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Einsatzfertige Klausuraufgabe (40 BE) für den Biologie-Leistungskurs im Inhaltsfeld Neurobiologie. Am Beispiel zweier wegweisender Studien aus dem Tonegawa-Labor (Liu et al., Nature 2012; Ramirez et al., Science 2013): Mit der Optogenetik wird eine Furchterinnerung im Gehirn der Maus künstlich abgerufen – und sogar eine „falsche" Erinnerung erzeugt. Geprüft werden die molekularen Grundlagen der Erregung (Ruhepotenzial, lichtgesteuerter Kationenkanal, Aktionspotenzial), die Auswertung eines neurophysiologischen Verfahrens samt Kontrollgruppen sowie eine Bewertung gezielter Eingriffe ins Gedächtnis.
Diese Klausuraufgabe orientiert sich an den Vorgaben des Kernlehrplans Biologie (Sekundarstufe II, Gymnasium/Gesamtschule NRW) für den Leistungskurs und an den Konstruktionsvorgaben für das Zentralabitur. Sie ist materialgebunden und mit den offiziellen Operatoren operationalisiert formuliert; alle drei Anforderungsbereiche sind abgedeckt (AFB I = 22,5 %, II = 50 %, III = 27,5 %).
Inhaltlich führt die Aufgabe durch vier aufeinander aufbauende Teilaufgaben: Beschreibung des optogenetischen Verfahrens und Zusammenfassung der Freezing-Daten (M1, M2); Erklärung der lichtinduzierten Erregung auf molekularer Ebene – vom Ruhepotenzial über den geöffneten Kationenkanal bis zum Aktionspotenzial (M1); Analyse der Kontrollgruppen mit Unterscheidung von hinreichender und notwendiger Bedingung (M2); sowie eine Bewertung der Chancen und Risiken gezielter Eingriffe in das Gedächtnis am Beispiel der „falschen" Erinnerung (M3).
Inhaltlicher Schwerpunkt sind die Grundlagen der neuronalen Informationsverarbeitung (Ruhe- und Aktionspotenzial, Ionenkanäle) sowie ein neurophysiologisches Verfahren (Optogenetik) mit Bezug zu Lernen und Gedächtnis (Engramm). Die Materialien stützen sich auf peer-reviewte Originalstudien.
Paketinhalt:
Klausuraufgabe (LK, 40 BE) mit drei Materialien (M1–M3) und vier operationalisierten Teilaufgaben
Zwei eigenständige, lizenzfreie Abbildungen (Schema des Verfahrens; Freezing-Diagramm)
Ausführlicher Erwartungshorizont mit BE-Vergabe, AFB-Zuordnung, Toleranz- und Korrekturhinweisen
Vollständiger Quellennachweis
Bearbeitungszeit, Bewertungsraster und Notenschlüssel– Editierbares Word-Dokument (.docx)
Hinweis:
Es handelt sich um eine einzelne, einsatzfertige Klausuraufgabe (40 BE), nicht um eine komplette Klausur.
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Einsatzfertiges Klausuraufgaben-Bundle für den Biologie-Grundkurs (30 BE) und -Leistungskurs (40 BE) im Inhaltsfeld Neurobiologie. Mit der Optogenetik lassen sich Nervenzellen gezielt durch Licht an- und ausschalten – Forschende konnten so bei Mäusen eine Furchterinnerung per Lichtimpuls abrufen. Beide Fassungen erklären die Entstehung von Aktionspotenzialen durch einen lichtgesteuerten Ionenkanal und werten den Originalversuch mit zwei Kontrollgruppen aus. Die Leistungskursfassung führt weiter zur Frage, ob sich Erinnerungen künstlich erzeugen lassen; die Grundkursfassung bleibt auf der Ebene der Nervenzelle und lässt die Lernenden ein eigenes Hemmexperiment entwickeln. Beide Klausuraufgaben orientieren sich an den Vorgaben des Kernlehrplans Biologie (Sekundarstufe II, Gymnasium/Gesamtschule NRW) und an den Konstruktionsvorgaben für das Zentralabitur. Sie sind materialgebunden und mit den offiziellen Operatoren operationalisiert formuliert; alle drei Anforderungsbereiche sind abgedeckt (Grundkurs: AFB I = 26,7 %, II = 53,3 %, III = 20 %; Leistungskurs: AFB I = 22,5 %, II = 50 %, III = 27,5 %). Bearbeitungszeit: Grundkurs ca. 70 bzw. 90 Minuten (je nach Gesamtdauer der Klausur), Leistungskurs 90 Minuten.Gemeinsam ist beiden Fassungen der Kontext: das optogenetische Verfahren mit dem lichtgesteuerten Kationenkanal Channelrhodopsin-2 und der Versuch, bei dem Mäuse nach Aktivierung bestimmter Nervenzellen eine Furchterinnerung abrufen – ausgewertet unter Berücksichtigung zweier Kontrollgruppen.Die Grundkursfassung setzt eigene Schwerpunkte, die es im Leistungskurs nicht gibt: die Entstehung des Ruhepotenzials, die Erklärung einer Membranpotenzial-Kurve bei Lichtblitzen unterschiedlicher Dauer (unterschwellige Depolarisation und Aktionspotenzial), eine Hypothese zur Wirkung einer lichtgesteuerten Chloridpumpe und als AFB-III-Leistung die Planung eines Experiments, das prüft, ob die markierten Zellen für den Erinnerungsabruf notwendig sind. Die Leistungskursfassung vertieft die Entstehung von Aktionspotenzialen ausgehend vom Ruhepotenzial, lässt beurteilen, ob die Daten neben der Hinlänglichkeit auch die Notwendigkeit belegen, und schließt mit der Erzeugung einer „falschen“ Erinnerung und einer Bewertung gezielter Eingriffe in das Gedächtnis. Paketinhalt:Leistungskursfassung: Aufgabenblatt mit Einleitung und vier operationalisierten Teilaufgaben (40 BE), drei Materialien (Schema des Verfahrens, Versuch zum Erinnerungsabruf, Erzeugung einer „falschen“ Erinnerung)Grundkursfassung: Aufgabenblatt mit Einleitung und vier operationalisierten Teilaufgaben (30 BE), vier Materialien (Schema des Verfahrens, Membranpotenzial-Kurve, Versuch zum Erinnerungsabruf, Halorhodopsin)zu beiden Fassungen: Übersichtstabelle „Erwartete Schülerleistung“ mit AFB/BE und ausführlicher Erwartungshorizont mit BE-AufschlüsselungÜbersicht der abgedeckten Kompetenzerwartungen (PDF) Formate: bearbeitbare Word-Dateien + PDFHinweis:Beide Aufgaben können mit einer weiteren Aufgabe zu jeweils einer vollständigen Klausur kombiniert werden. Die beiden Aufgaben eignen sich auch zur gezielten Prüfungs- oder Abiturvorbereitung.
Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)
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