Κρατείστε μια διπλή έλικα στα χέρια σας: το μοντέλο το οποίο θα αποκαλύψει τα μυστικά του μορίου DNA.
Ένα βακτήριο, ένα ψάρι, ένα δέντρο, και ένα παιδί: τι κοινό έχουν; το DNA, φυσικά! Το DNA είναι ένα απλό μόριο ικανό να οδηγήσει όλους τους ζωντανούς οργανισμούς και όλες τις φανταστικές λειτουργείες του ανθρώπινου σώματος.
Το DNA δεν είναι ορατό, και επομένως η κατανόηση της λειτουργίας του είναι δύσκολη τους / τις μαθητές / τριες. Πώς θα ήταν αν θα μπορούσαν να το χτίσουν με τα ίδια τους τα χέρια;
Προτείνουμε ένα πρακτικό μοντέλο, το οποίο επιτρέπει να κάνετε μονο αυτό: μερικά σημαντικά στοιχεία αντιγράφουν τις βασικές ιδιότητες του DNA με έναν συγκεκριμένο και ακριβή τρόπο. Σε σύγκριση με άλλα μοντέλα, και οι δύο τύποι δεσμών και οι δυνάμεις τους είναι αληθινά και μπορoύν να ακουμπιστούν. Εσείς και οι μαθητές / τριες σας μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε αμέτρητες φορές για να συνθέσετε ένα σκέλος του DNA, να το διπλασιάσετε, καθώς και να δημιουργήσετε τη διάσημη διπλή έλικα.
Το κύριο στοιχείο του μοντέλου είναι από ξύλο: επομένως είναι ανθεκτικό, ευπροσάρμοστο και μακράς διαρκείας. Η κατασκευή του μπορεί να μοιάζει λίγο επίπονη, ωστόσο είναι μια επένδυση η οποία διαρκεί στο χρόνο και δίνεται η δυνατότητα να εμπλακούν γονείς ή συνάδελφοι που αγαπανε τα DIY (Do It Yourself = Κάντε το μόνοι σας).
Αυτές οι δραστηριότητες είναι σχεδιασμένες για παιδιά ηλικίας 11-14 χρονών, τα οποία σύμφωνα με το Ιταλικό πρόγραμμα σπουδών, πρέπει να γνωρίζουν “τις βιολογικές βάσεις της μετάδοσης των κληρονομικών χαρακτηριστικών αποκτώντας τις πρώτες, στοιχειώδεις έννοιες γενετικής”. Ωστόσο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και από άλλους / ες μαθητές / τριες για να εξερευνήσουν τη λειτουργία των νουκλεικών οξέων λεπτομερώς ή να συζητήσουν επιστημονικά μοντέλα.
Πώς είναι φτιαγμένο το DNA; Το DNA είναι ένα πολύ μακρύ πολυμερές, το οποίο είναι μια αλυσίδα φτιαγμένη από όμοια, επαναλαμβανόμενα στοιχεία, τα μονομερή. Τα μονομερή, τα οποία φτιάχνουν το DNA ονομάζονται νουκλεοτίδια και συνθέτονται από διάφορα στοιχεία, το κάθε ένα με συγκεκριμένο ρόλο:
– μια αζωτούχα νουκλεοβάση: υπάρχουν τέσσερες διαφορετικές στο DNA: αδενίνη (Α), θυμίνη (Τ), γουανίνη (G), και κυτοσίνη (C)
– ένα σακχαρούχο δαχτυλίδι, δεσοξυριβόζη, και
– μια φωσφορική ομάδα, ικανή να δένεται με άλλα μόρια.
Τα τρία μέρη, τα οποία κάνουν το καθε νουκλεοτίδιο, για παράδειγμα, μια αζωτούχα βάση, σάκχαρο, και φωσφατάση, είναι παρόντα στο μοντέλο. Η νουκλεική βάση αντιπροσωπεύεται από το ξύλινο τουβλάκι, το σάκχαρο από ένα σχηματισένο δαχτύλιδι από συνθετικό σύρμα (chenille wire) στο ένα άκρο του τουβλακίου, και μια φωσφατάση από τα ελεύθερα άκρα του συνθετικού σύρματος.
Όπως στο αληθινό μόριο DNA, τα τέλη του καλωδίου (φωσφατάση) μπορούν να δεθούν στο δαχτυλίδι (σάκχαρο) από άλλο νουκλεοτίδιο, δημιουργώντας τους επαναλαμβανόμενους δεσμούς, οι οποίοι σχηματίζουν το σκέλος του DNA. Ένα άλλο χαρακτηριστικό του μοντέλου είναι οι βάσεις οι οποίες μπορούν να ενωθούν με συγκεκριμένο τρόπο, εφόσον η Α και η Τ ενώνονται με μαγνητική ταινία, και η G και C με Velcro.
Το βασικό μέρος του συστήματος είναι ένα ξύλινο τουβλάκι (διαστάσεων 1,8 cm x 1,8 cm x 4 cm) με μία τρύπα από τη μια πλευρά με διάμετρο 6 mm.
