Praktikum zum Schülerlabor Epigenetik

Beschreibung des Praktikums

Untersuchung eukaryotischer Zellen mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopen
Interessen- und Motivationsförderung durch den Lernort Labor
Anwendung von Arbeitstechniken (z.B. Pipettieren, Mikroskopieren, usw.)
Förderung des selbstständigen Arbeitens durch ergänzende digitale Medien zum Praktikum
Durchführung von Versuchen mit Experimentcharakter zur Förderung des Verständis naturwissenschaftlichen Arbeitens
Verwendung von Modellen zur Unterstützung der fachwissenschaftlichen Inhalte
Erstellen eigener Präparate

Fachwissenschaftliche Inhalte

Die Vermittlung der fachwissenschafftlichen Inhalte zum Schülerlabor soll vorab im Rahmen der dazugehörigen Flipped Classroom - Einheit stattfinden.

Zellzyklus
Aufbau der DNA und ihrer Verpackung
Epigenetik und DNA-Methylierung um Zusammenhang mit Krebsentstehung
Funktionsweise und Struktur von Dnmt1 (DNA-Methyltransferase 1)
Funktionsweise und Struktur von Decitabin (Medikament zur Tumortherapie)
unterschiedliche Fluoreszenzfärbemethoden (Färbung der DNA mit DAPI, Antikörperfärbung von PCNA (proliferation cell nuclear antigen), Färbung von Dnmt1 mit GFP)

Lernort Labor

LernortLabor

Vorteile des Lernorts Labor (nach Haupt et al., 2013); Abbildung: Sabrina Klein

Labore eignen sich aufgrund der authentischen Umgebung und der damit verbundenden Nähe zur Fachwissenschaft gut als außerschulischer Lernort (ASLO). Die für die Schülerinnen und Schüler neue Umgebung kann dabei Auswirkungen auf die Entwicklung von Interesse und Motivation haben. Neben dem Ortswechsel zählt auch die Kommunikation mit und Betreuung durch Fachpersonal im neuen Lernort zu den positiven Faktoren des Labors. Durch Gruppenarbeit, selbständiges Arbeiten und die Anwendung neuer Arbeitstechniken können desweiteren soziale, kognitive und psychomotorische Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler gefördert werden.

(Literatur: Haupt, O. J., Domjahn, J., Martin, U., Skiebe-Corrette, P., Vorst, S., Zehren, W., Hempelmann, R. (2013). Schülerlabor – Begriffsschärfung und Kategorisierung. In: MNU, 66/66, S. 324-338, Neuss: Verlag Klaus Seeberger.)

Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung

Erkenntnisgewinnung

Teilbereiche der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung (vgl. Mayer, 2013);

Abbildung: Sabrina Klein

Der Fokus des Schülerlabors liegt, aufgrund der Auslagerung der fachwissenschaftlichen Inhalte in eine Flipped Classroom - Einheit, in der Förderung des Kompetenzbereichs der Erkenntnisgewinnung. Dazu gehören neben der Anwendung von naturwissenschafltichen Arbeitstechniken und -methoden auch Aspekte zum Erkenntnisgewinnungsprozess und der Modellbildung in den Naturwissenschaften. Die Vermittlung von der Natur der Naturwissenschaften (nature of science) wird gerade durch den Lernort Labor an der Universität und dessen Nähe zur aktuellen Forschung gefördert.

(Literatur: Mayer, J. (2013). Erkenntnisse mit naturwissenschaftlichen Methoden gewinnen. In H.
Gropengießer, U. Harms, U. Kattmann, D. Eschenhagen, S. Bögeholz & R. Bühs (Hrsg.), Fachdidaktik Biologie. Die Biologiedidaktik (9., völlig überarbeitete Auflage, S. 56-61). Hallbergmoos: Aulis Verlag.)

Modellbildung

Modellvorstellungen sind wichtige Elemente naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen. Dabei können naturwissenschaftliche Modelle verschiedenen Funktionen erfüllen. Zumeist dienen sie der Veranschaulichung von Strukturen und Funktionen und finden Anwendung bei der Erläuterung von fachwissenschaftlichen Inhalten. Modelle können aber auch zur Vereinfachung des Erkenntnisgewinnungsprozesses eingesetzt werden, z.B indem modellhafte Vorhersagen zu Experimenten erstellt werden, die Variablen des Experimentes durch Modelle übersichtlicher werden oder die Hypothesenbildung und -überprüfung durch die verwendeten Modelle erleichtert wird.

sphasenmodell

Oben: fluoreszenzmikroskopische Aufnahme von Mauszellen in unterschiedlichen Replikationsphasen;

Unten: Modellvorstellung; Abbildung: Sabrina Klein

(Literatur: Upmeier zu Belzen, A., Krüger, D. (2010). Modellkompetenz im Biologieunterricht.
Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, Jg. 16, S. 41-57)

Erkenntnisgewinnungsprozess

erkenntnisprozess

Phasen des Erkenntnisgewinnungsprozesses; Abbildung: Sabrina Klein

Das Experiment stellt eines der wichtigsten Instrumente zur Gewinnung von Daten und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen dar. Der Erkenntnisgewinnungsprozess lässt sich dabei in drei Phasen unterteilen (s. Bild oben). Gerade Schülerinnen und Schülern fällt es aufgrund der Komplexität des Experiments als naturwissenschaftliche Methode schwer fehelerfrei zu Arbeiten. Zu häufigen Schülerfehlern zählen z.B. das Vergessen des Kontrollansatzes, die Hypothesenbildung und die Auswertung der gewonnen Daten.

(Literatur: Hammann, M., Phan, T.H., Ehmer, M., Grimm, T. (2006). Fehlerfrei Experimentieren. MNU
59(5), S. 292-299)