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Berufliche Schulen

Bildungsplanarbeit Berufskollegs Assistenz

Chemisches und biochemisches Praktikum

Vorbemerkungen

Fachliche Vorbemerkungen
Im chemischen Praktikum setzen die Schülerinnen und Schüler Grundkenntnisse des naturwissenschaftlichen Experimentierens, der Datenerfassung sowie der Dokumentation in die Praxis um. Gängige Grundarbeitstechniken werden vorgestellt und eingeübt. Bei gegebener Problemstellung lösen die Schülerinnen und Schüler experimentelle Aufgaben selbstständig, z. T. in Zweierteams. Sie erlernen hierbei den sicheren und professionellen Umgang mit Laborgeräten und Chemikalien. Sie beachten die Vorschriften zur Arbeitssicherheit und die Regeln der Arbeitshygiene. Hierbei gewährleisten sie ihre eigene Sicherheit sowie die Sicherheit ihrer Mitschülerinnen und Mitschüler. Sie erfassen Messdaten, arbeiten diese auf und dokumentieren die Ergebnisse übersichtlich, auch mithilfe von Computerprogrammen.
Die letzte Bildungsplaneinheit des ersten Schuljahres befasst sich mit quantitativen analytischen Methoden. Hier kann eine genaue und reproduzierbare Arbeitsweise erarbeitet werden. Die methodische Steigerung ist wegbereitend für die anspruchsvollen Aufgaben im zweiten Schuljahr.
Im biochemischen Praktikum erlangen die Schülerinnen und Schüler Kompetenzen und erlernen biochemische Methoden, die sie für einen nachfolgenden Berufseinstieg qualifizieren.
Ein themenzentriertes, forschend-entdeckendes Lernen an exemplarischen Fragestellungen ermöglicht den Schülerinnen und Schülern eine gute Vorbereitung auf die Berufswelt.
Die Schülerinnen und Schüler arbeiten in erster Linie auf dem Gebiet der Proteinbiochemie. Sie führen Versuche zur Isolation, Aufreinigung, Charakterisierung und Quantifizierung von Proteinen durch.
Dabei wenden sie instrumentell-analytische Arbeitsmethoden insbesondere spektroskopische, chromatografische und elektrochemische Verfahren an.
Die praktischen Lerninhalte werden von den fachtheoretischen Inhalten des Fachs „Chemie und Biochemie“ eng begleitet.
Im „Chemischen und biochemischen Praktikum“ erfassen die Schülerinnen und Schüler Messdaten, arbeiten diese auf und dokumentieren die Ergebnisse übersichtlich, auch mithilfe von Computerprogrammen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Erstellung von übersichtlichen und nachvollziehbaren Protokollen. Die Form dieser Versuchsdokumentationen ist in Anlehnung an die Form wissenschaftlicher Publikationen gewählt.
Hierbei werden die Durchführung, die Auswertung und die Ergebnisse der experimentellen Arbeit lückenlos und unter Verwendung einer adäquaten Fachsprache dokumentiert.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren ihre eigenen Versuchsergebnisse kritisch und vergleichen diese in Form einer Diskussion mit Soll- bzw. Literaturwerten auch im Hinblick auf mögliche Fehlerquellen.
Sie sollen die Fähigkeit erlangen, Möglichkeiten und Nutzen von Methoden zu erkennen und deren Grenzen zu reflektieren.
Grundsätzlich wird bei allen Experimenten und Methoden Wert darauf gelegt, dass die Schülerinnen und Schüler lernen, im besonders anspruchsvollen mikroanalytischen Bereich quantitativ sauber, exakt und reproduzierbar zu arbeiten.
Um der im Arbeitsumfeld Technischer Assistentinnen und Assistenten rasant fortschreitenden Digitalisierung gerecht zu werden, sollen zur Förderung digitaler Kompetenzen in den Fachpraktika digitale Messgeräte verwendet werden, wann immer sie verfügbar sind.
Ein weiterer Schwerpunkt der praktischen Ausbildung liegt in der Schulung des nachhaltigen Umgangs mit Ressourcen wie Chemikalien, Verbrauchsmaterialien und Energieträgern sowie der sachgemäßen und damit umweltschonenden Entsorgung bzw. Vermeidung umweltgefährdender Chemikalien.
In den Praktika sind Bezüge zu anderen Fächern wie Englisch und Deutsch gegeben.
Im Englischunterricht können englische Versuchsvorschriften bearbeitet werden. Im Deutschunterricht wird die zeitgemäße und digital unterstützte Präsentation experimenteller Arbeiten trainiert.
Ferner stehen die Praktika in Beziehung zum Fach „Mathematik I“, da viele Experimente und Sachverhalte mathematisch beschrieben und quantitativ erfasst werden.
Die kompetenzorientierte Gestaltung des „Chemischen und biochemischen Praktikums“ legt die Grundlage für das Verständnis und die Interpretation wissenschaftlicher Erkenntnisse und damit für den erfolgreichen Eintritt in das Berufsleben.
Das Lernen in berufsvorbereitenden Bildungsgängen ist maßgeblich geprägt durch eine stark wechselnde Zusammensetzung der Lerngruppen, aber auch durch die Vielfalt der Lernenden selbst hinsichtlich ihrer Vorerfahrungen in ihrem sozialen Umfeld, ihren sprachlichen Fähigkeiten und durch ihre Vorkenntnisse. Diese Heterogenität in den einzelnen Bildungsgängen hat in den vergangenen Jahren spürbar zugenommen. Neben der fundierten Vermittlung und Anwendung von fachspezifischen Methoden und Verfahrensweisen stehen daher die genaue Beobachtung und Diagnose von fachpraktischen Defiziten der einzelnen Schülerinnen und Schüler im Fokus. Der zeitliche Umfang der praktischen Lehrveranstaltungen ermöglicht es, auf Basis dieser Daten gezielte Maßnahmen zur individuellen Förderung der fachpraktischen Fähigkeiten und Fertigkeiten der Schülerinnen und Schüler zu ergreifen.
Dieser Bildungsplan wurde verfasst unter Berücksichtigung des Katalogs der Qualifikationsbeschreibungen gemäß Rahmenvereinbarung über die Ausbildung und Prüfung zum/zur Staatlich geprüften technischen Assistenten/in: Beschluss der KMK vom 30.09.2011 in der jeweils gültigen Fassung.

