scheLM FG (Funktionelle Gruppen)
Ausgangssituation
Seit Juni 2019 sind ca. 150 Millionen organische Verbindungen bekannt. Auf Grund dieser enormen Vielfalt haben sich Chemiker schon sehr früh bemüht, chemische Strukturen zu klassifizieren und systematisch zu benennen. Hierzu hat die IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ein international anerkanntes System geschaffen.
Es liegt auf der Hand, dass der sichere Umgang mit diesem System zu den Grundkompetenzen für jeden Studierenden der Chemie gehört. In diesem System haben Kohlenwasserstoffe (Moleküle die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen) einen Namen. Hinzu kommen funktionelle Gruppen, die in Abb. 1 farbig hervorgehoben sind.
Zu jeder funktionellen Gruppe gehört ein Name, in rot Alkohol, in blau Keton und in magenta Carbonsäure. In komplexen Strukturen setzt sich der Name einer Verbindung aus dem Namen des Stammsystems und Vor- oder Nachsilben für die funktionellen Gruppen zusammen. Die Nachsilben für die gezeigten funtionellen Gruppen sind -ol (rot), -on (blau) bzw. –carbonsäure oder -säure (magenta). Die entsprechenden Vorsilben sind Hydroxy- (rot), Oxo- (blau) und Carboxy- (magenta). In komplexen Namen wird stets eine Nachsilbe (wichtigste funktionelle Gruppe), aber dann entsprechend mehrere Vorsilben verwendet. So heißt die oben gezeigte Verbindung 5-Hydroxy-4-oxoheptansäure.
Zielgruppe und Zielsetzung
Die oben genannten Kompetenzen sind für alle Studierenden, die sich mit Chemie auseinandersetzten, eine wichtige Voraussetzung. Dies gilt für die Studierenden mit dem Hauptfach Chemie (Biochemie, Chemie, Wirtschaftschemie), aber auch für Studierende mit der Chemie als Nebenfach (Biologie, Informatik, Medizin, Naturwissenschaft).
Allen diesen Studierenden wollen wir mit scheLM FG ein Werkzeug anbieten, um die erforderlichen Kompetenzen zu trainieren und zu erwerben.
Umsetzung
In Abb. 2 ist das Auswahlmenü von scheLM FG gezeigt. Im ersten Schritt kann ein Testmodus selektiert werden. Hier ist entweder Name, Vorsilbe oder Nachsilbe gegeben und die funktionelle Gruppe muss ergänzt werden, oder die funktionelle Gruppe ist gegeben und es muss der Name, die Vorsilbe oder die Nachsilbe ergänzt werden. Zusätzlich gibt es die Einstellung „zufällig“, bei dem jedes Beispiel im aktuellen Test einen anderen Modus hat.
Im nächsten Schritt können die Studierenden auswählen, wie viele Beispiele sie im aktuellen Test bearbeiten wollen. Im letzten Schritt wird der Datensatz ausgewählt. Dazu wird zunächst eine Lehrveranstaltung selektiert und dann mit Hilfe eines Radiobuttons das aktuelle Kapitel der Vorlesung ausgewählt. Der Test enthält dann Moleküle mit funktionellen Gruppen aus dem aktuellen Kapitel. Zusätzlich enthalten diese Moleküle funktionelle Gruppen aus früheren Kapiteln, um eine Wiederholung zu garantieren.
Abb. 3 zeigt ein Beispiel eines Tests. In zwei ausgegrauten Feldern steht der Name funktioneller Gruppen, tertiärer Alkohol und Thiol. In den Feldern darunter bzw. darüber kann dann die Lösung eingetragen werden. Hier ist bereits OH, bzw. SR eingetragen. In diesem Fall ist das Thiol ein Beispiel aus dem aktuellen Kapitel, der tertiäre Alkohol ist aus dem vorangegangenen Kapitel.
Im nächsten Schritt kann die Lösung überprüft werden. Richtige Lösungen werden HHU-blau markiert, falsche Lösungen werden rot markiert. Dieser rot-blau-Code ersetzt den näherliegenden rot-grün-Code, um auf rot-grün-Blinde Rücksicht zu nehmen. Ist Die Antwort falsch, ändert sich der Inhalt der Textbox. Hier wird SR gelöscht und durch R: SH – F: SR ersetzt. Dabei steht R: für die richtige Antwort und F: für die falsche, damit die Studierenden ihre eigene falsche Antwort sehen können.
Gleichzeitig mit der Überprüfung wird das nächste Beispiel eingeblendet. In Abb. 4 erkennt man, dass sich die Tabelle jetzt nach unter fortsetzt.
Bevor wir unser oben beschriebenes Testmodul erstellt haben, waren wir zunächst bestrebt, ein System zu entwickeln, das es uns erlaubt, schnell und effizient Beispiele zu entwickeln. Hierzu wird zunächst eine Abbildung ohne die Beschriftungen eingefügt. Hierzu wird entweder eine schon bestehende Abbildung wiederverwendet (Server durchsuchen), oder eine neue Abbildung hochgeladen(Computer durchsuchen).
Danach können funktionelle Gruppen eingefügt werden. Zunächst wählt man aus einem Auswahlfenster eine funktionelle Gruppe aus (hier Carbonsäureester) und wählt dann „Insert Label“. Daraufhin werden zwei vorausgefüllte und nicht editierbare Textboxen eingefügt. Die eine enthält den Namen der funktionellen Gruppe, die andere die funktionelle Gruppe selbst. Die beiden Textboxen werden mit der Maus korrekt positioniert. Weitere funktionelle Gruppen können im gleichen Molekül hinzugefügt werden. Abschließend wird das Beispiel gespeichert.
Die Liste der funktionellen Gruppen in der Auswahlbox wird aus einer Datenbank gespeichert. Dort sind auch die Vorsilbe, die Nachsilbe und wenn notwendig Synonyme gespeichert.
Ergebnisse
In einem ersten Schritt haben wir vor der Entwicklung unseres eLearning-Moduls ein Eingabemodul kreiert. Trotz des damit verbundenen Aufwandes betrachten wir diesen Schritt als sinnvoll und lohnend. Nur so ist es möglich, effizient eine Bibliothek an Beispielen zu kreieren. Ohne eine hinreichende Anzahl von Beispielen ist ein effektives Üben der funktionellen Gruppen nicht möglich.
Die Studierenden haben dieses Modul sehr gut angenommen. Viele Studierende berichten, dass Sie viel mit diesem Modul geübt haben und dass dieses Modul sie sehr beim Erwerb der grundlegenden Kompetenz des Erkennens und Benennens funktioneller Gruppen unterstützt hat.