Digitale Tools und virtuelle Labs im Kontext biologischer Schulversuche


Gastbeitrag von Christian Ruder und Madeleine Croessmann-Amend.

Das im Folgenden beschriebene Projekt konnte durch das Förderprogramm „Studentische E-Learning Experten“ unterstützt werden. Dieses wiederum ist Teil des hessenweiten Projekts HessenHub – Netzwerk digitale Hochschullehre.

Rahmenbedingungen und Zielsetzung

Die Veranstaltung „Biologische Schulversuche“ ist eine Grundlagenveranstaltung im Studiengang Lehramt Biologie für Gymnasien und wird in der Regel von ca. 30 Studierenden rund um das 5. Semester besucht. Ziel der Veranstaltung ist es didaktische-methodische Grundlagen für den Einsatz von Experimenten im Schulunterricht im Rahmen des Kompetenzbereichs Erkenntnisgewinnung zu erarbeiten und kritisch zu reflektieren.

Das Konzept

Die Biologischen Schulversuche gliedern sich in einen theoretischen und einen praktischen Teil. In der Theorie werden zunächst rechtliche Rahmenbedingungen für das Experimentieren in der Schule vermittelt, die Funktion von Schulversuchen unter didaktisch-methodischen Gesichtspunkten im Allgemeinen beleuchtet und didaktische Konzepte zur Entwicklung des forschenden Lernens reflektiert.

Im praktischen Teil der Lehrveranstaltung soll zum einen ein Repertoire an Standard-Schulversuchen themenbezogen erprobt und dokumentiert werden. Zum anderen liegt ein Schwerpunkt auf der Analyse und der Reflektion von Unterrichtsmaterial zu Schulversuchen.

Da in den letzten Jahren auch in Schulen die Digitalisierung voranschreitet und mittlerweile digitale Endgeräte wie Laptops, Tablets oder Smartphones auch in der Breite zum Einsatz im Unterricht zur Verfügung stehen, müssen zukünftige Lehrer*innen natürlich auch in diesen Bereichen entsprechende Kompetenzen erwerben. Ziel sollte es sein, Lehramtsstudierende zum Umgang mit digitalen Tools zu befähigen, um diese vor allem funktional und mit einem Mehrwert einsetzen zu können. Deshalb war es im vergangenen Semester unser Ziel, den Studierenden neben didaktischen Kenntnissen und Konzepten zum Einsatz digitaler Medien auf theoretischer Ebene auch im praktischen Teil der Veranstaltung Möglichkeiten der Erprobung digitaler Tools im Rahmen des Experimentierens und Dokumentierens zu geben.

Bewertung digitaler Tools/Umgang mit der Vielfalt an digitalen Tools

Es gibt mittlerweile eine Vielfalt von digitalen Tools, die man im Unterricht einsetzen kann. Schwer ist es eine Auswahl zu treffen, sodass das ausgewählte Tool funktional ist und einen echten Mehrwert im Hinblick auf den Kompetenzerwerb für Schüler*innen und die Lehrkraft bietet. Im Rahmen der Veranstaltung wurde deshalb auf Grundlage gängiger Modelle ein theoretisches Modell (siehe Abbildung) entwickelt, um die Auswahl eines digitalen Tools zu unterstützen. Das theoretische Modell wurde durch die Studierenden an verschiedenen Beispielen rund um den experimentellen Unterricht erprobt, um die Auswahl eines digitalen Tools für ein Lernsetting zu erleichtern und den Einsatz im Biologieunterricht zu begründen. Dabei berücksichtigt das Modell auf Seiten der Lehrkraft deren Kompetenzen mit dem digitalen Medium umzugehen. Auf Seiten der Schüler*innen spielen der Cognitive-Load der Schüler*innen, motivationale Aspekte des digitalen Tools, ein geringer On-Modus und die selbstständige Bedienbarkeit eine entscheidende Rolle. Außerdem sollte die Funktion des digitalen Mediums über den Einsatz hinaus gehen.

Abbildung | Spinnennetzmodell zur individuellen Einschätzung für das Nutzen digitaler Tools im Unterricht. Erstellt von Judith Hoehling.

Virtual Reality, digitale Labs und vieles mehr…

Im praktischen Teil der Veranstaltung haben die Studierenden in diesem Jahr viele verschiedenen digitale Angebote und Ergänzungen rund um das Experimentieren erprobt und reflektiert. So wurden beispielsweise neben dem klassischen Sezieren von Organen auch Apps getestet, die durch VR-Technik ein Erkunden des menschlichen Körpers ermöglichen. Durch ein serious game im Escape-Room Format konnten die Studierenden ein Angebot erproben, mit dem Schüler*innen in einem pandemieähnlichen Szenario das wissenschaftspropädeutische Arbeiten spielerisch üben können. Darüber hinaus wurden gentechnische Verfahren wie die PCR-Technik, die Unterrichtsinhalt in der Oberstufe sind, von den Studierenden zum einen selbst im Labor als auch vergleichend in einem digital Lab online durchgeführt, um so möglichst nah an den eigenen Erfahrungen Vor- und Nachteile der beiden Formate herausarbeiten zu können.

Auch zur Dokumentation der Versuchsergebnisse wurden von den Studierenden digitale Formate wie beispielsweise Fotoprotokolle oder Erklärvideos erstellt, die so auch später im Unterricht zum Einsatz kommen können.

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