Das ViSeL-Projekt

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Die Sequenzierung von DNA ist die grundlegende Labortechnik zur Entschlüsselung der Baupläne des Lebens.
Das Virtuelle Sequenzierlabor  stellt eine multimediale Umgebung zum Erlernen aller Aspekte der DNA Sequenzierung zur Verfügung - von den molekularbiologischen Grundlagen bis zur konkreten Handhabung des Laborgeräts.

Wesentliches Ziel von ViSeL ist eine Verbesserung der schulischen und akademischen Ausbildung, die individueller und intensiver gestaltet werden kann, während zugleich Laborkosten und -risiken reduziert werden. ViSeL wird seit April 1997 im Rahmen der Diplomstudiengänge Biologie und Naturwissenschaftliche Informatik (Fachrichtung Bioinformatik) an der Universität Bielefeld eingesetzt. Es steht allen Studentinnen und insbesondere den Teilnehmerinnen des Praktikums "DNA-Sequenzierung mit dem ALFexpress" (Automated Laser Fluorescent Sequencer) kursbegleitend zur Verfügung. Ferner ist ViSeL überall dort einsetzbar sein, wo regelmäßig Bedarf an Schulung von Sequenziertechniken besteht, etwa im Bereich der molekularbiologischen Forschung oder der medizinischen Diagnostik.

Ein eigens erstelltes Unterrichtsmodell zeigt wie das ViSeL-Programm im LK Biologie (Sek II) sinnvoll eingesetzt werden kann.
Der Titel der Reihe lautet: Das Genom Projekt - Experimentelle Erarbeitung des Themas Gensequenzierung in Kooperation mit universitären Institutionen und unter Zuhilfenahme eines virtuellen Genlabors. Autor: M. Egerding, 1999. mehr Info....

ViSeL wird bereits an über 30 bundesdeutschen Schulen und Hochschulen eingesetzt.

Es folgt nun eine kurze Beschreibung der einzelnen Abschnitte des ViSeL-Programms.

Der tutorielle Lernabschnitt

Innerhalb des tutoriellen Lernabschnitts wird der Benutzer über die methodischen, biochemischen und technischen Grundlagen informiert, die als Basis für die Arbeiten im virtuellen und reellen Labor dienen. Dieser Programmabschnitt entspricht einem Hypermediabuch und ist in vier Lernabschnitte gegliedert:

1. Einführung in die ViSeL-CBT-Software:
In diesem Kapitel wird einen Überblick über Struktur, Ziel und Inhalt des ViSeL-Projekts gegeben.

2. Die Grundlagen der molekularen Genetik:
Dieser Abschnitt informiert  über die elemantaren biochemischen Prozesse innerhalb der Zelle. Dazu gehören der Aufbau und die Funktion der Makromoleküle DNA, RNA und Proteine sowie  der Ablauf von Translation, Transkription, Replikation uvm.

3. Die Sanger Sequenziermethode:
In diesem Abschnitt lernt der Benutzer die Kettenabbruch Methode nach Frederik Sanger kennen.

4. Der Automated Laser Fluorescence Express Sequencer (ALFexpress):
Lernziel dieses Abschnittes ist der physikalische Aufbau, die Funktion und der richtige Umgang mit dem ALFexpress Sequenzier Gerät.

5. Das Multimedia Glossar:
Das unfangreiche Glossar bietet die Mögchkeit über Stichwortsuche auf die diversen Lerninhalte zuzugreifen.

Screenshots (Anklicken für eine grössere Darstellung!) :
 

Abb.1: Interaktive Code-Sonne	Abb.2: Sequenziergelelektrophorese
Abb.3: ALFexpress Sequenzierer	Abb.4: ViSeL Glossar

Die Simulationsumgebung - Das Virtuelle Labor
 
 

Abb.5: Abschätzen der DNA Menge - auf Video oder virtuell

Abb.6: Ergebnis der DNA Sequenzierung

Betrachten wir den menschlichen Lernprozeß in erster Linie als aktive Auseinandersetzung des Individuums mit seiner Umwelt, dann können Simulationsumgebungen als ein effektives Medium zum Wissenserwerb eingesetzt werden. Das virtuelle Labor ermöglicht es dem Anwender, den komplexen Verlauf einer DNA Sequenzierung auf realitätsnahe Art und Weise in allen Einzelheiten durchzuführen. Innerhalb dieser simulierten Laborwelt bekommt der Lerner einen Einblick in die reale Welt der Laborarbeit, indem er mit typischen Laborgeräten und Gegenständen hantiert. Mittels einfacher Drag&Drop Mausinteraktion hat der Anwender die Möglichkeit die auf dem Bildschirm abgebildeten Gegenstände zu manipulieren und deren Funktionalität zu erforschen. Zusätzlich veranschaulichen eine Reihe von Videoclips den Arbeitsverlauf in der tatsächlichen Laborwelt. Die Systemantworten, die den Anwender über die Qualität seiner Aktionen informieren sollen, werden textuell sowie audiovisuell unterstützt. Das regelbasierte Simulationssystem ermöglicht es dem Benutzer sich explorativ und/oder instruktiv dem Sachverhalt zu nähern.

