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Digitale Zwillinge für kolllaborative Remote-Labs

Laborarbeit ist essenziell für die Forschungskompetenz in MINT-Studiengängen, unterliegt jedoch Ressourcenbeschränkungen. Während Remote-Labs logistische Probleme lösen, fehlt ihnen oft die für effektives Lernen wichtige soziale Kollaboration, die Williams und Layman (2007) als zentral für die Berufswelt betonen. Unser Projekt entwickelt ein didaktisch fundiertes Konzept für digitale Zwillingslabore mit Fokus auf Kollaborationen im Labor. Anders als bisherige Ansätze, die nach Blackwell et al. (2024) meist nur traditionelle Lehrmethoden digitalisieren, fokussieren wir uns auf zwei neue Aspekte: die Anpassung von Instrumenten zur Identifikation individueller Kollaborationsschwächen und die Implementierung adaptiver Unterstützungssysteme im digitalen Zwilling. Die Verbindung von VR-Technologie mit evidenzbasierten didaktischen Konzepten schließt eine wichtige Forschungslücke. Der von Deiglmayr (2018) betonte Fokus auf adaptive Unterstützung zur Förderung der Selbstregulation ist ein Kernaspekt. In vier Arbeitspaketen entwickeln und erproben wir ein Modell zur Klassifikation von Kollaborationsanforderungen, erstellen individuelle Kollaborationsprofile, implementieren ein VR-gestütztes Zwillingslabor mit personalisierten Aufgaben und evaluieren die Wirksamkeit durch Vorher-Nachher-Messungen in realen Laborumgebungen. Das Projekt verbessert sowohl individuelle Kompetenzen als auch die Ressourceneffizienz der Laborlehre in MINT-Studiengängen.

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Virtuelles Labor mit adaptivem Tutoringsystem

Naturwissenschaftliche Studiengänge wie das Fach Chemie sind seit Jahren von hohen Abbruchquoten betroffen. Laborpraktika als essenzielle Lehrveranstaltungen für die Entwicklung experimenteller Kompetenzen haben sich hierbei als eine besondere Herausforderung für Studierende der Studieneingangsphase herausgestellt. Dies lässt sich u.a. auf die sehr heterogenen Voraussetzungen der Studienanfänger:innen zurückführen. In einer interdisziplinären Kooperation zwischen der Chemiedidaktik und des Instituts für Informatik erstellen Studierende des Masterstudiengangs Computer Science daher im Rahmen einer Projektgruppe die Anwendung „VRLabTutor“. Sie soll Chemie-Studierenden ermöglichen, in einer authentischen Laborumgebung zeit- und ortsunabhängig zu experimentieren. Ein auf KI basierendes adaptives Tutoringsystem in Avatarform gibt den Studierenden auf mehreren Ebenen (z.B. deklarativ und prozedural) Feedback zu ihren Handlungen im Labor. Chemie-Studierende unterstützen die gesamte Entwicklung durch regelmäßige Rückmeldungen über Usertests. VRLabTutor ist damit ein Projekt von Studierenden für Studierende. Das Projekt wird in das Selbststudium des Praktikums „Allgemeine Chemie“ der chemiebezogenen Bachelorstudiengänge sowie in etablierte Angebote (Lernraum Chemie) implementiert. Neben dem Aufbau eines Netzwerks zum Ergebnistransfer in andere Fächer werden die entwickelte Anwendung sowie die Arbeit in der Projektgruppe prozessbegleitend evaluiert.

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