Biologie

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Biologie

Wie ist eine Zelle aufgebaut und welche Aufgaben haben die verschiedenen Zellbestandteile? Was ist ein genetischer Fingerabdruck? Wieso ist die Stammzellenforschung so umstritten? Die Biologie, die Lehre vom Lebendigen, wirft viele Fragestellungen auf. Der Zuwachs an neuen Informationen ist derzeit rasant, die Medien sind voll von Berichten über neue Erkenntnisse und Methoden; Wissenschaftler lösen immer mehr Rätsel der Natur.

Die Biologie ist eine vielfältige und sehr anspruchsvolle Naturwissenschaft. Zum einen liegt es das daran, dass lebendige Systeme sehr komplex sind, zum anderen, dass die Biologie eine stark fächerverbindende Wissenschaft ist, die einerseits Kenntnisse aus anderen Naturwissenschaften und der Mathematik erfordert und andererseits auch Fakten aus Geistes- und Sozialwissenschaften zur Erschließung neuer Erkenntnisse heranzieht.

Biologie am Köln Kolleg

Das Fach Biologie vermittelt biologisches Grundlagenwissen und trägt zu einem fundierten naturwissenschaftlichen Verständnis bei. Dabei kommt der Betrachtung lebendiger Systeme eine wichtige Bedeutung zu. Aus der Vielzahl möglicher Themen werden interessante Inhalte und Verfahren exemplarisch ausgewählt und Verfahren naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung behandelt und auch kritisch reflektiert.
Neben der wissenschaftspropädeutischen Ausrichtung sollen die Studierenden Verständnis biologischer Systeme und Arbeitsmethoden erwerben.

Zusätzlich werden stufen- und fachübergreifende Fachvorträge, sowie interessante Exkursionen zu verschiedenen Semesterthemen angeboten. Die Richtlinien und internen Curricula legen obligatorische Unterrichtsinhalte fest, lassen aber immer noch Freiräume für exemplarische Auswahl von Fallbeispielen, die mit den Interessen der Studierenden abgestimmt werden können.

Biologie - der Lehrplan

1. Semester: Cytologie

• Einführung in die Arbeitsweise der Biologie (Reflexion der Denk- und Praxismethoden) Mikroskopie einfacher Zellen
• Zelle als morphologisches System (licht- und elektronenmikroskopisches Bild der Zelle, als Einzeller, in Geweben, in Organen, tierische- und pflanzliche Zelle im Vergleich, Zell- und Gewebedifferenzierung
• Zelle als metabolisches System (Kompartimentierung und Stoffwechselfunktionen)
Feinbau der Zelle und Zellinhaltsstoffe, Proteine, Kohlenhydrate und Fette als räumliche Modelle
Bau und Funktion (kurz) der Zellorganellen
Bau und Funktion von Biomembranen
Osmose (Plasmolyse und Deplasmolyse)
• Zelle als vermehrungsfähiges System (Mitosezyklus)
  Chromosomen, Mitose

Einblicke in den Mikrokosmos (von links: Herr Biermann, Frau Rösler und Herr Steiner)

2. Semester: Stoffwechselphysiologie

• Enzymatische Reaktionen
  Enzyme als Biokatalysatoren (Substratspezifität, Wirkungskapazität)
Enzymmodell: Bau und Funktion von Enzymen
Abhängigkeit der Enzymwirkung von: Temperatur, ph-Wert, Sustratkonzentration,
Hemmung der Enzymaktivität
• Reaktionsorte und Ablauf der Fotosynthese (Chloroplastenbau, Primärreaktion, Sekundärreaktion)
Fotosynthesefaktoren (Licht, Temperatur, Kohlenstoffdioxid)
• Reaktionsorte und Ablauf der Dissimilation (Mitochondrienbau), Glukoseabbau und Energiegewinnung im Überblick

Ein Ei wird gebraten - das kennt man aus der Küche, aber erst im Unterricht zur Stoffwechselphysiologie wird klar: ab 40 denaturieren die Eiweiße verlieren ihre Form). Einfache Experimente veranschaulichen komplexe Zusammenhänge! (hier im Bild: der Koop-Leistungskurs; Ursula Genau, Barbara Ceravolo, Sabine Bruschi, Rosemarie Beckhaus, Oksana Litvinova, Claudia Slimak, Cornelia Heitmann; von links)

Der Lehrplan Biologie basiert auf den Richtlinien und Lehrpläne für den Unterricht an Abendgymnasien und Kollegs (1985), Erlasse des Schulministeriums NRW.

Durch die Einführung des Zentralabiturs werden die inhaltlichen Schwerpunkte durch das Schulministerium NRW festgelegt. Weitere Informationen sind unter http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de einzusehen.

Die Fachkonferenz Biologie am Köln-Kolleg nimmt folgende Zuordnung und Ausgestaltung der Themen für die einzelnen Semester vor:.

