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Berufliche Schulen
Bildungsplanarbeit für die Beruflichen Gymnasien 2021
Biotechnologie
Eingangsklasse, Jahrgangsstufen 1 und 2
Vorbemerkungen
Fachbezogene Vorbemerkungen
1. Fachspezifischer Bildungsauftrag (Bildungswert des Faches)
Die Biotechnologie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft mit großer ökonomischer, ökologischer und gesellschaftspolitischer Bedeutung. Anwendungsgebiete der Biotechnologie sind z. B. die industrielle Herstellung verschiedenster organischer Substanzen unter Verwendung von Biokatalysatoren, umwelttechnische Verfahren zur Abwasseraufbereitung und Energieproduktion sowie in der Medizin die Bereitstellung von Verfahren zur Therapie und Diagnose von Erkrankungen. In der molekularbiologischen Grundlagenforschung werden biotechnologische Verfahren zur Gewinnung neuer Erkenntnisse herangezogen.
Der in diesem Bildungsplan verfolgte Bildungsansatz ist durch ein breites Themenspektrum gekennzeichnet, das die vielfältigen Möglichkeiten, Chancen aber auch Risiken der Biotechnologie repräsentiert. Schwerpunkt ist in allen Bildungsplaneinheiten der Anwendungsaspekt der jeweiligen Technik, der dann unter Einbezug des vermittelten Grundlagenwissens bewertet wird.
Somit ist das Fach Biotechnologie geeignet, die naturwissenschaftlichen Profile der Beruflichen Gymnasien zu schärfen und tiefergehende Einblicke in verschiedene einschlägige Berufsfelder im Bereich Life Sciences und Biotechnologie zu geben.
Alle biologischen und biotechnologischen Fragestellungen des Bildungsplanes ermöglichen einen zielgerichteten Einsatz digitaler Medien und Lernwerkzeuge bei der Unterrichtsgestaltung. Die Arbeit mit ausgewählten Experimenten, die in Schullaboren auch ohne Zulassung nach dem Gentechnikgesetz (GenTG) möglich sind, sollen die Schülerinnen und Schüler dazu ermutigen, Experimente zu planen, durchzuführen und deren Ergebnisse auszuwerten, zu dokumentieren, darzustellen und zu diskutieren. Digitale Medien können sowohl zur Erfassung von Daten, Aufbereitung und Darstellung von Versuchsergebnissen, als auch zur Erstellung von z. B. Animationen und Lernvideos für die Visualisierung biologischer bzw. biotechnologischer Abläufe genutzt werden. Die Auswahl der Themengebiete und die inhaltliche Gestaltung der Bildungsplaneinheiten berücksichtigt die biologischen, chemischen und physikalischen Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler mit einem mittleren Bildungsabschluss und ist mit der Zielsetzung erfolgt, eine Weiterentwicklung ihrer fachlichen und personalen Kompetenzen zu ermöglichen.
2. Fachliche Aussagen zum Kompetenzerwerb, prozessbezogene Kompetenzen
Inhaltsbezogene Kompetenzen
Der Biotechnologieunterricht eröffnet den Schülerinnen und Schülern auf Grundlage dieses Bildungsplans eine breite Allgemeinbildung im Bereich Biotechnologie und Life Sciences. Dabei bietet er Möglichkeiten des interdisziplinären Lernens und Arbeitens, der praktischen berufsnahen Tätigkeit im Labor und des propädeutischen naturwissenschaftlichen Arbeitens und Darstellens.
Durch die kompetenzorientierte naturwissenschaftliche Unterrichtsgestaltung wird ein grundlegendes Verständnis naturwissenschaftlichen Denkens und Handelns in Kombination mit einer kritisch konstruktiven Einstellung zu Lösungsansätzen entwickelt.
Diese Kompetenzen befähigen die Schülerinnen und Schüler sowohl Studiengänge als auch Ausbildungsgänge im Bereich Life Sciences, aber auch in Tätigkeitsfeldern der Rechts‑, Wirtschafts- und anderen Gesellschaftswissenschaften erfolgreich zu absolvieren.
In diesem Fach orientieren sich die Inhalte an aktuellen gesellschaftsrelevanten, biotechnologischen Fragestellungen und an generellem Fachwissen zu den Themenkomplexen:
Entwicklung der klassischen zur modernen Biotechnologie (Eingangsklasse), medizinische Biotechnologie (Jahrgangsstufe 1) und Nutzung der Biotechnologie in der Landwirtschaft, Umweltbiotechnologie, regenerative Grundstoffe und Energie (Jahrgangsstufe 2).
Ein wichtiger inhaltlicher Bestandteil ist, dass die Schülerinnen und Schüler technische Entwicklungen und Fortschritte und ihre molekularen, zellulären und technischen Grundlagen kennenlernen. Damit wird die Basis für die kritische Bewertung und Diskussion technischer Entwicklungen und damit für den Erwerb von Reflexionskompetenz gelegt.
