Biomembranen - Leben in Grenzen

Der Schülerlabortag Biomembranen – Leben in Grenzen im Goethe-BioLab verschafft Schülerinnen und Schülern einen Überblick über den Aufbau und die vielfältigen Funktionen von Biomembranen, wobei die praktische Arbeit im Labor im Vordergrund steht.

Die Schülerinnen und Schülern erarbeiten anhand eines Modells die Funktionen von Biomembranen. Dabei wird, neben dem wesentlichen Aspekt der Kompartimentierung, der Umgang mit Modellen in der Biologie behandelt.  Anhand des Wegs wissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung erarbeiten die Schülerinnen und Schüler anschließend die Hauptkomponenten von Biomembranen: Sie stellen eine Hypothese auf, planen einen Versuch zur Verifizierung, führen diesen durch und werten ihn aus. Es entwickelt sich daraus eine begründbare Vorstellung zum Aufbau von Biomembranen.

Zudem beschäftigt sich das Angebot damit, der Lerngruppe einen Einblick in Forschung und Forschungsmethoden zu verschaffen. Sie kann anhand weiterer Versuche erarbeiten, wie die Isolation von Biomembranen zur deren Erforschung möglich ist. Weiterhin kann dem Phänomen der Osmose an Biomembranen auf den Grund gegangen werden. Als Ausblick auf das Thema Neurowissenschaften in der Q-Phase wird zudem ein Versuch zur Entstehung des Membranpotentials angeboten.

• Kontakt:
  Christian Dietz
  069-798 42278
  ch.dietz@bio.uni-frankfurt.de

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Der Projekttag Atmung im Goethe BioLab versucht über spezifische Alltagserfahrungen der Schülerinnen und Schüler wichtige Fragestellungen zum Thema Atmung zu entwickeln. Als Phänomen dient hierbei vor allem die Wahrnehmung der Vorgänge beim Ein- und Ausatmen (Brust- und Zwerchfellatmung) am eigenen Körper. Diese werden dann durch einfache Experimente (u.a. Messung des Lungenvolumens) und den Einsatz geeigneter Modellvorstellungen (z.B. Colaflaschen-Lungenmodell) untersucht. Somit weist der Schülerlabortag einen hohen Grad an Handlungsorientierung auf. Die Experimente zeichnen sich durch eine hohe Eignung für den Schülergruppenversuch, eine kostengünstige, schnelle und gefahrlose Durchführbarkeit, eine hohe Erfolgswahrscheinlichkeit sowie eine einfache Handhabung aus. Mit entsprechend konzipierten Unterrichtsmaterialien werden die Versuche problemorientiert im Schülerlabor eingesetzt. Im Sinne der Wissenschaftspropädeutik wird dabei der Unterschied zwischen Beobachtung und Deutung erarbeitet.

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Ursprünglich als mobiler Lernkoffer für den Einsatz an Schulen im Rahmen des Regelunterrichts und Projekttagen konzipiert, bietet der Schülerlabortag GeniE - Genetik im Experiment die Möglichkeit, das Verfahren des Genetischen Fingerabdrucks in den wesentlichen Schritten (1)DNA isolieren (2)DNA vervielfältigen und (3)DNA vergleichen gemeinsam mit den Schülern problem- und handlungsorientiert zu erarbeiten.

Ein fiktiver Kriminalfall bildet den Ausgangspunkt für gemeinsame Überlegungen zur Aufklärung und Täterbestimmung. Im Verlauf des Tages werden hierzu nach einer allgemeinen Einführung die Gele für eine später durchzuführende Gel-Elektrophorese gegossen. Dieser vorbereitenden Maßnahme folgt ein vereinfachter Versuch zur DNA-Isolation mit eigenen Mundschleimhautzellen. Der im eigentlichen Verfahren notwendige Schritt der DNA-Vervielfältigung über das PCR-Verfahren wird darauf folgend in Gruppenarbeit mit Hilfe geeigneter Animation an PCs erarbeitet und ausführlich besprochen. Eine ruhige Hand ist dann beim Befüllen der Gele für die Elektrophorese gefordert. Daher wird der Umgang mit den eingesetzten Pipetten zunächst geübt und anschließend stehen "Proben vom Tatort" zur Verfügung, die den Täter überführen sollen. Sind die Gele zunächst ge- und dann entfärbt, sollte dies durch die Deutung der vorliegenden Bandenmuster gelingen.

