Biology  

       

 

 Unit 1: Overview 

Unit 1: Matter and Energy Transformations in Ecosystems Content Area: Biology Pacing: 20 Instructional Days 

Essential Question How do matter and energy cycle through ecosystems? 

Student Learning Objectives (Performance Expectations) HS­LS2­4: Use mathematical representations to support claims for the cycling of matter and flow of energy among organisms in an ecosystem. HS­LS2­5: Develop a model to illustrate the role of photosynthesis and cellular respiration in the cycling of carbon among the biosphere, atmosphere, hydrosphere, and geosphere. 

Unit Summary In this unit of study, students construct explanations for the role of energy in the cycling of matter in organisms and ecosystems. They apply mathematical concepts to develop evidence to support explanations of the interactions of photosynthesis and cellular respiration, and they will develop models to communicate these explanations. Students also understand organism's’ interactions with each other and their physical environment and how organisms obtain resources. Students utilize the crosscutting concepts of matter and energy and systems, and system models to make sense of ecosystem dynamics. Students are expected to use students construct explanations for the role of energy in the cycling of matter in organisms and ecosystems. They apply mathematical concepts to develop evidence to support explanations as they demonstrate their understanding of the disciplinary core ideas. 

Technical Terms biomass, trophic level, ecosystem, nitrogen, agricultural system, photosynthesis, cellular respiration, biosphere, atmosphere, hydrosphere, geosphere 

Formative Assessment Measures Part A: Why do astrobiologists look for water on planets and not oxygen when they search for life on other planets? Students who understand the concepts are able to: Construct and revise an explanation for the cycling of matter and flow of energy in aerobic and anaerobic conditions, based on valid and reliable evidence obtained from a variety of sources (including students’ own investigations, models, theories, simulations, peer review) and the assumption that theories and laws that describe the natural world operate today as they did in the past and will continue to do so in the future. Construct and revise an explanation for the cycling of matter and flow of energy in aerobic and anaerobic conditions, considering that most scientific knowledge is quite durable but is, in principle, subject to change based on new evidence and/or reinterpretation of existing evidence Part B: Why is there no such thing as a food chain? Students who understand the concepts are able to: Support claims for the cycling of matter and flow of energy among organisms in an ecosystem using conceptual thinking and mathematical representations of phenomena. Use a mathematical model of stored energy in biomass to describe the transfer of energy from one trophic level to another and to show how matter and energy are conserved as matter cycles and energy flows through ecosystems. Use a mathematical model to describe the conservation of atoms and molecules as they move through an ecosystem. Use proportional reasoning to describe the cycling of matter and flow of energy through an ecosystem. Part C: How can the process of photosynthesis and respiration in a cell impact ALL of Earth’s systems? Students who understand the concepts are able to: 

Develop a model, based on evidence, to illustrate the roles of photosynthesis and cellular respiration in the cycling of carbon among the biosphere, atmosphere, hydrosphere, and geosphere, showing the relationships among variables in systems and their components in the natural and designed world. Develop a model, based on evidence, to illustrate the roles of photosynthesis and cellular respiration in the cycling of carbon among the biosphere, atmosphere, hydrosphere, and geosphere at different scales. 

Interdisciplinary Connections NJSLS­ ELA  NJSLS­ Mathematics 

Cite specific textual evidence to support analysis of science and technical texts, attending to important distinctions the author makes and to any gaps or inconsistencies in the account. RST.11­12.1 (HS­LS2­3) Make strategic use of digital media (e.g., textual, graphical, audio, visual, and interactive elements) in presentations to enhance understanding of findings, reasoning, and evidence and to add interest. SL.11­12.5 (HS­LS1­5), 

Reason abstractly and quantitatively. MP.2 (HS­LS2­4) HSN­Q.A.3 Model with mathematics. MP.4 (HS­LS2­4) Use units as a way to understand problems and to guide the solution of multi­step problems; choose and interpret units consistently in formulas; choose and interpret the scale and the origin in graphs and data displays. HSN­Q.A.1 (HS­LS2­4) Define appropriate quantities for the purpose of descriptive modeling. HSN­Q.A.2 (HS­LS2­4) Choose a level of accuracy appropriate to limitations on measurement when reporting quantities. (HSLS2­4) 

Core Instructional Materials  Can include: Textbooks Series, Lab Materials, etc. 21st Century Life and Careers  CRP 1, CRP 2, CRP 4, CRP 5, CRP 6, CRP 7, CRP 8 , CRP 9, CRP 11, CRP 12 Technology Standards  8.1.8.A.4, 8.1.8.D.1, 8.1.8.D.4, 8.1.12.A.2, 8.1.12.A. 4, 8.1.12.A.4, 8.1.12.A.5, 8.1.12.C.1, 8.1.12.D.1, 8.1.12.E.1 

Modifications English Language Learners  Special Education  At­Risk  Gifted and Talented 

Scaffolding Word walls Sentence/paragraph frames Bilingual dictionaries/translation Think alouds Read alouds Highlight key vocabulary Annotation guides Think­pair­ share Visual aides Modeling Cognates 

Word walls Visual aides Graphic organizers Multimedia Leveled readers Assistive technology Notes/summaries Extended time Answer masking Answer eliminator Highlighter Color contrast 

Teacher tutoring Peer tutoring Study guides Graphic organizers Extended time Parent communication Modified assignments Counseling 

Curriculum compacting Challenge assignments Enrichment activities Tiered activities Independent research/inquiry Collaborative teamwork Higher level questioning Critical/Analytical thinking tasks Self­directed activities 

    

   

BIOLOGY HS­LS2­4 Ecosystems: Interactions, Energy, and Dynamics HS­LS2­4: Use mathematical representations to support claims for the cycling of matter and flow of energy among organisms in an ecosystem. Clarification Statement: Emphasis is on using a mathematical model of stored energy in biomass to describe the transfer of energy from one trophic level to another and that matter and energy are conserved as matter cycles and energy flows through ecosystems. Emphasis is on atoms and molecules such as carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen being conserved as they move through an ecosystem. Assessment Boundary: Assessment is limited to proportional reasoning to describe the cycling of matter and flow of energy. Evidence Statements: HS­LS2­4 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Using Mathematics and Computational Thinking Mathematical and computational thinking in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to usingalgebraic thinking and analysis, a range of linear and nonlinear functions including trigonometric functions, exponentials and logarithms, and computational tools for statistical analysis to analyze, represent, and model data. Simple computational simulations are created and used based on mathematical models of basic assumptions. Use mathematical representations of phenomena or design solutions to support claims. 

LS2.B: Cycles of Matter and Energy Transfer in Ecosystems Plants or algae form the lowest level of the food web. At each link upward in a food web, only a small fraction of the matter consumed at the lower level is transferred upward, to produce growth and release energy in cellular respiration at the higher level. Given this inefficiency, there are generally fewer organisms at higher levels of a food web. Some matter reacts to release energy for life functions, some matter is stored in newly made structures, and much is discarded. The chemical elements that make up the molecules of organisms pass through food webs and into and out of the atmosphere and soil, and they are combined and recombined in different ways. At each link in an ecosystem, matter and energy are conserved. 

Energy and Matter Energy cannot be created or destroyed—it only moves between one place and another place, between objects and/or fields, or between systems. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.PS3.B ; HS.PS3.D Articulation of DCIs across grade­bands: MS.PS3.D ; MS.LS1.C ; MS.LS2.B NJSLS­ ELA: N/A NJSLS­ Math: MP.2, MP.4, HSN.Q.A.1, HSN.Q.A.2, HSN.Q.A.3 

5E Model HS­LS2­4: Use mathematical representations to support claims for the cycling of matter and flow of energy among organisms in an ecosystem. 

Engage  Anticipatory Set 

An informative introduction on energy and matter explained through a podcast and screencast. All essential information of biogeochemical cycles is discussed. http://www.bozemanscience.com/biogeochemical­cycling/ 

Exploration  Student Inquiry 

This activity requires the students to build 3D models of energy flow through an ecosystem. http://www.nabt.org/websites/institution/File/pdfs/2010%20OBTA%20Activities/Anna_Scott_GA%20Share_a_thon_lesson.pdf Design Lab: Nitrogen In this lesson, students will investigate how a functional nitrogen cycle is an essential part of healthy agricultural systems. How 

might we use models to help us understand how the nitrogen cycle becomes disrupted and what might be done to prevent disruption? http://betterlesson.com/lesson/639573/design­lab­nitrogen­3­of­4 Ecological Pyramids Virtual Lab Activity In this activity, students will investigate how energy cycles through the environment through different trophic levels within an ecosystem. Students will mathematically model activity within ecosystems and extend this knowledge to other ecosystems. http://www.iteachdemo.com/jquery/document/65_661EcologicalPyramidVirtualLab.pdf Trophic Level Lab Students will be able to construct an energy pyramid using trophic levels and explain the flow of energy and its components. Students will be able to describe the effect competition, density­dependent factors and density independent factors have on an ecosystem. http://betterlesson.com/lesson/632267/trophic­level­lab 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS2.B: Cycles of Matter and Energy Transfer in Ecosystems Plants or algae form the lowest level of the food web. At each link upward in a food web, only a small fraction of the matter consumed at the lower level is transferred upward, to produce growth and release energy in cellular respiration at the higher level. Given this inefficiency, there are generally fewer organisms at higher levels of a food web. Some matter reacts to release energy forlife functions, some matter is stored in newly made structures, and much is discarded. The chemical elements that make up the molecules of organisms pass through food webs and into and out of the atmosphere and soil, and they are combined and recombined in different ways. At each link in an ecosystem, matter and energy are conserved. 

Elaboration  Extension Activity 

POGIL Worksheets http://www.howellschools.com/webpages/asteinackerrob/files/22_nutrient_cycles­s.pdf Ecological Pyramids http://teacherweb.com/VA/MassaponaxHighSchool/FernandaKain/26­Ecological­Pyramids­S.pdf Biome in a Bottle Activity http://www.sciencenc.com/event­help/eventphotos/BottleBiome_picture_page.php 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Data Charts from Ecological Pyramids Virtual Lab Assessment Task B: Data Charts from Trophic Level Lab Student use mathematical representation(s) to: ­ Support the claims that include the idea that matter flows between organisms and their environment. ­ Support the claims that include the idea that energy flows from one trophic level to another as well as through the environment. ­ Account for the energy not transferred to higher trophic levels but which is instead used for growth, maintenance, or repair, and/or transferred to the environment, and the inefficiencies in transfer of matter and energy. 

    

  

BIOLOGY HS­LS2­5 Ecosystems: Interactions, Energy, and Dynamics HS­LS2­5: Develop a model to illustrate the role of photosynthesis and cellular respiration in the cycling of carbon among the biosphere, atmosphere, hydrosphere, and geosphere. Clarification Statement: Examples of models could include simulations and mathematical models. Assessment Boundary: Assessment does not include the specific chemical steps of photosynthesis and respiration. Evidence Statements: HS­LS2­5 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Developing and Using Models Modeling in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to using, synthesizing, and developing models to predict and show how relationships among variables between systems and their components in the natural and designed worlds. Develop a model based on evidence to illustrate the relationships between systems or components of a system. 

LS2.B: Cycles of Matter and Energy Transfer in Ecosystems Photosynthesis and cellular respiration are important components of the carbon cycle, in which carbon is exchanged among the biosphere, atmosphere, oceans, and geosphere through chemical, physical, geological, and biological processes. PS3.D: Energy in Chemical Processes The main way that solar energy is captured and stored on Earth is through the complex chemical process known as photosynthesis. (secondary) 

Systems and System Models Models (e.g., physical, mathematical, computer models) can be used to simulate systems and interactions—including energy, matter, and information flows—within and between systems at different scales. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.PS1.B ; HS.ESS2.D 

Articulation of DCIs across grade­bands: MS.PS3.D ; MS.LS1.C ; MS.LS2.B ; MS.ESS2.A 

NJSLS­ ELA: N/A 

NJSLS­ Math: N/A 5E Model 

HS­LS2­5: Develop a model to illustrate the role of photosynthesis and cellular respiration in the cycling of carbon among the biosphere, atmosphere, hydrosphere, and geosphere. 

Engage  Anticipatory Set 

Carbon Footprint Activity Students estimate their own carbon footprint as they relate the connection between photosynthesis and cellular respiration. http://footprint.wwf.org.uk/ 

Exploration  Student Inquiry 

Plants Respire Too! In this lesson, students will investigate plants, like animals and many microbes, respire and utilize energy to grow and reproduce (http://c.ymcdn.com/sites/my.aspb.org/resource/group/a9372bf4­9ae4­4d0b­ad0c­595c9dfc3543/12labs/05_respiration_and_energy.pdf) Virtual Lab: Carbon Transfer Through Snails and Elodea In this virtual lab, students will investigate how carbon dioxide cycles through a biological system http://www.classzone.com/cz/books/bio_09/resources/htmls/virtual_labs/virtualLabs.html Making the Connection: Photosynthesis and Cellular Respiration In this activity, students will make the connection between plants and animals and be able to describe the inter­dependence using chemical reactions as evidence. 

http://betterlesson.com/lesson/635467/making­the­connection­photosynthesis­and­cellular­respiration Do Plants Consume or Release CO2? http://biologycorner.com/worksheets/photosynthesis_phenol.html 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS2.B: Cycles of Matter and Energy Transfer in Ecosystems Photosynthesis and cellular respiration are important components of the carbon cycle, in which carbon is exchanged among the biosphere, atmosphere, oceans, and geosphere through chemical, physical, geological, and biological processes. PS3.D: Energy in Chemical Processes The main way that solar energy is captured and stored on Earth is through the complex chemical process known as photosynthesis. (secondary) 

Elaboration  Extension Activity 

Photosynthesis and Respiration http://www.uplifths.org/ourpages/auto/2014/2/22/56973082/14%20Photosynthesis%20and%20Respiration­S.pdf 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Making the Connection: Photosynthesis and Cellular Respiration Students describe the contribution of photosynthesis and cellular respiration to the exchange of carbon within and among the biosphere, atmosphere, hydrosphere, and geosphere in their model. Students make a distinction between the model’s simulation and the actual cycling of carbon via photosynthesis and cellular respiration. 

    

 Unit 2: Overview 

Unit 2: Interdependent Relationships in Ecosystems Content Area: Biology Pacing: 20 Instructional Days 

Essential Question How do organisms interact with the living and nonliving environments to obtain matter and energy? 

Student Learning Objectives (Performance Expectations) HS­LS2­1: Use mathematical and/or computational representations to support explanations of factors that affect carrying capacity of ecosystems at different scales. HS­LS2­2: Use mathematical representations to support and revise explanations based on evidence about factors affecting biodiversity and populations in ecosystems of different scales. HS­LS2­6: Evaluate the claims, evidence, and reasoning that the complex interactions in ecosystems maintain relatively consistent numbers and types of organisms in stable conditions, but changing conditions may result in a new ecosystem. 

Unit Summary In this unit of study, students formulate answers to the question “how and why do organisms interact with each other (biotic factors) and their environment (abiotic factors), and what affects these interactions?” Secondary ideas include the interdependent relationships in ecosystems; dynamics of ecosystems; and functioning, resilience, and social interactions, including group behavior. Students use mathematical reasoning and models to make sense of carrying capacity, factors affecting biodiversity and populations, the cycling of matter and flow of energy through systems. The crosscutting concepts of scale, proportion, and quantity and stability and change are called out as organizing concepts for the disciplinary core ideas. Students are expected to use mathematical reasoning and models to demonstrate proficiency with the disciplinary core ideas. 

Technical Terms capacity, paramecium, interspecific competition, genetic variations, biodiversity, populations, biotic factors, abiotic factors, ecosystems 

Formative Assessment Measures Part A: When they relocate bears, wolves, or other predators, how do they know that they will survive? Students who understand the concepts are able to: Use mathematical and/or computational representations to support explanations of factors that affect carrying capacity of ecosystems at different scales. Use quantitative analysis to compare relationships among interdependent factors and represent their effects on the carrying capacity of ecosystems at different scales. Part B: What limits the number and types of different organisms that live in one place? Students who understand the concepts are able to: Use mathematical representations to support and revise explanations based on evidence about factors affecting biodiversity and populations in ecosystems of different scales. Use the concept of orders of magnitude to represent how factors affecting biodiversity and populations in ecosystems at one scale relate to those factors at another scale. Part C: How can a one or two inch rise in sea level devastate an ecosystem? Students who understand the concepts are able to: Evaluate the claims, evidence, and reasoning that support the contention that complex interactions in ecosystems maintain relatively consistent numbers and

types of organisms in stable conditions, but changing conditions may result in a new ecosystem. Construct explanations of how modest biological or physical changes versus extreme changes affect stability and change in ecosystems. 

Interdisciplinary Connections NJSLS­ ELA  NJSLS­ Mathematics 

Cite specific textual evidence to support analysis of science and technical texts, attending to important distinctions the author makes and to any gaps or inconsistencies in the account. RST.11­12.1 (HS­LS2­1),(HS­LS2­2),(HS­LS2­ 6) Integrate and evaluate multiple sources of information presented in diverse formats and media (e.g., quantitative data, video, multimedia) in order to address a question or solve a problem. RST.11­12.7 (HS­LS2­6) Evaluate the hypotheses, data, analysis, and conclusions in a science or technical text, verifying the data when possible and corroborating or challenging conclusions with other sources of information. RST.11­12.8 (HSLS2­6) Write informative/explanatory texts, including the narration of historical events, scientific procedures/ experiments, or technical processes. WHST.9­ 12.2 (HS­LS2­1),(HS­LS2­2) 

Reason abstractly and quantitatively. MP.2 (HS­LS2­1),(HS­LS2­2),(HS­LS2­6) Model with mathematics. MP.4 (HS­LS2­1),(HS­LS2­2) Use units as a way to understand problems and to guide the solution of multi­step problems; choose and interpret units consistently in formulas; choose and interpret the scale and the origin in graphs and data displays. HSN.Q.A.1 (HS­LS2­1),(HS­LS2­2) Define appropriate quantities for the purpose of descriptive modeling. HSN.Q.A.2 (HS­LS2­1),(HS­LS2­2) Choose a level of accuracy appropriate to limitations on measurement when reporting quantities. HSN.Q.A.3 (HS­LS2­1),(HS­LS2­2) Represent data with plots on the real number line. HSS­ID.A.1 (HS­LS2­6) Understand statistics as a process for making inferences about population parameters based on a random sample from that population. HSS­IC.A.1 (HS­LS2­6) 

Core Instructional Materials  Can include: Textbooks Series, Lab Materials, etc. 21st Century Life and Careers  CRP 1, CRP 2, CRP 4, CRP 5, CRP 6, CRP 7, CRP 8 , CRP 9, CRP 11, CRP 12 Technology Standards  8.1.8.A.4, 8.1.8.D.1, 8.1.8.D.4, 8.1.12.A.2, 8.1.12.A.4, 8.1.12.A.5, 8.1.12.C.1, 8.1.12.D.1, 8.1.12.E.1 

Modifications English Language Learners  Special Education  At­Risk  Gifted and Talented 

Scaffolding Word walls Sentence/paragraph frames Bilingual dictionaries/translation Think alouds Read alouds Highlight key vocabulary Annotation guides Think­pair­ share Visual aides Modeling Cognates 

Word walls Visual aides Graphic organizers Multimedia Leveled readers Assistive technology Notes/summaries Extended time Answer masking Answer eliminator Highlighter Color contrast 

Teacher tutoring Peer tutoring Study guides Graphic organizers Extended time Parent communication Modified assignments Counseling 

Curriculum compacting Challenge assignments Enrichment activities Tiered activities Independent research/inquiry Collaborative teamwork Higher level questioning Critical/Analytical thinking tasks Self­directed activities 

    

   

BIOLOGY HS­LS2­1 Ecosystems: Interactions, Energy, and Dynamics HS­LS2­1: Use mathematical and/or computational representations to support explanations of factors that affect carrying capacity of ecosystems at different scales. Clarification Statement: Emphasis is on quantitative analysis and comparison of the relationships among interdependent factors including boundaries, resources, climate, and competition. Examples of mathematical comparisons could include graphs, charts, histograms, and population changes gathered from simulations or historical data sets. Assessment Boundary: Assessment does not include deriving mathematical equations to make comparisons. Evidence Statements: HS­LS2­1 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Using Mathematics and Computational Thinking Mathematical and computational thinking in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to using algebraic thinking and analysis, a range of linear and nonlinear functions including trigonometric functions, exponentials and logarithms, and computational tools for statistical analysis to analyze, represent, and model data. Simple computational simulations are created and used based on mathematical models of basic assumptions. Use mathematical and/or computational representations of phenomena or design solutions to support explanations. 