Die Inhalte der Eingangsklasse bieten den Schülerinnen und Schülern einen allgemeinen Überblick über verschiedene Themenbereiche der Biotechnologie. Im Rahmen der Jahrgangsstufe 1 und 2 werden diese Themen vertieft, ohne dass die Inhalte der Eingangsklasse zwingende Vorstrukturen für den Besuch des Faches in Jahrgangsstufe 1 und 2 sind.
Prozessbezogene Kompetenzen
Die prozessbezogenen Kompetenzen werden durch eine entsprechende fachdidaktische Gestaltung des Unterrichts in Zusammenhang mit den fachlichen Inhalten vermittelt.
Im Rahmen des Kompetenzbereiches „Erkenntnisgewinnung und Fachmethodik“ setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit Fragestellungen der biotechnologischen Produktion, aber auch mit den biologischen Grundlagen auseinander, die diese Techniken ermöglichen.
Sie entwickeln aus zunehmend selbst geplanten, geeigneten Experimenten und Beobachtungen zielführende Fragestellungen, Hypothesen und Modellvorstellungen.
Die Schülerinnen und Schüler begreifen, dass Modellvorstellungen in der Biotechnologie Fortschritte ermöglichen. So erlauben z. B. Modelle von der Steuerungsfunktion der DNA eine ökonomische Therapeutika-Produktion mittels heterologer Expression. Sie erkennen Grenzen von Modellen und Modellvorstellungen, wenn es um die praktische biotechnologische Realisierung geht. So sollte z. B. eine effiziente Abwasserreinigung modellhaft möglich sein, gestaltet sich in der Praxis aber aufgrund der Problematik von Spurenstoff-Verunreinigungen im Detail als schwierig, so dass Modelle erweitert und daraus resultierend neue technische Lösungsansätze entwickelt werden müssen.
Im Rahmen des Kompetenzbereiches „Fachkommunikation“ lernen die Schülerinnen und Schüler naturwissenschaftliche Texte, Grafiken und Schaubilder aus den Bereichen Life Sciences und Biotechnologie zu beschreiben, zu verstehen, hinsichtlich aufgeworfener Fragestellungen zu analysieren und damit Antworten zu begründen. Dementsprechend können sie Texte in grafische Darstellungen und Modelle umwandeln bzw. Inhalte grafischer Darstellungen oder von Modellen verbalisieren. Die Schülerinnen und Schüler lernen eigene oder im Team gewonnene Erkenntnisse strukturiert, begründet und für andere nachvollziehbar in Form von Printmedien, digitalen Medien oder Vorträgen darzustellen und in einer kritischen Diskussion zu verteidigen.
Im Rahmen des Kompetenzbereiches „Bewertung und Reflexion“ bewerten die Schülerinnen und Schüler biotechnologische Anwendungen und biologische Modellvorstellungen hinsichtlich Logik und Vollständigkeit. Sie analysieren ihre eigenen Versuchsergebnisse kritisch und vergleichen diese mit Ergebnissen aus der Literatur.
Bei Anwendungen aus dem Bereich nachwachsender Rohstoffe und Energien, der Umweltbiotechnologie, der Biotechnologie in der Landwirtschaft aber auch der medizinischen Biotechnologie analysieren sie Erfolg und Nichterfolg und bewerten Chancen und Risiken.
Die Schülerinnen und Schüler setzen sich kritisch mit Verfahren und Prozessen hinsichtlich globaler und gesellschaftlicher Konsequenzen auseinander. (vgl. Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Biologie der KMK i. d. F. vom 05.02.2004)
Hinweise zum Umgang mit dem Bildungsplan
Der Bildungsplan zeichnet sich durch eine Inhalts- und eine Kompetenzorientierung aus. In jeder Bildungsplaneinheit (BPE) werden übergeordnete Ziele beschrieben, die durch Zielformulierungen sowie 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. Die für das jeweilige Fach relevanten Operatoren sowie deren fachspezifische Bedeutung sind 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 fächerspezifischen Besonderheiten und 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 gleichwertige Feststellung von Schülerleistungen (GFS), Nachbesprechung zu Leistungsfeststellungen sowie Feedback-Gespräche umfassen.
Fachbezogene Vorbemerkungen
1. Fachspezifischer Bildungsauftrag (Bildungswert des Faches)
Die Biotechnologie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft mit großer ökonomischer, ökologischer und gesellschaftspolitischer Bedeutung. Anwendungsgebiete der Biotechnologie sind z. B. die industrielle Herstellung verschiedenster organischer Substanzen unter Verwendung von Biokatalysatoren, umwelttechnische Verfahren zur Abwasseraufbereitung und Energieproduktion sowie in der Medizin die Bereitstellung von Verfahren zur Therapie und Diagnose von Erkrankungen. In der molekularbiologischen Grundlagenforschung werden biotechnologische Verfahren zur Gewinnung neuer Erkenntnisse herangezogen.