Hinweise zum Umgang mit dem Bildungsplan
Der Bildungsplan zeichnet sich durch eine Inhalts- und eine Kompetenzorientierung aus. In jeder Bildungsplaneinheit (BPE) werden in kursiver Schrift die übergeordneten Ziele beschrieben, die durch Zielformulierungen sowie in jeweils einer Inhalts- und Hinweisspalte konkretisiert werden. In den Zielformulierungen werden die jeweiligen fachspezifischen Operatoren als Verben verwendet. Operatoren sind handlungsinitiierende Verben, die signalisieren, welche Tätigkeiten beim Bearbeiten von Aufgaben erwartet werden; eine Operatorenliste ist jedem Bildungsplan im Anhang beigefügt. Durch die kompetenzorientierte Zielformulierung mittels dieser Operatoren wird das Anforderungsniveau bezüglich der Inhalte und der zu erwerbenden Kompetenzen definiert. Die formulierten Ziele und Inhalte sind verbindlich und damit prüfungsrelevant. Sie stellen die Regelanforderungen im jeweiligen Fach dar. Die Inhalte der Hinweisspalte sind unverbindliche Ergänzungen zur Inhaltsspalte und umfassen Beispiele, didaktische Hinweise und Querverweise auf andere Fächer bzw. BPE.
Der VIP-Bereich des Bildungsplans umfasst die Vertiefung, individualisiertes Lernen sowie Projektunterricht. Im Rahmen der hier zur Verfügung stehenden Stunden sollen die Schülerinnen und Schüler bestmöglich unterstützt und bei der Weiterentwicklung ihrer personalen und fachlichen Kompetenzen gefördert werden. Die Fachlehrerinnen und Fachlehrer nutzen diese Unterrichtszeit nach eigenen Schwerpunktsetzungen auf Basis der fächer- und bildungsgangspezifischen Besonderheiten sowie nach den Lernvoraussetzungen der einzelnen Schülerinnen und Schüler.
Der Teil „Zeit für Leistungsfeststellung“ des Bildungsplans berücksichtigt die Zeit, die zur Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung von Leistungsfeststellungen zur Verfügung steht. Dies kann auch die notwendige Zeit für die im Rahmen der Besonderen Lernleistungen erbrachten Leistungen, Nachbesprechung zu Leistungsfeststellungen sowie Feedback-Gespräche umfassen.

Schuljahr 1

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

40

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht
z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Einsatz geeigneter Trenn- und Aufarbeitungsmethoden
Konzentrationsbestimmungen über Rücktitration (indirekte Bestimmungsmethoden)
HPLC
Fluorometrie
Gaschromatografie
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Sicherheit und Gesundheitsschutz im Labor

6
Die Schülerinnen und Schüler verinnerlichen die auf den Arbeitsschutzrichtlinien basierenden vorgeschriebenen Verhaltensregeln in naturwissenschaftlichen Fachräumen und wenden alle Schutzmaßnahmen sicher an. Dadurch erlangen sie Sicherheit für das Arbeiten im laborpraktischen Unterricht sowie für den Umgang mit Gefahrstoffen, Laborgeräten und Versuchsaufbauten. Sie entwickeln ein Verständnis für einen ressourcenschonenden und nachhaltigen Umgang mit Chemikalien.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler wenden allgemeine Regeln für das Arbeiten im Labor an. Sie diskutieren Gefahren ausgehend von Experimenten und Chemikalien und wenden die persönliche Schutzausrüstung an. Sie begründen die Verwendung der Sicherheitsausstattung im Labor.
Fachraumordnung

Persönliche Schutzausrüstung

  • Schutzbrille
  • Schutzhandschuhe
  • Labormantel
Hautschutzplan, Hautpflegemittel
Sicherheitsausstattung

  • Augendusche
  • Not-Aus-Knopf für Strom
  • Abzug

Notruf
Standort Notruftelefon
Erste-Hilfe-Maßnahmen
Standort Verbandkasten, Ersthelferliste
Maßnahmen zum Brandschutz
Standort Feueralarmknopf, Feuerlöschdecke und Feuerlöscher
Verhalten bei Feueralarm
Fluchtwege, Rettungsplan

BPE 1.2

Die Schülerinnen und Schüler übertragen die Bedeutung von Gefahrstoffpiktogrammen und Gefährdungshinweisen auf die korrekte Handhabung von Stoffen und die zugehörigen Versuchsaufbauten. Sie erläutern Regeln zur Vermeidung von Chemikalienabfall und zur sachgerechten Entsorgung von Chemikalien und wenden diese an.
Gefährdungsbeurteilung
Betriebsanweisung gemäß §14 GefStoffV
Gefahrstoffkennzeichnung
Sicherheitsdatenblätter
  • Gefahrensymbole
  • H-und P-Sätze

Vorgaben zum Umgang mit Gefahrstoffen
Kennzeichnung von Gefahrstoffen, Abzug, Schutzbrille, Schutzhandschuhe
Vermeidung von Chemikalienabfall
Vermeidung von Umweltbelastungen
Chemikalienentsorgung
Schwermetallabfall, halogenhaltiger Abfall

BPE 2

Einfache Laborgeräte und chemische Grundarbeitstechniken

44
Die Schülerinnen und Schüler erhalten Versuchsvorschriften. Sie lernen in ersten Versuchen die Grundarbeitstechniken und die Grundausrüstung in einem chemischen Labor kennen.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler benennen die Laborgeräte, erklären deren Funktion und führen damit Experimente durch. Sie vergleichen Geräte bezüglich ihrer Genauigkeit und unterscheiden somit zwischen vermeidbaren und unvermeidbaren Fehlern. Sie formulieren Versuchsergebnisse und beurteilen diese kritisch, hierbei unterscheiden sie zwischen zufälligen und systematischen Fehlern.