3. Semester: Ökologie

• Wirkungen abiotischer und biotischer Faktoren (z.B. Temperatur, Wasser (Feuchtigkeit), Licht, Räuber-Beute-Beziehungen)
• Ökosysteme (Produzenten-Konsumenten-Destruenten, Stoffkreisläufe, Energiefluss; Beispiele: See, Fließgewässer
• Humanökologie (Bevölkerungswachstum, Umweltkapazität)

Ökologische Untersuchungen an der französischen Küste - eine einmalige Chance, den Lebensraum Meer besser zu verstehen. Der Leistungskurs Biologie verlegte den Unterricht "nach draußen" (obere Reihe von links: Susanne Bohlen, Lars Schmitz, Annette Klarner, Martin Kajtazi-Gutzeit, Christian Uhe, Stephan Voigt, Alexander Meier, Thomas Peters; unten: Ramona Boy, Anna Hoffmann, Lars Hofmann, Katharina Köhler, Bianca Weide, Astrid Taggeselle, Heike Ebert, Grit Lüthge, Rainer Prang, Marcus Klein, Marion Bertram, Markus Wilke, Thomas Frickhard, Dr. Jürgen Nieder)

4. Semester: Genetik

Molekulare Grundlagen der Vererbung und Entwicklungssteuerung

• Aufbau und Strktur der DNA, Vergleich mit RNA, RNA-Typen, Verpackung der DNA
• Bakterien in der molekulargenetischen Forschung: Rekombination, Methoden der Kultivierung (LK)
• Replikation der DNA
• Vom Gen zum Merkmal
  - Ein Gen-Ein Enzym/Polypeptid-Hypothese (Mangelmutanten)
  - Genwirkketten
  - Wdh. Proteine und Enzyme
• Von der DNA zum Protein/PBS
  - Transkription, genetischer Code, Translation
  - Besonderheiten im genetischen System der Eukaryonten
• Genmutationen
  - verschiedene Typen von Genmutationen
  - Typen und Wirkungsweise von Mutagenen
  - Folgen einer Mutation für Genprodukt und Organismus
  - Genreparatur (LK)
  - Phänomen Krebs am Beispiel des Retinoblastoms
• Regulation der Genaktivität am Beispiel der Prokaryonten (Operonmodell im Zusammenhang mit Stoffwechselaktivitäten bei Bakterien)
  - lac-Operon (katabolischer Stoffwechsel)
  - tryp-Operon (anabolischer Stoffwechsel)
• Viren: Bedeutung für den Menschen

• Chromosomen des Menschen (Wdh., Vertiefung)
  - Karyogramme
• Bedeutung und Ablauf der Meiose (Wdh.)
  - Keimbahn und Soma, menschliche Gametogenese
  - genotypische Geschlechsbestimmung
  - menschl. Embryonalentwicklung (LK)
• Chromosomenanomalien beim Menschen
• - strukturelle, nummerische Chromosomenmutationen
• Chromosomen als Träger der Gene
  - Mendel 1-3 (Kreuzungsschemata)
  - Genkopplung
  - Entkopplung von Kopplungsgruppen durch CO
• Stammbaumanalysen und Erbganganalysen von monogen bedingten Merkmalen
  - autosomal bzw. x-chromosomal dominante/rezessive Vererbung
• humangenetische Methoden und Beratung
  - Analyse von Vererbungsschemata
  - pränatale Diagnostik
  - ethische Probleme der Humangenetik
• genetische Phänomene: multiple Allelie, Modifikation

• Tier- und Pflanzenzucht
• Werkzeuge und Verfahrensschritte der Gentechnik am Beispiel der PCR und des genetischen Fingerabdrucks
• Grundoperationen der Gentechnik (Schneiden, Kleben, Übertragen)
  - PCR, Gelelektrophorese, DNA-Sequenzierung
  - Finden und Gewinnen von Genen, Genbibliothek, Gensonden
  - Genetischer Fingerabdruck
• angewandte Gentechnik an ausgewählten Beispielen
• mögliche Vertiefungen
  - Gentechnik in der Medikamentenherstellung und in der medizinischen Diagnostik
  - Gentherapie
  - Reproduktionstechniken, Klonen, Stammzellforschung
  - Genkartierung und humanes Genomprojekt
• Methoden der Kultivierung von Bakterien (LK)
• Übernachtkulturen, Titerbestimmung (ggf. auch unter "Molekulare Grundlagen der Vererbung")

5. und 6. Semester: Evolution/ Evolution unter Berücksichtigung verhaltens- und soziologischer Aspekte

• genotypische Variabilität von Populationen, Mutationen, Rekombination
• phänotypische Variationen innerhalb und zwischen Populationen
• Selektion und Anpassungsprozesse
  
  
• möglicher Anwendungsbezug: Züchtung und Bedeutung von Kulturpflanzen, Nutz- und Haustieren
• Beschreiben, Klassifizieren von Phänotypen und Darstellung ihrer Häufigkeiten
• Selektionsprozesse

• Fitness (direkte und indirekte)
• Kosten-Nutzen-Prinzip bei Konkurrenz und Ressourcen
• nur LK:
• Fortpflazungsstrategien
• Partnerwahl, Paarungssysteme (Sozialsysteme)
• Koevolution
  
