Digitalisation in Chemistry Education: Digitales Lehren und Lernen an Hochschule und Schule im Fach Chemie

Die Digitalisierung hat große Teile unseres Alltags, aber auch der Wissenschaft verändert. In der Schule hat diese gesellschaftliche Transformation, nicht zuletzt durch die Corona-Pandemie katalysiert, nun verstärkt Fahrt aufgenommen, u.a. durch vermehrte Investitionen in die digitale Infrastruktur. Um einen Mehrwert für den Chemieunterricht generieren zu können, bedarf es didaktischer Konzepte. Dies betrifft einerseits Konzepte für den konkreten Einsatz digitaler Medien im Chemieunterricht, andererseits aber auch Konzepte für die Professionalisierung von Lehrkräften im Bereich der Digitalisierung. Solche didaktischen Konzepte wurden in der Chemiedidaktik in den letzten Jahren vermehrt entwickelt. In diesem Buch geben Autorinnen und Autoren aus über 20 verschiedenen Hochschulstandorten sowohl einen forschungs- als auch einen praxisbezogenen Einblick in Innovationen, wie die Potenziale der Digitalisierung und die damit verbundene Digitalität der Gesellschaft und der Fachwissenschaft Chemie für den Chemieunterricht nutzbar gemacht werden können. Die Idee zu diesem Band entstand im Anschluss an die deutschlandweit erste Onlinetagung zur Digitalisierung im Chemieunterricht (DiCE 2020), ausgerichtet von der gleichnamigen Arbeitsgruppe der GDCh Fachgruppe Chemieunterricht. Frontmatter Titel Impressum Inhalt Vorwort zum DiCE-Tagungsband Abstracts Digitale Transformation von Unterrichtseinheiten – DiKoLAN als Orientierungs- und Strukturierungshilfe am Beispiel Low-Cost-Photometrie mit dem Smartphone (Monique Meier, Lars-Jochen Thoms, Sebastian Becker, Alexander Finger, Erik Kremser, Johannes Huwer, Lena von Kotzebue, Till Bruckermann und Christoph Thyssen) 1. Einleitung 1.1 Empirische Befunde zur Nutzung digitaler Medien vor Beginn der Corona-Krise 1.2 Digitalisierung von Unterricht während der Corona-Pandemie 1.3 Notwendigkeit der Integration von digitalen Basiskompetenzen in Studium und sich anschließenden Ausbildungsphasen 2. DiKoLAN – ein Orientierungsrahmen mit strukturierender und unterstützender Funktion 2.1 Unterrichtsbeispiel zur photometrischen Konzentrationsbestimmung 2.2 Zur Überführung in digitale Formate benötigte Kompetenzen der Lehrkraft 3. Fazit Literatur Der Kerzenfahrstuhl 2.0 – Ein Umsetzungsbeispiel aus dem Lehrprojekt ProMeC (Hanne Rautenstrauch) Einleitung Ein konkretes Umsetzungsbeispiel: Der Kerzenfahrstuhl Zusammenfassung und Ausblick Danksagung Literatur Digitally Embedded Tools (DET) zur Förderung digitalisierungsbezogener Kompetenzen in der Lehrer*innenbildung (Vanessa Lang, Johann Seibert und Christopher W. M. Kay) 1. Notwendigkeit zur Digitalisierung in der Lehrer*innenbildung 2. Digitally Embedded Tools (DET) zur Förderung digitalisierungsbezogener Kompetenzen (angehender) Lehrkräfte 2.1 Konzeption des Seminars DET 2.2 Pilotierung des Seminars DET 3. Ausblick Literatur Umsetzung eines Laborpraktikums für Lehramtsstudierende während einer Pandemie – ein Erfahrungsbericht (Liz Keiner, Heiko Barth und Nicole Graulich) 1. Problemlage und Motivation 2. Gestaltung und Umsetzung des digitalen Laborpraktikums 3. Präsenzlabor in Zeiten von Corona 4. Feedback der Studierenden zum Modul im Sommersemester 2020 5. Zusammenfassung und Ausblick Literatur Gestaltungsparameter für Lehr-Lernszenarien mit Augmented-Reality-Anwendungen im naturwissenschaftlichen Unterricht – ein Review (Manuel Krug, Valerie Czok, Holger Weitzel, Wolfgang Müller und Johannes Huwer) 1. Einleitung 2. Definition und Abgrenzung des Begriffs „Augmented Reality“ 3. Review: Lehr-Lernszenarien mit AR-Anwendungen in den Naturwissenschaften Chemie, Biologie und Physik 3.1 Verteilung der Publikationen von 2004 bis 2020 3.2 AR im naturwissenschaftlich-didaktischen Kontext 4. Gestaltungskriterien von AR-Lehr-Lernszenarien 4.1 Immersion 4.2 Interaktivität 4.3 Kongruenz mit der Realität 4.4 Adaptivität 4.5 Inhaltliche Nähe zur Realität 5. Konklusion und Ausblick Literatur Videos in der chemiedidaktischen Lehre – von der Rezeption zur Produktion (Claudia Bohrmann-Linde und Diana Zeller) 1. Einführung 2. Digitale Lebenswelt und Nutzerverhalten von Lernenden 3. Ausgewählte Einsatzszenarien von Videos in der chemiedidaktischen Lehre 3.1 Rezeption von Videos zur Aneignung von Sachinhalten 3.2 Reflexion von Videos hinsichtlich ihres möglichen didaktischen Einsatzes 3.3 Produktion eigener (Erklär-)Videos 4. Fazit Literatur Digitales Lehr-Lern-Labor „makeScience!