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MINT-Biologie

Rasterelektronenmikroskop und Ultraschalldiagnostik

Im Unterricht der Jahrgangsstufe 10 ist die Beschäftigung mit elektronenmikroskopischen Aufnahmen von Zellen und Geweben essentieller Bestandteil des zellbiologischen Einführungskurses. Um praktische Erfahrungen dieser wichtigen Technik zu ermöglichen, besuchen Biologie-Leistungskursschülerinnen und -schüler regelmäßig das Rasterelektronenmikroskop des Fachbereichs Medizintechnik an der Fachhochschule Remagen. Dort lernen sie in Kleingruppen die Probenaufbereitung sowie den eigenständigen Umgang mit der Apparatur kennen, indem sie mitgebrachte Präparate (Insekten, Haare, Blattepidermis) untersuchen. Auch die Fehleranalyse sowie Fragen der Bildoptimierung werden diskutiert. Angeleitet werden die Schülerinnen und Schüler von Mentorinnen des Ada-Lovelace-Projekts zur Förderung von Mädchen und Frauen in Naturwissenschaft und Technik. Ergänzt wird dieser Praktikumsnachmittag durch eine Einführung in die Ultraschalldiagnostik. Diese bildgebende Verfahren lernen die Schülerinnen und Schüler am Modell sowie am eigenen Körper kennen. Auch weiterführende Techniken wie die Doppler-Sonographie werden praktisch demonstriert und ihre Anwendung in der Medizindiagnostik diskutiert. Der Praktikumsnachmittag leistet damit einen wichtigen Brückenschlag zwischen den Bildgebungsverfahren, die in hohem Maße physikalisch-technisches Wissen erfordern, für das Biologieleistungskursschülerinnen und -schüler häufig erst sensibilisiert werden müssen, und der biologischen Interpretation der Untersuchungsergebnisse.

Gewässerpraktikum

Im Rahmen der Beschäftigung mit dem Thema Ökologie in der Jahrgangsstufe 11 ist für die Biologie Grund- und Leistungskurse die praktische Untersuchung eines Gewässers vorgesehen, um das Wissen um die Zusammenhänge und Wechselbeziehungen eines solchen Ökosystems, die zuvor im Unterricht behandelt wurden, auf ein konkretes Beispiel in der Praxis anzuwenden. Dabei werden die physikalisch-geographischen Rahmenbedingungen bewertet (Gewässerstrukturanalyse), die chemischen und physikalischen Parameter der Gewässergüte untersucht (z.B. Temperatur, Nitrat-, Phosphat-, Sauerstoffgehalt) sowie die Organismen und ihre Zusammensetzung studiert (Bestimmung der Biomasse, Saprobienindex, Mikroskopische Untersuchung der Planktonorganismen). Im Zentrum der Untersuchungen stehen sowohl Seen (z.B. Meerfelder Maar in Bettenfeld ), Sorpesee im Sauerland, Rheinauensee in Bonn als auch Fließgewässer (Urft in Nettersheim). „Heimische“ Gewässerproben, z.B. des Rheins, werden zudem mit entsprechenden Nachweis-Reagenzien in der Schule selbst analysiert.

Biologische Modelbildung

Um den Schülerinnen und Schülern das Verhalten komplexer Öko-Systeme zu verdeutlichen, wird in den Biologie – Leistungskursen der Jahrgangstufe 12 regelmäßig die Dynamik von Populationen mit Hilfe des Computerprogramms DYNASIS (vgl. www.hupfeld-software.de/pmwiki/pmwiki.php?n=Main.Dynasys) modelliert. Dabei erfahren sie, dass selbst kleine Veränderungen der Ausgangs- oder Rahmenbedingungen große Auswirkungen auf die Entwicklung einer Population haben können.
Die Modelle werden dazu verwendet, um Voraussagen über den Erfolg verschiedener Maßnahmen zur Schädlingsbekämpfung zu machen. Hier können chemische und biologische Strategien miteinander verglichen, ihre Auswirkungen im Modell erfasst und anschließend bewertet werden.
Darüber hinaus erfolgt eine intensive Auseinandersetzung mit den grundlegenden Möglichkeiten und Grenzen einer biologischen Modellbildung.

Facharbeiten in Zusammenarbeit mit außerschulischen Einrichtungen

Im Rahmen des Biologie-Leistungskurs entstehen immer wieder Facharbeiten in Zusammenarbeit mit außerschulischen Partnern. Dabei profitieren die Schülerinnen und Schüler zum einen von den Experten vor Ort, zum anderen eröffnen sich ihnen viele spannende experimentelle Möglichkeiten. In den vergangenen Jahren entstanden z.B. Arbeiten zu folgenden Themengebieten:

Untersuchung der Keimbelastung von Münzgeld in Zusammenarbeit mit dem Mikrobiologischen Institut der Universität Bonn
Raumfahrt-Medizin in Zusammenarbeit mit dem DLR School Lab in Köln-Porz (vgl. www.dlr.de/schoollab/desktopdefault.aspx/tabid-1718)
Resistenzbildung von Bakterien gegenüber Antibiotika in Zusammenarbeit mit dem Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz in Koblenz (vgl. www.lua.rlp.de)
Behandlungsmöglichkeiten von Epilepsie-Patienten in Zusammenarbeit mit der Klinik für Epileptologie des Universitätsklinikums Bonn (vgl. www.meb.uni-bonn.de/epileptologie/cms/front_content.php?idcat=222)
Molekularbiologische Studien zur Arthrose bei Pferden in Zusammenarbeit mit dem molekularbiologischen Institut der Universität Köln.

Primatenevolution im Kölner Zoo

Im Rahmen der Beschäftigung mit der Evolutionstheorie in der Jahrgangsstufe 12 wird in den Biologie-Leistungskursen häufig eine Exkursion in den Kölner Zoo (vgl. https://www.koelnerzoo.de/images/pdf/Fortbildung/Fortbildung-Primaten-Evolution-SII.pdf ) durchgeführt, auf der die Schülerinnen und Schülern durch Beobachtung der Anatomie und des Verhaltens verschiedener Affenarten Entwicklungstendenzen innerhalb der Primaten entdecken können. Auf diese Weise gelingt es den Schülerinnen und Schülern einen Modellstammbaum dieser taxonomischen Gruppe zu entwickeln und die Entwicklungstendenzen als Anpassungen an sich verändernde Umweltbedingungen zu analysieren.