LS2.A: Interdependent Relationships in Ecosystems Ecosystems have carrying capacities, which are limits to the numbers of organisms and populations they can support. These limits result from such factors as the availability of living and nonliving resources and from such challenges such as predation, competition, and disease. Organisms would have the capacity to produce populations of great size were it not for the fact that environments and resources are finite. This fundamental tension affects the abundance (number of individuals) of species in any given ecosystem. 

Scale, Proportion, and Quantity The significance of a phenomenon is dependent on the scale, proportion, and quantity at which it occurs. 

Connections to other DCIs in this grade­band: N/A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.A ; MS.LS2.C; MS.ESS3.A ; MS.ESS3.C NJSLS­ ELA: RST.11­12.1, WHST.9­12.2 NJSLS­ Math: MP.2 , MP.4 , HSN.Q.A.1 , HSN.Q.A.2 , HSN.Q.A.3 

5E Model HS­LS2­1: Use mathematical and/or computational representations to support explanations of factors that affect carrying capacity of ecosystems at different scales. Engage  Anticipatory Set 

Watch video that poses the question "Can we expand our carrying capacity?" https://www.youtube.com/watch?v=lS_msYArtvY 

Exploration  Student Inquiry 

Population Biology: Virtual Lab http://www.mhhe.com/biosci/genbio/virtual_labs_2K8/pages/PopulationBiology.html Data Analysis Activities Maine Lake Fish: http://participatoryscience.org/standard/hs­ls2­1 Glass Eels: http://participatoryscience.org/standard/hs­ls2­1 Plant and Animal: Carrying Capacities Deer on the Kaibab Plateau: http://www.biologycorner.com/worksheets/kaibab.html 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS2.A: Interdependent Relationships in Ecosystems Ecosystems have carrying capacities, which are limits to the numbers of organisms and populations they can support. These limits result from such factors as the availability of living and nonliving resources and from such challenges such as predation, competition, and disease. Organisms would have the capacity to produce populations of great size were it not for the fact that environments and resources are finite. This fundamental tension affects the abundance (number of individuals) of species in any given ecosystem. 

Elaboration  Extension Activity 

Predator & Prey Simulation: The Lynx Eats the Hare http://www.flinnsci.com/Documents/demoPDFs/Biology/BF10109.pdf Possible extension: After every three rounds of play have students draw a random card that has a density­dependent or density­independent variable on it. 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Virtual Lab: Post­Lab Quiz and Lab Report http://www.mhhe.com/biosci/genbio/virtual_labs_2K8/pages/PopulationBiology.html Assessment Task B: Data Analysis Tasks Students analyze and use the given mathematical and/or computational representations: ­ To identify the interdependence of factors (both living and nonliving) and resulting effect on carrying capacity ­ As evidence to support the explanation and identify the factors that have the largest effect on the carrying capacity of an ecosystem for a given population. 

     

 BIOLOGY 

HS­LS2­2 Ecosystems: Interactions, Energy, and Dynamics HS­LS2­2: Use mathematical representations to support and revise explanations based on evidence about factors affecting biodiversity and populations in ecosystems of different scales. Clarification Statement: Examples of mathematical representations include finding the average, determining trends, and using graphical comparisons of multiple sets of data. Assessment Boundary: Assessment is limited to provided data. Evidence Statements: HS­LS2­2 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Using Mathematics and Computational Thinking Mathematical and computational thinking in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to using algebraic thinking and analysis, a range of linear and nonlinear functions including trigonometric functions, exponentials and logarithms, and computational tools for statistical analysis to analyze, represent, and model data. Simple computational simulations are created and used based on mathematical models of basic assumptions. Use mathematical representations of phenomena or design solutions to support and revise explanations. Connections to Nature of Science Scientific Knowledge is Open to Revision in Light of New Evidence Most scientific knowledge is quite durable, but is, in principle, subject to change based on new evidence and/or reinterpretation of existing evidence. 

LS2.A: Interdependent Relationships in Ecosystems Ecosystems have carrying capacities, which are limits to the numbers of organisms and populations they can support. These limits result from such factors as the availability of living and nonliving resources and from such challenges such as predation, competition, and disease. Organisms would have the capacity to produce populations of great size were it not for the fact that environments and resources are finite. This fundamental tension affects the abundance (number of individuals) of species in any given ecosystem. LS2.C: Ecosystem Dynamics, Functioning, and Resilience A complex set of interactions within an ecosystem can keep its numbers and types of organisms relatively constant over long periods of time under stable conditions. If a modest biological or physical disturbance to an ecosystem occurs, it may return to its more or less original status (i.e., the ecosystem is resilient), as opposed to becoming a very different ecosystem. Extreme fluctuations in conditions or the size of any population, however, can challenge the functioning of ecosystems in terms of resources and habitat availability. 

Scale, Proportion, and Quantity Using the concept of orders of magnitude allows one to understand how a model at one scale relates to a model at another scale. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.ESS2.E ; HS.ESS3.A ; HS.ESS3.C ; HS.ESS3.D 

Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.A ; MS.LS2.C ; MS.ESS3.C NJSLS­ ELA: RST.11­12.1, WHST.9­12.2 NJSLS­ Math: MP.2 , MP.4 , HSN.Q.A.1 , HSN.Q.A.2 , HSN.Q.A.3 

5E Model HS­LS2­2: Use mathematical representations to support and revise explanations based on evidence about factors affecting biodiversity and populations in ecosystems of different scales. Engage   The following NPR podcast explains the rise and fall of population of the American Bison. From a population of 30 to 60 million 

Anticipatory Set 

animals roaming throughout North America, bison reached a low of 100 in the wild in the late 1800's. Since 1908, the National Bison Range has played an important role in the successful recovery of these magnificent animals. *Podcast covers an update on the Bison population and the expansion of their habitat. http://www.npr.org/2016/02/04/465607203/montana­governor­allows­wild­bison­to­roam­outside­of­yellowstone 

Exploration  Student Inquiry 

Colony Collapse Disorder and an Analysis of Honey Bee Colony Numbers http://www.nextgenscience.org/sites/ngss/files/HS­LS_Bee_Colony_version2.pdf In this task, students will use data from domestic honey bee populations as a model within which to study the dynamics of Colony Collapse Disorder. Students will discover how to represent the above information in mathematical form using data charts, graphs, or other methods that they can formulate representations with. Connection to Agriculture https://www.cbd.int/agro/whatstheproblem.shtml In this activity, students will continue to explore the impact that biodiversity (or lack of biodiversity) has on agriculture. Students will relate their data from the NGSS task to the agricultural field. Wolves of Yellowstone http://www.pbslearningmedia.org/resource/331db173­a528­46ae­985c­e2432ebc6dc2/wolves­of­yellowstone­teacher­guide/ Students will watch videos and complete activities that investigate the effects of the removal of the wolf population from Yellowstone National Park and the impacts that it has had on varied populations through time. 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS2.A: Interdependent Relationships in Ecosystems Ecosystems have carrying capacities, which are limits to the numbers of organisms and populations they can support. These limits result from such factors as the availability of living and nonliving resources and from such challenges such as predation, competition, and disease. Organisms would have the capacity to produce populations of great size were it not for the fact that environments and resources are finite. This fundamental tension affects the abundance (number of individuals) of species in any given ecosystem. LS2.C: Ecosystem Dynamics, Functioning, and Resilience A complex set of interactions within an ecosystem can keep its numbers and types of organisms relatively constant over long periods of time under stable conditions. If a modest biological or physical disturbance to an ecosystem occurs, it may return to its more or less original status (i.e., the ecosystem is resilient), as opposed to becoming a very different ecosystem. Extreme fluctuations in conditions or the size of any population, however, can challenge the functioning of ecosystems in terms of resources and habitat availability. 

Elaboration  Extension Activity 

Students will complete a case study that analyzes the various threats to biodiversity in bird populations of Hawaii: http://sciencecases.lib.buffalo.edu/cs/collection/detail.asp?case_id=449&id=449 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task: Colony Collapse Tasks G and H ­ Students describe the given mathematical representations in terms of their ability to support explanation(s) for the effects of modest to extreme disturbances on an ecosystem's’ capacity to return to original status or become a different ecosystem. ­ Students revise the explanation(is) based on new evidence about any factors that affect biodiversity and populations.  

    

 BIOLOGY 

HS­LS2­6 Ecosystems: Interactions, Energy, and Dynamics HS­LS2­6: Evaluate the claims, evidence, and reasoning that the complex interactions in ecosystems maintain relatively consistent numbers and types of organisms in stable conditions, but changing conditions may result in a new ecosystem. Clarification Statement: Examples of changes in ecosystem conditions could include modest biological or physical changes, such as moderate hunting or a seasonal flood; and extreme changes, such as volcanic eruption or sea level rise. Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­LS2­6 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Engaging in Argument from Evidence Engaging in argument from evidence in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to using appropriate and sufficient evidence and scientific reasoning to defend and critique claims and explanations about the natural and designed world(s). Arguments may also come from current scientific or historical episodes in science. Evaluate the claims, evidence, and reasoning behind currently accepted explanations or solutions to determine the merits of arguments. Connections to Nature of Science Scientific Knowledge is Open to Revision in Light of New Evidence Scientific argumentation is a mode of logical discourse used to clarify the strength of relationships between ideas and evidence that may result in revision of an explanation. 

LS2.C: Ecosystem Dynamics, Functioning, and Resilience A complex set of interactions within an ecosystem can keep its numbers and types of organisms relatively constant over long periods of time under stable conditions. If a modest biological or physical disturbance to an ecosystem occurs, it may return to its more or less original status (i.e., the ecosystem is resilient), as opposed to becoming a very different ecosystem. Extreme fluctuations in conditions or the size of any population, however, can challenge the functioning of ecosystems in terms of resources and habitat availability. 

Stability and Change Much of science deals with constructing explanations of how things change and how they remain stable. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.ESS2.E Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.A ; MS.LS2.C ; MS.ESS2.E ; MS.ESS3.C NJSLS­ ELA: RST.9­10.8 , RST.11­12.1 , RST.11­12.7 , RST.11­12.8 NJSLS­ Math: MP.2 , HSS­ID.A.1 , HSS­IC.A.1 , HSS­IC.B.6 

5E Model HS­LS2­6: Evaluate the claims, evidence, and reasoning that the complex interactions in ecosystems maintain relatively consistent numbers and types of organisms in stable conditions, but changing conditions may result in a new ecosystem. 

Engage  Anticipatory Set 

The Galápagos Islands are home to animals and plants found nowhere else on Earth. The volcanoes that created the islands even help keep life going. Using the following videos, students will be able to view how an untouched environment shows the purest forms of how ecosystems interact naturally without human interruption. https://www.opened.com/video/how­do­ecosystems­change­over­time­youtube/212038 

http://video.nationalgeographic.com/video/ecuador_galapagos. 

Exploration  Student Inquiry 

Ecosystem in a Jar­ Lesson 6 http://earthref.org/SCC/lessons/2010/ecology/#day3 Rabbit and Wolves Simulation http://www.shodor.org/interactivate/activities/RabbitsAndWolves/ Students in this activity can run various simulations and collect data over periods of time that illustrate how factors affect populations over time. Examples include: reproduction rate, age, disease, fire, chaos, etc. Mt. St. Helens: A Story of Succession https://www.plt.org/stuff/contentmgr/files/1/47089543432aae6ee76a2c1d9fd698cf/files/focus_on_forests_activity_2_sp_1_mount_st_helens.pdf 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS2.C: Ecosystem Dynamics, Functioning, and Resilience A complex set of interactions within an ecosystem can keep its numbers and types of organisms relatively constant over long periods of time under stable conditions. If a modest biological or physical disturbance to an ecosystem occurs, it may return to its more or less original status (i.e., the ecosystem is resilient), as opposed to becoming a very different ecosystem. Extreme fluctuations in conditions or the size of any population, however, can challenge the functioning of ecosystems in terms of resources and habitat availability. 

Elaboration  Extension Activity 

Additional Online Activities http://www.ck12.org/ngss/high­school­life­sciences/ecosystems:­interactions,­energy,­and­dynamics 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Mount St. Helens: A Story of Succession Questions Assessment Task B: Written Explanation Teacher will evaluate the student's' explanation and the students' use of evidence to support arguments. Students assess the logic of the reasoning, including the relationship between degree of change and stability in ecosystems, and the utility of the reasoning in supporting the explanation of how: ­ Modest biological or physical disturbances in an ecosystem result in maintenance of relatively consistent numbers and types of organisms. ­ Extreme fluctuations in conditions or the size of any population can challenge the functioning of ecosystems in terms of resources and habitat availability, and can even result in a new ecosystem 

    

 Unit 3: Overview 

Unit 3: Human Activity and Climate Content Area: Biology Pacing: 20 Instructional Days 

Essential Questions How do humans depend on Earth’s resources? How and why do humans interact with their environment and what are the effects of these interactions? 

Student Learning Objectives (Performance Expectations) HS­ESS3­1: Construct an explanation based on evidence for how the availability of natural resources, occurrence of natural hazards, and changes in climate have influenced human activity. HS­ESS3­6: Use a computational representation to illustrate the relationships among Earth systems and how those relationships are being modified due to human activity. HS­ESS3­5: Analyze geoscience data and the results from global climate models to make an evidence­based forecast of the current rate of global or regional climate change and associated future impacts to Earth systems. HS­ESS3­4: Evaluate or refine a technological solution that reduces impacts of human activities on natural systems. HS­ETS1­3: Evaluate a solution to a complex real­world problem based on prioritized criteria and trade­offs that account for a range of constraints, including cost, safety, reliability, and aesthetics as well as possible social, cultural, and environmental impacts. 

Unit Summary In this unit of study, students examine factors that have influenced the distribution and development of human society; these factors include climate, natural resource availability, and natural disasters. Students use computational representations to analyze how earth systems and their relationships are being modified by human activity. Students also develop an understanding of how human activities affect natural resources and of the interdependence between humans and Earth’s systems, which affect the availability of natural resources. Students will apply their engineering capabilities to reduce human impacts on earth systems and improve social and environmental cost–benefit ratios. The crosscutting concepts of cause and effect, systems and systems models, stability and change, and the influence of engineering, technology, and science on society and the natural world are called out as organizing concepts for the disciplinary core ideas. Students will analyze and interpret data, use mathematical and computational thinking, and construct explanations as they demonstrate understanding of the disciplinary core ideas. 

Technical Terms natural hazards, natural resources, climate change, hydrosphere, atmosphere, cryosphere, geosphere, biosphere, atmospheric carbon dioxide, photosynthetic biomass, ocean acidification, geoscience, natural systems, pollutants, geoengineering design 

Formative Assessment Measures Part A: How are human activities influence the global ecosystem? Students who understand the concepts are able to: Construct an explanation based on valid and reliable evidence for how the availability of natural resources, occurrence of natural hazards, and changes in climate have influenced human activity. Use empirical evidence to differentiate between how the availability of natural resources, occurrence of natural hazards, and changes in climate have influenced human activity. Part B: What are the relationships among earth’s systems and how are those relationships being modified due to human activity? Students who understand the concepts are able to: 

Use a computational representation to illustrate the relationships among Earth systems and how these relationships are being modified due to human activity. Describe the boundaries of Earth systems. Analyze and describe the inputs and outputs of Earth systems. Part C: What is the current rate of global or regional climate change and what are the associated future impacts to Earth’s systems? Students who understand the concepts are able to: Analyze geosciences data and the results from global climate models to make an evidence­based forecast of the current rate of global or regional climate change and associated future impacts to Earth systems. Quantify and model change and rates of change in geosciences data and rates of global or regional climate change and associated impacts to Earth systems. Part D: How can the impacts of human activities on natural systems be reduced? Students who understand the concepts are able to: Evaluate or refine a technological solution that reduces impacts of human activities on natural systems based on scientific knowledge and student generated sources of evidence; prioritize criteria and tradeoff considerations. 

Interdisciplinary Connections NJSLS­ ELA  NJSLS­ Mathematics 

Cite specific textual evidence to support analysis of science and technical texts, attending to important distinctions the author makes and to any gaps or inconsistencies in the account. RST.11­12.1 (HS­ETS1­3) Integrate and evaluate multiple sources of information presented in diverse formats and media (e.g., quantitative data, video, multimedia) in order to address a question or solve a problem. RST.11­12.7 (HS­ETS1­3) Evaluate the hypotheses, data, analysis, and conclusions in a science or technical text, verifying the data when possible and corroborating or challenging conclusions with other sources of information. RST.11­12.8 (HS­ETS1­3) Synthesize information from a range of sources (e.g., texts, experiments, simulations) into a coherent understanding of a process, phenomenon, or concept, resolving conflicting information when possible. RST.11­12.9 (HSETS1­3). 

