Programm (Statisch) - 07.03.2024

Digitalisierungsbezogene Kompetenzen für das Lehramt der Naturwissenschaften in Zeiten von adaptivem Unterricht (DiKoLAN^2.0) und Künstlicher Intelligenz (DiKoLAN^KI)

Prof. Dr. Christoph Thyssen, RPTU Kaiserslautern-Landau

Digitalisierungsbezogene Kompetenzen werden systembedingt sowohl für Lehrkräfte als auch Lernende in Kompetenzrahmen und -vorgaben (wie z. B. DigCompEdu, Strategie „Bildung in der Digitalen Welt“) vielfach mittels übergeordneten und inhaltlich wenig konkretisierten Zielen formuliert. Daraus resultiert für die Lehrkräftebildung, aber auch für die schulische Unterrichtsplanung, eine zentrale Aufgabe: die Identifikation fachspezifisch konkretisierter Kompetenzbeschreibungen bzw. -ziele, über die Unterricht aus dem aktuellen Staus Quo heraus auch zukunftsfähig und fachdidaktisch fundiert weiterentwickelt werden kann. Genau dieser Aufgabe stellt sich DiKoLAN als Orientierungsrahmen. Orientiert an der dynamischen Unterrichts- und Technologieentwicklung können erweiterte Perspektiven auf den Einsatz neuer Technologien oder gar neue Kompetenzbereiche ein- bzw. aufgenommen werden. Mittels in DiKoLAN etablierten Ansätzen können sich weiterentwickelnde Anforderungen der Lehrkräftebildung und des adaptiven Unterrichtens in den Naturwissenschaften berücksichtigt werden. Mit Fokus auf Kompetenzen im Bereich von Feedback, Assessment und Adaptivität sowie einer Perspektive auf KI wird gezeigt, wie DiKoLAN digitalisierungsbezogene Kompetenzen von Lehrkräften auch in neuen Anforderungsbereichen strukturieren und konkretisieren kann

Einschätzung einer digitalen Lernumgebung zur chemischen Bindung und Formelsprache

David Keller, Universität Potsdam

Die digitale Lernumgebung wurde für Studierende (Chemie Haupt- und Nebenfach) der ersten Semester in genially als Add-on zu ihren Lehrveranstaltungen entwickelt. Sie umfasst die Themengebiete: PSE, chem. Bindung, chem. Formeln und chem. Reaktionen. Zu jedem Themengebiet wurde ein Selbsttest entwickelt. Hiermit können die Studierenden sowohl ihr Fachwissen als auch ihre Kompetenzen zur Anwendung des Fachwissens selbstständig testen. Anhand des Feedbacks können die Studierenden auf verlinkte Trainingsmaterialien zugreifen. Zusätzlich sind ein Fachbegriffsglossar und Lernspiele zu Fachbegriffen enthalten. Eine Studie im Prä-Post-Design zu den Erwartungen an und den Erfahrungen mit der Lernumgebung wurde im Wintersemester 2023/24 in verschiedenen Lerngruppen durchgeführt. Die Fragebögen enthielten jeweils offene und geschlossene Fragen zu technischen sowie inhaltlichen Aspekten. In der Prä-Befragung wurde zudem erhoben, welche Erfahrungen die Studierenden schon mit digitalen Medien und Tools haben. Die Ergebnisse dieser Studie werden im Vortrag präsentiert und diskutiert.

Digitale Concept Cartoons und Teilchenanimationen als Unterrichtsimpulse zur Thematisierung von Fehlvorstellungen im Chemieunterricht der Sekundarstufe II

Fabienne Weisenburger, RPTU Kaiserslautern-Landau

In Concept Cartoons beziehen verschiedene Charaktere Stellung zu einer naturwissenschaftlichen Fragestellung. Die Aussagen reichen von gängigen Alltagsvorstellungen bis hin zu wissenschaftlich akzeptierten Sichtweisen[1]. Angeregt durch die Äußerungen im Concept Cartoon sollen Schüler:innen ihre eigenen Sichtweisen verbalisieren und reflektieren[2]. Gerade beim Korrosionsvorgang sind zahlreiche Fehlvorstellungen zu verzeichnen. Zur Feststellung jener wurde ein animierter Concept Cartoon zur Korrosion von Eisen empiriebasiert entwickelt. Die getroffenen Aussagen wurden durch entsprechende, mithilfe von PowerPoint erstellte Animationen der Teilchenebene erweitert. Sie dienen der gezielten Thematisierung diverser Präkonzepte sowie hausgemachter Fehlvorstellungen[3]. Es wurde eine Materialtestung in einem Chemie-LK durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass das entwickelte Material die Schüler:innen zwar herausforderte, sie letztlich aber Fehlvorstellungen fachwissenschaftlich fundiert und in adäquater Fachsprache korrigieren konnten. [1] E.-M. Feige

Interaktive Lernvideos und Concept Maps zur Molekülorbitaltheorie

David Johannes Hauck, TU Dortmund

Vereinzelt bereits in der Schule, spätestens allerdings im Rahmen eines Chemiestudiums müssen sich Lernende mit anspruchsvollen Atom- und Bindungsmodellen wie der Molekülorbital-(MO-)Theorie auseinandersetzen – dem „Atoms First“-Ansatz folgend oft schon von Beginn des Studiums an. Da solche quantenchemischen Konzepte zu den anspruchsvollsten gehören, wurde eine digital-kollaborative Unterstützungsintervention entwickelt und in Ergänzung zur regulären Erstsemestervorlesung mit Studierenden der Chemie, Chemischen Biologie und des Lehramts Chemie an der TU Dortmund erprobt. Dabei arbeiteten die Studierenden zunächst mit interaktiven Lernvideos zur MO-Theorie und erstellten darauf aufbauend Concept Maps zur Sicherung und Vernetzung ihres konzeptuellen Wissens. Um zu untersuchen, welche Konzepte für die Studierenden einerseits besonders bedeutsam, andererseits aber auch besonders schwierig waren, wurden die Maps mit Hilfe eines dafür entwickelten Kodiermanuals analysiert. Im Vortrag werden die interaktive Lernumgebung sowie das Manual präsentiert. Die ermittelten Befunde werden vor der Perspektive weiterer Fördermaßnahmen auf (Hoch-)Schulebene interpretiert.

