Programm (Statisch) - 03.04.2025
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03.04., 09:00 - 10:15
Plenarvortrag: KI in der MINT-Bildung
Prof. Dr. Luzia Leifheit, PH Schwäbisch Gmünd
AbstractPlenarvortrag: KI in der MINT-Bildung
Prof. Dr. Luzia Leifheit, PH Schwäbisch Gmünd
Künstliche Intelligenz (KI) eröffnet neue Möglichkeiten für die MINT-Bildung in Schule und Hochschule. Insbesondere generative KI-Modelle wie ChatGPT sowie klassische KI-gestützte Intelligente Tutorsysteme können Lehr- und Lernprozesse unterstützen. Dabei geht es nicht nur um die Automatisierung von Übungsaufgaben, sondern auch um adaptive Lernumgebungen, datenbasierte Diagnostik und personalisierte Unterstützung für Lernende. Der Einsatz von KI in den MINT-Fächern stellt jedoch andere Anforderungen als in geistes-, sprach- oder sozialwissenschaftlichen Fächern. Hier geht es oft um formale Sprachen, präzise Problemlösestrategien und experimentelles Arbeiten, bei denen KI nicht nur Inhalte generieren, sondern auch mathematisch und logisch konsistente Antworten liefern muss. Zudem spielen Simulationen, Datenanalyse und Modellierungen eine zentrale Rolle, sodass die Bewertung und Nutzung von KI-Tools fachspezifisch angepasst werden muss. Der Vortrag gibt einen Überblick über aktuelle KI-Tools und deren fachdidaktisch motivierten Einsatz in der MINT-Bildung – von der Unterrichtsplanung über die Förderung experimentellen und problemlösenden Denkens bis hin zur Entwicklung von Zukunftskompetenzen. Gleichzeitig werden Chancen und Herausforderungen reflektiert, etwa im Hinblick auf evidenzbasierte Unterrichtsqualität, kritisches Denken und den Umgang mit Skill Skipping oder Deskilling. Außerdem wird das Forschungsprojekt WoLKE (https://wolke.schule) vorgestellt, in dem Lehrveranstaltungen für MINT-Lehramtsstudierende entwickelt und auf ihre Wirksamkeit überprüft werden, um den fachdidaktisch motivierten und kritisch reflektierten Einsatz von KI-Tools im MINT-Unterricht zu fördern.
03.04., 10:15 - 10:45
SMOKEChem: Schüler:innenorientierte, metakognitive Optimierung von KI-unterstützten Entscheidungsprozessen beim Bewerten im Chemieunterricht
Laura Leppla, RPTU Kaiserslautern-Landau
Jun.-Prof. Dr. Johann-Nikolaus Seibert , RPTU Kaiserslautern- Landau
SMOKEChem: Schüler:innenorientierte, metakognitive Optimierung von KI-unterstützten Entscheidungsprozessen beim Bewerten im Chemieunterricht
Laura Leppla, RPTU Kaiserslautern-Landau
Argumentationskompetenz ist entscheidend für fundierte wissenschaftliche Urteile und ein zentraler Aspekt der Bewertungskompetenz. Schüler:innen fällt es oft schwer, Argumente klar zu strukturieren und kritisch zu reflektieren, während Lehrkräfte vor der Herausforderung stehen, diese Fähigkeit gezielt zu fördern. SMOKEChem nutzt KI-gestütztes adaptives Feedback, um Schüler:innen dabei zu unterstützen, ihre Argumentationsstruktur nach dem Toulmin-Modell zu optimieren. Die KI analysiert Argumentationsmuster, stellt kritische metakognitive Reflexionsfragen und regt zur Einbindung sowie Widerlegung von Gegenargumenten an. Zudem vermittelt sie verschiedene Entscheidungsstrategien. Mithilfe von Learning Analytics erfolgt eine adaptive Leistungsdiagnostik: Durch mehrstufige Feedbackschleifen werden Niveaustufen identifiziert und Argumentationskompetenz adaptiv gefördert. Die Studie untersucht, inwiefern metakognitives Training und KI-gestütztes adaptives Feedback – einzeln oder kombiniert – die Argumentationskompetenz von Schüler:innen fördern.
03.04., 10:45 - 11:15
Förderung der Informationsbewertungskompetenz im Umgang mit KI-Chatbots im Chemieunterricht
Dr. Diana Zeller, Didaktik der Chemie, Bergische Universität Wuppertal.
Prof. Dr. Claudia Bohrmann-Linde, Didaktik der Chemie, Bergische Universität Wuppertal.
Förderung der Informationsbewertungskompetenz im Umgang mit KI-Chatbots im Chemieunterricht
Dr. Diana Zeller, Didaktik der Chemie, Bergische Universität Wuppertal.
Seit Ende 2024 steht ChatGPT per WhatsApp frei zur Verfügung und kann niedrigschwellig ohne Anmeldung genutzt werden. Somit könnten KI-Chatbots noch mehr zu einem Alltagsbegleiter werden, der auch im Bildungskontext ohne pädagogische Anleitung genutzt wird. Trotz zahlreicher Vorteile der Nutzung ist weiterhin eine Schwierigkeit, den Wahrheitsgehalt der generierten Inhalte einzuschätzen [1]. Aus diesem Grund besteht umso mehr die Notwendigkeit, Lernende für die Verwendung von KI als Werkzeug zu sensibilisieren. Im Diskussionvortrag werden Unterrichtsmaterialien der Chemiedidaktik Wuppertal vorgestellt, mit denen die AI Literacy [2], im Spezifischen die Informationsbewertungskompetenz, gefördert werden soll. Zusätzlich werden ausgewählte Ergebnisse der Erprobungen vorgestellt. Angeknüpft sind die Materialien an verbindliche Themen des Chemieunterrichts und ermöglichen eine kontrollierte Anwendung von KI-Chatbots unter Einschätzung des Wahrheitsgehalts der generierten Inhalte. [1] Siebert, J. (2024), https://www.iese.fraunhofer.de/blog/halluzinationen-generative-ki-llm/ [2] Long, D.; Magerko, B. (2020). Proceedings of the 2020 CHI Conference Human Factors in CS. ACM. 1-16.