Reason abstractly and quantitatively. MP.2 (HS­LS2­1),(HS­LS2­2),(HS­LS2­6),(HSLS2­7) Model with mathematics. MP.4 (HS­ETS1­3) Use units as a way to understand problems and to guide the solution of multi­step problems; choose and interpret units consistently in formulas; choose and interpret the scale and the origin in graphs and data displays. HSN.Q.A.1 (HS­ETS1­3). Define appropriate quantities for the purpose of descriptive modeling. HSN.Q.A.2 (HS­ETS1­3). Choose a level of accuracy appropriate to limitations on measurement when reporting quantities. HSN.Q.A.3 (HS­ETS1­3) 

Core Instructional Materials  Can include: Textbooks Series, Lab Materials, etc. 21st Century Life and Careers  CRP 1, CRP 2, CRP 4, CRP 5, CRP 6, CRP 7, CRP 8 , CRP 9, CRP 11, CRP 12 Technology Standards  8.1.8.A.4, 8.1.8.D.1, 8.1.8.D.4, 8.1.12.A.2, 8.1.12.A.4, 8.1.12.A.5, 8.1.12.C.1, 8.1.12.D.1, 8.1.12.E.1 

Modifications English Language Learners  Special Education  At­Risk  Gifted and Talented 

Scaffolding Word walls Sentence/paragraph frames 

Word walls Visual aides Graphic organizers 

Teacher tutoring Peer tutoring Study guides 

Curriculum compacting Challenge assignments Enrichment activities 

Bilingual dictionaries/translation Think alouds Read alouds Highlight key vocabulary Annotation guides Think­pair­ share Visual aides Modeling Cognates 

Multimedia Leveled readers Assistive technology Notes/summaries Extended time Answer masking Answer eliminator Highlighter Color contrast 

Graphic organizers Extended time Parent communication Modified assignments Counseling 

Tiered activities Independent research/inquiry Collaborative teamwork Higher level questioning Critical/Analytical thinking tasks Self­directed activities 

    

    

BIOLOGY HS­ESS3­1 Earth and Human Activity HS­ESS3­1: Construct an explanation based on evidence for how the availability of natural resources, occurrence of natural hazards, and changes in climate have influenced human activity. Clarification Statement: Examples of key natural resources include access to fresh water (such as rivers, lakes, and groundwater), regions of fertile soils such as river deltas, and high concentrations of minerals and fossil fuels. Examples of natural hazards can be from interior processes (such as volcanic eruptions and earthquakes), surface processes (such as tsunamis, mass wasting and soil erosion), and severe weather (such as hurricanes, floods, and droughts). Examples of the results of changes in climate that can affect populations or drive mass migrations include changes to sea level, regional patterns of temperature and precipitation, and the types of crops and livestock that can be raised. Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­ESS3­1 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Constructing Explanations and Designing Solutions Constructing explanations and designing solutions in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to explanations and designs that are supported by multiple and independent student­generated sources of evidence consistent with scientific knowledge, principles, and theories. Construct an explanation based on valid and reliable evidence obtained from a variety of sources(including students’ own investigations, models, theories, simulations, peer review) and the assumption that theories and laws that describe the natural world operate today as they did in the past and will continue to do so in the future. 

ESS3.A: Natural Resources Resource availability has guided the development of human society. ESS3.B: Natural Hazards Natural hazards and other geologic events have shaped the course of human history; [they] have significantly altered the sizes of human populations and have driven human migrations. 

Cause and Effect Empirical evidence is required to differentiate between cause and correlation and make claims about specific causes and effects. Connections to Engineering, Technology, and Applications of Science Influence of Science, Engineering, and Technology on Society and the Natural World Modern civilization depends on major technological systems. 

Connections to other DCIs in this grade­band: N/A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.A ; MS.LS4.D ; MS.ESS2.A ; MS.ESS3.A ; MS.ESS3.B NJSLS­ ELA: RST.11­12.1, WHST.9­12.2 NJSLS­ Math: MP.2, HSN.Q.A.1, HSN.Q.A.2, HSN.Q.A.3 

5E Model HS­ESS3­1: Construct an explanation based on evidence for how the availability of natural resources, occurrence of natural hazards, and changes in climate have influenced human activity. Engage  Anticipatory Set 

PBS: Water World The following video will provide students with a look into the impacts that climate change in having in Bangladesh. 

http://www.pbs.org/now/shows/543/index.html Sinking Islands View the following video and discuss how the negative impacts of climate change on island communities. http://www.emtv.com.pg/article.aspx?slug=Kivalina­Carteret­Similarities­of­the­Sinking­Islands& NASA: How Does Climate Change Affect Humans? https://www.opened.com/video/nasa­how­does­climate­change­affect­humans/5786128 

Exploration  Student Inquiry 

The following sites provide insight into how the availability of natural resources, the occurrence of natural hazards, and climate change have influenced human activity. After analyzing this information, students will construct an argument explaining how these factors have influenced human activity. Explanations should include specific evidence from these sources. Indigenous Peoples Land Use and Land Cover Rural Communities Human Health 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): ESS3.A: Natural Resources Resource availability has guided the development of human society. ESS3.B: Natural Hazards Natural hazards and other geologic events have shaped the course of human history; [they] have significantly altered the sizes of human populations and have driven human migrations. 

Elaboration  Extension Activity 

Additional Online Activities: STEM on the Brain https://www.stemonthebrain.com/resources/codes/hs­ess3­1 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Written Explanation Teacher will evaluate the students' explanations and the use of evidence to support arguments. See Evidence Statements.  

      

 BIOLOGY 

HS­ESS3­6 Earth and Human Activity HS­ESS3­6: Use a computational representation to illustrate the relationships among Earth systems and how those relationships are being modified due to human activity. Clarification Statement: Examples of Earth systems to be considered are the hydrosphere, atmosphere, cryosphere, geosphere, and/or biosphere. An example of the far­reaching impacts from a human activity is how an increase in atmospheric carbon dioxide results in an increase in photosynthetic biomass on land and an increase in ocean acidification, with resulting impacts on sea organism health and marine populations. Assessment Boundary: Assessment does not include running computational representations but is limited to using the published results of scientific computational models. Evidence Statements: HS­ESS3­6 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Using Mathematics and Computational Thinking Mathematical and computational thinking in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to using algebraic thinking and analysis, a range of linear and nonlinear functions including trigonometric functions, exponentials and logarithms, and computational tools for statistical analysis to analyze, represent, and model data. Simple computational simulations are created and used based on mathematical models of basic assumptions. Use a computational representation of phenomena or design solutions to describe and/or support claims and/or explanations. 

ESS2.D: Weather and Climate Current models predict that, although future regional climate changes will be complex and varied, average global temperatures will continue to rise. The outcomes predicted by global climate models strongly depend on the amounts of human­generated greenhouse gases added to the atmosphere each year and by the ways in which these gases are absorbed by the ocean and biosphere. (secondary) ESS3.D: Global Climate Change Through computer simulations and other studies, important discoveries are still being made about how the ocean, the atmosphere, and the biosphere interact and are modified in response to human activities. 

Systems and System Models When investigating or describing a system, the boundaries and initial conditions of the system need to be defined and their inputs and outputs analyzed and described using models. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.LS2.B ; HS.LS2.C ; HS.LS4.D ; HS.ESS2.A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.C ; MS.ESS2.A ; MS.ESS2.C ; MS.ESS3.C ; MS.ESS3.D NJSLS­ ELA: N/A NJSLS­ Math: MP.2, MP.4, HSN.Q.A.1, HSN.Q.A.2, HSN.Q.A.3 

5E Model HS­ESS3­6: Use a computational representation to illustrate the relationships among Earth systems and how those relationships are being modified due to human activity. 

Engage  Anticipatory Set 

Climate Challenge A BBC created virtual Exploration of changing global climate patterns. Players must respond to catastrophic events caused by climate change as well as natural and manmade events, which may or may not be linked to climate change. This aspect of the game is meant to give some idea of what could happen as the Earth's climate changes and also introduce the unpredictable nature of some natural events. http://www.bbc.co.uk/sn/hottopics/climatechange/climate_challenge/aboutgame.shtml 

Exploration  Student Inquiry 

Climate Interactive https://www.climateinteractive.org/tools/c­learn/simulation/ https://www.climateinteractive.org/programs/world­climate/instructor­resources/ The C­Learn activity will help students understand the long­term climate effects (CO2 concentrations, global temperature, sea level rise) of various actions to change CO2 emissions, like those from fossil fuels, deforestation, and planting trees My2050 A UK based animation that investigates the impacts of personal, regional, and national choices and policies and their impact on global warming. Extensions should be investigated for students to discover the economic impacts of their given plans, as well as the risk of the implemented systems for engineers, and overall cost­benefit analysis of their plans http://my2050.decc.gov.uk/ 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): ESS2.D: Weather and Climate Current models predict that, although future regional climate changes will be complex and varied, average global temperatures will continue to rise. The outcomes predicted by global climate models strongly depend on the amounts of human­generated greenhouse gases added to the atmosphere each year and by the ways in which these gases are absorbed by the ocean and biosphere. (secondary) ESS3.D: Global Climate Change Through computer simulations and other studies, important discoveries are still being made about how the ocean, the atmosphere, and the biosphere interact and are modified in response to human activities. 

Elaboration  Extension Activity 

Climate Poker http://www.spieledealer.de/bewitched/bewitched.php?menu=1&menu2=11&language=_e Climate and the Biosphere http://serc.carleton.edu/eslabs/weather/index.html How Do Humans Change our Planet? https://sites.google.com/site/earthsciportal/how­do­humans­change­our­planet 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task: My2050 Action Plan Based on your My2050 exploration develop a plan that describes how human activity could affect the relationships between a least two Earth systems. Use specific evidence from your exploration to support the plan you propose. 

    

 BIOLOGY 

HS­ESS3­5 Earth and Human Activity HS­ESS3­5: Analyze geoscience data and the results from global climate models to make an evidence­based forecast of the current rate of global or regional climate change and associated future impacts to Earth systems. Clarification Statement: Examples of evidence, for both data and climate model outputs, are for climate changes (such as precipitation and temperature) and their associated impacts (such as on sea level, glacial ice volumes, or atmosphere and ocean composition). Assessment Boundary: Assessment is limited to one example of a climate change and its associated impacts. Evidence Statements: HS­ESS3­5 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Analyzing and Interpreting Data Analyzing data in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to introducing more detailed statistical analysis, the comparison of data sets for consistency, and the use of models to generate and analyze data. Analyze data using computational models in order to make valid and reliable scientific claims. Connections to Nature of Science Scientific Investigations Use a Variety of Methods Science investigations use diverse methods and do not always use the same set of procedures to obtain data. New technologies advance scientific knowledge. Scientific Knowledge is Based on Empirical Evidence Science knowledge is based on empirical evidence. Science arguments are strengthened by multiple lines of evidence supporting a single explanation. 

ESS3.D: Global Climate Change Though the magnitudes of human impacts are greater than they have ever been, so too are human abilities to model, predict, and manage current and future impacts. 

Stability and Change Change and rates of change can be quantified and modeled over very short or very long periods of time. Some system changes are irreversible. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.PS3.B ; HS.PS3.D ; HS.LS1.C ; HS.ESS2.D 

Articulation of DCIs across grade­bands: MS.PS3.B ; MS.PS3.D ; MS.ESS2.A ; MS.ESS2.D ; MS.ESS3.B ; MS.ESS3.C ; MS.ESS3.D 

NJSLS­ ELA: RST.11­12.1, RST.11­12.2, RST.11­12.7 NJSLS­ Math: MP.2, HSN.Q.A.1, HSN.Q.A.2, HSN.Q.A.3 

5E Model HS­ESS3­5: Analyze geoscience data and the results from global climate models to make an evidence­based forecast of the current rate of global or regional climate change and associated future impacts to Earth systems. Engage  Anticipatory Set 

An interactive website that shows a series of visualizations on how Earth's key climate indicators are changing over time. http://climate.nasa.gov/interactives/climate­time­machine 

Exploration  Student Inquiry 

Earth Labs EarthLabs units offer sequences for learning science concepts through hands­on experiments and data analysis. Using satellite imagery, numerical data, computer visualizations, and video, students explore Earth system processes and build quantitative skills 

that enable them to objectively evaluate scientific findings for themselves. http://serc.carleton.edu/earthlabs/index.html Climate Change: Geoscience Data https://www3.epa.gov/climatechange/ 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): ESS3.D: Global Climate Change Though the magnitudes of human impacts are greater than they have ever been, so too are human abilities to model, predict, and manage current and future impacts. 

Elaboration  Extension Activity 

Related Activities http://www.ck12.org/ngss/middle­school­earth­and­space­sciences/earth­and­human­activity 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Analysis & Prediction After analyzing the geoscience data included in the above activities, students will predict the future effects of a selected aspect of climate change. Students will make a statement regarding how variation or uncertainty in the data may affect its interpretation 

    

 BIOLOGY 

HS­ESS3­4 Earth and Human Activity HS­ESS3­4: Evaluate or refine a technological solution that reduces impacts of human activities on natural systems. Clarification Statement: Examples of data on the impacts of human activities could include the quantities and types of pollutants released, changes to biomass and species diversity, or areal changes in land surface use (such as for urban development, agriculture and livestock, or surface mining). Examples for limiting future impacts could range from local efforts (such as reducing, reusing, and recycling resources) to large­scale geoengineering design solutions (such as altering global temperatures by making large changes to the atmosphere or ocean). Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­ESS3­4 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Constructing Explanations and Designing Solutions Constructing explanations and designing solutions in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to explanations and designs that are supported by multiple and independent student­generated sources of evidence consistent with scientific knowledge, principles, and theories. Design or refine a solution to a complex real­world problem, based on scientific knowledge, student­generated sources of evidence, prioritized criteria, and tradeoff considerations. 

ESS3.C: Human Impacts on Earth Systems Scientists and engineers can make major contributions by developing technologies that produce less pollution and waste and that preclude ecosystem degradation. ETS1.B: Developing Possible Solutions When evaluating solutions, it is important to take into account a range of constraints, including cost, safety, reliability, and aesthetics, and to consider social, cultural, and environmental impacts. (secondary) 

Stability and Change Feedback (negative or positive) can stabilize or destabilize a system. Connections to Engineering, Technology, and Applications of Science Influence of Science, Engineering, and Technology on Society and the Natural World Engineers continuously modify these technological systems by applying scientific knowledge and engineering design practices to increase benefits while decreasing costs and risks. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.LS2.C ; HS.LS4.D Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.C ; MS.ESS2.A ; MS.ESS2.E ; MS.ESS3.B ; MS.ESS3.C ; MS.ESS3.D NJSLS­ ELA: RST.11­12.1 , RST.11­12.8 NJSLS­ Math: MP.2, HSN.Q.A.1, HSN.Q.A.2, HSN.Q.A.3 

5E Model HS­ESS3­4: Evaluate or refine a technological solution that reduces impacts of human activities on natural systems. 

Engage  Anticipatory Set 

In this interactive, world maps reveal the human footprint on Earth's water, air, climate, forests, and animal habitats. Examine geographical connections between population growth and environmental degradation across the globe. http://www.pbs.org/wgbh/nova/earth/earth­peril.html 

Exploration  Student Inquiry 

Students will evaluate the following technological solutions and propose refinements: Don't Throw Away Our Future: Recycling http://www.recommunity.com/wp­content/themes/recommunity/pdf/ReLessonPlan_6­12.pdf Desalinization http://www.xylem.com/en­us/products/water­treatment­solutions/Pages/desalination­solutions.aspx 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. 

Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): ESS3.C: Human Impacts on Earth Systems Scientists and engineers can make major contributions by developing technologies that produce less pollution and waste and that preclude ecosystem degradation. ETS1.B: Developing Possible Solutions When evaluating solutions, it is important to take into account a range of constraints, including cost, safety, reliability, and aesthetics, and to consider social, cultural, and environmental impacts. (secondary) 

Elaboration  Extension Activity 

Practical Approaches to Sand Management https://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/ors04/spr04/02_sand_management.pdf 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task: In their evaluation, students describe how the refinement will improve the solution to increase benefits and/or decrease costs or risks to people and the environment. Students evaluate the proposed refinements for: ­ Their effects on the overall stability of and changes in natural systems; and ­ Cost, safety, aesthetics, and reliability, as well as cultural and environmental impacts. 

    

 BIOLOGY 

HS­ETS1­3 Engineering Design HS­ETS1­3: Evaluate a solution to a complex real­world problem based on prioritized criteria and trade­offs that account for a range of constraints, including cost, safety, reliability, and aesthetics as well as possible social, cultural, and environmental impacts. Clarification Statement: N/A Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­ETS1­3 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Constructing Explanations and Designing Solutions Constructing explanations and designing solutions in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to explanations and designs that are supported by multiple and independent student­generated sources of evidence consistent with scientific ideas, principles and theories. Evaluate a solution to a complex real­world problem, based on scientific knowledge, student­generated sources of evidence, prioritized criteria, and tradeoff considerations. 

ETS1.B: Developing Possible Solutions When evaluating solutions, it is important to take into account a range of constraints, including cost, safety, reliability, and aesthetics, and to consider social, cultural, and environmental impacts. 

Connections to Engineering, Technology, and Applications of Science 

Influence of Science, Engineering, and Technology on Society and the Natural World New technologies can have deep impacts on society and the environment, including some that were not anticipated. Analysis of costs and benefits is a critical aspect of decisions about technology. 

Connections to other DCIs in this grade­band: Earth and Space Science: HS­ESS3­2, HS­ESS3­4 Life Science: HS­LS2­7, HS­LS4­6 Articulation of DCIs across grade­bands: MS.ETS1.A ; MS.ETS1.B NJSLS­ ELA: RST.11­12.7, RST.11­12.8, RST.11­12.9 NJSLS­ Math: MP.2, MP.4     

 Unit 4: Overview 

Unit 4: Human Activity and Biodiversity Content Area: Biology Pacing: 20 Instructional Days 

Essential Question Would we treat our resources and life support system if we were on a rocket headed for Mars as we do in our community right now? 

Student Learning Objectives (Performance Expectations) HS­LS2­7: Design, evaluate, and refine a solution for reducing the impacts of human activities on the environment and biodiversity HS­ETS1­1: Analyze a major global challenge to specify qualitative and quantitative criteria and constraints for solutions that account for societal needs and wants. HS­ETS1­2: Design a solution to a complex real­world problem by breaking it down into smaller, more manageable problems that can be solved through engineering. HS­ETS1­3: Evaluate a solution to a complex real­world problem based on prioritized criteria and trade­offs that account for a range of constraints, including cost, safety, reliability, and aesthetics as well as possible social, cultural, and environmental impacts. HS­LS4­6: Create or revise a simulation to test a solution to mitigate adverse impacts of human activity on biodiversity. HS­ETS1­4: Use a computer simulation to model the impact of proposed solutions to a complex real­world problem with numerous criteria and constraints on interactions within and between systems relevant to the problem. HS­ESS3­3: Create a computational simulation to illustrate the relationships among management of natural resources, the sustainability of human populations, and biodiversity. 

Unit Summary In this unit of study, mathematical models provide support for students’ conceptual understanding of systems and students’ ability to design, evaluate, and refine solutions for reducing the impact of human activities on the environment and maintaining biodiversity. Students create or revise a simulation to test solutions for mitigating adverse impacts of human activity on biodiversity. Crosscutting concepts of systems and system models play a central role in students' understanding of science and engineering practices and core ideas of ecosystems. Mathematical models also provide support for students' conceptual understanding of systems and their ability to develop design solutions for reducing the impact of human activities on the environment and maintaining biodiversity 

Technical Terms biodiversity, anthropogenic changes, genetic variation, adaptation, agricultural efficiency, levels of conservation, urban planning, endangered species, geneticvariation 

Formative Assessment Measures Part A: How might we change habits if we replaced the word “environment” with the word “life support system”? Students who understand the concepts are able to: Create a computational simulation to illustrate the relationships among management of natural resources, the sustainability of human populations, and biodiversity. Quantify and model change and rates of change in the relationships among management of natural resources, the sustainability of human populations, and biodiversity. Part B: Does reducing human impacts on our global life support system require social engineering or mechanical engineering? 

