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Multimedia in der Lehre der
Chemie
1. Grundgedanken
Um Ihren Chemie- Unterricht anschaulich zu gestalten, werden Sie neben
Ihren Experimenten Dias zeigen, einen Kurzfilm bzw. Videoausschnitt vorführen, eine Overheadfolie auflegen
oder einen Molekülbaukasten einsetzen. Diese Medien müssen Sie suchen, zusammenstellen und nach Gebrauch
wieder archivieren, mit anderen Worten, Sie benötigen eine geraume Zeit in Ihrem Unterrichtstag einzig um
diese Medien zu warten. Moderne Computertechnik macht es heute jedoch möglich, alle Informationen, sei es
Grafik, Text, Ton oder Animation, für deren Präsentation bisher mehrere Geräte erforderlich waren,
auf einer einzigen CD bereitzustellen und damit wesentlich effizienter als bisher zu arbeiten.
2. Neue didaktische Möglichkeiten
Eine praxisgerechte Multimedia- Software soll den Unterricht in dem
Sinne unterstützen, wie die bisherigen Medien eingesetzt wurden. Es bringt recht wenig, einen Video zu einem
Experiment auf CD zu brennen, welches die Schüler besser selbst im Praktikum durchführen. Eine Diasammlung
auf CDs zusammenzustellen mag schon für die Lehre nutzvoller sein, ist aber wenig innovativ. Die Möglichkeiten
der Multimedia-Techniken gehen weit über das Digitalisieren herkömmlicher Information hinaus und ermöglichen
neben einem Wechsel der Methodik auch neue Unterrichtsformen wie selbständige Schülerarbeit, sofern geeignete
Software vorhanden ist. Auch die Präsentation im Unterricht muss eine moderne Software ermöglichen. Deshalb
ist in der Chem- Serie jede Sequenz in einen oberen Teil, der für die Präsentation vor der Klasse geeignet
ist und in einen unteren Lernteil gegliedert. Die Grafikgröße im Präsentationsteil wurde so gewählt,
dass schon ein Video- Encoder, der das PC- Bild auf einen normalen Fernsehapparat überträgt, ausreicht.
Anhand der interaktiven Testseiten und Baukästen lässt sich durch "Learning by Doing" das jeweils
im vorangehenden Kapitel Erlernte vertiefen. Die Software wurde für Betriebssysteme und Netzwerke der Reihe
Windows 95, 98 und 2000 entwickelt, läuft aber auch unter NT sofern der Servicepack 4 oder höher installiert
ist.
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Abbildung 1a:
Mit den interaktiven Bildschirmbaukästen können Schüler in der ChemBond CD Elektronenanordnungen
von Atomen, ein Periodensystem, Energiediagramme u.a. am Bildschirm selbst zusammenstellen. |
3. Grundlagen der chemischen
Bindung
ChemBond geht den historischen Weg der Chemie, beginnt also mit der Atomidee von Demokrit um dann über
Dalton zu den Atomvorstellungen Thomsons zu gelangen. Nach einem Kapitel zu den atomaren Dimensionen werden die
für die Erweiterung der Atomkenntnisse entscheidenden Experimente von Arrhenius, Becquerel, Lenard und Rutherford
in Computeranimationen dargestellt und ausgewertet. Die Spektroskopie und die Bohr' schen Experimente führen
zum Schalenmodell des Atoms, das an Beispielen für Elektronenanordnungen von Elementen vorgeführt wird.