Potentiale digital-differenzierter Lernmodule für den Chemieunterricht

Nicolai ter Horst, Universität Jena

Digital-differenzierte Lernmodule haben sich in ihrem ersten Einsatz im Schülerlaborkontext als vielversprechende Methode für die Vermittlung chemischer Inhalte erwiesen [1]. Während ihr Einsatz als Alternative zum Stationenlernen im klassischen Schülerlabor weiter erforscht werden soll, stellt sich die Frage, inwiefern diese auch in der Schule eingesetzt werden könnten. Durch begleitende Anfangs- und Verlaufsdiagnostik könnte das Lernen und vor allem das Üben weiter individualisiert werden, indem auf Basis der Ergebnisse der Diagnostik passende Aufgaben vorgeschlagen werden [2]. Der Vortrag soll als Diskussionsgrundlage dienen und einen Weg aufzeigen, wie aus eBook basierten digital-differenzierten Lernmodulen im Schülerlabor webbasierte adaptive Lernumgebungen für den regulären Chemieunterricht entstehen können. [1] N. ter Horst, J. Dietrich, T. Wilke (2023): Digital-differenzierende Lernmodule im Schülerlaborkontext: eine Pilotstudie. Tagungsband DiCE 2023, accepted. [2] Nörenberg, L., Lazarides, R., Dietrich, J.,

ChemEscape – Spannende Rätsel mittels Experimentieren Lösen

Monja Schilling, JCF-Team Science & Education

Da die Studienanfängerzahlen in der Chemie in den letzten Jahren kontinuierlich sanken [1], ist es nötig, dass innovative Konzepte entwickelt werden, die die Schülerinnen und Schüler für die Naturwissenschaften begeistern. Das JCF-Team Science & Education hat daher den labor-basierten Chemie-Escape-Room ChemEscape entwickelt. Während des Spiels müssen die Teilnehmenden ihr Chemie-Wissen anwenden, um sechs chemische Rätsel zu lösen, die verschiedene Fachrichtungen abdecken und eigenständiges Experimentieren erfordern. Die Rätsel sind in eine Hintergrundgeschichte eingebettet, um das Interesse der Teilnehmenden zu wecken, die in kleinen Teams arbeiten. Der ChemEscape kann während einer 90-minuten Schulstunde durchgeführt werden und erfordert lediglich eine betreuende Lehrkraft. Hier werden die Grundlagen des Projekts und die Funktionsweise vorgestellt. Desweiteren werden die Ergebnisse der Umfragen und den Schülerinnen und Schülern und Lehrkräften an deutschen Schulen vorgestellt und diskutiert. Weitere Informationen: jcf.io/chemescape [1] Nachr. Chem. 2022, 70(7|8), 8.

Wirkungen einer digital unterstützten Vorbereitungsphase im Flipped Lab

Prof. Dr. Dirk Burdinski, TH Köln

Laborpraktika sind ein prägender Baustein naturwissenschaftlicher Studiengänge. Dabei ist eine intensive Vorbereitung der praktischen Laborphasen entscheidend für die Kompetenzentwicklung. Dass Studierende sich selbstständig und handlungsorientiert auf die Laborpraxis vorbereiten, gelingt im Flipped Lab durch die Übertragung des Inverted-Classroom-Modells auf das Bedingungsfeld laborpraktischer Lehrveranstaltungen. In klassischen Praktikumsformaten, die den Fokus auf die Laborphase und deren Nachbereitung legen, besteht die Gefahr einer kognitiven Überlastung der Studierenden unter dem subjektiven Handlungsdruck im Labor. Mit der Übertragung des Inverted-Classroom-Modells auf die Praktikumssituation ergibt sich die Forderung nach einer Verschiebung des studentischen Fokus auf die Vorbereitungsphase, als Voraussetzung für die Entwicklung höherer Kompetenzen in der anschließenden Präsenzphase. Hierbei spielen digitale Medien, insbesondere Laborvideos und Quizzes, eine entscheidende Rolle. Inwieweit durch deren strukturierten Einsatz insbesondere das Arbeitsverhalten der Studierenden gesteuert werden kann, wurde am Beispiel eines Zweitsemesterpraktikums Anorganische Chemie untersucht.

Digitalitätsbezogene Kompetenzen angehender Chemielehrkräfte: Untersuchungen zu Rechercheprozessen und Glaubwürdigkeitseinschätzungen

Dr. Dennis Dietz, Freie Universität Berlin

Jugendliche trauen sich kaum zu, kompetent mit Desinformationen im Internet umzugehen (Börsch-Supan & Thies, 2020). Daher ist es zeitgemäß, dass das Einschätzen der Glaubwürdigkeit von Quellen Einzug in die Bildungsstandards für die allgemeine Hochschulreife aller naturwissenschaftlichen Fächer gefunden hat. Wie angehende Lehrkräfte Informationen im Internet recherchieren und die Glaubwürdigkeit ihrer Recherchen einschätzen, ist bislang unklar. Daher haben wir Studierende des Chemie-Lehramts im Rahmen ihrer Internet-Recherchen (samt lauten Denkens) zu naturwissenschaftlichen Fragestellungen videographiert und unmittelbar danach retrospektiv interviewt (Dietz et al. im Druck). Im Rahmen unseres Beitrags stellen wir ausgewählte Ergebnisse zur Diskussion. Börsch-Supan, J. & Thies, L. (2020). Die Jugend in der Infodemie: Eine repräsentative Befragung zum Umgang junger Menschen in Deutschland mit Falschnachrichten während der Coronakrise. Vodafone Stiftung Deutschland. Dietz, D., Petter, A. & Bolte, C. (im Druck). Strategien zur Beurteilung der Glaubwürdigkeit von Online-Quellen. In: H. van Vorst (Hrsg.). Frühe naturwissenschaftliche Bildung. Essen: Universität Duisburg-Essen

Was sollten angehende Lehrkräfte über computerbasierte Simulationen wissen? Und was wissen sie tatsächlich?