Students who understand the concepts are able to: Design, evaluate, and refine a solution for reducing the impacts of human activities on the environment and biodiversity based on scientific knowledge, student­generated sources of evidence, prioritized criteria, and tradeoff considerations. Construct explanations for how the environment and biodiversity change and stay the same when affected by human activity. Evaluate a solution for reducing the impacts of human activities on the environment and biodiversity based on scientific knowledge, student generated sources of evidence, prioritized criteria, and tradeoff considerations. Analyze costs and benefits of a solution for reducing the impacts of human activities on the environment and biodiversity based on scientific knowledge, student­generated sources of evidence, prioritized criteria, and tradeoff considerations. Part C: Is the damage done to the global life support system permanent? Students who understand the concepts are able to: Create or revise a simulation based on scientific knowledge, student generated sources of evidence, prioritized criteria, and tradeoff considerations to test a solution to mitigate adverse impacts of human activity on biodiversity. • Use empirical evidence to make claims about the impacts of human activity on biodiversity. Break down the criteria for the design of a simulation to test a solution for mitigating adverse impacts of human activity on biodiversity into simpler ones that can be approached systematically based on consideration of tradeoffs. Design a solution for a proposed problem related to threatened or endangered species or to genetic variation of organisms for multiple species. Analyze costs and benefits of a solution to mitigate adverse impacts of human activity on biodiversity. 

Interdisciplinary Connections NJSLS­ ELA  NJSLS­ Mathematics 

Integrate and evaluate multiple sources of information presented in diverse formats and media (e.g., quantitative data, video, multimedia) in order to address a question or solve a problem. RST.11­12.7 (HS­LS2­7) Evaluate the hypotheses, data, analysis, and conclusions in a science or technical text, verifying the data when possible and corroborating or challenging conclusions with other sources of information. RST.11­12.8 (HSETS1­3) Synthesize information from a range of sources (e.g., texts, experiments, simulations) into a coherent understanding of a process, phenomenon, or concept, resolving conflicting information when possible. RST.11­12.9 (HSETS1­3). Develop and strengthen writing as needed by planning, revising, editing, rewriting, or trying a new approach, focusing on addressing what is most significant for a specific purpose and audience. WHST.9­12.5 (HSLS4­6). 

Reason abstractly and quantitatively. MP.2 (HS­LS2­7), (HS­ETS1­3) Model with mathematics. MP.4 (HS­ETS1­3) Use units as a way to understand problems and to guide the solution of multi­step problems; choose and interpret units consistently in formulas; choose and interpret the scale and the origin in graphs and data displays. HSN.Q.A.1 (HS­LS2­7) Define appropriate quantities for the purpose of descriptive modeling. HSN.Q.A.2 (HS­ETS1­3) Choose a level of accuracy appropriate to limitations on measurement when reporting quantities. HSN.Q.A.3 (HS­ETS1­3) 

Core Instructional Materials  Can include: Textbooks Series, Lab Materials, etc. 21st Century Life and Careers  CRP 1, CRP 2, CRP 4, CRP 5, CRP 6, CRP 7, CRP 8 , CRP 9, CRP 11, CRP 12 Technology Standards  8.1.8.A.3, 8.1.8.A.4, 8.1.8.D.1, 8.1.8.D.4, 8.1.12.A.2, 8.1.12.A.4, 8.1.12.A.5, 8.1.12.C.1, 8.1.12.D.1, 8.1.12.E.1 

Modifications English Language Learners  Special Education  At­Risk  Gifted and Talented 

Scaffolding  Word walls  Teacher tutoring  Curriculum compacting 

Word walls Sentence/paragraph frames Bilingual dictionaries/translation Think alouds Read alouds Highlight key vocabulary Annotation guides Think­pair­ share Visual aides Modeling Cognates 

Visual aides Graphic organizers Multimedia Leveled readers Assistive technology Notes/summaries Extended time Answer masking Answer eliminator Highlighter Color contrast 

Peer tutoring Study guides Graphic organizers Extended time Parent communication Modified assignments Counseling 

Challenge assignments Enrichment activities Tiered activities Independent research/inquiry Collaborative teamwork Higher level questioning Critical/Analytical thinking tasks Self­directed activities 

    

 BIOLOGY 

HS­LS2­7 Ecosystems: Interactions, Energy, and Dynamics HS­LS2­7: Design, evaluate, and refine a solution for reducing the impacts of human activities on the environment and biodiversity Clarification Statement: Examples of human activities can include urbanization, building dams, and dissemination of invasive species. Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­LS2­7 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Constructing Explanations and Designing Solutions Constructing explanations and designing solutions in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to explanations and designs that are supported by multiple and independent student­generated sources of evidence consistent with scientific ideas, principles, and theories. Design, evaluate, and refine a solution to a complex real­world problem, based on scientific knowledge, student­generated sources of evidence, prioritized criteria, and tradeoff considerations. 

LS2.C: Ecosystem Dynamics, Functioning, and Resilience Moreover, anthropogenic changes (induced by human activity) in the environment—including habitat destruction, pollution, introduction of invasive species, overexploitation, and climate change—can disrupt an ecosystem and threaten the survival of some species. LS4.D: Biodiversity and Humans Biodiversity is increased by the formation of new species (speciation) and decreased by the loss of species (extinction). (secondary) Humans depend on the living world for the resources and other benefits provided by biodiversity. But human activity is also having adverse impacts on biodiversity through overpopulation, overexploitation, habitat destruction, pollution, introduction of invasive species, and climate change. Thus sustaining biodiversity so that ecosystem functioning and productivity are maintained is essential to supporting and enhancing life on Earth. Sustaining biodiversity also aids humanity by preserving landscapes of recreational or inspirational value. (secondary) (Note: This Disciplinary Core Idea is also addressed by HS­LS4­6.) ETS1.B: Developing Possible Solutions When evaluating solutions it is important to take into account a range of constraints including cost, safety, reliability and aesthetics and to consider social, cultural and environmental impacts. (secondary) 

Stability and Change Much of science deals with constructing explanations of how things change and how they remain stable. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.ESS2.D ; HS.ESS2.E ; HS.ESS3.A ; HS.ESS3.C Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.C ; MS.ESS3.C ; MS.ESS3.D NJSLS­ ELA: RST.9­10.8 , RST.11­12.7 , RST.11­12.8 , WHST.9­12.7 NJSLS­ Math: MP.2 , HSN.Q.A.1 , HSN.Q.A.2 , HSN.Q.A.3 

5E Model HS­LS2­7: Design, evaluate, and refine a solution for reducing the impacts of human activities on the environment and biodiversity 

Engage  Anticipatory Set 

The 25 Most Invasive Species Have students list invasive species worldwide and see how many they actually know https://www.youtube.com/watch?v=U4157GuG2WA A CNN news document that allows the students to understand the last standing of the Northern White Rhino. Showing the students how global interactions can affect population sizes in the environment. 

http://www.cnn.com/videos/world/2015/07/29/northern­white­rhino­dead­near­extinction­orig.cnn 

Exploration  Student Inquiry 

Bees: The Invaluable Master Pollinators https://www.teachengineering.org/activities/view/van_biomimicry_activity6 Bye­Bye Birdie https://www.populationeducation.org/content/ngss­lesson­plan­high­school­bye­bye­birdie https://www.populationeducation.org/sites/default/files/activity­bye_bye_birdie.pdf Have students continue research on their endangered species by evaluating the effectiveness of current conservation efforts and challenge students to brainstorm another conservation tactic not currently in place. Have students write a “state of the species” report outlining their findings and proposed solution. Impact on Biodiversity: Article http://redpath­museum.mcgill.ca/Qbp/3.Conservation/impacts.htm Following the activities above, challenge your students to apply their knowledge of human impacts on biodiversity by designing a solution that involves reducing the negative effects of human activities on the environment and biodiversity, and that relies on scientific knowledge of the factors affecting changes and stability in biodiversity. 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS2.C: Ecosystem Dynamics, Functioning, and Resilience Moreover, anthropogenic changes (induced by human activity) in the environment—including habitat destruction, pollution, introduction of invasive species, overexploitation, and climate change—can disrupt an ecosystem and threaten the survival of some species. LS4.D: Biodiversity and Humans Biodiversity is increased by the formation of new species (speciation) and decreased by the loss of species (extinction). (secondary) Humans depend on the living world for the resources and other benefits provided by biodiversity. But human activity is also having adverse impacts on biodiversity through overpopulation, overexploitation, habitat destruction, pollution, introduction of invasive species, and climate change. Thus sustaining biodiversity so that ecosystem functioning and productivity are maintained is essential to supporting and enhancing life on Earth. Sustaining biodiversity also aids humanity by preserving landscapes of recreational or inspirational value. (secondary) (Note: This Disciplinary Core Idea is also addressed by HS­LS4­6.) ETS1.B: Developing Possible Solutions When evaluating solutions it is important to take into account a range of constraints including cost, safety, reliability and aesthetics and to consider social, cultural and environmental impacts. (secondary) 

Elaboration  Extension Activity 

Invasive Species Resources http://www.njisst.org/fact­sheets.htm http://www.nj.gov/dep/njisc/Factsheets/ 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Biodiversity Solution The student solutions should describe and quantify the criteria and constraints to the solution to the problem.  

    

 BIOLOGY 

HS­ETS1­1 Engineering Design HS­ETS1­1: Analyze a major global challenge to specify qualitative and quantitative criteria and constraints for solutions that account for societal needs and wants. Clarification Statement: N/A Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­ETS1­1 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Asking Questions and Defining Problems Asking questions and defining problems in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to formulating, refining, and evaluating empirically testable questions and design problems using models and simulations. Analyze complex real­world problems by specifying criteria and constraints for successful solutions. 

ETS1.A: Defining and Delimiting Engineering Problems Criteria and constraints also include satisfying any requirements set by society, such as taking issues of risk mitigation into account, and they should be quantified to the extent possible and stated in such a way that one can tell if a given design meets them. Humanity faces major global challenges today, such as the need for supplies of clean water and food or for energy sources that minimize pollution, which can be addressed through engineering. These global challenges also may have manifestations in local communities. 

Connections to Engineering, Technology, and Applications of Science Influence of Science, Engineering, and Technology on Society and the Natural World New technologies can have deep impacts on society and the environment, including some that were not anticipated. Analysis of costs and benefits is a critical aspect of decisions about technology. 

Connections to other DCIs in this grade­band: Physical Science: HS­PS2­3, HS­PS3­3 Articulation of DCIs across grade­bands: MS.ETS1.A NJSLS­ ELA: RST.11­12.7, RST.11­12.8, RST.11­12.9 NJSLS­ Math: MP.2, MP.4     

 BIOLOGY 

HS­ETS1­2 Engineering Design HS­ETS1­2: Design a solution to a complex real­world problem by breaking it down into smaller, more manageable problems that can be solved through engineering. Clarification Statement: N/A Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­ETS1­2 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Constructing Explanations and Designing Solutions Constructing explanations and designing solutions in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to explanations and designs that are supported by multiple and independent student­generated sources of evidence consistent with scientific ideas, principles and theories. Design a solution to a complex real­world problem, based on scientific knowledge, student­generated sources of evidence, prioritized criteria, and tradeoff considerations. 

ETS1.C: Optimizing the Design Solution Criteria may need to be broken down into simpler ones that can be approached systematically, and decisions about the priority of certain criteria over others (trade­offs) may be needed. 

 

Connections to other DCIs in this grade­band: Physical Science: HS­PS1­6, HS­PS2­3 Articulation of DCIs across grade­bands: MS.ETS1.A ; MS.ETS1.B ; MS.ETS1.C NJSLS­ ELA: N/A NJSLS­ Math: MP.4     

 BIOLOGY 

HS­ETS1­3 Engineering Design HS­ETS1­3: Evaluate a solution to a complex real­world problem based on prioritized criteria and trade­offs that account for a range of constraints, including cost, safety, reliability, and aesthetics as well as possible social, cultural, and environmental impacts. Clarification Statement: N/A Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­ETS1­3 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Constructing Explanations and Designing Solutions Constructing explanations and designing solutions in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to explanations and designs that are supported by multiple and independent student­generated sources of evidence consistent with scientific ideas, principles and theories. Evaluate a solution to a complex real­world problem, based on scientific knowledge, student­generated sources of evidence, prioritized criteria, and tradeoff considerations. 

ETS1.B: Developing Possible Solutions When evaluating solutions, it is important to take into account a range of constraints, including cost, safety, reliability, and aesthetics, and to consider social, cultural, and environmental impacts. 

Connections to Engineering, Technology, and Applications of Science 

Influence of Science, Engineering, and Technology on Society and the Natural World New technologies can have deep impacts on society and the environment, including some that were not anticipated. Analysis of costs and benefits is a critical aspect of decisions about technology. 

Connections to other DCIs in this grade­band: Earth and Space Science: HS­ESS3­2, HS­ESS3­4 Life Science: HS­LS2­7, HS­LS4­6 Articulation of DCIs across grade­bands: MS.ETS1.A ; MS.ETS1.B NJSLS­ ELA: RST.11­12.7, RST.11­12.8, RST.11­12.9 NJSLS­ Math: MP.2, MP.4     

 BIOLOGY 

HS­LS4­6 Biological Evolution: Unity and Diversity HS­LS4­6: Create or revise a simulation to test a solution to mitigate adverse impacts of human activity on biodiversity. Clarification Statement: Emphasis is on designing solutions for a proposed problem related to threatened or endangered species, or to genetic variation of organisms for multiple species. Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­LS4­6 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Using Mathematics and Computational Thinking LS4.C: Adaptation  Cause and Effect Mathematical and computational thinking in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to using algebraic thinking and analysis, a range of linear and nonlinear functions including trigonometric functions, exponentials and logarithms, and computational tools for statistical analysis to analyze, represent, and model data. Simple computational simulations are created and used based on mathematical models of basic assumptions. Create or revise a simulation of a phenomenon, designed device, process, or system. 

Changes in the physical environment, whether naturally occurring or human induced, have thus contributed to the expansion of some species, the emergence of new distinct species as populations diverge under different conditions, and the decline–and sometimes the extinction–of some species. LS4.D: Biodiversity and Humans Humans depend on the living world for theresources and other benefits provided by biodiversity. But human activity is also having adverse impacts on biodiversity through overpopulation, overexploitation, habitat destruction, pollution, introduction of invasive species, and climate change. Thus sustaining biodiversity so that ecosystem functioning and productivity are maintained is essential to supporting and enhancing life on Earth. Sustaining biodiversity also aids humanity by preserving landscapes of recreational or inspirational value. (Note: This Disciplinary Core Idea is also addressed by HS­LS2­7.) ETS1.B: Developing Possible Solutions When evaluating solutions, it is important to take into account a range of constraints, including cost, safety, reliability, and aesthetics, and to consider social, cultural, and environmental impacts. (secondary) Both physical models and computers can be used in various ways to aid in the engineering design process. Computers are useful for a variety of purposes, such as running simulations to test different ways of solving a problem or to see which one is most efficient or economical; and in making a persuasive presentation to a client about how a given design will meet his or her needs. (secondary) 

Empirical evidence is required to differentiate between cause and correlation and make claims about specific causes and effects. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.ESS2.D ; HS.ESS2.E ; HS.ESS3.A ; HS.ESS3.C ; HS.ESS3.D Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.C ; HS.ESS3.C NJSLS­ ELA: WHST.9­12.5 , WHST.9­12.7 NJSLS­ Math: N/A 

5E Model HS­LS4­6: Create or revise a simulation to test a solution to mitigate adverse impacts of human activity on biodiversity. 

Engage  Anticipatory Set 

Human Activities That Threaten Biodiversity https://www.youtube.com/watch?v=2RC3Hsk90t8 Silent Invasion http://video.pbs.org/video/1098841639/ 

Exploration Student Inquiry 

The Anthropocene: Human Impact on the Environment In this interactive activity, students will explore key human impacts on the environment and how they have affected Earth’s landscape, ocean, atmosphere, and biodiversity with this engaging interactive. http://www.hhmi.org/biointeractive/anthropocene­human­impact­environment 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS4.C: Adaptation Changes in the physical environment, whether naturally occurring or human induced, have thus contributed to the expansion of some species, the emergence of new distinct species as populations diverge under different conditions, and the decline–and sometimes the extinction–of some species. LS4.D: Biodiversity and Humans Humans depend on the living world for the resources and other benefits provided by biodiversity. But human activity is also having adverse impacts on biodiversity through overpopulation, overexploitation, habitat destruction, pollution, introduction of invasive species, and climate change. Thus sustaining biodiversity so that ecosystem functioning and productivity are maintained is essential to supporting and enhancing life on Earth. Sustaining biodiversity also aids humanity by preserving landscapes of recreational or inspirational value. (Note: This Disciplinary Core Idea is also addressed by HS­LS2­7.) ETS1.B: Developing Possible Solutions When evaluating solutions, it is important to take into account a range of constraints, including cost, safety, reliability, and aesthetics, and to consider social, cultural, and environmental impacts. (secondary) Both physical models and computers can be used in various ways to aid in the engineering design process. Computers are useful for a variety of purposes, such as running simulations to test different ways of solving a problem or to see which one is most efficient or economical; and in making a persuasive presentation to a client about how a given design will meet his or her needs. (secondary) 

Elaboration  Extension Activity 

Go For the Green https://www.populationeducation.org/content/go­green­%E2%80%93­lesson­ap­environmental­science Through playing a board game, students are presented with various scenarios that help them gain an appreciation for the complexities of making decisions that serve to protect rainforest lands. 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Simulation Revision After completing The Anthropocene: Human Impact on the Environment simulation, students will: Compare the simulation results to expected results Analyze the simulation results to determine whether the simulation provides sufficient information to evaluate the solution Identify the simulations limitations Interpret the simulation results and predict the effects of the specific design solutions on biodiversity based on interpretation.  

    

 BIOLOGY 

HS­ETS1­4 Engineering Design HS­ETS1­4: Use a computer simulation to model the impact of proposed solutions to a complex real­world problem with numerous criteria and constraints on interactions within and between systems relevant to the problem. Clarification Statement: N/A Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­ETS1­4 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Using Mathematics and Computational Thinking Mathematical and computational thinking in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to using algebraic thinking and analysis, a range of linear and nonlinear functions including trigonometric functions, exponentials and logarithms, and computational tools for statistical analysis to analyze, represent, and model data. Simple computational simulations are created and used based on mathematical models of basic assumptions. Use mathematical models and/or computer simulations to predict the effects of a design solution on systems and/or the interactions between systems. 

ETS1.B: Developing Possible Solutions Both physical models and computers can be used in various ways to aid in the engineering design process. Computers are useful for a variety of purposes, such as running simulations to test different ways of solving a problem or to see which one is most efficient or economical; and in making a persuasive presentation to a client about how a given design will meet his or her needs. 

Systems and Systems Models Systems and System Models Models (e.g., physical, mathematical, computer models) can be used to simulate systems and interactions—including energy, matter, and information flows— within and between systems at different scales. 

