Röntgenkristallographie: Aufbau und Funktionsweise Komplexer Biochemischer Moleküle

X-ray Crystallography: The Structure and Function of Complex Biochemical Molecules

  • Biologie, Chemie, Physik
  • Sekundarstufe I/Sekundarstufe II
  • 1 Unterrichtsstunde
  • Video, Arbeitsblatt, Didaktik/Methodik, Ablaufplan
  • 3 Arbeitseinheiten

In dieser Unterrichtssequenz zum Thema Röntgenkristallographie erarbeiten die Schülerinnen und Schüler anhand eines Videos und eigener Internetrecherchen den Nutzen und das Prinzip der Röntgenkristallographie.

BESCHREIBUNG DER UNTERRICHTSEINHEIT

Dieses Unterrichtsmaterial leitet die Schülerinnen und Schüler zur Erarbeitung wesentlicher Informationen über die Röntgenkristallographie an. Dazu werden zwei zentrale Fragen an die Lernenden gestellt, deren Beantwortung anhand eines Lehrvideos und einer selbstständigen Recherchearbeit erfolgen soll. Für die Recherchearbeit werden hilfreiche Internetadressen angeboten.


Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial-/Aktionsform

Einstieg

Die Lehrkraft zeigt Molekülstrukturen biochemischer Moleküle anhand einer Folie, beispielsweise die im Lehrvideo genannten Moleküle Vitamin B12, Insulin, Hämoglobin, DNA. Wahlweise können die Funktionen erläutert oder zusammengetragen werden. Abschließend soll die Frage nach der Aufklärung solcher Strukturen als Stun-denziel festgehalten werden.

Plenum

5 Minuten

Erarbeitungsphase

Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten den Nutzen und das Prinzip der Röntgenkristallographie anhand des Videos und zusätzlicher selbstständiger Recherche im Internet. (Arbeitsblatt 1)

Partnerarbeit / Einzelarbeit

20-25 Minuten

Sicherungsphase

Die Ergebnisse werden verglichen und bei Bedarf als Hefteintrag festgehalten.

Plenum

15-20 Minuten

Didaktisch-methodischer Kommentar

Das Thema Röntgenkristallographie im Unterricht

Die „Röntgenkristallographie“ oder auch „(Röntgen-)Strukturanalyse“ kann im Zusammenhang mit verschiedensten Themen im naturwissenschaftlichen Unterricht angesprochen werden. Durch die Behandlung dieses Themas gewinnen die Schülerinnen und Schüler einen Einblick in naturwissenschaftliche Arbeitsmethoden sowie ein realistisches Verständnis über die mühsame Aufklärung von Molekülstrukturen, die im Unterricht ganz selbstverständlich genutzt werden.

Vorkenntnisse

Da dieses Thema in mehreren Unterrichtsreihen der naturwissenschaftlichen Fächer eingegliedert werden kann, wird für das Unterrichtsmaterial kein spezielles Vorwissen vorausgesetzt. Die Konzipierung der Unterrichtsstunde ermöglicht den Lernenden eine Recherche entsprechend ihrem individuellen Leistungsstand und Vorwissen. Somit kann diese Unterrichtsstunde – im Biologie-, Chemie- oder Physik-Unterricht der Sekundarstufen – in jeder Klassenstufe und Schulart eingesetzt werden. Es wird allerdings eine hohe Kompetenz im Umgang mit dem Internet vorausgesetzt.

Didaktische Analyse

Das Interesse der Schülerinnen und Schüler an der Röntgenkristallographie kann anhand einer einführenden Frage über die Aufklärung von Strukturen (bio-)chemischer Moleküle – wie beispielsweise ein Molekül, das in der Vorstunde besprochen wurde – geweckt werden. In der anschließenden Erarbeitungsphase fokussieren sich die Schülerinnen und Schüler auf die Beantwortung zwei wesentlicher Fragen, um das Thema in seiner Komplexität einzugrenzen. Die Sicherungsphase kann entsprechend der Klassenstufe oder dem Leistungsniveau durchgeführt werden, hierzu macht das Material keine Vorgaben.

Methodische Analyse

Durch die methodische Aufbereitung der Unterrichtsstunde zur Röntgenkristallographie wird eine hohe Schüleraktivität erreicht. Die selbstständige Recherchearbeit und das Medium Video erhöhen die Lernbereitschaft und das Interesse am Thema. Die Erarbeitungsphase soll möglichen heterogenen Vorkenntnissen und Leistungen gerecht werden: Durch selbstständige Recherchearbeiten können die Aufgaben entsprechend der individuellen Leistung bearbeitet werden. Hierfür bietet sich Einzelarbeit an, jedoch kann eine Partnerarbeit aufgrund der Komplexität des Themas durchaus sinnvoller sein.

Unterrichtsmaterial

Unterrichtsmaterial zum Download

Das Arbeitsblatt zur Röntgenkristallographie enthält den Arbeitsauftrag sowie weiterführende Links für die selbstständige Recherchearbeit.

Teaching Guides for Download

Das Worksheet zur Röntgenkristallographie enthält den Arbeitsauftrag sowie weiterführende Links für die selbstständige Recherchearbeit. Hier können Sie das Arbeitsblatt auf Englisch herunterladen.

Externe Links

Dieser Link führt zu einem Lexikon-Eintrag der Zeitschrift „Spektrum der Wissenschaft“ zum Thema Röntgenstrukturanalyse.

Dieser Link führt zu einem Lexikon-Eintrag des Portals chemie.de zum Thema Kristallstrukturanalyse.

Unter diesem Link finden sich allgemeine Informationen über das elektromagnetische Spektrum und Röntgenstrahlen.

Unter diesem Link finden sich allgemeine Informationen über den Aufbau von Kristallen.

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • erarbeiten den Nutzen und das Prinzip der Röntgenkristallographie.
  • stellen ihre Ergebnisse schlüssig und unter Gebrauch der Fachsprache dar.
  • erhalten einen Einblick in naturwissenschaftliche Arbeitsweisen und reflektieren den selbstverständlichen Gebrauch naturwissenschaftlicher Ergebnisse.

 

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • können das in einem Video dargestellte Wissen nach Relevanz filtern und strukturiert wiedergeben.
  • üben sich darin, aus komplexen und informationsreichen Internetquellen wesentliche Sachverhalte herauszuschreiben.

 

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • arbeiten konstruktiv und kooperativ in Partnerarbeit.
  • stärken ihr Selbstkonzept durch die geschützte Atmosphäre in der Partnerarbeitsphase.

 

Röntgenkristallographie (2014): Mit der Röntgenkristallographie lässt sich der Aufbau wichtiger und komplexer biochemischer Moleküle bestimmen