Die Struktur der DNA - virtuelle Moleküle in 3D

Die hier für den Einstieg in die molekularen Grundlagen der Genetik verwendete Lernumgebung ermöglicht Schülerinnen und Schülern einen aktiv-entdeckenden Zugang zum Aufbau unserer Erbsubstanz.

Ausschnitt aus einem DNA-Molekül
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Dynamische Arbeitsblätter sind digitale Unterrichtsmedien, die Informationstexte, Aufgabenstellungen, Bilder und dynamische Konstruktionen auf einer Seite miteinander vereinigen. Die hier vorgestellten Arbeitsblätter enthalten Moleküldarstellungen, die es Schülerinnen und Schülern ermöglichen, aktiv mit einem 3D-DNA-Modell zu arbeiten, in dem sie verschiedene Strukturelemente ein- und ausblenden, sowie das Molekül beliebig drehen und wenden können. Technische Grundlage der 3D-Moleküle ist der kostenfrei nutzbare Molekülbetrachter Jmol (betriebssystemunabhängig). Zudem enthält die Lernumgebung eine kleine flash-basierte "Drag & Drop"-Übung. Die dynamischen Arbeitsblätter zur 3D-Struktur der DNA erlauben eine völlig eigenständige Auseinandersetzung der Schülerinnen und Schüler mit dem molekularen Aufbau des Moleküls. Durch den Einsatz eines Lerntagebuchs zur Sicherung und Dokumentation des Gelernten ist ein Austausch mit Mitschülern, und insbesondere ein Eingreifen durch die Lehrkraft, nicht erforderlich.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • die Struktur der DNA kennen lernen.
  • sich durch eigene Untersuchungen den molekularen Aufbau der DNA aktiv erschließen.
  • die Möglichkeiten von Molekülbetrachtern erkennen und den Umgang mit diesen Werkzeugen lernen.
  • in einem Ausblick die RNA mit den erworbenen fachlichen und methodischen Kenntnissen als weitere Nukleinsäure identifizieren.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaDie Struktur der DNA - virtuelle Moleküle in 3D
AutorDr. Matthias Nolte
FachBiologie
ZielgruppeJahrgangsstufe 12 oder 13
Zeitraum5 Stunden
Technische VoraussetzungenBrowser mit Java-Unterstützung, Java Runtime Environment (kostenloser Download), Flash-Player

Didaktisch-methodischer Kommentar

Die dynamischen Arbeitsblätter zur 3D-Struktur der DNA erlauben eine völlig eigenständige Auseinandersetzung der Schülerinnen und Schüler mit dem molekularen Aufbau des Moleküls. Durch den Einsatz eines Lerntagebuchs zur Sicherung und Dokumentation des Gelernten ist ein Austausch mit Mitschülern, und insbesondere ein Eingreifen durch die Lehrkraft, nicht erforderlich. Im Rahmen der Schulzeitverkürzung nimmt das Selbstlernen der Schülerinnen und Schüler einen immer wichtigeren Stellenwert ein. Der Bedarf an geeigneten Medien steigt. Alternativ zur Bearbeitung im Regelunterricht können die Lernenden die hier vorgestellten Materialien in schulischen Selbstlernzentren, aber auch zu Hause, nutzen, um sich die Struktur der DNA selbstständig zu erarbeiten. Dynamische Arbeitsblätter sind somit eine wichtiges Medium zur geforderten Förderung des eigenständigen Lernens der Schülerinnen und Schüler.

  • Didaktische Vorbemerkungen
    Dynamische Arbeitsblätter mit 3D-Molekülen entschärfen Schwächen im räumlichen Vorstellungsvermögen und ermöglichen "selbstständige Entdeckungsreisen".
  • 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.
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Dr. Thomas Engel studierte Chemie und Lehramt Chemie und Biologie. Seit 2002 engagiert er sich bei den GDCh-Lehrerfortbildungskursen. Er programmierte die Moleküle der Lernumgebung zur DNA-Struktur.

Bertold Durst ist Lehrer für Biologie, Mathematik und Informatik und unterstütze die Entwicklung der Materialien mit vielen wertvollen Anregungen.

Dr. André Diesel ist Diplom-Biologe und Fachredakteur für Naturwissenschaften.

Autor
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