Connections to other DCIs in this grade­band: Earth and Space Science: HS­ESS3­2, HS­ESS3­4 Life Science: HS­LS2­7, HS­LS4­6 Articulation of DCIs across grade­bands: MS.ETS1.A ; MS.ETS1.B ; MS.ETS1.C NJSLS­ ELA: N/A NJSLS­ Math: MP.2, MP.4     

   

BIOLOGY HS­ESS3­3 Earth and Human Activity HS­ESS3­3: Create a computational simulation to illustrate the relationships among management of natural resources, the sustainability of human populations, and biodiversity. Clarification Statement: Examples of factors that affect the management of natural resources include costs of resource extraction and waste management, per­capita consumption, and the development of new technologies. Examples of factors that affect human sustainability include agricultural efficiency, levels of conservation, and urban planning. Assessment Boundary: Assessment for computational simulations is limited to using provided multi­parameter programs or constructing simplified spreadsheet calculations. Evidence Statements:HS­ESS3­4 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Using Mathematics and Computational Thinking Mathematical and computational thinking in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to using algebraic thinking and analysis, a range of linear and nonlinear functions including trigonometric functions, exponentials and logarithms, and computational tools for statistical analysis to analyze, represent, and model data. Simple computational simulations are created and used based on mathematical models of basic assumptions. Create a computational model or simulation of a phenomenon, designed device, process, or system. 

ESS3.C: Human Impacts on Earth Systems The sustainability of human societies and the biodiversity that supports them requires responsible management of natural resources. 

Stability and Change Change and rates of change can be quantified and modeled over very short or very long periods of time. Some system changes are irreversible. Connections to Engineering, Technology, and Applications of Science Influence of Science, Engineering, and Technology on Society and the Natural World Modern civilization depends on major technological systems. New technologies can have deep impacts on society and the environment, including some that were not anticipated. Connections to Nature of Science Science is a Human Endeavor Science is a result of human endeavors, imagination, and creativity. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.PS1.B ; HS.LS2.A ; HS.LS2.B ; HS.LS2.C ; HS.LS4.D ; HS.ESS2.A ; HS.ESS2.E Articulation of DCIs across grade­bands: MS.PS1.B ; MS.LS2.A ; MS.LS2.B ; MS.LS2.C ; MS.LS4.C ; MS.LS4.D ; MS.ESS2.A ; MS.ESS2.E ; MS.ESS3.A ; MS.ESS3.C NJSLS­ ELA: N/A NJSLS­ Math: MP.2, MP.4 

5E Model HS­ESS3­3: Create a computational simulation to illustrate the relationships among management of natural resources, the sustainability of human populations, and biodiversity. Engage  Anticipatory Set 

Environmental Sustainability: We Have Choices https://www.youtube.com/watch?v=GnYHFRq7­5s 

Exploration  Student Inquiry 

As World’s Population Booms, Will Its Resources Be Enough for Us? http://news.nationalgeographic.com/news/2014/09/140920­population­11billion­demographics­anthropocene/ World Population Data Sheet http://www.prb.org/pdf14/2014­world­population­data­sheet_eng.pdf Consequences of Depletion of Natural Resources: Are we using up more than what is available? http://www.theworldcounts.com/stories/consequences_of_depletion_of_natural_resources Students create a computational simulation (using a spreadsheet or a provided multiparameter program) that contains representations of the relevant components, including: i. A natural resource in a given ecosystem; ii. The sustainability of human populations in a given ecosystem; iii. Biodiversity in a given ecosystem; and iv. The effect of a technology on a given ecosystem. Students create a simulation using a spreadsheet or provided multi­parameter program that models each component and its simplified mathematical relationship to other components. Examples could include: i. S=C*B*R*T, where S is sustainability of human populations, C is a constant, B is biodiversity, R is the natural resource, and T is a technology used to extract the resource so that if there is zero natural resource, zero technology to extract the resource, or zero biodiversity, the sustainability of human populations is also zero; ii. B=B1+C*T, where B is biodiversity, B1 is a constant baseline biodiversity, C is a constant that expresses the effect of technology, and T is a given technology, so that a given technology could either increase or decrease biodiversity depending on the value chosen for C. 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): ESS3.C: Human Impacts on Earth Systems The sustainability of human societies and the biodiversity that supports them requires responsible management of natural resources. 

Elaboration  Extension Activity 

Related Activities: http://www.earthsciweek.org/ngss­performance­expectations/hs­ess3­4 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task: Student SImulation Students use the results of the simulation to: i. Illustrate the effect on one component by altering other components in the system or the relationships between components; ii. Identify the effects of technology on the interactions between human populations, natural resources, and biodiversity iii. Identify feedbacks between the components and whether or not the feedback stabilizes or destabilizes the system. b Students compare the simulation results to a real world example(s) and determine if the simulation can be viewed as realistic. c Students identify the simulation’s limitations relative to the phenomenon at hand. 

    

 BIOLOGY 

HS­ETS1­4 Engineering Design HS­ETS1­4: Use a computer simulation to model the impact of proposed solutions to a complex real­world problem with numerous criteria and constraints on interactions within and between systems relevant to the problem. Clarification Statement: N/A Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­ETS1­4 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Using Mathematics and Computational Thinking Mathematical and computational thinking in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to using algebraic thinking and analysis, a range of linear and nonlinear functions including trigonometric functions, exponentials and logarithms, and computational tools for statistical analysis to analyze, represent, and model data. Simple computational simulations are created and used based on mathematical models of basic assumptions. Use mathematical models and/or computer simulations to predict the effects of a design solution on systems and/or the interactions between systems. 

ETS1.B: Developing Possible Solutions Both physical models and computers can be used in various ways to aid in the engineering design process. Computers are useful for a variety of purposes, such as running simulations to test different ways of solving a problem or to see which one is most efficient or economical; and in making a persuasive presentation to a client about how a given design will meet his or her needs. 

Systems and Systems Models Systems and System Models Models (e.g., physical, mathematical, computer models) can be used to simulate systems and interactions—including energy, matter, and information flows— within and between systems at different scales. 

Connections to other DCIs in this grade­band: Earth and Space Science: HS­ESS3­2, HS­ESS3­4 Life Science: HS­LS2­7, HS­LS4­6 Articulation of DCIs across grade­bands: MS.ETS1.A ; MS.ETS1.B ; MS.ETS1.C NJSLS­ ELA: N/A NJSLS­ Math: MP.2, MP.4     

 Unit 5: Overview 

Unit 5: Cell Specialization and Homeostasis Content Area: Biology Pacing: 20 Instructional Days 

Essential Question How do the structures of organisms enable life’s functions? 

Student Learning Objectives (Performance Expectations) HS­LS1­1: Construct an explanation based on evidence for how the structure of DNA determines the structure of proteins which carry out the essential functions of life through systems of specialized cells. HS­LS1­2: Develop and use a model to illustrate the hierarchical organization of interacting systems that provide specific functions within multicellular organisms. HS­LS1­3: Plan and conduct an investigation to provide evidence that feedback mechanisms maintain homeostasis. HS­LS1­4: Use a model to illustrate the role of cellular division (mitosis) and differentiation in producing and maintaining complex organisms. 

Unit Summary Students formulate an answer to the question “How do the structures of organisms enable life’s functions?” Students investigate explanations for the structure and functions of cells as the basic unit of life, of hierarchical organization of interacting organ systems, and of the role of specialized cells for maintenance and growth. The crosscutting concepts of structure and function, matter and energy, and systems and system models are called out as organizing concepts for the disciplinary core ideas. Students use critical reading, modeling, and conducting investigations. Students also use the science and engineering practices to demonstrate understanding of the disciplinary core ideas. 

Technical Terms protein, specialized cells, hierarchical organization, multicellular organisms, nutrient uptake, circulatory system, homeostasis, mitosis, complex organisms 

Formative Assessment Measures Part A: How does the structure of DNA determine the structure of proteins, and what is the function of proteins? Students who understand the concepts are able to: Construct an explanation based on valid and reliable evidence obtained from a variety of sources (including students’ own investigations, models, theories, simulations, peer review) for how the structure of DNA determines the structure of proteins, which carry out the essential functions of life through systems of specialized cells. Construct an explanation, based on the assumption that theories and laws that describe the natural world operate today as they did in the past and will continue to do so in the future, for how the structure of DNA determines the structure of proteins, which carry out the essential functions of life through systems of specialized cells. Conduct a detailed examination of the structure and function of DNA. Part B: What do you mean they say that people are made of a system of systems? Students who understand the concepts are able to: Develop and use a model based on evidence to illustrate hierarchical organization of interacting systems that provide specific functions within multicellular organism. Develop and use a model based on evidence to illustrate the interaction of functions at the organism system level. Develop and use a model based on evidence to illustrate the flow of matter and energy within and between systems of an organism at different scales. 

Part C: How do feedback mechanisms maintain homeostasis? Students who understand the concepts are able to: Plan and conduct an investigation individually and collaboratively to produce evidence that feedback mechanisms (negative and positive) maintain homeostasis. In the planning of the investigation, decide on the types, amount, and accuracy of the data needed to produce reliable measurements, consider limitations on the precision of the data, and refine the design accordingly. Part D: Why aren't all elephants the same size? Students who understand the concepts are able to: Use a model based on evidence to illustrate the role of cellular division (mitosis) and differentiation in producing and maintaining complex organisms. Use a model to illustrate the role of cellular division and differentiation in terms of energy, matter, and information flows within and between systems of cells/organisms. 

Interdisciplinary Connections NJSLS­ ELA  NJSLS­ Mathematics 

Conduct short as well as more sustained research projects to answer a question (including a self­generated question) or solve a problem; narrow or broaden the inquiry when appropriate; synthesize multiple sources on the subject, demonstrating understanding of the subject under investigation. WHST.9­12.7 (HS­LS1­3) Gather relevant information from multiple authoritative print and digital sources, using advanced searches effectively; assess the strengths and limitations of each source in terms of the specific task, purpose, and audience; integrate information into the text selectively to maintain the flow of ideas, avoiding plagiarism and overreliance on any one source and following a standard format for citation. WHST.11­12.8 (HS­LS1­3) Make strategic use of digital media (e.g., textual, graphical, audio, visual, and interactive elements) in presentations to enhance understanding of findings, reasoning, and evidence and to add interest. SL.11­12.5 (HS­LS1­2) 

N/A 

Core Instructional Materials  Can include: Textbooks Series, Lab Materials, etc. 21st Century Life and Careers  CRP 1, CRP 2, CRP 4, CRP 5, CRP 6, CRP 7, CRP 8 , CRP 9, CRP 11, CRP 12 Technology Standards  8.1.8.A.3, 8.1.8.A.4, 8.1.8.D.1, 8.1.8.D.4, 8.1.12.A.2, 8.1.12.A.4, 8.1.12.A.5, 8.1.12.D.1, 8.1.12.E.1 

Modifications English Language Learners  Special Education  At­Risk  Gifted and Talented 

Scaffolding Word walls Sentence/paragraph frames Bilingual dictionaries/translation Think alouds Read alouds Highlight key vocabulary 

Word walls Visual aides Graphic organizers Multimedia Leveled readers Assistive technology Notes/summaries 

Teacher tutoring Peer tutoring Study guides Graphic organizers Extended time Parent communication Modified assignments 

Curriculum compacting Challenge assignments Enrichment activities Tiered activities Independent research/inquiry Collaborative teamwork Higher level questioning 

Annotation guides Think­pair­ share Visual aides Modeling Cognates 

Extended time Answer masking Answer eliminator Highlighter Color contrast 

Counseling  Critical/Analytical thinking tasks Self­directed activities 

    

  

BIOLOGY HS­LS1­1 From Molecules to Organisms: Structures and Processes HS­LS1­1: Construct an explanation based on evidence for how the structure of DNA determines the structure of proteins which carry out the essential functions of life through systems of specialized cells. Clarification Statement: N/A Assessment Boundary: Assessment does not include identification of specific cell or tissue types, whole body systems, specific protein structures and functions, or the biochemistry of protein synthesis. Evidence Statements: HS­LS1­1 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Constructing Explanations and Designing Solutions Constructing explanations and designing solutions in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to explanations and designs that are supported by multiple and independent student­generated sources of evidence consistent with scientific ideas, principles, and theories. Construct an explanation based on valid and reliable evidence obtained from a variety of sources (including students’ own investigations, models, theories, simulations, peer review) and the assumption that theories and laws that describe the natural world operate today as they did in the past and will continue to do so in the future. 

LS1.A: Structure and Function Systems of specialized cells within organisms help them perform the essential functions of life. All cells contain genetic information in the form of DNA molecules. Genes are regions in the DNA that contain the instructions that code for the formation of proteins, which carry out most of the work of cells. (Note: This Disciplinary Core Idea is also addressed by HS­LS3­1.) 

Structure and Function Investigating or designing new systems or structures requires a detailed examination of the properties of different materials, the structures of different components, and connections of components to reveal its function and/or solve a problem. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.LS3.A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS1.A ; MS.LS3.A ; MS.LS3.B NJSLS­ ELA: RST.11­12.1, WHST.9­12.2, WHST.9­12.9 NJSLS­ Math: N/A 

5E Model HS­LS1­1: Construct an explanation based on evidence for how the structure of DNA determines the structure of proteins which carry out the essential functions of life through systems of specialized cells. 

Engage  Anticipatory Set 

What is DNA and How Does it Work?  https://www.youtube.com/watch?v=zwibgNGe4aY DNA: The Star of the Show http://betterlesson.com/lesson/636942/dna­the­star­of­the­show DNA Extractions http://betterlesson.com/lesson/638562/dna­desserts 

Exploration  Student Inquiry 

Protein Synthesis Made Simple In this activity, students will follow the processes of DNA transcription and translation as they relate to creation of a specific protein. 

http://betterlesson.com/lesson/637016/protein­synthesis­made­simple The Monster Mash This is lesson, students will apply the concepts of DNA transcription and translation to determine how the structure of DNA will determine the structure of proteins through hands­on student activities. http://betterlesson.com/lesson/636975/the­monster­mash Transcription With a Bling In this lesson, students will transcribe and translate DNA sequences to determine the role of these processes in the creation of protein molecules. http://betterlesson.com/lesson/636724/transcription­with­a­bling Creating DNA's Fingerprint In this lesson students will apply their prior knowledge of the structure and function of DNA to investigate the process of DNA fingerprinting. http://betterlesson.com/lesson/638667/creating­dna­s­fingerprint DNA and Genes: Virtual Lab http://www.mhhe.com/biosci/genbio/virtual_labs_2K8/pages/DNA_And_Genes.html 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS1.A: Structure and Function Systems of specialized cells within organisms help them perform the essential functions of life. All cells contain genetic information in the form of DNA molecules. Genes are regions in the DNA that contain the instructions that code for the formation of proteins, which carry out most of the work of cells. (Note: This Disciplinary Core Idea is also addressed by HS­LS3­1.) 

Elaboration  Extension Activity 

Additional Online Activities http://www.ck12.org/life­science/DNA­Structure­and­Replication­in­Life­Science/ 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Written Explanation Teacher will evaluate the students' explanations and the students' use of evidence to support their reasoning. See Evidence Statements.  

    

  

BIOLOGY HS­LS1­2 From Molecules to Organisms: Structures and Processes HS­LS1­2: Develop and use a model to illustrate the hierarchical organization of interacting systems that provide specific functions within multicellular organisms. Clarification Statement: Emphasis is on functions at the organism system level such as nutrient uptake, water delivery, and organism movement in response to neural stimuli. An example of an interacting system could be an artery depending on the proper function of elastic tissue and smooth muscle to regulate and deliver the proper amount of blood within the circulatory system. Assessment Boundary: Assessment does not include interactions and functions at the molecular or chemical reaction level. Evidence Statements: HS­LS1­2 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Developing and Using Models Modeling in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to using, synthesizing, and developing models to predict and show relationships among variables between systems and their components in the natural and designed worlds. Develop and use a model based on evidence to illustrate the relationships between systems or between components of a system. 

LS1.A: Structure and Function Multicellular organisms have a hierarchical structural organization, in which any one system is made up of numerous parts and is itself a component of the next level. 

Systems and System Models Models (e.g., physical, mathematical, computer models) can be used to simulate systems and interactions—including energy, matter, and information flows—within and between systems atdifferent scales. 

Connections to other DCIs in this grade­band: N/A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS1.A NJSLS­ ELA: SL.11­12.5 NJSLS­ Math: N/A 

5E Model HS­LS1­2: Develop and use a model to illustrate the hierarchical organization of interacting systems that provide specific functions within multicellular organisms. 

Engage  Anticipatory Set 

Tissue Lab Epithelial tissues are investigated for their interconnectivity to all levels of the body http://biologycorner.com/anatomy/histology/ 

Exploration  Student Inquiry 

Organ System Model: Heart In cooperative groups, students will build a model that demonstrates the working mechanisms of the circulatory system. The model would include the workings of the heart, distribution and flow of blood, return of blood flow to the heart and stimulus of the heart (ie. exercise or “fight or flight” responses). Students may use any common items to construct their models. http://www.hometrainingtools.com/a/make­a­heart­pump­science­project Organ System Simulation: Heart Attack Students will then navigate the following interactive activity to reinforce content mastery. http://interactivehuman.blogspot.com/2008/10/heart­heart­information­cardiovascular.html 

Organ System: Stimuli Response of the Muscle Students will explore the relationship between a given workload on a muscle and the threshold of stimulation of the muscle. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/virtual_labs_2K8/pages/MuscleSimulations.html 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS1.A: Structure and Function Multicellular organisms have a hierarchical structural organization, in which any one system is made up of numerous parts and is itself a component of the next level. 

Elaboration  Extension Activity 

Students will complete the “Human Body Systems Disorder Project”. The is multi­part investigation that will lead into homeostasis (HS­LS1­3). Students will utilize a NCBI BLAST of the hemoglobin protein and investigate the repercussions of sickle cell anemia on homeostatic interactions between organ systems. http://www.ngsslifescience.com/science.php?/biology/lessonplans/C453/ 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment: Organ System Model Student model must illustrate how the interaction between systems provides specific functions in multicellular organisms. 3D Model Rubric: https://docs.google.com/document/d/1QdkThOnTe3vFFRxodlnFHiWuIKnQCF7o7NwAM2UgT0g/pub 

    

  

BIOLOGY HS­LS1­3 From Molecules to Organisms: Structures and Processes HS­LS1­3: Plan and conduct an investigation to provide evidence that feedback mechanisms maintain homeostasis. Clarification Statement: Examples of investigations could include heart rate response to exercise, stomate response to moisture and temperature, and root development in response to water levels. Assessment Boundary: Assessment does not include the cellular processes involved in the feedback mechanism. Evidence Statements:HS­LS1­3 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Planning and Carrying Out Investigations Planning and carrying out in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to include investigations that provide evidence for and test conceptual, mathematical, physical, and empirical models. Plan and conduct an investigation individually and collaboratively toproduce data to serve as the basis for evidence, and in the design: decide on types, how much, and accuracy of data needed to produce reliable measurements and consider limitations on the precision of the data (e.g., number of trials, cost, risk, time), and refine the design accordingly. Connections to Nature of Science Scientific Investigations Use a Variety of Methods Scientific inquiry is characterized by a common set of values that include: logical thinking, precision, open­mindedness, objectivity, skepticism, replicability of results, and honest and ethical reporting of findings. 