Antonia Kirchhoff, Universität Bielefeld

Die digitale Transformation der Bildungslandschaft ermöglicht den Einsatz neuer Anwendungen wie z. B. computerbasierte Simulationen. Im Chemieunterricht werden Simulationen beispielsweise zum besseren Verständnis komplexer Vielteilchensysteme eingesetzt. Vor dem Hintergrund ihres zunehmenden Einsatzes in der Schnittmenge zwischen Wissenschaft und Politik nimmt ihre Relevanz für Schüler*innen auch aus einer scientific literacy Perspektive zu. Um computerbasierte Simulationen als genuine Instrumente der Erkenntnisgewinnung und nicht lediglich als bunte Darstellungsoption im Unterricht einsetzen zu können, bedarf es des Verständnisses der epistemologischen Hintergründe. Die Umsetzung von Simulationen auf Computern und die daraus resultierenden Eigenschaften der epistemischen Opazität und Dynamik, die für Simulationen charakteristisch sind, lässt ihre Epistemologie distinkt und vergleichsweise komplex werden. Der Vortrag gibt eine wissenschaftsphilosophische Einführung in computerbasierte Simulationen sowie einen Einblick in erste Ergebnisse einer Interviewstudie zur Erfassung der Vorstellungen von Chemielehramtsstudierenden zu diesem Thema.

Entwicklung, Konzeption & Validierung von Kompetenztests für den Kompetenzbereich Datenverarbeitung im Orientierungsrahmen DiKoLAN

Philipp Pawels , Universität Konstanz, PH Thurgau

Insbesondere für (angehende) Naturwissenschaftslehrkräfte erweist es sich bezüglich des vermehrten Einzugs digitaler Technik in den Unterricht als unabdingbar, neben fachlich-inhaltlichem Wissen über technologiebezogene Kompetenzen zu verfügen. Denn nur wenn Lehrkräfte über ausreichend digitalisierungsbezogene, d.h. vielfach informatische Kompetenzen z.B. in der Verarbeitung von digitalen Daten verfügen, können Schüler/innen bei der Entwicklung dieser adäquat unterstützt werden. Eine Orientierung welche digitalisierungsbezogenen Kompetenzen u.a. in der Verarbeitung von digitalen Daten im naturwissenschaftlichen Unterricht elementar sind, gibt der Orientierungsrahmen DiKoLAN (Digitale Kompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften) wieder [1]. Mittels einzelner Testinstrumente zur Erfragung des Selbstkonzepts in den einzelnen Kompetenzbereichen, konnten bereits einige empirische Befunde hervorgebracht werden [2]. Eine Forschungslücke stellt in diesem Zusammenhang die Überprüfung der im Orientierungsrahmen DiKoLAN verankerten operationalisierten Kompetenzerwartungen mittels exemplarisch konzipierten Kompetenztests dar. [1] Becker, S. et al. in Digitale Basiskompetenzen – Orientierungshilfe und Praxisbeispiele für die universitäre Lehramtsausbildung in den Naturwissenschaften; Becker, S. et al. (Eds.); Joachim Herz Stiftung: Hamburg, 2020, 14–43. [2] Kotzebue, L.v. et al., Educ. Sci. 2021, 11, 775. doi:10.3390/educsci11120775

e-lement – Evaluation eines Studienmoduls zur Entwicklung digitaler Lernumgebungen für den Chemieunterricht

Prof. Dr. Stefan Müller, Universität Koblenz

Das Projekt „e-lement“ (e-learning entwickeln mitsamt Evaluation durch neue Techniken) wurde konzipiert, um die digitalen Kompetenzen von angehenden Chemielehrkräften zu fördern, insbesondere hinsichtlich der Gestaltung von digitalen Lernumgebungen für den eigenen Unterricht. Im zugehörigen Studienmodul entwickeln Lehramtsstudierende dementsprechend in enger Zusammenarbeit mit den kooperierenden Schulen digitale Lernumgebungen zu ausgewählten Themen des Chemieunterrichts und evaluieren sie anschließend mit verschiedenen Methoden der empirischen Sozialforschung. Um das Modul weiterzuentwickeln und um empirisch zu untersuchen, inwiefern das Projekt die Studierenden beim Aufbau ihrer digitalen Kompetenzen fördert, wurden Pre- und Post-Fragebögen (n = 95) eingesetzt und Follow-Up-Interviews (n = 5) durchgeführt. Anschließend wurden die offenen Items mithilfe qualitativer Inhaltsanalyse ausgewertet. Im Rahmen des Vortrags werden die Ergebnisse dieser Untersuchungen präsentiert. Darüber hinaus wird ein kurzer Einblick in den Aufbau des Studienmoduls und die erstellten digitalen Lernumgebungen geboten sowie ein Ausblick auf die Zukunft des Projektes gegeben.

CHAMP – chemische Animationen mit PowerPoint

Constantin Egerer, Universität Potsdam

Lernende haben oft Probleme die Erklärungen auf der submikroskopischen Ebene [1] nachzuvollziehen. [2] Animationen bieten die Möglichkeit die Dynamik von chemischen Prozessen abzubilden und ermöglichen damit einen erweiterten Zugang zur Teilchenebene. Im Projekt CHAMP (Teil des Kompetenzverbundes lernen:digital) werden Fortbildungen entwickelt, die Lehrkräfte in der Erstellung von individualisierten Animationen professionalisieren. Dazu sollen Präsentationstools wie PowerPoint (PPT) eingesetzt werden [3]. In diesem Vortrag wird ein theoriegeleitetes Fortbildungskonzept mit begleitendem Instrumentarium vorgestellt. Zudem haben Lehrkräfte die Möglichkeit, im begleitenden Workshop erste Animationen mit PPT selbst zu erstellen. [1] A. H. Johnstone, „The development of chemistry teaching […] “, J. Chem. Educ., Bd. 70, Nr. 9, S. 701, Sep. 1993, [2] S. Abels, B. Koliander, T. Plotz, und C. Heidinger, „Neon ist ein Gas und hat zwei Ringe […]“, CHEMKON, Bd. 25, Nr. 6, S. 238–242, Sep. 2018 [3] A. Banerji, „Gestaltung digitaler Lernumgebungen mit PowerPoint und PREZI […]“, CHEMKON, Bd. 24, Nr. 2, S. 69–72, Apr. 2017

