Genome Biology – Digital

Unterrichtsbeispiel
von
  • Janina Beigel im Kontext der Deeper Learning Initiative von Prof. Dr. Anne Sliwka
Fächer
  • Biologie,
  • MINT,
  • Naturwissenschaft und Technik (NwT)

DEEPER LEARNING IM FACH BIOLOGIE AM ST. RAPHAEL GYMNASIUM HEIDELBERG

DNA-Helix in Weiß vor dunklem Hintergrund
Bild: Sangharsh Lohakare / Unsplash

Die rasante Entwicklung biotechnologischer Verfahren erlaubt uns zunehmend eine gezielte Manipulation organismischer Strukturen und Prozesse, zugleich kann man von einer explosionsartigen Zunahme des Erkenntnisstandes von hochrelevantem molekularbiologischem und biomedizinischem Wissen sprechen.
Aber wie können Lernende eine klare Vorstellung von diesen komplexen Mechanismen im Genom erlangen? Auf welche Weise können Lehrende dieses Wissen in authentische und handlungsorientierte Lernsettings vermitteln, wenn doch die experimentelle Forschung an diesen Themen in Laboren verschiedener Sicherheitsstufen stattfindet? Und wie können Lernende ihr Fachwissen verständlich präsentieren?

Um diesen Herausforderungen zu begegnen wurde das Deeper Learning Projekt ‚genome biology – digital‘ für den Biologieunterricht der Klassenstufe 12 konzipiert.


KURZSTECKBRIEF

Klassenstufe 12 (zweistündig, ebenfalls für vierstündige Kurse geeignet)
Durchführungsort St. Raphael Gymnasium Heidelberg (2018)
Kursgröße 18 Schülerinnen und Schüler
Projektzeitraum 12 Schulstunden
Benötigte Infrastruktur PC-Klassensatz, Internetzugang
Themen Molekularbiologie, Genetik, Gentechnik
Konzeption und Durchführung Janina Beigel; die Realisierung wurde durch Ina Küppers unterstützt

LERNZIELE

Die Lernenden sollen während der Unterrichtseinheit

  • ein vertieftes inhaltliches Verständnis der Forschungsschwerpunkte CRISPR/Cas9 (Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts), Krebs, Klonen, Stammzellen, Epigenetik (u. a. durch die kreative Auseinandersetzung mit den Themen) erlangen und dabei Schlüsselprinzipien der Biologie (Molekularbiologie, Biomedizin, Genetik und Gentechnik) verstehen.
  • die Forschungsschwerpunkte miteinander vernetzen können.
  • Wissenschaftskommunikation üben (Wie kann man ein komplexes biologisches Phänomen vereinfacht grafisch darstellen und einem Publikum näherbringen?)
  • erlernen souverän mit der digitalen Grafikdesign-Software Piktochart umzugehen.
  • erlernen ein kleines Forschungsprojekt im Team selbstorganisiert durchzuführen.
  • Möglichkeiten, Risiken und Grenzen des Eingriffs in das (menschliche) Genom kritisch reflektieren.
  • einen altersgemäßen Zugang zum aktuellen wissenschaftlichen Diskurs erhalten.

PROJEKTÜBERSICHT

Bild 17 Deeper Learning Initiative

Während des Projekts setzten sich die Lernenden in „Forscher-Teams“ mit selbstgewählten Forschungsschwerpunkten auseinander.  Ziel des Projekts war die Gestaltung einer Infografik, auf der die Lernenden ihre Forschungsergebnisse veranschaulichten.

Bei der Konzeption der Deeper Learning Aufgaben wurde das Voice & Choice Konzept angewandt, wodurch die Lernenden z. T. freie Lernentscheidungen treffen konnten. Zudem fand das didaktische Prinzip eines möglichst „authentischen Lernsettings“ Anwendung, um sich der Arbeit echter Biolog:innen auch ohne Laborkontext anzunähern. So gehören Posterpräsentationen von Forschungsergebnissen zum Arbeitsalltag von naturwissenschaftlich forschenden Biolog:innen und Mediziner:innen. Das Erstellen einer Infografik, um relevante Informationen zu einem spannenden Forschungsthema zu rekonstruieren, erscheint daher als passende Annäherung um zusätzlich die 4 K’s zu fördern.