LS1.A: Structure and Function Feedback mechanisms maintain a living system’s internal conditions within certain limits and mediate behaviors, allowing it to remain alive and functional even as external conditions change within some range. Feedback mechanisms can encourage (through positive feedback) or discourage (negative feedback) what is going on inside the living system. 

Stability and Change Feedback (negative or positive) can stabilize or destabilize a system. 

Connections to other DCIs in this grade­band: N/A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS1.A NJSLS­ ELA: WHST.9­12.7, WHST.11­12.8 NJSLS­ Math: N/A 

5E Model HS­LS1­3: Plan and conduct an investigation to provide evidence that feedback mechanisms maintain homeostasis. 

Engage  Anticipatory Set 

The lesson will begin by: Students will watch a video that illustrates the fight or flight response and relates it to homeostasis. Video: “How to Stop Shaking When You're Nervous” https://www.youtube.com/watch?v=yJhI0Du5jO4 Completion of “The Effect of Exercise on Homeostasis” http://gpschools.schoolwires.net/cms/lib05/MI01000971/Centricity/Domain/2027/Homeostasis%20Exercise%20Lab.pdf Students will investigate how exercise affects their breathing and heart rates, blood pressure, perspiration levels, skin color, etc. 

Exploration  Student Inquiry 

Students will plan and conduct their own investigations about the effects water and sunlight have on root growth in pea plants. Investigations may match the following lab outlines: http://www.odinity.com/measuring­respiration­in­peas/ http://web.mph.net/academic/science/mvural/Life%20Science/Pea%20Plant%20Experiments.htm Students will explore stomate response to moisture and light by designing an investigation using bean plants. Investigations may match the following lab outlines: http://www.biologyjunction.com/leaf_stomata_lab.htm 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS1.A: Structure and Function Feedback mechanisms maintain a living system’s internal conditions within certain limits and mediate behaviors, allowing it to remain alive and functional even as external conditions change within some range. Feedback mechanisms can encourage (through positive feedback) or discourage (negative feedback) what is going on inside the living system. 

Elaboration  Extension Activity 

Students will conduct an independent research project that shows the correlation of the loss of homeostasis controls that lead to a systemic disease (breakdown of homeostatic control) of their choice. 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Lab Reflection After conducting the investigation, students will reflect on the accuracy and precision of data, as well as limitations of the investigations and make suggestions for refinement.  

    

  

BIOLOGY HS­LS1­4 From Molecules to Organisms: Structures and Processes HS­LS1­4: Use a model to illustrate the role of cellular division (mitosis) and differentiation in producing and maintaining complex organisms. Clarification Statement: N/A Assessment Boundary: Assessment does not include specific gene control mechanisms or rote memorization of the steps of mitosis. Evidence Statements: HS­LS1­4 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Developing and Using Models Modeling in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to using, synthesizing, and developing models to predict and show relationships among variables between systems and their components in the natural and designed worlds. Use a model based on evidence to illustrate the relationships between systems or between components of a system. 

LS1.B: Growth and Development of Organisms In multicellular organisms individual cells grow and then divide via a process called mitosis, thereby allowing the organism to grow. The organism begins as a single cell (fertilized egg) that divides successively to produce many cells, with each parent cell passing identical genetic material (two variants of each chromosome pair) to both daughter cells. Cellular division and differentiation produce and maintain a complex organism, composed of systems of tissues and organs that work together to meet the needs of the whole organism. 

Systems and System Models Models (e.g., physical, mathematical, computer models) can be used to simulate systems and interactions—including energy, matter, and information flows—within and between systems at different scales. 

Connections to other DCIs in this grade­band: N/A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS1.A ; MS.LS1.B ; MS.LS3.A NJSLS­ ELA: SL.11­12.5 NJSLS­ Math: MP.4, HSF­IF.C.7, HSF­BF.A.1 

5E Model HS­LS1­4: Use a model to illustrate the role of cellular division (mitosis) and differentiation in producing and maintaining complex organisms. 

Engage  Anticipatory Set 

Begin lesson by showing a 5 minute video which introduces the student to the wonder and miracle of the cell division and the cell cycle. Video: Cell Division and the Cell Cycle Students will also be shown a time lapse video showing human development from 0­14 years Time Lapse After showing the videos, have a class discussion about what processes were observed. 

Exploration  Student Inquiry 

Mitosis Activities: Onion Root Tips http://w3.marietta.edu/~biol/introlab/Onion%20root%20mitosis.pdf http://www.biology.arizona.edu/cell_bio/activities/cell_cycle/cell_cycle.html Modeling Mitosis SWBAT create a clay model to represent the stages of mitosis and develop a written narrative to describe the details of each stage. https://betterlesson.com/lesson/635300/modeling­mitosis 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. 

Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS1.B: Growth and Development of Organisms In multicellular organisms individual cells grow and then divide via a process called mitosis, thereby allowing the organism to grow. The organism begins as a single cell (fertilized egg) that divides successively to produce many cells, with each parent cell passing identical genetic material (two variants of each chromosome pair) to both daughter cells. Cellular division and differentiation produce and maintain a complex organism, composed of systems of tissues and organs that work together to meet the needs of the whole organism. 

Elaboration  Extension Activity 

Cell Differentiation Game http://www.letsgethealthy.org/wp­content/uploads/2013/08/Full­Lesson­Cell­differentiation­game.pdf 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment: Mitosis Model Student model must illustrate the role of cellular division and differentiation in producing and maintaining complex organisms. 3D Model Rubric: https://docs.google.com/document/d/1QdkThOnTe3vFFRxodlnFHiWuIKnQCF7o7NwAM2UgT0g/pub 

    

 Unit 6: Overview 

Unit 6: DNA and Inheritance Content Area: Biology Pacing: 20 Instructional Days 

Essential Question How are characteristics from one generation related to the previous generation? 

Student Learning Objectives (Performance Expectations) HS­LS1­4: Use a model to illustrate the role of cellular division (mitosis) and differentiation in producing and maintaining complex organisms. HS­LS3­1: Ask questions to clarify relationships about the role of DNA and chromosomes in coding the instructions for characteristic traits passed from parents to offspring. HS­LS3­2: Make and defend a claim based on evidence that inheritable genetic variations may result from: (1) new genetic combinations through meiosis, (2) viable errors occurring during replication, and/or (3) mutations caused by environmental factors. 

Unit Summary Students analyze data develop models to make sense of the relationship between DNA and chromosomes in the process of cellular division, which passes traits from one generation to the next. Students determine why individuals of the same species vary in how they look, function, and behave. Students develop conceptual models of the role of DNA in the unity of life on Earth and use statistical models to explain the importance of variation within populations for the survival and evolution of species. Ethical issues related to genetic modification of organisms and the nature of science are described. Students explain the mechanisms of genetic inheritance and describe the environmental and genetic causes of gene mutation and the alteration of gene expressions. The crosscutting concepts of structure and function, patterns, and cause and effect are used as organizing concepts for the disciplinary core ideas. Students also use the science and engineering practices to demonstrate understanding of the disciplinary core ideas. 

Technical Terms mitosis, complex organisms, cellular division, complex organisms, heredity, inheritance, chromosomes, genetic variations, meiosis, replication, mutations, genotype, phenotype 

Formative Assessment Measures Part A: What can’t two roses ever be identical? Students who understand the concepts are able to: Ask questions that arise from examining models or a theory to clarify relationships about the role of DNA and chromosomes in coding the instructions for characteristic traits passed from parent to offspring. Use empirical evidence to differentiate between cause and correlation and make claims about the role of DNA and chromosomes in coding the instructions for characteristics passed from parents to offspring. Part B: How does inheritable genetic variation occur? Students who understand the concepts are able to: Make and defend a claim based on evidence that inheritable genetic variations may result from new genetic combinations through meiosis, viable errors occurring during replication, and/or mutations caused by environmental factors. Use data to support arguments for the ways inheritable genetic variation occurs. • Use empirical evidence to differentiate between cause and correlation and make claims about the ways inheritable genetic variation occurs. Part C: Can a zoologist predict the distribution of expressed traits in a population? 

Students who understand the concepts are able to: Apply concepts of statistics and probability (including determining function fits to data, slope, intercepts, and correlation coefficient for linear fits) to explain the variation and distribution of expressed traits in a population. Use mathematics to describe the probability of traits as it relates to genetic and environmental factors in the expression of traits. Use algebraic thinking to examine scientific data on the variation and distribution of traits in a population and predict the effect of a change in probability of traits as it relates to genetic and environmental factors. 

Interdisciplinary Connections NJSLS­ ELA  NJSLS­ Mathematics 

Conduct short as well as more sustained research projects to answer a question (including a self­generated question) or solve a problem; narrow or broaden the inquiry when appropriate; synthesize multiple sources on the subject, demonstrating understanding of the subject under investigation. WHST.9­12.7 (HS­LS1­3) Gather relevant information from multiple authoritative print and digital sources, using advanced searches effectively; assess the strengths and limitations of each source in terms of the specific task, purpose, and audience; integrate information into the text selectively to maintain the flow of ideas, avoiding plagiarism and overreliance on any one source and following a standard format for citation. WHST.11­12.8 (HS­LS1­3) Make strategic use of digital media (e.g., textual, graphical, audio, visual, and interactive elements) in presentations to enhance understanding of findings, reasoning, and evidence and to add interest. SL.11­12.5 (HS­LS1­2) 

N/A 

Core Instructional Materials  Can include: Textbooks Series, Lab Materials, etc. 21st Century Life and Careers  CRP 1, CRP 2, CRP 4, CRP 5, CRP 6, CRP 7, CRP 8 , CRP 9, CRP 11, CRP 12 Technology Standards  8.1.8.A.1, 8.1.8.A.3, 8.1.8.A.4, 8.1.8.D.1, 8.1.8.D.4, 8.1.12.A.2, 8 .1.12.A.4, 8.1.12.A.5, 8.1.12.C.1, 8.1.12.D.1, 8.1.12.E.1 

Modifications English Language Learners  Special Education  At­Risk  Gifted and Talented 

Scaffolding Word walls Sentence/paragraph frames Bilingual dictionaries/translation Think alouds Read alouds Highlight key vocabulary Annotation guides Think­pair­ share Visual aides Modeling Cognates 

Word walls Visual aides Graphic organizers Multimedia Leveled readers Assistive technology Notes/summaries Extended time Answer masking Answer eliminator Highlighter Color contrast 

Teacher tutoring Peer tutoring Study guides Graphic organizers Extended time Parent communication Modified assignments Counseling 

Curriculum compacting Challenge assignments Enrichment activities Tiered activities Independent research/inquiry Collaborative teamwork Higher level questioning Critical/Analytical thinking tasks Self­directed activities 

    

  

BIOLOGY HS­LS1­4 From Molecules to Organisms: Structures and Processes HS­LS1­4: Use a model to illustrate the role of cellular division (mitosis) and differentiation in producing and maintaining complex organisms. Clarification Statement: N/A Assessment Boundary: Assessment does not include specific gene control mechanisms or rote memorization of the steps of mitosis. Evidence Statements: HS­LS1­4 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Developing and Using Models Modeling in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to using, synthesizing, and developing models to predict and show relationships among variables between systems and their components in the natural and designed worlds. Use a model based on evidence to illustrate the relationships between systems or between components of a system. 

LS1.B: Growth and Development of Organisms In multicellular organisms individual cells grow and then divide via a process called mitosis, thereby allowing the organism to grow. The organism begins as a single cell (fertilized egg) that divides successively to produce many cells, with each parent cell passing identical genetic material (two variants of each chromosome pair) to both daughter cells. Cellular division and differentiation produce and maintain a complex organism, composed of systems of tissues and organs that work together to meet the needs of the whole organism. 

Systems and System Models Models (e.g., physical, mathematical, computer models) can be used to simulate systems and interactions—including energy, matter, and information flows—within and between systems at different scales. 

Connections to other DCIs in this grade­band: N/A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS1.A ; MS.LS1.B ; MS.LS3.A NJSLS­ ELA: SL.11­12.5 NJSLS­Math: MP.4, HSF­IF.C.7, HSF­BF.A.1 

5E Model HS­LS1­4: Use a model to illustrate the role of cellular division (mitosis) and differentiation in producing and maintaining complex organisms. 

Engage  Anticipatory Set 

Begin lesson by showing a 5 minute video which introduces the student to the wonder and miracle of the cell division and the cell cycle. Video: Cell Division and the Cell Cycle Students will also be shown a time lapse video showing human development from 0­14 years Time Lapse After showing the videos, have a class discussion about what processes were observed. 

Exploration  Student Inquiry 

Mitosis Activities: Onion Root Tips http://w3.marietta.edu/~biol/introlab/Onion%20root%20mitosis.pdf http://www.biology.arizona.edu/cell_bio/activities/cell_cycle/cell_cycle.html Modeling Mitosis In this lesson, the students will create a clay model to represent the stages of mitosis and develop a written narrative to describe the details of each stage. https://betterlesson.com/lesson/635300/modeling­mitosis 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS1.B: Growth and Development of Organisms In multicellular organisms individual cells grow and then divide via a process called mitosis, thereby allowing the organism to grow. The organism begins as a single cell (fertilized egg) that divides successively to produce many cells, with each parent cell passing identical genetic material (two variants of each chromosome pair) to both daughter cells. Cellular division and differentiation produce and maintain a complex organism, composed of systems of tissues and organs that work together to meet the needs of the whole organism. 

Elaboration  Extension Activity 

Cell Differentiation Game http://www.letsgethealthy.org/wp­content/uploads/2013/08/Full­Lesson­Cell­differentiation­game.pdf 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment: Mitosis Model Student model must illustrate the role of cellular division and differentiation in producing and maintaining complex organisms. 3D Model Rubric: https://docs.google.com/document/d/1QdkThOnTe3vFFRxodlnFHiWuIKnQCF7o7NwAM2UgT0g/pub 

    

  

BIOLOGY HS­LS3­1 Heredity: Inheritance and Variation of Traits HS­LS3­1: Ask questions to clarify relationships about the role of DNA and chromosomes in coding the instructions for characteristic traits passed from parents to offspring. Clarification Statement: N/A Assessment Boundary: Assessment does not include the phases of meiosis or the biochemical mechanism of specific steps in the process. Evidence Statements: HS­LS3­1 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Asking Questions and Defining Problems Asking questions and defining problems in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to formulating, refining, and evaluating empirically testable questions and design problems using models and simulations. Ask questions that arise from examining models or a theory to clarify relationships. 

LS1.A: Structure and Function All cells contain genetic information in the form of DNA molecules. Genes are regions in the DNA that contain the instructions that code for the formation of proteins. (secondary) (Note: This Disciplinary Core Idea is also addressed by HS­LS1­1.) LS3.A: Inheritance of Traits Each chromosome consists of a single very long DNA molecule, and each gene on the chromosome is a particular segment of that DNA. The instructions for forming species’ characteristics are carried in DNA. All cells in an organism have the same genetic content, but the genes used (expressed) by the cell may be regulated in different ways. Not all DNA codes for a protein; some segments of DNA are involved in regulatory or structural functions, and some have no as­yet known function. 

Cause and Effect Empirical evidence is required to differentiate between cause and correlation and make claims about specific causes and effects. 

Connections to other DCIs in this grade­band: N/A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS3.A ; MS.LS3.B NJSLS­ ELA: RST.11­12.1, RST.11­12.9 NJSLS­ Math: N/A 

5E Model HS­LS3­1: Ask questions to clarify relationships about the role of DNA and chromosomes in coding the instructions for characteristic traits passed from parents to offspring. Engage  Anticipatory Set 

Genotype and Phenotype https://www.youtube.com/watch?v=lal1aaf14PQ 

Exploration  Student Inquiry 

Students will use the following DNA models to ask questions about the role of DNA and chromosomes in coding instructions for offspring. http://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery­of­dna­structure­and­function­watson­397 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. 

Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS1.A: Structure and Function All cells contain genetic information in the form of DNA molecules. Genes are regions in the DNA that contain the instructions that code for the formation of proteins. (secondary) (Note: This Disciplinary Core Idea is also addressed by HS­LS1­1.) LS3.A: Inheritance of Traits Each chromosome consists of a single very long DNA molecule, and each gene on the chromosome is a particular segment of that DNA. The instructions for forming species’ characteristics are carried in DNA. All cells in an organism have the same genetic content, but the genes used (expressed) by the cell may be regulated in different ways. Not all DNA codes for a protein; some segments of DNA are involved in regulatory or structural functions, and some have no as­yet known function. 

Elaboration  Extension Activity 

Related Activities: https://www.opened.com/search?standard=HS.LS3.1 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task: Student Questions Students use models of DNA to formulate questions, the answers to which would clarify: 1. The cause and effect relationships (including distinguishing between causal and correlational relationships) between DNA, the proteins it codes for, and the resulting traits observed in an organism; 2. That the DNA and chromosomes that are used by the cell can be regulated in multiple ways; and 3. The relationship between the non­protein coding sections of DNA and their functions (e.g., regulatory functions) in an organism. Students’ questions are empirically testable by scientists. 

    

   

BIOLOGY HS­LS3­2 Heredity: Inheritance and Variation of Traits HS­LS3­2: Make and defend a claim based on evidence that inheritable genetic variations may result from: (1) new genetic combinations through meiosis, (2) viable errors occurring during replication, and/or (3) mutations caused by environmental factors. Clarification Statement: Emphasis is on using data to support arguments for the way variation occurs. Assessment Boundary: Assessment does not include the phases of meiosis or the biochemical mechanism of specific steps in the process. Evidence Statements: HS­LS3­2 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Engaging in Argument from Evidence Engaging in argument from evidence in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to using appropriate and sufficient evidence and scientific reasoning to defend and critique claims and explanations about the natural and designed world(s). Arguments may also come from current scientific or historical episodes in science. Make and defend a claim based on evidence about the natural world that reflects scientific knowledge, and student­generated evidence. 

LS3.B: Variation of Traits In sexual reproduction, chromosomes can sometimes swap sections during the process of meiosis (cell division), thereby creating new genetic combinations and thus more genetic variation. Although DNA replication is tightly regulated and remarkably accurate, errors do occur and result in mutations, which are also a source of genetic variation. Environmental factors can also cause mutations in genes, and viable mutations are inherited. Environmental factors also affect expression of traits, and hence affect the probability of occurrences of traits in a population. Thus the variation and distribution of traits observed depends on both genetic and environmental factors. 

Cause and Effect Empirical evidence is required to differentiate between cause and correlation and make claims about specific causes and effects. 

Connections to other DCIs in this grade­band: N/A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS3.A ; MS.LS3.B NJSLS­ ELA: RST.11­12.1, WHST.9­12.1 NJSLS­ Math: MP.2 

5E Model HS­LS3­2: Make and defend a claim based on evidence that inheritable genetic variations may result from: (1) new genetic combinations through meiosis, (2) viable errors occurring during replication, and/or (3) mutations caused by environmental factors. 