Der in diesem Bildungsplan verfolgte Bildungsansatz ist durch ein breites Themenspektrum gekennzeichnet, das die vielfältigen Möglichkeiten, Chancen aber auch Risiken der Biotechnologie repräsentiert. Schwerpunkt ist in allen Bildungsplaneinheiten der Anwendungsaspekt der jeweiligen Technik, der dann unter Einbezug des vermittelten Grundlagenwissens bewertet wird.
Somit ist das Fach Biotechnologie geeignet, die naturwissenschaftlichen Profile der Beruflichen Gymnasien zu schärfen und tiefergehende Einblicke in verschiedene einschlägige Berufsfelder im Bereich Life Sciences und Biotechnologie zu geben.
Alle biologischen und biotechnologischen Fragestellungen des Bildungsplanes ermöglichen einen zielgerichteten Einsatz digitaler Medien und Lernwerkzeuge bei der Unterrichtsgestaltung. Die Arbeit mit ausgewählten Experimenten, die in Schullaboren auch ohne Zulassung nach dem Gentechnikgesetz (GenTG) möglich sind, sollen die Schülerinnen und Schüler dazu ermutigen, Experimente zu planen, durchzuführen und deren Ergebnisse auszuwerten, zu dokumentieren, darzustellen und zu diskutieren. Digitale Medien können sowohl zur Erfassung von Daten, Aufbereitung und Darstellung von Versuchsergebnissen, als auch zur Erstellung von z. B. Animationen und Lernvideos für die Visualisierung biologischer bzw. biotechnologischer Abläufe genutzt werden. Die Auswahl der Themengebiete und die inhaltliche Gestaltung der Bildungsplaneinheiten berücksichtigt die biologischen, chemischen und physikalischen Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler mit einem mittleren Bildungsabschluss und ist mit der Zielsetzung erfolgt, eine Weiterentwicklung ihrer fachlichen und personalen Kompetenzen zu ermöglichen.
2. Fachliche Aussagen zum Kompetenzerwerb, prozessbezogene Kompetenzen
Inhaltsbezogene Kompetenzen
Der Biotechnologieunterricht eröffnet den Schülerinnen und Schülern auf Grundlage dieses Bildungsplans eine breite Allgemeinbildung im Bereich Biotechnologie und Life Sciences. Dabei bietet er Möglichkeiten des interdisziplinären Lernens und Arbeitens, der praktischen berufsnahen Tätigkeit im Labor und des propädeutischen naturwissenschaftlichen Arbeitens und Darstellens.
Durch die kompetenzorientierte naturwissenschaftliche Unterrichtsgestaltung wird ein grundlegendes Verständnis naturwissenschaftlichen Denkens und Handelns in Kombination mit einer kritisch konstruktiven Einstellung zu Lösungsansätzen entwickelt.
Diese Kompetenzen befähigen die Schülerinnen und Schüler sowohl Studiengänge als auch Ausbildungsgänge im Bereich Life Sciences, aber auch in Tätigkeitsfeldern der Rechts‑, Wirtschafts- und anderen Gesellschaftswissenschaften erfolgreich zu absolvieren.
In diesem Fach orientieren sich die Inhalte an aktuellen gesellschaftsrelevanten, biotechnologischen Fragestellungen und an generellem Fachwissen zu den Themenkomplexen:
Entwicklung der klassischen zur modernen Biotechnologie (Eingangsklasse), medizinische Biotechnologie (Jahrgangsstufe 1) und Nutzung der Biotechnologie in der Landwirtschaft, Umweltbiotechnologie, regenerative Grundstoffe und Energie (Jahrgangsstufe 2).
Ein wichtiger inhaltlicher Bestandteil ist, dass die Schülerinnen und Schüler technische Entwicklungen und Fortschritte und ihre molekularen, zellulären und technischen Grundlagen kennenlernen. Damit wird die Basis für die kritische Bewertung und Diskussion technischer Entwicklungen und damit für den Erwerb von Reflexionskompetenz gelegt.
Die Inhalte der Eingangsklasse bieten den Schülerinnen und Schülern einen allgemeinen Überblick über verschiedene Themenbereiche der Biotechnologie. Im Rahmen der Jahrgangsstufe 1 und 2 werden diese Themen vertieft, ohne dass die Inhalte der Eingangsklasse zwingende Vorstrukturen für den Besuch des Faches in Jahrgangsstufe 1 und 2 sind.
Prozessbezogene Kompetenzen
Die prozessbezogenen Kompetenzen werden durch eine entsprechende fachdidaktische Gestaltung des Unterrichts in Zusammenhang mit den fachlichen Inhalten vermittelt.
