DNA: Baupläne, Vervielfältigung und Veränderungen

DNA: Blueprints, Replication and Editing

  • Biologie
  • Gesamtschule, Gymnasium, Sekundarstufe II
  • 1 bis 2 Unterrichtsstunden
  • Video, Arbeitsblatt, Didaktik/Methodik, Ablaufplan
  • 7 Arbeitsmaterialien

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema DNA wiederholen die Lernenden anhand dreier Videos ihr bereits erarbeitetes Wissen über Genetik. Dabei wird der Bezug zu den Forscherinnen und Forschern hergestellt, die diese Erkenntnisse erst möglich gemacht haben. Die Einheit eröffnet einen Einstieg in das Thema „molekulargenetische Werkzeuge“. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und auf Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden.

BESCHREIBUNG DER UNTERRICHTSEINHEIT

Die Lernenden erfahren, welche nobelpreisgekrönten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unser heutiges Wissen über Genetik erforscht haben und erhalten einen chronologischen Überblick über deren Forschung. Anschließend erfahren sie, wie der heutige Stand der molekulargenetischen Forschung ist und worauf diese abzielt.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial-/Aktionsform

Einstieg

Bild-Impuls (Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Lehrvideos): Die Lernenden äußern Vermutungen zu den (eventuell teilweise bekannten) Menschen und ihrem Bezug zum Biologie-Unterricht. (Arbeitsblatt 1)

Plenum

5-10 Minuten

Erarbeitung I

Die Lernenden schauen nacheinander drei kurze Videos und notieren Informationen zu den vorgestellten Personen auf Arbeitsblättern. (Arbeitsblatt 2)

Partnerarbeit / Einzelarbeit

15-20 Minuten

Sicherung I

Die notierten Informationen werden gemeinsam besprochen.

Partner-/Einzelarbeit

5 Minuten

Erarbeitung II

Das dritte Video wird nochmals bearbeitet, um die aktuellen Entwicklungen in der modernen Gentechnik herauszustellen. Nach dieser Erarbeitung besteht die Möglichkeit, in eine arbeitsteilige Gruppenarbeit überzugehen. (Arbeitsblatt 3)

Partner-/Einzelarbeit

15 Minuten

Sicherung II

Die notierten Informationen werden gemeinsam besprochen.

Plenum

5-10 Minuten

Vertiefung / Ausblick

Die Informationen aus dem dritten Video werden als Ausgangspunkt für tiefergehende Recherchen zu den vorgestellten Verfahren der Genom-Editierung (TALEN, Zinkfinger-Nukleasen und CRISPR) genutzt. (Arbeitsblatt 4)

Partnerarbeit, Gruppenarbeit, Schülervortrag

Minuten

Didaktisch-methodischer Kommentar

Das Thema DNA im Unterricht

Im naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufe II spielt der Themenbereich Genetik, und darin verortet das Thema DNA (Desoxyribonukleinsäure), eine große Rolle. Der Biologie-Unterricht zum Thema DNA kann dabei thematisch eng mit den historischen und aktuellen Forschungen von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern im Bereich der Genetik verknüpft werden. Bedingt durch moderne wissenschaftliche Verfahren, die gezielte Eingriffe in die DNA von Lebewesen ermöglichen, ist im Rahmen der Unterrichtsreihe auch eine Betrachtung der aktuellen Entwicklungen unter ethischen Gesichtspunkten sinnvoll und notwendig.


Vorkenntnisse

Die Lernenden sollten den Aufbau der DNA, die Abläufe der Proteinbiosynthese, den genetischen Code sowie Gen-, Chromosom- und Genom-Mutationen kennen. Für die Lehrkraft kann Hintergrundwissen über die Nutzung von Gentechnik in der Landwirtschaft sowie in der Medizinforschung hilfreich sein.


Didaktische Analyse

Das Unterrichtsmaterial der Einheit „DNA: Baupläne, Vervielfältigung und Veränderungen“ zeigt, wie unser heutiges Wissen über DNA entstanden ist und wie die Forschung verschiedener Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aufeinander aufbaut. Dadurch erhalten die Lernenden einen komprimierten Überblick über die umfangreichen im Unterricht bereits bearbeiteten Inhalte der Genetik. Dieser Überblick führt weiter zur aktuellen Gentechnik und kann einerseits zur Erarbeitung der Bedeutung molekulargenetischer Werkzeuge genutzt werden, ermöglicht andererseits aber auch ethische Betrachtungen der Chancen und Risiken (etwa ausgehend von den auf Arbeitsblatt 3 vorgestellten Knock-Out Mäusen oder auch im Anschluss an die arbeitsteilige Gruppenarbeit auf Arbeitsblatt 4). Dieser Link für zu dem Video „Peter Dabrock on gene-editing techniques (2018)“, das zum Einstieg in eine ethische Diskussion genutzt werden kann.