03.04., 11:15 - 11:45
KI als Werkzeug für die Produktion von Erklärvideos
Soraya Cornelius, Bergische Universität Wuppertal
Prof. Dr. Claudia Bohrmann-Linde, Bergische Universität Wuppertal
KI als Werkzeug für die Produktion von Erklärvideos
Soraya Cornelius, Bergische Universität Wuppertal
Die Verfügbarkeit verschiedenster KI-Tools, die mittlerweile für jedermann zugänglich sind, eröffnet neue bzw. veränderte Möglichkeiten auch für den Einsatz von Unterrichtsmethoden. Ein wesentlicher Aspekt beim Einsatz von künstlicher Intelligenz ist es, den Schülerinnen einen sinnvollen und reflektierten Umgang mit diesen Technologien zu vermitteln. Die Produktion von Erklärvideos mit Hilfe von KI-Tools ist eine Möglichkeit, die dafür notwendigen Kompetenzen zu fördern. Die Tools können bei der Erstellung von Bildern oder der Formulierung von Texten für das Storyboard unterstützen und Ideen liefern. Auf diese Weise lernen die Schülerinnen nicht nur den kreativen Umgang mit KI, sondern auch, wie diese Werkzeuge in einem größeren Kontext effektiv und reflektiert eingesetzt werden können. In diesem Vortrag werden anhand von praktischen Beispielen Möglichkeiten aufgezeigt, wie KI-basierte Storyboard- und Bildgeneratoren für die Produktion von Erklärvideos in den Chemieunterricht integriert werden können, wenn den Schulen datenschutzkonforme Werkzeuge zur Verfügung stehen.
03.04., 12:00 - 12:30
Kompetenzen für den Unterricht mit und über KI - Orientierungsrahmen für die Lehrkräftebildung in den Naturwissenschaften
Sandra Berber, Universität Konstanz
Prof. Dr. Johannes Huwer, Universität Konstanz
Prof. Dr. Sebastian Becker-Genachow, Universität zu Köln
Kompetenzen für den Unterricht mit und über KI - Orientierungsrahmen für die Lehrkräftebildung in den Naturwissenschaften
Sandra Berber, Universität Konstanz
KI hat das Potenzial, unsere Schulen nachhaltig zu transformieren. Schulleitungen und Lehrkräfte stehen vor der Herausforderung, nicht nur den Einsatz von KI-Technologien für die Schulorganisation, sondern auch die Möglichkeiten für den Unterricht aktiv zu gestalten. Daher ist es essentiell, KI schon in der Lehrkräftebildung zu integrieren. Die Bildungsministerkonferenz hat in ihrer kürzlich verabschiedeten „Handlungsempfehlung zum Umgang mit Künstlicher Intelligenz“ die Bedeutung dieser Integration betont. Der Orientierungsrahmen „DiKoLAN“, der die digitalen Kompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften definiert, wurde nun erweitert, um den gezielten Einsatz von KI in den Fokus zu rücken. DiKoLANKI fokussiert sich auf KI-spezifische Kompetenzen für Naturwissenschaftslehrkäfte.
03.04., 12:30 - 13:00
Chemieunterricht 4.0 - Automatische Titration mit einem LEGO-Roboter
Prof. Dr. Amitabh Banerji, Universität Potsdam
AbstractChemieunterricht 4.0 - Automatische Titration mit einem LEGO-Roboter
Prof. Dr. Amitabh Banerji, Universität Potsdam
In der chemischen Industrie und in modernen Forschungslaboren werden zunehmend Experimentierschritte durch Roboter automatisiert. Hierdurch entfallen für den Menschen repetitive Arbeitsschritte, was wertvolle Ressourcen, Zeit und Kosten einspart. Denn Roboter können rund um die Uhr arbeiten und machen seltener Fehler. Zudem kann der Mensch die freigewordene Zeit dafür nutzen, Ergebnisse zu interpretieren und Ideen zu entwickeln. Die Automatisierung gehört somit zusammen mit der künstlichen Intelligenz zu einem der wichtigsten Innovationsmotoren für die Industrie 4.0. Trotz dieser enormen Berufsrelevanz, spielen Automatisierung und Robotik im Chemieunterricht bislang kaum eine nennenswerte Rolle. In einer Kooperation mit drei Lehrkräften vom Golendenberg Europakolleg in Wesseling, haben wir eine Lehrkräftefortbildung zum Thema Automatisierung im Chemieunterricht entwickelt. Da viele Schulen im Besitz von LEGO Education Systemen (EV3 oder SPIKE) sind, entstand die Idee, eine Lehrerfortbildung zum Einsatz von LEGO-Robotern für eine automatische Titration zu konzipieren. Hierzu wurde eine tablet-basierte Experimentieranleitung entworfen, welche schrittweise den Aufbau des LEGO-Titrieroboters erklärt und in die Bedienung der LEGO-eigenen (grafischen) Programmierumgebung einführt. Auf der DiCE-Tagung möchten wir in das spannende Gebiet der Automatisierung im Chemieunterricht am Beispiel des LEGO-Titrierroboters einführen und demonstrieren eine automatische Säure-Base-Titration mit dem LEGO SPIKE System im live-Experiment.
