Hot Spots

Unterrichtsplanung: funktionelle Gruppen

Vorbemerkung

Ich beschreibe hier ein von mir geleitetes repräsentatives Seminar. Verglichen mit der Uni mag es etwas unorthodox erscheinen. Ist so viel Didaktik übertrieben? Der Skeptiker mag sich bei der Charite nach den Ergebnissen der Chemieklausuren der Seminargruppen 1.10 im WS2005/2006 und 1.94 im SS2005 erkundigen.

Zielgruppe

Medizinstudenten im 1. Semester. Das vorliegende Seminar wurde im Sommersemester 2005 für eine geteilte Seminargruppe mit Chemieproblemen vorbereitet (Binnendifferenzierung). Es ist geeignet für 8-12 Studenten mit gerade wachsendem Selbstvertrauen. Die Länge beträgt etwa 150 Minuten (mit Pause). Die Unterrichtsplanung wurde in der Folge überarbeitet.

Lernziele

Grundlegende funktionelle Gruppen aus der organischen Chemie beherrschen und wiedergeben können. Das Grundproblem der Stereochemie kennen und verstehen. Einige typische organische Moleküle kennen.

Ablauf

Der Unterricht stützt sich auf die funktionellen Gruppen (Hot Spots) als leicht begreifbare Stellen auch in schwierigen Strukturformeln. Zunähst werden den Studenten bereits bekannte Hot Spots gesammelt und durch bisher unbekannte ergänzt. Zwölf Hot Spots sind genug, wobei maximal sieben neu sein sollten.
(ich hatte z.B. Methyl-, Hydroxyl-, Aldehyd-, Keto- und Carboxylgruppe als bekannte; Diese wurden durch die Amine, Säureanhydride, Ester und Amide ergänzt.)

Anschließend dürfen die Studenten Hot Spots in einer Reihe von Molekülen suchen. Dazu macht es Sinn, eine Art Molekülkatalog zur Hand zu haben, der viele relevante Verbindungen enthält.
(In meinem Fall war das ein Foliant mit ca. 120 Strukturformeln die bis zur Klausur gelernt sein mußten.). Als weiterführende Übung bietet es sich an, sich selbst Strukturformeln auszudenken, um mit möglichst allen Hot Spots geübt zu haben.

Die dabei gefundenen Strukturen bieten einen ausgezeichneten Aufhänger für die Einführung der Stereochemie. Es hat sich gezeigt, daß sich das Problem der Chiralität am besten am 3D-Modell erläutern läßt. Dazu baut man zwei tetraedrisch konfigurierte Atome mit vier verschiedenen einatomigen Substituenten (Knubbel mit vier bunten Armen). Hieran läßt sich leicht erfahren, wie viele unterschiedliche Konfigurationen es am Chiralitätszentrum gibt, wie eine Racemisierung abläuft und warum es bei drei verschiedenen Substituenten keine Chiralität gibt.

Leitfaden

#	Methode	Thema	Zeit	E/A
1	Headlines	Du und die Chemie	10'	-
2	Kartenabfrage	funktionelle Gruppen finden	10'	E
3	Lehrvortrag	Eigenschaften funktioneller Gruppen	10'	E
5	Arbeitsauftrag	funktionelle Gruppen wiederfinden	2'	E
4	Verlosung	Gruppen einteilen	1'	-
5	Arbeitsteilige Gruppenarbeit	funktionelle Gruppen wiederfinden	20'	A
6	Präsentation	funktionelle Gruppen beschreiben	20'	A
7	PAUSE		15'	-
8	Gestenspiel	Wiederholung	5'	A
9	Anschauung	Stereochemie	10'	E
10	Murmeln	Chiralitätszentren finden	10'	A
11	Lehrgespräch	Zusammenfassung und Ausblick	5'	-

Anmerkungen:

1. Eine Aufwärm- und Motivationsübung für die Gruppe. Jeweils zwei Studenten schreiben einen Satz an die Tafel, der ihre Wünsche an die Chemie auf den Punkt bringt. Alternativ kann man mit der gleichen Methode Stoff der letzten Stunde wiederholen.
2. Es empfiehlt sich, einige Karten mit den unbekannten Hot Spots vorzubereiten, andere auf Zuruf zu füllen. Die Karten werden an der Tafel gesammelt und die Namen gut sichtbar daneben geschrieben.
3. Hier ist Platz, die neuen Hot Spots mit einigen Eigenschaften vorzustellen. Auch Wechselbeziehungen (schematische Reaktionsgleichungen) finden hier Platz. Noch keine Beispiele bringen, denn das sollen die Studenten später machen. Auch keine Geschichten auspacken, denn mehr als zwei Attribute pro Hot Spot verkraften die Zuhörer nicht. Auf die Zeit achten!
4. Arbeitsauftrag für die Gruppenarbeit: Finde im Katalog für jeden Hot Spot deiner Gruppe ein Beispiel. Nenne chemische Eigenschaften des Moleküls.
5. Das Seminar wird in 3-4 Gruppen geteilt, so daß jede Gruppe etwa 3 Hot Spots bekommt. Dazu kann man die Karten von der Tafel verwenden, oder Duplikate auspacken. Zum Beispiel, indem die Karten verschiedene Farben haben und jeder sich eine nimmt. Achtung! Hier werden die Studenten sehr aktiv, daher muß der Arbeitsauftrag vorher klar sein.
6. Jede Gruppe stellt ihre Ergebnisse als Poster oder an der Tafel vor. Wichtig ist, daß jeder drankommt. Pro Molekül etwa 2', um Probleme klären zu können. Man sollte sich evtl. auf die neuen Hot Spots beschränken.
7. -
8. Das ist eine sportliche Übung, um Seminarteilnehmer aus dem postprandialen Koma zu holen. Das Gestenspiel ist eine Mischung aus 'Kofferpacken' und Pantomime.
9. Mit dem 3D-Modell erläutert man das Problem der Chiralität, und kann 2-3 Begriffe (Diastereomer, Racemat, Chiralität) einführen. Wichtig ist, die vier-Substituenten-Regel genau zu erläutern.
10. Die Studenten schauen sich die Ergebnisse an der Tafel an und sprechen sich untereinander ab, ob dort Chiralitätszentren zu finden sind. Diese werden gemeinsam kurz besprochen.
11. Gemeinsam die funktionellen Gruppen wiederfinden, und vorgekommene Begriffe wiederholen.

Materialien

• Flipchart oder Tafel
• A1-Blätter und Stifte
• Karten für die funktionellen Gruppen (Lose)
• Pins, Magnete oder Klebeband
• Katalog wichtiger organischer Verbindungen
• Molekülbausatz oder Knete und Schaschlikstäbchen
• Stuhlkreis mit Platz in der Mitte
• ca. 3 Tische

Acknowledgements

Vielen Dank an die ganze Sternchengruppe fürs tolle Mitmachen, und natürlich an Bettina Ritter-Mamcek für die Didaktik-Seminare.