Cellemembran

Cellemembran

Status & Planer

Generelt er forløbet og dennes beskrivelse lavet for at gøre prøve; dels med hensyn til at udforske, hvordan man overhovedet bedriver "CT i fag" med et konkret eksempel; dels mht. brug af meget tidlig udgave af en skabelon for forløbsbeskrivelser.

Evaluering af forløbet:

• Forløbet tænkes afprøvet i en 2.g klasse i faget Bioteknologi A på Silkeborg Gymnasium i December 2016.
• NetLogo modellen (selve simuleringen) anvender tre former for agenter (vandmolekyler, natriumioner og transportproteiner) samt forskellige patches (external og internal samt området i membranen). Simuleringen er tidsafhængig og fordelingen af hhv. vandmolekyler og natriumioner kan følges på et plot.
• Når man anvender NetLogo får man grafisk brugergrænseflade og interaktionsdesign foræret.
• Forløbet er beskrevet yderligere (men meget kortfattet!) i en artikel, der pt. er under review.

Evaluering af beskrivelsen:

• Dette eksempel på en forløbsbeskrivelse er lavet med udgangspunkt i denne skabelon.

Det er planen at få dette forløb afprøvet af en håndfuld andre lærere på hold og skoler indenfor biologi, bioteknologi og/eller kemi.

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/biologi/kemi vha. en computationel thinking (CT) indgangsvinkel. Her er cellebiologi oplagt. I cellebiologi arbejdes der bl.a. med at identificere og analysere forskellige typer af transportformer af stoffer over cellemembranen. Der er identificeret over 300 forskellige transportformer, men i cellebiologiundervisningen fokuseres der typisk på tre til fire typer. Simuleringen præsenterer to af disse typer henholdsvis passiv diffusion ved osmose (vandmolekyler) og passiv diffusion vha en ligandstyret ionkanal (transportprotein til natriumioner).
• Konkret - som eksemplifikation af kombinationen af de to ovenstående formål - at lade de studerende arbejde med en simpel repræsentation af transportformerne over cellemembranen og derved bruge, ændre i og tilføje elementer til simuleringen.

Forløbet strækker sig ialt over 2x75 minutter.

Forudsætninger

• De studerende arbejder med deres egne computere, hvorfor det forudsættes, at de kan installere NetLogo software på denne.
• Adgang til små whiteboards, der bruges parvis til at tegne modeller på.
• Adgang til digital kamera/mobil mht. at uploade fotos af whiteboards.
• 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. Desuden bliver eleverne bedt om at udfylde et arbejdsark med besvarelser på arbejdsopgaver der stilles undervejs i forløbet.

Aktiviteter & Materialer

Forløbet er struktureret i tre logiske klumper fordelt på to fysiske sessioner samt en evaluering. Se varigheden af de enkelte dele under hver aktivitet.

• Introduktion
• Arbejdsopgaver
• Perspektivering

Refleksioner over designet af forløbet

• Evaluering

Brugbare "standards" (fra CT-STEM):

Modeling and simulation practices:

Assessing computational models strength and limitations

Refining/modifying computational models to represent a phenomenon (addere flere ion-kanaler, introducere Na?/K+ATPase)

Using computational models to understand a concept (forstå hvad potentialet er)

Data practices:

Analizing data (kigge på plot, hvornår er der ligevægt?)

Visualizing data (hvorfor har vandmolekylerne den form de har?)

System thinking practices:

Understanding the relationships within a system (både Na+, K+, Cl- bestemmer potential. Forstå osmosebegreb, diffusion)

Computational Problem Solving Practices:

Fra mikro- til makro-niveau og tilbage igen:

Regler på mikroniveau er ofte nemmere at forstå end en adfærd/observation på makro-niveau (Bill Rand, Introduction to Agent-Based Modeling, Complexity explorer, Santa Fe Institute, 2016)

På mikro-niveau studeres de individuelle molekyler/ioner og deres regler for bevægelse, idet de transporteres ad kanaler i membranen, hvilket betyder et ændret potential.

På makro-niveau observeres et nervesignal, idet det ændrede potential (elektrisk og/eller kemisk) giver anledning til et nervesignal som knytter an til en reaktion i nervesystemet og måske endda en reaktion i fysiologien.

Forløbet tilgodeser fagene biologi og bioteknologis læreplaner, hvor beskrivelse af "cellers opbygning og funktion", samt redegørelse for sammenhængen mellem "cellers struktur, egenskaber og funktion" er centralt kernestof.

Desuden kan forløbet bruges i kemi som supplerende materiale omkring organiske makromolekyler.

Kan eleverne starte med at formulere "problemet" så en simulering kan give dem løsningen?