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Be­ruf­li­che Schu­len

Bil­dungs­pla­n­ar­beit für die Be­ruf­li­chen Gym­na­si­en 2021

Bio­in­for­ma­tik

Ein­gangs­klas­se, Jahr­gangs­stu­fen 1 und 2

Vor­be­mer­kun­gen

Fach­be­zo­ge­ne Vor­be­mer­kun­gen

1. Fach­spe­zi­fi­scher Bil­dungs­auf­trag (Bil­dungs­wert des Fa­ches)
Die Bio­in­for­ma­tik als in­ter­dis­zi­pli­nä­re Wis­sen­schaft löst Fra­ge­stel­lun­gen aus den Le­bens­wis­sen­schaf­ten mit theo­re­ti­schen, com­pu­ter­ge­stütz­ten Me­tho­den. Ein pro­mi­nen­tes Bei­spiel für die Be­deu­tung die­ser Dis­zi­plin ist ihr An­teil an der Se­quen­zie­rung des mensch­li­chen Ge­noms. Auch bei ak­tu­ell statt­fin­den­den und zu­künf­ti­gen funk­tio­nel­len Ana­ly­sen von Genom‑, Pro­teom- und Me­ta­bo­lom­da­ten sind bio­in­for­ma­ti­sche Me­tho­den un­er­läss­lich. Die Bio­in­for­ma­tik leis­tet damit einen zen­tra­len Bei­trag zum Ver­ständ­nis des Le­bens und dem Selbst­ver­ständ­nis des Men­schen.
Das Fach Bio­in­for­ma­tik ge­währt den Schü­le­rin­nen und Schü­lern eine Ori­en­tie­rung be­züg­lich be­ruf­li­cher Per­spek­ti­ven im Be­reich der Da­ten­er­he­bung und Da­ten­ana­ly­se, vor allem in den Ge­sund­heits- und Le­bens­wis­sen­schaf­ten als be­deut­sa­men An­wen­dungs­be­rei­chen einer Viel­zahl in­for­ma­ti­scher Me­tho­den. Die Bio­in­for­ma­tik ist somit eine wert­vol­le Er­gän­zung zu den na­tur­wis­sen­schaft­li­chen Pro­fil­fä­chern.
Der fä­cher­über­grei­fen­de Un­ter­richt er­mög­licht den Schü­le­rin­nen und Schü­lern die eng­li­sche Spra­che als die „Wis­sen­schafts­spra­che“ ken­nen zu ler­nen und durch deren re­gel­mä­ßi­ge An­wen­dung zu ver­tie­fen. Der in­ter­dis­zi­pli­nä­re Cha­rak­ter der Bio­in­for­ma­tik wird unter an­de­rem auch durch die Quer­ver­wei­se zu den Bil­dungs­plä­nen Bio­tech­no­lo­gie, Che­mie und In­for­ma­tik als be­deu­ten­de wis­sen­schaft­li­che Dis­zi­plin deut­lich.
Die bio­lo­gi­schen Fra­ge­stel­lun­gen und in­for­ma­ti­ons­tech­ni­schen Her­aus­for­de­run­gen, die sich ins­be­son­de­re durch das Vor­han­den­sein gro­ßer Da­ten­men­gen er­ge­ben, wer­den mit­hil­fe bio­in­for­ma­ti­scher Me­tho­den be­ar­bei­tet und letzt­end­lich ziel­füh­ren­de Ant­wor­ten und Lö­sun­gen er­mit­telt. Zu­sam­men mit dem Fach In­for­ma­tik un­ter­stützt das Fach damit die Ent­wick­lung von di­gi­ta­len Kom­pe­ten­zen der Schü­le­rin­nen und Schü­ler und be­rei­tet sie auf eine zu­neh­mend di­gi­ta­li­sier­te Le­bens- und Ar­beits­welt vor.
Die Aus­wahl der The­men­ge­bie­te und die in­halt­li­che Ge­stal­tung der Bil­dungs­plan­ein­hei­ten be­rück­sich­tigt die bio­lo­gi­schen und in­for­ma­ti­ons­tech­ni­schen Vor­kennt­nis­se der Schü­le­rin­nen und Schü­ler mit einem mitt­le­ren Bil­dungs­ab­schluss und ist mit der Ziel­set­zung er­folgt, eine Wei­ter­ent­wick­lung ihrer fach­li­chen und per­so­na­len Kom­pe­ten­zen zu er­mög­li­chen.
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wer­den durch die Aus­bil­dung von in­halts- und pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen über eine kom­pe­tenz­ori­en­tier­te Ge­stal­tung des Un­ter­richts im Fach Bio­in­for­ma­tik be­fä­higt, sich aktiv an ge­sell­schaft­li­chen und wis­sen­schaft­li­chen Dis­kus­sio­nen zu be­tei­li­gen.

2. Fach­li­che Aus­sa­gen zum Kom­pe­ten­z­er­werb, pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen

In­halts­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen
Die in­halts­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen ori­en­tie­ren sich an ak­tu­el­len bio­lo­gi­schen Fra­ge­stel­lun­gen, vor allem aus dem Be­reich der Ge­no­mik, sowie deren Lö­sun­gen durch Ein­satz (bio)in­for­ma­ti­scher Me­tho­den. Im Ein­zel­nen ist Fach­wis­sen aus fol­gen­den The­men­kom­ple­xen be­inhal­tet: di­gi­ta­le Platt­for­men und Pro­gram­me zur Pro­to­kol­lie­rung und Aus­wer­tung na­tur­wis­sen­schaft­li­cher Daten, di­gi­ta­le Me­di­en zur Dar­stel­lung und Prä­sen­ta­ti­on abs­trak­ter bio­lo­gi­scher und che­mi­scher Pro­zes­se, Ver­wal­tung und Aus­wer­tung bio­lo­gi­scher Se­quenz­da­ten und Ent­wick­lung bio­in­for­ma­ti­scher Pro­gram­me. Die Er­ar­bei­tung der fach­li­chen In­hal­te er­folgt ex­em­pla­risch mit dem Ziel, die ein­zel­nen In­hal­te mit in­for­ma­ti­schen Grund­sät­zen und bio­lo­gi­schen Prin­zi­pi­en zu ver­knüp­fen.
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­fas­sen sich im Un­ter­richt der Ein­gangs­klas­se schwer­punkt­mä­ßig mit der rech­ner­ge­stütz­ten Pro­to­kol­lie­rung, Aus­wer­tung und Prä­sen­ta­ti­on von Daten. Diese Daten stam­men aus einem Prak­ti­kums­un­ter­richt oder wur­den bei der Durch­füh­rung von Ex­pe­ri­men­ten im na­tur­wis­sen­schaft­li­chen Un­ter­richt ge­sam­melt. Zudem ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler, mit­hil­fe ge­eig­ne­ter Pro­gram­me, Ani­ma­tio­nen und Lern­vi­de­os zu mo­le­ku­lar- und zell­bio­lo­gi­schen Vor­gän­gen zu er­stel­len und deren Qua­li­tät zu be­wer­ten. Sie sind dar­über hin­aus in der Lage, die Qua­li­tät der ver­wen­de­ten In­for­ma­tio­nen und Quel­len zu be­ur­tei­len. In der Summe haben die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Ge­le­gen­heit, di­gi­ta­le Me­di­en als Lern­werk­zeu­ge und auch als Werk­zeu­ge ko­ope­ra­ti­ven Ler­nens für sich zu ent­de­cken. Diese Art der Nut­zung di­gi­ta­ler Me­di­en im na­tur­wis­sen­schaft­li­chen Un­ter­richt stellt als Kern­kom­pe­tenz eine wich­ti­ge Grund­la­ge für das spä­te­re Be­rufs­le­ben dar.
Der Un­ter­richt in den Jahr­gangs­stu­fen 1 und 2 kann ohne Vor­kennt­nis­se aus der Ein­gangs­klas­se er­fol­gen.
In der Jahr­gangs­stu­fe 1 steht die Ana­ly­se in­for­ma­ti­ons­tra­gen­der Se­quen­zen ver­schie­de­ner Arten von Bio­mo­le­kü­len im Vor­der­grund. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­fah­ren, dass sol­che Daten mit­tels in­ter­na­tio­nal zu­gäng­li­cher Da­ten­ban­ken ver­wal­tet und für eine Aus­wer­tung zur Ver­fü­gung ge­stellt wer­den. Sie kön­nen somit ihre Kom­pe­ten­zen in Bezug auf das Ent­wi­ckeln von ziel­ge­rich­te­ten Ab­fra­ge­stra­te­gi­en stär­ken. Des Wei­te­ren brin­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler bei der Ana­ly­se der er­mit­tel­ten Da­ten­sät­ze ihre Eng­lisch­kennt­nis­se ein und ge­lan­gen zu einem tie­fe­ren Ver­ständ­nis der bio­lo­gi­schen Grund­la­gen, die zur Be­ant­wor­tung ihrer Aus­gangs­fra­ge­stel­lun­gen nötig sind. In der An­wen­dung der Me­tho­dik des Se­quenz­ver­gleichs ler­nen sie vor allem die Prin­zi­pi­en der Mus­ter­er­ken­nung ken­nen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen damit die Be­deu­tung einer sys­te­ma­ti­schen Her­an­ge­hens­wei­se zur Lö­sung eines Pro­blems in Form von Al­go­rith­men ein­schät­zen und als Kom­pe­tenz ein­set­zen.
Se­quenz­ver­glei­che lie­fern in der Jahr­gangs­stu­fe 2 Daten, die zur Re­kon­struk­ti­on mo­le­ku­la­rer Stamm­bäu­me ge­nutzt wer­den. Zur Be­ur­tei­lung der er­stell­ten phy­lo­ge­ne­ti­schen Mo­del­le er­ar­bei­ten sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Grund­la­gen der Evo­lu­ti­ons­theo­rie und Ta­xo­no­mie. Die Aus­ein­an­der­set­zung mit die­ser The­ma­tik ver­hilft den Schü­le­rin­nen und Schü­lern zu einer ver­tief­ten Re­fle­xi­on über das Leben und das Selbst­ver­ständ­nis des Men­schen. Zudem wer­den die in­ner­halb des Fachs In­for­ma­tik ver­mit­tel­ten Grund­kennt­nis­se der Pro­gram­mie­rung in der Bio­in­for­ma­tik ge­nutzt, um An­wen­dungs­pro­gram­me zu er­stel­len, die ty­pi­sche Pro­ble­me der Mus­ter­er­ken­nung im Kon­text der Se­quenz­ana­ly­se lösen. Dazu ent­wi­ckeln die Schü­le­rin­nen und Schü­ler schritt­wei­se die ent­spre­chen­den Al­go­rith­men und im­ple­men­tie­ren sie in Form von ab­lauf­fä­hi­gen Pro­gram­men.

Pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen
Die Ver­mitt­lung der pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen er­folgt an­hand der fach­li­chen In­hal­te ge­mein­sam mit den in­halts­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen und setzt eine ent­spre­chen­de fach­di­dak­ti­sche Un­ter­richts­ge­stal­tung vor­aus.
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler struk­tu­rie­ren und ver­net­zen Daten, indem sie z. B. na­tur­wis­sen­schaft­li­che Ver­suchs­be­schrei­bun­gen und ‑er­geb­nis­se sam­meln, do­ku­men­tie­ren und in eine di­gi­ta­le Platt­form ein­bin­den (BPE 1), indem sie Ob­jek­te für Ani­ma­tio­nen struk­tu­riert an­ord­nen und ver­knüp­fen (BPE 3) und indem sie Be­zie­hun­gen von Daten in Stamm­baum-Hier­ar­chi­en oder in ta­xo­no­mi­schen Ein­ord­nun­gen er­ken­nen und er­läu­tern (BPE 10). Sie struk­tu­rie­ren und ver­net­zen Pro­zes­se, indem sie z. B. do­ku­men­tier­te Ver­suchs­da­ten in kau­sal be­grün­de­ten Schrit­ten aus­wer­ten (BPE 1 und 2), eine di­gi­ta­le Platt­form als Schnitt­stel­le für die ar­beits­tei­li­ge Auf­be­rei­tung und Be­wer­tung der Do­ku­men­ta­tio­nen nut­zen (BPE 1) und indem sie die nö­ti­gen Hand­lungs­schrit­te bei der Er­stel­lung und Aus­wer­tung von Se­quenz­ver­glei­chen chro­no­lo­gisch und kau­sal ord­nen (BPE 7, 8 und 9).
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren na­tur­wis­sen­schaft­li­che Pro­blem­stel­lun­gen und be­rei­ten sie auf, indem sie z. B. für die Vi­sua­li­sie­rung abs­trak­ter bio­lo­gi­scher Pro­zes­se re­le­van­te In­for­ma­tio­nen her­aus­ar­bei­ten (BPE 3) und indem sie In­for­ma­tio­nen zur Se­quenz­ana­ly­se aus Da­ten­ban­ken be­schaf­fen und ana­ly­sie­ren (BPE 6). Sie kon­zi­pie­ren und ent­wi­ckeln Lö­sun­gen, indem sie z. B. Lö­sungs­stra­te­gi­en für das Er­stel­len von Se­quen­za­li­gn­ments aus­wäh­len (BPE 8) und indem sie Se­quenz­da­ten als in­for­ma­ti­sche Mo­del­le der Phy­lo­ge­nie von Le­be­we­sen dar­stel­len (BPE 10). Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler im­ple­men­tie­ren, indem sie Al­go­rith­men zur Se­quenz­ana­ly­se in einer Pro­gram­mier­spra­che co­die­ren (BPE 11). Sie tes­ten und re­flek­tie­ren, indem sie z. B. er­stell­te Se­quen­za­li­gn­ments (BPE 8) und mo­del­lier­te Stamm­bäu­me (BPE 10) be­wer­ten, sowie Feh­ler in der Im­ple­men­tie­rung sys­te­ma­tisch auf­spü­ren und be­he­ben (BPE 11).
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len Über­le­gun­gen, Lö­sungs­we­ge und Er­geb­nis­se dar, indem sie z. B. fach­spe­zi­fi­sche Schreib­wei­sen zur Dar­stel­lung bio­lo­gi­scher Se­quen­zen (BPE 4) oder Pro­gramm­code (BPE 11) ver­wen­den und indem sie Er­geb­nis­se von Se­quenz­ver­glei­chen als Ali­gn­ments (BPE 8 und 9) und z. B. Phy­lo­gram­me (BPE 10) unter Be­ach­tung von Fach­ter­mi­no­lo­gie er­läu­tern und struk­tu­riert dar­stel­len. Sie do­ku­men­tie­ren und kom­men­tie­ren, indem sie vor­han­de­nen Pro­gramm­code lesen und ver­ste­hen bzw. ei­ge­nen Pro­gramm­code kom­men­tie­ren und do­ku­men­tie­ren (BPE 11). Sie ar­bei­ten ko­ope­ra­tiv, indem sie als Team ein di­gi­ta­les La­bor­jour­nal füh­ren und die Daten ar­beits­tei­lig auf­be­rei­ten, prä­sen­tie­ren und re­flek­tie­ren (BPE 1). Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kom­mu­ni­zie­ren in der Ge­sell­schaft, indem sie z. B. ver­ant­wor­tungs­voll mit ei­ge­nen und frem­den per­so­nen­be­zo­ge­nen Daten um­ge­hen und Si­cher­heits­as­pek­te bei ihrem Kom­mu­ni­ka­ti­ons­ver­hal­ten be­rück­sich­ti­gen (BPE 1).
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren und be­wer­ten, indem sie z. B. un­ter­schied­li­che Lö­sungs­an­sät­ze und Vor­ge­hens­wei­sen bei der Durch­füh­rung von Se­quenz­ver­glei­chen (BPE 7), beim Er­stel­len von Se­quen­za­li­gn­ments (BPE 8 und 9) und mo­le­ku­la­ren Stamm­bäu­men (BPE 10) mit­ein­an­der ver­glei­chen und be­wer­ten, dar­aus einen Op­ti­mie­rungs­be­darf er­mit­teln und Lö­sungs­we­ge op­ti­mie­ren, indem sie Ein­satz­be­rei­che und Gren­zen von Mo­del­len er­ken­nen (BPE 8, 9 und 10), indem die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Aus­wir­kun­gen von Com­pu­ter­sys­te­men und in­for­ma­ti­schen Mo­del­len auf Ge­sell­schaft, Be­rufs­welt und per­sön­li­ches Le­bens­um­feld aus ver­schie­de­nen Per­spek­ti­ven be­wer­ten (BPE 1, 5 und 10) und indem sie im Zu­sam­men­hang mit einer di­gi­ta­li­sier­ten Ge­sell­schaft einen ei­ge­nen Stand­punkt zu ethi­schen Fra­gen in der In­for­ma­tik ein­neh­men und ihn ar­gu­men­ta­tiv ver­tre­ten (BPE 1). (vgl. Ein­heit­li­che Prü­fungs­an­for­de­run­gen in der Ab­itur­prü­fung Be­ruf­li­che In­for­ma­tik der KMK i. d. F. vom 10.05.2007)

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 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

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

20

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt
z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Er­stel­len eines wis­sen­schaft­li­chen Pos­ters in elek­tro­ni­scher Form und des­sen Prä­sen­ta­ti­on mit einem Bild­schirm­prä­sen­ta­ti­ons-pro­gramm
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten unter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 1

Do­ku­men­ta­ti­on von na­tur­wis­sen­schaft­li­chen Ver­su­chen in einem di­gi­ta­len La­bor­jour­nal

20
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nut­zen eine di­gi­ta­le Platt­form, um Ver­su­che aus dem na­tur­wis­sen­schaft­li­chen Un­ter­richt zu pro­to­kol­lie­ren und die Ver­such­s­er­geb­nis­se zu in­ter­pre­tie­ren. Sie er­ken­nen, dass durch den Aus­tausch von Ma­te­ria­li­en und durch das ge­mein­sa­me, struk­tu­rier­te Be­ar­bei­ten von Auf­ga­ben­stel­lun­gen Lern­er­fol­ge ver­bes­sert wer­den kön­nen. Dabei ler­nen sie auch die für die Nut­zung von di­gi­ta­len Me­di­en not­wen­di­gen Prin­zi­pi­en der Da­ten­si­cher­heit ken­nen.