Closing Tag 2

AG DiCE, AG DiCE, GDCh FGCU

Eine Vorstellung des Projekts MINT-ProNeD am Standort Konstanz

Nikolai Maurer, Universität Konstanz

Das Projekt MINT-ProNeD verfolgt das Ziel, ein ganzheitliches Konzept für die Ausbildung von MINT-Lehrkräften zu entwickeln, um prozessbezogener Kompetenzen von Schülerinnen und Schülern indirekt zu fördern. Es etabliert zu diesem Zweck drei interdisziplinäre Netzwerke: Netzwerk 1 ist verantwortlich für Planung und Durchführung von Lehrerfortbildungen. Netzwerk 2 ermöglicht eine Fortführung der Fortbildungsinhalte in Form von Unterrichtsentwicklung und -beratung für Lehrkräfte. Netzwerk 3 steht unterstützend zur Verfügung, um neueste, zukunftsweisende Technologien zu sichten und zu erproben. Am Standort Konstanz liegt der Fokus auf der Weiterbildung und Beratung von Gymnasiallehrkräften. Ein Teil der angebotenen Fortbildungen widmet sich den Möglichkeiten und Grenzen von Zukunftstechnologien wie KI sowie AR und VR in der Schule. Ferner ist geplant, Unterrichtsberatungen anzubieten, die zum Ziel haben, diese Technologien für die Realisierung digital-adaptiven Unterrichts [1] nutzbar zu machen. [1] Plass, J. L.

Digitale Kompetenzen von Lehramtsstudierenden in den Naturwissenschaften fördern

Anna Henne, Universität Konstanz

An der Universität Konstanz wird eine fachübergreifende Veranstaltung für Lehramtsstudierende der Biologie, Chemie und Physik angeboten. Ziel der Veranstaltung ist die Förderung digitaler Basiskompetenzen angehender Lehrkräfte in den sieben Kompetenzbereichen nach DiKoLAN (Becker et al., 2020). Die Studierenden wenden das in den einzelnen Kompetenzbereichen erworbene Professionswissen semesterbegleitend bei der Erstellung von AR-Lernumgebungen für die Sek. II und abschließend bei der Gestaltung einer digital gestützten Unterrichtsstunde an. Exemplarisch wird die Einheit zur Datenverarbeitung im naturwissenschaftlichen Unterricht vorgestellt. Die Lehrveranstaltungsevaluation zeigte einen starken positiven Effekt auf die Selbstwirksamkeitserwartungen zu digitalen Kompetenzen der Studierenden (vgl. Henne et al., 2022). Becker et al. (2020). Orientierungsrahmen Digitale Kompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften – DiKoLAN. In: S. Becker, J. Meßinger-Koppelt,

BNE zugänglich für jeden machen – Mit dem Podcast „SDGinteractive“ über die Nachhaltigkeitsenwicklungsziele lernen

Sandra Wilfinger, Universität Konstanz

Der Podcast als Audiokommunikationsmedium hat in den letzten Jahren zunehmend an Beliebtheit gewonnen. Unter anderem zeichnet er sich durch eine minimale Einstiegsschwelle aus, die eine Nutzung attraktiv macht (Mulki & Ormsby, 2022). Inzwischen gibt es eine Vielzahl an verschiedenen Podcast-Reihen, die verschiedenste Themen ansprechen. Um eine Beschäftigung mit den Biosphären-SDGs zu ermöglichen, wurde eine Podcast-Reihe produziert und auf einer Online-Lernplattform für Lernende im schulischen und außerschulischen Kontext zugänglich gemacht. Diese Plattform wird in einem Tooltip näher vorgestellt. Eine Evaluation der Podcast-Reihe erfolgte durch einen Fragebogen, der die Tonqualität, Authentizität der Sprecher usw. erfragte. Dieser wurde überwiegend von den Teilnehmenden im Alter von 20 bis 50 Jahren beantwortet. Die Ergebnisse dieser Fragebogenstudie werden im Vortrag vorgestellt. Mulki, S. & Ormsby, A. A. (2022). Breaking Green Ceilings: podcasting for environmental and social change. Journal of Environmental Studies and Sciences, 12(1), 18–27. https://doi.org/10.1007/s13412-021-00723-z

Ocean acidification experiment to enhance climate-literate citizen in science: The virtual reality prototype

Dr. Asih Widi Wisudawati, UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta Indonesia

As the slowness process in nature, ocean acidification (OA) remains the fertile education resource for learning chemical properties. Although OA's series cannot be looked at directly, students could learn from the well-designed experiment kit to learn the phenomena. This study developed the OA experiment using the original seawater around the students' homeplace and artificial seawater made in the laboratory. As part of the Design-Based Research (DBR) implementation stage, the OA's experiment is based on the designed and synthesized model in the first mezzo-cycle. Sixty-two (62) students took part in the implementation of the developed Systems Thinking (ST) approach to understand ocean acidification. The student activities begin with a diagnostic test with trigger questions to identify a system's component. To understand the relationship among and within parts, students observed the pH change affected by increasing CO2 concentration between pure and artificial seawater. The pH sensor was used to enhance students' familiarity with digital media. Results show that understanding the ocean acidification experiment could enhance climate-literate awareness. Still, corresponding to the student outcome, there is a need to visualize through visual reality to understand better.

webChem: Digitale, interaktive Chemie im Unterricht (Tooltip)

Dr. Tolga Ülkü, CreativeQuantum GmbH

webChem ermöglicht digital und interaktiv chemische Phänomene auf molekularer Ebene zu untersuchen. webChem bildet quantenmechanische Echtzeitsimulationen ab, wodurch Lernende ihre Kompetenzen an nicht vorprogrammierten Fragestellungen erweitern können. Außerdem wird es durch eine halbautomatische Auswertung von Lernstandserhebungen möglich sein ein aufgabenspezifisches Feedback zu geben. Zudem können Lehrpersonen die Lerninhalte an ihren Lerngruppen adaptieren, um den Erwerb zentraler Kompetenzen, wie das Modellieren oder das kollaborative Lernen, im Chemieunterricht zu fördern.

