Point Mass or Little Billiard Ball? Molecular Dynamics Simulations Enhance Students’ Mental Models on the Ideal Gas Law in Tertiary Chemistry Studies

Abstract

Zusammenfassung: DieA usbildungv on Konzeptverständnis in deru niversitärenP hysikochemie stellt angesichts dergängigen undauf abstrakteRepräsentationf okussierendenLehrstrategienfürStudierende wieLeh-rendeeineHerausforderung dar. DieindieserStudievorgestellte, webbasierteBIRC-Lerneinheit zumidealen Gasgesetzfçrdert dagegengezielt diedem GasgesetzzugrundeliegendeT eilchenvorstellung mitHilfe maßgeschneiderter Moleküldynamiksimulationen. Empirische Untersuchungen zumE insatz derL erneinheit im ersten Semester desS tudiumsz eigen, dass so submikroskopischeV orstellungene bensog estärktw erdenw ie dieF ähigkeit, dieseV orstellungen mitF ormeln undDiagrammenzuverknüpfen.Insgesamt nehmen diemeis-tenStudierendendie Lerneinheitals hilfreiche Ressourcewahr. Stichworte: Ideale Gase im Chemiestudium·simulation learning ·Lernervorstellungen PointMassorLittle Billiard Ball?Molecular Dynamics SimulationsEnhance Students Mental Models on the IdealGas LawinT ertiaryChemistry StudiesAbstract: Developing ac onceptualu nderstanding of tertiary physical chemistryc onceptsr emains ac hallenge to students andt eachersa like,e speciallys ince conventional learning strategies stillf ocus on abstract representations. In this study,w ep resent aw eb-based BIRC learning activity dedicatedt ot he idealg as law, whiche nhancess tudents mental models on thep articulate levelb yu sing specifically designed molecular dynamics simulations. Empirics tudies accompanying itsu se in af irst year physical chemistryc oursed os how, that students sub-microscopicm entalm odels anda bility to connectt hese mental models with abstract formulas andd iagramsh avei ndeedi mproved.W hati sm ore, most of thep articipantsr egardt he activity as helpfulfor theirstudies. Keywords: idealgases in tertiary chemistry·simulation learning·mental models[a]S .Schwedler,M.Lyczek UniversitätBielefeld Universitätsstraße 25 33615Bielefeld *E-Mail: stefanie.schwedler@uni-bielefeld.de M.Lyczek@gmx.net

Glass‐box molecular dynamics simulation for teaching the van der Waals interaction

“…Dabei ist es mçglich, Parameter des Modells einzugeben, die Ergebnisse zu beobachten und so das Modell durch Lernende untersuchen zu lassen. Molekulardynamische (MD) Simulationen haben sich als geeignet erwiesen, didaktisch den Zusammenhang zwischen submikroskopischen und makroskopischen Eigenschaften herzustellen, wie in [2] und einer Reihe dort zitierten Arbeiten dar-gestellt wird. Je nach Komplexität des Modells und dem damit verbundenen Programmcode ist es erforderlich, ein ausführbares Programm zur Verfügung zu stellen, ohne den Quelltext selber zu thematisieren [3,4].…”