BPE 1.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len Er­geb­nis­se aus na­tur­wis­sen­schaft­li­chen Ver­su­chen in einem di­gi­ta­len La­bor­jour­nal in ge­eig­ne­ten Da­tei­for­ma­ten dar und do­ku­men­tie­ren diese. Sie über­prü­fen die er­stell­ten Do­ku­men­ta­tio­nen nach dem Peer-Re­view-Ver­fah­ren.
Di­gi­ta­le Platt­form
Mood­le, Lab­fol­der; Be­rufs­ori­en­tie­rung: Do­ku­men­ta­ti­on von La­bor­tä­tig­kei­ten nach GLP (Gute La­bor­pra­xis)
  • Da­ten­sät­ze: Ver­suchs­be­ob­ach­tun­gen, Bild­ma­te­ri­al, Mess­da­ten
La­bor­übun­gen, Ver­su­che im Un­ter­richt; ge­mein­sa­mes Be­ar­bei­ten von Da­ten­sät­zen
  • For­ma­te: Text‑, Ta­bel­len­kal­ku­la­ti­ons‑, Bild­da­tei­en
.txt, .docx, .jpeg, .xlsx
  • Da­tei­über­sicht, Struk­tur der Da­tei­ab­la­ge

BPE 1.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­voll­stän­di­gen die be­ste­hen­de Do­ku­men­ta­ti­on von Ver­su­chen mit er­läu­tern­den Da­tei­en. Auf die­ser Basis wer­ten sie die Ver­such­s­er­geb­nis­se aus und neh­men Stel­lung zu Ver­suchs­durch­füh­rung und Ver­such­s­er­geb­nis.
Da­ten­sät­ze: theo­re­ti­sche Grund­la­gen
Un­ter­richts­ma­te­ria­li­en; Sche­ma­ta, Ex­zer­pte
Aus­wer­tung
Dis­kus­si­ons­fo­rum
  • In­ter­pre­ta­ti­on der Be­ob­ach­tun­gen

  • gra­fi­sche Dar­stel­lung und Aus­wer­tung von Mess­da­ten, In­ter­pre­ta­ti­on der Daten
vgl. BPE 2
  • In­ter­pre­ta­ti­on der Ver­suchs­kon­trol­len und be­schrei­ben­de Feh­ler­be­trach­tung

Do­ku­men­tier­te Stel­lung­nah­me
For­mat: .pdf

BPE 1.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grün­den die Not­wen­dig­keit für den si­che­ren Um­gang mit Daten bei der Nut­zung des La­bor­jour­nals als di­gi­ta­les Me­di­um. Sie be­wer­ten Richt­li­ni­en für die Ver­ga­be von Nut­zungs­rech­ten.
Da­ten­schutz
Da­ten­schutz-Grund­ver­ord­nung
Da­ten­si­cher­heit

  • Au­then­ti­fi­zie­rung
durch Login
  • Ver­ga­be von Zu­gangs- und Be­ar­bei­tungs­rech­ten
Au­to­ren­kon­trol­le

BPE 2

An­wen­dung eines Ta­bel­len­kal­ku­la­ti­ons­pro­gram­mes zur Aus­wer­tung und Dar­stel­lung von na­tur­wis­sen­schaft­li­chen Daten

10
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den ein Ta­bel­len­kal­ku­la­ti­ons­pro­gramm zur Er­fas­sung und Dar­stel­lung na­tur­wis­sen­schaft­li­cher Daten an. Sie ge­win­nen die Er­kennt­nis, dass die durch das Pro­gramm ge­ge­be­nen Aus­wer­tungs- und Dar­stel­lungs­mög­lich­kei­ten die Auf­be­rei­tung der Daten ver­bes­sern kön­nen. Dabei ver­tie­fen sie ihr ei­ge­nes Ver­ständ­nis für das Da­ten­ma­te­ri­al und des­sen In­ter­pre­ta­ti­on. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen, dass durch die Form der Dar­stel­lung die In­ter­pre­ta­ti­on der Daten bis zu einem ge­wis­sen Maß ge­lenkt wer­den kann. So wer­den sie im Um­gang mit ent­spre­chen­den Dia­gram­men in Bezug auf deren In­ter­pre­ta­ti­on sen­si­bi­li­siert.

BPE 2.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len na­tur­wis­sen­schaft­li­che Daten in einem Ta­bel­len­kal­ku­la­ti­ons­pro­gramm dar und wer­ten sie mit­hil­fe eines Re­chen­blatts aus.
Ein­ga­be von Daten

  • Zell­for­ma­te

  • Daten im­por­tie­ren
vgl. BPE1
Aus­wer­ten von Daten
vgl. In­for­ma­tik, Ein­gangs­klas­se
  • For­meln

  • Ein­satz von Funk­tio­nen: WENN, VER­WEIS, SUMME, MIT­TEL­WERT, AN­ZAHL, MAX, MIN
LOG10
  • re­la­ti­ve Zelladres­se

  • ab­so­lu­te Zelladres­se

BPE 2.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­stel­len Dia­gram­me zu den auf einem Re­chen­blatt er­fass­ten Daten. Sie de­fi­nie­ren Dia­gramm­ty­pen und be­grün­den deren Wahl mit dem zu­grun­de­lie­gen­den Zah­len­ma­te­ri­al und dem Ziel der Vi­sua­li­sie­rung.
Dia­gramm-As­sis­tent
vgl. BPE 1
Da­ten­quel­le: Ru­bri­ken, Da­ten­rei­hen

Dia­gramm­ty­pen

  • Säule
z. B. An­ti­bio­gramm
  • Kreis
z. B. In­halts­stof­fe des Cy­to­plas­mas
  • Punkt (XY)
z. B. Wachs­tums­kur­ve

BPE 2.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den zu­sätz­li­che Dia­gram­m­ele­men­te für eine ver­tief­te Aus­wer­tung der Daten an und dis­ku­tie­ren die Aus­sa­ge­kraft des er­stell­ten Dia­gramms.
Dia­gramm- und Ach­sen­ti­tel

Da­ten­be­schrif­tung

Le­gen­de

Trend­li­ni­en
Da­ten­lü­cken
Aus­sa­ge­kraft: Kri­te­ri­en­ka­ta­log
z. B. Da­ten­aus­wahl, Ach­sen­aus­schnit­te; ob­jek­ti­ve ver­sus ma­ni­pu­la­ti­ve Dar­stel­lung

BPE 3

Er­stel­len von Ani­ma­tio­nen und Lern­vi­de­os zur Er­läu­te­rung von zell- oder mo­le­ku­lar­bio­lo­gi­schen Vor­gän­gen

20
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen das Potenzial von Ani­ma­tio­nen und Vi­deo­se­quen­zen zur mo­dell­haf­ten Dar­stel­lung von kom­ple­xen zel­lu­lä­ren oder mo­le­ku­la­ren Vor­gän­gen. Sie nut­zen die selbst er­stell­ten Mo­del­le zur Vi­sua­li­sie­rung und Er­klä­rung der ent­spre­chen­den Ab­läu­fe. Dabei re­flek­tie­ren sie Ei­gen­schaf­ten bzw. Kenn­zei­chen, die Lern­vi­de­os auf­wei­sen soll­ten, um ihre Funk­ti­on er­fül­len zu kön­nen.

BPE 3.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­wei­tern ihre Kennt­nis­se über Bild­schirm­prä­sen­ta­ti­ons­pro­gram­me um die Ani­ma­ti­on von Ob­jek­ten. Sie stel­len einen ein­fa­chen bio­lo­gi­schen oder che­mi­schen Ab­lauf mo­dell­haft dar.

