Mathematisch-naturwissenschaftliches Aufgabenfeld
Oberstufe
1. Die Fächer stellen sich vor…
Biologie
Biologie ist das Fach der ‚Bienchen und Blümchen‘!?
Von wegen – Biologie in der Sekundarstufe II ist geprägt von modernsten naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen und Fragestellungen und verlangt dabei vor allem auch chemisches und physikalisches Grundlagenwissen sowie einen gewissen Forschergeist.
Die raschen Fortschritte der Wissenschaft, zum Beispiel in den Bereichen Molekulargenetik, Gentechnik und Biotechnologie, sowie globale und heimische Veränderungen der Ökosysteme erfordern es, moderne Forschungsergebnisse und aktuelle Entwicklungen in den Unterricht mit einzubeziehen und ihre Chancen und Risiken verantwortungsvoll zu beurteilen. Dabei werden die elementaren Bausteine des Lebens im Kontext von alltäglich beobachtbaren Phänomenen für die jungen Biologen erlebbar. Damit zeichnet sich die Biologie im wahrsten Sinne des Wortes als die Wissenschaft des Lebendigen aus.
Das Fach Biologie in der gymnasialen Oberstufe der Prismaschule bietet Schülerinnen und Schülern einen umfassenden Einblick in aktuelle wissenschaftliche Probleme und verhilft ihnen zu einer naturwissenschaftlichen Betrachtungsweise von spannenden Phänomenen unseres Alltags. Im handlungs- und problemorientierten Unterricht finden die Schülerinnen und Schüler Raum sich über die wissenschaftliche Perspektive hinaus mit ethischen und weltanschaulichen Fragestellungen zu beschäftigen. Zudem erproben sich unsere Schülerinnen und Schüler in eigener Laborarbeit und beim Experimentieren.
Das Fach Biologie ist in der Oberstufe i.d.R. ein beliebtes Wahlfach und wird in der Oberstufe der Prismaschule ab der Einführungsphase als Grundkurs und in der Qualifikationsphase zusätzlich vertiefend als Leistungskurs angeboten.
Inhaltsfelder und exemplarische Fragestellungen
In der Einführungsphase (Jahrgangsstufe 11) lernen die Schülerinnen und Schüler im ersten Halbjahr den elektronenmikroskopischen Aufbau von Zellen kennen und sie erfahren die Funktion der einzelnen Zellorganellen. In dieser Zeit arbeitet die Lerngruppe viel mit dem Mikroskop. Die Jugendlichen bereiten Zellpräparate vor und fertigen wissenschaftliche Zeichnungen zur Dokumentation an.
Beispiel: Law and Order Prismaschule- Kann Salz eine Mordwaffe sein?
Im 2. Halbjahr der Einführungsphase beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit physiologischen Fragestellungen. In praktischen Versuchen erarbeiten sie Eigenschaften und Funktionen von Enzymen (Biokatalysatoren).
Von übersichtlichen Stoffwechselvorgängen geht es schließlich zum komplexen Stoffaufbau bzw. Stoffabbau (Assimilation, Dissimilation).
Beispiele: Warum sind viele Asiaten laktoseintolerant?
Die Totenstarre- Warum erstarren unsere Muskeln nach dem Tod?
Die alkoholische Gärung- Was Bier mit der Übersäuerung von Sportlern zu tun hat.
In der Qualifikationsphase 1 (Jahrgangsstufe 12) behandeln wir die zentralen Fragestellungen der historischen und modernen Genetik. Beginnend mit der Besprechung historischer Versuche zur Entdeckung der Erbinformation (DNA) bis hin zu aktuellen Bezügen, wie z.B. dem Klonen, erwartet die Schülerinnen und Schüler ein weites Feld, das sich in klassische Genetik, Biochemie und Gentechnologie aufsplittert. Auch das Themengebiet der Ökologie wird in diesem Schuljahr gelehrt, mit einem Schwerpunkt auf Wechselwirkungen zwischen biotischen und abiotischen Faktoren im Ökosystem. Gerade in diesem Bereich werden praktische Elemente (z.B. Gewässeruntersuchungen) mit in den Unterricht einbezogen.