Bunsenbrenner

Waagen
Genauigkeit, Standortwahl, Wägebereich, Pflege
  • Analysenwaagen
  • Feinwaagen

Volumenmessgeräte
„in“ bzw. „ex“
  • Messkolben
  • Messzylinder
  • Bürette

  • Pipetten
Pipettierhilfe, Vollpipette, Messpipette, Automatikpipetten
Rührer

  • Heizrührer
  • Magnetrührer

pH-Meter

  • Kalibrierung nach Vorschrift
  • pH-Wert-Messung

Laborspülmaschine

BPE 2.2

Die Schülerinnen und Schüler wenden gängige Grundarbeitstechniken im Zusammenhang mit konkreten Aufgabenstellungen an. Sie erschließen Arbeitstechniken und entwickeln praktische Lösungen für einzelne Arbeitsschritte.
Sie berechnen Massen und Verdünnungsfaktoren und stellen anschließend die erforderlichen Lösungen her.
Grundarbeitstechniken

  • Wiegen
  • Lösen, Mischen
  • Umfüllen, Portionieren
  • Trocknen
  • Filtrieren
  • Pipettieren
  • Erhitzen
  • Eindampfen
  • Beschriften
  • Entsorgen
z. B. Dichtebestimmung von Wasser, Hydratwasserbestimmung von CuSO4 x 5H2O, Aufreinigung bzw. Trennung von Stoffen durch Umkristallisation
Lösungen ansetzen
sparsamer Umgang mit Chemikalien, Vermeidung von Abfällen
vgl. „Mathematik I“ (BPE 1.2)
  • Stoffmengenkonzentration

  • Massenkonzentration

  • prozentualer Anteil
(w/v), (w/w)
  • Berücksichtigung von Kristallwasser
z. B. CuSO4-Lösung aus CuSO4 x 5H2O
  • Verdünnungen
unter Angabe sämtlicher Gehaltsgrößen

BPE 2.3

Die Schülerinnen und Schüler erschließen Arbeitsanweisungen. Sie führen Experimente z. T. selbstständig oder im Team durch. Sie dokumentieren die Versuche in Form eines Protokolls. Teilweise verwenden sie Computerprogramme zur Strukturierung und Auswertung der experimentellen Daten. Die Schülerinnen und Schüler beurteilen ihre Ergebnisse kritisch hinsichtlich nummerischer Werte, Einheiten, Reproduzierbarkeit, Fehlern und Sollwerten.
Versuchsvorschriften
Vorschriften in deutscher oder englischer Sprache
Protokollform

  • Aufgabe
  • Methode
  • Reaktionsgleichung
  • Materialien
  • technische Vorbereitung
  • Durchführung
  • Auswertung und Ergebnisse
  • Methoden‑, Ergebnis‑, Fehlerdiskussion








BPE 3

Analysenmethoden der Chemie

50
Die Schülerinnen und Schüler machen sich mit den physikalisch-chemischen Grundlagen analytischer Methoden im Labor vertraut. Mit einfachen Mitteln wird eine genaue und reproduzierbare Arbeitsweise eingeübt und vertieft. Sie planen den zeitlichen Verlauf der Versuche sowie die Herstellung der benötigten Reagenzien selbstständig.

BPE 3.1

Die Schülerinnen und Schüler erklären die gute elektrische Leitfähigkeit von Metallen und Elektrolytlösungen. Im Zusammenhang mit konkreten Aufgabenstellungen führen sie Leitfähigkeitsmessungen von Elektrolytlösungen durch. Sie stellen die Messergebnisse computerunterstützt grafisch dar.

Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen

  • Salzlösungen
  • saure Lösungen
  • basische Lösungen

  • Grenzleitfähigkeit von Ionen

Neutralisationstitration

  • Konzentrations-Leitfähigkeits-Diagramme
Natronlauge als Maßlösung, mögliche Säuren: Salzsäure, Essigsäure

BPE 3.2

Die Schülerinnen und Schüler überprüfen das Prinzip der Maßanalyse am Beispiel der Volumetrie. Sie führen Titrationen mit unterschiedlichen Maßlösungen durch und stellen die entsprechenden Reaktionsgleichungen auf. Sie geben den stöchiometrischen Verlauf der Reaktion an und berechnen mit den erfassten Daten die Konzentration der Analyten.
Neutralisationstitration
vgl. „Mathematik I“ (BPE 1.2)
Acidimetrie, Alkalimetrie, Endpunktanzeige konduktometrisch oder durch den Farbumschlag eines Indikators
  • Titerbestimmung der Maßlösung
  • Konzentrationsbestimmung einer Säure bzw. Base


Redoxtitration
Iodometrie, Titration einer Eisen(III)-Ionen-Lösung mit Ascorbinsäure
  • Titerbestimmung einer KMnO4-Lösung
  • Manganometrische Bestimmung von Eisen(II)-Ionen

  • komplexometrische oder Fällungs-Titration
z. B. Wasserhärtebestimmung, Chloridbestimmung nach Fajans

