Dynamische Arbeitsblätter mit 3D-Molekülen

Veröffentlicht am 14.01.2008

Molekülbetrachter ermöglichen Visualisierungen von Molekülstrukturen und -eigenschaften, die in ihrer Anschaulichkeit und Dynamik mit traditionellen Materialien nicht realisierbar sind. Die Einbettung der 3D-Moleküle in so genannte dynamische Arbeitsblätter eröffnet zudem neue Wege des Lehrens und Lernens.

Moleküldatenbanken & Applets - nur bedingt unterrichtstauglich

Aspirin-Molekül mit Jmol-Menü
+"Nacktes" Jmol-Applet

Im Internet stehen umfangreiche Moleküldatenbanken mit Datensätzen - vom simplen Kohlenmonoxid bis hin zu komplexen Proteinstrukturen - zur Verfügung, die mit Jmol visualisierbar sind. Sie machen geometrische, chemische und biologische Eigenschaften von Molekülen im Browser "begreifbar". Das Problem dabei ist, dass die Applets meist als eigenständige Anwendungen über das komplexe Jmol-Menü gesteuert werden müssen. Abb. 1 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt ein Aspirin-Molekül mit aufgeklapptem Jmol-Menü. Die Vielzahl der Optionen sowie die englischsprachige Menüführung überfordern viele Lehrkräfte und insbesondere Lernende. Ist man im Umgang mit Jmol nicht sehr versiert, "klickt man herum" und "verzettelt" sich schnell. Solche "nackten" Applets sind daher allenfalls für die Präsentation per Beamer durch die Lehrperson geeignet, nicht jedoch für die selbstständige und effektive Bearbeitung durch Schülerinnen und Schüler.

Besser: Dynamische Arbeitsblätter mit 3D-Molekülen

Screenshot eines dynamischen  Arbeitsblatts zur ATP-Synthase
+Dynamisches Arbeitsblatt

Abb. 2 zeigt einen Screenshot aus einem Arbeitsblatt der Unterrichtseinheit zur ATP-Synthase. Dabei wurden bewährte Konzepte aufgegriffen, die am Institut für Mathematik und ihre Didaktik der Universität Bayreuth entwickelt wurden:

  • Lernen als individueller, aktiver und sozialer Prozess

    Der Einsatz dynamischer Arbeitsblätter bietet einen Rahmen, in dem Schülerinnen und Schüler sich eigenständig mit Problemstellungen und Arbeitsaufträgen auseinandersetzen können. So organisiertes Lernen wird zu einem aktiven Prozess. In einem zweiten Schritt werden dann diese Erfahrungen und erworbenen Kenntnisse mit einer Mitschülerin oder einem Mitschüler ausgetauscht. Lernen wird dabei zu einem sozialen Prozess, in dem Verständnisfehler geklärt, Probleme gemeinsam bewältigt und weiterführende Ideen entwickelt werden können. Lernen und Handeln sind eng miteinander verknüpft.
  • Dokumentation als unverzichtbares Element

    Eine unverzichtbare Grundlage für eine vertiefte Auseinandersetzung mit dem Lerngegenstand liegt in der schriftlichen Dokumentation des individuellen Lernweges. In der Aufforderung, Beobachtungen, Hypothesen und Ergebnisse schriftlich festzuhalten, verlangsamt sich der Prozess des "Durchklickens". Es ermöglicht den Lernenden, ihre Ergebnisse noch einmal zu überdenken und gegebenenfalls zu korrigieren. Experimentell entdeckendes Lernen am Computer und Dokumentation im Schülerheft oder Lerntagebuch bilden so eine Einheit.

Mehrwert für den Unterricht

Eigenständiges Lernen fördern

Dynamische Arbeitsblätter mit 3D-Molekülen erlauben eine eigenständige und intuitive Auseinandersetzung der Schülerinnen und Schüler mit der Struktur und - im Fall von Biomolekülen - der Funktion der untersuchten Substanzen. Im Rahmen der Schulzeitverkürzung nimmt das Selbstlernen einen immer höheren Stellenwert ein. Der Bedarf an geeigneten Medien steigt. Alternativ zur Bearbeitung im Regelunterricht können die Lernenden die Materialien in schulischen Selbstlernzentren, aber auch zu Hause nutzen. Dynamische Arbeitsblätter sind somit eine wichtiges Medium zur geforderten Förderung des eigenständigen Lernens.

Das Problem mit der räumlichen Vorstellung

Insbesondere Schülerinnen und Schüler mit einem weniger ausgeprägten räumlichen Vorstellungsvermögen haben Probleme, wenn es darum geht, sich Strukturen aus zweidimensionalen Abbildungen oder den Fischer-Projektionen eines klassischen Tafelbildes zu erschließen. Dynamische Arbeitsblätter mit 3D-Molekülen entschärfen Schwächen im räumlichen Vorstellungsvermögen und ermöglichen "selbstständige Entdeckungsreisen". Die Möglichkeit, digitale Molekülmodelle am Bildschirm beliebig drehen und wenden zu können, den Grad der Übersichtlichkeit durch Ausblenden oder Hervorheben bestimmter Strukturelemente zu variieren, erleichtert den Schülerinnen und Schülern das "räumliche Lesen" komplexer Strukturen enorm.

Literatur

  • Nolte, Matthias

    Virtueller Chemieunterricht - Einsatz von dynamischen Folien und Arbeitsblättern, Friedrich Verlag, Unterricht Chemie 20 (2009) Nr. 110, Seite 94-95

Dr. André Diesel ist Diplom-Biologe und Fachredakteur für Naturwissenschaften, Mathematik und Geographie bei Lehrer-Online.


Kommentare zu diesem Artikel

Keine Kommentare gefunden!

Bitte melden Sie sich an, um einen Kommentar zu schreiben.

Avatar Dr. Matthias Nolte

studierte an der Universität zu Köln Biologie und Chemie auf Lehramt (Sek I und II) und promovierte 2005 in Anorganischer Chemie. Seit Sommer 2007 unterrichtet er Biologie, Chemie und Physik an der Erzbischöflichen Marienschule in Leverkusen-Opladen.

weitere Beiträge des Autors

Frei nutzbares Material
Die von Lehrer-Online angebotenen Materialien können frei für den Unterricht genutzt und an die eigene Zielgruppe angepasst werden.

50% Rabatt auf alle Produkte von "Jugend und Bildung" sichern!

Registrieren Sie sich noch heute als Premium-Mitglied und nutzen Sie den Preisvorteil!