Im Rahmen des Kompetenzbereiches „Erkenntnisgewinnung und Fachmethodik“ setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit Fragestellungen der biotechnologischen Produktion, aber auch mit den biologischen Grundlagen auseinander, die diese Techniken ermöglichen.
Sie entwickeln aus zunehmend selbst geplanten, geeigneten Experimenten und Beobachtungen zielführende Fragestellungen, Hypothesen und Modellvorstellungen.
Die Schülerinnen und Schüler begreifen, dass Modellvorstellungen in der Biotechnologie Fortschritte ermöglichen. So erlauben z. B. Modelle von der Steuerungsfunktion der DNA eine ökonomische Therapeutika-Produktion mittels heterologer Expression. Sie erkennen Grenzen von Modellen und Modellvorstellungen, wenn es um die praktische biotechnologische Realisierung geht. So sollte z. B. eine effiziente Abwasserreinigung modellhaft möglich sein, gestaltet sich in der Praxis aber aufgrund der Problematik von Spurenstoff-Verunreinigungen im Detail als schwierig, so dass Modelle erweitert und daraus resultierend neue technische Lösungsansätze entwickelt werden müssen.
Im Rahmen des Kompetenzbereiches „Fachkommunikation“ lernen die Schülerinnen und Schüler naturwissenschaftliche Texte, Grafiken und Schaubilder aus den Bereichen Life Sciences und Biotechnologie zu beschreiben, zu verstehen, hinsichtlich aufgeworfener Fragestellungen zu analysieren und damit Antworten zu begründen. Dementsprechend können sie Texte in grafische Darstellungen und Modelle umwandeln bzw. Inhalte grafischer Darstellungen oder von Modellen verbalisieren. Die Schülerinnen und Schüler lernen eigene oder im Team gewonnene Erkenntnisse strukturiert, begründet und für andere nachvollziehbar in Form von Printmedien, digitalen Medien oder Vorträgen darzustellen und in einer kritischen Diskussion zu verteidigen.
Im Rahmen des Kompetenzbereiches „Bewertung und Reflexion“ bewerten die Schülerinnen und Schüler biotechnologische Anwendungen und biologische Modellvorstellungen hinsichtlich Logik und Vollständigkeit. Sie analysieren ihre eigenen Versuchsergebnisse kritisch und vergleichen diese mit Ergebnissen aus der Literatur.
Bei Anwendungen aus dem Bereich nachwachsender Rohstoffe und Energien, der Umweltbiotechnologie, der Biotechnologie in der Landwirtschaft aber auch der medizinischen Biotechnologie analysieren sie Erfolg und Nichterfolg und bewerten Chancen und Risiken.
Die Schülerinnen und Schüler setzen sich kritisch mit Verfahren und Prozessen hinsichtlich globaler und gesellschaftlicher Konsequenzen auseinander. (vgl. Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Biologie der KMK i. d. F. vom 05.02.2004)
Hinweise zum Umgang mit dem Bildungsplan
Der Bildungsplan zeichnet sich durch eine Inhalts- und eine Kompetenzorientierung aus. In jeder Bildungsplaneinheit (BPE) werden übergeordnete Ziele beschrieben, die durch Zielformulierungen sowie 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. Die für das jeweilige Fach relevanten Operatoren sowie deren fachspezifische Bedeutung sind 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 fächerspezifischen Besonderheiten und 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 gleichwertige Feststellung von Schülerleistungen (GFS), Nachbesprechung zu Leistungsfeststellungen sowie Feedback-Gespräche umfassen.
Eingangsklasse
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Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) |
20 |
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Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.
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BPE 1 |
Anwendungsgebiete der Biotechnologie |
6 |
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Die Schülerinnen und Schüler lernen anhand von Beispielen die vielfältigen Arbeitsfelder sowie die wirtschaftliche und die gesellschaftliche Bedeutung der Biotechnologie kennen. Sie verstehen die Biotechnologie als naturwissenschaftliche Disziplin, die natürlich vorkommende Prozesse nutzt und in verschiedensten Bereichen des Lebens zum Einsatz kommt. In der Auseinandersetzung mit historischen Aspekten erkennen die Schülerinnen und Schüler aber auch, dass die Biotechnologie die kulturelle Entwicklung des Menschen mit geprägt hat.