Dem Kapitel folgt, wie bei den CompuChem- CDs üblich, eine Testseite Frage und Antwortboxen und einem einblendbaren
PSE als Hilfestellung. Die erworbenen Kenntnisse werden dann auf die periodischen Gesetzmäßigkeiten
und auf die Ionenbindung übertragen. Der Kurs berücksichtigt sowohl die Hauptgruppen-, als auch die wichtigsten
Nebengruppenelemente. Die Kenntnisse werden in einer Übungsseite zusammengefasst, um dann in der folgenden
interaktiven Trainingsequenz Fertigkeiten beim Aufstellen von Reaktionsgleichungen zu erwerben. Den Abschluss der
CD bilden Animationen zum Born- Haber' schen Kreisprozess mit einer Zusammenschau aller relevanten Vorgänge
bei der Salzbildung. Wer noch nie Multimedia in seinem Unterricht eingesetzt hat, sollte mit dieser CD beginnen.
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Abbildung 1b:
Alle für das Verständnis
der histrischen Vorstellungen vom Atombau wichtigen Experimente wie Radioaktivität, Lichtbrechung, Elektrolyse
usw. werden in der ChemBond CD als interaktive Animationen vorgestellt.
Diese Aniationen können auch wie ein Kurzfilm im Frontal- Unterricht eingesetzt werden. |
4. Die Atombindung nach dem
Orbitalmodell
Die AtomBond CD bildet gewissermaßen
die Fortsetzung zu den in ChemBond beschriebenen Grundlagen der Atombindung. Zunächst werden anhand eines
wissenschaftsgeschichtlichen Rückblicks die Grundlagen für den Kurs geschaffen. Nach der Vorstellung
des Lewis- Konzept wird interaktiv das Aufstellen von Strukturformeln anhand eines einblendbaren PSE geübt.
Die Erkenntnisse von Max Planck, Albert Einstein und Lous de Broglie führen zum wellenmechanischen Atommodell.
Nach der filmartigen Präsentation der Grundlagen zur Wellenlehre werden alle Orbitalformen der, p, d, und
f- Elektronen vorgestellt. Die folgenden Hybridisierungen nach Linus Pauling sind ein schönes Beispiel dafür,
dass der Computer neue didaktische Möglichkeiten bietet. Eine Animation trägt hier mehr zum Verständnis
bei als viele Worte und Erklärungen.
Der zweite Teil der CD besteht aus Anwendungen des erworbenen Wissens
zum Orbitalmodell. Moleküleigenschaften wie Dipole oder exakte Bindungswinkel bzw. Bindungsverhältnisse
und Stoffeigenschaften werden in Animationen anhand für den Unterricht relevanter Moleküle erklärt.
Den Abschluss bildet ein Kapitel, in dem dargestellt wird, wie Linus Pauling zur Elektronegativität kam und
welche Bedeutung die Elektronegativität für die Moleküleigenschaften hat. Wie alle Kapitel wird
auch dieses durch eine Übungsseite abgeschlossen. Eine weiter Lehrhilfe sind die eingebauten Baukästen.
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Abbildung 2:
Der Ausschnitt aus der AtomBond CD zeigt das Ergebnis eines im Original stufenweise animierten Aufbaus einer Doppelbindung
nach dem Orbitalmodell.
Der obere Teil einer jeden Sequenz kann zur Präsentation vor der Klasse eingesetzt werden. Dazu lässt
sich die Animation an jeder Stelle anhalten. Der untere Abschnitt gehört zum interaktiven Lernteil für
den Einsatz der CD zur selbständigen Schülerarbeit. |
5. Organische Chemie
Die OrgaChem CD lebt, wie es bei diesem
Thema anbietet, von Molekülanimationen. Eingeleitet wird mit Beispielen zur Bedeutung der Organischen Chemie.
Trotz modernster Technik beschreitet die CD den klassischen didaktischen Weg und beginnt mit den der homologen
Reihe der Alkane, und deren Eigenschaften und Isomerie, sowie der Nomenklatur nach IUPAC. Bei den ungesättigten
Kohlenwasserstoffen wird die cis- trans- Isomerie eingeführt. Nach den Alkinen geht es weiter zu den Alkanolen
und deren physikalischen bzw. Eigenschaften.
