Vakdidactiek Biologie Genetica In beweging Handen schudden… Naamkaartjes maken… Welkom 5’ Objecten 15’ Kennismaking 20’ Leemteanalyse + opdracht 35’ Pauze 10’ Onderdelen VD 10’ Mededelingen/Blackboard 10’ Stage scholen 15’ Totaal 120 min tot 15.30 uur 16.00 uur opening in hoofdgebouw Begin niet met kennismaking maar met objecten…waarom volgt… 16 Maart 2015

Geïnspireerd op: Marijke Domis-Hoos Mieke Kapteijn Dirk Jan Boerwinkel

Opbouw boek Geschiedenis Centrale vragen onderwijs: Leermoeilijkheden: Wat moeten leerlingen leren? Gebruik van contexten Leermoeilijkheden: Wat is moeilijk? Hoe spoor je leermoeilijkheden op Hoe hou je rekening met leermoeilijkheden? Modellen bij moleculaire genetica Mendelgenetica Populatiegenetica Genetica in contexten Genoombeeld in ontwikkeling Geschiedenis onderaan elke blz…

Geschiedenis Hoofdstuk 1, p. 9-15 + Tijdlijn 1882 Flemming ontdekt een stof in draadvormige structuren die hij chromatine noemt 1977 Gilbert and Sanger ontwikkelen de DNA-sequentietechniek. 1977 Het eerste genoom (Phi X 174; een virus) is volledig in kaart gebracht. 1978 Arber, Nathans en Smith delen de Nobelprijs voor geneeskunde voor de ontdekking van restrictie-enzymen. 1978 Botstein begint ‘restriction fragment length polymorphisms’ (RFLPs, riflips) te gebruiken om genetische verschillen tussen individuen aan te tonen. 1980 Berg, Gilbert en Sanger delen de Nobelprijs voor scheikunde: Berg voor zijn recombinant-DNA-onderzoek; Gilbert en Sanger voor hun sequentietechniek. 1980 Benacerraf, Dausset en Snell delen de Nobelprijs voor geneeskunde voor de ontdekking van de hoofd-histocompabiliteitscomplex-genen. 1982 Rubin & Spradling maken genetisch gemodificeerde fruitvliegen. 1983 McClintock ontvangt de de Nobelprijs voor geneeskunde voor de ontdekking van mobiele genetische elementen of transposons in maïs. 1983 De tabaksplant is de eerste plant die genetisch gemodificeerd is. 1983 Mullis ontwikkelt de ‘polymerase chain reaction’ (PCR). 1985 Het eerste gepatenteerde genetisch gemodificeerde dier is gemaakt: een muis met een menselijk gen dat borstkanker kan veroorzaken. 1985 Genetische gemodificeerde maïs die bestand is tegen insectenvraat gemaakt. 1985 In de USA leidt voor de eerste keer een bewijs van onschuld via een genetische vingerafdruk tot vrijspraak van een verdachte . 1986 Hood ontwikkelt het automatisch sequensen. 1986 Begin van het humaan genoom-project. 1987 Tonegawa ontvangt de Nobelprijs voor geneeskunde voor de ontdekking hoe de grote diversiteit aan antistoffen genetisch wordt verklaard. 1989 Altman en Cech delen de Nobelprijs voor scheikunde voor hun ontdekking van de enzymatische eigenschappen van RNA. 1990 Stier Herman wordt geboren, de eerste transgene stier met een menselijk gen voor lactoferrine. 1991 Venter beschrijft een nieuwere en snellere methode om genen te ontdekken door gebruik te maken van Expressed Sequence Tags (ESTs). 2010 De claim op het patent van BRCA_genen wordt afgewezen

Centrale vragen Waar en hoe liggen erfelijke eigenschappen vast ? Hoe worden erfelijke eigenschappen doorgegeven aan het nageslacht? Waar komt de variatie binnen en tussen soorten vandaan?