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BPE 1.1 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben klassische und moderne Anwendungen der Biotechnologie und leiten daraus deren Bedeutung für die Gesellschaft ab. Sie ermitteln den Bedeutungsumfang des Begriffs Biotechnologie. |
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BPE 2 |
Zellen und Enzyme in der klassischen und modernen Biotechnologie |
44 |
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Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Bedeutung von Mikroorganismen für klassische und moderne biotechnologische Verfahren. Sie verstehen, dass Zellen und Enzyme als Biokatalysatoren gezielt für die Umwandlung von Edukten zu Produkten eingesetzt werden. Die Schülerinnen und Schüler erkennen zudem, dass Enzyme und Proteine die Vielzahl ihrer Funktionen in Zellen und Organismen auf der Grundlage ihrer Strukturvielfalt ausüben können. Sie begreifen, dass strukturelle Vielfalt durch ein Baustein-Prinzip erzielt wird und dass nach dem Prinzip „Struktur und Funktion“ die spezifische, auch veränderbare Raumstruktur eines Proteins seine Funktion ermöglicht. Damit wird den Schülerinnen und Schülern der Zusammenhang zwischen zellulären Funktionen als Kennzeichen von Lebewesen und molekularen Strukturen und deren Wechselwirkungen verdeutlicht. Auf dieser Basis sind sie in der Lage, die Funktion von Enzymen als Biokatalysatoren zu erfassen und grundlegende Prinzipien der biotechnologischen Produktion zu erfahren. Die Schülerinnen und Schüler verstehen, dass für eine Optimierung solcher Prozesse Organismen unter bestimmten Umständen gentechnisch verändert werden.
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BPE 2.1 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben exemplarisch die Vielfalt der in der Natur vorkommenden Mikroorganismen und beurteilen deren Bedeutung für Mensch und Umwelt. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Mikroorganismen hinsichtlich ihrer Struktur und Vitalität und stellen Zellen als deren Bau- und Funktionseinheiten dar. |
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BPE 2.2 |
Ausgehend von Verfahren der klassischen Biotechnologie leiten die Schülerinnen und Schüler die Funktion der Mikroorganismen bei Produktionsprozessen ab und begründen den Einsatz von Reinkulturen. Sie beschreiben Methoden zur Gewinnung und zum Einsatz von Reinkulturen zu Produktionszwecken. |
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BPE 2.3 |
Die Schülerinnen und Schüler interpretieren Eigenschaften von Mikroorganismen als Realisation von genetischen Informationen und beschreiben das zentrale Dogma der Molekularbiologie. |
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BPE 2.4 |
Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Bedeutung von Proteinen für die Eigenschaften von Organismen und erklären die Funktionsvielfalt von Proteinen auf der Basis ihrer Strukturvielfalt. |
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BPE 2.5 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Bedeutung von Biokatalysatoren für biotechnologische Produktionsprozesse und vergleichen die Verwendung von Zellen bzw. Enzymen als Biokatalysatoren. |
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BPE 2.6 |
Die Schülerinnen und Schüler leiten aus Versuchen die Funktion von Enzymen als Biokatalysatoren ab. |
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BPE 2.7 |
Die Schülerinnen und Schüler stellen Hypothesen zur Optimierung der biotechnologischen Verwendung von Enzymen auf und nennen Einsatzmöglichkeiten der Gentechnik. |
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Zeit für Leistungsfeststellung
10
70
80
Jahrgangsstufe 1
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Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) |
20 |
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Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.
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BPE 3 |
Biotechnologische Verfahren in der Medizin: Therapie und Diagnostik |
50 |
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Die Schülerinnen und Schülern lernen verschiedene Einsatzmöglichkeiten der Biotechnologie in der medizinischen Diagnostik und Therapie kennen, die es heute und in Zukunft ermöglichen werden, gezielt Krankheiten zu diagnostizieren und individuell zu therapieren. Sie erkennen, dass bei der medizinischen Diagnostik und Therapie typische Verfahren zum Einsatz kommen und dass viele dieser Verfahren auf gentechnischen Methoden basieren. Um gentechnische Methoden einordnen zu können, erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler die prinzipiellen Grundlagen zur Weitergabe und Realisation der genetischen Information in Zellen und übertragen diese dann auf das in der biotechnologischen Produktion zentrale Verfahren der heterologen Expression.