Engage  Anticipatory Set 

Indicator Species: Windows on Our Water Alabama is home to greatest wealth of freshwater and marine biodiversity in North America. Today, as the BP oil spill casts its shadow over the Gulf Coast, scientists keep a vigilant eye on frogs, sharks and sperm whales, all indicator species for ecosystem effects of the oil spill and its cleanup efforts. Malformed Frogs: Article http://pubs.usgs.gov/fs/fs­043­01/pdf/fs­043­01.pdf 

Exploration   Flipping for Meiosis 

Student Inquiry  

In this lesson, students will narrate the stages of meiosis and develop a detailed explanation of how the process of meiosis is responsible for creating new genetic variations. http://betterlesson.com/lesson/636728/flipping­for­meiosis When Things Go Wrong: Genetic Mutations In this lesson, students will identify different types of genetic mutations and explain the specific mechanism that caused the mutation by examining the errors that have occurred during DNA replication. http://betterlesson.com/lesson/636729/when­things­go­wrong­genetic­mutations 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS3.B: Variation of Traits In sexual reproduction, chromosomes can sometimes swap sections during the process of meiosis (cell division), thereby creating new genetic combinations and thus more genetic variation. Although DNA replication is tightly regulated and remarkably accurate, errors do occur and result in mutations, which are also a source of genetic variation. Environmental factors can also cause mutations in genes, and viable mutations are inherited. Environmental factors also affect expression of traits, and hence affect the probability of occurrences of traits in a population. Thus the variation and distribution of traits observed depends on both genetic and environmental factors. 

Elaboration  Extension Activity 

Additional Activities: http://www.ck12.org/ngss/high­school­life­sciences/heredity:­inheritance­and­variation­of­traits 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A : Writing Prompt (Meiosis) Close ­ Coming Full Circle As a final review, students are tasked with developing a claim that meiosis is responsible for causing genetic variation among the siblings in their family. http://betterlesson.com/lesson/636728/flipping­for­meiosis Assessment Task B: Closure­ How Does Mutation Change the Protein? (Replication) DNA Practice Worksheet: Conclusion Questions http://betterlesson.com/lesson/resource/3242224/dna­practice­worksheet­activity?from=resource_title 

    

  

BIOLOGY HS­LS3­3 Heredity: Inheritance and Variation of Traits HS­LS3­3: Apply concepts of statistics and probability to explain the variation and distribution of expressed traits in a population. Clarification Statement: Emphasis is on the use of mathematics to describe the probability of traits as it relates to genetic and environmental factors in the expression of traits. Assessment Boundary: Assessment does not include Hardy­Weinberg calculations. Evidence Statements: HS­LS3­3 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Analyzing and Interpreting Data Analyzing data in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to introducing more detailed statistical analysis, the comparison of data sets for consistency, and the use of models to generate and analyze data. Apply concepts of statistics and probability (including determining function fits to data, slope, intercept, and correlation coefficient for linear fits) to scientific and engineering questions and problems, using digital tools when feasible. 

LS3.B: Variation of Traits Environmental factors also affect expression of traits, and hence affect the probability of occurrences of traits in a population. Thus the variation and distribution of traits observed depends on both genetic and environmental factors. 

Scale, Proportion, and Quantity Algebraic thinking is used to examine scientific data and predict the effect of a change in one variable on another (e.g., linear growth vs. exponential growth). Connections to Nature in Science Science is a Human Endeavor Technological advances have influenced the progress of science and science has influenced advances in technology. (HS­LS3­3) Science and engineering are influenced by society and society is influenced by science and engineering. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.LS2.A ; HS.LS2.C ; HS.LS4.B ; HS.LS4.C Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.A ; MS.LS3.B ; MS.LS4.C NJSLS­ ELA: N/A NJSLS­ Math: MP.2 

5E Model HS­LS3­3: Apply concepts of statistics and probability to explain the variation and distribution of expressed traits in a population. Engage  Anticipatory Set 

Phenotypic Variation: Definition & Explanation http://study.com/academy/lesson/phenotypic­variation­definition­lesson­quiz.html 

Exploration  Student Inquiry 

Natural Selection: Empirical Evidence in the Wild https://ncse.com/files/pub/evolution/excerpt­­evolution.pdf 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS3.B: Variation of Traits Environmental factors also affect expression of traits, and hence affect the probability of occurrences of traits in a population. Thus 

the variation and distribution of traits observed depends on both genetic and environmental factors. Elaboration  Extension Activity 

Related Activities: Go to HS­LS3­3 http://www.ck12.org/ngss/high­school­life­sciences/heredity:­inheritance­and­variation­of­traits 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task: Students analyze and interpret data to explain the distribution of expressed traits, including: 1. Recognition and use of patterns in the statistical analysis to predict changes in trait distribution within a population if environmental variables change 2. Description of the expression of a chosen trait and its variations as causative or correlational to some environmental factor based on reliable evidence. 

    

  

Unit 7: Overview Unit 7: Natural Selection 

Content Area: Biology Pacing: 20 Instructional Days 

Essential Question How can there be so many similarities among organisms yet so many different plants, animals, and microorganisms? 

Student Learning Objectives (Performance Expectations) HS­LS4­4: Construct an explanation based on evidence for how natural selection leads to adaptation of populations. HS­LS4­3: Apply concepts of statistics and probability to support explanations that organisms with an advantageous heritable trait tend to increase in proportion to organisms lacking this trait. HS­LS4­5: Evaluate the evidence supporting claims that changes in environmental conditions may result in: (1) increases in the number of individuals of some species, (2) the emergence of new species over time, and (3) the extinction of other species. HS­LS2­8: Evaluate the evidence for the role of group behavior on individual and species’ chances to survive and reproduce. 

Unit Summary Students constructing explanations and designing solutions, analyzing and interpreting data, and engaging in argument from evidence investigate to make sense of the relationship between the environment and natural selection. Students also develop an understanding of the factors causing natural selection of species over time. They also demonstrate and understandings of how multiple lines of evidence contribute to the strength of scientific theories of natural selection. The crosscutting concepts of patterns and cause and effect serve as organizing concepts for the disciplinary core ideas. Students also use the science and engineering practices to demonstrate understanding of the disciplinary core ideas. 

Technical Terms natural selection, adaptations, biotic, abiotic, gene frequency, heritable trait, anatomical traits, behavioral traits, psychological traits, deforestation, fishing, application of fertilizers, drought, flood, flocking, schooling, herding, hunting, migrating, swarming, microorganisms 

Formative Assessment Measures Part A: How does natural selection lead to adaptations of populations? Students who understand the concepts are able to: Construct an explanation based on valid and reliable evidence obtained from a variety of sources (including students’ own investigations, models, theories, simulations, peer review), and on the assumption that theories and laws that describe the natural world operate today as they did in the past and will continue to do so in the future, for how natural selection leads to adaptation of populations. Use data to differentiate between cause and correlation and to make claims about how specific biotic and abiotic differences in ecosystems contribute to change in gene frequency over time, leading to adaptation of populations. Part B: Why is it so important to take all of the antibiotics in a prescription if I feel better? Students who understand the concepts are able to: Apply concepts of statistics and probability (including determining function fits to data, slope, intercept, and correlation coefficient for linear fits) to support explanations that organisms with an advantageous heritable trait tend to increase in proportion to organisms lacking this trait. Analyze shifts in numerical distribution of traits and, using these shifts as evidence, support explanations that organisms with an advantageous heritable trait tend to increase in proportion to organisms lacking this trait. 

Observe patterns at each of the scales at which a system is studied to provide evidence for causality in explanations that organisms with an advantageous heritable trait tend to increase in proportion to organisms lacking this trait Part C: How are species affected by changing environmental conditions? Students who understand the concepts are able to: Evaluate the evidence supporting claims that changes in environmental conditions may result in: (1) increases in the number of individuals of some species, (2) the emergence of new species over time, and (3) the extinction of other species. Determine cause­and­effect relationships for how changes to the environment affect distribution or disappearance of traits in species. Use empirical evidence to differentiate between cause and correlation and to make claims that changes in environmental conditions may result in: (1) increases in the number of individuals of some species, (2) the emergence of new species over time, and (3) the extinction of other species. Part D: Why do some species live in groups and others are solitary? Students who understand the concepts are able to: Evaluate the evidence for the role of group behavior on individual and species’ chances to survive and reproduce. Distinguish between group and individual behavior. 

Interdisciplinary Connections NJSLS­ ELA  NJSLS­ Mathematics 

Conduct short as well as more sustained research projects to answer a question(including a self­generated question) or solve a problem; narrow or broaden the inquiry when appropriate; synthesize multiple sources on the subject, demonstrating understanding of the subject under investigation. WHST.9­12.7 (HS­LS4­5) Make strategic use of digital media (e.g., textual, graphical, audio, visual, and interactive elements) in presentations to enhance understanding of findings, reasoning, and evidence and to add interest. SL.11­12.5 (HS­LS1­2) Evaluate the hypotheses, data, analysis, and conclusions in a science or technical text, verifying the data when possible and corroborating or challenging conclusions with other sources of information. RST.11­12.8 (HSLS4­5) Draw evidence from informational texts to support analysis, reflection, and research. WHST.9­12.9 (HS­LS4­5) Assess the extent to which the reasoning and evidence in a text support the author’s claim or a recommendation for solving a scientific or technical problem RST.9­10.8. (HS­LS2­8) Cite specific textual evidence to support analysis of science and technical texts, attending to important distinctions the author makes and to any gaps or inconsistencies in the account. RST.11­12.1 (HS­LS2­8) integrate and evaluate multiple sources of information presented in diverse formats and media (e.g., quantitative data, video, multimedia) in order to address a question or solve a problem. RST.11­12.7 (HS­LS2­8) 

Reason abstractly and quantitatively. MP.2 (HS­LS4­5) 

Evaluate the hypotheses, data, analysis, and conclusions in a science or technical text, verifying the data when possible and corroborating or challenging conclusions with other sources of information. RST.11­12.8 (HSLS2­8) Core Instructional Materials  Can include: Textbooks Series, Lab Materials, etc. 21st Century Life and Careers  CRP 1, CRP 2, CRP 4, CRP 5, CRP 6, CRP 7, CRP 8 , CRP 9, CRP 11, CRP 12 Technology Standards  8.1.8.A.1, 8.1.8.A.3, 8.1.8.A.4, 8.1.8.D.1, 8.1.8.D.4, 8.1.12.A.2, 8 .1.12.A.4, 8.1.12.A.5, 8.1.12.C.1, 8.1.12.D.1, 8.1.12.E.1 

Modifications English Language Learners  Special Education  At­Risk  Gifted and Talented 

Scaffolding Word walls Sentence/paragraph frames Bilingual dictionaries/translation Think alouds Read alouds Highlight key vocabulary Annotation guides Think­pair­ share Visual aides Modeling Cognates 

Word walls Visual aides Graphic organizers Multimedia Leveled readers Assistive technology Notes/summaries Extended time Answer masking Answer eliminator Highlighter Color contrast 

Teacher tutoring Peer tutoring Study guides Graphic organizers Extended time Parent communication Modified assignments Counseling 

Curriculum compacting Challenge assignments Enrichment activities Tiered activities Independent research/inquiry Collaborative teamwork Higher level questioning Critical/Analytical thinking tasks Self­directed activities 

    

  

BIOLOGY HS­LS4­4 Biological Evolution: Unity and Diversity HS­LS4­4: Construct an explanation based on evidence for how natural selection leads to adaptation of populations. Clarification Statement: Emphasis is on using data to provide evidence for how specific biotic and abiotic differences in ecosystems (such as ranges of seasonal temperature, long­term climate change, acidity, light, geographic barriers, or evolution of other organisms) contribute to a change in gene frequency over time, leading to adaptation of populations. Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­LS4­4 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Constructing Explanations and Designing Solutions Constructing explanations and designing solutions in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to explanations and designs that are supported by multiple and independent student­generated sources ofevidence consistent with scientific ideas, principles, and theories. Construct an explanation based on valid and reliable evidence obtained from a variety of sources (including students’ own investigations, models, theories, simulations, peer review) and the assumption that theories and laws that describe the natural world operate today as they did in the past and will continue to do so in the future. 

LS4.C: Adaptation Natural selection leads to adaptation, that is, to a population dominated by organisms that are anatomically, behaviorally, and physiologically well suited to survive and reproduce in a specific environment. That is, the differential survival and reproduction of organisms in a population that have an advantageous heritable trait leads to an increase in the proportion of individuals in future generations that have the trait and to a decrease in the proportion of individuals that do not. 

Cause and Effect Empirical evidence is required to differentiate between cause and correlation and make claims about specific causes and effects. Connections to Nature of Science Scientific Knowledge Assumes an Order and Consistency in Natural Systems Scientific knowledge is based on the assumption that natural laws operate today as they did in the past and they will continue to do so in the future 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.LS2.A ; HS.LS2.D Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS4.B ; MS.LS4.C NJSLS­ ELA: RST­11.12.1, WHST.9­12.2, WHST.9­12.9 NJSLS­ Math: MP.2 

5E Model HS­LS4­4: Construct an explanation based on evidence for how natural selection leads to adaptation of populations. 

Engage  Anticipatory Set 

Students will watch a short video showing how salamanders in California are marching towards becoming an entirely new species. http://www.pbs.org/video/1300397304/ http://www.ck12.org/earth­science/Adaptation­and­Evolution­of­Populations/rwa/Salamander­Speciation/ 

Exploration  Student Inquiry 

Students will observe natural selection in bird beaks using the materials provided below. http://sciencenetlinks.com/lessons/bird­beaks/ Students can model and predict the effects of natural selection on a rabbit population using the web resource below https://phet.colorado.edu/en/simulation/natural­selection Based on the simulation above, students can then complete this Natural Selection Lab. 

Natural Selection Lab 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS4.C: Adaptation Natural selection leads to adaptation, that is, to a population dominated by organisms that are anatomically, behaviorally, and physiologically well suited to survive and reproduce in a specific environment. That is, the differential survival and reproduction of organisms in a population that have an advantageous heritable trait leads to an increase in the proportion of individuals in future generations that have the trait and to a decrease in the proportion of individuals that do not. 

Elaboration  Extension Activity 

Extension Activities http://www.pbs.org/wgbh/evolution/educators/teachstuds/svideos.html https://geneed.nlm.nih.gov/topic_subtopic.php?tid=48&sid=51 

Evaluation  Assessment Tasks 

Natural Selection Lab: Post­Lab Questions In responding to these questions students will construct an explanation based on evidence for how natural selection leads to adaptation of populations. 

    

  

BIOLOGY HS­LS4­3 Biological Evolution: Unity and Diversity HS­LS4­3: Apply concepts of statistics and probability to support explanations that organisms with an advantageous heritable trait tend to increase in proportion to organisms lacking this trait. Clarification Statement: Emphasis is on analyzing shifts in numerical distribution of traits and using these shifts as evidence to support explanations. Assessment Boundary: Assessment is limited to basic statistical and graphical analysis. Assessment does not include allele frequency calculations. Evidence Statements: HS­LS4­3 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Analyzing and Interpreting Data Analyzing data in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to introducing more detailed statistical analysis, the comparison of data sets for consistency, and the use of models to generate and analyze data. Apply concepts of statistics and probability (including determining function fits to data, slope, intercept, and correlation coefficient for linear fits) to scientific and engineering questions and problems, using digital tools when feasible 

LS4.B: Natural Selection Natural selection occurs only if there is both (1) variation in the genetic information between organisms in a population and (2) variation in the expression of that genetic information—that is, trait variation—that leads to differences in performance among individuals. The traits that positively affect survival are more likely to be reproduced, and thus are more common in the population. LS4.C: Adaptation Natural selection leads to adaptation, that is, to a population dominated by organisms that are anatomically, behaviorally, and physiologically well suited to survive and reproduce in a specific environment. That is, the differential survival and reproduction of organisms in a population that have an advantageous heritable trait leads to an increase in the proportion of individuals in future generations that have the trait and to a decrease in the proportion of individuals that do not. Adaptation also means that the distribution of traits in a population can change when conditions change. 

Patterns Different patterns may be observed at each of the scales at which a system is studied and can provide evidence for causality in explanations of phenomena. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.LS2.A ; HS.LS2.D ; HS.LS3.B Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.A ; LS3.B ; MS.LS4.B ; MS.LS4.C NJSLS­ ELA: RST­11.12.1, WHST.9­12.2, WHST.9­12.9 NJSLS­ Math: MP.2 

5E Model HS­LS4­3: Apply concepts of statistics and probability to support explanations that organisms with an advantageous heritable trait tend to increase in proportion to organisms lacking this trait. 

Engage  Anticipatory Set 

Insecticide Resistance­Population Level https://www.youtube.com/watch?v=2J­boNjH_HA The above video illustrates how insect resistance to pesticides influences the overall population 

Exploration  Student Inquiry 

Virtual Population Lab http://www.mhhe.com/biosci/genbio/virtual_labs_2K8/labs/BL_19/ 

https://www.biologycorner.com/worksheets/virtual_lab_population.html African Lions: Modeling Populations https://concord.org/stem­resources/african­lions­modeling­populations 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS4.B: Natural Selection Natural selection occurs only if there is both (1) variation in the genetic information between organisms in a population and (2) variation in the expression of that genetic information—that is, trait variation—that leads to differences in performance among individuals. The traits that positively affect survival are more likely to be reproduced, and thus are more common in the population. LS4.C: Adaptation Natural selection leads to adaptation, that is, to a population dominated by organisms that are anatomically, behaviorally, and physiologically well suited to survive and reproduce in a specific environment. That is, the differential survival and reproduction of organisms in a population that have an advantageous heritable trait leads to an increase in the proportion of individuals in future generations that have the trait and to a decrease in the proportion of individuals that do not. Adaptation also means that the distribution of traits in a population can change when conditions change. 

Elaboration  Extension Activity 

Related Activities http://www.ck12.org/ngss/high­school­life­sciences/biological­evolution:­unity­and­diversity 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task: Lab Reflections Students will apply the data analysis completed in the labs above to support evidence about the following: Positive or negative effects on survival and reproduction or individuals as relating to their expression of a variable trait in a population Natural selection as the cause of increases and decreases inheritable traits over time in a population, but only if it affects reproductive success The changes in distribution of adaptations of anatomical, behavioral and psychological traits in a population.  

    

  

BIOLOGY HS­LS4­5 Biological Evolution: Unity and Diversity HS­LS4­5: Evaluate the evidence supporting claims that changes in environmental conditions may result in: (1) increases in the number of individuals of some species, (2) the emergence of new species over time, and (3) the extinction of other species. Clarification Statement: Emphasis is on determining cause and effect relationships for how changes to the environment such as deforestation, fishing, application of fertilizers, drought, flood, and the rate of change of the environment affect distribution or disappearance of traits in species. Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­LS4­5 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Engaging in Argument from Evidence Engaging in argument from evidence in 9­12 builds on K­8 experiences and progresses to using appropriate and sufficient evidence and scientific reasoning to defend and critique claims and explanations about the natural and designed world(s). Arguments may also come from current or historical episodes in science. Evaluate the evidence behind currently accepted explanations or solutions to determine the merits of arguments. 