Tafel 2: voorbeeld examenvragen bekijken Wat moeten leerlingen leren H.2, p. 17 t/m 26 CE vragen NT vmbo 6 % 23 % havo 18 % 9 % vwo 20 % 42 % NT – niet tekstuele informatie. Deze informatie geeft al een van de moeilijkheden aan bij het leren van genetica: het abstractieniveau. Kijk voor de indeling en diepgang van de genetica concepten binnen Vmbo, Havo en Vwo naar tabel 2.1, blz. 20. (of inscannen en nog als slide opnemen!) Tafel 2: voorbeeld examenvragen bekijken

Afbeeldingen in examens Vmbo 2005-2010

Afbeeldingen in examens Havo 2005-2010

Afbeeldingen in examens Vwo 2005-2010

Leermoeilijkheden H.3, p. 27 t/m 37 Icoon voor leermoeilijkheden Tafel 3: bekijken opsporen leermoeilijkheden op verschillende manieren

Moeilijkheden bij het leren van genetica (blz.29) Intuïtieve ideeën, preconcepten en misconcepten (A) Abstracte aard en formeel redeneren (B) Complexiteit en systeemdenken (C) Problemen oplossen (D)

Moeilijkheden genetica voor leerlingen Intuïtieve ideeën, preconcepten en misconcepten  opsporen Abstracte aard en formeel redeneren  visualiseren/simuleren/practica Complexiteit en systeemdenken  Jojoën M.C.P.J. Knippels (2002) Problemen oplossen  systematisch oefenen

Heel veel abstracte begrippen Chromosoom, maar ook Leerlingen moeten mentale voorstellingen krijgen, hiervoor is aandacht voor relevante aspecten nodig en het gebruik van veel verschillende representante modellen.

Van concreet naar abstract (B1) Visueel voorstelbaar naar symbool /grootheid: Erfelijke eigenschap -> gen, allel / dominant recessief/ Aa Populatie met witte en zwarte schapen -> toevallige paringen/ allefrequentie / p2+ 2pq+ q2 Met alle zintuigen waarneembaar naar alleen indirect te ervaren: Groei, celcyclus, celdeling, chromosoom replicatie en verdeling Bouw DNA, replicatie, transcriptie, translatie Hier kan je ook verwijzen naar de fig. op blz. 15 waarin verschillende verbanden staan weergegeven die het geheel zo moeilijk maken. Woolfolk h.2 Piaget van concreet naar operationeel

Abstracte notaties (B2)

Opsporen van leermoeilijkheden H.4, p. 43 t/m 55 (voorbeelden op tafel ..) Vragenlijsten § 4.1 Conceptcartoons § 4.2 Diagnostisch toetsen redeneervragen § 4.3

Conceptcartoons

Conceptcartoons Tafel & raam 4: opdracht bij conceptcartoons, vragenlijsten om misconcepten, denkwijzen op te sporen

Modellen bij moleculaire genetica H.5, p. 57 t/m 67

Intermezzo 1: Moleculair Mechanistisch Redeneren “Het doel van deze studie is om te verkennen hoe leerlingen in de bovenbouw van het vwo gestimuleerd kunnen worden om moleculaire interacties als basis te gebruiken voor hun denken over celprocessen”. Van Mil (2013, p. 184) Leerlingen kunnen natuurlijk niet alle kennis verwerven die een expert gebruikt om complexe veranderingen in de cel te begrijpen. Daarom doe ik in dit hoofdstuk de suggestie om leerlingen een vereenvoudiging aan te bieden, waarmee ze toch voldoende inzicht hebben in de oorzaak van interacties tussen moleculen in de cel en wat er gebeurt bij zo’n interactie. Deze vereenvoudiging richt zich op het type moleculen dat een belangrijke rol speelt in verklaringen van celbiologen: de eiwitten en kan als volgt worden samengevat. Door warmtebeweging verplaatsen eiwitten zich willekeurig door een cel heen. Door deze beweging botsen ze constant tegen elkaar en tegen andere moleculen. Eiwitten hebben specifieke vormen en als eiwitten met de juiste vorm op de juiste manier tegen elkaar botsen, kunnen ze door hun chemische eigenschappen aan elkaar binden. Dat binden heeft echter tot gevolg dat de beide eiwitten van vorm veranderen, omdat de atomen waaruit de eiwitten bestaan zich herrangschikken. Dat leidt ertoe dat het van vorm veranderde eiwit nieuwe interacties kan aangaan die voor de interactie niet mogelijk waren. Er is dus sprake van kettingreacties, waarbij de interacties moleculaire veranderingen veroorzaken, zoals moleculen die gesplitst worden, van vorm veranderen of gekoppeld worden, en waarbij de ene interactie dus de volgende mogelijk maakt. Uit dit basisidee van kettingreacties volgt ook dat meerdere eiwitten samen kunnen werken in een moleculaire modules met een specifieke functies in de cel, zoals het activeren van een bepaald gen. Vaak zijn deze modules niet als vaste structuren in de cel te herkennen, maar komt het effect tot stand doordat de betrokken moleculen kris-kras door de cel of het celcompartiment bewegen.

