3. Zielsetzung
4. Teilprojekte

V ereinzelt wird heute nicht nur Software für die wissenschaftliche Bearbeitung von Datensätzen angeboten, sondern auch Lehrsoftware, die allerdings weder von den modernen Möglichkeiten der Visualisierung noch der interaktiven Arbeit mit dem Computer Nutzen zieht. Vielfach wird bisher nur das statische Moment genutzt, so daß sozusagen Lehrbücher auf den Bildschirm übertragen und dem Studenten nicht durch Visualisierung weitergehende Bilder und Verständnis vermittelt werden.

I m Gegensatz dazu sind inzwischen an einigen Universitäten in Amerika Entwicklungen begonnen worden, die auch das Worldwide Web (WWW) einbeziehen und über die Möglichkeiten von Hypermedien neue Informationsmöglichkeiten z. B. in den Bereichen der Analytischen Chemie und Spektroskopie suchen (http://www.chem.vt.edu/chem-ed/vt-chem-ed.html(internet-link: "http://www.chem.vt.edu/chem-ed/vt-chem-ed.html") ).

I n diese Richtung gehen auch Entwicklungen, die in Zusammenarbeit zwischen dem FIZ Chemie und Kollegen Schubert von der Universität Paderborn durchgeführt worden sind und die exemplarisch versuchen, als computerunterstützte Lehre dem Studenten das Verständnis für komplexe Zusammenhänge bei Experimenten durch bewegte Bilder mit interaktiver Eingriffsmöglichkeit nahezubringen.

E ntsprechende Ansätze sind auch in Dresden zu finden, bei denen die Möglichkeit des Erarbeitens von Praktikumsausarbeitungen interaktiv über Netze erfolgreich eingeführt wurde. Auch in Magdeburg wurden für die Nebenfachausbildung mit dem Schwerpunkt "Chemische Thermodynamik" mikroskopische Vorstellungen über Teilchen und deren Wechselwirkung in die computerunterstützte Lehre eingebracht, um ein Verständnis für tiefergehende Beschreibung des makroskopischen Verhaltens von Systemen zu erleichtern. Insbesondere für die Modellierung technischer Systeme und Prozesse werden dabei die Möglichkeiten der Visualisierung genutzt.

A uch in Tübingen wird insbesondere in der Nebenfachausbildung angestrebt, den Betreuungsaufwand zu verringern, die Studenten im Kontakt mit dem Dozenten über E-Mail zeitlich nicht gebunden, Grundlagen der Spektroskopie und Thermodynamik erlangen zu lassen, damit über den Einsatz der Visualisierung auch den Nebenfachstudenten die erfahrungsgemäß sonst nur schwierig zu begreifenden Zusammenhänge der Spektroskopie verdeutlichen zu können. Darüberhinaus gewinnt in der Lehre im Wahlpflichtfach "Analytische Chemie" und dem entsprechenden Graduiertenkolleg auch der Einsatz von chemometrischen Verfahren immer mehr an Bedeutung. In diesem Zusammenhang wurde ein Demonstrationsprogramm zum Verstehen der Wirkungsweise verschiedener Typen von neuronalen Netzen entwickelt, das prädestiniert dafür ist, über Kommunikationsnetze auch anderen Nutzern zur Verfügung zu stehen.

A uch Verlage haben inzwischen die Bedeutung von Teachware für den Studenten erkannt und wollen nicht nur klassische Lehrbücher in elektronische Form übertragen, sondern auch versuchen, entwickelte Software zu vermarkten. Erste Ansätze sind dabei z. B. mit ALBERT des Springer-Verlages zu erkennen, aber auch der Verlag Spektrum der Wissenschaften plant, seine Lektorats- und Redaktionserfahrung in die Präsentation von Inhalten einzubringen und z. B. solche in einem eigenen WWW-Server zu installieren.

B ei den vorliegenden Aufgaben ist nicht daran gedacht, Manuskripte in elektronische Form zu übertragen, sondern die Möglichkeiten von WWW oder allgemein des Computers zielgerichtet dafür einzusetzen, statt statischer Darstellung auf dem Papier Prozesse dynamisch zu visualisieren. Dabei muß davon ausgegangen werden, daß im Augenblick in vielen Universitäten noch nicht die technischen Voraussetzungen gegeben sind, in den Hörsälen Netze für den computerunterstützten Unterricht zu nutzen. Darüberhinaus sind zahlreiche CIP-Pools, die vor Jahren erfreulicherweise für die Lehre eingerichtet wurden, inzwischen so veraltet, daß sie keinesfalls für die modernen Anforderungen von Internet ausreichen.

D ie geplanten Arbeiten zielen deswegen vor allem darauf hin, einen Fundus an Programmen zu schaffen, die gerade für die Nebenfachausbildung sowohl die computerunterstützte Vorlesung ermöglichen, als auch die Aufgaben in den Praktika mit zum Teil teuren Geräten in Simulationsmodelle zu verlagern. Dies ist insbesondere deswegen wichtig, weil in den letzten Jahren die Investitionsmittel insbesondere im spektroskopischen Bereich für teure Geräte drastisch gekürzt wurden und in vielen Instituten in den Praktika die zur Verfügung stehenden Apparaturen mehr und mehr veralten.

L eider lassen sich die meisten der von den USA kommenden Programme nicht direkt in die deutsche Lehre übertragen, da nur das Grundstudium den ersten Semestern in Deutschland ähnlich ist. Trotzdem können aus den in Amerika gesammelten Erfahrungen wertvolle Erkenntnisse für eine weitere Projektentwicklung gewonnen werden. Daher ist vorgesehen, zunächst auf den dort entwickelten Vorstellungen aufzubauen und in einer Evaluierungsphase die vorhandenen Bestände kritisch zu betrachten.

