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10. Klasse

Genetik

Einführung in die klassische Genetik (Kurzentwurf)

1 Unterrichtsgegenstand

1.1 Thema der Unterrichtsstunde

Experimenteller Nachweis der Vererbung von Merkmalen und Regelmäßigkeiten (Gesetzmäßigkeiten) bei der Weitergabe von Erbinformationen. Schwerpunkte: Welche Objekte sind geeignet? Welche Merkmale sollen verfolgt werden? Welche Methoden verwendet der Genetiker (künstliche Befruchtung)?

1.2 Thema der Unterrichtsreihe

Genetik

1.3 Thema des unmittelbar vorangegangenen Unterrichts

Entwicklungsbiologie: § 218

1.4 Thema der folgenden Stunden

Experimenteller Nachweis der Vererbung von Merkmalen und Regelmäßigkeiten (Gesetzmäßigkeiten) bei der Weitergabe von Erbinformationen. Durchführung eines Kreuzungsexperiments mit folgenden Schwerpunkten: Einführung von Symbolen (P, F1, F2, Symbole für die Merkmale); statistische Absicherung der Ergebnisse in der F2-Generation durch Zahlenangaben.

2 Unterrichtsvoraussetzungen

In der vorletzten Stunde habe ich die S. gebeten, einmal aufzuschreiben, was sie über die Genetik bereits wissen und was sie gerne wissen würden. Dabei ergab sich, dass viele S. bereits wissen:

  • dass das menschliche Geschlecht über Geschlechtschromosomen (X und Y) vererbt wird,
  • dass viele Merkmale und bestimmte Krankheiten erblich sind, manche davon geschlechtstypisch.
Großes Interesse besteht vor allem daran, etwas über die Erblichkeit menschlicher Körpermerkmale wie z. B. Haar- und Augenfarbe, Blutgruppen, aber auch über der Erblichkeit von Krankheiten zu erfahren. Einzelne S. hatten Kenntnis vom Begriff "Allel(e)". Für eine Einführung in die klassische Genetik bietet es sich an, eingangs die Erblichkeit von Merkmalen allgemein aufzugreifen, um die Frage abzuleiten, wie man diese experimentell beweisen könnte (Problemorientierung).
 

3 Unterrichtsziele/Lernziele

3.1 Grobziel

Die S. stellen notwendige Vorüberlegungen zur Durchführung eines Kreuzungsexperimentes an.

3.2 Feinziele

Die S.

  • können an Hand einer Folie begründen, welche Objekte für die Durchführung eines Kreuzungsexperiments geeignet sind, indem sie die Nachteile und Vorteile möglicher Objekte diskutieren.
  • können begründen, warum es leichter ist, bei dem Kreuzungsexperiment zunächst nur ein Merkmal zu verfolgen.
  • können begründen, warum es wichtig ist, bei einem Kreuzungsexperiment mit der Saaterbse eine Selbstbestäubung der Pflanze zu unterbinden.

4 Didaktische Überlegungen

Im Mittelpunkt der klassischen Genetik steht die Auswertung eines Kreuzungsexperiments. Zunächst wird i. d. R. ein dominant-rezessiver, später ein intermediärer Erbgang betrachtet. Bevor die S. aber ein Kreuzungsexperiment auswerten, scheint es sinnvoll, erst einmal die wissenschaftliche Fragestellung heraus zu arbeiten, die hinter einem solchen Versuch steht:

  • Welche Objekte sind für ein Kreuzungsexperiment geeignet und warum?
  • Welche Merkmale sollen verfolgt werden?
  • Mit welchen Methoden arbeitet der Genetiker?
Aussagen über die Methoden, die der Genetiker anwendet, können sinnvollerweise erst gemacht werden, nachdem geklärt wurde, mit welchen Objekten er arbeitet. Da sich die S. zuvor Entwicklungsbiologie beschäftigt haben, ist anzunehmen, dass sie in erster Linie an eine Vererbung von Merkmalen des Menschen denken werden. Um sie zum Erkenntnisweg der mendelschen Versuche (Objekt: Pflanze) zu führen, soll die Auswahl der Objekte so eingeengt werden, dass der Mensch als Untersuchungsobjekt von vornherein ausgeschlossen ist.

5 Methodische Überlegungen

Aus den didaktischen Überlegungen lassen sich die Konsequenzen für die methodischen Schritte ableiten. Ein Einstieg knüpft - wie erwähnt - am besten an die schriftlich fixierten S.-Äußerungen zur Frage an, was sie denn schon über die Genetik wüssten. Hier kann bereits die Frage aufgeworfen werden, wie man experimentell nachweisen könnte, dass Merkmale vererbt werden. Um zu gewährleisten, dass die S. auch an wirklich einfache Experimente denken, wird die Experimentierzeit auf die Zeit Mendels zurückgeschraubt. Da neben dem visuellen auch der haptische Sinn der S. angesprochen werden soll, werden auch die Untersuchungsobjekte selbst an geeigneter Stelle in die Klasse gegeben. Die Stunde endet mit einem "Cliffhanger", d. h. die Durchführung des Experimentes steht für die nächste Stunde an (=> Neugier auf Ergebnisse).

