen.
In den ersten Jahrgangsstufen des Biologieunterrichts kann die Individualentwicklung von Organismen an gut bekannten Arten leicht thematisiert werden. Veränderliche bzw. konstante Merkmale in der Generationenfolge können auf phänomenologischer Ebene erklärt werden. Auch die zyklischen Veränderungen von Organismen, z. B. im Verlauf der Jahreszeiten, sind Themen, die das verbindende Element dieses Basiskonzeptes hervortreten lassen.
In den höheren Jahrgangsstufen wird das Entwicklungskonzept auf die zelluläre und die ökosystemare Ebene bis hin zur Entwicklung der Biosphäre ausgeweitet. So sind zeitliche Veränderungen bzw. auch Rhythmen für viele physiologische Parameter des Menschen bekannt und können innerhalb der Humanbiologie unter dieser Perspektive behandelt werden. Zentral für das Basiskonzept Entwicklung zum Ende des Biologieunterrichtes der Mittelstufe ist die Erklärung der evolutionären Entwicklung der Lebewesen auf der Erde, darin eingeschlossen die Entwicklung des Menschen.
Die Betrachtung biologischer Phänomene unter dem Aspekt ihrer zeitlichen Entwicklung und Veränderung ermöglicht es Lernenden, die „Geschichte des Lebens“ auf der Erde als ein Kontinuum zu verstehen. Der Entwicklungsgedanke ermöglicht eine zusammenhängende Sicht auf die vielen Einzelphänomene der Biologie innerhalb unterschiedlicher Zeitraster.
Letztlich wird unter der Perspektive dieses Basiskonzeptes die Existenz der großen Vielfalt der Lebewesen auf der Erde als Ergebnis der Evolution – als Ergebnis von Fortpflanzung, Variabilität, Angepasstheit und Selektion – erklärt. Die Betrachtung der Evolution des Menschen liefert grundsätzliche Kenntnisse in Bezug auf den naturwissenschaftlich geprägten Anteil unseres Menschenbildes und Selbstverständnisses.
Basiskonzept
Energie
Das Energiekonzept ist im Gegensatz zu den Fächern Chemie und Physik für das Fach Biologie nicht als Basiskonzept ausgewiesen. Dennoch werden die Ausführungen zum Energiekonzept aufgenommen, weil eine gemeinsame Verständnisbasis der Fachlehrerinnen und Fachlehrer unerlässlich ist, um eine kongruente Entwicklung des Energiekonzepts bei Schülerinnen und Schülern zu ermöglichen.
Lebende Systeme sind als offene Systeme gekennzeichnet durch Stoff- und Energieaustausch. Das Energiekonzept wird im Fach Biologie insbesondere in folgenden Inhaltsfeldern vermittelt:
- Vielfalt von Lebewesen
- Bau und Leistungen des menschlichen Körpers
- Angepasstheit von Pflanzen und Tieren an die Jahreszeiten
- Energiefluss und Stoffkreisläufe
Energie ist eine der wichtigsten universellen Größen für die naturwissenschaftliche Beschreibung unserer Welt. Sie ist so etwas wie der „Treibstoff“ allen Lebens und jeder Veränderung, die sich naturwissenschaftlich beschreiben lässt. Energieumwandlungen treten bei allen Vorgängen in Natur und Technik auf und sie bestimmen entscheidend deren Ablauf. Ihre Nutzung verändert den Lebensraum Erde, ist Motor für technischen Fortschritt, erleichtert unser Leben und macht Mobilität erst möglich, um nur einige Aspekte zu nennen. Allerdings hat ihre extensive Verwendung auch nachteilige Folgen für unseren Lebensraum, wenn man etwa die globale Erwärmung betrachtet oder die begrenzten Ressourcen und das Problem der Umwandlungsprodukte in den Blick nimmt. Bedeutung und Auswirkungen der Energienutzung spielen in ökonomischen, gesellschaftlichen und damit auch in politischen Zusammenhängen eine besondere Rolle. Daher ist das konzeptuelle Verständnis von Energie wesentlicher Bestandteil naturwissenschaftlicher Grundbildung.
Energie kommt in unterschiedlichen Formen vor und kann auf
unterschiedliche Weise in Körpern gespeichert sein. Sie ist z.
B. verbunden mit der Bewegung, der Masse und der Verformung von
Körpern, ist gespeichert in Atomkernen, in Atomen, in den
chemischen Bindungen, in Feldern und als innere Energie in der
thermischen Bewegung von Teilchen. Sie kann transportiert bzw.
übertragen werden. Strahlung, Wärmeleitung,
Kraftwirkung und elektrischer Strom sind typische Mechanismen des
Energietransports bzw. der Übertragung.
