b Wer etwas über Chemie lernen will, muss sich ein abstraktes, für das Auge unsichtbares Bild der mo-lekularen Welt machen können und gleichzeitig experimentelle Fä-higkeiten entwickeln. Dies ist für viele Studierende eine Hürde.1) Da-durch kommt es zu Problemen bei Laborexperimenten:• zu lange Bearbeitungszeit, da

den Studierenden Grundlagen wie Aufbau und Durchführung des Experiments vorher nicht ausreichend klar sind,

• fehlerhafte Versuchsdurchfüh-rung, da die Studierenden zum Beispiel den Einfluss von Ver-suchsbedingungen wie Tempe-ratur und Druck auf die Messer-gebnisse nicht genügend ver-standen haben.

Inwieweit können E-Learning-ge-stützte Methoden (computerbasier-tes Lernen, computer-aided lear-ning, CAL) Laborpraktika erleich-tern?

Computergestütztes Lernen

b Seit über zehn Jahren setzt die Chemieausbildung computerba-siertes Lernen ein,2) das auch in Verbindung mit Laborpraktika Vor-teile verspricht.3) Die Bandbreite reicht von der multimedialen Prak-tikumsvorbereitung4–6) (beispiels-weise mit Videos) bis hin zu Prakti-ka mit Versuchen im virtuellen Raum.7)

Die bisherigen Ergebnisse der multimedialen Vorbereitung deu-ten einerseits darauf hin, dass sie sowohl die Effizienz als auch die Effektivität der praktischen Arbeit erhöht: Versuche werden schneller bearbeitet, und es passieren weni-ger Fehler.8–10) Andererseits gibt es Hinweise darauf, dass der volle Ef-fekt von CAL nur dann eintritt, wenn die Studenten beispielsweise zu Eingangstestaten verpflichtet sind. Die gleichen Untersuchungen deuten außerdem darauf hin, dass eine multimedial gestützte virtuelle Praktikumsvorbereitung die pa-pierskriptbasierte Vorbereitung auf das Praktikum zwar gut ergänzt, aber nicht ersetzt.11)

Die Hochschule Fresenius nutzt die elektronische Lernplattform Ili-as. Darauf aufbauend entstand eine virtuelle Praktikumsvorbereitung mit integriertem Test, die im physi-kalisch-chemischen Praktikum ge-nutzt wird.

Grenzen der traditionellen Praktikumsvorbereitung

b Die traditionelle Praktikums-vorbereitung mit Papierskripten (Abbildung 1, oben) empfanden weder Studierende noch Dozenten als ausreichend. Zum einen ist die abstrakte Darstellung von Ver-suchsaufbauten (z. B. durch Ver-suchsskizzen) für Studierende un-terer Semester nur schwer zu erfas-sen. Obwohl Versuchsskizzen in der wissenschaftlichen Fachwelt gängig sind, müssen Anfänger erst noch an diese Darstellungsweise herangeführt werden. Zum ande-ren fehlt eine Visualisierung des Versuchsablaufs, da die Durchfüh-rung nur in einem Text beschrie-ben werden kann – man sieht nicht, was passiert.

Für den Dozenten bedeutete die traditionelle Praktikumsvorberei-tung einen hohen Arbeitsaufwand bei nicht ausreichender Leistungs-kontrolle. Das Praktikum wurde anhand eines Rollplans abgearbei-tet, so dass der Dozent jede Woche die Grundlagen zu allen durchge-führten Versuchen den jeweiligen Gruppen erläutern musste. Da-durch fehlte die Zeit, den Lerner-folg zu kontrollieren, z. B. in Form von Eingangstestaten. Ferner war es dem Dozenten nicht möglich, ei-ne differenzierte Lehre zu gestal-ten: Lernschwache Studenten

Thorsten Daubenfeld et al.

Computergestützte Vorbereitung mit Videos und elektronischen Tests sowie die Arbeit im Labor

verknüpfen Theorie und Praxis. Die experimentellen Fähigkeiten Lernender verbessern sich damit.

Der nachhaltige Lernerfolg lässt die Studierenden weiter in die molekulare Welt vordringen.

E-Learning als integraler Baustein von Laborpraktika

BChemie und ComputerV

VV Die Vorbereitung auf Praktika mit papierbasier-

ten Skripten ist heute nicht mehr ausreichend.

VV Eine Kombination aus E-Learning und elektroni-

schem Test als Lernkontrolle hat sich für die Vor-

bereitung von Praktika bewährt.

VV Die virtuelle Praktikumsvorbereitung ist grund-

sätzlich auf alle Laborpraktika in der Chemie

übertragbar.

b QUERGELESEN

Nachrichten aus der Chemie| 60 | September 2012 | www.gdch.de/nachrichten

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konnte er auf Grund der fehlenden Zeit nicht frühzeitig erkennen und entsprechend fördern. Und für leis-tungsstärkere Studierende blieb dem Dozenten zu wenig Zeit, um anspruchsvollere Fragen zu disku-tieren.