03.04., 13:45 - 14:15
Reaktionsgleichungen aufstellen – adaptiv mit Augmented Reality
Nikolai Maurer, Universität Konstanz
AbstractReaktionsgleichungen aufstellen – adaptiv mit Augmented Reality
Nikolai Maurer, Universität Konstanz
Die Vermittlung von Kompetenzen chemische Reaktionen beschreiben zu können, nimmt einen wichtigen Platz im ersten Lernjahr Chemie ein. Insbesondere Schüler*innen in die Lage zu versetzen, eine Reaktion mittels Reaktionsgleichung formalisieren zu können, schafft eine Grundlage für deren weiteres Lernen im Fach Chemie. Umso wichtiger ist es daher, Schüler*innen (ihren individuellen Voraussetzungen entsprechend) beim Erlernen, Vertiefen und Üben dieser grundlegenden Kompetenzen zu unterstützen. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen des Kompetenzzentrums MINT (lernen:digital) im Teilprojekt MINT-ProNeD und in Kooperation mit Fachleiter*innen der Chemie des Seminars für Ausbildung und Fortbildung der Lehrkräfte Stuttgart eine adaptive, Augmented Reality (AR) -basierte Lernumgebung entwickelt. Mit dieser können Schüler*innen, je nach Bedarf, virtuelle gestufte Hilfen in Form von Beispielen und 3D-Teilchenmodellen nutzen oder Lösungen selbstständig kontrollieren und erhalten somit interaktive und individuellere Zugänge zum Aufstellen von Reaktionsgleichungen. Es wird die Lernumgebung und bereits unternommene sowie für die Zukunft geplante Schritte zur Evaluation ihrer Wirkung vorgestellt.
03.04., 14:15 - 14:45
Zwischenergebnisse und Erkenntnisse des ComeNet Chemie im Verbundprojekt ComeMINT
Dr. Rebecca Grandrath, Bergische Universität Wuppertal
Prof. Dr. Claudia Bohrmann-Linde, Bergische Universität Wuppertal
Prof. Dr. Isabel Rubner, PH Weingarten
Prof. Dr. Sabine Fechner, Universität Paderborn
Zwischenergebnisse und Erkenntnisse des ComeNet Chemie im Verbundprojekt ComeMINT
Dr. Rebecca Grandrath, Bergische Universität Wuppertal
Im Verbundprojekt ComeMINT Netzwerk beforschen standortübergreifende Fächerverbünde die Gelingensbedingungen von Lehrkräftefortbildungen zur Förderung von digitalisierungsbezogenen Kompetenzen. Der Arbeitskreis Didaktik der Chemie an der Bergischen Universität Wuppertal ist Teil des strukturell untergeordneten Community Nets (ComeNets) Chemie. Im Rahmen dessen wurden adaptive Fortbildungsmodule entwickelt, erprobt und iterativ weiterentwickelt. Es wurde die im Arbeitskreis vorhandene Expertise gebündelt, zunächst eine fünfteilige Fortbildungsreihe geplant und im Laufe des Jahres 2024 realisiert. Basierend auf den Erkenntnissen aus den Fortbildungen fand eine Fokussierung auf den Workshop zu interaktiven Selbstlernbüchern statt. Im Vortrag werden zunächst kurz die Projektstruktur und exemplarische Lehrkräftefortbildungen aller Standorte des ComeNet Chemie skizziert. Danach wird die Darlegung des „Wuppertaler“ Workshops zu interaktiven Selbstlernbüchern den Kern des Vortrags darstellen. Schließlich wird zu einer Diskussion – auch zu Möglichkeiten der Multiplikation – eingeladen.
03.04., 14:45 - 15:15
Informatik unplugged in der Chemie? - Naturwissenschaftliche Prozesse als Algorithmen dargestellt
Julia Albicker, Universität Konstanz
Prof. Dr. Christoph Thyssen, Pädagogische Hochschule Freiburg
Prof. Dr. Johannes Huwer, Universität Konstanz
Informatik unplugged in der Chemie? - Naturwissenschaftliche Prozesse als Algorithmen dargestellt
Julia Albicker, Universität Konstanz
Für die Naturwissenschaften spielen informatische Inhalte und Kompetenzen heutzutage in verschiedensten Bereichen eine zentrale Rolle. So gehören automatisierte Labore mit digitaler Messwerterfassung und KI-gestützter Steuerung zum Alltag vieler Naturwissenschaftler*innen. Um SuS ein realitätsnahes Bild des naturwissenschaftlichen Arbeitens zu übermitteln und sie außerdem potenziell auf dieses vorzubereiten, sollte Informatik daher auch integrativ im Naturwissenschaftsunterricht behandelt werden. Dieser Vortrag zeigt das Potential von Darstellungsformen der Algorithmik, wie dem Flussdiagramm, für den Naturwissenschaftsunterricht auf. Es wird die Konzeption und Evaluation einer Chemieeinheit vorgestellt, in welcher Flussdiagramme für die strukturierte Planung und Dokumentation eines Versuchsablaufs zur Stofftrennung verwendet werden. Von Lehrkräften vorgeschlagene und teilweise bereits umgesetzte weitere Einsatzfelder von Flussdiagrammen geben einen Ausblick auf die vielfältigen Möglichkeiten dieser Darstellungsform im Naturwissenschaftsunterricht.
