Zentrum für Lehrerbildung

digiMINT Teilprojekte

TP 1: Projektmanagement und Controlling

Die Basis für das Erreichen der Projektziele ist das Projektmanagement und Controlling. Zu den Aufgaben zählen u.a. die Unterstützung der wissenschaftlichen Leitung bei operativen Projektaufgaben, die Steuerung zentraler Kommunikationsprozesse, insbesondere des Austauschs mit dem wissenschaftlichen Beirat und die Steuerung der Öffentlichkeitsarbeit. Ziel ist, eine effiziente Gesamtkommunikation und einen kontinuierlichen Austausch aller Beteiligten sicherzustellen. Darüner hinaus verantwortet das Projektmanagement das Berichtswesen, die Organisation gemeinsamer Tagungen, Kongresse und Publikationen sowie die nationale und internationale Vernetzung. Außerdem baut das Projektmanagement die zielorientierte Kooperation mit KIT-internen Partnern, dem SSDL, den Schulpartnern und Akteur*innen aus Wirtschaft und Politik auf.

TP 2: Implementierung realer und virtueller Makerspaces

Im Teilprojekt werden reale und virtuelle Makerspaces unter Berücksichtigung des Forschungsstandes als infrastrukturelle Basis für die weiteren Teilprojekte geschaffen. Konkret sind Stationen zu folgenden digitalen Einsatzszenarien vorgesehen: Virtual Reality(VR)-/Augmented Reality(AR)-Labor, Videolabor, Kreativ- und Kollaborationslabor sowie ein Labor zum Thema Internet of Things (IoT). Ausgehend von einer mediendidaktischen Grobkonzeption in Abstimmung mit den anderen Teilprojekten werden diese und weitere Stationen sowie das jeweils notwendige Equipment definiert. Gleichzeitig werden virtuelle Lernräume geschaffen, die mobiles, ortsunabhängiges Lernen in Anbindung an die am KIT etablierte ILIAS-Lernplattform ermöglichen. Dabei werden auch Szenarien berücksichtigt, die den Einsatz von mobilen Endgeräten durch „bring your own device“ (BYOD) vorsehen.

TP 3: Medien und Digitalkonzept

Im Teilprojekt 3 wird, im Austausch mit Fachwissenschaften, Fachdidaktiken und Bildungswissenschaften, ein übergreifendes Medienkonzept zu digitalbasierten Lernkontexten am KIT entwickelt und etabliert. Bestehende medienpädagogische Modelle wie das im Auftrag der EU-Kommission entwickelte Kompetenzmodell „DigComp“, das von der Länderkonferenz Medienbildung entwickelte „Kompetenzorientierte Konzept für die schulische Medienbildung” sowie das Modell der „computer- und informationsbezogenen Kompetenzen“werden dahingehend analysiert, inwieweit sie sich mit anderen international etablierten Modellen in Einklang bringen und um Bereiche wie Kreativität und Innovation erweitern lassen. Da Lehrkräfte im Hinblick auf Medienpädagogik neben allgemeinen auch fachspezifische Kompetenzen entwickeln müssen, erfordert dies die frühzeitige Integration entsprechender Ansatzpunkte. Einen dementsprechenden Referenzrahmen bildet das Technological Pedagogical Content Knowledge Framework (TPACK), das einen übergeordneten Rahmen für die Vermittlung von fachspezifischer Medienbildung bildet und daher in die Entwicklung des Konzeptes einfließen soll. Aufbauend darauf und unter Berücksichtigung des Strategiepapiers der KMK zur „Bildung in der digitalen Welt“ sowie unter Einbezug der Erfahrungen des KIT in Lehre und Forschung entsteht mit Evaluationsschleifen iterativ ein Konzept zur digitalen Bildung im MINT-Lehramtsstudium am KIT, das nachhaltig curricular im Lehramtsstudium verankert wird.