3D-Druck im Chemieunterricht

Lukas Zell, PH Freiburg

Der 3D-Druck gewinnt in Industrie und Alltag zunehmend an Bedeutung. Dieser Vortrag beleuchtet, wie dieses innovative Thema im Chemieunterricht integriert werden kann. Ein großes Anwendungsfeld ist die Unterrichtsvorbereitung. Mit nur wenig Aufwand können praktische Tools gedruckt werden. Mit mehr Engagement werden maßgeschneiderte Lösungen möglich. Der 3D-Druck ermöglicht die Herstellung von hochwertigen Unterrichtsmaterialien wie Modelle und ausgeklügelte Lernspiele. Das alles für einen Bruchteil der Kosten, die normalerweise anfallen. Über das Internet können die 3D-Modelle weltweit geteilt werden. Zudem kann der 3D-Druck selbst ein innovativer Lehrinhalt sein, indem Schüler Kunststoffe mit ihren typischen Eigenschaften als Werkstoffe kennen lernen und sogar Chemie direkt am gedruckten Objekt durchführen. Der Umgang mit digitalen Tools für den 3D-Druck fördert in motivierende Weise die digitalen Kompetenzen, welche zunehmend für Lehrer und Schüler relevant werden. Der Vortrag gibt einen kurzen Einblick in die Projekte des International Center for STEM Education (ICSE) an der PH Freiburg. Hier ist der 3D-Druck bereits Bestandteil der Hochschullehre, inklusive Lehrerworkshops.

Druckänderungen sichtbar gemacht! (abgesagt)

Dr. Hanne Rautenstrauch, Universität Flensburg

Veränderungen des Drucks während chemischen Reaktionen sind für Schüler:innen häufig schwer beobachtbar und somit auch schwer begreifbar. Es gibt jedoch eine ganze Reihe von Experimenten (z.B. den Springbrunnenversuch), bei denen die beobachteten Vorgänge mit Hilfe von Druckänderungen erklärt werden müssen. In Experimenten werden Druckänderungen phänomenologisch meist durch Bewegungen sichtbar (z.B. der Stempel im Kolbenprober). Dies bestärkt die häufig vorherrschende Schülervorstellung, dass Druck gerichtet ist und auf einen Körper einwirkt [1]. Um den Druck oder Druckänderungen in einem System „sichtbar“ zu machen, können bei Experimenten digitale Drucksensoren zum Einsatz kommen, welche sowohl die Begreifbarkeit des Drucks steigern als auch einen neuen Blick auf altbewährte Experimente ermöglichen [2]. Auf diese Weise kann der Einsatz digitaler Messsensoren beim Experimentieren einen deutlichen Mehrwert bieten. In dem Vortrag wird ein Projekt vorgestellt, in dem gängige Schulexperimente durch einen Drucksensor adaptiert werden. [1] R. Wodzinksi, Unterricht Physik 2000, 11, 124–126. [2] H. Rautenstrauch, M. Busker, NiU Chemie 2022, 33 (4), 26–30.

Kollaborative/Kooperative Datenerfassung und Analyse im naturwissenschaftlichen Schulunterricht an unterrichtspraktischen Beispielen zur Enzymkinetik und Konzentrationsbestimmung (z.B. alpha-Amylase) 

Michael Spanier, RPTU Kaiserslautern Fachdidaktik Biologie

Neben dezidiert für den Unterricht entwickelten Systemen erlauben auch Smartphones/Tablets digitale Messwerterfassung im Unterricht. Über solche End-Geräte kann digital gestützter Unterricht nicht nur vom Messen (Meier et al., 2021) an sich profitieren, sie ermöglichen in geeigneten digitalen Arbeitsumgebungen auch digitales kollaboratives Arbeiten. Im Idealfall bieten passgenaue Systeme wie z.B. digitale Laborbücher Funktionen, die direkte Datenaufnahme sowie kollaborative Weiterverarbeitung und Darstellung bieten. Bisher existierende Tools decken diesbezüglich in der Regel nicht alle Bereiche ab. Der Vortrag stellt anhand von erprobten Praxisbeispielen ein neues, webbasiertes Tool (Kooperation BASF und RPTU) zum kollaborativen Arbeiten im Labor und Schulunterricht vor, dass die Anbindung von Webapps zur Messung mittels Tablet oder Smartphone (z.B. pH-Wert, Konzentrationen) und Auswertung bietet. Erste Daten zum Einsatz im Unterricht werden gezeigt. Meier, M., Thoms, L.-J., Becker, S, et al. (2021). Digitale Transformation von Unterrichtseinheiten – DiKoLAN als Orientierungs- und Strukturierungshilfe am Beispiel Low-Cost-Photometrie mit dem Smartphone. DOI: 10.31244/978383099418

Auf promptem Weg durchs Studium? Einblicke in Prompting-Strategien Studierender des Lehramtes Chemie

Dr. Sebastian Tassoti, Universität Graz

Der Umgang mit generativer künstlicher Intelligenz ist im Bildungsbereich aufgrund der implizierten Potentiale und Herausforderungen aktuell von hohem Interesse. Ein Schlüsselfaktor im produktiven Umgang mit diesen generativen großen Sprachmodellen ist dabei entsprechendes zielführendes Prompting (= die Eingabe durch Nutzer:innen). Im Rahmen einer Lehrveranstaltung an der Universität Graz haben Studierende des Lehramtes Chemie in mehreren Lehrveranstaltungseinheiten ChatGPT und DALL-E als generative Künstliche Intelligenz kennengelernt und im Lauf eines Semesters zur Umsetzung eines digitalen Projektes verwendet. Während der Lehrveranstaltung wurden den Studierenden Prompting-Strategien vermittelt, Zugriff auf die Prompts anderer Studierender gegeben und eigene Prompts kritisch hinterfragt. Dieser Vortrag gibt einen qualitativen Einblick in die beobachteten Strategien und gesammelten Prompts der Studierenden bei der Umsetzung ihres digitalen Projektes. Außerdem werden erste Einblicke in Prompting-Strategien zur Lösung von Aufgabenstellungen aus dem Inhaltsbereich Chemie aus derselben Lehrveranstaltung gegeben.