03.04., 15:30 - 16:00
Lernen über KI im naturwissenschaftlichen Unterricht
Julia Albicker, Universität Konstanz
Dr. Sabrina Syskowski, Universität Konstanz
Prof. Dr. Christoph Thyssen, Pädagogische Hochschule Freiburg
Prof. Dr. Johannes Huwer, Universität Konstanz und PH Thurgau
Lernen über KI im naturwissenschaftlichen Unterricht
Julia Albicker, Universität Konstanz
Eine Möglichkeit, SuS an das interdisziplinäre Feld der Künstlichen Intelligenz heranzuführen, ist die Integration des Themas anhand konkreter Anwendungsbezüge in verschiedene Fächer. Einen solchen realitätsnahen und greifbaren Anwendungsfall bieten Bilderkennungs-KI-Systeme, wie sie unter anderem Apps zur Bestimmung von Pflanzen oder zur Erkennung von Molekülen zugrunde liegen. In diesem Vortrag wird eine Einheit für den naturwissenschaftlichen Anfangsunterricht präsentiert, in welcher die SuS die Funktionsweise und Zuverlässigkeit KI-basierter Bestimmungssysteme untersuchen. Indem die SuS die Datensätze, mit welchen sie die KI trainieren und testen, selbst zusammenstellen und aufbauend auf dem zuvor übermittelten Naturwissenschaftswissen auch hinterfragen, wird eine aktive Auseinandersetzung mit der Materie erreicht. Der Vortrag gibt einen Einblick in die Evaluationsergebnisse der Erprobung in der Praxis und zeigt als Ausblick, wie das Konzept der Einheit im Kontext von KI-basierter Molekülerkennung auf den Chemieunterricht der Oberstufe übertragen werden kann.
03.04., 16:00 - 16:30
KIVa-Chem: KI-Einsatz zur Förderung der Variablenkontrollstrategie im Chemieunterricht
Lisa Häßel, Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Jun.-Prof. Dr. Johann-Nikolaus Seibert, Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
KIVa-Chem: KI-Einsatz zur Förderung der Variablenkontrollstrategie im Chemieunterricht
Lisa Häßel, Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Im Projekt KIVa-Chem wird ein innovativer, praxisnaher Ansatz entwickelt und evaluiert, der das Potenzial KI-basierter Technologien nutzt, um die Lernwirksamkeit im Chemieunterricht nachhaltig zu steigern. In einer experimentellen Interventionsstudie wird die Effektivität eines speziell trainierten, KI-gestützten Lernassistenten (KIVa) mit der eines nicht-spezifisch angeleiteten Large Language Models (LLM) verglichen. Die Architektur von KIVa wurde dabei so konzipiert, dass sie sich flexibel an unterschiedliche Experimente und naturwissenschaftliche Fächer anpassen lässt. Ziel der Interventionsstudie ist es zu ermitteln, inwieweit KIVa Schülerinnen und Schüler effektiver bei der Planung naturwissenschaftlicher Experimente unter Verwendung der Variablenkontrollstrategie unterstützt. Dabei liegt der Fokus insbesondere auf der Förderung wissenschaftlicher Methodik, naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen sowie des selbstregulierten Lernens. Darüber hinaus werden in der Untersuchung sowohl die kognitive Belastung (Cognitive Load) als auch die Akzeptanz der Lernenden gegenüber der KI-basierten Technologie erfasst.
03.04., 16:45 - 17:15
Chemie.KI - Ein Assistenzsystem für Chemielehrkräfte
Prof. Dr. Timm Wilke, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
AbstractChemie.KI - Ein Assistenzsystem für Chemielehrkräfte
Prof. Dr. Timm Wilke, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
Im Vortrag wird das Projekt Chemie.KI vorgestellt, ein innovatives Assistenzsystem zur Unterstützung von Chemielehrkräften. Ziel des Systems ist es, Lehrkräfte durch den Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) bei der kontinuierlichen Diagnostik und Förderung von Lernprozessen zu unterstützen. Der Fokus liegt auf klassischen Themenfeldern des Chemielehrplans wie chemische Reaktionen, Atombau und Bindungen, Säure-Base-Chemie und Redoxprozessen. Chemie.KI kann einfach in den Unterricht integriert werden und ermöglicht es, Lernstände der Schüler:innen in kurzer Zeit zu erheben, Wissenslücken zu identifizieren und individuelle Rückmeldungen zu erhalten. Zudem erhält die Lehrkraft ein aggregiertes Bild zum Leistungsstand der gesamten Klasse inklusive vorgeschlagener Fördermaßnahmen für die kommende(n) Stunde(n). Im Vortrag werden erste Ergebnisse aus Pilotstudien präsentiert, die zeigen, wie das System funktioniert. Abschließend werden Herausforderungen und Potenziale des Einsatzes von KI in der Chemiedidaktik diskutiert.