  
• Verhaltensbeobachtungen und Erstellen eines Ethogramms z.B. zum Primatenverhalten im Zoo
• Filmanalyse
• Quantitativer Erfassung von Verhaltensbeobachtungen
• Auswerten von Ergebnissen aus Originaluntersuchungen (Fachliteratur)

• Separation, Rassenbildung, Isolation
• adaptive Radiation/ Rassenkreise
• Wege zur Artbildung, sympatrisch/ allopatrisch
  
  
• Auswerten und Vergleichen von Sonogrammen

• rezente Hinweise aus Morphologie, Anatomie, Biochemie, Physiologie
• paläantologische Hinweise
• Systematik und physogenetischer Stammbaum an einem Beispiel, Ableitung von Progresseionsreihen
• Erklärungsmodelle fü Evolution
• Historische Evolutionstheorien (Lamarck, Darwin, u.a.)
• synthetische Evolutionstheorie
  
  
• möglicher Anwendungsbezug: verwandtschaftliche Einordnung von Organismen
• Ordnen und Vergleichen von biologischer Vielfalt mittelts Homologiekriterien
• Theoriebildung auf der Basis von Einzelphänomenen und Hypothesen

• Fossile und rezente Hinweise zur Evolution des Menschen
  
  
• Erstellen eines Stammbaums auf Grund von Einzelfunden und dessen Problematik

Fossilien sind eindrucksvolle Zeugnisse des Lebens vergangener Erdzeitalter. Die "Kalkmulde von Sötenich" in der Eifel war das Ziel einer Exkursion des Leistungskurses Biologie im Sommersemester 2003. Nicole Klussmann, Alexander Meier und Marion Bertram freuen sich über fossile Korallen und Brachiopoden, die man nur aus dem Schotter aufsammeln muss.

• Dr. Bielig
• Marco Bruckmaier
• Claudia Fink
• Eva Kiehl
• Monika Meumertzhaeim
• Helmut Ott
• Hartmut Poesche
• Petra Schaten

Im Biologieunterricht am Köln-Kolleg wird mit den Themenheften aus der Grüne Reihe Materialien SII, Schroedel Verlag gearbeitet.

• Einführungsphase (1. und 2. Semester): Grüne Reihe Materialien SII, Zellbiologie , Schroedel Verlag, ISBN 978-3-507-10912-4 (neuste Auflage)
• 3. Semester: Grüne Reihe Materialien SII, Ökologie
• 4. Semester: Grüne Reihe Materialien SII, Genetik
• 5. Semester: Grüne Reihe Materialien SII, Evolution

• Naturdetektive www.naturdetektive.de
• FOODSTUDENTS - Informationen zur Ernährung des European Food Information Council www.eufug.org/
• TRANSGEN - Portal des Bundesverbandes Verbraucher Initiative e.V. zur Gentechnik im Lebensmittelbereich www.transgen.de
• Xplore! das virtuelle Biotechnik-Labor der BASF www.explore-biotech.de

• Jugend forscht - Zentralseite www.jugend-forscht.de
• Wettbewerbe für Schulen und Schüler www.schulweb.de/de/webbewerbe/index.html

• WWF - Global Network - WORLD WIDE FUND FOR NATURE www.panda.org/
• Greenpeace International Home Page Greenpeace International Home Page

• Bild der Wissenschaft www.wissenschaft.de
• NATUR HOMEPAGE www.natur.de
• BiuZ Biologie in unserer Zeit
• Nature - Deutschland www.deutsche.nature.com
• Geo Explorer www.geo.de
• Online-Magazin des Max-Planck-Instituts www.max-wissen.de

• Universitäts- und Stadtbibliothek Köln http://www.ub.uni-koeln.de/
• Stadtbibliothek Köln http://www.stbib-koeln.de/index1.htm" target="blank
• Hochschulbibliothekszentrum des Landes Nordrhein-Westfalen - HBZ, Koeln http://www.hbz-nrw.de/

• Kölner Zoo http://www.zoo-koeln.de
• Museum Koenig Bonn http:/www.zfmk.de/
• Neanderthal Museum Homepage http://www.neanderthal.de/" target="blank/
• Museen und Ausstellungen in Deutschland, Österreich und der Schweiz http:// www.webmuseen.de/
• Senckenberg Homepage Zentrum für Biodiversitätsforschung http://senckenberg.uni-frankfurt.de/

• http://www.biolinks.ginkgo-web.de
• http://www.biolinks.de/sch10.htm

Der Fachbereich Biologie umfasst einen Hörsaal, einen Experimentier- und einen Besprechungs- und Medienraum, sowie die Biologiesammlung. Diese ist geräumig untergebracht und gut ausgestattet.

In der Biologiesammlung findet man vielfältige Medien: Dazu gehören zum Beispiel mikroskopische Dauerpräparate, zahlreiche Modelle, sowie Simulationsprogamme, facheigene Rechner, Beamer und eine Präsenzbibliothek, aber auch Geräte und Materialien zum Experimentieren. Durch die größer werdende Bedeutung des Internets und der elektronischen Informationsmedien werden diese in Zukunft verstärkt im Unterricht eingesetzt.