6 Skizze des geplanten Unterrichtsverlaufs, Tabellarische Übersicht des Unterrichtsverlaufs

  Zeit, Unterrichtsphasen, geplantes Lehrerverhalten, Sozialform, antizipierte Schülerleistung, Methoden und Medien

11:50, Problemstellung
L.: "Stellt euch vor, ihr würdet vor 145 Jahren leben, und ihr wollt experimentell nachweisen, dass Merkmale vererbt werden. Wie würdet ihr vorgehen?"
L. notiert Problemstellung an der Tafel:
Wie kann man experimentell beweisen, nach welchen Gesetzmäßigkeiten Merkmale vererbt werden?
S. schlagen evtl. vor, Lebewesen mit unterschiedlichen Merkmalen zu vermehren und zu beobachten, welches Merkmal sich durchsetzt. UG, Tafel

11:55, Erarbeitung I, Zwischenergebnissicherung
L.: Was ihr vorgeschlagen habt, würde man als Kreuzungsexperiment bezeichnen. (Festhalten an der Tafel: Planung eines Kreuzungsexperiments) Zunächst müsst ihr aber überlegen, welche Lebewesen ihr für ein solches Experiment verwenden könnt. Der Augustinermönch Gregor Mendel hatte 1853 in einem Klostergarten in Brünn beispielsweise folgende Objekte zur Verfügung (Folie):

  • Saaterbsen mit roten und weißen Blüten
  • Saaterbsen mit zwei verschiedene Samenfarben: gelb und grün
  • Zwei verschiedene Samenformen: runde und kantige Erbsen
  • Kühe mit weißem und mit geflecktem Fell
"Welche Objekte würdet ihr für ein Experiment verwenden, welche nicht, und warum?"
L. notiert an Tafel: Auswahl geeigneter Objekte, z. B. Saaterbse: schnell zu vermehren, viele Nachkommen. -> ermöglicht statistische Absicherung der Kreuzungsergebnisse
S. begründen, weshalb Erbsen als Objekte besser geeignet sind ("Man kann schneller und mehr Nachkommen erzeugen als bei Kühen").
UG, OHF1, Tafel

12:05, Erarbeitung II, Zwischenergebnissicherung
L.: "Ich habe euch die besagten Erbsen mitgebracht (Petrischalen mit Erbsen). Nennt Merkmale, die ihr beobachten könnt!"
L.: "Welche Merkmale sollen verfolgt werden?"
L. notiert an Tafel: Verfolgen nur eines Merkmals (z. B.  Samenfarbe) ist vorteilhaft, da es ein leichteres Auswerten der Ergebnisse ermöglicht.
S.:"Die Samen der Saaterbse können grün oder gelb sein. Außerdem gibt es gelbe Samen, die rund und gelbe, die schrumpelig sind, grüne Samen, die rund und grüne, die schrumpelig sind."
Petrischalen mit verschiedenen Erbsen
S. schlagen vor, zunächst ein Merkmal zu betrachten.
UG, Tafel

12:15, Erarbeitung III, Ergebnissicherung
L.: "Damit könnten wir beginnen, wenn es nicht noch ein Problem gäbe: Diese Folie zeigt eine Blüte der Saaterbse. Beschreibt den Aufbau! Welches Problem könnte entstehen?"
L.: "Was könntet ihr unternehmen, um eine Selbstbestäubung zu verhindern?"
L. notiert an Tafel: Wichtiger Arbeitsschritt im Vorfeld: Entfernen der Staubbeutel. Grund: Selbstbestäubung der Pflanze durch fremden Pollen muss ausgeschlossen sein. Ziel: Erzeugung von Pflanzen, die bezüglich des zu untersuchenden Merkmals reinerbig sind.
L.: "Genauso ist es. Dieses Experiment hat der Augustinermönch Gregor Mendel in den Jahren 1853-1868 in einem Klostergarten in Brünn durchgeführt. Was bei diesem Experiment herausgekommen ist, ist auf diesem AB dargestellt. HA: "Stellt Vorüberlegungen zur Auswertung der Ergebnisse an!" (Falls Zeit zur Verfügung steht: "Beginnt mit der Bearbeitung des AB!")
S. beschreiben den Aufbau und nennen mögliche Selbstbestäubung als Schwierigkeit ("Man kann nicht sicher sein, ob Pollen von der Pflanze mit dem anderen Merkmal oder von der ausgewählten Pflanze stammt").
S.: "Die Staubbeutel müssten entfernt werden."
UG, OHF2, Tafel, AB

12:35 Stundenende

 7 Literaturliste

 CLAUS, R., u. a.: Natura 2. Stuttgart u. a. 1991. S. 316 ff.
 ESCHENHAGEN, D., u. a.: Fachdidaktik Biologie. 3. Aufl., Köln 1996.
 HAFNER, L., Hoff, P.: Genetik.Hannover 1995. S. 25 ff.
 MIRAM, W., Scharf, K.-H. (Hrsg.): Biologie heute S II. Hannover 1997.

8 Anhang

8.1 Entwurf des Tafelbildes

Wie kann man experimentell beweisen, nach welchen Gesetzmäßigkeiten Merkmale vererbt werden? 

  • Planung eines Kreuzungsexperiments.
  • Auswahl geeigneter Objekte, z. B. Saaterbse: schnell zu vermehren, viele Nachkommen -> ermöglicht statistische Absicherung der Kreuzungsergebnisse.
  • Verfolgen nur eines Merkmals (z. B.  Samenfarbe) ist vorteilhaft, da es ein leichteres Auswerten der Ergebnisse ermöglicht.
  • Wichtiger Arbeitsschritt im Vorfeld: Entfernen der Staubbeutel. Grund: Selbstbestäubung der Pflanze durch fremden Pollen muss ausgeschlossen sein. Ziel: Erzeugung von Pflanzen, die bezüglich des zu untersuchenden Merkmals reinerbig sind.

8.2 OH-Folien

OHF 1
OHF2


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