Die virtuelle Laborumgebung ist in drei Arbeitsbereiche unterteilt:

1. Bereich der Isolierung: Dieser Laborabschnitt betrachtet den Arbeitsverlauf zur Extraktion der DNA aus der Zelle.
2. Bereich der Aufbereitung: Dieser Laborabschnitt betrachtet den Arbeitsverlauf zur chemischen Aufbereitung der DNA hin zum sequenziertauglichen Molekül.
3. Bereich der Sequenzierung: Dieser Laborabschnitt betrachtet den Arbeitsverlauf zur Sequenzanalyse der aufbereiteten DNA mittels dem ALFexpress Sequenzier System.

Die ViSeL Software bietet eine Reihe innovativer Aspekte

ViSeL vereint eine multimedial unterstützte Ausbildung im Bereich der molekularen Genetik mit der Instruktion konkreter Handhabung technischer Laborgeräte.

Bekannte Interaktionsparadigmen aus der Computerunterhaltungsbranche (Videospiele) werden zur Durchführung der Experimente im Virtuellen Labor herangezogen.

ViSeL ist als Hybridanwendung  konzipiert und nutzt zusätzlich die Ressourcen des WWW. Lernzielkontrollen, Aufgabensammlungen und Diskussionsforen werden via Internet aktuell abrufbar.

Perspekiven

Laborexperimente im Bereich der Biologie und Chemie stellen in bezug auf Reagenzien und Apparaturen einen enormen Kosten- und Umweltbelastungsfaktor dar. Darüber hinaus kommt es durch unsachgemäße Handhabung der teils hochgiftigen Substanzen und der komplexen Geräte immer wieder zu schweren Arbeitsunfällen. Eine konsequente Lösung dieser Probleme kann eine virtuelle Laborumgebung wie das genbiologische Lernlabor leisten. Dabei können global Ressourcen finanzieller, ökologischer und personeller Art eingespart werden. Nicht zuletzt dürften Lehrmittel dieser Art auch für Hersteller komplexer Laborgeräte interessant sein. Langfristig betrachten wir ViSeL als einen Schritt zur systematischen Konstruktion von Lernlaboratorien für unterschiedliche Anwendungsbereiche.

Feldtestergebnisse

Die diversen Testphasen des Programms haben gezeigt, dass sich ViSeL durch eine einfache und intuitive Interaktion auszeichnet.
Die grafische Gestalltung ist sehr aufwendig und ansprechend. Die Reaktionen der KursteilnehmerInnen waren durchweg positiv. 100% der Befragten würden das Programm weiterempfehlen.

Förderung:

Von  September 1997 - Oktober 1999  wurde das ViSeL Projekt durch das Kompetenznetzwerk Universitätsverbund Multimedia NRW gefördert.

Auszeichnungen und Preise

Der ViSeL-Projektentwurf wurde 1995 mit einem Förderpreis auf der LEARNTEC 95 in Karlsruhe prämiert.

Im Oktober 1996 wurde das virtuelle Lernlabor im Rahmen des Europäischen Jahres des lebensbegleitenden Lernens für die Teilnahme am europäischen Multimedia Wettbewerb nominiert und als eines der 5 besten bundesdeutschen Programme ausgezeichnet.

ViSeL ist im Rahmen des GenBiLL-Projektes (Generische Biochemische Lern-Laboratorien) Finalist im European Academic Software Award (EASA) 2000 Wettbewerb.

ViSeL-Systemvoraussetzungen

IBM kompatibler PC,
Min. Pentium 133
32 MB Hauptspeicher
Windows 9x/2000/NT
Min. 16x CDROM Laufwerk
SVGA - 1024x768 Bildpunkte, 16 Bit Farbtiefe
16 Bit Soundkarte, Soundblaster kompatibel.

Demoversion und Bezugsmöglichkeiten

ViSeL erscheint in der Reihe Logisch-Lernsysteme.

Die ViSeL-Demoversion gibt es hier!

Detaillierte Informationen zu den ViSeL-Bezugsmöglichkeiten finden sich hier!

Dieter Lorenz, Robert Giegerich, Chris Schleiermacher
Universität Bielefeld, AG Praktische Informatik,
Postfach 100131, D-33501 Bielefeld

info@logisch-lernsysteme.de

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