LS4.C: Adaptation Changes in the physical environment, whether naturally occurring or human induced, have thus contributed to the expansion of some species, the emergence of new distinct species as populations diverge under different conditions, and the decline–and sometimes the extinction–of some species. Species become extinct because they can no longer survive and reproduce in their altered environment. If members cannot adjust to change that is too fast or drastic, the opportunity for the species’ evolution is lost. 

Cause and Effect Empirical evidence is required to differentiate between cause and correlation and make claims about specific causes and effects. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.LS2.A ; HS.LS2.D ; HS.LS3.B ; HS.ESS2.E ; HS.ESS3.A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.A ; MS.LS2.C ; MS.LS4.C ; HS.ESS3.C NJSLS­ ELA: RST­11.12.8, WHST.9­12.9 NJSLS­ Math: MP.2 

5E Model HS­LS4­5: Evaluate the evidence supporting claims that changes in environmental conditions may result in: (1) increases in the number of individuals of some species, (2) the emergence of new species over time, and (3) the extinction of other species. Engage  Anticipatory Set 

Speciation: An Illustrated Introduction https://www.youtube.com/watch?v=8yvEDqrc3XE 

Exploration  Student Inquiry 

Peppered Moth Simulation https://www.biologycorner.com/worksheets/pepperedmoth.html The above activity illustrates the effects of pollution on the moth population over time. Blood Suckers! A Case Study on Evolution and Speciation http://sciencecases.lib.buffalo.edu/cs/collection/detail.asp?case_id=780&id=780 The above case discusses the various methods of speciation in mosquitos Population Explosion https://concord.org/stem­resources/population­explosion 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS4.C: Adaptation Changes in the physical environment, whether naturally occurring or human induced, have thus contributed to the expansion of some species, the emergence of new distinct species as populations diverge under different conditions, and the decline–and sometimes the extinction–of some species. Species become extinct because they can no longer survive and reproduce in their altered environment. If members cannot adjust to change that is too fast or drastic, the opportunity for the species’ evolution is lost. 

Elaboration  Extension Activity 

Speciation In Real Time http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/news/100201_speciation An Origin of Species http://www.pbs.org/wgbh/evolution/darwin/origin/index.html 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Evaluation of Evidence Students will apply the evidence collected in the activities above to evaluate the degree to which it can be used to construct logical arguments that identify causal links between environmental changes and changes in the number of individuals or species.  

    

   

BIOLOGY HS­LS2­8 Ecosystems: Interactions, Energy, and Dynamics HS­LS2­8: Evaluate the evidence for the role of group behavior on individual and species’ chances to survive and reproduce. Clarification Statement: Emphasis is on: (1) distinguishing between group and individual behavior, (2) identifying evidence supporting the outcomes of group behavior, and (3) developing logical and reasonable arguments based on evidence. Examples of group behaviors could include flocking, schooling, herding, and cooperative behaviors such as hunting, migrating, and swarming. Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­LS2­8 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Engaging in Argument from Evidence Engaging in argument from evidence in 9–12 builds on K–8 experiencesand progresses to using appropriate and sufficient evidence and scientific reasoning to defend and critique claims and explanations about the natural and designed world(s). Arguments may also come from current scientific or historical episodes in science. Evaluate the evidence behind currently accepted explanations to determine the merits of arguments. Connections to Nature of Science Scientific Knowledge is Open to Revision in Light of New Evidence Scientific argumentation is a mode of logical discourse used to clarify the strength of relationships between ideas and evidence that may result in revision of an explanation. 

LS2.D: Social Interactions and Group Behavior Group behavior has evolved because membership can increase the chances of survival for individuals and their genetic relatives. 

Cause and Effect Empirical evidence is required to differentiate between cause and correlation and make claims about specific causes and effects. 

Connections to other DCIs in this grade­band: N/A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS1.B NJSLS­ ELA: RST.9­10.8, RST.11­12.1, RST.11­12.7, RST.11­12.8 NJSLS­ Math: N/A 

5E Model HS­LS2­8: Evaluate the evidence for the role of group behavior on individual and species’ chances to survive and reproduce. 

Engage  Anticipatory Set 

Begin lesson by having students watch the National Geographic video on army ants forming a living raft. https://www.youtube.com/watch?v=L2ZysgGAABw After viewing ask students how the group behavior increases the species chance of survival. http://www.bbc.co.uk/nature/adaptations/Presociality The following website can be used to develop a group lesson in which students are exposed to different species of animals and how they are similar in their behaviors and/or how different behaviors benefit different species. 

Exploration  Student Inquiry 

Butterfly Migration http://betterlesson.com/lesson/634677/butterfly­migration­part­1­2 

In this lesson, students will use the North American monarch butterfly migration as evidence of successful social interactions that help maintain species survival. Video Link: The Incredible Journey of Butterflies (link in lesson does not work, use the link below) https://www.youtube.com/watch?v=vD9wP5vKdKg 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS2.D: Social Interactions and Group Behavior Group behavior has evolved because membership can increase the chances of survival for individuals and their genetic relatives. 

Elaboration  Extension Activity 

How and Why Do Animals Evolve Grouping Behavior? http://www.randalolson.com/2013/04/24/how­and­why­do­animals­evolve­grouping­behavior/ Have students read one of the researched papers on the importance of animal groups and why it has been proved useful. 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task A: Survival Strategy Graphic Organizer http://betterlesson.com/lesson/resource/3307313/survival­strategy­graphic­organizer After completing the graphic organizer, students will assess the validity, reliability, strengths and weakness of the evidence to support the causal claim that group behavior can have a survival advantage for some species.  

     

  

Unit 8: Overview Unit 8: Evolution 

Content Area: Biology Pacing: 20 Instructional Days 

Essential Question What evidence shows that different species are related? 

Student Learning Objectives (Performance Expectations) HS­LS4­1: Communicate scientific information that common ancestry and biological evolution are supported by multiple lines of empirical evidence. HS­LS4­2: Construct an explanation based on evidence that the process of evolution primarily results from four factors: (1) the potential for a species to increase in number, (2) the heritable genetic variation of individuals in a species due to mutation and sexual reproduction, (3) competition for limited resources, and (4) the proliferation of those organisms that are better able to survive and reproduce in the environment. 

Unit Summary Students construct explanations for the processes of natural selection and evolution and then communicate how multiple lines of evidence support these explanations. Students evaluate evidence of the conditions that may result in new species and understand the role of genetic variation in natural selection. Additionally, students can apply concepts of probability to explain trends in population as those trends relate to advantageous heritable traits in a specific environment. Students demonstrate an understanding of these concepts by obtaining, evaluating, and communicating information and constructing explanations and designing solutions. The crosscutting concepts of patterns and cause and effect support the development of a deeper understanding. 

Technical Terms evolution, comparative anatomy, mathematical modeling, molecular biology, genetic variation, mutation, sexual reproduction, Darwin, common ancestry, biological evolution 

Formative Assessment Measures Part A: How can someone prove that birds and dinosaurs are related? Students who understand the concepts are able to: Communicate scientific information in multiple forms that common ancestry and biological evolution are supported by multiple lines of empirical evidence. Understand the role each line of evidence has relating to common ancestry and biological evolution. Observe patterns in multiple lines of empirical evidence at different scales and provide evidence for causality in explanations of common ancestry and biological evolution. Part B: What is the relationship between natural selection and evolution? Students who understand the concepts are able to: Construct an explanation, based on valid and reliable evidence obtained from a variety of sources (including students’ own investigations, models, theories, simulations, peer review) and the assumption that theories and laws that describe the natural world operate today as they did in the past and will continue to do so in the future, that the process of evolution primarily results from four factors: (1) the potential for a species to increase in number, (2) the heritable genetic variation of individuals in a species due to mutation and sexual reproduction, (3) competition for limited resources, and (4) the proliferation of those organisms that are better able to survive and reproduce in the environment. Use empirical evidence to explain the influences of: (1) the potential for a species to increase in number, (2) the heritable genetic variation of individuals in a species due to mutation and sexual reproduction, (3) competition for limited resources, and (4) the proliferation of those organisms that are better able to 

survive and reproduce in the environment, on number of organisms, behaviors, morphology, or physiology in terms of ability to compete for limited resources and subsequent survival of individuals and adaptation of species. 

Interdisciplinary Connections NJSLS­ ELA  NJSLS­ Mathematics 

Cite specific textual evidence to support analysis of science and technical texts, attending to important distinctions the author makes and to any gaps or inconsistencies in the account. RST­11.12.1 (HS­LS4­1),(HS­LS4­2) Write informative/explanatory texts, including the narration of historical events, scientific procedures/ experiments, or technical processes. WHST.9­ 12.2 (HS­LS4­1),(HS­LS4­2) Draw evidence from informational texts to support analysis, reflection, and research. WHST.9­12.9 (HS­LS4­1),(HS­LS4­2) Present claims and findings, emphasizing salient points in a focused, coherent manner with relevant evidence, sound valid reasoning, and well­chosen details; use appropriate eye contact, adequate volume, and clear pronunciation. SL.11­12.4 (HS­LS4­1),(HS­LS4­2) 

Reason abstractly and quantitatively. MP.2 (HS­LS4­1),(HS­LS4­2) Model with mathematics. MP.4 (HS­LS4­2) 

Core Instructional Materials  Can include: Textbooks Series, Lab Materials, etc. 21st Century Life and Careers  CRP 1, CRP 2, CRP 4, CRP 5, CRP 6, CRP 7, CRP 8 , CRP 9, CRP 11, CRP 12 Technology Standards  8.1.8.A.1, 8.1.8.A.3, 8.1.8.A.4, 8.1.8.A.5, 8.1.8.D.1, 8.1.8.D.4, 8.1.12.A.2, 8 .1.12.A.4, 8.1.12.A.5, 8.1.12.C.1, 8.1.12.D.1, 

8.1.12.E.1 Modifications 

English Language Learners  Special Education  At­Risk  Gifted and Talented Scaffolding Word walls Sentence/paragraph frames Bilingual dictionaries/translation Think alouds Read alouds Highlight key vocabulary Annotation guides Think­pair­ share Visual aides Modeling Cognates 

Word walls Visual aides Graphic organizers Multimedia Leveled readers Assistive technology Notes/summaries Extended time Answer masking Answer eliminator Highlighter Color contrast 

Teacher tutoring Peer tutoring Study guides Graphic organizers Extended time Parent communication Modified assignments Counseling 

Curriculum compacting Challenge assignments Enrichment activities Tiered activities Independent research/inquiry Collaborative teamwork Higher level questioning Critical/Analytical thinking tasks Self­directed activities 

    

  

BIOLOGY HS­LS4­1 Biological Evolution: Unity and Diversity HS­LS4­1: Communicate scientific information that common ancestry and biological evolution are supported by multiple lines of empirical evidence. Clarification Statement: Emphasis is on a conceptual understanding of the role each line of evidence has relating to common ancestry and biological evolution. Examples of evidence could include similarities in DNA sequences, anatomical structures, and order of appearance of structures in embryological development. Assessment Boundary: N/A Evidence Statements: HS­LS4­1 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Obtaining, Evaluating, and Communicating Information Obtaining, evaluating, and communicating information in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to evaluating the validity and reliability of the claims, methods, and designs. Communicate scientific information (e.g., about phenomena and/or the process of development and the design and performance of a proposed process or system) in multiple formats (including orally, graphically, textually, and mathematically). Connections to Nature of Science Science Models, Laws, Mechanisms, and Theories Explain Natural Phenomena A scientific theory is a substantiated explanation of someaspect of the natural world, based on a body of facts that have been repeatedly confirmed through observation and experiment and the science community validates each theory before it is accepted. If new evidence is discovered that the theory does not accommodate, the theory is generally modified in light of this new evidence. 

LS4.A: Evidence of Common Ancestry and Diversity Genetic information, like the fossil record, provides evidence of evolution. DNA sequences vary among species, but there are many overlaps; in fact, the ongoing branching that produces multiple lines of descent can be inferred by comparing the DNA sequences of different organisms. Such information is also derivable from the similarities and differences in amino acid sequences and from anatomical and embryological evidence. 

Patterns Different patterns may be observed at each of the scales at which a system is studied and can provide evidence for causality in explanations of phenomena. Connections to Nature of Science Scientific Knowledge Assumes an Order and Consistency in Natural Systems Scientific knowledge is based on the assumption that natural laws operate today as they did in the past and they will continue to do so in the 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.LS3.A ; HS.LS3.B ; HS.ESS1.C Articulation of DCIs across grade­bands: LS3.A ; LS3.B ; MS.LS4.A ; MS.ESS1.C NJSLS­ ELA: RST­11.12.1, WHST.9­12.2, WHST.9­12.9, SL.11­12.4 NJSLS­ Math: MP.2 

5E Model HS­LS4­1: Communicate scientific information that common ancestry and biological evolution are supported by multiple lines of empirical evidence. Engage   All in the Family 

Anticipatory Set 

http://www.pbs.org/wgbh/evolution/change/family/index.html On this interactive site, students will identify which organisms are most closely related. Explanations of common ancestry, homologous structures, and why certain organisms are closely related to each other. The Wings of the Flightless Cormorants https://www.youtube.com/watch?v=k8OMpfBQR4E 

Exploration  Student Inquiry 

How Eyes Evolved – Analyzing the Evidence Students analyze evidence from comparative anatomy, mathematical modeling, and molecular biology. This evidence suggests a likely sequence of steps in the evolution of the human eye and the octopus eye. 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS4.A: Evidence of Common Ancestry and Diversity Genetic information, like the fossil record, provides evidence of evolution. DNA sequences vary among species, but there are many overlaps; in fact, the ongoing branching that produces multiple lines of descent can be inferred by comparing the DNA sequences of different organisms. Such information is also derivable from the similarities and differences in amino acid sequences and from anatomical and embryological evidence. 

Elaboration  Extension Activity 

Related Activities https://www.opened.com/search?standard=HS.LS4.1 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task Students use at least two different formats (e.g., oral, graphical, textual and mathematical), to communicate scientific information, including that common ancestry and biological evolution are supported by multiple lines of empirical evidence. Students cite the origin of the information as appropriate. 

    

  

BIOLOGY HS­LS4­2 Biological Evolution: Unity and Diversity HS­LS4­2: Construct an explanation based on evidence that the process of evolution primarily results from four factors: (1) the potential for a species to increase in number, (2) the heritable genetic variation of individuals in a species due to mutation and sexual reproduction, (3) competition for limited resources, and (4) the proliferation of those organisms that are better able to survive and reproduce in the environment. Clarification Statement: Emphasis is on using evidence to explain the influence each of the four factors has on number of organisms, behaviors, morphology, or physiology in terms of ability to compete for limited resources and subsequent survival of individuals and adaptation of species. Examples of evidence could include mathematical models such as simple distribution graphs and proportional reasoning. Assessment Boundary: Assessment does not include other mechanisms of evolution, such as genetic drift, gene flow through migration, and co­evolution. Evidence Statements: HS­LS2­4 

Science & Engineering Practices  Disciplinary Core Ideas  Cross­Cutting Concepts Constructing Explanations and Designing Solutions Constructing explanations and designing solutions in 9–12 builds on K–8 experiences and progresses to explanations and designs that are supported by multiple and independent student­generated sources of evidence consistent with scientific ideas, principles, and theories. Construct an explanation based on valid and reliable evidence obtained from a variety of sources (including students’ own investigations, models, theories, simulations, peer review) and the assumption that theories and laws that describe the natural world operate today as they did in the past and will continue to do so in the future. 

LS4.B: Natural Selection Natural selection occurs only if there is both (1) variation in the genetic information between organisms in a population and (2) variation in the expression of that genetic information—that is, trait variation—that leads to differences in performance among individuals. LS4.C: Adaptation Evolution is a consequence of the interaction of four factors: (1) the potential for a species to increase in number, (2) the genetic variation of individuals in a species due to mutation and sexual reproduction, (3) competition for an environment’s limited supply of the resources that individuals need in order to survive and reproduce, and (4) the ensuing proliferation of those organisms that are better able to survive and reproduce in that environment. 

Cause and Effect Empirical evidence is required to differentiate between cause and correlation and make claims about specific causes and effects. 

Connections to other DCIs in this grade­band: HS.LS2.A ; HS.LS2.D ; HS.LS3.B ; HS.ESS2.E ; HS.ESS3.A Articulation of DCIs across grade­bands: MS.LS2.A ; LS3.B ; MS.LS4.B ; MS.LS4.C NJSLS­ ELA: RST­11.12.1, WHST.9­12.2, WHST.9­12.9, SL.11­12.4 NJSLS­ Math: MP.2, MP.4 

5E Model HS­LS4­2: Construct an explanation based on evidence that the process of evolution primarily results from four factors: (1) the potential for a species to increase in number, (2) the heritable genetic variation of individuals in a species due to mutation and sexual reproduction, (3) competition for limited resources, and (4) the proliferation of those organisms that are better able to survive and reproduce in the environment. Engage  Anticipatory Set 

What is the Theory of Evolution https://www.youtube.com/watch?v=pQp2lFcDEbw 

Pocket Mouse Evolution http://link.hhmi.org/services/player/bcpid1876525637001?bckey=AQ~~,AAAArZFA_pE~,D1__qX58jerI2jGitJBc_zBPvdgXTuAq&bctid=2117077171001 

Exploration  Student Inquiry 

Natural Selection Modeling: Plasticware In this lab activity, you will be experiencing competition for food (energy) resources, just as an organism would in nature. You will be living in the same habitat and you will be sharing the same niche with 2 other species. Plasticware Lab Data Sheet Origins of Genetic Variations: Resources https://geneed.nlm.nih.gov/topic_subtopic.php?tid=48&sid=50 Stickleback Evolution Virtual Lab http://media.hhmi.org/biointeractive/vlabs/lizard2/?_ga=1.110620357.1724329961.1465223023 

Explanation  Concepts and Practices 

In these lessons Teachers Should: Introduce formal labels, definitions, and explanations for concepts, practices, skills or abilities. Students Should: Verbalize conceptual understandings and demonstrate scientific and engineering practices. Topics to Be Discussed in Teacher Directed Lessons (Disciplinary Core Ideas): LS4.B: Natural Selection Natural selection occurs only if there is both (1) variation in the genetic information between organisms in a population and (2) variation in the expression of that genetic information—that is, trait variation—that leads to differences in performance among individuals. LS4.C: Adaptation Evolution is a consequence of the interaction of four factors: (1) the potential for a species to increase in number, (2) the genetic variation of individuals in a species due to mutation and sexual reproduction, (3) competition for an environment’s limited supply of the resources that individuals need in order to survive and reproduce, and (4) the ensuing proliferation of those organisms that are better able to survive and reproduce in that environment. 

Elaboration  Extension Activity 

Evolution Resources http://www.nclark.net/Evolution Let the Games Begin: Ecosystem Competition Lesson Plan https://insidetheclassroomoutsidethebox.wordpress.com/2013/08/25/let­the­games­begin­ecosystem­competition­lesson­plan/ 

Evaluation  Assessment Tasks 

Assessment Task: Constructed Explanation Students use the evidence to describe the following in their explanation: ­ The difference between natural selection and biological evolution (natural selection is a process, and biological evolution can result from that process) ­ The cause and effect relationship between genetic variation, the selection of traits that provide comparative advantages, and the evolution of populations that all express the trait.