BPE 3.3

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Funktion eines Zweistrahlfotometers. Sie erläutern den Nutzen von Absorptionsspektren und wenden das Lambert-Beer'sche Gesetz an. Sie berechnen und zeichnen Kalibiergeraden zur quantitativen Bestimmung von Analyten. Zur Datenerfassung und -auswertung wenden sie die gerätespezifische Software an.
Absorptionsspektren
vgl. „Mathematik I“ (BPE 1.3)
  • Stoffspezifität
  • Reinheitskontrolle
  • Quantifizierung
Absorptionsspektrum von KMnO4
  • Lambert-Beer'sches Gesetz
keine Herleitung
Quantifizierung von Stoffen mittels einer Kalibiergeraden

  • von farbigen Lösungen

  • von nicht gefärbten Lösungen durch Zugabe von Komplexbildnern bzw. Pufferlösungen
Eisen(II)-Ionen-Bestimmung über einen Phenanthrolin-Eisen-Komplex, Phosphatbestimmung über Molybdänblau

Zeit für Leistungsfeststellung

20

140

160

Schuljahr 2

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

70

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht
z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Fächerübergreifendes Projekt: Expression von GFP und dessen Reinigung und Reinheitsbestimmung
Betriebsbesichtigungen pharmazeutische Industrie zum Kennenlernen von upstream- und downstream-Prozessen
Firmenbesuche und/oder Vorträge externer Referenten zur Vermittlung der Grundlagen der GLP und GMP und dem Arbeiten mit SOPs
Bearbeitung englischer Versuchsvorschriften
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 4

Sicherheit und Gesundheitsschutz im Labor

5
Die Schülerinnen und Schüler verinnerlichen die auf den Arbeitsschutzrichtlinien basierenden vorgeschriebenen Verhaltensregeln in naturwissenschaftlichen Fachräumen und wenden alle Schutzmaßnahmen sicher an. Dadurch erlangen sie Sicherheit für das Arbeiten im laborpraktischen Unterricht sowie für den Umgang mit Gefahrstoffen, Laborgeräten und Versuchsaufbauten. Sie entwickeln ein Verständnis für einen ressourcenschonenden und nachhaltigen Umgang mit Chemikalien.

BPE 4.1

Die Schülerinnen und Schüler wenden allgemeine Regeln für die Arbeit im biochemischen Labor und Sicherheitsregeln begründet an.
Sie wenden ebenfalls die Regeln der Arbeitshygiene an.
Sie übertragen ihr Wissen auf potenziell mögliche Notfallsituationen.
Fachraumordnung

Persönliche Schutzausrüstung

  • Schutzbrille
  • Schutzhandschuhe
  • Labormantel
Hautschutzplan, Hautpflegemittel
Sicherheitsausstattung

  • Augendusche
  • Not-Aus-Knopf für Strom
  • Abzug

Notruf
Standort Notruftelefon
Erste-Hilfe-Maßnahmen
Standort Verbandkasten, Ersthelferliste
Maßnahmen zum Brandschutz
Standort Feueralarmknopf, Feuerlöschdecke und Feuerlöscher
Verhalten bei Feueralarm
Fluchtwege, Rettungsplan

BPE 4.2

Die Schülerinnen und Schüler übertragen die Bedeutung von Gefahrstoffpiktogrammen und Gefährdungshinweisen auf die korrekte Handhabung von Stoffen und die zugehörigen Versuchsaufbauten. Sie erläutern Regeln zur Vermeidung von Chemikalienabfall und zur sachgerechten Entsorgung von Chemikalien und wenden diese an.
Gefährdungsbeurteilung
Betriebsanweisung gemäß §14 GefStoffV
Gefahrstoffkennzeichnung
Sicherheitsdatenblätter, Gefahrensymbole, H-und P-Sätze
Vorgaben zum Umgang mit Gefahrstoffen
Kennzeichnung von Gefahrstoffen, Abzug, Schutzbrille, Schutzhandschuhe
Vermeidung von Chemikalienabfall
Vermeidung von Umweltbelastungen
Chemikalienentsorgung
Schwermetallabfall, halogenhaltiger Abfall

BPE 5

Arbeitsorganisation und Arbeitsalltag in einem biochemischen Labor

5
Die Schülerinnen und Schüler richten einen Laborplatz ein. Sie setzen Arbeitsplatzeinrichtungen und Arbeitsmittel richtig ein, pflegen diese und halten sie fachgerecht instand. Sie stellen sich flexibel auf wechselnde Geräte ein und besitzen die Fähigkeit, Experimente einzeln oder in Zweierteams durchzuführen.
Sie planen Arbeitsabläufe anhand von Arbeitsanweisungen und organisieren diese.
Die Schülerinnen und Schüler führen Experimente durch und dokumentieren Versuchsdurchführung, Auswertung, Ergebnisse und Diskussion in Anlehnung an die Dokumentationsrichtlinien wissenschaftlicher Publikationen.

