Erleichtern Sie das Erlernen der Chemie durch konzeptionelle Modellierung

Ein Team aus Forschern und Lehrern der Universität Twente hat eine neuartige Lehrmethode entwickelt, die konzeptionelle Modellierung nutzt, um das Lernen zu erleichtern und die Kreativität im Unterricht von Studenten der Chemie- und Ingenieurwissenschaften zu fördern. Die Studierenden befassten sich mit realen Problemen im Zusammenhang mit Nachhaltigkeit.

Viele reale Herausforderungen, auch solche im Zusammenhang mit Nachhaltigkeit, erfordern ein Verständnis dafür, wie verschiedene Elemente miteinander verbunden sind. Die Studierenden müssen die kritische Kompetenz, Systemdenken genannt, erlernen, um diese globalen und oft komplexen Probleme zu analysieren. Die Umsetzung des Systemdenkens in den Chemieunterricht bleibt jedoch eine Herausforderung.

Eine Methode, die Schülern beim Systemdenken helfen könnte, ist die konzeptionelle Modellierung. Es konzentriert sich auf die Denkfähigkeit von Wissenschaftlern und ist eine Möglichkeit, bestimmte Aspekte der realen Welt um uns herum formal zu beschreiben. Es kann als Methodik verwendet werden, um sich bei der Gestaltung von Experimenten auf wissenschaftliches Denken zu konzentrieren.

Die Forscher gaben einer Gruppe von 48 Studenten ein Projekt, das sie in Teams von fünf oder sechs Personen bearbeiten sollten. „Die Schüler hatten alle sehr unterschiedliche Hintergründe, nicht nur unterschiedliche Schulen, sondern auch unterschiedliche Nationalitäten. Die unterschiedlichen Hintergründe zeigten ihnen unterschiedliche Perspektiven für dasselbe Problem“, erklärt Leonie Krab-Hüsken, Erstautorin des Artikels und Direktorin des Chemical Science & Ingenieurprogramm.

Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in einem Artikel mit dem Titel „Konzeptionelle Modellierung ermöglicht Systemdenken in nachhaltiger Chemie und Chemieingenieurwesen,“ in der Zeitschrift Chemische Ausbildung.

Die Studierenden mussten Lösungen für Probleme im Zusammenhang mit Nachhaltigkeit finden. Zur Auswahl standen den Studierenden „Methanemissionen aus Mülldeponien“, „PFAS in der Umwelt“ und „Schwermetalle im Wasser“. Innerhalb dieser Herausforderungen würden die Studentengruppen ein spezifisches Problem zur Lösung finden und auswählen.

„Diese Probleme haben eine greifbare Richtung geschaffen, in die die Studenten die konzeptionelle Modellierung anwenden konnten“, sagt Albert Wong, korrespondierender Autor und leitender Forscher der Studie. Die Schüler mussten ihre Experimente entwerfen und eine Hypothese aufstellen.

Diese Studie hat gezeigt, dass es für Studierende wichtig ist, ihr Chemiewissen mit anderen wichtigen Fähigkeiten wie Zusammenarbeit, Kommunikation, Literaturrecherche und wissenschaftlichem Schreiben zu kombinieren. „Während des Projekts haben wir die zukünftigen Ingenieure, die wir ausbilden wollen, im Auge behalten: Welche Fähigkeiten brauchen sie und welche Einstellung sollten sie haben?“ sagt Linlin Pei, Bildungsberaterin vom Center of Expertise in Learning and Teaching.

Mithilfe dieser Methode können sie ihre Fähigkeiten zum kritischen Denken und ihre Fähigkeit verbessern, ihr Wissen bei der Lösung realer Probleme anzuwenden. Es half den Studierenden, tiefer und umfassender über komplexe Probleme nachzudenken, und mit Übung und Reflexion konnte es in verschiedenen Fächern eingesetzt werden, um allen Studierenden dabei zu helfen, ihr volles Potenzial in ihrem Studium auszuschöpfen.

Die für diese Veröffentlichung entwickelte Methode wird jetzt als Standard-BSc-Projekt im Programm „Chemical Science & Engineering“ verwendet und erlangte Anerkennung durch Vorträge von Leonie Krab-Hüsken und Albert Wong auf dem UT Inspriatiedag 2023 und der Woudschoten Chemie Conferentie 2023.

Diese Forschung basierte auf einer einzigartigen Zusammenarbeit zwischen mehreren Forschern, Lehrern und Studenten innerhalb der Fakultät für Naturwissenschaften und Technologie (S&T): Dr. Leonie Krab-Hüsken, Linlin Pei, Pepijn de Vries, Dr. Saskia Lindhoud, Dr. Jos Paulusse , Prof. Dr. Pascal Jonkheijm und Dr. Albert Wong.