Schüler*innen mit digitalen Spielen zum Chemielernen motivieren

Dr. Stefanie Lenzer, IPN Kiel

Digitales spielbasiertes Lernen ist ein vielversprechender Ansatz, um Motivation und Interesse zu wecken (Sailer et al. 2017). Da die Motivation und das Interesse sich mit naturwissenschaftlichen Phänomenen auseinanderzusetzten weiterhin gering ist (Jansen et al. 2019), ist das Potential von digitalen Spielen für das Lehren und Lernen in den Naturwissenschaften vielversprechend. Trotz des hohen Potentials ist ein breiter Transfer von digitalen Spielen in den Unterricht bisher nicht gelungen und auch kaum beforscht (acatech & Joachim Herz Stiftung 2023, S. 12-13). Der Vortrag gibt Einblicke in die Entwicklung, Implementation und Evaluation des Spiels „Alkohol: ein gefährliches Genussmittel?“. Das Spiel wurde in 2022 und 2023 im Chemieunterricht der Jahrgangsstufe 11 eines Gymnasiums in Hannover mit insgesamt 111 Schüler*innen und 2 Lehrkräften getestet und positiv evaluiert. Ausgehend von qualitativen und quantitativen Daten von Schüler*innen und Lehrkräften wurde das Spiel iterativ weiterentwickelt und abgeleitet, wie die Entwicklung und Implementation motivierender digitaler Spiele für den Chemieunterricht gelingen kann.

Nutzen Schüler:innen überhaupt KI für den Chemieunterricht?

Dr. Felix Pawlak, Universität Tübingen

Die Chancen als auch die Risiken künstlicher Intelligenz (KI) für den (Chemie-)Unterricht werden derzeit viel diskutiert: Welche Auswirkungen haben wir auf das Lehren und Lernen im Chemieunterricht zu erwarten? Welche Möglichkeiten gibt es KI einzusetzen? Neben den Auswirkungen auf den Chemieunterricht stellt sich zudem die grundsätzliche Frage, inwiefern überhaupt KI-basierte Anwendungen von den Schüler:innen genutzt werden. Dieser Frage wurde mit einer Online-Umfrage nachgegangen, in der 211 Schüler:innen zu ihrer Nutzung von KI für Schule und den Chemieunterricht befragt wurden. Dazu wurden Schüler:innen unter anderem gefragt, ob und wie häufig sie KI nutzen, welche KI-basierte Anwendungen sie verwenden und welche Aufgabenbereiche mit Hilfe von KI, wie z. B. ChatGPT, bearbeitet werden. Die Ergebnisse der Umfrage werden im Rahmen des Vortrages vorgestellt. Des Weiteren werden auf deren Grundlage die potenziellen Implikationen für Praxis des Chemieunterrichts diskutiert.

Förderung von Bewertungskompetenz durch eine metakognitive Strukturierungshilfe

Jana-Sabrin Blome, TU Dortmund

Die adäquate Umsetzung von Bewertungskompetenz im Unterricht stellt Lehrkräfte vielfach vor Herausforderungen (z.B. Steffen & Hößle 2015). Deshalb zielt diese Interventionsstudie auf die Entwicklung und Evaluation eines Instruments ab, welches Lernende beim Bewertungsprozess im Chemieunterricht unterstützt. Im Fokus steht die Förderung einer strukturierten, rationalen und auf Fachwissen basierenden Vorgehensweise. Dazu wird eine digitale metakognitive Strukturierungshilfe eingesetzt, welche die eigenständige Bewertung einer gesellschaftlich relevanten Problemstellung unterstützt.

VR-Umgebungen zur Vermittlung von grundlegenden Modellen

Felix Ballhaus, Universität Kassel

Lernende der Chemie sind häufig durch die vielen Modelle gefordert, die einen hohen Anspruch an das räumliche Vorstellungsvermögen haben. Daher wurden VR-Lernumgebungen entwickelt, die grundlegende Modelle dreidimensional und interaktiv vermitteln sollen. Fokus des Impulses liegt dabei auf der Präsentation einer VR-Umgebung zum VSEPR-Modell, das vom Nutzer aus der Perspektive des Zentralatoms erfahren wird. Zusätzlich wird das Evaluationsdesign vorgestellt und erste Ergebnisse präsentiert. Ziel ist es die VR-Umgebungen als Lernmaterial zur Vorlesung allgemeine Chemie zu etablieren.

E-Assessment: Von der Lernstandkontrolle zur digitalen Prüfung im Chemieingenieurwesen

Jann Schneider, HTW Dresden

E-Assessments bieten für Lehrende und Lernende gleichermaßen eine Vielzahl von Möglichkeiten und Vorteilen. Lernende können z.B. für jeden Lösungsversuch ein Feedback, auch individualisiert, erhalten. Mit parametrisierten Aufgaben und in digitale Kurse eingebundene E-Assessments lassen sich individuelle Lernpfade erstellen. Lehrende können zeitgleich auf die Lösungsversuche zugreifen und Rückschlüsse auf das Nutzerverhalten ziehen. Dieser DiCE-Impuls gibt einen Einblick in die Erstellung von E-Assessments von der Idee bis zur Umsetzung für Grundlagenkurse des Chemieingenieurwesens.