03.04., 17:15 - 17:45
Closing & Verleihung der DiCE-Nachwuchspreise
Prof. Dr. Amitabh Banerji, AG DiCE
Prof. Dr. Johannes Huwer, AG DiCE
Prof. Dr. Stefan Müller, AG DiCE
Prof. Dr. Timm Wilke, AG DiCE
Closing & Verleihung der DiCE-Nachwuchspreise
Prof. Dr. Amitabh Banerji, AG DiCE
Closing & Verleihung der DiCE-Nachwuchspreise
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03.04., 10:15 - 10:45
Chemical Representations in chemistry books: Transforming paper to electronic-based books
Dr. Asih Widi Wisudawati, UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta Indonesia
AbstractChemical Representations in chemistry books: Transforming paper to electronic-based books
Dr. Asih Widi Wisudawati, UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta Indonesia
Investigation of symbolic representation in school textbooks needs to align with the trend of shifting from paper to electronic chemistry textbooks. First, Qualitative Content Analysis (QCA) was employed to evaluate six paper-based chemistry textbooks. The symbol-based misconceptions stem from (1) the anthropomorphic chemical jargon, (2) inconsistency writing symbols, (3) the vague mathematic-chemistry symbols, (4) the didactical reduction of symbols, (5) particle interaction on symbols, (6) syllable-based chemistry language. Second, the e-book about the ocean topic was developed by the ADDIE (Analysis, Define, Development, Implementation, and Evaluation) model shows a very good category from content and media experts. Transforming paper to electronic textbooks could lead students to understand chemistry in the scientific ways. keywords: textbook models, chemical misconceptions, chemical symbols
03.04., 10:45 - 11:15
Potenziale von ChatGPT bei der Planung von Chemieunterricht
Dr. Michele Brott, Universität Potsdam
AbstractPotenziale von ChatGPT bei der Planung von Chemieunterricht
Dr. Michele Brott, Universität Potsdam
Die Integration künstlicher Intelligenz in das Bildungswesen schreitet aufgrund der Potenziale zur Unterstützung der Arbeit von Lehrkräften rasch voran. Die Studie Chemieunterricht geplant durch Künstliche Intelligenz (CUKI) untersucht, wie KI, insbesondere ChatGPT, bei der Unterrichtsplanung im Chemieunterricht helfen kann. Das Projekt konzentriert sich auf die folgenden Schlüsselfragen: Mit welchen Kriterien kann die Qualität von Unterrichtsplänen effektiv gemessen werden? Kann ChatGPT pädagogisch hochwertigen Chemieunterricht erstellen? Wie wirkt sich die Planungskompetenz der Nutzer:innen auf die Ergebnisse aus? Und wie nehmen die Andwender:innen ihre eigenen Fähigkeiten im Vergleich zu denen der KI wahr? In diesem Vortrag werden die Ergebnisse der Studie vorgestellt, in denen Chemielehramtsstudierende zunächst selbstständig eine Chemiestunde planten und anschließend ChatGPT zur Gestaltung einer Stunde nutzten. Die Qualität dieser Unterrichtspläne wurde anhand eines Manuals analysiert und auf Zusammenhänge untersucht. Außerdem wurde die Fremdbewertung einer Selbsteinschätzung der Studierenden gegenübergestellt und die Erfahrungen und Haltungen zu dem KI Tool erhoben.
03.04., 11:15 - 11:45
Custom KI-Chatbots zur Analyse multipler Repräsentationen
Julia Lademann, Universität zu Köln
Prof. Dr. Sebastian Becker-Genschow, Universität zu Köln
Custom KI-Chatbots zur Analyse multipler Repräsentationen
Julia Lademann, Universität zu Köln
In naturwissenschaftlichen Fächern können Verständnisprobleme auf Schwierigkeiten bei der Interpretation und Verknüpfung multipler Repräsentationen basieren, in denen für ein ganzheitliches Verständnis wichtige Informationen codiert sind (Treagust, 2018). KI-Chatbots können hier eine mögliche Lösung darstellen (Neumann et al., 2024). Es wird ein Custom KI-Chatbot konfiguriert, welcher auf die Analyse multipler Repräsentationsformen fokussiert und Lernende bei deren Dekodierung und Verknüpfung individuell unterstützt. Im Prä-Post-Design werden Auswirkungen auf die Lernleistung der Schüler*innen untersucht. Außerdem wird evaluiert, wie sich das Lernen mit dem Custom Chatbot auf das Lernerleben (Emotionen, situationales Interesse, kognitive Belastung, Selbstwirksamkeitserwartung) auswirkt. Neumann, K., Kuhn, J.,
03.04., 12:00 - 12:30
Binnendifferenzierung mit KI-generierte Lernhilfen
Dr. Nils Fitting, RPTU Kaiserslautern
Jun.-Prof. Dr. Johann-Nikolaus Seibert, RPTU Kaiserslautern
Binnendifferenzierung mit KI-generierte Lernhilfen
Dr. Nils Fitting, RPTU Kaiserslautern
Seit dem Durchbruch des Large Language Models (LLM) GPT-3 im Jahr 2022 wurden zahlreiche Einsatzzwecke von LLMs für den Unterricht diskutiert und erprobt. Wenig Beachtung findet bisher die Nutzung von LLMs für die Differenzierung. Bisher differenzieren Lehrkräfte unterschiedlicher Schulformen unterschiedlich häufig (Letzel & Otto, 2019), obwohl z. B. die Wirksamkeit von Lernhilfen für den naturwissenschaftlichen Unterricht belegt ist (z. B. Arnold et al., 2016). Ein Grund dafür könnte in dem erhöhten Arbeitsaufwand liegen. Für die Generierung von Lernhilfen könnten LLMs genutzt werden. In Beitrag wird eine erste qualitative Studie vorgestellt, in der die Eignung von ChatGPT (Model GPT-4.o) für die Formulierung einfacher Lernhilfen, unter anderem im Unterricht, untersucht wurde. Arnold, J., Kremer, K., & Mayer, J. (2016). Scaffolding beim Forschenden Lernen: Eine empirische Untersuchung zur Wirkung von Lernunterstützungen. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 23(1), 21–37. Letzel, V. & Otto, J. (2019). Binnendifferenzierung und deren konkrete Umsetzung in der Schulpraxis – eine qualitative Studie. Zeitschrift für Bildungsforschung, 9(3), 375–393.
