Das Experiment ist zweifelsohne die Methode des naturwissenschaftlichen Unterrichts. In den Fächern Physik und Chemie ist der Stellenwert des Experiments verhältnismäßig hoch, wohingegen es im Fach Biologie im täglichen Unterrichtsgeschehen immer noch zu wenig Beachtung findet. Die Oberstufe und insbesondere der Leistungskurs sollen auf das spätere Hochschulstudium vorbereiten, daher ist es unumgänglich, die Schüler von Anfang an mit den Methoden der Wissenschaft vertraut zu machen. Die Oberstufe soll jedoch nicht ausschließlich in fachwissenschaftlicher Hinsicht auf das Universitätsstudium vorbereiten, sondern die Schüler zu selbstständigem Denken und Handeln erziehen.
Durch die Einführung von Bildungsstandards und einheitlichen Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung in Hessen nimmt die Forderung nach Methodenkompetenz und Selbstständigkeit der Schüler stetig zu. Im Gegensatz zum Grundkurs sollen die Schüler eines Leistungskurses die biologischen Sachverhalte verstärkt anhand von Experimenten oder anderen praktischen Übungen erlernen und die Aufgaben möglichst selbstständig bearbeiten.
Kaum ein anderes Themengebiet eignet sich besser, die Schüler zu selbstständig denkenden Persönlichkeiten zu erziehen als die Genetik. Dank der extremen Medienpräsenz und der intensiven politischen Diskussion über molekulargenetische Arbeitsmethoden werden die Schüler immer wieder mit dem Thema Gentechnik konfrontiert. Eine Stellungnahme zu Themen wie die Entschlüsselung des menschlichen Genoms oder DNA-Fingerprinting in der Kriminalistik ist jedoch kaum möglich ohne ein fundiertes Basiswissen, zu welchem zweifelsohne auch Kenntnisse über die entscheidenden Methoden der Molekulargenetik zählen. Viele der gentechnischen Methoden lassen sich nur unter hohem finanziellen, zeitlichen und technischen Aufwand durchführen, so dass in der Schule nur sehr selten entsprechende Experimente durchgeführt werden. Es existieren dennoch einige einfache Modellversuche, welche den Schülern in relativ wenigen Schulstunden die Methoden und Grundlagen der Gentechnik vermitteln können.
Die zugrunde liegende Frage ist, ob die entsprechenden biologischen Sachinhalte und Methoden der Gentechnik durch Experimente von den Schülern besser verstanden werden als dies durch den rein theoretischen Unterricht möglich wäre.
Auf einen Blick
- Note: 2,0
- Eigene Fragebogenuntersuchung mit 15 Schülerinnen und Schülern eines Wiesbadener Leistungskurses
- Versuch mit den Restriktionsenzymen EcoRI, BamHI und HindIII an Lambda-Phagen-DNA
- 45 Quellen im Literaturverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Sachanalyse
2.1. Definition und Möglichkeiten von Gentechnik
2.2. Theorie zu Versuch 1
2.2.1. Aufbau der DNA
2.2.2. Replikation von DNA
2.2.3. Isolation von DNA aus eukaryontischen Zellen
2.3. Theorie zu Versuch 2
2.3.1. Das Bakterium Escherichia coli
2.3.2. Proteinbiosynthese
2.3.3. Das Operon-Modell
2.3.4. Regulation des Lactoseabbaus bei Escherichia coli
2.4. Theorie zu Versuch 3
2.4.1. Enzymatik
2.4.2. Restriktionsendonucleasen
2.4.3. Gelelektrophoretische Auftrennung der DNA
2.4.4. Der Bakteriophage Lambda
2.4.5. Restriktion und Gelelektrophorese von Phagen-DNA
3. Didaktische Analyse
3.1. Funktion und Lehrziele von (gentechnischen) Experimenten im Biologieunterricht
3.2. Die Begriffe „Interesse“ und „Motivation“
3.3. Charakterisierung der Lerngruppe
3.4. Bezug zum hessischen Lehrplan
3.5. Einordnung in die aktuelle Unterrichtsreihe
3.6. Referenzkriterien
3.7. Tabellarische Übersicht des geplanten Unterrichtsverlaufes
4. Methodische Analyse
4.1. Ziel der Evaluation
4.2. Verfahren der Datenerhebung
4.2.1. Testgütekriterien
4.2.2. Fragebogen und Stichprobe
4.3. Auswertungsmethoden
4.3.1. Quantitative Auswertung der geschlossenen Items
4.3.2. Qualitative Auswertung der offenen Items
4.3.3. Auswertung der vor- und fachwissenbezogenen Items
5. Ergebnisse
5.1. Ergebnisse der quantitativen Items
5.2. Ergebnisse der qualitativen Items
5.3. Ergebnisse der vor- und fachwissenbezogenen Items
6. Diskussion und Reflexion
6.1. Interpretation und Diskussion der Ergebnisse der Untersuchung
6.2. Reflexion der Experimente
7. Zusammenfassung
Zielsetzung und Themen
Die Arbeit untersucht, welchen Beitrag drei gentechnische Schülerexperimente zum Verständnis biologischer Sachinhalte und Methoden leisten und wie realistisch Schülerinnen und Schüler ihren eigenen Wissensstand und Lernfortschritt einschätzen. Dazu werden die Experimente in einem Biologie-Leistungskurs durchgeführt und anhand schriftlicher Befragungen ausgewertet.