Mit der Betrachtung der Methoden zur DNA-Typisierung lernen die Schülerinnen und Schüler deren Potenzial in Bezug auf eine genetische Diagnostik kennen. Sie erkennen aber auch, dass solche Technologien negative Auswirkungen haben können. Dies machen sich die Schülerinnen und Schüler bewusst, indem sie zu Beginn und zum Abschluss der Einheit eine Bewertung gentechnischer Methoden im Anwendungsbereich Medizin vornehmen. Dabei vollziehen sie einen Lernprozess, der sie erkennen lässt, dass eine vertiefte Auseinandersetzung mit den den Verfahren zugrundeliegenden Technologien eine unabdingbare Voraussetzung für eine differenzierte Betrachtung und Bewertung darstellt. |
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BPE 3.1 |
Die Schülerinnen und Schüler ermitteln Anwendungsfelder der Biotechnologie im Bereich der Medizin und beschreiben Zielsetzungen. Sie stellen Beispiele aus den Anwendungsfeldern dar und diskutieren deren Chancen und Risiken. |
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BPE 3.2 |
Die Schülerinnen und Schüler werten Anwendungsbeispiele hinsichtlich typischer Verfahren aus. Sie beschreiben prinzipielle Prozesse zur Produktion von therapeutischen oder diagnostischen Proteinen und leiten daraus die Notwendigkeit gentechnischer Verfahren ab. |
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BPE 3.3 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau von DNA, die Replikation und die Weitergabe von genetischer Information. |
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BPE 3.4 |
Die Schülerinnen und Schüler vergleichen den Aufbau von pro- und eukaryotischen Genen und beschreiben den prinzipiellen Ablauf der Genexpression bei Pro- und Eukaryoten. |
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BPE 3.5 |
Aus Unterschieden im Genaufbau, in der Weitergabe und in der Realisation genetischer Information leiten die Schülerinnen und Schüler Problemstellungen und Lösungsansätze hinsichtlich heterologer Expressionen ab. |
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BPE 3.6 |
Die Schülerinnen und Schüler nennen Funktionselemente eines bakteriellen Expressionsvektors und erläutern deren Bedeutung für eine heterologe Expression. Sie beschreiben prinzipielle Schritte einer Klonierung in Bakterien. |
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BPE 3.7 |
Die Schülerinnen und Schüler stellen die spezifische Endonuclease-Aktivität von Restriktionsenzymen dar. Sie analysieren die Bedeutung von Restriktionsenzymen für Klonierungen. |
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BPE 3.8 |
Die Schülerinnen und Schüler stellen den Aufbau des Lac-Operons dar und beschreiben die regulierte Genexpression bei Prokaryoten nach dem Prinzip der Substratinduktion. Sie beschreiben dessen Anwendbarkeit auf eine heterologe Expression und erklären Vorteile einer induzierbaren heterologen Expression. |
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BPE 3.9 |
Die Schülerinnnen und Schüler nennen Anwendungsfelder der genetischen Diagnostik. Sie erläutern Verfahren der DNA-Typisierung zur Diagnose von Erbkrankheiten und interpretieren Ergebnisse solcher diagnostischer Verfahren. |
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BPE 3.10 |
Die Schülerinnnen und Schüler bewerten ein Anwendungsbeispiel gentechnischer Verfahren im Bereich der Medizin. |
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Zeit für Leistungsfeststellung
10
70
80
Jahrgangsstufe 2
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Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) |
16 |
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Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.
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BPE 4 |
Anwendung biotechnologischer Verfahren in der Landwirtschaft |
20 |
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Die Schülerinnen und Schülern lernen die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Biotechnologie in der Landwirtschaft kennen. In der Auseinandersetzung mit Zielsetzungen des Einsatzes bzw. der Methodik des Erzeugens transgener Pflanzen erkennen sie, dass scheinbar geradlinige Lösungsansätze im Detail erhebliche Probleme im Hinblick auf das Erreichen der gesetzten Ziele mit sich bringen können. Dies gilt insbesondere dann, wenn es um die Nachhaltigkeit der entsprechenden Verfahren geht.
Der Einsatz transgener Tiere im Bereich des Gene Pharmings oder auch zur Nahrungsmittel-Produktion zeigt den Schülerinnen und Schülern das Potenzial gentechnischer Methoden auf, speziell mit Hinblick auf die Ökonomisierung der Prozesse. Ihnen wird bewusst, dass es hinsichtlich des Einsatzes transgener Tiere auch Interessenskonflikte geben kann, ähnlich wie bei der Anwendung biotechnologischer Verfahren im Bereich der regenerativen Energien. Sie verstehen, dass der Umgang mit und das Lösen von solchen Interessenskonflikten eine wichtige gesamtgesellschaftliche Aufgabe darstellt, zu der sie ihren Beitrag leisten müssen. |
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BPE 4.1 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die klassische Züchtung von Nutzpflanzen als landwirtschaftliche Methode und diskutieren Optimierungsmöglichkeiten. Sie fassen Zielsetzungen des Einsatzes biotechnologischer Verfahren zur Optimierung von Nutzpflanzen zusammen. |
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BPE 4.2 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben exemplarisch die gentechnische Veränderung von Pflanzen und erörtern Anwendungsbeispiele für gentechnisch veränderte Pflanzen. |
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BPE 4.3 |
Die Schülerinnen und Schüler nennen Zielsetzungen für die Verwendung gentechnisch veränderter Nutztiere. Sie beschreiben Verfahren zur Herstellung transgener Tiere und zu deren Vermehrung unter Beibehaltung der wertvollen Eigenschaften. |
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BPE 4.4 |
Die Schülerinnen und Schüler bewerten die Verwendung von transgenen Tieren und Pflanzen unter Berücksichtigung verschiedener gesellschaftlicher Perspektiven. |
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BPE 4.5 |
Die Schülerinnen und Schüler stellen den Aufbau einer Biogasanlage dar und beschreiben den Beitrag der Biotechnologie zur Produktion regenerativer Energien aus Biomasse. Sie überprüfen die Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit der verschiedenen biotechnologischen Anwendungen. |
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BPE 5 |
Bedeutung von Biokunststoffen und deren Herstellung mithilfe biotechnologischer Verfahren |
10 |
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Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Problematik der Herstellung und des Verbrauchs von Kunststoffen aus fossilen Rohstoffen hinsichtlich der Umweltbilanz. Sie lernen Kunststoffe aus kompostierbaren Rohstoffen bzw. aus regenerativen Quellen als Alternative kennen. Die Schülerinnen und Schülern diskutieren den Einsatz biotechnologischer Verfahren zur Reduktion der Alt-Kunststoffbelastung.