Alle Energieformen lassen sich durch Wechselwirkung in andere
umwandeln. Dabei bleiben Energiemengen erhalten und können
bilanziert werden (1. Hauptsatz der Thermodynamik). Somit
können quantitative Vorhersagen über die Ergebnisse
von Prozessen getroffen werden, ohne diese im Detail zu betrachten. Es
reicht aus, die Energien von Anfangs- und Endzuständen zu
bilanzieren. Bei allen energetischen Vorgängen, an denen
thermische Prozesse beteiligt sind, findet Entwertung statt. Hier wird
ein Teil der aufgenommenen Energie als Wärme in die Umgebung
abgegeben. Dieser Teil ist dann nicht mehr vollständig weiter
verwendbar.
Mit dem Entropiebegriff, der allerdings wegen seiner Komplexität in der Sekundarstufe I nicht thematisiert wird, lässt sich u. a. der Entwertungsaspekt bei Energiewandlungen beschreiben (2. Hauptsatz der Thermodynamik).
Das Energiekonzept ist trotz einiger didaktischer Reduktionen (z. B. Entwertung statt Entropiezunahme) trag-, aussage- und entwicklungsfähig. Es muss sich bei Schülerinnen und Schülern allerdings Schritt für Schritt entwickeln. Dies ist ein kontinuierlicher Prozess, der schon in vorschulischen Erfahrungszusammenhängen beginnt, sich im Sachunterricht der Grundschule und in der Sekundarstufe I fortsetzt und ständig von außerschulischen Erfahrungen begleitet wird.
Kinder und Jugendliche erfahren Energie schon in ihrem alltäglichen Leben als eine Größe, die einen besonderen Wert besitzt. Energiekosten im Haushalt und bei Transportmitteln, aber auch Fragen der Ressourcenverknappung, z. B. beim Erdöl, und der globalen Erwärmung, begegnen ihnen in den Medien und auch in Gesprächen zu Hause. Dabei entstehen häufig Vorstellungen, die mit den fachlichen Sichtweisen nicht oder nur teilweise übereinstimmen und deshalb durch physikalische und chemische Konzepte behutsam erweitert oder ersetzt werden müssen.
Schülerinnen und Schüler erkennen schon im Anfangsunterricht an Beispielen wie der Nahrungsaufnahme und -umsetzung, der Nutzung von Geräten im Alltag und bei chemischen Reaktionen, dass gespeicherte oder bereitgestellte Energie transportiert und in ihren Erscheinungsformen umgewandelt werden kann. Und sie sehen, dass die Energie dabei nicht verloren geht, allerdings nach ihrer Nutzung teilweise bzw. sogar vollständig unbrauchbar ist, wenn sie als Wärme an die Umgebung abgegeben wurde. Energetische Betrachtungen ermöglichen es schon früh, komplexere Vorgänge zu beschreiben, ohne auf Wechselwirkungsprozesse im Detail eingehen zu müssen.
Auf unnötige begriffliche Differenzierungen und Spezialisierungen kann und soll dabei verzichtet werden. Zum ersten Verständnis reicht es völlig aus, wenn Schülerinnen und Schüler an Beispielen beschreiben, dass z. B. Energie durch Strahlung transportiert oder durch Kraftwirkung übertragen wird, dass thermische Energie durch Kontakt, elektrische Energie durch elektrischen Strom übertragen wird.
Benennungen von Energieformen können zunächst unterbleiben. Aussagen wie „die Aufnahme (Abgabe) von Energie äußert sich in der Erwärmung (Abkühlung) des Körpers“, „die Aufnahme (Abgabe) von Energie äußert sich in Bewegungsänderungen“, „die Aufnahme (Abgabe) von Energie äußert sich in der Veränderung von Substanzen“ sind in einem ersten Zugriff durchaus tragfähig.
Auch Energieerhaltung und Energieentwertung begegnen Schülerinnen und Schülern schon im Anfangsunterricht. Dass z. B. mehr Einstrahlung zu einer größeren Temperaturerhöhung führt, dass das Abbremsen aus höherer Geschwindigkeit die Bremsen heißer macht, dass man durch zu viel Essen an Gewicht zunimmt, bietet naheliegende Zugänge zum Konzept der Erhaltung und Bilanzierung der Energie.