BPE 5.1

Die Schülerinnen und Schüler benennen die Ausrüstungsgegenstände ihres Arbeitsplatzes und begründen deren Notwendigkeit. Sie überprüfen vor jedem Praktikum deren Sauberkeit, Unversehrtheit und Funktionstüchtigkeit. Sie begründen deren fachgerechte Auswahl je nach experimenteller Anforderung.
Sie ermitteln Bezugsquellen für Reagenzien, Geräte und Verbrauchsmaterialien und vergleichen deren Preise und Qualität.
Sie bewerten chemische Methoden im Hinblick auf ressourcenschonendem und nachhaltigem Umgang mit Verbrauchsmaterialien und Energieträgern.
Arbeitsplatzausrüstung

  • Verbrauchsmaterial
wirtschaftlicher Einsatz von Arbeitsmitteln,
Bezugsquellen von Reagenzien und Verbrauchsmaterialien
  • Geräte
Vermeidung unnötiger Gerätelaufzeiten
  • Volumenmessgeräte
vgl. BPE 2.1

BPE 5.2

Die Schülerinnen und Schüler führen als Teil einer Gemeinschaft organisatorische und laborrelevante Aufgaben durch.
Sie erklären den Zusammenhang zwischen Sauberkeit und Ordnung im Labor und einem gut funktionierenden Arbeitsumfeld und übertragen diesen Zusammenhang auf ihr Handeln.
Sie führen technische und organisatorische Aufgaben eigenverantwortlich durch.
Gerätedienste
fachgerechte Bedienung und Reinigung von Geräten und Volumenmessgeräten
Labordienst
Vergabe der Laboraufsicht für einen Versuchstag

BPE 5.3

Die Schülerinnen und Schüler entwerfen aus Arbeitsanweisungen einen Arbeitsplan für die Durchführung eines beschriebenen Experiments.
Sie führen das Experiment selbstständig oder im Team durch und dokumentieren Durchführung, Auswertung und Ergebnisse in Form eines Protokolls.
Hierzu wenden sie digitale Medien zur Aufbereitung und Auswertung der experimentellen Daten an.
Sie diskutieren ihre Ergebnisse und dokumentieren Literaturzitate aus der Fachliteratur adäquat.
Versuchsvorschriften
Vorschriften in deutscher oder englischer Sprache
Protokollform

  • Aufgabe
  • Methode
  • Materialien
  • technische Vorbereitungen, Lösungen ansetzen, Versuchsaufbau
  • Durchführung, Auswertung und Ergebnisse
  • Methoden‑, Ergebnis‑, Fehlerdiskussion

  • Literatur
richtige Angabe von Literaturzitaten
Führung eines Laborbuchs

BPE 6

Ausgewählte Methoden der Biochemie

165
Die Schülerinnen und Schüler arbeiten im Labor naturwissenschaftlich-experimentell im Sinne einer Berufsausbildung.
Sie lernen den verantwortungsvollen und sicheren Umgang mit Chemikalien und Geräten.
Sie planen den inhaltlichen und zeitlichen Verlauf der Versuche sowie die Herstellung der benötigten Reagenzien.
Sie vertiefen Prinzipien der Proteinbiochemie wie Isolierung, Trennung, Reinigung, Quantifizierung und Charakterisierung von Molekülen. Sie beschäftigen sich außerdem experimentell mit der zentralen Rolle von Enzymen im Stoffwechsel. Hierzu wenden sie präparative und analytische Arbeitsmethoden, insbesondere spektroskopische, chromatografische und elektrochemische Verfahren an.
Sie erfassen Messwerte mit gerätespezifischer Software und werten diese digital aus.
Die Experimente orientieren sich an Inhalten des Theorieunterrichts im Fach „Chemie und Biochemie“ und veranschaulichen den Schülerinnen und Schülern die teilweise abstrakten Modellvorstellungen.
Die Schülerinnen und Schüler überprüfen die Validität ihrer Ergebnisse. Sie führen Fehlerbetrachtungen durch, erkennen mögliche Fehlerquellen und diskutieren deren Vermeidung.
Die Schülerinnen und Schüler nehmen Stellung zu den durchgeführten Methoden und planen die systematische Optimierung von Arbeitsschritten auch bezüglich des Zeitmanagements.

BPE 6.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben halbquantitative und quantitative Analysemethoden. Sie begründen je nach Aufgabenstellung die notwendige Methode und die Auswahl der dafür benötigten Apparaturen.
Sie führen Versuche unter sachgerechter Bedienung von Analysegeräten und der dazugehörigen Software durch.
Sie berechnen Einwaagen und Verdünnungen und stellen alle benötigten Lösungen selbstständig und mit der notwendigen Präzision her.
Sie führen spektroskopische Analysen durch und bestimmen die Konzentration von Stoffen über mathematische Formeln oder Kalibriergeraden.
Sie zeichnen mit geeigneter Software Tabellen und Diagramme und werten die Ergebnisse computergestützt aus.
Sie zeigen die Grenzen der Methoden auf und diskutieren deren Einsatzgebiete im beruflichen Alltag.
Absorptionsspektrum von NADH+H+

  • Bedienung eines Spektralfotometers
UV- und VIS-Küvetten
  • Lambert-Beer'sches-Gesetz
vgl. „Mathematik I“ (BPE 1.3)
  • Konzentrationsbestimmung
  • Bestimmung des molaren Extinktionskoeffizienten

Halbquantitative Konzentrationsbestimmung

  • Proteinabschätzung nach Warburg und Christian
E260/280-Methode
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 11.3)
UV- und VIS-Küvetten
Quantitative Konzentrationsbestimmung
Kolorimetrie
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 11.3)
  • Proteinbestimmung nach Lowry
weitere Beispiele: Proteinbestimmung nach Bradford, BCA-Assay
  • Einfluss von Störsubstanzen
Versuchskompatibilität von Chemikalien
  • Kalibriergerade mit Proteinstandard
computergestützte Auswertung unter Einsatz eines Tabellenkalkulationsprogramms