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BPE 5.1 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die zunehmende Problematik von Kunststoffrückständen in der Umwelt. Sie vergleichen Kunststoffe hinsichtlich Rohstoffgrundlage, Haltbarkeit und Bioabbaubarkeit. |
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BPE 5.2 |
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die biotechnologische Produktion eines Biokunststoff-Monomers und nennen Optimierungsmöglichkeiten des Verfahrens. Sie beschreiben Prozesse zur Gewinnung des Polymers aus den Monomeren. |
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BPE 6 |
Umweltbiotechnologie |
10 |
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Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Bedeutung von Stoffkreisläufen in der Natur und begreifen, dass diese als Vorbild für eine biotechnologische Reinigung und Sanierung der belasteten Umwelt dienen können. Am Beispiel der kommunalen Kläranlage machen sie sich den Beitrag der Biotechnologie zur Reinigung von Abwässern bewusst. Sie erkennen aber auch die Grenzen biotechnologischer Verfahren, nicht zuletzt vor dem Hintergrund der Problematik der Spurenstoff-Elimination. Die Schülerinnen und Schüler werden so in Bezug auf ihren eigenen Umgang mit Problemstoffen sensibilisiert.
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BPE 6.1 |
Die Schülerinnen und Schüler stellen natürliche Stoffkreisläufe dar und erläutern Ursachen und Auswirkungen von Gewässerbelastungen. Sie beschreiben die Charakterisierung von Gewässern und Abwässern. |
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BPE 6.2 |
Die Schülerinnen und Schüler erläutern Aufbau und Funktion einer dreistufigen Kläranlage und beschreiben Verfahren zur C-, N- und P-Elimination. Sie untersuchen die Notwendigkeit einer vierten Reinigungsstufe zur Elimination von Spurenstoffen. |
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Zeit für Leistungsfeststellung
8
56
64
Operatorenliste
In den Zielformulierungen der Bildungsplaneinheiten werden Operatoren (= handlungsleitende Verben) verwendet. Diese Zielformulierungen (Standards) legen fest, welche Anforderungen die Schülerinnen und Schüler in der Regel erfüllen. Zusammen mit der Zuordnung zu einem der drei Anforderungsbereiche (AFB) dienen Operatoren einer Präzisierung. Dies sichert das Erreichen des vorgesehenen Niveaus und die angemessene Interpretation der Standards.
Anforderungsbereiche
Anforderungsbereiche
Anforderungsbereich I umfasst das Wiedergeben von Sachverhalten aus einem abgegrenzten Gebiet im gelernten Zusammenhang, das Beschreiben und Anwenden gelernter und geübter Arbeitstechniken und Verfahrensweisen in einem wiederholenden Zusammenhang.
Anforderungsbereich II umfasst das selbstständige Auswählen, Anordnen, Verarbeiten und Darstellen bekannter Sachverhalte unter vorgegebenen Gesichtspunkten in einem durch Übung bekannten Zusammenhang, das selbstständige Übertragen des Gelernten auf vergleichbare neue Situationen mit veränderten Fragestellungen, mit veränderten Sachzusammenhängen oder mit abgewandelten Verfahrensweisen.
Anforderungsbereich III umfasst das planmäßige Verarbeiten komplexer Gegebenheiten mit dem Ziel, zu selbstständigen Gestaltungen bzw. Deutungen, Folgerungen, Begründungen und Wertungen zu gelangen; dabei werden aus den gelernten Denkmethoden bzw. Lösungsverfahren diejenigen, die zur Bewältigung der Aufgaben geeignet sind, selbstständig ausgewählt und einer neuen Problemstellung angepasst.