Ein­fü­gen von For­men, Sym­bo­len, Text­fel­dern, Gra­fi­ken als ani­mier­ba­re Ob­jek­te
vgl. In­for­ma­tik, Ein­gangs­klas­se
An­ord­nen, Grup­pie­ren, Po­si­tio­nie­ren von Ob­jek­ten

Ani­ma­ti­on von Ob­jek­ten, Ef­fek­top­tio­nen
z. B. Er­schei­nen, Ver­blas­sen, Ro­tie­ren
Er­stel­len von Ani­ma­ti­ons­pfa­den
z. B. be­nut­zer­de­fi­nier­te Pfad­ani­ma­ti­on
Ver­bin­den der ani­mier­ten Ob­jek­te zur Dar­stel­lung eines Ab­laufs
z. B. Mo­dell zum Bin­den eines Sub­strats an ein Enzym

BPE 3.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den Vi­deo­be­ar­bei­tungs­pro­gram­me zum Er­stel­len eines Lern­vi­de­os an.
Im­por­tie­ren von Fotos und Vi­deo­se­quen­zen
Ein­satz von Ta­blets
Schnei­den, über­blen­den von Vi­deo­se­quen­zen
Stop-Mo­ti­on-Tech­nik
Ein­fü­gen von Ti­teln, Un­ter­ti­teln

Er­stel­len einer Ton­spur: Au­dio­kom­men­tar
Da­ten­schutz; Ur­he­ber­recht

BPE 3.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern einen kom­ple­xen Vor­gang unter An­wen­dung von Bild­schirm­prä­sen­ta­ti­ons-, Ani­ma­ti­ons- oder Vi­deo­be­ar­bei­tungs­pro­gram­men zum Er­stel­len eines Lern­vi­de­os. Sie dis­ku­tie­ren und be­ur­tei­len die Qua­li­tät des Lern­vi­de­os.
Vi­sua­li­sie­rung eines zell‑, mo­le­ku­lar­bio­lo­gi­schen oder che­mi­schen Vor­gangs
vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Ein­gangs­klas­se: z. B. Mito­se, Stoff­trans­port, DNA-Re­pli­ka­ti­on
vgl. Che­mie, Ein­gangs­klas­se: z. B. Lö­sungs­vor­gang
Dis­kus­si­on, Qua­li­täts­be­ur­tei­lung: Kri­te­ri­en­ka­ta­log
z. B. fach­li­che Kor­rekt­heit, tech­ni­sche Um­set­zung

Zeit für Leis­tungs­fest­stel­lung

10

70

80

Jahr­gangs­stu­fe 1

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

20

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt
z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Se­quenz­ana­ly­se: Un­ter­su­chung ver­schie­de­ner As­pek­te der Gen­struk­tur und ‑funk­ti­on (In­su­lin­gen)
Se­quenz­ana­ly­se: Ver­gleich von Klein­ge­no­men (HIV-Stäm­me)
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten unter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 4

Bio­lo­gi­sche Mo­le­kü­le als In­for­ma­ti­ons­trä­ger

12
Als Grund­la­ge für die bio­in­for­ma­ti­sche Ana­ly­se von Se­quenz­da­ten ma­chen sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Be­deu­tung der Pro­te­ine und Nu­kle­in­säu­ren als zen­tra­le Be­stand­tei­le des In­for­ma­ti­ons­spei­cher- und In­for­ma­ti­ons­um­set­zungs­sys­tems von Zel­len be­wusst. Aus der Be­trach­tung von Gen­struk­tu­ren lei­ten sie ab, dass sich der In­for­ma­ti­ons­ge­halt von DNA nicht nur auf die Co­die­rung von Bau­plä­nen be­schränkt, son­dern auch die Steue­rung der Ge­n­ex­pres­si­on um­fasst. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen, dass das Spei­cher­me­di­um DNA ein enor­mes Potenzial hin­sicht­lich tech­no­lo­gi­scher An­wen­dun­gen auf­weist und in sei­ner Kom­ple­xi­tät auch die Ver­wen­dung bio­in­for­ma­ti­scher Me­tho­den zur Ana­ly­se er­for­dert.

BPE 4.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­nen­nen zel­lu­lä­re Bio­m­a­kro­mo­le­kü­le und deren prin­zi­pi­el­le Funk­ti­on. Sie iden­ti­fi­zie­ren Nu­kle­in­säu­ren und Pro­te­ine als die we­sent­li­chen in­for­ma­ti­ons­tra­gen­den sowie funk­tio­nel­len Mo­le­kü­le und be­schrei­ben deren che­mi­schen Auf­bau.
Po­ly­sac­cha­ri­de, Li­pi­de, Pro­te­ine, Nu­kle­in­säu­ren

Auf­bau der Nu­kle­in­säu­ren
vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Ein­gangs­klas­se
  • Nu­kleo­tid-Sym­bo­le: A, C, G, T, U

  • RNA als Ein­zel‑, DNA als Dop­pel­strang

  • Strang­po­la­ri­tä­ten
vgl. BPE 6
Auf­bau der Pro­te­ine
vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Ein­gangs­klas­se
  • Ami­no­säu­ren: Ein-Buch­sta­ben­code
Se­kun­där‑, Ter­ti­är‑, Quar­t­är­struk­tu­ren
  • Strang­po­la­ri­tä­ten
vgl. BPE 6
  • che­mi­sche Ei­gen­schaf­ten der Ami­no­säu­re-Sei­ten­ket­ten
un­po­lar, polar un­ge­la­den, ba­sisch, sauer

BPE 4.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Struk­tur und die prin­zi­pi­el­len Funk­ti­ons­ele­men­te von pro- und eu­ka­ryo­ti­schen Genen. An­hand aus­ge­wähl­ter Funk­ti­ons­ele­men­te stel­len sie die Funk­ti­ons­wei­se von DNA als bio­lo­gi­schen In­for­ma­ti­ons­spei­cher dar.
Co­die­ren­der Be­reich, Exons, In­trons
vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 1
Tran­skri­bier­ter Be­reich, UTR, RBS, Ter­mi­na­tor
un­trans­la­ted re­gi­on; Ri­bo­so­men­bin­dungs­stel­le
Pro­mo­tor, Ope­ra­tor, En­han­cer, Si­len­cer

Cap­ping- und Po­lya­de­ny­lie­rungs­stel­le

Text­ver­ar­bei­tungs­do­ku­ment: Se­quenz­ver­gleich, Con­sen­sus-Mo­ti­ve
von Hand; vgl. BPE 8¸Prib­now- oder TATA-Box¸ Shine-Dal­gar­no-Se­quenz
Re­chen­blatt: kon­zep­tio­nel­le Tran­skrip­ti­on und Trans­la­ti­on
vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 1

BPE 4.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kenn­zeich­nen die Co­die­rungs­mög­lich­kei­ten von DNA und an­de­ren in­for­ma­ti­ons­tra­gen­den Me­di­en. Sie ent­wi­ckeln Stra­te­gi­en zur Um­wand­lung und Spei­che­rung von Tex­ten als DNA-Mo­le­kül.

Nu­kleo­tid als Spei­che­r­ein­heit

Codon bzw. Se­quenz­mo­tiv als Da­ten­men­ge

Binär- bzw. Quar­t­är­code
Bit, Byte
Al­pha­bet als Sprach- und Text­code
Cä­sar­code
Um­co­die­ren von Tex­ten in DNA-Code
ASCII-Ta­bel­le; „Shake­speares So­net­te in DNA“

BPE 4.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben das Po­ten­zi­al der DNA als mo­der­nes Spei­cher- und Kenn­zeich­nungs­me­di­um.
Spei­cher­ka­pa­zi­tät, Da­ten­dich­te

Halt­bar­keit des Da­ten­trä­gers

Kos­ten, Nach­hal­tig­keit
tech­no­lo­gi­sche Ent­wick­lung
DNA-Code zur Pro­dukt­kenn­zeich­nung
Si­gNa­tu­re-T-Tech­no­lo­gie, di­gi­ta­le Was­ser­zei­chen in syn­the­ti­schen Genen und Ge­no­men

BPE 5

Ge­no­mik: Ge­ne­rie­rung, Ver­wal­tung und Aus­wer­tung bio­lo­gi­scher Se­quenz­da­ten

6
Aus der Er­kennt­nis her­aus, dass bio­lo­gi­sche Se­quenz­da­ten In­for­ma­tio­nen zum Ver­ständ­nis zel­lu­lä­rer Pro­zes­se lie­fern kön­nen, be­schäf­ti­gen sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler mit der Ge­no­mik als der Dis­zi­plin, die Se­quenz­da­ten in gro­ßem Maß­stab ge­ne­riert, ver­wal­tet und aus­wer­tet. Sie er­ken­nen, dass bio­in­for­ma­ti­sche Me­tho­den zur Be­wäl­ti­gung der an­fal­len­den Da­ten­men­gen un­er­läss­lich sind. Ihnen wird be­wusst, dass die Ge­no­mik letzt­end­lich dar­auf ab­zielt, die Funk­ti­on ge­sam­ter Ge­no­me, sowie deren Entste­hung in der Evo­lu­ti­on of­fen­zulegen.

BPE 5.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­nen­nen Vor­ge­hen und Ziel­set­zun­gen der Ge­no­mik, z. B. in Form eines Ad­van­ce Or­ga­ni­zers.
Genom-Se­quen­zie­rungs­pro­jek­te
Human Ge­no­me Or­ga­ni­sa­ti­on (HUGO)
Auf­be­rei­tung der Daten, Ana­ly­se: Da­ten­ban­ken
vgl. BPE 6, z. B. OMIM-Da­ten­bank am NCBI
Ziel­set­zun­gen der Ge­no­mik

  • Iden­ti­fi­zie­rung von Erb­krank­hei­ten
me­di­zi­ni­sche Dia­gnos­tik, per­so­na­li­sier­te Me­di­zin
  • Auf­de­cken von Re­gu­la­ti­ons­me­cha­nis­men
Gen­struk­tur, ‑funk­ti­on, ‑re­gu­la­ti­on
  • Ver­ständ­nis der Evo­lu­ti­on
Ho­mo­lo­gi­en

BPE 5.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Se­quen­zie­rung gro­ßer DNA-Mo­le­kü­le auf der Basis des Schrot­schuss-Ver­fah­rens. Mit­hil­fe von Mo­dell­se­quen­zen ent­wi­ckeln die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die prin­zi­pi­el­le Me­tho­dik der Se­quenz-As­sem­blie­rung und über­prü­fen das Er­geb­nis.