Το τουβλάκι είναι ολοκληρωμένο με μαγνητική ταινία ή Velcro από τη μια πλευρά απέναντι από την τρύπα και ένα συνθετικό σύρμα μήκους 15 cm.
Οι ολοκληρωμένες οδηγίες κατασκευής των τουβλακίων και η λίστα των υλικών παρέχονται στο υλικό υποστήριξης.
Η ελάχιστη ποσότητα των τουβλακίων, η οποία επιτρέπει να παραγματοποιηθούν όλες οι δραστηριότητες περιγράφονται ως ένα σετ. Ένα σετ είναι φτιαγμένο από 32 ολοκληρωμένα κομμάτια (ξύλινα τουβλάκια + συνθετικό σύρμα). Τα πρώτα 16 είναι απαραίτητα για την κατασκευή του πρώτου μορίου DNA, τα υπόλοιπα είναι για τη δραστηριότητα διπλασιασμού του. Από την εμπειρία μας, είναι καλύτερα να μην αυξάνεται το μήκος το κλώνου παραπάνω από 8 νουκλεοτίδια στη σειρά, επειδή η συναρμολόγηση γίνεται εύθραστη και δύσκολη στη διαχείριση.
Οι δραστηριότητες μπορεί να ξεκινήσουν με ένα μονό σετ: σε αυτή την περίπτωση, κάθε μαθητής θα προετοιμάσει ένα ή περισσότερα νουκλεοτίδια ατομικά. Οι συνεχόμενες φάσεις, οι οποίες είναι η συναρμολόγηση του μονόκλωνου και δίκλωνου μορίου και το αντίγραφο του, μπορεί να πραγματοποιηθούν από τον/την εκπαιδευτικό ή από τα παιδιά σε σειρά, ίσως χρησιμοποιώντας μια φορητή βιντεοκάμερα για να δείξει τις διεργασίες σε όλη την τάξη. Εάν μερικά ολοκληρωμένα σετ είναι ήδη προετοιμασμένα, η τάξη μπορεί να διαιρεθεί σε πολλές ομάδες όσο υπάρχουν διαθέσιμα σετ και η δουλειά της κάθε ομάδας να είναι οργανωμένη ώστε όλα τα κομμάτια να χτίζουν τουλάχιστον ένα νουκλεοτίδιο και ένα δεσμό.
Η δραστηριότητα μπορεί να ξεκινήσει με μια σύντομη ομαδική συζήτηση, ρωτώντας τους/τις μαθητές/τριες μερικές ερωτήσεις: τι γνωρίζετε για το DNA; Τι σας έρχεται στο μυαλό όταν ακούτε τη λέξη DNA; Πώς φαντάζεστε το DNA; Σε τι μορφή πιστεύετε ότι μοιάζει; Για να απαντηθούν αυτές οι ερωτήσεις, η δραστηριότητα ακολουθεί την κατασκευή του μορίου DNA.
Το πρακτικό μέρος θα πάρει 15 – 30 min, εξαρτώμενο από τις χειρωνακτικές δεξιότητες των μαθητών. Για τη συζήτηση, υπολογίστε τουλάχιστον 20 min. Η συζήτηση μπορεί να επεκταθεί ανάλογα από τη διακριτικότητα του/της εκπαιδευτικού.
Ο/η εκπαιδευτικός ανακεφαλαιώνει τις γενικές έννοιες του DNA, κάνοντας παραλληλισμούς με μοντέλο υπό κατασκευή.
Στη συνέχεια ρωτήστε τους/τις μαθητές/τριες τις παρακάτω ερωτήσεις. Αυτή η συζήτηση μπορεί να οργανωθεί με διάφορούς τρόπους: ως ομάδα, ως τάξη, ή ακόμη ως ανεστραμμένη τάξη, όπου οι μαθητές εξηγούν τη δραστηριότητα την όποια έχουν ολοκληρώσει. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις κάρτες ερωτήσεων ή μοιράστε το φύλλο εργασίας/ερωτήσεις της Δραστηριότητας 1 στους μαθητές, δίνοντας 20 min, ή επαρκή χρόνο, για κάθε ομάδα να συζητήσουν τις καλύτερες απαντήσεις.
Για μεγαλύτερους/ες μαθητές/τριες, ή στη διακριτικότητα του/της εκπαιδευτικού, οι ερωτήσεις μπορεί να είναι ειδικότερες:
Από αυτή τη σύγκριση, μερικές από τις ιδιότητες του μορίου του DNA θα πρέπει αν αναδειχθούν, ώς αποτέλεσμα από την κατασκευή και το χειρισμό του μοντέλου. Για παράδειγμα, μαθητές/τριες θα πρέπει να μπορούν να συνάγουν ότι οι ζευγαρωμένοι κλώνοι είναι αντιπαράλληλοι, οι νουκλεικές βάσεις ζευγαρώνουν μόνο με τις συμπληρωματικές τους, και ότι τα δυο ζευγάρια (A–T και C–G) δένονται με διαφορετικές δυνάμεις. Παραδείγματα απαντήσεων μπορεί να βρεθούν στο φύλλο εργασίας/ερωτήσεις της Δραστηριότητας 1.