Beispiele: Wie entsteht ein Kind aus den Genen seiner Eltern? Wir übersetzen den genetischen Code.
Warum wir altern! Der Zelltod und die ewige Jugend – Telomerase Day & Night – das neue Anti-Aging Wundermittel?
Wenn aus Tieren ‚Zombies‘ werden: Werden wir von Parasiten manipuliert?
In der Qualifikationsphase 2 (Jahrgangstufe 13) entwickeln die Schülerinnen und Schüler weitere Kenntnisse in Bezug auf Evolution und Neurophysiologie. Die Beschäftigung mit der Entwicklung des Menschen fasziniert und bietet zudem einen fachübergreifenden Bezug zum Religionsunterricht (Schöpfungslehre). Funktionsweisen von Nervenzellen (Neurone) können anhand von Computersimulationen ohne Tierversuche erfahrbar gemacht werden.
Beispiele: 4 Milliarden Jahre Evolution- Wie entstanden alle heute existierende Organismen aus einem gemeinsamen Vorfahren?
Beeindruckende Coevolution: Der Schnabel des Kolibri passt perfekt in den Blütenkelch- Ein Zufall?
Unsere Ausstattung und außerunterrichtliche Lernorte
Die Fachräume an der Prismaschule verfügen über moderne Whiteboards und Sammlungsräume. Ziel ist ein experimentorientierter und entdeckender Naturwissenschaftsunterricht um Fragen und Hypothesen selbstständig nachzugehen und zu lösen.
Zudem wird es im Rahmen der Ökologie in der Q1 regelmäßig Exkursionen zur Untersuchung und Erforschung heimischer Gewässer geben.
Auch im Hinblick auf Wettbewerbe bietet das Fach Schülerinnen und Schülern viele Möglichkeiten zur Individualisierung und Teilnahme an Wettbewerben, wie z.B. Jugend forscht. Universitäten nutzen („Sommeruni“) oder in Schülerlaboratorien experimentieren. Auch unser schulinternes Schülerlabor bietet uns viele Möglichkeiten für experimentelles Arbeiten in der Oberstufe.
Warum Chemie??
In unserer Gesellschaft gibt es viele Vorurteile gegenüber der Nachturwissenschaft Chemie. Auch ihr werdet einige davon schon mal gehört oder selbst ausgesprochen haben. Sind sie berechtigt? Wir glauben: NEIN!
Das Fach Chemie in der gymnasialen Oberstufe der Prismaschule kann euch einzigartige Gelegenheiten bieten, tiefer in die Thematiken der Sekundarstufe I und Phänomene der Naturwissenschaften einzutauchen und diese auch noch zu verstehen. Durch unser neues Schülerlabor haben wir exzellente Voraussetzungen die erarbeiteten theoretischen Hintergründe praktisch in Schülerversuchen zu überprüfen oder selbst herauszufinden. Ziel ist ein experimentorientierter und entdeckender Chemieunterricht, um Fragen und Hypothesen selbstständig nachzugehen und zu lösen.
Neben der Vertiefung von bereits bekannten Inhalten stehen auch ganze neue Thematiken auf dem Plan. Dazu gehört die Vielfältigkeit der Organischen Chemie in den Bereichen der Aromastoffe und Alkohole, die Herstellung von Alkoholen, Parfümen oder Aspirin, die Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeit, die gezielte Verschiebung von chemischen Gleichgewichten, die Analyse komplexer Reaktionsmechanismen auf molekularer Ebene, das chemische Rechnen, großtechnische Prozesse in der Industrie und vieles mehr.
In möglichen Projektkursen können diese und weitere Themen im Schülerlabor fächerübergreifend mit den Fächern Biologie und Physik erarbeitet und erforscht werden. Dabei ist es denkbar an regionalen oder deutschlandweiten Chemiewettbewerben teilzunehmen.
Als schriftliches Fach werden auch in Chemie Klausuren geschrieben. Die Inhalte der Klausuren können sich auf theoretische Themen oder auch praktische Schülerversuche beziehen. Auch die Auswertung eines Lehrerdemonstrationsexperiments oder die Durchführung eines eigenen Schülerexperiments, mit anschließender fachlicher Auswertung bzw. das Schreiben einer Facharbeit auf Grundlage eigener Experimente sind denkbar. Als Abiturfach kann Chemie sowohl schriftlich als auch mündlich gewählt werden.