Ge­no­mi­sche Bi­blio­thek, Klon­samm­lung
vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 1
Über­lap­pen­de Frag­men­te
Re­strik­ti­on, So­ni­fi­zie­rung
Hoch­durch­satz-Se­quen­zie­rung
vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 1
Über­lap­pen­de Se­quenz-Frag­men­te, Se­quenz-Con­tig, Se­quenz-As­sem­blie­rung
Ge­ne­rie­rung über­lap­pen­der Frag­men­te und des Con­tigs von Hand oder mit ge­eig­ne­tem Pro­gramm (z. B. CLC Se­quence View­er)

BPE 6

Nut­zung von bio­lo­gi­schen Se­quenz­da­ten­ban­ken

6
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­fah­ren, dass In­for­ma­tio­nen über Nu­kle­in­säu­re- und Ami­no­säu­re­se­quen­zen in Da­ten­ban­ken in be­stimm­ten For­ma­ten hin­ter­legt sind. Sie ler­nen all­ge­mei­ne Grund­sät­ze ken­nen, nach denen In­for­ma­tio­nen aus Da­ten­ban­ken ab­ge­ru­fen wer­den kön­nen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen In­for­ma­tio­nen aus der Be­schrei­bung eines Se­quenz­ein­trags oder aus der Nu­kleo­tid- bzw. Ami­no­säu­re­se­quenz ent­neh­men. Da­durch wird ihnen die Be­deu­tung von Se­quenz­da­ten­ban­ken nicht nur für die Ver­wal­tung von Se­quenz­da­ten, son­dern auch für deren Cha­rak­te­ri­sie­rung und damit der Ana­ly­se von Gen- oder Ge­nom­se­quen­zen be­wusst ge­macht.

BPE 6.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Dar­stel­lungs­for­men bei­spiel­haf­ter Da­ten­sät­ze in einer Se­quenz­da­ten­bank und er­läu­tern deren Glie­de­rung.

Se­quenz­da­ten­bank: Nu­cleo­ti­de im Gen­Bank-For­mat
NCBI; vgl. auch Se­quenz­da­ten­bank Pro­te­in im Gen­Pept-For­mat
Da­ten­satz: ty­pi­sches pro­te­in­co­die­ren­des Gen
In­su­lin­gen; vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 1
  • Ac­ces­si­on Num­ber

  • Kon­ven­tio­nen zur Se­quenz-Dar­stel­lung

  • Se­quenz­tei­le
FEA­TURES/trans­la­ti­on; ORI­GIN
  • An­no­ta­ti­ons­teil, Da­ten­fel­der
z. B. TITLE, AUT­HORS, OR­GA­NISM
  • FASTA-For­mat
Da­ten­ver­ar­bei­tung; vgl. BPE 11

BPE 6.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln Ab­fra­ge­stra­te­gi­en zum ziel­ge­rich­te­ten, auf Such­kri­te­ri­en ba­sie­ren­dem Ab­ru­fen von Gen­Bank-Da­ten­sät­zen und wen­den dabei lo­gi­sche Ope­ra­to­ren an.
Text­ba­sier­te Such­kri­te­ri­en
z. B. Gen-Name, Or­ga­nis­mus
Ab­fra­ge­stra­te­gi­en
Ad­van­ced Se­arch
  • Da­ten­feld-be­zo­ge­ne Such­be­grif­fe
z. B. Homo und Da­ten­feld OR­GA­NISM
  • Ver­wen­dung von An­füh­rungs­stri­chen
z. B. „Homo sa­pi­ens“
  • Kom­bi­na­ti­on von Such­be­grif­fen
AND, OR, NOT
  • Ver­wen­dung von Klam­mern

BPE 6.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den eine Gen­Bank-Ab­fra­ge zum Auf­fin­den eines de­fi­nier­ten Da­ten­sat­zes an. Im Hin­blick auf fest­ge­leg­te, die Se­quenz cha­rak­te­ri­sie­ren­de As­pek­te, wer­ten sie einen Da­ten­satz aus.
Ziel­ge­rich­te­te Ab­fra­ge
Be­deu­tung der Ac­ces­si­on Num­ber
Ana­ly­se des Da­ten­sat­zes: An­no­ta­ti­ons-Da­ten­fel­der

  • Or­ga­nis­mus
OR­GA­NISM: ta­xo­no­mi­sche Ein­ord­nung; vgl. BPE 10
  • Gen­struk­tur, ‑funk­ti­on; Pro­te­in­auf­bau
FEA­TURES; NCBI: Pro­te­in; Uni­Prot; vgl. BPE 4,
z. B. FOXP2, In­su­lin, Fak­tor IX

BPE 7

Dar­stel­lung und In­ter­pre­ta­ti­on von paar­wei­sen Se­quenz­ver­glei­chen mit­hil­fe der Dot-Plot-Me­tho­de

8
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grei­fen, dass aus Se­quenz­ver­glei­chen In­for­ma­tio­nen über die Funk­tio­nen von Bio­mo­le­kü­len ab­ge­lei­tet wer­den und Er­geb­nis­se von Se­quenz­ver­glei­chen grafisch dar­ge­stellt wer­den kön­nen. Es wird deut­lich, dass dabei ent­ste­hen­de Mus­ter Hin­wei­se auf die bio­lo­gi­sche Be­deu­tung der ent­spre­chen­den Se­quenz­mo­ti­ve geben. Dar­über hin­aus er­ken­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler, dass ent­spre­chen­de Me­tho­den der bio­lo­gi­schen Se­quenz­ana­ly­se auch als ge­ne­rel­le Ver­fah­ren zur Ana­ly­se von tex­tu­el­len Mus­tern ein­ge­setzt wer­den kön­nen.

BPE 7.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln die Me­tho­dik des Dot-Plots zum po­si­ti­ons­wei­sen Ver­gleich von zwei Se­quen­zen und wen­den ge­eig­ne­te Pro­gram­me zur Ge­ne­rie­rung von Dot-Plots an. Sie er­mit­teln Mus­ter in Dot-Plots und stel­len Kor­re­la­tio­nen zu einer mög­li­chen bio­lo­gi­schen Be­deu­tung dar.
Dot-Plot mit einem Re­chen­blatt
Me­tho­dik: Ma­trix mit zwei Se­quen­zen
Dot-Plots mit ge­eig­ne­ten Pro­gram­men
Ge­pard, YASS, Ge­n­ei­ous, BLAS­T2­se­quen­ces: Dot-Ma­trix-View
Dot-Plot-Mus­ter

  • voll­stän­di­ge bzw. par­ti­el­le Se­quenz­über­ein­stim­mung

  • re­pe­ti­ti­ve Se­quenz­mo­ti­ve
z. B. STR
  • re­ver­tier­te Se­quenz­mo­ti­ve
z. B. re­ver­tier­te Ge­nom­ab­schnit­te als Un­ter­schei­dungs­merk­mal von E. coli-Stäm­men
  • ho­mo­po­ly­me­re Se­quenz­mo­ti­ve
z. B. poly(A)-Schwanz

BPE 7.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­wei­tern den po­si­ti­ons­wei­sen Se­quenz­ver­gleich um die Fens­ter­me­tho­de zur Ge­ne­rie­rung von Dot-Plots. Sie be­grün­den die Be­deu­tung der Fens­ter­grö­ße und er­läu­tern die Be­deu­tung des Über­ein­stim­mungs­kri­te­ri­ums in­ner­halb eines Se­quenz­fens­ters für den Ver­gleich wenig ähn­li­cher Se­quen­zen.
Fens­ter­me­tho­de: Fens­ter­grö­ße, Über­ein­stim­mungs­kri­te­ri­um
Wahl des Thres­hold z. B. 4 von 5 Se­quenz­po­si­tio­nen des Fens­ters
Aus­schluss zu­fäl­li­ger Über­ein­stim­mun­gen

Dot-Plots mit ho­mo­lo­gen Genen
Codon­nut­zung
  • DNA/mRNA-Se­quenz­ebe­ne

  • Ami­no­säu­re-Se­quenz­ebe­ne

BPE 7.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler dis­ku­tie­ren An­wen­dungs­mög­lich­kei­ten der Dot-Plot-Me­tho­de als Mus­ter­er­ken­nungs­ver­fah­ren au­ßer­halb der bio­lo­gi­schen Se­quenz­ana­ly­se.
Bio­lo­gi­sche Se­quen­zen als tex­tu­el­le Mus­ter

Ana­ly­se von Tex­ten
Auf­fin­den von tex­tu­el­len Pla­gia­ten

BPE 8

Er­stel­len von Se­quen­za­li­gn­ments zur Be­ar­bei­tung bio­lo­gi­scher Fra­ge­stel­lun­gen

10
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen, dass das Er­stel­len von Ali­gn­ments als eine Me­tho­de des Se­quenz­ver­gleichs nicht nur Aus­sa­gen über den Ähn­lich­keits­grad der ver­gli­che­nen Se­quen­zen er­laubt; viel­mehr wird ihnen be­wusst, dass Ali­gn­ments auch die Iden­ti­fi­ka­ti­on von funk­tio­nell be­deut­sa­men Ab­schnit­ten in Nu­kleo­tid- oder Ami­no­säu­re­se­quen­zen er­mög­li­chen. In die­sem Zu­sam­men­hang wird ihnen die Be­deu­tung der Al­go­rith­mus-Ent­wick­lung näher ge­bracht. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­ste­hen, dass die Kennt­nis von funk­tio­nell be­deut­sa­men Se­quenz­mo­ti­ven einen wich­ti­gen An­satz­punkt zur funk­tio­nel­len Ana­ly­se von Nu­kleo­tid- oder Ami­no­säu­re­se­quen­zen un­be­kann­ter Funk­ti­on bie­tet und damit einen wich­ti­gen Bei­trag hin­sicht­lich der Ziel­set­zun­gen der Ge­no­mik leis­ten kann.

