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Technische Universität DarmstadtSerious Games als Lerndiagnostik
Serious Games bieten in der Ausbildung signifikante Mehrwerte gegenüber konventionellen Ansätzen, vor allem im Hinblick auf kognitive und emotionale Effekte. Diagnostik ist ein Ausbildungsinhalt, welcher in zahlreichen Studiengängen relevant ist, z. B. Pädagogik, Psychologie, Medizin und Sportwissenschaft. Universitäre Ausbildung zur Diagnostik beinhaltet sehr stark die Vermittlung von Wissen. Eine Vielzahl von Themen muss behandelt werden u.a.: Grundlagen und Konzepte Qualitätssicherung und Gütekriterien Verfahren: Testen, Befragen, Beobachten, Messen, weitere Methoden Prozess-Struktur Anwendung: Gebiete und ihre Besonderheiten Entwicklung neuer diagnostischer Verfahren Lehrbücher (z. B. Amelang & Schmidt-Atzert, 2018; Jürgens & Lissmann, 2015; Bös, 2017) arbeiten zwar teilweise mit anschaulichen Beispielen, erlauben aber kein interaktives Lernen und nur eine eingeschränkte Form des aktiven Lernens. Transfer und die selbstständige Lösung von diagnostischen Aufgaben finden in reduzierter Form statt. Hier setzt das geplante Projekt an. Im Rahmen eines interaktiven Spielkonzepts soll es den Studierenden ermöglicht werden, eine Vielzahl von diagnostischen Anwendungsfällen selbst zu erkunden und dabei differenziertes Feedback zu erhalten. Die Studierenden werden im Rahmen der Lehrveranstaltungen in die Spielentwicklung einbezogen (player-centered design).
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Entwicklung eines adaptiven Selbstlernangebots zur Stärkung der Kompetenzen im Bereich der mathematischen Modellierung und softwarebasierten Lösung von Optimierungsproblemen für Gruppen mit heterogenem Vorwissen
Operations Research (OR), welches sich mit der quantitativen Optimierung von Problemstellungen, beispielsweise zur Erhöhung der Effizienz oder zur Reduktion von Treibhausgasen, beschäftigt, unterlag in den vergangenen Jahren einem starken Wandel. Dieser ist dadurch bestimmt, dass moderne Standardsoftware, sogenannte Solver, immer höhere Performanz aufweisen und damit auch große und komplexe Problemstellungen zufriedenstellend lösen können. Damit einher geht, dass sich die Disziplin verstärkt mit dem trickreichen Modellieren von Problemstellungen beschäftigt, wobei die erstellten Modelle dann mithilfe von Solvern gelöst werden. Häufig bieten Grundlagenmodule im OR allerdings noch keine umfassende Ausbildung in der Modellierung, da dies eine Kreativarbeit ist und die Kurse, aufgrund der Relevanz des OR in vielen Studiengängen, sehr groß sind. Ziel des Projektantrags ist es, ein adaptives Flipped-Classroom-Konzept zu erarbeiten und zu implementieren, welches es ermöglicht, sich mathematische Modellierung und die Verwendung von Solvern selbstständig zu erarbeiten und in einer interaktiven Webumgebung zu erproben. Unterstützt wird dabei durch regelmäßige Just-in-Time Teaching Slots, um Fragen im direkten Kontakt zu klären. Die entsprechende Onlineplattform soll frei zugänglich sein.