Wenn Videoaufnahmen von Experimenten eingeblendet werden, wie z.B.
die Oxidation von Alkanolen (mit Kupferoxid), so sollen diese keineswegs das Unterrichts oder Praktikum- Experiment
ersetzen sondern das Experiment dem Schüler in Erinnerung bringen. Den Alkanolen deren Nomenklatur und Oxidation
folgen die Aldhyde wobei Fehling- bzw. Silberspiegel- Reaktion wieder als Video gezeigt werden. Mit den Carbonsäuren,
Fetten und Estern geht es weiter zu den Grundlagen der Biochemie. Aminosäuren, Peptide und das Miller- Experiment
ermöglichen auch den Einsatz dieser CD als Einführung in einen Biochemie- Kurs.
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Abbildung 3:
Zu den Grundlagen der Organischen Chemie, die in der OrgaChem CD dargestellt werden, gehört die Nomenklatur.
Im dargestellten Beispiel wird ein Alkan stufenweise mit der Bennennung nach IUPAC aufgebaut. Die Prinzipien werden
in einblendbaren Hilfe- Boxen erläutert. |
6. Reaktionsmechanismen
In der OrgaChem CD werden zwar alle Reaktionen mit ihren Molekülen
und Strukturformeln gezeigt, die Reaktionsmechanismen werden jedoch in der DynaChem CD
dargestellt. In der Einführung werden die für das Verständnis der Mechanismen wichtigen Grundlagen
zusammengestellt. Da auch hier wieder der klassische Weg eingehalten wird führt die Software als erstes in
die Reaktionen der Alkane wie Radikalische Substitution mit Kettenreaktion und Cracken ein. Alle Reaktionen werden
dual in Moleküldarstellung und Formeldarstellung gezeigt.
Da DynaChem wie alle CompuChem- CDs "Drag and Drop" beherrscht,
lassen sich mit den in der Software bereitgestellten Formel- oder Molekül- Grafiken durch einfaches Herüberziehen
mit der Maus in Microsoft Word schnell Arbeitsvorlagen für Schüler oder Studenten erstellen.
Nachdem die kompetitiven Reaktionen bei der Addition gezeigt wurden,
geht es zu den Mechanismen der Aldehyde mit Animationen zu: Hydration, Halbacetal- Bildung, Acetal- Bildung, Aldol-
Addition bzw. -Kondensation. Bei den Carbonsäuren wird, nachdem auf Struktur und Säurestärke eingegangen
wurde, der Mechanismus der Estersynthese gezeigt und mit einer Frage- und Antwortseite abgeschlossen. Den Abschluss
der CD bildet die Aromatische Chemie mit 16 Sequenzen zur Ladungsdichteverteilung in aromatischen Systemen und
den Mechanismen für Erst- bzw. Zweitsubstitutionen.
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Abbildung4:
Die Besonderheit der DynaChem CD, einer Software zur Lehre der Reaktionsmechanismen, liegt darin, dass die Abläufe
immer dual in Molekül- und Formeldarstellung animiert dargestellt werden.
Die Moleküle sind gemäß den Elektronegativitäten eingefärbt. Hierdurch wird die in den
mesomeren Grenzformeln gezeigte Ladungsverteilung auf einen Blick erkenntlich. |
Zusammenfassung
Die CDs bilden einen reichhaltigen Grundstock für die Lehre der
Chemie. Die programmtechnische Gestaltung ermöglich eine doppelte Nutzung als Präsentationssoftware im
herkömmlichen Unterricht wie eine animierte Overheadfolie, als auch zur selbständigen Schülerarbeit
im Computerlabor. Hilfe- und Aufgabenstellungen des Lehrers und ein begleitender Unterricht, möglichst mit
Praktika, sind jedoch unbedingt erforderlich um die Lernziele zu erreichen. Der Einsatz der Software zur Schülerarbeit
ist sowohl im Sinne einer motivierenden Vorbereitung, als Einstieg oder zur Wiederholung eines Themenkreises sinnvoll.
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