BPE 8.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben das Ali­gn­ment als eine Me­tho­de des Se­quenz­ver­gleichs.

De­fi­ni­ti­on von Ali­gn­ment, Ziel­set­zun­gen
vgl. BPE 5, BPE 9
Va­ri­an­ten: glo­bal, lokal, paar­wei­se, mul­ti­pel; Nu­kleo­tid- oder Ami­no­säu­re­se­quen­zen

BPE 8.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln einen Al­go­rith­mus zum Er­stel­len von paar­wei­sen Nu­kleo­tid-Alig­ments und er­läu­tern die Be­deu­tung von Gap-Pe­nal­ties für die Score-Be­stim­mung.

De­fi­ni­ti­on von Al­go­rith­mus
vgl. BPE 10 – 11
Need­le­man-Wunsch-Al­go­rith­mus
Ein­satz eines Re­chen­blatts
  • In­itia­li­sie­rung einer Ma­trix

  • Ein­trag in eine Ma­trix: Match, Mis­match

  • Gaps, Gap-Pe­nal­ties; Score-Be­stim­mung

  • Back-Tracking
von Hand

BPE 8.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den ge­eig­ne­te Pro­gram­me zum Er­stel­len von Ali­gn­ments an und er­läu­tern die Be­deu­tung von Sub­sti­tu­ti­ons­ma­tri­zen für das Ali­gn­ment von Ami­no­säu­re­se­quen­zen. Sie be­ur­tei­len er­stell­te Ali­gn­ments auf der Basis re­le­van­ter Grö­ßen.
Paar­wei­se glo­ba­le/lo­ka­le Ali­gn­ments
EM­BOSS Need­le/Water, BLAS­T2­se­quen­ces
Un­ter­schie­de glo­ba­le/lo­ka­le Ali­gn­ments

Sub­sti­tu­ti­ons­ma­trix: Mu­ta­ti­ons­ra­te, Score
BLO­SUM; Clustal; vgl. BPE 9
Grö­ßen: Iden­ti­ty, Si­mi­la­ri­ty, Gaps, Score

BPE 8.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den mul­ti­ple Nu­kleo­tid- und Ami­no­säu­re-Ali­gn­ments zum Be­ar­bei­ten bio­lo­gi­scher Fra­ge­stel­lun­gen an. Sie be­ur­tei­len die aus Ali­gn­ments ab­ge­lei­te­ten Con­sen­sus-Se­quen­zen und dis­ku­tie­ren die Re­le­vanz der Er­geb­nis­se in Bezug auf die Fra­ge­stel­lung.

Mul­ti­ple Ali­gn­ments mit einem ge­eig­ne­ten Pro­gramm
Clustal; CLC Se­quence View­er
  • Con­sen­sus-Se­quen­zen
Web­Lo­go; vgl. BPE 4
  • Un­ter­schie­de zwi­schen Nu­kleo­tid- und Ami­no­säu­re­se­quenz-Ali­gn­ments
vgl. BPE 7
Pu­bli­zier­te Con­sen­sus-Se­quen­zen, Funk­ti­on
Re­cher­che; vgl. BPE 6

BPE 9

Se­quenz­ba­sier­te Da­ten­bank-Ab­fra­gen mit BLAST

8
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen die BLAST-Me­tho­de als ein un­er­läss­li­ches Ver­fah­ren der Se­quenz­ana­ly­se ken­nen. BLAST er­mög­licht eine se­quenz­ba­sier­te Ab­fra­ge von Se­quenz­da­ten­ban­ken. Ihnen wird be­wusst, dass BLAST ein In­stru­ment zur Cha­rak­te­ri­sie­rung neuer Se­quen­zen dar­stellt mit dem eine funk­tio­nel­le Ana­ly­se er­fol­gen kann. Dar­über hin­aus er­ken­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler, dass mit­tels BLAST ho­mo­lo­ge Se­quen­zen in un­ter­schied­li­chen Or­ga­nis­men­grup­pen er­mit­telt und für eine ver­tief­te Un­ter­su­chung be­kann­ter Se­quen­zen ge­nutzt wer­den kön­nen, z. B. zur Iden­ti­fi­zie­rung funk­tio­nel­ler Do­mä­nen von Pro­te­inen.

BPE 9.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben BLAST als Da­ten­bank-Ab­fra­ge und er­klä­ren die Vor­ge­hens­wei­se zu deren Durch­füh­rung. Sie er­läu­tern die Ziel­set­zun­gen von BLAST-Ab­fra­gen und die dies­be­züg­li­chen Ein­satz­mög­lich­kei­ten der BLAST-Va­ri­an­ten. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wer­ten die Er­geb­nis­se von BLAST-Ab­fra­gen an­hand vor­ge­ge­be­ner Kri­te­ri­en aus.
BLAST-Al­go­rith­mus
ohne Er­läu­te­rung der sta­tis­ti­schen Hin­ter­grün­de
BLAST-Va­ri­an­ten: blastn, blastp
NCBI; blas­tx, tblastn, tblas­tx
Ziel­set­zun­gen
vgl. BPE 5
Kri­te­ri­en: Iden­ti­ties, Gaps, Po­si­ti­ves
Gra­phic Sum­ma­ry, De­scrip­ti­ons, Ali­gn­ments

BPE 9.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den BLAST-Ab­fra­gen an. Sie wer­ten an­ge­wand­te Me­tho­den des Se­quenz­ver­gleichs hin­sicht­lich ihres Po­ten­zi­als zur Be­ant­wor­tung bio­lo­gi­scher Fra­ge­stel­lun­gen aus.
BLAST-Ab­fra­gen

  • un­be­kann­te Se­quen­zen
z. B. Se­quen­zen von Enzym-co­die­ren­den Genen
  • funk­tio­nel­le Do­mä­nen be­kann­ter Pro­te­ine
z. B. DNA-bin­den­de Do­mä­ne von p53
Ana­ly­se der er­mit­tel­ten Da­ten­sät­ze
vgl. BPE 6
An­wen­dungs­mög­lich­kei­ten
Se­quenz­mo­tiv und Ex­pres­si­on, z. B. Con­sen­sus-Se­quenz­mo­ti­ve von En­han­cern; Se­quenz und Struk­tur bei Pro­te­inen, z. B. Trans­mem­bran-Pro­te­ine; evo­lu­tio­när kon­ser­vier­te Se­quenz­mo­ti­ve, z. B. bei ho­mo­lo­gen Genen; vgl. BPE 10

Zeit für Leis­tungs­fest­stel­lung

10

70

80

Jahr­gangs­stu­fe 2

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

16

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt
z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Re­ge­lung und Steue­rung (vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 2): Pro­gram­mie­ren eines Mi­kro­con­trol­lers
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten unter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 10

Stamm­baum­re­kon­struk­ti­on: Evo­lu­ti­on, Ta­xo­no­mie und mo­le­ku­la­re Phy­lo­ge­nie

20
Die Be­trach­tung von Evo­lu­ti­ons­theo­rie und Ta­xo­no­mie bie­tet den Schü­le­rin­nen und Schü­lern die Basis für die Er­kennt­nis, dass mo­le­ku­la­re Daten in Form von bio­lo­gi­schen Se­quen­zen zur Un­ter­su­chung der Phy­lo­ge­nie von Or­ga­nis­men­grup­pen her­an­ge­zo­gen wer­den kön­nen. Mit der An­wen­dung ver­schie­de­ner Ver­fah­ren zur Re­kon­struk­ti­on von Stamm­bäu­men ge­lan­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler zu dem Ver­ständ­nis, dass diese Ver­fah­ren Mo­del­le der Phy­lo­ge­nie und damit der Evo­lu­ti­on von Or­ga­nis­men­grup­pen lie­fern. Diese sind zwar dis­ku­tier­bar, stel­len aber den­noch einen wei­te­ren, si­gni­fi­kan­ten Beleg für die Evo­lu­ti­ons­theo­rie dar. Dar­über hin­aus ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler, dass die Ver­fah­ren der Stamm­baum­re­kon­struk­ti­on mit­tels Se­quenz­da­ten auch in an­de­ren Be­rei­chen der Bio­lo­gie, wie z. B. der Epi­de­mio­lo­gie ein­ge­setzt wer­den kön­nen.