Bild 18 Deeper Learning Initiative

Um die komplizierten biologischen Wirkmechanismen (z. B. zur Krebsentstehung, zur Funktionsweise von CRISPR/Cas) zu verstehen, sollten die Teams gemeinsam passende grafische Ausdrucksformen zur Visualisierung des Mechanismus finden und ihre Ergebnisse anschließend anhand ihrer Infografik präsentieren, kritisch diskutieren und ihre Lernprozesse auf der Metaebene reflektieren.

INSTRUKTION

Bild 9 Deeper Learning Initiative

Das Unterrichtsprojekt begann mit medial gestütztem Biologieunterricht zur Einführung und Wiederholung der Grundprinzipien der Genetik, Gentechnik und Molekularbiologie. Es folgten zudem eine Einführung in die Anwendung und Funktionen das webbasierten Design-Programms Piktochart, sowie eine Erklärung des Projektablaufs. Außerdem wurden Methoden zur Organisation längerer Projektphasen eingeführt.

KO-KONSTRUKTION / KO-KREATION

Bild 10 Deeper Learning Initiative

Die Projektphase wurde durch eine Auftaktsitzung eingeleitet, innerhalb derer Ablauf, die Deep Learning Aufgaben, Bewertungskriterien und die Projektziele des kommenden Unterrichtes transparent gemacht wurden. Alle Lernenden wählten zu Beginn nach individuellem Interesse einen Forschungsschwerpunkt. Die Forschungsgruppen erhielten daraufhin eine Materialsammlung sowie ihr Deeper Learning Aufgabenpaket. Die Lernenden strukturierten den weiteren Projektverlauf größtenteils selbst und erarbeiteten sich eigenständig ihre Forschungsschwerpunkte, um ihre Infografik gestalten zu können. Diese selbstverantwortliche Arbeitsphase wurde durch die Lehrperson zum einen durch adaptive Lehrerhandlungen (z.B. Scaffolding) unterstützt, zum anderen durch zwischengelagerte pädagogisch-didaktische Sessions (z. B. Projektmanagement mithilfe eines Kanban-Boards, Scrum-Circle etc.).

In der Praxis sind Phasen der Instruktion und Ko-Konstruktion oft eng miteinander verwoben und treten sequenziell gestaffelt auf. In diesem Fall erhielten die Lernenden im Verlauf der ko-konstruktiven Projektphase punktuell instruktiven Input zum richtigen Zitieren sowie zur typografischen Gestaltung von Infografiken und zur visuellen Kommunikation von Information.

PRÄSENTATION

Bild 11 Deeper Learning Initiative

Den Abschluss des Unterrichtsprojekts bildete die Präsentationsphase, innerhalb derer die Forschergruppen ihre Ergebnisinfografiken der Lerngruppe präsentierten und dabei ihre neuen Erkenntnisse erklärten. Im Sinne eines authentischen Asessments wurde eine wissenschaftliche Kongresssituation simuliert. Im Anschluss an die Präsentationen wurden die Einzelthemen miteinander verknüpft (z. B. Was hat CRISPR/Cas mit Genetic Engineering zu tun?). Daraufhin wurden die behandelten Inhalte im Plenum kritisch diskutiert und weitergedacht (z. B. Kontroverse um die Anwendung von Gentechnik in Keimbahnzellen). Infolgedessen ergab sich ein global picture/concept map bei den Lernenden. Es folgte außerdem ein Reflexionsgespräch mit der Lehrperson über den gesamten Verlauf der Projektphase. Individuelle Strategien zur weiteren Verbesserung wurden entwickelt. Anschließend wurde eine Evaluation der Unterrichtseinheit durchgeführt, um Impulse zur Unterrichtsentwicklung zu sammeln.

EINORDNUNG IN DEN BILDUNGSPLAN 2016

Die folgenden inhaltsbezogenen und prozessbezogenen Kompetenzen wurden bei der Durchführung der Unterrichtseinheit vermittelt, erarbeitet und vernetzt:

  • 3.5.3 / 3.4.4 Molekularbiologische Verfahren und Gentechnik (Gruppen: CRISPR/Cas9, Genetic Engineering),
  • 3.5.2.3 DNA und Genaktivität (Gruppe: Epigenetik),
  • 3.5.6 Chancen und Risiken biomedizinischer Verfahren (Gruppen: Klonen, Krebs, Stammzellen)
  • Besondere Förderung der prozessbezogenen Kompetenz 2.2 Kommunikation
  • Beitrag zu den Leitperspektiven: Medienbildung (MB) und Verbraucherbildung (VB).

IMPRESSIONEN – KO-KONSTRUKTION