Chemiedidaktik Virtuelles Chemielabor an der Uni Paderborn

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An der Universität Paderborn können Studierende seit April in einem virtuellen Labor naturwissenschaftliche Experimente durchführen. Dies soll eine Ergänzung zu realen Laborpraktia sein.

Experimente mit Bunsenbrenner und Co außerhalb der Laborgebäude: Das ist an der Universität Paderborn möglich. Studierende können dort im „VirtuChemLab“ Praktika mithilfe einer VR-Brille absolvieren und sich so naturwissenschaftliches Grundlagenwissen aneignen. Dazu kommt in Kürze der ergänzende Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI). Anfang April ist das Projekt „VRLabTutor“ gestartet. Unter der Koordination von Hendrik Peeters, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Chemiedidaktik, wird das virtuelle Labor um eine KI-basierte Assistenz erweitert, die Hilfestellungen leistet und Feedback gibt. Das Vorhaben wird für zwei Jahre mit rund 360.000 Euro durch die Stiftung Innovation in der Hochschullehre (StIL) im Rahmen der Förderlinie „FREIRAUM 2025“ gefördert.

Inklusive Avatar für Studentenfragen

Das bestehende Labor „VirtuChemLab“ ermöglicht es Studierenden schon jetzt, chemische Experimente zeit- und ortsunabhängig in einer realitätsnahen Umgebung durchzuführen. Neu hinzu kommt eine adaptive, KI-gesteuerte Assistenz in Avatarform, die den Studierenden direktes, individuelles Feedback gibt und Fragen zu den Experimenten beantwortet.

Eine wesentliche Besonderheit des Projekts ist die aktive Rolle der Studierenden: Die Entwicklung der KI-Assistenz erfolgt in interdisziplinärer Zusammenarbeit zwischen der Chemiedidaktik und der Arbeitsgruppe „Theorie verteilter Systeme“ des Instituts für Informatik. Studierende des Masterstudiengangs Computer Science sind maßgeblich in Form von curricular verankerten Projektgruppen beteiligt. Regelmäßige Anwendertests durch Chemiestudierende sorgen dafür, dass die KI-Assistenz optimal an die Bedürfnisse der Nutzenden angepasst wird. „Das Projekt bietet unseren Informatik-Studierenden eine einmalige Gelegenheit, innovative Technologien wie Virtual Reality und KI praxisnah zu entwickeln und unmittelbar mit den Nutzenden zusammenzuarbeiten“, sagt Dr. Matthias Fischer, der das Projekt aufseiten der Informatik leitet.

Ergänzung zu realen Laborpraktika

„Unser Ziel ist es, durch individuelle, KI-gestützte Rückmeldungen Studierende besser auf reale Laborsituationen vorzubereiten und so mögliche Unsicherheiten abzubauen. Damit ergänzen wir die realen Laborpraktika gezielt und schaffen eine innovative Lernumgebung“, erläutert Projektkoordinator Peeters. Prof. Dr. Sabine Fechner, Professorin für Chemiedidaktik, ergänzt: „Die individuelle, KI-basierte Rückmeldung unterstützt die Studierenden nicht nur dabei, grundlegende Handlungsabläufe im Chemielabor zu üben, sondern sensibilisiert sie zugleich frühzeitig für potenzielle Gefährdungen und sicherheitsrelevante Aspekte im realen Labor.“

Vom klassischen LIMS zu modernem Datenmanagement und KI

Was wäre, wenn mein Labor einen KI-Assistenten hätte?

Eine weitere Besonderheit ist die hochschuldidaktische Begleitung. Die Stabsstelle Bildungsinnovationen und Hochschuldidaktik der Universität Paderborn unterstützt das Team dabei, die Erkenntnisse fakultätsübergreifend zu übertragen, hochschuldidaktisch aufzubereiten und die Einbettung in andere Lehrkontexte zu prüfen. Iris Neiske von der Stabsstelle betont: „Ein zentraler Aspekt unserer Arbeit ist es, den Transfer der Projektergebnisse in andere Fächer und Kontexte aktiv auszuwerten und durch den Aufbau eines fakultätsübergreifenden Netzwerks zu fördern.“

Bis März 2027 wird das erweiterte „VirtuChemLab“ evaluiert und schrittweise in bestehende Lehrveranstaltungen und Unterstützungseinrichtungen integriert. Eine projektbezogene Webseite und soziale Medien informieren regelmäßig über den Fortschritt. Die Software soll nach erfolgreicher Auswertung veröffentlicht und langfristig in der Lehre etabliert werden.

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