Moleculair Mechanistisch Redeneren

Activiteiten Icoontjes voor de geschatte tijdsduur, de leermoeilijkheden (waarbij verwezen wordt naar de indeling op blz. 29), het niveau van de opdracht en de groepsgrootte.

5.1Mitose en Meiose (uit) leggen Voorbeeldopdrachten tafel 5: Opdracht mitose leggen (doen) Opdracht DNA modellen (bekijken) DNA in tweedimensionale afbeeldingen + Binas gebruik DNA met logo/duplo (bekijken)

Mendelgenetica H.6, p. 73 t/m 87 § 6.1 De familie Reebop Voorbeeldopdrachten in map 6: De familie Reebop (doen) In vitro fertilisatie (bekijken) Werkvorm uit onderzoek: jojoën met genetica op celniveau

Populatiegenetica H.7 & 8, p. 93 t/m 123 § 7.3 Hardy Weinberg met Rietvissen Voorbeeldopdracht in map 7: De rietvissen (doen)

Contexten H.9, p. 129 t/m 139 Plantenveredeling Fokkerij Biotechnologie Het X en Y chromosoom Forensisch onderzoek Genetisch screenen en diagnostisch testen Epigenetica Genetische begrippen met speciale betekenis Context Specifieke begrippen Voorbeeldopdrachten in map 8: Plantenverdeling & bloedgroepen: Hypothese toetsen, oefening in redeneren, deduceren (doen)

§ 9.2 Plantenveredeling Welke concept(en) zijn centraal in de opdracht? Denk je dat deze opdracht het leren ondersteunt? Zou je zelf de opdracht gebruiken? Waarom niet of wel?

Genoombeeld in ontwikkeling H.10, p. 145 t/m 157 Box 4, p. 151 http://www.ensembl.org/ Homo_sapiens/Info/Ind ex Voorbeeldopdrachten op site thuis bekijken

Systeemdenken

Intermezzo 2: De Jojo leerstrategie

Jojoën een uitwerking van systeemdenken voor genetica

Organisatieniveaus

Leidraad vraag Welke werkvorm(en) ondersteunen leerlingen in systeemdenken?

?????????????????

Aan de slag in carrousel Er zijn 6 tafels, aan iedere tafel werken twee groepjes van ieder twee studenten. Een tweetal bestaat uit één augustus en één februari starter (er blijven twee groepjes met alleen februari starters over. Per tweetal langs de verschillende tafels. Niet als viertal, draai tegen elkaar in. Voer van minstens 4 tafels opdrachten uit. Doel is ervaren werkvormen en bespreken met elkaar: welke winst/kracht heeft werkvorm voor jou klas? Wat mist? Hoe aanpassen? Al je al ervaring hebt met een werkvorm dan bestudeer je een andere! Opdrachten geschreven op niveau LIO’s en leerlingenopdrachten Denk aan de leidraadvraag! (Hoe ondersteunt deze werkvorm systeemdenken?)

Aan de slag Hfst 2: Wat moeten leerlingen leren: voorbeeld examenvragen Hfts 3: Voorbeelden van leermoeilijkheden Hfst 4: Conceptcartoons en vragenlijsten voorkennis Hfst 5: Mitose leggen, verschillende DNA modellen Hfst 6: Familie Reebob, IVF Hfst 7: Populatiegenetica: Rietvissen & genenpool Hfst 9: Genetica in context: Plantenveredeling & bloedgroepen

De leidraad: jojoën (systeemdenken) Welke werkvorm(en) ondersteunen leerlingen in systeemdenken? Eye-opener deze ochtend

Materialen www.nvon.nl/biologie/genetica Leerlingmateriaal & bronnen www.ecent.nl -> Genetica en beweging & concept cartoons www.allesoverdna.nl/ (voor leerlingen en docenten) …..?