Inhalte /Inhaltsfelder
Themen in der Einführungsphase (EF):
1. Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen – Vom Alkohol zum Aromastoff
Was sind Kohlenstoffverbindungen? Was macht sie so besonders?
Was sind Alkohole, wie sind sie aufgebaut, wie reagieren sie?
Wie wirkt sich Alkohol auf unseren Körper aus?
Wie entsteht Alkohol? Können wir selbst Alkohol herstellen? – JA!
Wie wird aus einem Alkohol Essig oder ein Aromastoff?
Können wir selbst Parfum herstellen? – JA!
Themen in der Qualifikationsphase (Q1 und Q2):
2. Säuren, Basen und analytische Verfahren – Säuren und Basen in Alltagsprodukten
Von A wie Abflussfrei bis Z wie Zitronensaft. Was ist drin in Säuren und Laugen?
Wo benutzen wir Säuren und Laugen?
Was ist eigentlich Sodbrennen?
Wann ist eine Säure stark? – Auf Spurensuche: Wie viel Säure ist da drin?
Was ist der pH-Wert? Wie können wir ihn bestimmen?
Unser Blut – ein natürlicher Säurepuffer.
3. Elektrochemie – Der Strom für mein Handy und mein E-Auto
Wie entsteht elektrischer Strom?
Können wir ihn selbst erzeugen?
Immer der Reihe nach – welche Metalle liefern den meisten elektrischen Strom?
Was ist der Unterschied zwischen einer Batterie und einem Akku?
Aus Licht wird Strom – die Photoelektrochemie.
4. Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe – Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt // Farbstoffe in Alltag und Analytik
Warum erscheinen Stoffe farbig? – Chemie & Physik verknüpft.
Molekülstruktur & Farbigkeit ein direkter Zusammenhang.
Wie können wir Stoffe selbst färben?
Was sind Kunststoffe?
Was ist Kautschuk? – Was ist Gummi?
Licht macht Moleküle munter – Aktivierung chemischer Reaktionen durch Licht.
Kompetenzen
Umgang mit Fachwissen: Ihr lernt im problemorientiertem Unterricht chemische Konzepte und Modelle zur Lösung von Aufgaben und Problemen selbstständig auszuwählen und zu nutzen.
Erkenntnisgewinnung: Um die Wirklichkeit vereinfacht darzustellen nutzen Naturwissenschaftler Modelle. Ihr lernt die Modelle anzuwenden, Versuchsergebnisse mittels Modellen zu erklären und selbst Modelle zu entwickeln.
Kommunikation: Für einen fachlichen Austausch ist der richtige Gebrauch der Fachsprache, die Unterstützung durch geeignete Darstellungsformen, wie Tabellen, Grafiken und Diagramme sowie die kritische Auseinandersetzung mit eigenen und fremden Ideen unerlässlich.
Bewertung: Neben der Bewertung eigener Versuchsergebnisse, ist die Bewertung von z.B. gesellschaftlichen und umweltpolitischen Entwicklungen sowie Werbung, teil des Chemieunterrichts.
Praktische Laborarbeit: Im experimentorientierten Unterricht lernt ihr Modelle experimentell zu bestätigen, auf Grundlage eigener Ideen Experimente zu planen bzw. anhand von Versuchsergebnissen eigene Theorien aufzustellen und Modelle zu entwickeln.
Soziales Miteinander: In der Laborarbeit ist die Zusammenarbeit mit einem Laborpartner bzw. in einer Gruppe ein wesentlicher und wichtiger Bestandteil.
Methoden
Der Chemieunterricht bietet eine Reihe von praktischen und theoretischen Methoden, die im Unterricht durchgeführt werden können. Dazu gehören neben den bekannten Methoden, wie die Gruppenarbeit, das Gruppenpuzzle, Stationslernen, Lernstraßen, Referate, Museumsgang und Schülerexperimente, auch neue, wie die Podiumsdiskussion z.B. zu umweltpolitischen Themen oder das Egg-Race, bei dem die SchülerInnen aus gegeben Materialien selbst Versuche planen, durchführen und in einer Art Wettbewerb gegeneinander antreten.