BPE 6.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben wichtige biochemische Trennverfahren.
Sie wenden Methoden zur Isolierung, Trennung, Reinigung und Identifizierung von Proteinen an.
Sie begründen aufgrund der Stoffeigenschaften der zu trennenden Proteine das jeweilige Trennverfahren und die Auswahl der dafür benötigten Apparaturen.
Sie berechnen Einwaagen und Verdünnungen und stellen alle benötigten Lösungen zuverlässig her. Sie stellen geeignete Puffer her und gestalten Versuche unter Beachtung physikalischer Versuchsparameter wie Temperatur, Licht und Inkubationszeiten.
Sie weisen aufgereinigte Stoffe nach, bestimmen den Reinheitsgrad, die molare Masse, die Konzentration sowie die Ausbeute. Sie präsentieren und beurteilen den Erfolg der Trennungen.
Sie zeichnen mit geeigneter Software Tabellen und Diagramme und werten die Ergebnisse computergestützt aus. Sie präsentieren Bilddokumentationen.
Sie zeigen die Grenzen der Methoden auf und diskutieren deren Einsatzgebiete im beruflichen Alltag.
Quantitative Isolierung von Proteinen

  • Herstellung eines Zwei-Komponenten-Puffers
z. B. Phosphatpuffer
  • Bedienung einer pH-Elektrode und eines pH-Meters

  • Fällung von Proteinen aus Hühnereiweiß mit Ammoniumsulfat
fraktionierte Fällung, reversible Fällung, alkoholische Fällung
  • Zentrifugation und Aufreinigung

Gelpermeations-Chromatografie
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 11.1)
  • Entsalzung und Umpufferung
Entsalzungssäule
  • Packen von Säulen
z. B. Sephadex G75
  • Bestimmung von Säulenparametern (totales Volumen (Vt), äußeres Volumen (Vo), Volumen der stationären Phase (Vst), Verteilungskoeffizient (Kav), Verdünnungseffekt, Durchfluss, Durchflussgeschwindigkeit, durchflusswirksamer Druck, Elutionsvolumen)
z. B. mit Dextranblau und Vitamin B12
  • Bestimmung des Molekulargewichts über Kalibriergerade
z. B. von Hämoglobin
Elutionsdiagramm, Balkendiagramm,
  • Detektion und Quantifizierung
Fotometrie
  • Konzentrations- und Ausbeuteberechnung

Ionenaustauschchromatografie
z. B. mit CMP und UMP
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 11.1)
weiteres Trennverfahren: Affinitätschromatografie
  • Packen von Säulen
z. B. Dowex 1x2
  • Bestimmung von Säulenparametern
(Vt), Verdünnungseffekt, Durchfluss, Durchflussgeschwindigkeit, durchflusswirksamer Druck, Elutionsvolumen
  • Detektion, Identifizierung und Quantifizierung
Fotometrie, Quotientenvergleich der Nukleotide
  • Ausbeuteberechnung
Elutionsdiagramm, Balkendiagramm
SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese mit Western Blot
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 11.2)
weitere Trennverfahren: isoelektrische Fokussierung, zweidimensionale Elektrophorese
  • Herstellung der Elektrophoresepuffer

  • Herstellung der Proteinproben
z. B. Extraktion aus Fischmuskel mit Laemmli-Puffer
  • Proteinmolekulargewichtsstandard

  • elektrophoretische Trennung
Trenngel, Sammelgel, Fertiggel
  • Färbung von Gelen
z. B. Coomassie Brilliant Blau, Silberfärbung
Reinheitsbestimmung
  • Molekulargewichtsbestimmung über Kalibriergerade
z. B. von Ovalbumin, Rinderserumalbumin, Chymotrypsinogen A, Carboanhydrase
  • Western Blot
PVDF-Membran, Nitrozellulose-Membran,
Semi-Dry-Blot
  • Bandendetektion
Immunfärbung z. B. von Aktin, Ponceau S-Färbung, digitale Bilddokumentation der Gele und Membranen

BPE 6.3

Die Schülerinnen und Schüler führen enzymkinetische Untersuchungen durch.
Sie bestimmen mithilfe unterschiedlicher Experimente die optimalen Reaktionsbedingungen für die enzymatische Aktivität.
Sie berechnen Einwaagen und Verdünnungen und stellen alle benötigten Lösungen selbstständig und mit der notwendigen Präzision her. Sie stellen geeignete Puffer her und gestalten Versuche unter Beachtung physikalischer Versuchsparameter wie Temperatur, Licht und Inkubationszeiten.
Sie führen spektroskopische Analysen durch.
Sie berechnen mithilfe von vorgegebenen Versuchsparametern und experimentell ermittelten Parametern die spezifische Enzymaktivität.
Sie zeichnen mit geeigneter Software Tabellen und Diagramme und werten Ergebnisse computergestützt aus.
Bestimmung der spezifischen Enzymaktivität der Alkoholdehydrogenase mit Ethanol als Substrat
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 9.4)
weiteres Beispiel: Lactatdehydrogenase
  • Bedienung einer pH-Elektrode und eines pH-Meters


  • Herstellung eines Ein-Komponenten-Puffers
z. B. Tris
  • Aufzeichnungen von Enzymkinetiken

  • optischer Test mit NAD+
Fotometrie
  • Bedienung eines Spektralfotometers
  • Bestimmung von \(\frac{\Delta E}{min}\) mittels Steigungsdreieck
  • Berechnung der spezifischen Enzymaktivität \(\frac{\mu mol}{min \cdot mg}\) bzw. \(\frac{U}{mg}\)

Bestimmung der Substratspezifität der Alkoholdehydrogenase für die Alkohole Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 9.3)
  • Nachweis der Gruppenspezifität der Alkoholdehydrogenase über die Bestimmung der spezifischen Enzymaktivität

