Rechnen mit DNA – theoretische Informatik einmal praktisch

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.

• Thematischer Einstieg und Aufbau der DNA
  Der Einstieg in die Thematik erfolgt über einen Comic-Strip, der die Entstehung der Idee zum "DNA-Computing" von Leonard Adleman zeigt.
• Einsatz des virtuellen Genlabors "GenLab"
  Grundlegende gentechnologische Verfahren werden mit der "GenLab"-Software erarbeitet beziehungsweise aufgefrischt.
• Mini-Leitprogramm "Gentechnologische Verfahren"
  Weitere wichtige gentechnologische Begriffe und Verfahren vermittelt ein kleines Leitprogramm.
• Vorstellung des Problems
  Bei dem zu lösenden einfachen Hamilton-Pfad-Problem handelt es sich um die Planung einer Flugroute.
• Schwierigkeit des Problems
  Die Lernenden beschäftigen sich mit einem ungerichteten Hamilton-Pfad-Problem und einem Hamilton-Kreis-Problem.
• Formulierung des Algorithmus
  Die Schülerinnen und Schüler testen die Effizienz eines Algorithmus bei der Lösung von Hamilton-Pfad-Problemen.
• Codierungen und Synthese von Lösungsmöglichkeiten
  Für die Städte und Flüge werden "genetische" Codierungen entwickelt, mit denen der virtuelle DNA-Computer "gefüttert" werden kann.
• Herausfiltern der richtigen Lösung
  Entwicklung und Simulation einer Strategie zur Selektion der gesuchten Lösung mit der Software "Hellics".