(vgl. Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Biotechnologie des Ministeriums für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg i. d. F. vom 30.11.2003)
| Operator | Definition |
Zuordnung AFB |
|---|---|---|
| ableiten |
auf der Grundlage wesentlicher Merkmale sachgerechte Schlüsse ziehen
|
II, III |
| analysieren, untersuchen |
wichtige Bestandteile oder Eigenschaften auf eine bestimmte Fragestellung hin herausarbeiten. Untersuchen beinhaltet gegebenenfalls zusätzlich praktische Anteile
|
II, III |
| angeben, nennen |
Elemente, Sachverhalte, Begriffe, Daten ohne Erläuterungen aufzählen
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I |
| auswerten |
Daten, Einzelergebnisse oder andere Elemente in einen Zusammenhang stellen und gegebenenfalls zu einer Gesamtaussage zusammenführen
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II |
| begründen |
Sachverhalte auf Regeln und Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale Beziehungen von Ursachen und Wirkung zurückführen
|
II, III |
| beschreiben |
Strukturen, Sachverhalte oder Zusammenhänge strukturiert und fachsprachlich richtig mit eigenen Worten wiedergeben
|
I, II |
| beurteilen |
zu einem Sachverhalt ein selbstständiges Urteil unter Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden formulieren und begründen
|
III |
| bewerten |
einen Gegenstand an erkennbaren Wertkategorien oder an bekannten Beurteilungskriterien messen
|
III |
| darstellen |
Sachverhalte, Zusammenhänge, Methoden etc. strukturiert und gegebenenfalls fachsprachlich wiedergeben
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I, II |
| deuten, interpretieren |
fachspezifische Zusammenhänge in Hinblick auf eine gegebene Fragestellung begründet darstellen
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II, III |
| diskutieren, erörtern |
Argumente und Beispiel zu einer Aussage oder These einander gegenüberstellen und abwägen
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III |
| erklären |
einen Sachverhalt auf Regeln und Gesetzmäßigkeiten zurückführen sowie ihn nachvollziehbar und verständlich machen
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II, III |
| erläutern |
einen Sachverhalt veranschaulichend darstellen und durch zusätzliche Informationen verständlich machen
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II, III |
| ermitteln |
einen Zusammenhang oder eine Lösung finden und das Ergebnis formulieren
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II, III |
| Hypothese aufstellen, Hypothese entwickeln |
begründete Vermutung auf der Grundlage von Beobachtungen, Untersuchungen, Experimenten oder Aussagen formulieren
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III |
| protokollieren |
Beobachtungen oder die Durchführung von Experimenten detailgenau zeichnerisch einwandfrei bzw. fachsprachlich richtig wiedergeben
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I |
| prüfen, überprüfen |
Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widersprüche aufdecken
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II, III |
| skizzieren |
Sachverhalte, Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduziert übersichtlich grafisch darstellen
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I, II |
| Stellung nehmen |
zu einem Gegenstand, der an sich nicht eindeutig ist, nach kritischer Prüfung und sorgfältiger Abwägung ein begründetes Urteil abgeben
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III |
| vergleichen |
Gemeinsamkeiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede ermitteln
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II |
| zeichnen |
eine möglichst exakte grafische Darstellung beobachtbarer oder gegebener Strukturen anfertigen
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I |
| zusammenfassen |
das Wesentliche in konzentrierter Form herausstellen
|
II |
vgl. Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Biologie der KMK i. d. F. vom 05.02.2004
Amtsblatt des Ministeriums für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg
Stuttgart, 23. Juli 2020
Lehrplanheft 2/2020
Lehrplanheft 2/2020
Bildungsplan für das Berufliche Gymnasium;
hier:
Berufliches Gymnasium der sechs- u. dreij. Aufbauform
Vom 23. Juli 2020
44 – 6512.- 240/211
hier:
Berufliches Gymnasium der sechs- u. dreij. Aufbauform
Vom 23. Juli 2020
44 – 6512.- 240/211
I.
II.
Für das Berufliche Gymnasium gilt der als Anlage beigefügte Bildungsplan.
Der Bildungsplan tritt
für die Eingangsklasse am 1. August 2021
für die Jahrgangsstufe 1 am 1. August 2022
für die Jahrgangsstufe 2 am 1. August 2023
in Kraft.
Im Zeitpunkt des jeweiligen Inkrafttretens tritt der im Lehrplanheft 2/2003 veröffentlichte Lehrplan in diesem Fach vom 26. August 2003 (Az. 55-6512-240/92) außer Kraft.
für die Eingangsklasse am 1. August 2021
für die Jahrgangsstufe 1 am 1. August 2022
für die Jahrgangsstufe 2 am 1. August 2023
in Kraft.
Im Zeitpunkt des jeweiligen Inkrafttretens tritt der im Lehrplanheft 2/2003 veröffentlichte Lehrplan in diesem Fach vom 26. August 2003 (Az. 55-6512-240/92) außer Kraft.
Biotechnologie
Berufliches Gymnasium der sechs- u. dreij. Aufbauform
K.u.U., LPH Nr. 2/2020 Reihe I Nr. 40
Band 2 vom 23.07.2020