Virtuelle Praktikumsvorbereitung

b Das neue Konzept ersetzt die traditionelle Vorbereitung auf das Praktikum durch eine E-Learning-basierte Vorbereitung mit integrier-tem elektronischen Test als Ein-gangstestat (Abbildung 1, unten).

Die Studierenden bereiten sich nun mit unterschiedlichen Medien praxisnah auf die Versuche vor. Vi-deos zeigen Aufbau und Durchfüh-rung der Experimente. Lernmodu-le und Animationen illustrieren komplexe Sachverhalte und erläu-tern abstrakte Darstellungsweisen Schritt für Schritt. Weblinks zu weiterführenden Themen ergänzen die Medien. Diese Methodik diffe-renziert besser nach unterschiedli-chen Lerntypen wie auditiv oder visuell. Andere Studien identifizier-ten dies als wichtigen Bestandteil einer nachhaltigen Lehre.6)

Die Vorbereitung auf das Prakti-kum wird ergänzt durch einen obli-gatorischen elektronischen Test. Er stellt als Lernkontrolle sicher, dass sich die Studierenden im Vorfeld des Praktikums ausreichend mit dem Versuch beschäftigt haben. Jeder Test besteht aus zehn Fragen, die sich mit Themen des Versuchsaufbaus und der Durchführung befassen.

Alle der über 20 Versuche aus dem physikalisch-chemischen Prak-tikum zu Rheologie, Thermoche-mie, Phasengleichgewichten, Reak-tionskinetik und Elektrochemie hat die Hochschule Fresenius auf das neue Konzept umgestellt. Die virtu-elle Praktikumsvorbereitung ver-besserte für Studierende und Do-zenten die Situation im Labor: Die Studierenden führen die Versuche selbstständiger durch und sind schneller in der Lage, einen Versuch eigenständig aufzubauen und durchzuführen. Dadurch ist kein langes Warten auf eine Einweisung

vom Dozenten mehr erforderlich. Der Dozent kann nun gezielter und individueller betreuen.

Positive Rückmeldung

b Wie nehmen Studierende das neue Konzept wahr? In einer Um-frage empfanden Bachelor-Studie-rende der Wirtschaftschemie und angewandten Chemie die virtuelle Praktikumsvorbereitung positiv. Auf einer Notenskala von 1 bis 5 bewerteten sie das E-Learning mit einer Durchschnittsnote von 1,8. Das Material sahen sie als eine gute Ergänzung – aber nicht als Ersatz – für das Skript (Abbildung 2). Die-ses Ergebnis deckt sich mit den Re-sultaten anderer Arbeitsgruppen.11)

Vor allem die Videos zu den Ver-suchen wurden sehr gut bewertet, da sie den dynamischen Prozess der Versuchsdurchführung abbil-den. Die Studierenden nutzten das Material vor allem zum Selbststudi-um – ebenfalls angebotene Kom-munikationsinstrumente wie ein Forum schätzten sie weniger (Ab-bildung 3, S. 886). Dieses Ergebnis ist nicht überraschend, da alle Be-fragten Vollzeitstudierende waren, die sich durch den täglichen per-sönlichen Kontakt direkt austau-schen konnten.

Das Konzept ist auf andere La-borpraktika übertragbar. Vor allem für Praktika mit Rollplan bietet es eine Alternative zur traditionellen Praktikumsvorbereitung. Darüber

Lernkontrolle Vorbereitung Praktikum

Papierbasiertes Skript Keine Lernkontrolle

Traditionell

E-Learning

Experiment im Labor

E-Learning

Videos Lernmodule Weblinks Animationen PDF-Skript

Elektronischer Test

Obligatorischer Test auf E-Learning-Plattform als Zugangsvoraussetzung für das Praktikum

Virtuelle Praktikumsvorbereitung (Ilias)

Abb. 1. Traditionelle Praktikumsvorbereitung (oben) und E-Learning-basiertes Konzept.

Inwiefern stimmen Sie den folgenden Aussagen zu?

Mit Hilfe des Online-Lernmaterials konnte ich mich

gut auf meine Versuche vorbereiten

Ein reines Papier-Skript hätte zur Vorbereitung vollkommen

ausgereicht

Das Papier-basierte Skript wird durch das Online-Lernmaterial

überflüssig

Durch die Videos wusste ich im Praktikum genau,

was ich zu tun hatte

Stimme voll zu

Stimme nicht zu

Abb. 2. Eine Umfrage unter Studierenden bestätigt die virtuelle Praktikumsvorbereitung als

gute Ergänzung zum papierbasierten Skript.

Nachrichten aus der Chemie| 60 | September 2012 | www.gdch.de/nachrichten

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hinaus sollte es aber für jedes La-borpraktikum einsetzbar sein.

Der wichtigste Vorteil besteht darin, dass durch die ganzheitliche Verknüpfung von Theorie (in der virtuellen Vorbereitung) und Pra-xis (im Labor) ein nachhaltiger Lernerfolg am Ende der Praxispha-se realisiert wird. Damit können die Studierenden durch die Verbes-serung ihrer experimentellen Fä-higkeiten ein Stück weiter in die molekulare Welt eindringen.