BPE 10.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern Be­le­ge für die Evo­lu­ti­ons­theo­rie und er­klä­ren zen­tra­le Punk­te der Evo­lu­ti­ons­theo­rie.

Ho­mo­lo­gi­en: Mor­pho­lo­gie, Se­quen­zen

Kon­ser­vier­te mo­le­ku­la­re Me­cha­nis­men
ge­ne­ti­scher Code, Stoff­wech­sel­we­ge
Evo­lu­ti­ons­theo­rie
syn­the­ti­sche Evo­lu­ti­ons­theo­rie
  • Va­ria­ti­on von Phä­no­ty­pen, Ge­no­ty­pen
Mu­ta­ti­on, Al­le­le
  • Kon­kur­renz, Se­lek­ti­on
dif­fe­ren­ti­el­ler Re­pro­duk­ti­ons­er­folg

BPE 10.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Grup­pie­rungs­mög­lich­kei­ten von Le­be­we­sen als Grund­la­ge für die Phy­lo­ge­ne­tik und be­nen­nen Struk­tur­ele­men­te von Stamm­bäu­men. Sie er­läu­tern die Un­ter­schie­de zwi­schen ver­schie­de­nen Stamm­baum­ty­pen.

Mono‑, para‑, po­ly­phy­le­tisch
nach Willi Hen­nig; Kla­dis­tik
Äste, Kno­ten, Blät­ter; Di­cho­to­mie
zur Dar­stel­lung einer Kla­dis­tik
Kla­do­gramm, Phy­lo­gramm

BPE 10.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len das Kon­zept einer mo­le­ku­la­ren Uhr dar und er­klä­ren deren An­wen­dungs­mög­lich­keit. Sie be­schrei­ben die prin­zi­pi­el­len Grund­la­gen von ver­schie­de­nen Ver­fah­ren zur Re­kon­struk­ti­on von Stamm­bäu­men.
Mo­le­ku­la­re Uhr: Aus­tauschra­ten, Da­tie­rung
Ul­tra­me­trik, Den­dro­gramm; UPGMA
Neigh­bour Joi­ning (NJ): Dis­tanz­ver­fah­ren

Ma­xi­mum-Par­si­mo­ny (MP): Par­si­mo­nie­ana­ly­se

BPE 10.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler mo­del­lie­ren auf der Basis eines Ali­gn­ments mo­le­ku­la­re Stamm­bäu­me mit­hil­fe von ge­eig­ne­ten Pro­gram­men. Sie dis­ku­tie­ren Grün­de für un­ter­schied­li­che Er­geb­nis­se bei dem Ein­satz ver­schie­de­ner Ver­fah­ren und ent­wi­ckeln Hy­po­the­sen über die Va­li­di­tät der ein­zel­nen Er­geb­nis­se. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern wei­te­re An­wen­dungs­mög­lich­kei­ten der mo­le­ku­la­ren Phy­lo­ge­nie.
Stamm­baum­re­kon­struk­ti­on
MEGA, PAUP, Sea­View
  • Neigh­bour Joi­ning (NJ) als Ver­fah­ren

  • Ma­xi­mum Par­si­mo­ny (MP) als Ver­fah­ren

  • Un­ter­schie­de
spe­zi­fi­sche An­nah­men bei den je­wei­li­gen Ver­fah­ren
Wei­te­re An­wen­dungs­mög­lich­kei­ten
Un­ter­su­chung von Mi­gra­tio­nen, Her­kunft des Men­schen (Out-of-Af­ri­ca-Hy­po­the­se), Ent­ste­hung und Aus­brei­tung von Vi­ren­stäm­men

BPE 10.5

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len das grund­sätz­li­che Prin­zip des Boot­strap­ping-Ver­fah­rens dar. Sie über­prü­fen die Hy­po­the­sen zur Va­li­di­tät der er­mit­tel­ten Stamm­bäu­me.

Boot­strap­ping als sta­tis­ti­sche Ab­si­che­rung
MEGA, PAUP, Sea­View
  • Schwel­len­wert

  • Me­tho­de des Zie­hens

  • Aus­sa­ge­kraft für die Kno­ten

  • Kon­sen­sus-Baum mit Pro­zent­wer­ten

Stamm­baum als Mo­dell
al­ter­na­ti­ve Ver­fah­ren, z. B. Ma­xi­mum Li­kelihood
Re­fe­renz-Stamm­bäu­me
Re­cher­che

BPE 11

Pro­gram­mie­rung zur Se­quenz­ana­ly­se

20
Nach­dem die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ei­ni­ge Pro­gram­me und Werk­zeu­ge zur Se­quenz­ana­ly­se ken­nen­ge­lernt und damit deren Be­deu­tung für die Ge­no­mik er­kannt haben, soll ihnen nun die Pro­gram­mie­rung als prin­zi­pi­el­le Mög­lich­keit der Ent­wick­lung neuer, be­darfs­ge­rech­ter Werk­zeu­ge auf­ge­zeigt wer­den. Hier­zu kön­nen sie auf be­reits vor­han­de­ne Grund­kennt­nis­se der Pro­gram­mie­rung zu­rück­grei­fen, trai­nie­ren aber in be­son­de­rer Weise die Ent­wick­lung von spe­zi­fi­schen Al­go­rith­men im Kon­text der Mus­ter­er­ken­nung als Basis der Se­quenz­ana­ly­se.

BPE 11.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler über­tra­gen vor­han­de­ne Grund­kennt­nis­se der Pro­gram­mie­rung auf die An­wen­dung einer Pro­gram­mier­spra­che, die be­vor­zugt zur spe­zi­fi­schen Be­ar­bei­tung von Fra­ge­stel­lun­gen der Se­quenz­ana­ly­se ein­ge­setzt wird. Sie er­wei­tern die Grund­kennt­nis­se um spe­zi­fi­sche Ele­men­te, die für die tex­tu­el­le Mus­ter­er­ken­nung als Grund­la­ge einer Se­quenz­ana­ly­se er­for­der­lich sind.
Pro­gram­mier­spra­che: Py­thon oder PERL

Ele­men­te der Pro­gram­mier­spra­che
vgl. In­for­ma­tik, Jahr­gangs­stu­fe 1
  • Da­ten­ty­pen, Va­ria­blen, Aus­drü­cke
tex­tu­el­les Mus­ter als re­gu­lä­rer Aus­druck
  • Ope­ra­to­ren, An­wei­sun­gen

  • Kon­troll­struk­tu­ren

BPE 11.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln ein­fa­che Al­go­rith­men, die es er­mög­li­chen, die spe­zi­fi­schen An­for­de­run­gen der Se­quenz­ana­ly­se zu be­ar­bei­ten. Sie do­ku­men­tie­ren, kom­men­tie­ren und im­ple­men­tie­ren die er­ar­bei­te­ten Al­go­rith­men.
Al­go­rith­men für die Se­quenz­ana­ly­se

  • Da­ten­ein­ga­be
Kom­man­do­zei­le, FASTA-Da­tei­en; vgl. BPE 6
  • Da­ten­ver­ar­bei­tung
as­so­zia­ti­ve Lis­ten, tex­tu­el­le Mus­ter, Ma­ni­pu­la­ti­on von Zei­chen­ket­ten; vgl. BPE 4, BPE 6
  • Da­ten­aus­ga­be
Bild­schirm, Datei
Struk­to­gramm oder Pro­gramm­ab­lauf­plan (PAP)
Nassi-Sh­nei­der­man-Dia­gramm
Pro­gram­me für die Se­quenz­ana­ly­se
Co­die­ren in der je­wei­li­gen Pro­gram­mier­spra­che

BPE 11.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln, do­ku­men­tie­ren, kom­men­tie­ren und im­ple­men­tie­ren einen Al­go­rith­mus zur ORF-Ana­ly­se als bio­in­for­ma­ti­sches Werk­zeug der Se­quenz­ana­ly­se.

