Computer-modeller i biologi

Jeg har snuset lidt til CMC-tilgangen: Content Model Code, som en måde at arbejde med computational thinking kompetencer. CMC vil sige at tage udgangspunkt i et fags faglige indhold (content), opstiller jeg (eller andre) en computer-model, som eleverne kan bruge til at støtte deres hukommelse og forståelse for det faglige stof. Dertil kan modellen anvendes til opgaveløsning fx at simulere forsøg og situationer, som eleverne skal analysere og forklare.

Herefter skal eleverne arbejde med koden bag modellen (code). Her arbejder jeg selvfølgelig efter use-modify-create dvs. en progression fra at bruge koden til at finde og evt. forstå dele af koden fx hvor styres specifikke antal og egenskaber i modellen. Bedre er nok modify, hvor eleverne bliver bedt om at ændre mere eller mindre specifikke linjer eller egenskaber i koden. Er eleverne mere erfarne, kan de skabe ny kode, i første omgang i høj grad ved at copy-paste og tilpasse egenskaber fx til at skabe nye deltagere i modellen. Det niveau har jeg dog ikke nået endnu.

Jeg har taget NetLogo op igen og er endnu en gang positivt overrasket. Der er en stor fordel i at have interface, grafiske outputs i form af grafer, værdier og animation, og kode samlet i samme tjeneste. Alle delene kan gemmes, som en html-fil, som eleverne kan åbne i deres browser og dermed have adgang til alle delene.

Dertil er NetLogo agent-baseret dvs. bygger på traditionerne om objekt-orienteret programmering. Derfor er NetLogo velegnet til at efterligne fysiske processer med mange aktører fx. kemiske reaktioner, biologiske processer o.l.

Konkret er eleverne (biologi A) først blevet introduceret til NetLogo. Fagligt arbejdede vi med hormoner, herunder negativ feedback. Jeg fandt en simpel model af byttedyr-rovdyr (får og ulve), som hedder “Wolf sheep predation” og er en del af NetLogos bibliotek:

Eleverne arbejde med at forklare modellens opførsel ved forskellige indstillinger, at lave mindre ændringer i koden og reflektere over modellens muligheder og begrænsninger.

I næste forløb, om enzymer, havde vi lavet et laboratorie-forsøg med enzymaktivitetens sammenhæng med substratkoncentrationen. Enzymet i forsøget var catecholase, og vi prøvede med fem forskellige koncentrationer af substrat (1,2-dihydroxyphenol).

Da vi ikke kan se de involverede molekyler, havde jeg fundet endnu en færdiglavet model i NetLogo, “Enzyme Kinetics”, som netop gav en visuelt billede af enzymer, substrat, kompleks og produkt, hvilket jeg tror støtter elevernes forståelse.

Modellen modificerede jeg en smule, så den bl.a. viste en værdi for enzymaktiviteten (antal produkter dannet i de første 20 ticks), og jeg ændrede farven på ES-kompleks kurven fra rød (som også er farven på enzymet i animationen) til grå. Jeg sænkede også molekylernes hastighed og antallet af enzymer, så det blev nemmere at se deres opførsel.

Eleverne skulle igen forklare modellens udseende og opførsel: Hvad er de røde (enzym), grønne (substrat) og blå (produkt) klodser? Hvorfor falder indholdet af substrat? osv. og manipulere modellen, herunder efterligne vores laboratorie-forsøg (use). For at tydeliggøre, at nu gjorde vi det samme i modellen, som i labforsøget, skulle eleverne reflektere over sammenhænge mellem disse.

De skulle også ændre enkelte dele af koden (modify), antallet af enzymer og omrøringen (hvor meget hver agent bevæger sig pr. tick). Jeg kunne sagtens lave slidere i interfacet, som kunne styre antal enzymer og omrøring, men så havde eleverne ikke lejlighed til at ændre i koden. Måske her ligger en kommende opgave til eleverne: Lav en slider der styrer omrøringen (create).

Slutteligt skulle de reflektere over modellens muligheder og begrænsninger. Af muligheder fremhævede jeg, at (1) vi kunne se (modeller af) molekylerne, som blev mere konkrete, og dermed blev det nemmere at forstå hvad der skete, og (2) det lab-forsøg, som vi havde brugt 90 minutter på, kunne vi udføre på 2 minutter i modellen.

Eleverne virkede ikke specielt begejstrede for sekvensen, men jeg synes stadig, at den kombinerede biologi-faglighed og computational thinking ved at støtte elevernes forståelse for enzym-substrat reaktioner og deres indsigt i at koder kan ændre de digitale værktøjer, som vi anvender i undervisning og privatliv.

Dette indlæg blev udgivet i Biologi, Bioteknologi, Computational thinking, Digital Dannelse, Programmering. Bogmærk permalinket.