Zukunftstechnologie im Lehr-Lern-Schülerlabor und pädagogischer Makerspace

Sandra Berber, Universität Konstanz

Im Projekt "Future Skills 4 Science Teacher" werden zwei Zielgruppen, Studierende und Schüler*innen, adressiert. Das Lehr-Lern-Schülerlabor setzt Module für Schüler*innen um, mit Fokus auf Zukunftstechnologien wie KI, AR und VR. Die Integration aktueller Studienergebnisse im Lehrkonzept für Studierende regt Diskussionen über Forschungsmöglichkeiten im Bereich Bildungstechnologien an. Im Labor werden diese selbst erforscht. Der Beitrag gibt Einblicke in das Lehrkonzept und die Module die Beispiele für eine Future-Lehre sein könnten.

Chemaktiv: Interaktive Visualisierungen für den Chemieunterricht der Sek. II (abgesagt)

Dr. Annabel Pauly, Universität Mainz

Der Beitrag wurde leider abgesagt.

Chemie-KI: Eine KI-gestützte Assistenz für Lehrkräfte

Prof. Dr.Timm Wilke, Universität Oldenburg

In diesem DiCE-Impuls wird die Entwicklung eines Assistenzsystems für den Chemieunterricht vorgestellt. Die Chemie-KI zielt darauf ab, die Lehrkraft in diversen Bereichen der Unterrichtsplanung und Mikrodiagnostik zu unterstützen. Das System befindet sich in einem frühen Entwicklungsstadium und der Vortrag ist als Einladung zu verstehen, es in einem geschlossenen Kreis mitzuentwickeln und zu testen.

Optimierung von digitalen Lernumgebungen

Nils Bergander, TU Dortmund

Eine transparente Gestaltung von digitalen Lernumgebungen kann das selbstregulierte Vorgehen im Lernprozess fördern. So müssen Schüler:innen beispielsweise weniger Zeit für das Verstehen von Aufgaben aufwenden oder können sich fokussierter mit auftretenden Schwierigkeiten beschäftigen. Um eine intensivere fachliche Auseinandersetzung anzubahnen, wird eine digitale Lernumgebung zum chemischen Gleichgewicht entwickelt. In dieser werden verschiedene Maßnahmen zur Erhöhung der Transparenz integriert und deren Wirkung untersucht.

Ein Lerntutor nach meiner Maßanfertigung? Eine Einführung und Bewertung von custom GPTs für das Fach Chemie

Martin Sigot, Universität Graz

LLMs wie ChatGPT bieten dem Bildungsbereich neue Möglichkeiten und Herausforderungen: Schüler:Innen können u.A. damit Aufgaben direkt lösen lassen, wobei Antworten in der Chemie oft viele Fehler beinhalten. Ein möglicher Einsatzbereich der LLMs wäre ein individueller Lerntutor, der Aufgaben stattdessen diskutiert und Konzepte erklärt. Mit custom GPTs können maßgeschneiderte Lerntutoren mit eigenem Antwortstil und spezifischem Wissen erstellt werden. Dieser Tooltip beschäftigt sich mit der Erstellung von GPTs und einer Ersteinschätzung, inwiefern sich GPTs zum Einsatz als Lerntutor eignen.

Mit Apps den Aufbau von Molekülen erkunden

Rebecca Tscheslog , Universität Bremen

Modelle sind im Chemieunterricht unverzichtbar. Sie fordern von Schüler:innen eine erhebliche Abstraktionsleistung, gerade wenn ein eigentlich dreidimensionales Modell nur in 2D z.B. in einem Schulbuch oder auf einem Arbeitsblatt abgebildet wird. Es werden drei verschiedene kostenlose Apps (MolView, WebMo, KingDraw HD) vorgestellt, mit denen man Moleküle in 3D darstellen kann. Zudem können auch Skelettformeln, Elektronenverteilungen, Reaktionsgleichungen, Orbitale u.v.m. mit den Apps angezeigt bzw. erstellt werden.

Balkonkraftwerke aufbauen und verstehen mit digitalen Lernmodulen

Dr. Fabian Poensgen, Geschwister-Scholl-Gymnasium Pulheim

In Zusammenarbeit mit Mitgliedern der Solaroffensive Köln, des Solarenergie-Fördervereins Deutschland und der Teachers for Future Germany haben wir mit Schüler*innen an unserer Schule ein Balkonkraftwerk installiert. Studierende des Instituts für Chemiedidaktik der Uni Köln haben das Projekt begleitet und entwickeln digitale Lernmodule, um die Funktionsweise eines Steckersolargeräts zu verstehen sowie den Aufbau und Anschluss selbstständig ausführen zu können. Unser Ziel ist es, mit diesen Materialien weitere Balkonkraftwerke an anderen Schulen zu installieren und als Lernmittel zu nutzen.

SmarTi - Automatisierung als Lerngegenstand im Chemieunterricht am Beispiel der Titration (abgesagt)

Jun.-Prof. Dr. Johann-Nikolaus Seibert, RPTU Kaiserslautern-Landau

Intelligente Systeme sind aus der heutigen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Hierzu zählen v.a. automatisierte Prozesse und künstliche Intelligenzen. Insbesondere in der chemischen Industrie (4.0) gibt es digitale Systeme, die den Prozessablauf beim Experimentieren im Labor optimieren sollen. In diesem Kurzimpuls soll der SenseBox-basierte Titrationsassistent „SmarTi“ im Kontext der Säure-Base Titration einerseits vorgestellt und andererseits die didaktische Einbettung im Chemieunterricht diskutiert werden.

Digitalisierung von Versuchsvorschriften - Ausbau einer internetgestützten Datenbank

Dr. Horst Klemeyer, Universität Hamburg

Das praktische Experiment ist ein unverzichtbarer Bestandteil des naturwissenschaftlichen Unterrichts. Daher ist es sinnvoll, dass die für den experimentellen Chemieunterricht notwendigen Versuchsanleitungen und die für die sichere Durchführung notwendigen Informationen digital zugänglich sind. Hierfür steht das Online-Portal "DEGINTU" der gesetzlichen Unfallversicherung kostenlos zur Verfügung. Für alle beteiligten Stoffe und Gemische werden hier deren GHS-Einstufung und deren aktuellen Tätigkeitsbeschränkung automatisch im Hintergrund stets aktuell gehalten. In DEGINTU gibt es zum Aufbau eines möglichst umfangreichen Versuchspools das "Institut für Chemieinformation". Dies ist eine virtuelle Schule in der Versuchsvorschriften überbetrieblich entwickelt, genutzt und verbessert werden. Alternativ können bereits digitalisierte Versuchsvorschriften über die e.mail-Adresse "degintu.fgcu@web.de" mit dem Institut für Chemieinformation geteilt werden. Für die Digitalisierung der Versuchsvorschriften und die Handhabung der Datenbank stehen jetzt drei aufeinander abgestimmte YouTube-Videos zur Verfügung. Diese Videos korrelieren jeweils mit einer für alle am Institut angemeldeten Personen frei zugänglichen Versuchsvorschrift.

