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Onlinebasierte Lehre in der Chemie

von Stefan Pietrusky und Katrin Schuhen

Das onlinebasierte Lern- und Lehrsystem Crosslinkedlab unterstützt Unterricht und Lehre in der Chemie. Die individuell anpassbare Software hilft Studenten, mit der heutigen Informationsfülle zurecht zu kommen. Eine neue Erweiterung macht unter anderem Reaktionsmechanismen leichter verständlich und vernetzt Theorie und Praxis naturwissenschaftlichen Arbeitens.

Onlinebasierte Lehre in der Chemie© lio - photocase.deOnlinebasierte Lern- und Lehrsysteme finden immer mehr Anwendung in der Chemie
Die Universität Koblenz-Landau arbeitet mit einem onlinebasierten Lehr- und Lernsystem, dem Crosslinkedlab (CLL). Es ist adaptiv, also individuell an Lernende und Lehrende anpassbar: den einen je nach Lerntyp und Lernfortschritt und den anderen nach Bedarf bei der Unterrichtsgestaltung. Das CLL berücksichtigt somit die sich verbessernden Fähigkeiten der Nutzer. Es setzt sich aus drei Hauptbestandteilen zusammen: dem mobilen Teledialog MTED, dem Modul Reaktionspfad MTED+ und dem elektronischen Laborjournal E-Lab.

Das Modul Reaktionspfad: MTED+

Mit MTED überprüfen Lehrende den Kenntnisstand der Lernenden. So sind etwa während des Unterrichts oder einer Vorlesung Abfragen des behandelten Stoffs möglich. Die Studierenden beantworten die vom Dozenten programmierten Fragen mit internetfähigen Smartphones, Netbooks oder Tablet-PCs.

Die domänenspezifische Anwendung MTED+, also das Modul Reaktionspfad innerhalb von MTED, soll Studierenden helfen, komplexe Zusammenhänge der organischen Chemie besser zu verstehen. Die Nutzer bauen über einen Internetzugang Reaktionsmechanismen Schritt für Schritt auf. Sie verstehen die Reaktion so besser, denn Schwierigkeiten beim Lernen treten vor allem deswegen auf, weil Mechanismen häufig als statische Abbildungen dargestellt werden. Ihnen ist die Animation überlegen, da Informationen - in diesem Fall einzelne Teilreaktionen - schrittweise hinzu kommen. Zudem lassen die meisten der im Internet zur Verfügung stehenden Abbildungen essenzielle Teilschritte innerhalb der Reaktion aus, obwohl sie für das Verständnis notwendig sind.

MTED+ zeigt den Mechanismus in Etappen. So sind Studierende zu keiner Zeit überfordert. Zudem nehmen Studierende eine aktive Rolle innerhalb des Lernprozesses ein, wenn sie Reaktionsmechanismen Schritt für Schritt aufbauen. Dozenten können anschließend mit MTED+ die Eingaben grafisch evaluieren (Heat-Map-Darstellung).

Das elektronische Laborjournal: E-Lab

Das elektronische Laborjournal E-Lab enthält die Funktionen Textverarbeitung, Molekülvisualisierung, Literaturrecherche, Kommunikation und analytische Auswertung von Laborversuchen. Es vernetzt die Anwender im Labor. Moleküle visualisiert das E-Lab mit Zeichenwerkzeugen, die auch Großunternehmen und Chemiker weltweit bei der Strukturanalyse chemischer Verbindungen nutzen. Diese Tools eignen sich aufgrund der einfachen Bedienung hervorragend für Schulen und Universitäten. Nutzer zeichnen Moleküle mit der Maus und betrachten sie mit dem 3-D-Viewer. Mit der allgemein in diesen Programmen integrierten Iupac-Nomenklatur können sie chemische Verbindungen benennen und korrekt wiedergeben.

Für die Literaturrecherche ist Basisliteratur als Praktikums-E-Book im elektronischen Laborjournal E-Lab hinterlegt. Um ein Experiment erfolgreich abzuschließen, durchlaufen die Studierenden angeleitet insgesamt acht aufeinander folgende Phasen von der Literatursuche bis zur Lernzielkontrolle. Dabei ist wie bei Computerspielen zunächst eine Ebene zu meistern, bevor es zur nächsten geht. Da es sich bei den einzelnen Bestandteilen des CLL um adaptive Systeme handelt, besteht auch hier für die Lehrenden die Möglichkeit, einzelne Ebenen zu deaktivieren, die Reihenfolge zu ändern und entsprechend des Kenntnisstands der Lerngruppe die Anforderungen jeder Ebene anzupassen. Lehrende können somit entscheiden, inwieweit sie die Durchführung des Experiments den Lernenden erschweren oder erleichtern.

Interaktive dynamische Lerninformationen

In einem Templatdesign stehen unterschiedliche Lernbereiche und Lernebenen quervernetzt und in einem direkten Bezug zueinander. So kann der Lernende entscheiden, in welcher Geschwindigkeit er Informationen erhält. Die einzelnen Elemente der Lerninhalte lassen sich auf unterschiedlichen Lernpfaden behandeln. Dadurch können Lehrende auf die Heterogenität innerhalb einer Lerngruppe reagieren. Lehrende und Lernende werden in kein starres Schema gezwungen, sondern organisieren und gestalten ihren Lernweg selbst. Sie können komplexe Vorgänge beliebig oft betrachten und analysieren.


Über die Autoren
Stefan Pietrusky ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der AG Organische und Ökologische Chemie. Als Absolvent des Master of Education in Chemie an der Universität Koblenz-Landau arbeitet er intensiv in der Lehr-/Lernlorschung und verbindet organisch-chemische Lernfelder mit neuen interaktiven Umgebungen.

Katrin Schuhen ist Juniorprofessorin am Institut für Umweltwissenschaften, AG Organische und Ökologische Chemie, Universität Koblenz-Landau. Sie promovierte im Jahr 2007 im Arbeitskreis Enders an der Universität Heidelberg und arbeitete von 2008 bis 2012 als Laborleiterin bei Basell Polyolefine in Frankfurt am Main.

Aus Nachrichten aus der Chemie» :: September 2014