Naturwissenschaften

Rechnen mit DNA – theoretische Informatik einmal praktisch

Veröffentlicht am 22.01.2008
  • Sekundarstufe II
  • etwa 7 Unterrichtsstunden
  • Arbeitsmaterial, Arbeitsblatt, Anwendung/Software, Anleitung
  • 1 Arbeitsmaterial

Nach der Auffrischung der molekularbiologischen Grundlagen entwickeln die Schülerinnen und Schüler eine Strategie, wie man mit einem DNA-Rechner ein einfaches Hamilton-Pfad-Problem lösen kann. Dabei kommt die kostenfreie Software „Hellics“ zum Einsatz, die die Funktionen eines DNA-Computers simuliert.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Diese Unterrichtseinheit verdeutlicht, wie Themen aus der theoretischen Informatik mit einem praktischen Zugang und in Verbindung mit neuen Medien in der Schule behandelt werden können. Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, dass es möglich ist mit DNA zu rechnen. Dabei wird nicht thematisiert, welche Vorteile dies bringt und wozu man DNA-Computer nutzen kann. Die Lernenden sollen lediglich erkennen, dass es Alternativen zu unseren herkömmlichen Rechnern geben kann. Der besondere Reiz des Themas DNA-Computing liegt in seiner Aktualität und seinem interdisziplinären Charakter. Zudem werden die Lernenden motiviert sein, sich mit einer potenziellen Zukunftstechnologie zu beschäftigen, deren Grundlagen erst in den 90er Jahren entwickelt wurden. Die Verbindung von Biologie mit Informatik ist für viele Schülerinnen und Schüler sicher sehr überraschend. Sie erkennen, dass es sich lohnt, über auf den ersten Blick ungewöhnliche Dinge genauer nachzudenken und erfahren, dass es die Natur schon seit langem versteht, Informationen sehr effizient zu speichern.

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Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • grundlegende molekulargenetische Verfahren kennen lernen beziehungsweise auffrischen.
  • mit den vorgestellten Verfahren ein einfaches Problem lösen.
  • erkennen, dass es Aufgaben gibt, die mit unseren heutigen Rechnern nur schwer zu lösen sind.
  • erkennen, dass es sinnvoll ist, nach neuen Rechnermodellen zu suchen.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaRechnen mit DNA - theoretische Informatik einmal praktisch
AutorNils J. van den Boom
FachInformatik
ZielgruppeJahrgangsstufe 12 und 13
Zeitraumetwa 7 Unterrichtsstunden
Technische VoraussetzungenComputer in ausreichender Anzahl (Gruppenarbeit); Linux-Rechner für das Programm "Hellics" (läuft auch auf einer Knoppix-Umgebung); Windows-PC für die Programme "GenLab" und "Graphenspiele"; Windows-Rechner für "PCR"; Präsentationsrechner mit Beamer
Software~~http://theoretica.informatik.uni-oldenburg.de/~dna/index.html~~ (kostenfrei), PCR (Software von "Hands On Genetics", Download bei Lehrer-Online), Graphenspiele (kostenfrei)

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