BNE zugänglich für jeden machen – Vorstellung einer digitalen-Lernplattform zu den Nachhaltigkeitsenwicklungszielen

Sandra Wilfinger, Universität Konstanz

Jedem Menschen sollte bewusst gemacht werden, welchen Einfluss er auf die Welt hat. Da das Lernen immer mehr auch digital und von zu Hause aus stattfindet, wird in diesem von der DBU geförderten Projekt eine digitale Lernplattform aufgebaut, auf der Themen ausgewählter Sustainable Development Goals (SDGs) in kleinen, interaktiven Einheiten behandelt werden. Die Lerneinheiten können dabei von Infografiken über Podcasts, Videos, Live-Interaktionen, Augmented Reality bis hin zu Lernspielen reichen. Im Tooltip wird das Potential der Lernplattform für die Verwendung in der Schule vorgestellt.

Flow Chemistry mit Arduino-Mikrocontrollern

Ricarda Ringdorfer, Universität Graz

Flow Chemistry, Durchflusschemie, bezeichnet eine Synthesemethode, in der Reaktanden im kontinuierlichen Fluss zur Reaktion gebracht werden. Dadurch ergeben sich viele Vorteile wie erhöhte Sicherheit, verbesserter Massentransfer und höhere Produktqualitäten. In diesem Tooltipp wird ein Low-Cost-Flow-Reaktor vorgestellt werden, der mit einem Arduino-Mikrocontroller und Sensoren gesteuert wird. Seine Konstruktion basiert auf der Verwendung von Pumpen und Equipment aus der Medizintechnik. Der Low-Cost-Flow-Reaktor ist durch seinen simplen Aufbau auch für den Einsatz im Schulunterricht geeignet.

Neues von LEIFIchemie – das Portal für den Chemieunterricht

Daniel Klaus, Joachim Herz Stiftung

Im Tooltip werden die aktuellen Entwicklungen auf www.LEIFIchemie.de vorgestellt. Die Lernplattform bietet kosten- und werbefreie Materialien für den Chemieunterricht. Lehrkräfte erhalten Unterstützung durch interaktive Inhalte wie Texte, Videos, Aufgaben und Versuche. Schüler:innen finden vielseitige Übungsmaterialien, Hausaufgabenhilfe und Klausurvorbereitung. Ein Team aus Schulpraxis und Fachdidaktik gestaltet die Inhalte unter Berücksichtigung neuester Erkenntnisse der Lehr-Lern-Psychologie für digitale Lernumgebungen. Eine Creative-Commons-Lizenz erlaubt eine rechtssichere Nutzung.

Videoschnitt mit DaVinci Resolve

Dr. Rebecca Grandrath, Universität Wuppertal

Lernenden nutzen in der Freizeit am liebsten Videos als Lernmedium und wünschen sich auch den Einsatz dessen im Schulunterricht [1]. Einhergehend liefert eine Lehrkräfte-Befragung des ComeNet Chemie im Rahmen des ComeMINT Projektes Hinweise darauf, dass für aktive Lehrkräfte die Nutzung von Tools zur Erstellung von Unterrichtsmaterialien und auch explizit der Einsatz von Apps zur Filmbearbeitung von Interesse sind. Mit dem Workshop wird diesem Bedarf begegnet: Nach einer kurzen Inputphase zum Einsatz und der Gestaltung von Videos in DaVinci Resolve wird der Fokus auf einer Arbeitsphase liegen, in der die Teilnehmenden bereitgestellte Filmsequenzen selbst schneiden und am Ende des Workshops über ein selbst geschnittenes Versuchsvideo verfügen (können). Optional wird die individuelle Begleitung der Teilnehmenden bei späteren Schnittprojekten angeboten. Literatur [1] Schmid, U., Goetz, L., Behrens, J. (2017). Monitor digitale Bildung. Schulen im digitalen Zeitalter.

Naturwissenschaftsunterricht digital neu gedacht – ausgewählte Unterrichtsinhalte unter aktiver Mitgestaltung der digitalen Umgebung

Julia Albicker, Universität Konstanz

Die heutige Gesellschaft sieht sich mit einer digitalisierten Welt konfrontiert. Neben der zielbringenden Verwendung digitaler Medien wird dabei die aktive Mitgestaltung der digitalen Umgebung mit Hilfe von Kompetenzen der Informatik immer wichtiger. Unser Workshop bietet daher einen Einblick in praktische Unterrichtsbeispiele, bei denen Anwendungen der Digitalisierung bei Experimenten mit Bezug zu Chemie, Physik und Biologie erprobt werden. Als Hilfsmittel wird ein Mikrokontroller vorgestellt, der als kostengünstige Hardwarevariante im Unterricht eingesetzt werden kann, und seine virtuelle Steuerung gemeinsam erlernt. Dabei bieten wir Einblicke in den fachlichen Hintergrund für die Verbindung von Naturwissenschaften mit informatischen Konzepten. Die Kombination von Theorie und Praxis ermöglicht den Teilnehmenden, neue didaktische Ansätze kennenzulernen und zu diskutieren. Dazu zählen beispielsweise auch konkrete Anwendungsmöglichkeiten von KI im Naturwissenschaftsunterricht. Insgesamt soll dieser Workshop ein Beitrag dazu leisten, Informatik im Naturwissensschafts-Setting sichtbar zu machen und Lehrkräfte und Schüler*innen optimal auf eine digitalisierte Welt vorzubereiten.