- DNA-Isolation aus pflanzlichem Material
- Regulation des Lactoseabbaus bei Escherichia coli
- Restriktion und Gelelektrophorese von Phagen-DNA
- Didaktische Planung und Einbettung in den hessischen Lehrplan
- Vorwissen, Fachwissen und Selbsteinschätzung der Lernenden
- Interesse, Motivation und praktische Durchführbarkeit
Auszug aus dem Buch
2.4.3. Gelelektrophoretische Auftrennung der DNA
Das Prinzip der Gelelektrophorese basiert auf der Wanderung der negativ geladenen DNA-Fragmente durch ein elektrisches Feld. In der Regel verwendet man für die gelelektrophoretische Auftrennung Agarose und gepufferte Salzlösung. Agarose ist ein Polysaccharid, welches aus Rotalgen isoliert wird. Die Agarose muss zunächst im Puffer aufgekocht werden und anschließend in der Elektrophoresekammer abkühlen. Bei diesem Prozess geliert die Agarose. Während dem Abkühlen wird ein Kamm in die Agarose gestellt, welcher nach dem Gelieren Auftragstaschen ausbildet. Das Gel wird für die Reaktion unter Spannung gesetzt, wobei sich die Auftragstaschen für die DNA nahe der Kathode befinden. Das Gel wird außerdem mit gepufferter Salzlösung bedeckt, so dass der Stromfluss gewährleistet ist.
Die Agarose bildet ein Gitternetz aus, welches aufgrund der Porengröße für die DNA-Fragmente ein Hindernis bildet. Größere Fragmente bleiben in den Poren hängen, so dass diese Fragmente nicht so weit durch das Gel wandern können. Die Wanderungsgeschwindigkeit der einzelnen DNA-Fragmente ist abhängig von ihrer Größe. Die großen Fragmente wandern langsamer als die kleinen. Die Wanderungsgeschwindigkeit der Nucleinsäuren ist umgekehrt proportional zur Länge der Nucleinsäure-Fragmente. Durch die Phosphatgruppen sind Nucleinsäuren negativ geladen, folglich tragen große Fragmente mehr negative Ladung als kleine Fragmente. Man sollte annehmen, dass die großen Fragmente also weiter durch das Gel wandern. Jedoch funktioniert die Struktur des Gels als eine Art Sieb, in welchem die großen Fragmente früher hängen bleiben als die kleinen Fragmente.
Gleich große DNA-Fragmente wandern gleich weit, und bilden eine Bande an dem Punkt im Gel, an welchem sie hängen bleiben. Will man allerdings die exakte Größe der Fragmente bestimmen, so muss ein Gemisch aus DNA-Fragmenten bekannter Größen als Standard hinzugegeben werden. Dieser Standard dient als Eichgerade, woran die Größenbestimmung der unbekannten Fragmente möglich ist.
Die Elektrophorese darf nicht zu lange laufen, da sonst die kleinsten DNA-Fragmente aus dem Gel herauslaufen würden. Für diesen Zweck wird den Proben ein Markerfarbstoff hinzugegeben, welcher den Fragmenten voran läuft und einen Anhaltspunkt für die Wanderungsgeschwindigkeit liefert. Im Anschluss an die Elektrophorese können die DNA-Fragmente mit einem Fluoreszenz-Farbstoff gefärbt werden, so dass man unter UV-Licht die einzelnen Banden deutlicher erkennen kann. Die genaue Anleitung des Versuchs findet sich im Anhang.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung erläutert den Stellenwert von Experimenten im Biologieunterricht und stellt die Forschungsfrage sowie die drei untersuchten Versuche vor.