“ der PHKA. Entwicklung hin zu einem digitalen Lehr-Lern-Labor (Sabrina Syskowski) Ziele und Ausprägungen – Präsenz zu digital Ablauf digitales LLL Empirische Studie Ergebnisse und Diskussion Fazit Literatur Diagnose von Experimentierverhalten im Labor zur Erstellung zielgruppenorientierter digitaler Experimentierumgebungen (Lukas Groos und Nicole Graulich) 1. Einleitung und Problemstellung 2. Erste Schritte zur Entwicklung interaktiver Videoexperimente 3. Entwicklung zielgruppenorientierter interaktiver Videoexperimente 4. Fazit und Ausblick Literatur ARchitect – Personalisierte Augmented Reality Apps ohne Programmierkenntnisse (Hilko Aljets und Thomas Waitz) Einleitung Potenzial für den Unterricht Potenziale für den naturwissenschaftlichen Unterricht ARchitect Technische Grundlagen Beispielanwendung: Membranorientierung von Aquaporin 1 Ausblick Literatur Erschließung des Konzepts Digitalität durch Internet-Challenges (Julia Werthmüller und Markus Prechtl) 1. Lehrer*innenperspektiven auf Internet-Challenges 2. Kultur der Digitalität 2.1 Referenzialität 2.2 Gemeinschaftlichkeit 2.3 Algorithmizität 3. Fazit und Ausblick Literatur MINT-Berufsorientierung mit dem computerunterstützten DiSenSu-Tool (Ute Brinkmann, Ulla Stubbe und Markus Prechtl) Konzeption und Struktur des DiSenSu-Coachings Programmierung des Offline-Tools Gestaltung des computerunterstützten, berufsorientierenden Tools Review zum digitalen Tool Literatur Mit Hilfe von Augmented Reality das Schalenmodell einführen und erarbeiten (Christof Probst, Dennis Wendt, Sarah Lukas und Johannes Huwer) 1. Einleitung 2. Bisheriger Forschungsstand 2.1 Augmented Reality 2.2 Stand der Forschung 3. Fragestellung 4. Methode und Stichprobe 4.1 Die verwendete AR 4.2 Fragebogen Motivation 4.3 Schulische Selbstwirksamkeit 4.4 Lernleistungstest 5. Auswertung der Ergebnisse 5.1 Motivation 5.2 Schulische Selbstwirksamkeit 5.3 Lernleistungstest 5.4 Auswirkungen bei 3D-Darstellungen 5.5 Geschlechterdifferenzen 6. Zusammenfassung und Ausblick Literatur #medialab@home: Online-Fortbildungsreihe zum Einsatz digitaler Medien im Chemieunterricht (Diana Zeller und Claudia Bohrmann-Linde) 1. Einleitung 2. Medienbezogene Kompetenzprofile für die Lehrkräftebildung 3. #medialab@home: Konzept und Umsetzung 4. Selbsteinschätzung der Lehrkräfte zu den eigenen Medienkompetenzen 5. Fazit und Ausblick Literatur Visuelles Storytelling mit einem Hybrid aus analoger Paper-Cut-Out-Technik und digitaler Comic-Gestaltung im Lehramt Chemie (Markus Prechtl) 1. Cut-Out-Technik 2. Mit analogen und digitalen Techniken Reflexionen über Digitalität anbahnen 3. Storytelling 4. Durch (visuelles) Storytelling Reflexionen über Digitalität anbahnen Literatur E-Book-flankiertes Experimentalkonzept zu mikrobiellen Brennstoffzellen in der Sekundarstufe II (Rebecca Grandrath und Claudia Bohrmann-Linde) Legitimation des Themas (mikrobielle) Brennstoffzellen Die Bedeutung von Experimenten im naturwissenschaftlichen Unterricht Didaktische Konzeption des Lernarrangements Aufbau und Funktionalität des E-Books Eindrücke aus der Erprobung zur Nutzung des E-Books während des Experimentierens Optionale Erweiterung des Lernarrangements durch Videos Fazit und Ausblick Literatur Wirkungen einer Tablet-basierten Lernumgebung zum Thema Stofftrennung – eine Vergleichsstudie (Mats Kieserling und Insa Melle) Motivation Theoretische Fundierung Forschungsfragen Untersuchungsdesign und Erhebungsinstrumente Die digitale Lernumgebung Ergebnisse Diskussion Literatur Lab@Home – Chemieunterricht ganz in Distanz (Amitabh Banerji und Lisa Bellin) 1. Einleitung 2. Theoretische Einordnung von Lehr-Lern-Videos für den Unterricht 3. Strukturelemente des Projektseminars Auswahl der Inhalte und Experimente Fachdidaktisches Training Mediendidaktisches Training Videotraining 4. Vorstellung eines Lab@Home-Videos Schritt 1 – Storyboard erstellen Schritt 2 – Videos & Animationen bereitstellen Schritt 3 – Video- & Audiobearbeitung in Shotcut Arbeitsblatt 5. Feedback zum Seminar 6. Fazit und Ausblick Literatur Autorinnen und Autoren