  • Begründung der unterschiedlichen Spezifitäten der Alkohole aufgrund deren struktureller Unterschiede
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 9.2 und 9.3)
Untersuchung der Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit der Alkoholdehydrogenase von verschiedenen NAD+-Konzentrationen
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 9.6)
weitere Beispiele: Acetylcholinesterase, Malatdehydrogenase
  • Bestimmung der Michaelis-Menten-Konstante KM-Wert)
  • Bestimmung von vmax
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 9.6)
  • Zeichnen eines Michaelis-Menten-Plots
Zeichnen eines Lineweaver-Burk-Plots, Zeichnen eines Eadie-Hofstee-Plots
Untersuchung der Enzymaktivität in Abhängigkeit des pH-Werts
z. B. alkalische Phosphatase mit para-Nitrophenylphosphat als Substrat
vgl. „Chemie und Biochemie“ (BPE 9.4)
  • Bestimmung der spezifischen Enzymaktivität bei verschiedenen pH-Werten
  • grafische Darstellung einer pH-Optimumskurve

Zeit für Leistungsfeststellung

35

245

280

Operatorenliste

In den Zielformulierungen der Bildungsplaneinheiten werden Operatoren (= handlungsleitende Verben) verwendet. Diese Zielformulierungen legen fest, welche Anforderungen die Schülerinnen und Schüler in der Regel erfüllen. Zusammen mit der Zuordnung zu einem der drei Anforderungsbereiche (AFB; I: Reproduktion, II: Reorganisation, III: Transfer/Bewertung) dienen Operatoren einer Präzisierung der Zielformulierungen. Dies sichert das Erreichen des vorgesehenen Niveaus und die angemessene Interpretation der Standards.