Im weiteren Verlauf der Sekundarstufe I nutzen
Schülerinnen und Schüler die energetische
Betrachtungsweise in verschiedenen Zusammenhängen. Sie
erkennen z. B., dass der Ablauf chemischer Reaktionen mit
Energieumsätzen verbunden ist. Sie beobachten und beschreiben
Energieumwandlungen in der Natur, z. B. bei der Fotosynthese oder bei
der Zellatmung, und in der Technik. Sie beschäftigen sich
später detaillierter mit Umwandlungsmechanismen, die mit
Kraftwirkungen verbunden sind (Arbeit) wie z. B. der Generierung
elektrischer Spannung, und nutzen zunehmend auch formale
Beschreibungen, um Energie zu bilanzieren.
Sie betrachten komplexere Vorgänge in Natur und Technik, bei
denen Energie mit der Umgebung ausgetauscht wird, unter systemischen
Aspekten.
Schließlich erkennen sie, dass Energie auch beim Aufbau der
Materie als Bindungsenergie eine wichtige Rolle spielt. Sie beobachten,
beschreiben und analysieren Prozesse, bei denen die in Materie
enthaltene Energie in chemischen und nuklearen Prozessen teilweise z.
B. in elektrische Energie oder Wärme gewandelt und so der
weiteren Nutzung zugeführt wird. Dabei nehmen sie auch
großtechnische Energieumsetzungen in Kraftwerken in den
Blick. Sie erkennen, dass bei thermischer Energie der nutzbare Anteil
durch die Temperaturdifferenz zur Umgebung bestimmt wird.
Ein so weit entwickeltes konzeptuelles Verständnis versetzt Schülerinnen und Schüler auch in die Lage, Bedeutung und Nutzen ebenso wie Gefahren der extensiven Energienutzung durch den Menschen einzuschätzen und verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung, -aufbereitung und -nutzung unter naturwissenschaftlichtechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten zu vergleichen und zu bewerten sowie deren gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz zu diskutieren.
3.3 Konzeptbezogene Kompetenzen im Fach Biologie
Stufen
der Lernprogression zum Basiskonzept „Struktur und
Funktion“
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Am Ende von Jahrgangsstufe 6 |
Bis Ende von Jahrgangsstufe 9 |
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Stufe I |
Stufe II |
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| Die Vorstellungen über
Zusammenhänge von Struktur und Funktion sind so weit
entwickelt, dass einfache Beziehungen auf phänomenologischer
Ebene dargestellt werden können. Schülerinnen und
Schüler … |
Die Vorstellungen über Zusammenhänge von Struktur und Funktion sind so weit entwickelt, dass Beziehungen im Hinblick auf (Teil-)Konzepte erklärt werden können. Schülerinnen und Schüler … | Die Vorstellungen über
Zusammenhänge von Struktur und Funktion sind so weit
entwickelt, dass Beziehungen im Hinblick auf verschiedene (Teil-)
Konzepte erklärt und Vorhersagen getroffen werden
können. Schülerinnen und Schüler … |
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Stufen
der Lernprogression zum Basiskonzept „Entwicklung“
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Am Ende von Jahrgangsstufe 6 |
Bis Ende von Jahrgangsstufe 9 |
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Stufe I |
Stufe II |
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| Das Konzept Entwicklung ist so weit entwickelt, dass einfache Zusammenhänge auf phänomenologischer Ebene dargestellt werden können. Schülerinnen und Schüler … | Das Konzept Entwicklung ist so weit entwickelt, dass komplexere Zusammenhänge auf phänomenologischer Ebene erklärt werden können. Schülerinnen und Schüler … | Das Konzept Entwicklung ist so weit entwickelt, dass funktionale Zusammenhänge erklärt und Vorhersagen getroffen werden können. Schülerinnen und Schüler … |
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Stufen
der Lernprogression zum Basiskonzept „System“
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Am Ende von Jahrgangsstufe 6 |
Bis Ende von Jahrgangsstufe 9 |
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Stufe I |
Stufe II |
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| Das Systemkonzept ist so weit entwickelt, dass einfache Zusammenhänge auf phänomenologischer Ebene dargestellt werden können. Schülerinnen und Schüler … | Das Systemkonzept ist so weit entwickelt, dass komplexere Zusammenhänge auf phänomenologischer Ebene erklärt werden können. Schülerinnen und Schüler … | Das Systemkonzept ist so weit entwickelt, dass funktionale Zusammenhänge formalisiert erklärt und Vorhersagen getroffen werden können. Schülerinnen und Schüler … |
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Auszug aus dem Kernlehrplan Biologie für die fünfjährige Sekundarstufe I am Gymnasium, hrsg. vom Ministerium für Schule des Landes Nordrhein-Westfalen (18.05.2008). Den vollständigen Kernlehrplan erhalten Sie beim Ritterbach Verlag GmbH, Schriftenreihe "Schule in NRW". Alle Rechte für Druck und Vertrieb der Kernlehrpläne liegen beim Verlag.