03.04., 12:30 - 13:00
FestVan - Festkörperchemie virtuell Anfassen mit Head-Mounted-Display Augmented Reality
Timon Saatzer, Universität Konstanz
Prof. Dr. Johannes Huwer, Universität Konstanz
Prof. Dr. Caroline Röhr, Universität Freiburg
Prof. Dr. Miriam Unterlass, Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC
Dr. Sabrina Syskowski, Universität Konstanz
FestVan - Festkörperchemie virtuell Anfassen mit Head-Mounted-Display Augmented Reality
Timon Saatzer, Universität Konstanz
In der Festkörperchemie reichen traditionelle Lehrmethoden mit statischen Modellen oft nicht aus, um komplexe Kristallstrukturen adäquat zu vermitteln. Das Projekt FestVan verfolgt 2 Hauptziele: Studierenden sollen durch interaktive 3D-Darstellung ein tieferes Verständnis für Kristallstrukturen und deren Bausteine entwickeln und zudem die Möglichkeit erhalten, moderne AR-Technologien zu nutzen. Um diese Ziele zu erreichen, werden 3D-Modelle von Kristallstrukturen in das AR-Programm „sphere“ integriert, sodass Studierende diese in Lehrveranstaltungen über HMDs aus verschiedenen Perspektiven betrachten und interaktiv mit ihnen arbeiten können, beispielsweise durch die Simulation von Schnittebenen durch Kristallstrukturen. Die Ergebnisse der Studie sollen zeigen, wie die Studierenden die 3D-Darstellung über AR und den möglichen Lerneffekt im Hinblick auf die Interpretation von komplexen Strukturen bewerten. Ziel ist es, ein übertragbares Modell für die Integration von AR in die Lehre der Festkörperchemie zu schaffen und somit einen nachhaltigen Beitrag zur Verbesserung dieser in diesem wichtigen Fachgebiet zu leisten. Im Vortrag werden die Ergebnisse der ersten Datenerhebung präsentiert.
03.04., 13:45 - 14:15
Förderung von Lerntransparenz in einer digitalen Lernumgebung
Nils Bergander, Technische Universität Dortmund
Prof. Dr. Insa Melle, Technische Universität Dortmund
Förderung von Lerntransparenz in einer digitalen Lernumgebung
Nils Bergander, Technische Universität Dortmund
Die Studie „International Computer and Information Literacy Study“ (ICILS) aus dem Jahr 2023 hat gezeigt, dass die durchschnittlichen computer- und informationsbezogenen Kompetenzen in Deutschland im Vergleich zum Jahr 2013 signifikant gesunken sind. Die Schüler:innen können demnach z. B. schlechter Informationen sammeln, verarbeiten und bewerten. Die Förderung von Lerntransparenz und Selbstregulation durch zeitgemäßes digital gestütztes Lernen kann eine Chance sein, diese Kompetenzen zu fördern, indem drei zentrale Arten von Strategiewissen vermittelt werden: Was ist zu tun? Wann und warum ist etwas zu tun? Wie ist es zu tun? Um kompetenzförderliches Lernen zu ermöglichen, wurde mit dem Tool genially eine digitale Lernumgebung zum Thema "Chemisches Gleichgewicht" für die Sekundarstufe II entwickelt. Diese Lernumgebung bietet die Möglichkeit, notwendiges Strategiewissen zu adressieren und darüber hinaus die Lernenden in ihrem Lernprozess zu begleiten. Dazu wurden Maßnahmen zur Förderung der Lernzieltransparenz sowie der Selbstreflexion miteinander kombiniert, um die Lernenden in ihrem Lernprozess zu unterstützen. Im Vortrag wird die entwickelte Lernumgebung vorgestellt.
03.04., 14:15 - 14:45
Digitale Kompetenzen messen: Entwicklung und Validierung von Situationsvignetten-basierten Tests für naturwissenschaftliche Lehrkräfte im Rahmen von DiKoLAN
Philipp Pawels , Pädagogische Hochschule Thurgau (Schweiz) / Universität Konstanz
Prof. Dr. Christoph Thyssen , Pädagogische Hochschule Freiburg
Prof. Dr. Johannes Huwer , Universität Konstanz / Pädagogische Hochschule Thurgau (Schweiz)
Digitale Kompetenzen messen: Entwicklung und Validierung von Situationsvignetten-basierten Tests für naturwissenschaftliche Lehrkräfte im Rahmen von DiKoLAN
Philipp Pawels , Pädagogische Hochschule Thurgau (Schweiz) / Universität Konstanz
Die Digitalisierung eröffnet neue Bildungschancen, erfordert jedoch, dass Lehrkräfte digitale Kompetenzen gemäß den KMK-Standards fördern.[1] Angehende Lehrkräfte sollten schon in der Ausbildung lernen, naturwissenschaftlichen Unterricht digital zu gestalten, um die digitalen Kompetenzen der Schüler/innen gezielt zu fördern. Die AG Digitale Basiskompetenzen formulierte hierzu spezifische Anforderungen im Orientierungsrahmen DiKoLAN, der digitale Kompetenzen basierend auf dem T/DPaCK-Modell in fachspezifische und allgemeine Bereiche gliedert.[2] Dieser Beitrag schließt die Forschungslücke zur Überprüfung der in DiKoLAN beschriebenen Kompetenzerwartungen durch die Entwicklung von Tests mit Situationsvignetten, die digitale Kompetenzen in den Bereichen Datenverarbeitung und Präsentation erfassen und auch chemiespezifische Aspekte berücksichtigen. [1] Kultusministerkonferenz (KMK). (2016). Bildung in der digitalen Welt: Strategie der Kultusministerkonferenz. Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 8. Dezember 2016. [2] Becker, S., et al. (2020). DiKoLAN: Digitale Kompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften. Arbeitsgruppe Digitale Basiskompetenzen. Joachim Herz Stiftung.