TP 4: Entwicklung, erprobung und Evaluation digitaler Lernkontexte in den MINT-Fächern und dem Bildungswissenschaftlichen Begleitstudium

Das Teilprojekt 4 differenziert sich in vier Sub-Teilprojekte, die eng verzahnt und in stetigem Austausch miteinander digitalbasierte Lernkontexte entwickeln, erproben und evaluieren. Die Erprobung und Evaluation erfolgt in bestehenden Lehr-Lern-Laboren sowie in den neu entstehenden realen und virtuellen Makerspaces (Verzahnung mit Teilprojekt 2). Als einheitlicher theoretischer Hintergrund und zugleich als Ausgangspunkt für den Beitrag hinsichtlich des übergeordneten Konzepts werden auf Seiten der Lehrenden Erweiterungen von Shulmans Ansatz des Pedagogical Content Knowledge (PCK) für die Bereiche des „Technological (Pedagogical Content) Knowledge“  untersucht und ggf. spezifiziert. Unterrichtsmethodisch wird den zu entwickelnden Lernkontexten das forschende und entdeckende Lernen zu Grunde gelegt . Angewendet wird zudem der Ansatz „Learners as Designers“, bei dem Lernende durch das eigene Erschaffen von Medien selbst lernen.

TP 4.1: Digitalbasierte Lernkontexte des Mathematikunterrichts

Mathematische Modellierung spielt im Hinblick auf die Digitalisierung eine wichtige Rolle. Sowohl Computer-Hardware als auch Software basieren auf mathematischen Konzepten. Viele Funktionen von Smartphones sind ohne Mathematik nicht denkbar und sollten, so wie andere Anwendungen von Mathematik (wie Datenanalyse in sozialen Netzwerken oder Machine Learning) von mündigen Schüler*innen verstanden und dadurch hinterfragt werden können. Ziel des Teilprojektes ist es daher, dass angehende Lehrer*innen eine umfassende methodische Kompetenz für moderne mathematische Lehr-Lern-Software erwerben. Makerspaces zur Funktionsweise von Anwendungen aus dem Bereich der Digitalisierung haben das Potential, ihnen und Schüler*innen diese Aspekte von Mathematik zu vermitteln. Dazu sollen in den aufzubauenden Makerspaces Studierende frühzeitig sowohl mit den Werkzeugen, als auch mit authentischen und relevanten Anwendungen lernen, um zukünftig selbständig innovative Lernkontexte im eigenen Unterricht durchführen zu können.

TP 4.2: Digitalbasierte Lernkontexte des Informatikunterrichts

Im schulischen Alltag werden Informatik-Inhalte leider zu oft noch mit klassischen didaktischen Methoden vermittelt, die die Möglichkeiten der Digitalisierung nicht ausschöpfen, obwohl sich gerade das Fach Informatik bestens für die Digitalisierung der Lernkontexte eignet. Daher soll im Teilprojekt ein neues fachdidaktisches Konzept für digitalisierte projektorientierte Lernkontexte im schulischen Informatikunterricht entwickelt werden. Es soll Informatik-Lehrkräfte in die Lage versetzen, digitalisierte Projektarbeiten auf verschiedene Lehrsituationen passgenau zu erstellen und erfolgreich umzusetzen. Zudem sollen für Lehrkräfte konkrete Bausteine und Best-Practice-Beispiele entwickelt werden, die von (angehenden) Lehrkräften für konkrete Projekte verwendet und kombiniert werden können. Methodisch sollen Schüler*innen dazu angeleitet werden, in projektorientiertem Unterricht selbst kleine Informatik-Produkte und anschauliche Ergebnisse zu entwickeln. Das zielgerichtete, projektorientierte Arbeiten und das damit verbundene Erfolgserlebnis ermöglicht es Schüler*innen, die Praxisrelevanz von Informatik selbst zu entdecken und zu erfahren, dass sie selbst in einer digitalisierten Welt kreativ mitgestalten können.