Thorsten Daubenfeld, Jahrgang 1977, ist

Professor für Physikalische Chemie und Stu -

diendekan für Wirtschaftschemie an der

Hochschule Fresenius in Idstein. Er arbeitet

vor allem an der Entwicklung moderner

Lehrmethoden mit E-Learning-Elementen.

daubenfeld@hs-fresenius.de

Sarah Duchmann, Christoph Gerke, Sascha

Münster-Müller, Sebastian Perner, Melanie

Schoppet und Marco Tischer studieren im

Studiengang „Internationaler Bachelor Ange-

wandte Chemie“ an der Hochschule Fresenius.

Sie waren maßgeblich an der Umsetzung des

Projekts „Virtuelle Praktikumsvorbereitung“

beteiligt.

Quellen und Literatur

1) M. B. Nakleh, J. Chem. Educ. 1992, 69,

191–196.

2) R. J. Lancashire, Anal. Chim. Acta 2000,

420, 239–244.

3) H. P. Lee, Int. J. Mech. Eng. Educ. 2002,

30, 307–314.

4) J. N. Craddock, L. R. Chevalier, Int. J. Eng.

Educ. 2002, 18, 725–731.

5) D. J. Adams, „Current Trends in Laborato-

ry Class Teaching in University Bioscience

Programmes “ in: Bioscience Education

2009, vol 13. www.bioscience.heacade

my.ac.uk/journal/vol13/beej-13–3.aspx

6) D. A. Patterson, Educ. Chem. Eng. 2011,

6, e10-e30.

7) Z. Tatli, A. Ayas, Procedia – Social and

Behavioral Sciences 2010, 9, 938–942.

8) S. Gibbins, M. H. Sosabowski, J. Cunning-

ham, Biochem. Mol. Biol. Educ. 2003, 31,

352–355.

9) A. Burewicz, N. Miranowicz, Chem. Educ.

Res. Pract. 2006, 7, 1–12.

10) N. Rutten, W. R. van Joolingen, J. T. van

der Veen, Computers & Education 2012,

58, 136–153.

11) B. Dalgarno, A. G. Bishop, W. Adlong,

D. R. Bedgood Jr., Computers & Education

2009, 53, 853–865.

Abb. 3. Videos sind zur virtuellen Praktikumsvorbereitung besonders beliebt.

Simulieren auf fremden Rechnern

b Die Initiative zur molekularen Simulationsrechnung (Molecular Simulation Grid, Mosgrid) infor-miert im September und Oktober über verteiltes Rechnen mit dem Mosgrid-Portal. Die Mosgrid-Ini-tiative nutzt für Molekülsimula-tionen die Infrastruktur des D-Grid, das Hochleistungsrechnen gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung er-möglicht. Das Mosgrid-Portal bie-tet Simulationsmöglichkeiten zur Quantenchemie, Moleküldynamik und zum Docking. Mosgrid-Mee-tings gibt es am • 24. September in Dortmund, • 25. September in Tübingen, • 8. Oktober in Köln, • 9. Oktober in Dresden und am • 17. Oktober in München.www.mosgrid.de

Substituieren leicht gemacht

b Unternehmen, die gefährliche Stoffe in ihren Produkten ersetzen wollen oder müssen, bietet die Webseite subsport.eu Fallbeispiele zum Substitutionsprozess. Linklis-ten verweisen auf Seiten, die hel-fen, gefährliche Eigenschaften zu identifizieren sowie Exposition und Risiko zu beurteilen, und die das betriebswirtschaftliche Ma-nagement unterstützen. Eine Da-tenbanksuche nach Stoffen, die in ihrer Verwendung beschränkt sind, führt durch internationale Vereinbarungen, EU-weit gültige Regelungen sowie Chemikalienlis-ten von Regierungen, Gewerk-schaften und Unternehmen. Die Datenbank enthält Beschreibun-gen der Listen und Links zu den Originalquellen.www.subsport.eu

Kristallstrukturdatenbank ICDS

b In der Kristallstrukturdaten-bank (Inorganic Crystal Structure Database, ICSD) stehen nun über 150 000 Datensätze. Die Daten-bank produzieren das Fachinfor-mationszentrum FIZ Karlsruhe und das amerikanische Normungs-institut (National Institute for Standards and Technology, Nist) gemeinsam. Halbjährliche Updates mit ungefähr 7000 neuen Einträ-gen halten die Datenbank ebenso aktuell wie die jährlich etwa 5000 auf der Basis der neuesten Er-kenntnisse der wissenschaftlichen Forschung modifizierten Einträge. Die ICSD gibt es als integriertes Paket mit Such- und Analysesoft-ware für windowsbasierte Systeme sowie als webbasierte Lösungen für Internet und Intranet.www.fiz-karlsruhe.de

Kurz notiert

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