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Blut und das virtuelle Mikroskop

Der Schwerpunkt liegt auf der Morphologie von Blutzellen sowie pathologischen Veränderungen des Blutbilds.

Um den Schülerinnen und Schülern einen Einblick in aktuelle biologische Forschungs- und Arbeitsmethoden zu vermitteln, werden Blutausstriche unter einem virtuellen Mikroskop untersucht (vollständiger Artikel aus Journal für Didaktik der Naturwissenschaften und der Mathematik 2017-1 zum Download).Bisher kommt die virtuelle Mikroskopie vorwiegend im medizinischen Bereich zum Einsatz.Das virtuelle Mikroskop beschreibt ein Bildbetrachtungsprogramm (Viewer), über das hochauflösende mikroskopische Bilder eines digitalisierten Präparates abgerufen werden können. Während des Schülerlabortags werden mit dem virtuellen Mikroskop ausschließlich Blutausstriche betrachtet. Die Originalpräparate wurden von der staatlichen Schule für Medizinisch-technische Assistenten in der Medizin am Universitätsklinikum Frankfurt bereitgestellt, mit einem Laser-Scanning Mikroskop der Didaktik der Biowissenschaften der Goethe-Universität Frankfurt eingescannt und auf einen Server hochgeladen. Bislang hauptsächlich in der studentischen Lehre eingesetzt, eröffnet es den Schülern die Möglichkeit Bildanalysen und Bildmessungen direkt durchzuführen. Ergänzend wird den Schülern ein Einblick in die medizinische Diagnostik vermittelt, die Blutgruppeneigenschaften werden thematisiert und es findet ein Versuch zur Quantifizierung der Erythrozyten im Schweineblut statt.

Der Schülerlabortag vermittelt einen Einblick in die Hämatologie und bietet den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit mithilfe fachgemäßer Arbeitsweisen sich selbstständig in das Thema Blut einzuarbeiten.

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Was gibt es zu entdecken?
Die Schülerinnen und Schüler bekommen einen Einblick in moderne naturwissenschaftliche Arbeitsweisen der Paläoanthropologie. Im Laufe des Tages werden digitale „3D-Modelle“ von verschiedenen Schädelrekonstruktionen erstellt. Mit diesen Modellen wird anschließend ein Bezug zur Stammesgeschichte des Menschen anhand morphologischer Merkmale hergestellt.

Ablauf des Labortages:
Zu Beginn erfolgt eine Einführung in die Thematik der Paläoanthropologie und des 3D-Scannings. Im Anschluss erfolgt die eigenständige Arbeit mit Schädeln und Technik zum Erstellen des digitalen Schädelmodells sowie parallel dazu die Verknüpfung der Schädel mit der Evolution des Menschen. Die Ergebnisse werden gesichert und können zur weiteren Verwendung im Unterricht genutzt werden.

3D-Scanning: 
Es werden mit Laserabtastung und einer Computersoftware Einzelaufnahmen von Schädelperspektiven erstellt und anschließend zu einem Gesamtmodell zusammengesetzt. Es entsteht somit ein Abbild des realen Schädels am Bildschirm, das auch nachträglich noch bearbeitet und modelliert werden kann. Die Schülerinnen werden durchgehend betreut, arbeiten aber weitgehend eigenständig. Sie bekommen hier einen Einblick in die Arbeitsmethoden zur Bestimmung, Einordnung und Weiterbearbeitung paläoanthropologischer Funde.

Kontakt:
Christian Dietz
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