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.

Das Konzept der Materialien

Screenshot eines Arbeitsblattes mit 3D-DNA-Struktur, Buttons zur Änderung der Moleküldarstellung , sowie Arbeitsaufträgen.
+Arbeitsblatt

Vorgabe von Beobachtungsaufträgen

Eine Lenkung der Aufmerksamkeit der Schülerinnen und Schüler erfolgt lediglich durch den formalen Aufbau der Arbeitsblätter. Jede Seite richtet den Blick auf einen anderen Aspekt der DNA-Struktur. Die vorgegebenen Beobachtungsaufträge sorgen dafür, dass die Schülerinnen und Schüler mit den wesentlichen Informationen konfrontiert werden. Arbeitsaufträge sowie die schriftliche Fixierung ihrer Beobachtungen zwingen die Lernenden zu einer intensiven, mehrkanaligen Verarbeitung der Thematik. Abb. 3 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt einen Screenshot eines typischen Arbeitsblattes: Die Arbeitsaufträge im unteren Feld sind durch Piktogramme als Beobachtungsaufgaben (Auge) und Schreibaufgaben (Stift) gekennzeichnet.

Screenshot eines Arbeitsblattes mit 3D-Struktur der Ribose, Buttons zur Auswahl anderer DNA-Bausteine (Phospat, Basen), sowie Arbeitsaufträgen. Das "Info-Piktogramm" weist auf ein Popup mit Zusatzinformationen hin.
+Info-Piktogramm

Aktiv entdeckendes Lernen

Die eigenständige Dokumentation im Lerntagebuch und die aktive, konstruktive Arbeit an den 3D-Molekülmodellen lassen die Beschäftigung mit der DNA zu einer Entdeckungsreise werden. Durch Drehen und Wenden, Zoomen und Hervorheben bestimmter Strukturen, durch Einfügen und Löschen von Wasserstoffatomen oder Wasserstoffbrückenbindungen wählt jeder Jugendliche die Herangehensweise an sein Forschungsobjekt. Dabei bieten einige Informationsboxen (Popups) weitere nützliche Informationen, wie zum Beispiel eine Definition des Begriffs Elektronegativität oder eine Übersicht wichtiger funktioneller Gruppen aus der organischen Chemie. Diese Informationsboxen können durch einen Klick auf die "i"-Piktogramme aufgerufen werden, die sich hinter den jeweiligen Aufgaben befinden (Abb. 4, rechts unten), Besonders hilfreich ist es, wenn jedem Lernenden ein eigener Computerarbeitsplatz zur Verfügung steht. Ist dies nicht möglich, so ist eine Partnerarbeit zu empfehlen. Hier findet dann ein kooperatives Lernen mit einem Partner statt, das sehr fruchtbar sein kann, infolgedessen die Arbeit mit dem Lerntagebuch allerdings einen anderen Schwerpunkt erhält. Es dient dann mehr als Protokollheft.

Die neue Rolle der Lehrkraft

Die Arbeit mit dem dynamischen Arbeitsblatt bedarf keiner (lehrenden) Einflussnahme der Lehrkraft. Sie fungiert primär als Helfer bei technischen Problemen, insbesondere beim Kennenlernen der möglichen Funktionen des Jmol-Menüs. Als Lernberater beobachtet die Lehrerin oder der Lehrer darüber hinaus kontinuierlich den Lernprozess der Schülerinnen und Schüler. Dazu gehört auch die Durchsicht der Lerntagebücher am Ende der Unterrichtseinheit.

Inhalte der Lernumgebung

Anhand der dynamischen Arbeitsblätter zum Thema " Desoxyribonukleinsäure (DNA) - Die Struktur unserer Erbsubstanz" gewinnen die Schülerinnen und Schüler einen Überblick über den Bau der DNA. Zunächst lernen sie die Bausteine der DNA einzeln kennen, werden dann durch ein strukturiertes Vorgehen an deren Verknüpfung, den doppelhelikalen Aufbau, das Zuckerphosphat-Rückgrat und Basenpaarungen herangeführt. Die Lernumgebung enthält folgende Seiten zum Thema DNA:

  • 1. Die Bausteine der DNA

    Die Lernenden untersuchen den Aufbau der vier Basen, der Desoxyribose und der Phosphorsäure.
  • 2. Die räumliche Struktur der DNA

    Hier machen sich die Schülerinnen und Schüler grob mit der Gesamtstruktur der DNA vertraut.
  • 3. Zucker- und Phosphatgruppen

    Das Zucker-Phosphat-Rückgrat der DNA wird erkundet.
  • 4. Die Nukleobasen I

    Die Schülerinnen und Schüler untersuchen und vergleichen den chemischen Aufbau der Purin- und Pyrimidin-Basen.
  • 5. Die Nukleobasen II

    Die Anordnung und Verteilung der Basen in der Gesamtstruktur der DNA wird untersucht.
  • 6. Nukleoside und Nukleotide I

    Die Lernenden erkunden die 3D-Strukturen von Adenosin und Adenosinmonophosphat.
  • 7. Nukleoside und Nukleotide II

    Eine Grafik veranschaulicht die Syntheseschritte von den Einzelbausteinen der DNA bis hin zur Polynukleotidkette.
  • 8. Basenpaarung und Wasserstoffbrückenbindung

    Die Schülerinnen und Schüler erkunden in der Gesamtstruktur der DNA die Lage der Wasserstoffbrücken.
  • 9. Die Strangenden

    Die Begriffe 5'-Ende, 3'-Ende und Antiparallelität werden veranschaulicht.

Mit dem Arbeitsblatt zu den Strangenden endet die Betrachtung des molekularen Aufbaus der DNA. Die beiden noch folgenden Seiten bieten bereits einen Ausblick auf den Aufbau der RNA (siehe "Eigenständige Erforschung der RNA").

Autorenteam
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