Außerunterrichtliche Lernorte und Wettbewerbe
Der Aufbau und die Themen der Oberstufe bieten tolle Möglichkeiten für Besuche der Schülerlabore der umliegenden Unis in Wuppertal und Köln.
Interesse geweckt? Dann schnupper doch mal rein…
… www.chemiedidatik.uni-wuppertal.de/labothek
… www.chemiedidaktik.uni-koeln.de/elke
Mögliche Schülerwettbewerbe für die gymnasiale Oberstufe sind z.B. Chemie-Olympiade und Jugend forscht.
Das Fach Informatik kann als dreistündiger Grundkurs von der Einführungsphase an belegt werden. Der Kurs setzt kein Vorwissen in Fach Informatik voraus.
Das Fach Informatik kann als drittes oder viertes Abiturfach gewählt werden.
Inhalte /Inhaltsfelder
EF
• Grundlagen einfacher und verteilter Informatiksysteme
• Informatik und Gesellschaft
• Objektorientierte Systementwicklung
Q1/Q2
• Objektorientierte Systementwicklung
• Design und Realisierung von Internetseiten
• Relationale Datenbanken
• Netzwerke
Grundlagen einfacher und verteilter Informatiksysteme
Es werden Aufbau und Funktionsweise von Informatiksystemen beschrieben, das Betriebssystem als Mittler zwischen Hard- und Software kennengelernt und die vorgegebene Arbeitsumgebung zielgerecht genutzt. Die Erkennung des Nutzungspotenzial der Vernetzung von Rechnern und die grundlegenden Konzepte der Übermittlung von Daten stehen im Vordergrund.
Informatik und Gesellschaft
Die gesellschaftlichen, ethischen und rechtlichen Problemfelder informatischer Verfahren werden kennengelernt. Es werden Konzepte erarbeitet, die eine missbräuchliche Nutzung dieser Verfahren verhindern können.
Objektorientierte Systementwicklung
Am Beispiel der Programmiersprache Java werden die Grundprinzipien des objektorientierten Modellierens und Programmierens vermittelt.
Dabei kommen die Entwicklungsumgebungen Greenfoot und BlueJ zum Einsatz.
Zu Beginn wird die Bedeutung des Begriffs „Objekt“ an Alltagsbeispielen erarbeitet. Einfache Programmierbeispiele zeigen Möglichkeiten zur Darstellung der Eigenschaften und Fähigkeiten eines realen „Objektes“ durch „Attribute“ und „Methoden“ in Java.
In umfangreichen Programmierprojekten (Q1, Q2) soll erprobt werden, wie verschiedene Objekte miteinander kommunizieren oder ihre Eigenschaften und Fähigkeiten an andere Objekte vererben können.
Design und Realisierung von Internetseiten
Erstellung von Webseiten in HTML und CSS, Einbinden von Skripten bei Beachtung von
rechtlichen Rahmenbedingungen.
Relationale Datenbanken
Datenmodelle werden entwickelt und die benötigten Tabellen entworfen, Daten geändert und die Inhalte der Datenbank ausgewertet. Analysierende Abläufe werden erkannt und die daraus anfallenden Datenelemente identifiziert.
Netzwerke
Die Schülerinnen und Schüler lernen ausgehend von ihrer Erfahrungswelt grundlegende Netzwerkkonzepte kennen und erfahren anhand praktischer Beispiele, welche Rolle Netzmodelle spielen und wie ein Netzwerk realisiert werden kann. Sie erkennen die Risiken der Netzbenutzung und versuchen, Lösungsmöglichkeiten für Sicherheitsprobleme durch den Einsatz verschiedener Technologien und Verfahren zu realisieren.
Klausuren
Den Klausuren geht eine intensive Vorbereitung im Unterricht voraus. Klausuren werden in der Regel ohne Rechner geschrieben und setzen neben der Produktion von lauffähigem Programmcode auch analytische und bewertende Kompetenzen voraus.