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.
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 & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Effektivität dreier gentechnischer Experimente in Bezug auf den Lernzuwachs von Schülerinnen und Schülern eines Biologie-Leistungskurses der Jahrgangsstufe 12. Die zentrale Forschungsfrage lautet, ob durch schülerorientierte Experimente biologische Sachinhalte und molekulargenetische Methoden besser verstanden werden als durch rein theoretischen Unterricht.
- Analyse der fachlichen Grundlagen gentechnischer Methoden (DNA-Isolation, Genregulation, Restriktion/Gelelektrophorese).
- Didaktische Einordnung und methodische Planung der Unterrichtsreihe im Rahmen des hessischen Lehrplans.
- Evaluation von Wissenszuwachs und Selbsteinschätzung der Schüler mittels Fragebögen.
- Untersuchung von geschlechtsspezifischen Unterschieden im Lernprozess und in der Motivation.
- Reflexion der praktischen Durchführung der Experimente unter Schulbedingungen.
Auszug aus dem Buch
2.4.1. Enzymatik
Alle Reaktionen, die in einem Organismus ablaufen, werden von Enzymen katalysiert. Enzyme sind somit Katalysatoren des Lebens. Sie sind spezifisch wirkende Proteine, die die Aktivierungsenergie herabsetzen und somit die Reaktionen beschleunigen.
Eine exergone Reaktion A → B könnte nur dann unkatalysiert stattfinden, wenn die Umgebungstemperatur erhöht wird, da die Moleküle A in einen aktivierten und reaktionsfähigen Zustand überführt werden müssen. Bei einer niedrigen Temperatur befinden sich nur einige wenige Moleküle A auf einem höheren energetischen Niveau und die Umsetzung A → B verläuft nur langsam. Erhöht man allerdings die Temperatur, so werden mehr Moleküle A aktiviert und die Reaktionsgeschwindigkeit nimmt zu. Enzyme vermögen diese Reaktion zu katalysieren, ohne dass die Temperatur erhöht werden muss.
Enzyme wirken substrat- und wirkungsspezifisch, das heißt sie setzen nur eine einzige Verbindung um und katalysieren nur eine einzige Reaktion. Die Umsetzung der Substrate erfolgt am aktiven Zentrum des Enzyms. An dieser Stelle bindet das Substrat, so dass ein Enzym-Substrat-Komplex entsteht. Würde allerdings das Substrat an das Enzym genau komplementär bilden, so würde das Substrat gebunden bleiben und nicht reagieren. Das Induced-fit Modell beschreibt die Wirkung des Enzyms genauer: Bei der Annäherung von Substrat und Enzym machen sowohl das Substrat als auch das Enzym eine Konformationsänderung durch, so dass eine komplementäre Bindung möglich ist.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung erläutert den Gegenstand und den Hintergrund der Untersuchung zur Effektivität von Schülerexperimenten im Gentechnikunterricht.
2. Sachanalyse: In diesem Kapitel werden die theoretischen Sachinhalte zu den drei durchgeführten Versuchen, inklusive Genregulation und Labormethoden, detailliert dargestellt.
3. Didaktische Analyse: Hier wird der Stellenwert gentechnischer Experimente im Biologieunterricht erörtert und die methodische Planung der Unterrichtseinheit inklusive Lehrzielen dargelegt.
4. Methodische Analyse: Dieses Kapitel beschreibt das Ziel der Evaluation, das Verfahren der Datenerhebung sowie die Gestaltung der Fragebögen und Auswertungsmethoden.
5. Ergebnisse: Hier werden die Resultate der quantitativen, qualitativen sowie vor- und fachwissenbezogenen Items der Schülerbefragungen präsentiert.
6. Diskussion und Reflexion: In diesem Kapitel werden die Ergebnisse interpretiert und die Eignung der Experimente für den schulischen Einsatz kritisch reflektiert.
7. Zusammenfassung: Die Zusammenfassung bündelt die wichtigsten Erkenntnisse der Untersuchung zum Lernzuwachs und zur Motivation der Schüler.
Schlüsselwörter
Gentechnik, Biologieunterricht, Lernzuwachs, Leistungskurs, Genregulation, DNA-Isolation, Restriktionsenzyme, Gelelektrophorese, Schülerexperiment, Motivation, Interesse, Evaluation, Molekulargenetik, Unterrichtsplanung, Fachdidaktik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der vorliegenden Arbeit im Kern?
Die Arbeit untersucht, ob der Einsatz von drei spezifischen gentechnischen Experimenten zu einem messbaren Lernzuwachs bei Schülern eines Biologie-Leistungskurses führt.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die Schwerpunkte liegen auf der praktischen Anwendung molekulargenetischer Verfahren, der didaktischen Aufbereitung dieser Methoden für die Oberstufe und der psychologischen Dimension von Interesse und Motivation im Unterricht.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist es, die Effektivität von Schülerexperimenten gegenüber rein theoretischem Unterricht zu evaluieren und herauszufinden, wie gut Schüler ihren eigenen Lernfortschritt einschätzen können.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Datenerhebung verwendet?
Die Untersuchung stützt sich auf eine summative Evaluation durch schriftliche Fragebögen, die unmittelbar vor und nach den Experimenten ausgefüllt wurden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine fachliche Sachanalyse, eine didaktische Einordnung sowie eine methodische Analyse, gefolgt von der Ergebnisdarstellung und deren Diskussion.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Die zentralen Charakteristika sind Schülerexperimente, Lernzuwachs, Gentechnik-Didaktik, empirische Evaluation und Genregulation.
Warum spielt das "Operon-Modell" eine so große Rolle in den Versuchen?
Es dient als theoretische Grundlage für das Verständnis von Genregulation, welches durch das Experiment zum Lactoseabbau bei Escherichia coli praktisch erfahrbar gemacht wird.
Welche Rolle spielen die geschlechtsspezifischen Unterschiede in den Ergebnissen?
Die Untersuchung zeigt, dass Mädchen und Jungen unterschiedliche Zugänge zur Theorie und Praxis der Experimente haben, was besonders bei der Selbsteinschätzung und der Interpretation der Ergebnisse sichtbar wurde.
- 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
