Physikalische Chemie visuell und interaktiv

Abstract

Das traditionelle Lehrszenario für die Einführung der Studierenden in die Physikalische Chemie ist stark auf mathematische Grundlagen und quantitative Rechnungen fokussiert. Ziel ist es, die entsprechenden Naturgesetze und Physikalisch-Chemischen Grundlagen für die Studierenden in formaler Struktur zu erläutern und verständlich zu machen. Dies erfordert gute mathematische Kenntnisse und ist nicht für alle Studierenden gleichermassen verständlich.

Das neue Lehrkonzept sieht den Unterricht auf zwei Niveaus vor:

1. ein qualitatives Verständnis und eine bildliche Vorstellung des Lehrstoffes;
2. die formale, mathematische Beschreibung des Lehrstoffes und quantitative Rechnungen. Das Lehrkonzept soll den Studierenden helfen, ein gutes Verständnis der betrachteten Naturgesetze zu entwickeln, bevor sie die formale mathematische Beschreibung erlernen. Somit wird den Studierenden die Möglichkeit gegeben, in der Lehrveranstaltung ein fundiertes, qualitatives Verständnis zu erwerben, und gleichzeitig kann das generelle Niveau hochgehalten werden. Dafür werden folgende innovative, IT-basierte Lehrinstrumente eingesetzt:

1. Interaktive und animierte Modelle. Statische Skizzen und Abbildungen, die betrachtete Zusammenhänge illustrieren, werden durch dynamische Modelle ergänzt, die das Verhalten von komplexen Systemen sichtbar machen. Interaktive Modelle zeigen, wie sich z.B. der Verlauf einer Kurve, die einer Gleichung entspricht, bei der Variation einzelner Parameter ändert. Animierte Modelle zeigen, wie sich z.B. eine Messgrösse in Abhängigkeit verschiedener Parameter (z. B. Zeit, Temperatur, Reaktionsfortschritt) ändert.
2. Rechnen-Tools. Von den Dozierenden vorprogrammierte Rechner, welche gemäss einer bestimmten Gleichung einen Wert aus gegebenen Parametern ausrechnen, werden zur Kontrolle der eigenen Berechnungen für die Studierenden bereitgestellt.

Zusätzlich werden gewisse Themen, die während einer einzelnen Vorlesung schwer nachvollziehbar sind (z. B. mathematische Herleitungen), als zusätzliche Module konzipiert. LiveVoting zu Beginn der Vorlesungen soll ein schnelles Feedback über die Verständlichkeit der letzten Lehrveranstaltungen geben. Das wöchentliche Quiz zu aktuellen (Lehr-) Themen, die sich auf qualitative Fragen und einfache «Rechnungen ohne Rechner» konzentrieren, werden zur Selbstkontrolle der Studierenden und für die Prüfungsvorbereitung angeboten.