2. Sachanalyse: Das Kapitel beschreibt Grundlagen und Anwendungen der Gentechnik sowie die molekularbiologischen Voraussetzungen der drei Versuche.
3. Didaktische Analyse: Die Autorin behandelt Lehrziele, Interesse und Motivation, charakterisiert die Lerngruppe und ordnet die Experimente in Lehrplan und Unterrichtsreihe ein.
4. Methodische Analyse: Dieses Kapitel erläutert die Evaluation, die Konstruktion der Fragebögen und die Auswertung geschlossener, offener und wissensbezogener Aufgaben.
5. Ergebnisse: Die Befragungsergebnisse werden nach quantitativen, qualitativen sowie vor- und fachwissenbezogenen Aufgaben dargestellt.
6. Diskussion und Reflexion: Die Untersuchungsergebnisse werden interpretiert und die Durchführung sowie die schulische Eignung der Experimente reflektiert.
7. Zusammenfassung: Die Autorin bündelt ihre Einschätzungen zu Lernzuwachs, Selbsteinschätzung und den Bedingungen erfolgreichen Experimentierens.
Schlüsselwörter
Gentechnikunterricht, Biologieunterricht, Schülerexperimente, Sekundarstufe II, Lernzuwachs, Selbsteinschätzung, DNA-Isolation, Escherichia coli, Lactose-Operon, Restriktionsenzyme, Gelelektrophorese, Evaluation, Fragebogen, Motivation
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit?
Die Arbeit untersucht drei gentechnische Experimente im Biologie-Leistungskurs und betrachtet den Wissenszuwachs sowie die Selbsteinschätzung der Lernenden.
Welche Themenfelder stehen im Mittelpunkt?
Im Mittelpunkt stehen DNA-Isolation, Genregulation bei Escherichia coli und die Restriktion und Gelelektrophorese von Phagen-DNA. Hinzu kommen didaktische Planung, Motivation und Evaluation.
Welche Forschungsfrage verfolgt die Autorin?
Sie fragt, inwieweit die Experimente zum Verständnis biologischer Sachinhalte und Methoden beitragen und wie realistisch die Schülerinnen und Schüler ihren Wissensstand einschätzen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Autorin führt eine summative Evaluation mit schriftlichen Fragebögen durch. Geschlossene und offene Antworten sowie Aufgaben zum Vor- und Fachwissen werden getrennt ausgewertet.
Was behandelt der Hauptteil?
Der Hauptteil verbindet molekulargenetische Grundlagen und Unterrichtsplanung mit der Beschreibung der Befragung, ihren Ergebnissen und einer Reflexion der praktischen Durchführung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den zentralen Begriffen gehören Gentechnikunterricht, Schülerexperiment, Lernzuwachs, Selbsteinschätzung, DNA-Isolation, Operon-Modell und Gelelektrophorese.
Welche Lerngruppe wurde untersucht?
Die Befragung bezieht sich auf 15 Schülerinnen und Schüler eines Biologie-Leistungskurses der Jahrgangsstufe 12 an der Oranienschule Wiesbaden.
Wie wurden Vorwissen und Fachwissen erfasst?
Der erste Fragebogen enthält fehlerhafte Texte, die berichtigt werden sollen. Der zweite stellt Fragen zu den fachlichen Grundlagen und zur Durchführung der Experimente.
Welche Unterrichtsmaterialien bietet die Arbeit?
Sie enthält Fragebögen, Versuchsanleitungen, Unterrichtsarbeitsblätter sowie Übersichten zur Punkte- und Notenverteilung.
Welche Besonderheit betrifft den zeitlichen Ablauf der DNA-Isolation?
Der Versuch zur DNA-Isolation fand mehrere Wochen vor den beiden Befragungen statt. Dies berücksichtigt die Autorin bei der Interpretation der Untersuchung.
- Quote paper
- Katrin Zielina (Author), 2005, Experimente zur Gentechnik im Biologieunterricht. Evaluation der Selbsteinschätzung und des reellen Lernzuwachses der Schüler, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/48787