Methodische Analyse

Der Impuls zum Einstieg reaktiviert das Wissen der Lernenden über die Struktur der DNA, da zumindest die Wissenschaftler James Watson und Francis Crick bereits aus dem Unterricht bekannt sein sollten. Dadurch können die Lernenden vermuten, dass es sich bei allen gezeigten Personen um Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Bezug zur Genetik handelt, und sie werden dazu motiviert, dies genauer herauszufinden.
Da alle drei Videos zwar kurz sind, aber sehr viele Informationen beinhalten, ist es vorteilhaft, wenn die Lernenden die Videos in Partnerarbeit in ihrem eigenen Tempo betrachten können, um die gefragten Informationen zu finden. Mit dem Arbeitsblatt entsteht dann ein chronologischer Überblick über die Forschung zur DNA. Die Betrachtung der aktuellen Gentechnik erfolgt gesondert. Je nach Bedarf kann die Bearbeitung des Themas „molekulargenetische Werkzeuge“ ganz allgemein bleiben; eine arbeitsteilige Gruppenarbeit ermöglicht aber auch, dass sich die Lernenden vertiefend mit dem Thema auseinandersetzen.

Unterrichtsmaterial

Unterrichtsmaterial zum Download

Dieses Arbeitsblatt enthält den Bild-Impuls zum Einstieg in die Unterrichtseinheit „DNA: Baupläne, Vervielfältigung und Veränderungen“.

Dieses Arbeitsblatt zum Thema DNA enthält die Arbeitsaufträge und Vorlagen für die Erarbeitungsphase I (Nobelpreise für Forschung zur DNA).

Das Arbeitsblatt „Die moderne Gentechnik“ enthält die Arbeitsaufträge für die Erarbeitungsphase II.

Das Arbeitsblatt „Genom-Editierung“ enthält Arbeitsaufträge für eine arbeitsteilige Gruppenarbeit.

Teaching Guides for Download

Dieses Arbeitsblatt enthält den Bild-Impuls zum Einstieg in die Unterrichtseinheit „DNA: Baupläne, Vervielfältigung und Veränderungen“.

Dieses Arbeitsblatt zum Thema DNA enthält die Arbeitsaufträge und Vorlagen für die Erarbeitungsphase I (Nobelpreise für Forschung zur DNA).

Das Arbeitsblatt „Die moderne Gentechnik“ enthält die Arbeitsaufträge für die Erarbeitungsphase II.

Das Arbeitsblatt „Genom-Editierung“ enthält Arbeitsaufträge für eine arbeitsteilige Gruppenarbeit.

Externe Links

Englischsprachige Zusatzinformationen zu CRISPER/Cas I

Englischsprachige Zusatzinformationen zu CRISPER/Cas II

Englischsprachige Zusatzinformationen zu TALEN I

Englischsprachige Zusatzinformationen zu TALEN II

Englischsprachige Zusatzinformationen zu Zinkfinger-Nukleasen I

Englischsprachige Zusatzinformationen zu Zinkfinger-Nukleasen II

Deutschsprachige Zusatzinformationen CRISPR/Cas I

Deutschsprachige Zusatzinformationen zu CRISPR/Cas II

Deutschsprachige Zusatzinformationen zu TALEN I

Deutschsprachige Zusatzinformationen zu TALEN II

Deutschsprachige Zusatzinformationen zu Zinkfinger-Nukleasen I

Deutschsprachige Zusatzinformationen zu Zinkfinger-Nukleasen II

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler

  • beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erklären deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen.
  • beschreiben aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie bis hin zum Aufbau von synthetischen Organismen in ihren Konsequenzen für unterschiedliche Einsatzziele und bewerten sie.


Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler

  • können zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen.
  • präsentieren biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse adressatengerecht.


Sozialkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler

  • arbeiten mit einer Partnerin beziehungsweise einem Partner oder in einer Gruppe gleichberechtigt, zielgerichtet und zuverlässig.

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