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 med at fortolke den relevante information.
• 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]), og at de har adgang til små whiteboards, der bruges parvis.

Der er ingen faglige forudsætninger indenfor hverken bioteknologi eller CT.

De studerende arbejder med NetLogo. I løbet af forløbet bliver de studerende bedt om at løse specifikke opgaver i NetLogo og om at gemme deres løsninger som NetLogo filer.

intention (hvorfor): Formålet med forløbet var bl.a. at arbejde med et centralt emne i bioteknologi vha. en computational indgangsvinkel.

motivation: Computerprogrammer bruges i stadig stigende grad i faget Bioteknologi og specielt i emnet bioinformatik er det nødvendigt at anvende former for computation som kan uddrage relevante informationer der kan tolkes af studerende.

relevans (læreplansargumentation og mere generelt): Digital dannelse er et begreb der lægges stigende vægt på i de gymnasielle uddannelser. Indenfor bioteknologi er det oplagt at udforske mulighederne i at introducere informatik og computational thinking til de studerende bl.a. fordi de, i følge fagets læreplan, skal introduceres til fagets forsknings- og anvendelsesaspekter. Dette indebærer udvælgelse og kritisk anvendelse af computereprogrammer til bl.a. bioinformatik.

Inden for bioteknologi er det oplagt at udforske mulighederne i at introducere informatik og computational thinking til de studerende bl.a. fordi de, i følge fagets læreplan, skal introduceres til fagets forsknings- og anvendelsesaspekter. Dette indebærer udvælgelse og kritisk anvendelse af computerprogrammer til bl.a. bioinformatik.

introduktion (oversigt over hvad, hvorfor, hvordan, hvornår, hvem (roller)): Forløbet strakte sig over 4x75 minutter, med et hold af 22 1.g studerende (blandet køn) og i faget Bioteknologi A. Alle havde egen computer til rådighed og desuden blev der brugt Whiteboards som de studerende arbejdede sammen om to og to.

NetLogo var valgt som det program de studerende skulle arbejde med. Der var krav om at løse specifikke opgaver ift. arbejdet med NetLogo, hvilket blev dokumenteret i form af NetLogo filer.

Aktiviteter & Materialer

Lektion 1

Forløbet startede med en kort introduktion til emnet bioinformatic og DNA sekventering vha. bl.a. TEDEd's (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).

Derefter blev motivationen for brug af computere og programmering i dette emne forsøgt synliggjort vha tekst om bioinformatik og systembiologi fra Biotech Academy, DTU (http://www.biotechacademy.dk/Undervisningsprojekter/Gymnasiale-projekter/ampGAMMEL/bioinformatik/introduktion).

Herefter blev NetLogo programmet introduceret kort. der blev lagt vægt på designet af "interface" og "setting" mens "code" blot blev vist.

Derefter fik de studerende god tid til at "lege" med en specifik simulering i NetLogo som var lavet på forhånd.

En introduktion til symboler og rutediagrammer blev givet for at de studerende kunne anvende et "sprog" til at beskrive aktiviteter i koden bag simuleringen. Først blev de dog bedt om at beskrive aktiviteterne i et bioteknologisk eksperiment, som de havde udført i et forløb inden dette. Efter at have anvendt symboler i denne sammenhæng, blev de bedt om at anvende den samme type symboler til at beskrive et udvalgt stykke kode i NetLogosimuleringen. Dette blev udført på whiteboards og dokumenteret i form af billeder til senere evaluering af underviseren.

Endelig blev de studerende præsenteret for opgaver der krævede at de ændrede i hhv. "settings" og i "code". Disse ændringer blev gemt i en ny fil og sendt til underviseren til evaluering.

Til slut blev de studerende bedt om at anvende deres opnåede viden om simuleringen og det overordnede emne til at udarbejde problemformuleringer der kunne integrere anvendelse af NetLogo simuleringen med emnet bioinformatik. Disse formuleringer blev sendt til underviseren for evaluering.

For yderligere at få en fornemmelse af de studerendes oplevelse og arbejde i forløbet blev de bedt om at udfylde et spørgeskema i Lectio med spørgsmål omhandlende bl.a. arbejdet med NetLogo og deres forudsætninger for dette.

Forløbet blev også delvist videodokumenteret.

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

eksamensspørgsmål: ?

videomateriale: Skal vi lægge et kort klip ud? Feks Sofie der "leger" med modellen ("How cool is this?" "Hvordan gjorde du?" "Det ved jeg ikke!"). Eller evt andet videomateriale?

domænebeskrivelse (f.eks. landbrug): "Bioinformatik"?

klasserums-situationer: Er det relevant med video eller screenshot her?

undervisningsnoter: Evt ppt som blev brugt i undervisningen?

rationale bag lektiosnplan og variationsmuligheder:

videoer fra klasserummet lektionsplaner (for de enkelte moduler) didaktiske pointer/tips: Der var gode erfaringer med at lade dem "lege" med simuleringen/programmet, som noget af det første i forløbet.

hvordan måles målopfyldelsen mht. computing og biotechnology?: Dette er forsøgt dokumenteret ved bl.a. at analysere de studerendes brug af symboler både ift. beskrivelse af et bioteknologisk eksperiment, men også ved ændring af koden i NetLogo simuleringen. Endelig kan problemformuleringerne med integrering af simuleringen i emnet bioinformatik give et indblik i dette.

Inden for bioteknologi er det oplagt at udforske mulighederne i at introducere informatik og computational thinking til de studerende bl.a. fordi de, i følge fagets læreplan, skal introduceres til fagets forsknings- og anvendelsesaspekter. Dette indebærer udvælgelse og kritisk anvendelse af computerprogrammer til bl.a. bioinformatik.