03.04., 14:45 - 15:15
AiR-Pollution – Entwicklung von AR-Elementen und experimentellen Zugängen zur Auseinandersetzung mit der Feinstaubmessung durch Microcontroller
Jun.-Prof. Dr. Johann-Nikolaus Seibert, Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Dr. Christian G. Strippel, Ruhr-Universität Bochum
Laura Leppla, Rheinland-Pfälzische Technische Universität
AiR-Pollution – Entwicklung von AR-Elementen und experimentellen Zugängen zur Auseinandersetzung mit der Feinstaubmessung durch Microcontroller
Jun.-Prof. Dr. Johann-Nikolaus Seibert, Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Im Projekt „AiR-Pollution – AlmostNano“ wird eine Lehr-Lerneinheit im Kontext „Feinstaub“ entwickelt, in der Schüler:innen experimentelle und modellhafte Zugänge zur (Fast-)Nanoskala durch digitale Messung sowie durch die Nutzung von Augmented Reality (AR) ermöglicht bekommen. Hierzu werden in Zusammenarbeit zwischen den Chemiedidaktiken in Bochum (RUB) und in Kaiserslautern (RPTU) experimentelle digital angereicherte Module entwickelt, in denen Schüler:innen durch die Programmierung von Mikrocontrollern, wie der SenseBox, und Nutzung von Augmented Reality einerseits digitale Kompetenzen und andererseits Kompetenzen im Bereich der Erkenntnisgewinnung durch die Messung sowie Modellierung der (Fast-)Nanoskala entwickeln. Neben den gängigen Herausforderungen beim Wechsel zwischen makroskopischer, submikroskopischer und symbolischer Ebene im Sinne des Johnstone-Dreiecks lässt sich am Feinstaub die Fast-Nanoebene (Mesoebene) betrachten. Im Vortrag soll daher das Potential von AR konstruktiv-kritisch aufgezeigt werden, die bei der AR-Visualisierung im "AiR-Pollution"-Projekt auftreten können.
03.04., 15:30 - 16:00
Digitale Lernumgebung für das kollaborative Lösen komplexer Aufgabenstellungen in der OC
Lisa Zöllner, Universität Potsdam
PD Dr. Jolanda Hermanns, Universität Potsdam
Digitale Lernumgebung für das kollaborative Lösen komplexer Aufgabenstellungen in der OC
Lisa Zöllner, Universität Potsdam
Die organische Chemie ist ein Fachgebiet, das auf dem Verstehen und der Anwendung theoretischer Konzepte basiert. Daher liegt der Fokus nicht allein auf der Lösung komplexer Aufgaben, sondern auf dem Prozess des Lösens, ähnlich wie das kollaborative Lernen. Durch die regelmäßige Übung theoretischer Inhalte, mithilfe digitaler Lernumgebungen, erarbeiten sich Studierende eine eigene Lernprogression. Sie werden dadurch wiederkehrend in die Lage versetzt, ihr Wissen gezielt anzuwenden und die geforderten Kompetenzen weiterzuentwickeln. Durch den gezielten Einsatz digitaler Lernumgebungen können, insbesondere bei Weiterentwicklungen zur kollaborativen Bearbeitung, bestehende Lücken zwischen der Aneignung grundlegender Konzepte und ihrer Anwendung in komplexen Aufgabenszenarien geschlossen werden. Die in diesem Vortrag vorgestellten Prototypen bieten durch ihre differenzierte Gestaltung das Potenzial, heterogene Lerngruppen zu unterstützen, Lernprozesse zu individualisieren und kollaborative Kompetenzen zu fördern. Eine erste Erprobung der entwickelten Lernumgebungen wurde positiv bewertet, wodurch eine Weiterentwicklung sinnvoll und möglich ist.