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Digitallabor Mathematik für die Chemie
Viele Studierende im Fach Chemie haben Defizite in mathematischen Grundlagen, da im Curriculum häufig eine direkte Verknüpfung mit der Anwendung in der Chemie fehlt. In den bisherigen Curricula werden außerdem selten ausreichende Möglichkeiten zum Erlernen von Programmierfähigkeiten geboten, die angesichts der wachsenden Bedeutung von Computermodellen und disruptiver Technologien wie Quantencomputing und Künstlicher Intelligenz in der Chemie dringend benötigt werden. Das Ziel unseres Projekts ist ein modulares und adaptives Digitallabor, in dem Studierende für die Chemie relevante mathematische Konzepte eigenständig in Python-Programmen umsetzen und direkt mit einem chemischen Kontext verknüpfen. So werden mathematische Grundlagen eng mit der Fachausbildung verknüpft und gleichzeitig Kenntnisse im Programmieren und Visualisieren von Daten erworben. Die einzelnen Versuche enthalten Elemente der forschungsnahen Lehre. In ihre Entwicklung wird die Studierendenperspektive systematisch eingebracht. Im Digitallabor erwerben die Studierenden essentielle Fähigkeiten für die moderne naturwissenschaftliche Arbeit, beispielsweise indem sie Grenzen von Modellen sowie systematische Wege zu ihrer Verbesserung eigenständig evaluieren. Es ermöglicht den Studierenden zudem interaktives, individualisiertes und dezentralisiertes Lernen, was die Hochschullehre insbesondere für stärker diversifizierte Studierendenkohorten resilienter und zukunftsfester macht.
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Digitales Planspielkolloquium
Planspiele bieten in der universitären Lehre die Möglichkeit, komplexe Themen, Systeme sowie Prozesse erfahrbar und einer theoriebasierten Reflexion zugänglich zu machen. Die Auswahl und Entwicklung geeigneter Designs für die anvisierten Lernziele sowie der Einsatz stellen Lehrende jedoch vor didaktische und organisatorische Herausforderungen, weshalb das Innovationspotenzial der Planspielmethode besonders im Bereich der Lehrkräftebildung noch nicht ausgeschöpft wird. Das interdisziplinäre Verbundprojekt DiPlan - Digitales Planspielkolloquium an der TU Darmstadt und der Goethe Universität Frankfurt a.M. zielt unter Einbezug sowohl fachdidaktischer als auch bildungswissenschaftlicher Perspektiven auf eine bundesweite Vernetzungs- und Unterstützungsstruktur, um die hochschulübergreifende Entwicklung von Planspielen in der Lehrkräftebildung zu initiieren und für deren Durchführung und Evaluation zu professionalisieren. Dabei sollen stets auch Studierende einbezogen und bestenfalls Co-Teaching-Modelle angestoßen werden. Somit können im Sinne eines pädagogischen Doppeldeckers angehende Lehrkräfte bereits eine Methode kennenlernen, die sie später im Unterricht anwenden können. Die entwickelten Materialien werden auf einer digitalen Plattform zur Verfügung gestellt, die dem Austausch und der Nachhaltigkeit dient. Die Vernetzung wird über ein digitales Kolloqiumsformat realisiert.
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Smart Sustainability Simulation Game
Durch den technologischen Wandel und die zunehmende Bedeutung von Data Analytics und KI, wird das Anforderungsprofil von Unternehmen an Absolvent:innen als Fach- und Führungskräfte zunehmend interdisziplinär. Das Smart Sustainability Simulation Game (S3G) bereitet Studierende auf genau dieses Anforderungsprofil vor, indem es techno-ökonomische Kompetenzen im Kontext der Digitalisierung und Transformation industrieller Wertschöpfungsketten hin zu ökonomischer, ökologischer und sozialer Nachhaltigkeit vermittelt. S3G wird als ein interaktives Planspiel mit Teamarbeit, Gamification- und Wettbewerbselementen konzipiert, im Rahmen dessen Studierende in berufsfeldbezogene Rollen schlüpfen und authentische Anforderungssituationen bewältigen. Dabei durchlaufen sie Stufen einer Kreislaufwirtschaft (z.B. Rohstoffgewinnung, Produktion, Handel, Konsum/Nutzung, Recycling/Reuse). Auf jeder Stufe finden sie Aufgaben vor, für die sie im Sinne des problembasierten Lernens Lösungen erarbeiten. Sie müssen Entscheidungen über geeignete Maßnahmen treffen, im Spiel umsetzen und reflektieren. Insgesamt schafft S3G ein interdisziplinäres Angebot für projektbasiertes Lernen, welches selbstgesteuertes und aktives Lernen fördert.
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