Didaktische Vorbemerkungen
Dynamische Arbeitsblätter mit 3D-Molekülen entschärfen Schwächen im räumlichen Vorstellungsvermögen und ermöglichen "selbstständige Entdeckungsreisen" der Lernenden.
Das Problem mit der räumlichen Vorstellung
Die DNA ist das den Schülerinnen und Schülern wohl am besten bekannte Makromolekül. Eine erste strukturelle Auseinandersetzung erfolgt zum Teil schon in der Mittelstufe, auf jeden Fall aber - und dann recht detailliert - im Biologieunterricht der Oberstufe. Und trotzdem haben die Jugendlichen dort große Schwierigkeiten, sich den Aufbau der DNA vorzustellen. Insbesondere Lernende mit einem weniger ausgeprägten räumlichen Vorstellungsvermögen haben Probleme, wenn es darum geht, sich die Struktur aus zweidimensionalen Abbildungen oder den Fischer-Projektionen eines klassischen Tafelbildes zu erschließen. Abhilfe schaffen Raummodelle der DNA, in denen die Bausteine jedoch zumeist nur angedeutet sind, was eine genaue Analyse des chemischen Aufbaus und der Verknüpfung der Bausteine erschwert.
Dynamische Arbeitsblätter
Selbstständige Entdeckungsreisen
Die Möglichkeit, digitale Molekülmodelle am Bildschirm beliebig drehen und wenden zu können, den Grad der Übersichtlichkeit durch Ein- und Ausblenden oder Hervorheben bestimmter Strukturelemente zu variieren, erleichtert den Schülerinnen und Schülern das "räumliche Lesen" komplexer Strukturen enorm. Abb. 1 und Abb. 2 (Platzhalter bitte anklicken) zeigen, wie die einzelnen Schritte bei der Untersuchungen des DNA-Rückgrats aussehen könnten: Die Starteinstellung zeigt einen DNA-Ausschnitt in "wireframe"-Darstellung. Durch einen Klick auf einen vorgegeben Button "Zucker" werden die Ribose-Bausteine durch die "stick"-Darstellung hervorgehoben (Abb. 1).
Danach kann durch einen Klick auf den Button "Phosphat" das komplette DNA-Rückgrat hervorgehoben und durch die Entfernung der Wasserstoffatome in eine übersichtliche Visualisierung überführt werden (Abb. 2). Hier kann die hervorgehobene Struktur durch Drehen, Wenden und Zoomen weiter untersucht werden. Ein strukturiertes Vorgehen durch didaktisch angepasste Hilfsmittel in der Moleküldarstellung und die Vorgabe von detaillierten Beobachtungsaufträgen unterstützt die Lernenden auf ihrer selbstständigen Entdeckungsreise. Animationen erlauben ein besseres Verständnis von eher schwer zu vermittelnden Prinzipien und Begriffen, wie zum Beispiel der Antiparallelität der DNA-Einzelstränge.
Eine "Erfindung" aus der Mathematik
Der Einsatz Dynamischer Arbeitsblätter und deren Verzahnung mit der Nutzung des Lerntagebuchs hat sich im Mathematikunterricht bereits bewährt. Eine Vorreiterrolle spielen hier die Materialien und Publikationen des Lehrstuhls für Mathematik und ihre Didaktik der Universität Bayreuth. Die Erfahrungen zum Einsatz Dynamischer Mathematik lassen sich auf den Einsatz analoger Arbeitsblätter mit 3D-Molekülen im Chemie- und Biologieunterricht übertragen.
Weiterlesen
- Technische Voraussetzungen und Hinführung
Infos zu Jmol und ein Tipp zum methodischen Einstieg: Eine MindMap zur DNA bietet einen guten Startpunkt für die Arbeit mit dem Lerntagebuch. - Erarbeitung der Struktur der DNA
Die Schülerinnen und Schüler sollen mit den Materialien selbstständig und aktiv-entdeckend arbeiten - die Lehrkraft agiert als Berater und Beobachter. - Eigenständige Erforschung der RNA
Die Lernenden haben die Möglichkeit, ihr gerade erworbenes Wissen zur DNA auf einzel- und doppelsträngige RNA-Strukturen anzuwenden. - Zusatzinformationen: Molekülbetrachter, Dynamische Arbeitsblätter, DNA
Lehrer-Online-Artikel und weitere Materialien und Ideen für den Unterricht zum Thema DNA im Netz. - Genderaspekte der Unterrichtseinheit 3D-DNA
Die Unterrichtseinheit "Die Struktur der DNA - virtuelle Moleküle in 3D" kann als eine vorbildlich gestaltete geschlechtergerechte Unterrichtseinheit betrachtet werden.
