Bioinformatik
(Dette eksempel på en forløbsbeskrivelse er lavet med udgangspunkt i denne skabelon)
Contents
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 kombinationen af de to ovenstående formål - at lade de studerende arbejde med en simpel repræsentation af DNA sekvenser, der kan genereres automatisk og sammenlignes.
Forløbet strækker sig ialt 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 nedenstående to videoer og Biotech Academy, DTU (under videoerne).
Introduktion til bioinformatik fra Biotech Academy, DTU.
- Arbejdsspørgsmål til teksten fra Biotech Academy, DTU, om bioinformatik (slide 1 og 2).
- Introduktion: En kort introduktion til NetLogo og dennes tre faneblade. Der lægges vægt på designet af "interface" fanen og dennes "Settings..." knap, mens "code" fanen 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). Nedenfor er eksperimentet beskrevet som en øvelsesvejledning til venstre og et eksempel på en model af dette fra de studerende er vist til højre.
- 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). Koden er vist til venstre og et eksempel på en elev-model til højre. Bemærk at den udvalgte kodestump indeholder både sekvens, iteration (while-statement) og selektion (if-statement). Endvidere indeholder koden naturligvis abstraktioner abstraktioner over fænomener og begreber fra problemområdet, omend dette ikke kan dyrkes/udstilles via den valgte notation (rutediagrammet).
- 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
(ca. 0,5x75 minutter)
- 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. Se eksempel i Reflektionsafsnittet.
- De studerende er på forhånd blevet introduceret til ”Berkeley modellen”.
Refleksioner over designet af forløbet
Under aktiviteten "Arbejdsopgaver" anvendes det didaktiske princip "Use-Modify-Create", idet eleverne starter med at lave en model (rutediagrammet) af en udvalgt stump kode. Senere beder vi dem løse konkrete opgaver, ved at ændre specifikke dele af koden.
Der var gode erfaringer med at lade de studerende "lege" med den specifikke simulering i NetLogo, forholdsvis tidligt i forløbet. I videoklippet nedenfor ses en studerende begejstring over at have lagt flere DNA-sekvenser over hinanden med samme grad af mutationer i hver af dem.
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. Se videoen nedenfor.
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.
Endelig tilgodeser simuleringen af DNA-sekvenser, og sammenligningen af disse, fagets læreplan som påpeger at de studerende skal introduceres for fagets forsknings- og anvendelsesaspekter.