Σε αυτή την περίπτωση, η δραστηριότητα ξεκινά με τις παρακάτω ερωτήσεις: τι συμβαίνει στο DNA όταν ένα κύτταρο πρέπει να διαιρεθεί σε δυο θυγατρικά κύτταρα; Ακολουθώντας τις οδηγίες, η αλληλουχία γεγονότων που ακολουθεί στην αντιγραφή του DNA στο κύτταρο είναι ανακατασκευασμένο.
Το πρακτικό μέρος της δραστηριότητας θα πάρει 20–40 min, εξαρτάται από τις χειρωνακτικές δεξιότητες των μαθητών. Για τη συζήτηση, επιτρέψτε τουλάχιστον 20 min. Η συζήτηση μπορεί να επεκταθεί στη διακριτικότητα του/της εκπαιδευτικού.
Όπως στην προηγούμενη δραστηριότητα, ο/η εκπαιδευτικός παίρνει την έννοια της αντιγραφής του DNA και κάνει ερωτήσεις (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το φύλλο εργασίας της Δραστηριότητας 2).
Παραδείγματα απαντήσεων μπορεί να βρεθούν στο φύλλο εργασίας της Δραστηριότητας 2 ή στις κάρτες ερωτήσεων. Αυτές οι ερωτήσεις θα πρέπει να βοηθήσουν τους/τις μαθητές/τριες να αναστοχαστούν τη διεργασία, ξεκινώντας από την πρακτική εμπειρία και προσπαθώντας να περιγράψουν τι ανακαλύψανε.
Τι είναι τα μοντέλα και ποιά είναι τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τους; Οι μαθητές/τριες μπορούν να συζητήσουν αυτο το μοντέλο και την ακρίβεια του.
Τι ιδιότητες του DNA τονίζει αυτό το μοντέλο; Υπάρχουν κάποιες ιδιότητες του DNA, τις οποίες αυτό το μοντέλο δεν συμπεριλαμβάνει; Για παράδειγμα, το μέγεθος διαφοράς μεταξύ των βάσεων πουρίνης και πυριμιδίνης, το σχετικό μέγεθος των νουκλεοβασών, σάκχαρο ριβόζης, και ομάδα φωσφατάσης. Το γεγονός ότι το μοντέλο δείχνει τη νουκλεοβάση να είναι ανάμεσα στο σάκχαρο και στην ομάδα φωσφατάσης (από το να είναι συνδεδεμένο μόνο με το σάκχαρο), ή γωνία σύνδεσης της νουκλεοβάσης στο σάκχαρο (το οποίο έχει περιπλοκές για τη δομή της διπλής έλικας: δημιουργεί τις μεγάλες και μικρές αυλακώσεις).
Αυτές οι δραστηριότητες δίνουν στους/στις μαθητές/τριες την ευκαιρία να εξερευνήσουν μερικές από τις ιδότητες κλειδιά του DNA στην πράξη. Επίσης δίνουν την ευκαιρία να σκεφτούν πάνω σε επιστημονικά μοντέλα και πως αυτά χρησιμοποιούνται, τα οποία είναι σχετικά σε όλο το πρόγραμμα σπουδών θεμάτων.
Permanent, not paper-based, DNA models are often expensive and can be limited in how many students can make use of them at any one time.
With the simple building blocks proposed here, models can be built by several groups of students at the same time and either kept or taken apart for future use by more students.
Students of any age mostly enjoy making models and these activities could lead to greater understanding of the complex DNA molecule as well as the opportunity to question the ways in which the model works well and the ways in which it is not a good model.
If the activity is used, as suggested, with 11-14 years olds, then once built, their models could be kept for a short while and used by older students to critique. The younger students might like that they have created a teaching aid for older students and the older students would benefit from revising their knowledge of DNA structure as well as practising their ability to consider the advantages and disadvantages of a model in science.
So, if you can find obliging parents or guardians or adult volunteers to make the simple blocks with a hole in, do give them the instructions provided and look forward to a new resource for your classroom that can have multiple uses.
Sue Howarth, Science Education Lecturer, UK.
Παίξτε το θεατρικό: οι μαθητές αναλαμβάνουν τους ρόλους των διαφορετικών δομικών συστατικών μιας σύναψης για να πραγματοποιήσουν τη συναπτική μετάδοση και να μάθουν για τη νευροβιολογία.
Ανακαλύψτε μικρές προσαρμογές σε συσκευές και πειράματα, τα οποία κάνουν την πρακτική χημεία πιο προσβάσιμη σε μαθητές/τριες με προβλήματα όρασης.
Όλοι γνωρίζουμε το κεντρικό δόγμα: DNA → RNA → πρωτεΐνη. Γνωρίζατε όμως ότι ορισμένα γονίδια δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες αλλά μόρια RNA με σημαντικές κυτταρικές λειτουργίες;
