Innovative Lehre

Im Rahmen des BMBF-Projekts "teach4TU" werden an der TU Braunschweig innovative Lehr-Lern-Projekte gefördert. In unserem Innovationsprojekt soll das Modul „Quantenchemie 2“ des Bachelorstudiengangs Chemie zu einem „Computational Chemistry Research Lab“ umgestaltet werden. In diesem sollen die Studierenden im Sinne des forschenden Lernens einerseits die Kompetenzen zur Planung, Durchführung, Auswertung und Bewertung von Computersimulationen in der Chemie erwerben und andererseits dabei die selbstständige Durchführung eines Forschungsprojekts kennenlernen. Die Computerchemie ist für die konsequente Implementierung des forschenden Lernens in einem kompletten Modul des Bachelorstudiengangs Chemie besonders geeignet, da sich einerseits mit Computersimulationen zielgerichtet einzelne, klar definierte Forschungsfragen bearbeiten lassen und andererseits dabei ein planvolles Vorgehen sowie eine kritische Bewertung der Simulationsergebnisse erforderlich ist. Gleichzeitig nimmt im Zuge der Digitalisierung die Bedeutung von Simulationen in der Chemie rasant zu und es ist essentiell, die Studierenden bereits in einer frühen Phase des Studiums auf die damit verbundenen Herausforderungen vorzubereiten. Im Rahmen des Innovationsprojekts sollen für das Modul „Quantenchemie 2“ ein Seminar mit Blended Learning-Einheiten zur Erarbeitung der theoretischen Grundlagen, ein angeleitetes Computerpraktikum zur Anwendung der benötigten Simulationsmethoden sowie ein offenes Computerpraktikum zur Bearbeitung eines selbst gewählten und geplanten Simulationsprojekts entwickelt und durchgeführt werden.

Erfolgreiche innovative Lehr-Lern-Projekte können an der TU Braunschweig im Rahmen des "Transferprogramms" in andere Fachbereiche übertragen werden. Hier haben wir unser Lehr-Lernkonzept „Chemie^3D“, welches sich mit der Visualisierung komplexer dreidimensionaler Inhalte beschäftigte, in die Neurobiologie transferiert.

In der Neurobiologie sind dreidimensionale Darstellungen von Nervenzellen und neuronalen Netzwerken von zentraler Bedeutung für das Verständnis der neuronalen Kommunikation. Die Herausforderung für Lehrende und Studierende besteht hauptsächlich in der Übertragung von dreidimensionalen Inhalten in zweidimensionale Darstellungen beim Einsatz von traditionellen Medien. Um diese Hürde zu überwinden wurden im Rahmen des Lehr-Lernkonzepts „Tasthirn“ daher die im „in medias res“-Projekt Chemie^3D entwickelten didaktischen und technischen Konzepte in die Neurobiologie transferiert. Ein zentraler Ansatz ist die Verwendung eines 3D-Druckers um den Studierenden echte dreidimensionale Anschauungsobjekte zur Verfügung zu stellen. Im Rahmen der Simulation der Funktionsweise neuronaler Schaltkreise soll außerdem die Möglichkeit geschaffen werden, eine Virtual Reality-Brille zu verwenden, mit welcher die Studierenden die Inhalte in 3D erleben und interaktiv verändern können.

Im Rahmen des Förderprogramms "in medias res" haben wir ein innovatives Lehrkonzept für die Verwendung eines 3D-Druckers und einer Virtual-Reality-(VR-)Brille in unseren Vorlesungen und Übungen entwickelt.     

In der Chemie sind dreidimensionale Darstellungen von Molekülstrukturen und von Funktionen wie Potentialflächen oder Molekülorbitalen von zentraler Bedeutung. Die Herausforderung in der Lehre besteht hauptsächlich in der Übertragung von dreidimensionalen Inhalten in zweidimensionale Darstellungen beim Einsatz von traditionellen Medien. Dies stellt nicht nur für die Lehrenden, sondern vor allem für viele Studierende eine wesentliche Hürde beim Verstehen und Begreifen der Lehrinhalte dar. Im Rahmen unserer Lehrveranstaltung Computerchemie werden daher zwei neue technische Ansätze eingesetzt um diese Hürde zu überwinden: 

• Das Begreifen von dreidimensionalen Inhalten durch „Erfühlen“, d.h. echte Gegenstände, die man in der Hand halten kann. So können z.B. Moleküle mitsamt Orbitalen oder Potentialflächen mit Hilfe eines 3D-Druckers erstellt und allen Studierenden zum „Begreifen“ zur Verfügung gestellt werden.
• Das Erleben von Inhalten durch interaktive dreidimensionale Darstellungsformen wie einer sog. virtuellen Realität (VR). Hier wird die Dreidimensionalität durch technische Lösungen simuliert (vgl. 3D im Kino) und es ergibt sich die Möglichkeit die Inhalte interaktiv zu betrachten und zu verändern.  

Die in diesem Projekt entwickelten Konzepte lassen sich in weitere Lehrveranstaltungen in den chemischen Studiengängen der Lebenswissenschaften übertragen. Ziel unseres Projektes Chemie^3D war es, den Studierenden die Möglichkeit zu geben sich abseits der traditionellen Methoden ein dreidimensionales Bild der behandelten Aspekte zu machen. Die Studierenden schulen dabei ihr räumliches Vorstellungsvermögen indem Sie die verschiedenen Darstellungsmöglichkeiten direkt miteinander vergleichen und selbst erleben können.