Bioinformatik

(Dette eksempel på en forløbsbeskrivelse er lavet med udgangspunkt i denne skabelon)

Introduktion

Formålet med forløbet er trefold:

• Generelt at introducere de studerende til udvalgte elementer af computational thinking: abstraktion, modellering og algoritmer (sekvens, iteration og selektion).
• Generelt at arbejde med et centralt emne i bioteknologi vha. en computationel thinking (CT) indgangsvinkel. Her er bioinformatik oplagt. I bioinformatik arbejdes der med at sammenligne DNA-sekvenser fra mange forskellige organismer, hvilket betyder at der ofte arbejdes med store mængder data. Det er derfor praktisk at anvende computerprogrammer til at behandle data og hjælpe de studerende med en relevant tolkning af informationen.
• Konkret - som eksemplifikation af ovenstående - at lade de studerende arbejde med en simpel repræsentation af DNA sekvenser, der kan genereres automatisk og sammenlignes.

Forløbet strækker sig over 4x75 minutter.

Forudsætninger

• De studerende arbejder med deres egne computere, hvorfor det forudsættes, at de kan installere NetLogo software på denne (alternativt findes der en webbaseret udgave af NetLogo [1])
• Adgang til små whiteboards, der bruges parvis til at lave modeller.
• Der er ingen faglige forudsætninger indenfor hverken bioteknologi eller CT.
• I løbet af forløbet bliver de studerende bedt om at løse specifikke opgaver i NetLogo og om at gemme deres modeller som filer.

Aktiviteter & Materialer

I det følgende refereres der til disse slides i DropBox: [PPT]

Introduktion

(ca. 2x75 minutter)

• Introduktion: En kort introduktion til emnet bioinformatik og DNA-sekventering ved brug af TEDEd's og Biotech Academy, DTU.
  • (http://ed.ted.com/lessons/the-race-to-sequence-the-human-genome-tien-nguyen, http://ed.ted.com/lessons/how-to-sequence-the-human-genome-mark-j-kiel).
  • (http://www.biotechacademy.dk/Undervisningsprojekter/Gymnasiale-projekter/ampGAMMEL/bioinformatik/introduktion).
• Arbejdsspørgsmål til teksten fra Biotech Academy, DTU, om bioinformatik (slide 1 og 2).
• Introduktion: En kort introduktion til NetLogo. Der lægges vægt på designet af "interface" og "setting", mens "code" blot vises til de studerende. Dette gennemgås ud fra en specifik simulering, som er lavet på forhånd og gives i form af en NetLogo-fil (slide 3).
• ”Fri leg”: De studerende arbejder sammen to og to med den specifikke simulering i NetLogo (slide 3).
• Introduktion: Af symboler og rutediagrammer (slide 4, 5, 6).

Arbejdsopgaver

(ca. 1,5x75 minutter)

• Whiteboards 1: De studerende skal beskrive aktiviteterne i et bioteknologisk eksperiment, som de har udført på forhånd (slide 5)
• Whiteboards 2: De studerende skal anvende de introducerede symboler til at beskrive et udvalgt stykke kode i NetLogo-simuleringen. Dette bliver udført på whiteboards og dokumenteret i form af billeder til senere evaluering (slide 7).
• Opgaveløsning: Præsentation af specifikke opgaver der skal løses i NetLogos "settings" og i "code". Disse ændringer gemmes i en ny fil og afleveres til evaluering (slide 8).

Perspektivering

• Problemformulering: Til slut bliver de studerende bedt om at udarbejde problemformuleringer, hvor deres opnåede viden om NetLogo-simuleringen og bioinformatik skal integreres med dansk- eller historiefaget. Disse formuleringer bruges til evaluering.
• De studerende er på forhånd blevet introduceret til ”Berkeley modellen”. How science works handout

eksemplariske materialer (WE): Måske skal inks til TEDEd og Biotech Academy lægges her?

eksempler på modeller, kode, ... (evt. mellemformer der kan arbejdes videre på): Hvor meget vil du have med her?

eksempler på processer, tilblivelse af modeller, kode, ...: Er det relevant at lægge billede af whiteboards ud her?

Refleksioner over designet af forløbet

Der var gode erfaringer med at lade de studerende "lege" med den specifikke simulering i NetLogo, forholdsvis tidligt i forløbet. I videoklippet ses en studerende begejstring over at have lagt flere DNA-sekvenser over hinanden med samme grad af mutationer i hver af dem. (Video af Sofie som tester simuleringen, wiki 0122).

I forbindelse med de stillede arbejdsopgaver til ændringer i kode-delen af simuleringen, har to studerende foretaget ændringer i koden som ikke er en del af løsningen af opgaven. De identificerer selv ændringen og forklarer at den ikke er relevant i bioteknologisk sammenhæng, men at den kunne være brugbar i en anden sammenhæng. De bevæger sig altså mellem overvejelser omkring det bioteknologisk faglige indhold i simuleringen og overvejelser over hvad der er muligt i koden. (video af Victoria og Emilie der forklarer deres ændringer, wiki 0644).

Introduktion til symboler og rutediagrammer blev givet forsøgsvist for at de studerende kunne anvende et "sprog" til at beskrive aktiviteter i koden bag simuleringen. Det var forholdsvist nemt for de studerende at anvende symbolerne til at beskrive et kendt eksperiment, men betydeligt mere udfordrende at at anvende symbolerne i forbindelse med et stykke ny kode.

Målopfyldelse er forsøgt dokumenteret ved bl.a. at analysere de studerendes brug af symboler og rutediagrammer. Også problemformuleringerne med integrering af simuleringen i emnet bioinformatik kan give et indblik i dette. (Link til Problemformulering) Endelig tilgodeser simuleringen ad DNA-sekvenser og sammenligningen af disse fagets læreplan som påpeger at de studerende skal introduceres for fagets forsknings- og anvendelsesaspekter.