S icherlich wird die computerunterstützte Lehre in vielen Bereichen der Chemie große Bedeutung erlangen. Sie bietet insbesondere die Möglichkeit, daß nicht nur der Fachwissenschaftler, sondern auch ein Chemiedidaktiker sich an der Entwicklung beteiligen und deswegen das Angebot auf die Bedürfnisse des Hauptfach- und Nebenfachstudenten zugeschnitten werden kann. Es sollte in diesem Zusammenhang auch nicht die Lehrerweiterbildung vergessen werden, da schon viele Schulen Netzzugang haben und zu erwarten ist, daß die in Amerika übliche Nachschulung von Lehrern an den Colleges auch in die Deutsche Weiterbildungsidee Einzug hält.

B asierend auf schon begonnenen Entwicklungen sollen nach dieser Evaluierungsphase in Anlehnung an die Gegebenheiten und Erfahrungen einzelner am Projekt beteiligter Gruppen zunächst Schwerpunkte in den Bereichen der Meßtechnik, Thermodynamik, Spektroskopie und nicht zuletzt Chemometrie gesetzt werden. Diese Schwerpunkte sind aus den nachfolgenden Einzelaufstellungen ersichtlich. Wesentlich erscheint aber den Antragstellern, daß in diese Projekte Informatiker, Fachwissenschaftler, Didaktiker und nicht zuletzt Verlage integriert werden, um ein optimales Ergebnis erwarten zu lassen.

D as Ziel besteht darin, auf der Basis einfacher Vorstellungen über Teilchen und deren Wechselwirkungen das Verständnis für eine tiefergehende Beschreibung des makroskopischen Verhaltens von stofflichen Systemen zu erleichtern, das letztendlich für die Modellierung technischer Systeme und Prozesse benötigt wird. Als Zielgruppe der Bemühungen sollen über die Chemiker und die entsprechenden Nebenfächer hinaus auch technikbezogene Ausbildungsrichtung Lehrfächer angesprochen werden, die der Stoffwirtschaft im weitesten Sinne nahe stehen und denen solide Kenntnisse in der Chemie zu vermitteln sind.

I m Bereich der analytischen Chemie existiert ein umfangreicher Bedarf an Aus- und Weiterbildung. Zielstellung dieses Vorhabens ist es, Studenten die komplexen Zusammenhänge des analytisch-chemischen Prozesses von der Probennahme bis hin zur sachgemäßen Bewertung der Meßergebnisse zu verdeutlichen. Multimedia-Methoden bieten effektive Voraussetzungen, diese Aufgaben für ein breites Auditorium bis hin zur Weiterbildung zu bewältigen. Zielgruppe sind Studenten mit Haupt- und Nebenfachausbildung in Chemie. Erste Multimedia-Module für den Internet-Einsatz wurden 1995 an der TU Dresden im Praktikum "Instrumentelle Analytik" des Diplomstudienganges getestet. Aufbauend auf diesen Erfahrungen werden bis 1996 weitere analytisch orientierte Lehrveranstaltungen für das Rechnernetz komzipiert, soweit die vorhandene technische Ausstattung dies zuläßt. Schwerpunkte sind die Kontrolle der Wissensfortschritte seitens des Studenten, die mögliche zeitliche Straffung der Ausbildung im Verlauf des Semesters, die Bewertbarkeit der im Netzbetrieb bearbeiteten Aufgaben sowie die Verzahnung der bevorzugten Einsatzgebiete für die Multimedia-Systeme.

E rfahrungsgemäß haben Studenten große Schwierigkeiten mit der Polarisation von Molekülen, Anisotropie-Effekten und den Begriffen "Dispersion", "Streuung" und "Brechungsindex" sowie Beugung und Verhalten der Strahlung an Phasengrenzen. Schon primitive Versuche, die Wechselwirkung dynamisch aufzulösen, sind für den Studenten erfahrungsgemäß extrem hilfreich. Aus diesem Grunde soll für verschiedene Schwierigkeitsgrade das Erarbeiten dieser Wechselwirkungseffekte dem Studenten ermöglicht werden. Insbesondere ist auch daran gedacht, moderne Techniken der Analytischen Chemie, die auf der Totalreflexion und dem evaneszenten Feld beruhen, zu integrieren, da diese immer größere Bedeutung in modernen Anwendungen optischer Sensoren bekommen. Da diese Systeme als Teilgebiet der Analytik für die Prozeßkontrolle noch größere Bedeutung bekommen werden und auch Einzug in die Industrie halten, ergibt sich dabei sogar die Möglichkeit, in Nachschulungen den Mitarbeitern, die mit solchen Systemen arbeiten, Grundlagenwissen zu vermitteln und sich nicht nur auf die Ausbildung von Studenten zu beschränken. Gerade in der Industrie sind heute Qualitätssicherung und die statistische Bewertung von Meßdatensätzen sehr wesentliche Aspekte. Aus diesem Grunde wird schon längere Zeit in der Lehre auf chemometrische Grundlagen eingegangen. Dazu wird im Zusammenhang mit der Modellbildung Visualisierung unumgänglich. Auch das Verständnis neuronaler Netze beruht nicht auf Formeln, sondern auf den Möglichkeiten, dynamisch den Lernprozeß eines solchen Netzes nachzuvollziehen.

Internet-Links

http://www.chem.vt.edu/chem-ed/vt-chem-ed.html(http://www.chem.vt.edu/chem-ed/vt-chem-ed.html)