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)
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.
Kompetenzbereich 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.
Oben: fluoreszenzmikroskopische Aufnahme von Mauszellen in unterschiedlichen Replikationsphasen;
Unten: Modellvorstellung; Abbildung: Sabrina Klein
Erkenntnisgewinnungsprozess
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)
Material zum Schülerlabor Epigenetik
Video-Tutorial zum Pipetttieren mit einer Mikropipette (mp4, 41s)
Video-Tutorial zum Pipettieren von kleinen Volumina (mp4, 26s)
Video-Tutorial zum Umgang mit einer Pasteurpipette (mp4, 15s)
Video-Tutorial zum Umgang mit Immersionsöl bei der Mikroskopie (mp4, 17s)
Video-Tutorial zum Erstellen von Präparaten (mp4, 28s)
PDF-Anleitung zur Fluoreszenzmikroskopie (PDF, 0,99 MB)