Anforderungsbereiche


Anforderungsbereiche:
Anforderungsbereich I umfasst die Reproduktion und die Anwendung einfacher Sachverhalte und Fachmethoden, das Darstellen von Sachverhalten in vorgegebener Form sowie die Darstellung einfacher Bezüge.
Anforderungsbereich II umfasst die Reorganisation und das Übertragen komplexerer Sachverhalte und Fachmethoden, die situationsgerechte Anwendung von technischen Kommunikationsformen, die Wiedergabe von Bewertungsansätzen sowie das Herstellen von Bezügen, um technische Problemstellungen entsprechend den allgemeinen Regeln der Technik zu lösen.
Anforderungsbereich III umfasst das problembezogene Anwenden und Übertragen komplexer Sachverhalte und Fachmethoden, die situationsgerechte Auswahl von Kommunikationsformen, das Herstellen von Bezügen und das Bewerten von Sachverhalten.
Operator Erläuterung Zuordnung
Anforderungsbereiche
ableiten
auf der Grundlage relevanter Merkmale sachgerechte Schlüsse ziehen
 II
abschätzen
auf der Grundlage von begründeten Überlegungen Größenordnungen angeben
 II
analysieren, untersuchen
für eine gegebene Problem- oder Fragestellung systematisch bzw. kriteriengeleitet wichtige Bestandteile, Merkmale oder Eigenschaften eines Sachverhaltes oder eines Objektes erschließen und deren Beziehungen zueinander darstellen
 II
anwenden, übertragen
einen bekannten Zusammenhang oder eine bekannte Methode zur Lösungsfindung bzw. Zielerreichung auf einen anderen, ggf. unbekannten Sachverhalt beziehen
 II, III
aufbauen
Objekte und Geräte zielgerichtet anordnen und kombinieren
 II
aufstellen
fachspezifische Formeln, Gleichungen, Gleichungssysteme, Reaktionsgleichungen oder Reaktionsmechanismen entwickeln
 II
auswerten
Informationen (Daten, Einzelergebnisse o. a.) erfassen, in einen Zusammenhang stellen und daraus zielgerichtete Schlussfolgerungen ziehen
 II, III
begründen
Sachverhalte oder Aussagen auf Regeln, Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale Zusammenhänge oder weitere nachvollziehbare Argumente zurückführen
II
benennen, nennen, angeben
Elemente, Sachverhalte, Begriffe, Daten oder Fakten ohne Erläuterung und Wertung aufzählen
 I
beraten
eine Entscheidungsfindung fachkompetent und zielgruppengerecht unterstützen
 III
berechnen
Ergebnisse aus gegebenen Werten/Daten durch Rechenoperationen oder grafische Lösungsmethoden gewinnen
 II
beschreiben
Strukturen, Situationen, Zusammenhänge, Prozesse und Eigenschaften genau, sachlich, strukturiert und fachsprachlich richtig mit eigenen Worten darstellen, dabei wird auf Erklärungen oder Wertungen verzichtet
 I, II
bestimmen
Sachverhalte und Inhalte prägnant und kriteriengeleitet darstellen
 I
bestätigen, beweisen, nachweisen, überprüfen, prüfen
die Gültigkeit, Schlüssigkeit und Berechtigung einer Aussage (z. B. Hypothese, Modell oder Naturgesetz) durch ein Experiment, eine logische Herleitung oder sachliche Argumentation belegen bzw. widerlegen
 III
beurteilen, Stellung nehmen
zu einem Sachverhalt oder einer Aussage eine eigene, auf Fachwissen sowie fachlichen Methoden und Maßstäben begründete Position über deren Sinnhaftigkeit vertreten
III
bewerten, kritisch Stellung nehmen
zu einem Sachverhalt oder einer Aussage eine eigene, auf gesellschaftlich oder persönliche Wertvorstellungen begründete Position über deren Annehmbarkeit vertreten
III
charakterisieren
spezifischen Eigenheiten von Sachverhalten, Objekten, Vorgängen, Personen o. a. unter leitenden Gesichtspunkten herausarbeiten und darstellen
 II
darstellen, darlegen
Sachverhalte, Strukturen, Zusammenhänge, Methoden oder Ergebnisse etc. unter einer bestimmten Fragestellung in geeigneten Kommunikationsformaten strukturiert und ggf. fachsprachlich wiedergeben
 I, II
diskutieren, erörtern
Pro- und Kontra-Argumente zu einer Aussage bzw. Behauptung einander gegenüberstellen und abwägen
 III
dokumentieren
Entscheidende Erklärungen, Herleitungen und Skizzen zu einem Sachverhalt bzw. Vorgang angeben und systematisch ordnen
 I, II
durchführen
eine vorgegebene oder eigene Anleitung bzw. Anweisung umsetzen
 I, II
einordnen, ordnen, zuordnen, kategorisieren, strukturieren
Begriffe, Gegenstände usw. auf der Grundlage bestimmter Merkmale systematisch einteilen; so wird deutlich, dass Zusammenhänge unter vorgegebenen oder selbst gewählten Gesichtspunkten begründet hergestellt werden
 II
empfehlen
Produkte und Verhaltensweisen kunden- und situationsgerecht vorschlagen
 II
entwickeln, entwerfen, gestalten
Wissen und Methoden zielgerichtet und ggf. kreativ miteinander verknüpfen, um eine eigenständige Antwort auf eine Annahme oder eine Lösung für eine Problemstellung zu erarbeiten oder weiterzuentwickeln
 III
erklären
Strukturen, Prozesse oder Zusammenhänge eines Sachverhalts nachvollziehbar, verständlich und fachlich begründet zum Ausdruck bringen
I, II
erläutern
Wesentliches eines Sachverhalts, Gegenstands, Vorgangs etc. mithilfe von anschaulichen Beispielen oder durch zusätzliche Informationen verdeutlichen
 II
ermitteln
einen Zusammenhang oder eine Lösung finden und das Ergebnis formulieren
 I, II
erschließen
geforderte Informationen herausarbeiten oder Sachverhalte herleiten, die nicht explizit in dem zugrunde liegenden Material genannt werden
 II
formulieren
Gefordertes knapp und präzise zum Ausdruck bringen
 I
herstellen
nach anerkannten Regeln Zubereitungen aus Stoffen gewinnen, anfertigen, zubereiten, be- oder verarbeiten, umfüllen, abfüllen, abpacken und kennzeichnen
 II, III
implementieren
Strukturen und/oder Prozesse mit Blick auf gegebene Rahmenbedingungen, Zielanforderungen sowie etwaige Regeln in einem System umsetzen
 II, III
informieren
fachliche Informationen zielgruppengerecht aufbereiten und strukturieren
 II
interpretieren, deuten
auf der Grundlage einer beschreibenden Analyse Erklärungsmöglichkeiten für Zusammenhänge und Wirkungsweisen mit Blick auf ein schlüssiges Gesamtverständnis aufzeigen
 III
kennzeichnen
Markierungen, Symbole, Zeichen oder Etiketten anbringen, die geltenden Konventionen und/oder gesetzlichen Vorschriften entsprechen
 II
optimieren
einen gegebenen technischen Sachverhalt, einen Quellcode oder eine gegebene technische Einrichtung so verändern, dass die geforderten Kriterien unter einem bestimmten Aspekt erfüllt werden
 II, III
planen
die Schritte eines Arbeitsprozesses antizipieren und eine nachvollziehbare ergebnisorientierte Anordnung der Schritte vornehmen
 III
präsentieren
Sachverhalte strukturiert, mediengestützt und adressatengerecht vortragen
 II
skizzieren
Sachverhalte, Objekte, Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und übersichtlich darstellen
 I
übersetzen
einen Sachverhalt oder einzelne Wörter und Phrasen wortgetreu in einer anderen Sprache wiedergeben
 II
validieren, testen
Erbringung eines dokumentierten Nachweises, dass ein bestimmter Prozess oder ein System kontinuierlich eine Funktionalität/Produkt erzeugt, das die zuvor definierten Spezifikationen und Qualitätsmerkmale erfüllt
 I
verallgemeinern
aus einer Einsicht eine Aussage formulieren, die für verschiedene Anwendungsbereiche Gültigkeit besitzt
 II
verdrahten
Betriebsmittel nach einem vorgegebenen Anschluss‑/ Stromlaufplan systematisch elektrisch miteinander verbinden
 I, II
vergleichen, gegenüberstellen, unterscheiden
nach vorgegebenen oder selbst gewählten Gesichtspunkten problembezogen Gemeinsamkeiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede ermitteln und gegenüberstellen sowie auf dieser Grundlage ggf. ein gewichtetes Ergebnis formulieren
 II
wiedergeben
wesentliche Information und/oder deren Zusammenhänge strukturiert zusammenfassen
 I
zeichnen
einen beobachtbaren oder gegebenen Sachverhalt mit grafischen Mitteln und ggf. unter Einhaltung von fachlichen Konventionen (z. B. Symbole, Perspektiven etc.) darstellen
 I, II
zeigen, aufzeigen
Sachverhalte, Prozesse o. a. sachlich beschreiben und erläutern
 I, II
zusammenfassen
das Wesentliche sachbezogen, konzentriert sowie inhaltlich und sprachlich strukturiert mit eigenen Worten wiedergeben
I, II

Amtsblatt des Ministeriums für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg

Stuttgart, 07.09.2024
Bildungsplan für das Berufskolleg
hier: Berufskolleg für biologisch-technische Assistenten Schwerpunkt Biologie und Biotechnologie
Berufskolleg für technische Assistenten (Bildungsplan zur Erprobung)
Vom
Aktenzeichen KM 41-6623-3/4/1

I.

II.

Für das Berufskolleg gilt der als Anlage beigefügte Bildungsplan.
Der Bildungsplan gilt
für das Schuljahr 1 ab 1. August 2023.
für das Schuljahr 2 ab 1. August 2024.

Chemisches und biochemisches Praktikum – Bildungsplan zur Erprobung
Bildungsplan für das Berufskolleg
Biologisch-technische Assistenten
Schwerpunkt BIB

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