Pro­gramm zur ORF-Ana­ly­se: Funk­ti­ons­um­fang
open rea­ding frame; vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 1
  • In­tron-lose DNA-Se­quenz ein­le­sen

  • re­vers-kom­ple­men­tä­ren Strang er­zeu­gen

  • alle ORF er­mit­teln
ATG als Start­codon; sechs mög­li­che Le­se­ras­ter
  • Länge der ORF be­stim­men, längs­ten ORF aus­wäh­len

  • ORF kon­zep­tio­nell trans­la­tie­ren

  • Daten for­ma­tiert aus­ge­ben

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 die Wie­der­ga­be von be­kann­ten Sach­ver­hal­ten aus einem ab­ge­grenz­ten Ge­biet im ge­lern­ten Zu­sam­men­hang, die Be­schrei­bung und Dar­stel­lung be­kann­ter Ver­fah­ren, Me­tho­den und Prin­zi­pi­en der In­for­ma­tik, die Be­schrei­bung und Ver­wen­dung ge­lern­ter und ge­ü­bter Ar­beits­tech­ni­ken und Ver­fah­rens­wei­sen in einem be­grenz­ten Ge­biet und in einem wie­der­ho­len­den Zu­sam­men­hang.
An­for­de­rungs­be­reich II um­fasst die selbst­stä­nd­ige Ver­wen­dung (Aus­wä­hlen, An­ord­nen, Ver­ar­bei­ten und Dar­stel­len) be­kann­ter Sach­ver­hal­te zur Be­ar­bei­tung neuer Frage- oder Pro­blem­stel­lun­gen unter vor­ge­ge­be­nen Ge­sichts­punk­ten in einem durch Übu­ng be­kann­ten Zu­sam­men­hang, die selbst­stä­nd­ige Übe­rtr­agu­ng des Ge­lern­ten auf ver­gleich­ba­re neue Si­tua­tio­nen mit ver­ä­nde­rten Fra­ge­stel­lun­gen, ver­ä­nde­rten Sach­zu­sam­men­hä­ngen oder ab­ge­wan­del­ten Ver­fah­rens­wei­sen, die An­wen­dung be­kann­ter Ver­fah­ren, Me­tho­den und Prin­zi­pi­en der In­for­ma­tik zur Lo­̈su­ng eines neuen Pro­blems aus einem be­kann­ten Pro­blem­kreis.
An­for­de­rungs­be­reich III um­fasst das plan­ma­̈ß­ige Ver­ar­bei­ten kom­ple­xer Ge­ge­ben­hei­ten mit dem Ziel, zu selbst­stä­nd­igen Ge­stal­tun­gen bzw. Deu­tun­gen, Fol­ge­run­gen, Be­grü­ndu­ngen, Wer­tun­gen zu ge­lan­gen; die be­wuss­te und selbst­stä­nd­ige Aus­wahl und An­pas­sung ge­eig­ne­ter ge­lern­ter Me­tho­den und Ver­fah­ren in neu­ar­ti­gen Si­tua­tio­nen, dabei wer­den aus ge­lern­ten Denk­me­tho­den bzw. Lo­̈sung­sve­rfa­hren die zur Be­wä­lt­igu­ng der Auf­ga­be ge­eig­ne­ten selbst­stä­nd­ig aus­ge­wäh­lt und einer neuen Pro­blem­stel­lung an­ge­passt.
Ope­ra­tor Er­läu­te­rung Zu­ord­nung
AFB
an­wen­den
einen be­kann­ten Sach­ver­halt, eine be­kann­te Me­tho­de auf eine neue Pro­blem­stel­lung be­zie­hen
 I, II
aus­wer­ten
Daten, Ein­zel­er­geb­nis­se oder Sach­ver­hal­te zu einer ab­schlie­ßen­den Ge­samt­aus­sa­ge zu­sam­men­füh­ren
 II, III
be­grün­den
für einen ge­ge­be­nen Sach­ver­halt einen fol­ge­rich­ti­gen Zu­sam­men­hang zwi­schen Ur­sa­che und Wir­kung her­stel­len
 II
be­nen­nen, nen­nen
Sach­ver­hal­te, Struk­tu­ren und Pro­zes­se be­griff­lich auf­füh­ren
 I, II
be­rech­nen
mit­tels cha­rak­te­ris­ti­scher Merk­ma­le einen Sach­ver­halt genau fest­stel­len und be­schrei­ben
 I, II
be­schrei­ben
Struk­tu­ren, Sach­ver­hal­te oder Zu­sam­men­hän­ge struk­tu­riert und fach­sprach­lich rich­tig mit ei­ge­nen Wor­ten wie­der­ge­ben
 I, II
be­stim­men
einen Zu­sam­men­hang oder einen mög­li­chen Lö­sungs­weg auf­zei­gen und das Er­geb­nis for­mu­lie­ren
 II, III
be­ur­tei­len
den Stel­len­wert von Sach­ver­hal­ten oder Pro­zes­sen in einem Zu­sam­men­hang be­stim­men, um kri­te­ri­en­ori­en­tiert zu einem be­grün­de­ten Sa­chur­teil zu ge­lan­gen
 III
be­zeich­nen
Sach­ver­hal­te, Struk­tu­ren und Pro­zes­se er­ken­nen und zu­tref­fend for­mu­lie­ren
 I
dar­stel­len
Zu­sam­men­hän­ge, Sach­ver­hal­te, Me­tho­den etc. in struk­tu­rier­ter Form gra­fisch oder ge­ge­be­nen­falls fach­sprach­lich wie­der­ge­ben
 I, II
de­fi­nie­ren
einen Be­griff exakt be­stim­men, um ihn von an­de­ren ab­zu­gren­zen
 II, III
dis­ku­tie­ren
zu einem Sach­ver­halt, zu einem Kon­zept oder zu einer Pro­blem­stel­lung eine Ar­gu­men­ta­ti­on ent­wi­ckeln, die zu einer be­grün­de­ten Be­wer­tung füh­ren
 II, III
do­ku­men­tie­ren
alle not­wen­di­gen Er­klä­run­gen, Her­lei­tun­gen und Skiz­zen dar­stel­len
 II, III
ein­ord­nen
einen Sach­ver­halt oder eine Aus­sa­ge mit er­läu­tern­den Hin­wei­sen in einen Zu­sam­men­hang stel­len
 II, III
ent­wer­fen, pla­nen
zu­sam­men­stel­len von Funk­tio­na­li­tä­ten unter Be­rück­sich­ti­gung vor­ge­ge­be­ner Daten
 II, III
ent­wi­ckeln
zu einem Sach­ver­halt oder zu einer Pro­blem­stel­lung ein kon­kre­tes Lö­sungs­mo­dell oder ein Lö­sungs­kon­zept be­grün­dend skiz­zie­ren
 II, III
er­klä­ren, er­läu­tern
Struk­tu­ren, Pro­zes­se und Zu­sam­men­hän­ge von Er­schei­nun­gen er­fas­sen, in Ein­zel­hei­ten ver­deut­li­chen und durch zu­sätz­li­che In­for­ma­tio­nen ver­ständ­lich ma­chen
 I, II
er­mit­teln
einen Zu­sam­men­hang oder eine Lö­sung fin­den und das Er­geb­nis for­mu­lie­ren
 I, II
er­stel­len
dar­stel­len von Sach­ver­hal­ten gemäß der vor­ge­ge­be­nen Syn­tax
 II
er­wei­tern
eine vor­ge­ge­be­ne Struk­tur um Be­stand­tei­le er­gän­zen
 II, III
iden­ti­fi­zie­ren, kenn­zeich­nen
das We­sent­li­che und Ty­pi­sche be­nen­nen
 II
im­ple­men­tie­ren
Al­go­rith­men und Da­ten­struk­tu­ren in eine Pro­gram­mier­spra­che um­set­zen
 II
kom­men­tie­ren
kau­sa­le Zu­sam­men­hän­ge an­hand ge­ge­be­ner oder ei­ge­ner Er­geb­nis­se prä­zi­se vor­stel­len
 II, III
mo­del­lie­ren
zu einem Aus­schnitt der Rea­li­tät ein in­for­ma­ti­sches Mo­dell an­fer­ti­gen
 II, III
skiz­zie­ren
die we­sent­li­chen Ei­gen­schaf­ten eines Ob­jek­tes, eines Sach­ver­hal­tes oder einer Struk­tur gra­fisch dar­stel­len
 I, II
Stel­lung neh­men
unter Her­an­zie­hung von Kennt­nis­sen dif­fe­ren­ziert eine ei­ge­ne be­grün­de­te Po­si­ti­on be­zie­hen
 III
über­prü­fen, tes­ten
Sach­ver­hal­te, Pro­ble­me, Fra­ge­stel­lun­gen nach be­stimm­ten fach­lich üb­li­chen Kri­te­ri­en un­ter­su­chen
 II, III
über­tra­gen
einen be­kann­ten Sach­ver­halt, eine be­kann­te Me­tho­de auf eine neue Pro­blem­stel­lung be­zie­hen
 II, III
ver­voll­stän­di­gen
Sach­ver­hal­te, Aus­drü­cke oder Aus­sa­gen nach be­reits vor­lie­gen­den Kri­te­ri­en mit zu­sätz­li­chen In­for­ma­tio­nen ver­se­hen
 I, II
zeich­nen
eine an­schau­li­che und hin­rei­chend ex­ak­te gra­fi­sche Dar­stel­lung ge­ge­be­ner Struk­tu­ren an­fer­ti­gen
 I, II
vgl. Ein­heit­li­che Prü­fungs­an­for­de­run­gen in der Ab­itur­prü­fung Be­ruf­li­che In­for­ma­tik der KMK i. d. F. vom 10.05.2007

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

Stutt­gart, 23. Juli 2020
Lehr­plan­heft 2/2020
Bil­dungs­plan für das Be­ruf­li­che Gym­na­si­um;
hier:
Be­ruf­li­ches Gym­na­si­um der drei­jäh­ri­gen 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 2/2007 ver­öf­fent­lich­te Lehr­plan in die­sem Fach vom 03. Sep­tem­ber 2007 (Az. 45-6512-240/109) außer Kraft.

Bio­in­for­ma­tik
Be­ruf­li­ches Gym­na­si­um der drei­jäh­ri­gen Auf­bau­form
K.u.U., LPH Nr. 2/2020 Reihe I Nr. 40
Band 2 vom 23.07.2020

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