Flipped Lab

Zur Verbesserung der Lernergebnisse wurde das Erstsemesterpraktikum Anorganische Chemie mittels digitaler Medien und Werkzeuge zu einem Flipped Lab umkonzipiert. Mit vielfältigen Online- und Gruppenarbeitselementen gelang es, Vorbereitung und Qualität der praktischen Arbeit und der Lernergebnisse insgesamt subjektiv zu verbessern.

Schlagwörter: Flipped Classroom, Labor, Praktikum, Chemie, Lernvideo

Ausgangssituation

Foto: Profilbld von Professor Dirk Burdinski
Prof. Dr. Dirk Burdinksi, Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften (Bild: TH Köln)
Die laborpraktische Ausbildung ist für chemische Studiengängen essentiell und erfolgt möglichst bereits ab dem ersten Fachsemester. In den Studiengängen Technische Chemie und Pharmazeutische Chemie am Campus Leverkusen ist hierbei das Erstsemesterpraktikum „Anorganische Chemie“ von zentraler Bedeutung.

Die Verbindung von konzeptuellen mit praktischen Konzepten ist für Studierende im Chemieeinführungspraktikum eine große Herausforderung. Die Entwicklung laborpraktischer Kompetenzen setzt daher zwingend voraus, dass die Studierenden sich selbstständig auf die Experimentalphasen vorbereiten, was allerdings gerade den Erstsemesterstudiereden besonders schwer fällt. Zu Beginn der Modulentwicklung (2010-2011) waren die Lernergebnisse der Teilnehmer*innen daher auch sehr unbefriedigend, was überwiegend auf eine ungenügende oder falsche Vorbereitung zurückgeführt werden konnte.

Flipped Lab-Konzept

Um die eigenständige Vorbereitung und damit die Kompetenzentwicklung der Studierenden besser zu fördern, wurde das Praktikum mit Unterstützung des Medienbüros der TH Köln zu einem Blended-Learning-Format weiterentwickelt. Zentrales Ziel des so neu konzipierten Flipped-Lab-Formats ist die Fokussierung der Selbststudienaktivitäten der Teilnehmer*innen auf die Vorbereitungsphase der einzelnen Laborversuche (Abbildung 1). Die vollständige Dokumentation und Reflexion der Laboraktivitäten erfolgt während der Präsenzphase mit einem unmittelbar anschließenden Abschlussgespräch. Die Studierenden werden hierbei eng begleitet durch Lehrende und Tutor*innen, so dass sie jede Laboraktivität direkt am Versuchstag erfolgreich abschließen können und unmittelbar persönliches Feedback erhalten.

„Das Praktikum hat mir sehr dabei geholfen theoretische Grundlagen besser in die Praxis umzusetzen und dabei strukturierter zu werden.“ (Teilnehmer*in im WiSe 2015/2016)

Methodisch-didaktische Umsetzung

Obwohl die meisten Studierenden den Mehrwert einer vorgelagerten konzeptuellen und inhaltlichen Durchdringung der Versuche grundsätzlich erkennen, hat sich gezeigt, dass für eine umfassende Aktivierung der Selbstlernaktivitäten eine Strukturierung der Vorbereitungsphase sehr wichtig ist. Die Selbstlernaktivitäten werden in der aktuellen Konzeptimplementierung wie folgt geleitet:

1. Das Praktikum ist in drei Phasen unterteilt:

  • Phase I (Wochen 0-1): Allg. Einführung (im Hörsaal) und Laboreinführung (in Gruppen)
  • Phase II (Wochen 2-3): zwei „einfache“ Laborversuche mit vollständiger Vorbereitung, erstmals Verbinden von „Theorie und Praxis“
  • Phase III: (Wochen 4-11): „komplexere“ Laborversuche mit Ablauf wie in Phase II (inkl. Wiederholungsmöglichkeiten)

2. Die Selbstlernphasen werden überwiegend als Gruppenarbeit (Zweierteams) in eine Reihe von Vorbereitungsschritten unterteilt. Hierbei kommen unterschiedliche digitale Medien zum Einsatz:

  • Detaillierte Versuchsanleitungen vermitteln Learningoutcomes, Hintergrundinformationen und Handlungsoptionen.
  • Laborpraktische Lernvideos bieten eine konkrete Ausführungs- und Anwendungsdokumentation mit relevanten Sicherheitsinformationen, situationsspezifischen Erklärungen und Durchführungstipps (Abbildung 2).
  • Selbst zu erarbeitende Betriebsanweisungen dienen der Abstraktion laborpraktischer Handlungsabfolgen.
  • Online-Foren liefern problemorientierte Hilfestellung durch Lehrende, Tutor*innen und Studierende.
  • Elektronische Tests geben eine konkrete (formative) Rückmeldung zur individuellen Versuchsvorbereitung.

„Online Tests und Videos erleichtern das Arbeiten im Labor enorm[...], [...]da man durch sie den Aufbau von z. B. Apparaturen schon einmal sehen konnte und so das Nachstellen einfacher war.“ [...] „Somit können evtl. Versuchsaufbaufehler im Vorfeld behoben werden.“ (Teilnehmer*innen im WiSe 2015/2016)

Ergebnisse

Die Ergebnisse jährlich durchgeführter Teaching Analysis Polls und digitaler Befragungen der Teilnehmer*innen geben Hinweise auf eine positive Wirkung des digitalen Medieneinsatzes auf den objektiven wie auch den subjektiv durch die Studierenden wahrgenommenen Kompetenzerwerb im Praktikum. Subjektiv beobachten die Mitarbeiter*innen und Lehrenden eine insgesamt deutliche verbesserte Vorbereitung der Studierenden sowie eine gestiegene Handlungskompetenz in der konkreten Laborsituation.

Aktuelle Entwicklungen

  • Das Praktikum „Anorganische Chemie“ wird seit dem WiSe 2015/2016 gemeinsam durch Prof. Dr. Dirk Burdinski und Prof. Dr. Matthias Eisenacher als Team betreut.

  • Das Flipped Lab-Konzept wurde in folgender Publikation erstmals detailliert vorgestellt: Burdinski, Dirk; Glaeser, Susanne (2016) "Flipped Lab – Effektiver lernen in einem naturwissenschaftlichen Grundlagenpraktikum mit großer Teilnehmerzahl" In: Berendt, Brigitte; Fleischmann, Andreas; Schaper, Niclas; Szczyrba, Birgit und Wildt, Johannes (Hg.), Neues Handbuch Hochschullehre, Griffmarke E5.4. Raabe-Verlag, Berlin. S. 1–28.

  • Im Rahmen eines SoTL-Projekts wird derzeit die Wirksamkeit des Flipped Lab-Konzepts und der eingesetzten Medien untersucht und zur Publikation vorbereitet. Die Untersuchung wird begleitet durch eine entsprechende Studie zur praktikumsbezogenen Arbeitsbelastung der Studierenden.

  • Das Konzept der strukturierten, multimedialen Unterstützung der studentischen Selbstlernaktivitäten wird im Rahmen eines „Fellowships für Innovationen in der digitalen Hochschullehre“ des Ministeriums für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes NRW und des Stifterverbandes auf Angebote der Studienvorbereitungs- und Studieneingangsphasen übertragen (Projekt „Chem-in!“).
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