TP 4.3: Digitalbasierte Lernkontexte im fächerübergreifenden naturwissenschaftlichen Unterricht

Schwerpunkt dieses Teilprojektes sind digitale Lernkontexte im naturwissenschaftlichen Unterricht. Um eine übergreifende Anbindung an die Schulfächer Physik, Chemie, Biologie, Naturwissenschaft und Technik (NwT) und Sport zu erzielen, wird das verbindende Leitthema „menschliche Bewegung“ gewählt. Hier bieten sich motivierende, unmittelbare alltags- und anwendungserfahrbare Phänomene für naturwissenschaftliche Betrachtungen. U.a. sollen physikalische Gesetzmäßigkeiten zu Rotations- oder Drehbewegungen sowie Kraft- und Beschleunigungsgesetze, aber auch biologische Aspekte des Körperaufbaus sowie aus biologisch-chemischer Sicht die Energiebereitstellung und der Stoffwechsel berücksichtigt werden.
Bei der Entwicklung von digitalbasierten Lernkontexten liegt ein Schwerpunkt auf der Nutzung von Sensoren in Smartphones. Zur Vertiefung des naturwissenschaftlichen Umgangs mit Sensoren werden Mikrocontroller in ausgewählten Lernkontexten übergreifend mit Teilprojekt 4.2 involviert. Zudem wird der Einsatz von Tablets zur Videografie und Erstellung von Erklärvideos sowie App-Nutzung berücksichtigt, ergänzt um Verfahren App-basierten Instant-Feedbacks.

TP 4.4: Digitalbasierte Lernkontexte in den Bildungswissenschaften

Das Arbeitsprogramm von Teilprojekt 4.4 ist auf die Entwicklung von Lernkontexten in den Bildungswissenschaften ausgerichtet. In Anlehnung an das in Teilprojekt 3 entwickelte Medien- und Digitalkonzept sowie unter Berücksichtigung einschlägiger Literatur sollen die Studierenden eine grundlegende, fachübergreifende Medienkompetenz erwerben. Übergeordnete Ziele sind einerseits die Ausbildung digitaler Handlungskompetenz und die Stärkung des Professionsbezugs der Lehramtsstudierenden durch eigene Projekte im Reallabor, andererseits die Initiierung von selbstgesteuerten lebensbegleitenden Lernprozessen. Dazu wird ein neues Lehrveranstaltungsmodul konzipiert, welches das Sammeln von Lernerfahrungen in einer technologisch und medienpädagogisch professionellen sowie didaktisch konsequent lernzentrierten Umgebung ermöglicht. Um eine Breitenwirkung zu erreichen, erfolgt die curriculare Verankerung dieser medialen Grundbildung in dem für alle Lehramtsstudierenden verpflichtenden Bildungswissenschaftlichen Begleitstudium.

TP 5: Interdisziplinäre Didaktik und Evaluation

Das Arbeitsprogramm dieses Teilprojektes differenziert sich in zwei Kernaufgaben, die beide komplementär zu den fachbezogenen Teilprojekten liegen. Zeitlich ist es zunächst zentrale Aufgabe, das Teilprojekt 4 mit den Untergruppierungen bei der Entwicklung von digitalbasierten Lernkontexten aus didaktischer Perspektive zu beraten und zu unterstützen. Zum einen sollen so die übergreifend bedeutsamen Möglichkeiten der personalisierten Lerndiagnose, der Binnendifferenzierung und des individualisierten Lernens durch die innovativen Lernkontexte von Beginn an systematisch eingebracht werden. Dadurch werden die Einsatzpotenziale der Lernkontexte in heterogenen Lernenden-Gruppen optimiert. Zum anderen zielt die Beratung auf die methodische Inszenierung des Einsatzes der Lernkontexte, um beispielsweise antizipierten Unterrichtsstörungen, die oftmals mit dem Einsatz digitaler Medien einhergehen, präventiv entgegenzuwirken. Zeitlich den zweiten Schwerpunkt dieses Teilprojektes bildet die begleitende Evaluation entwickelter digitalbasierter Lernkontexte, um die nachhaltige Implementation dieser zu fördern. Hierzu kommen je nach Zielsetzung des Lernkontextes passende empirische Forschungsmethoden der Lehr-Lern-Forschung zum Einsatz. Zudem werden ggf. qualitative und quantitative Forschungsmethoden in einem Mixed-Methods-Design verschränkt. Inhaltlich werden die Evaluationen mindestens den angestrebten Lernzuwachses sowie soziale und motivationale Aspekte berücksichtigen. Kritisch werden dabei bspw. motivationale Erwartungen einer Gamification der digitalbasierten Lernkontexte hinsichtlich des Bildungswertes reflektiert und die Gefahr einer Technisierung aus didaktischer Sicht mitberücksichtigt.