03.04., 16:00 - 16:30
Eine digitale Lernumgebung als didaktischer Doppeldecker im Lehramtsstudium
David Keller, Universität Potsdam
PD Dr. Jolanda Hermanns, Universität Potsdam
Eine digitale Lernumgebung als didaktischer Doppeldecker im Lehramtsstudium
David Keller, Universität Potsdam
Die erstellte Lernumgebung zur chemischen Grundlagen stellt ein ergänzendes Lernangebot zu bestehenden Lehrveranstaltungen dar. Sie erlaubt den Studierenden ihre chemischen Fähigkeiten in den Bereichen: PSE, chemische Bindung, chemische Formeln sowie chemische Reaktionen zu testen und zugleich mit verlinkten Trainingsmaterialien zu trainieren und zu erweitern. Jedes Themengebiet enthält daher ein Selbsttest zum Fachwissen sowie zur Anwendung des Fachwissens. Da die Studierenden selbstständig mit der Lernumgebung arbeiten, sind verschiedene Arten an Scaffolding enthalten. Lernspiele runden das Angebot ab. Digitale Lernumgebungen können als „Didaktische Doppeldecker“ fungieren, wenn der Transfer der didaktischen Methode an die Schule vollzogen wird. Nach Wahl kann das gelingen, wenn die Lehramtsstudierenden die Methode ausprobieren und die methodischen Stärken aber auch Grenzen kennenlernen sowie darüber reflektieren. Im Vortrag werden, neben der digitalen Lernumgebung, die Evaluationsergebnisse präsentiert. An geeigneten Beispielen wird die Funktion der Lernumgebung als „Didaktischer Doppeldecker“ aufgezeigt und diskutiert.
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03.04., 13:45 - 14:00
Chemaktiv im Unterricht: Interaktive Visualisierungen an der Schnittstelle Schule und Chemiestudium
Leonie Baumgarten, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Dr. Annabel Pauly, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Chemaktiv im Unterricht: Interaktive Visualisierungen an der Schnittstelle Schule und Chemiestudium
Leonie Baumgarten, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Das Verständnis chemischer Prozesse kann durch interaktive Simulationen gefördert werden. Im Projekt Chemaktiv im Unterricht werden bestehende Visualisierungen für die Studieneingangsphase an die Sekundarstufe II angepasst. Durch Microeinheiten zu alternativen Konzepten und digitale Elemente (H5P) entsteht eine flexible Schnittstelle zwischen Schule und Hochschule, indem zwischen beiden Darstellungen gewechselt werden kann. Ein Ziel des Forschungsprojektes ist es, in einem qualitativen Setting zu untersuchen, wie Studierende beim Lösen von Aufgaben mit den verschiedenen Versionen interagieren.
03.04., 14:00 - 14:15
Making Science4Exit
Prof. Dr. Isabel Rubner, PH Ludwigsburg
Soraya Cornelius, PH Ludwigsburg
Making Science4Exit
Prof. Dr. Isabel Rubner, PH Ludwigsburg
Im Projekt "MAKING Science4Exit" soll ein digitales Baukastensystem „EduEscapeLab“ entwickelt werden, welches die Lehrkräfte und Schüler:nnen bei der Erstellung von Educational Escape Games unterstützt. Durch Einsatz des „EduEscapeLab“ können Schüler:innen in einem kreativen und interaktiven Lernsetting projektorientiert, fächerübergreifend und mit viel Eigeninitiative Fachinhalte auf spielerische Weise erarbeiten. Dabei wird nicht nur das Fachwissen vertieft, sondern auch die Entwicklung überfachlicher Kompetenzen gefördert.
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03.04., 10:15 - 13:15
Chemieunterricht und Informatik – Bringt zusammen was zusammen gehört?!
Daniel Braun, Universität Konstanz
Julia Albicker, Universität Konstanz
Prof. Dr. Johannes Huwer, Universität Konstanz
Chemieunterricht und Informatik – Bringt zusammen was zusammen gehört?!
Daniel Braun, Universität Konstanz
In diesem Workshop zeigen wir den entscheidenden Beitrag moderner Technologien für den naturwissenschaftlichen Unterricht auf. Anhand praktischer Beispiele verdeutlichen wir, wie Naturwissenschaften und Informatik miteinander verbunden sind und gewinnbringend in Lernumgebungen verknüpft werden können. Beispielsweise thematisieren wir ein Vorgehen zur strukturierten und zugleich sprach-reduzierten Dokumentation von Versuchsabläufen in Anlehnung an algorithmische Prozesse und stellen ein Lernszenario zum praktischen Einsatz von Microcontrollern im Naturwissenschaftsunterricht vor. Darüber hinaus sollen auch Einsatzfelder zum Lernen über Künstliche Intelligenz, z.B. im Rahmen der Mustererkennung, präsentiert werden. Der Workshop bietet konkrete Einblicke in die Future Skills des naturwissenschaftlichen Arbeitens sowie die darauf basierende Durchführung von Experimenten, wobei auch technische Herausforderungen diskutiert werden.
03.04., 13:45 - 16:45
Künstliche Intelligenz im naturwissenschaftlichen Unterricht
Mathea Brückner, Universität Konstanz
Nikolai Maurer, Universität Konstanz
Künstliche Intelligenz im naturwissenschaftlichen Unterricht
Mathea Brückner, Universität Konstanz
In diesem Workshop steht die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) in die Gestaltung naturwissenschaftlichen Unterrichts im Fokus. Ziel ist es, Lehrkräfte mit einer Kombination aus theoretischem Input und praktischen Übungen über aktuelle Entwicklungen und Anwendungen von KI im naturwissenschaftlichen Bereich vertraut zu machen sowie Nutzungsmöglichkeiten und -tipps generativer KI aufzuzeigen. In einer praktischen Phase können unter anderem Prompting-Techniken zur effizienteren Nutzung generativer KI-Systeme kennengelernt werden. Die Möglichkeit generative KI als Werkzeug zur Materialerstellung und -differenzierung zu nutzen kann ausprobiert werden und dient als Grundlage für eine anschließende Diskussion der Potentiale und Grenzen dieser Technologie im Unterrichtskontext.