
Johannes HuwerUniversity of Konstanz | Uni-Konstanz · Department of Chemistry
Johannes Huwer
Prof. Dr.
Professor (Full) for Science Education
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Publications (147)
Im Rahmen der Initiative lernen:digital entstehen deutschlandweit neue Fortbildungsangebote für Lehrkräfte. In diesem Artikel wird ein Ansatz zur ko‐konstruktiven Entwicklung von Fortbildungen basierend auf Konzepten der partizipativen Aktionsforschung vorgestellt. Zur Entwicklung des Aufbaus und der Inhalte der Fortbildung werden Erkenntnisse aus...
This study investigates the use of Augmented Reality (AR) to teach the concept of chirality—a fundamental topic in organic chemistry. Building on Cognitive Load Theory (CLT) and previous research on AR’s educational benefits, we designed an AR learning environment to facilitate students’ understanding of chirality by allowing them to interact with...
Künstliche Intelligenz (KI) ist nicht mehr nur ein Zukunftsthema, sondern bereits in vielen Bereichen der Lebens- und Arbeitswelt sowie in Forschung und Lehre in den Naturwissenschaften präsent und wird zukünftig als eine Schlüsseltechnologie noch an Bedeutung zunehmen. Daher benötigen Lehrkräfte Kompetenzen zum Unterrichten mit und über KI. Expert...
Künstliche Intelligenz (KI) ist nicht mehr nur ein Zukunftsthema, sondern bereits
in vielen Bereichen der Lebens- und Arbeitswelt präsent und wird zukünftig
als eine der Schlüsseltechnologien dieses Jahrhunderts noch an Bedeutung
zunehmen. So ist KI bereits in vielen Bereichen des Alltags wie selbstverständ-
lich integriert, sei es durch Sprachassi...
As the use of augmented reality (AR) in educational settings grows, it becomes increasingly important to understand how to use AR in classrooms. Here, we present an AR learning environment that we designed for teaching an organic chemistry reaction mechanism in high school chemistry classes. This new environment was tested in six tenth-grade chemis...
Augmented reality (AR) improves science education by facilitating teaching and experiments in schools and universities. Studies show positive effects, like increased motivation and improved concept connections, but there is a lack of consistency in the implementation and investigation of AR in science experiments. This review examines AR usage, cri...
This study examines the development of pre-experiences with digital media at school and in university, creating and entertainment-oriented media use and attitudes towards digital media in the classroom among students in the first three years of study, particularly those enrolled in science courses, in times of the COVID-19 pandemic. Using a questio...
As the use of handheld devices continues to proliferate in both private and educational sectors, critical questions emerge concerning the end-of-life management of materials and strategies to curtail waste generation. Augmented reality (AR) technology presents novel avenues for engaging students in science education. This paper presents a novel did...
Augmented reality (AR) is vital in education for enhancing learning and motivation through interactive environments and experiments. This requires teacher training in AR creation and integration. Research indicates that learning effectiveness relies on thorough preparation, calling for the development of scoring rubrics for evaluating both educatio...
The transformation toward a sustainable economy is considered one of the most effective measures to accelerate the achievement of the United Nations’ Sustainable Development Goals for 2030. Sustainable entrepreneurs contribute to this transformation by identifying and exploiting business opportunities based on sustainability challenges such as biod...
In this paper, we present a novel approach to utilizing tablets in chemistry education. In the context of education for sustainable development, we utilize tablets as objects of learning to address the lithium-ion battery. In addition, we used tablets as learning tools by making use of augmented reality technology. This way, we have created an inno...
This paper introduces the digiSTAR project, whose primary focus is on bridging the digital gap in undergraduate studies, which arises between the now digitalized schools and the technology-driven master's programs at universities when undergraduate courses are taught in a more traditional and less digitalized way, by providing teaching-learning mod...
Das Lehrvorhaben ChemStrucLearn zielt darauf ab, angehenden Gymnasiallehrpersonen der naturwissenschaftlichen Fächer die Grundlagen der KI-basierten Bilderkennung zu vermitteln. Im Fokus steht die Anwendung eines YOLO-Modells zur Erkennung handgezeichneter chemischer Strukturformeln. Die Teilnehmenden erlernen die Datensammlung und Annotation, das...
Der Umgang mit digitalen Daten bereitet Lehrkräften sowie Schüler/inne/n im Unterricht oft Schwierigkeiten. Dies gilt im besonderen Maße, da der Umgang mit selbigen/diesen im Gegensatz zu analogen Daten ein zusätzliches technisches Ver-ständnis über Datenstrukturen verlangen. Ein fehlendes technische Verständnis kann u.a. zu einer ablehnenden Haltu...
In the course of digitalization, new technologies and innovations are continuously introduced to the educational sector. For instance, augmented reality (AR) is increasingly applied in science teaching in both school and higher education. Combining real and virtual content potentially enhances interactivity and understanding of the learning process...
Computational literacy (CL) has become indispensable for teachers and learners as part of 21st-century skills. Therefore, corresponding models for teacher education are being further developed internationally from a scientific perspective. In parallel, content and competencies are being enhanced in the respective subjects at the curricular level of...
The digitalization of everyday school life has gained increasing importance for teachers in recent years. In Germany, this is especially true since the publication of the strategy on “Education in the Digital World” by the Standing Conference of the Ministers of Education and Cultural Affairs of the Länder in 2016, which calls for the acquisition o...
Auf Basis eines theoretisch fundierten Designrahmens wurde ein Lernangebot zur Verbindung der Bildung für Nachhaltige Entwicklung und der Entrepreneurship Education entwickelt. Im Zentrum des Designs steht die Förderung der Intention sowie der Motivation als Mediator zwischen Intention und Handlung von Lernenden gegenüber Sustainable Entrepreneursh...
As augmented reality (AR) becomes a promising technology for use in science and engineering teaching, the need for generally valid criteria and frameworks for the analysis, development, and setup of AR applications arises. In this article, we present an evaluations matrix to analyze current augmented reality approaches for life science teaching (bi...
Digitalization is a keyword in the discourse of educational science, but it is often linked to technological challenges, although digital changes occur throughout society. Therefore, STEM teachers are required to cope with technological changes in the subject, the increasing and diverse education and training technologies, and the ever-changing pat...
Education is always evolving, and most recently has shifted to increased online or remote learning. Digital Learning and Teaching in Chemistry compiles the established and emerging trends in this field, specifically within the context of learning and teaching in chemistry. This book shares insights about five major themes: best practices for teachi...
The topic of safety in chemistry laboratories in schools is crucial, as severe accidents in labs occur worldwide, primarily due to poorly trained individuals and improper behavior. One reason for this could be that the topic is often dry and boring for students. One solution to this problem is engaging students more actively in the lesson using a g...
The COVID-19 pandemic changed higher education radically and challenged faculties to adapt their teaching to the new circumstances. The aim of this study is to highlight changes, in particular, the advantages and disadvantages associated with them, and to find out what conclusions were drawn for the future in the three experimental natural sciences...
Burning candles show the solid and liquid states of wax on a macroscopic level. With augmented reality, the submicroscopic and symbolic level of all three states of wax can be shown. The augmented reality environment developed in this study lets students test their knowledge about the position of the three states of wax. So far, how the design para...
Für eine digitale Transformation der chemischen Industrie sind Fachkräfte mit umfassenden Kompetenzen unabdingbar. Die Grundlagen fachbezogener digitaler Bildung werden bereits in der Schule gelegt. Die Lehrkräftebildung ist hierfür neu auszurichten.
Computational literacy is one of the 21st century skills–students must therefore acquire the appropriate competencies in computer science to meet the demands of 21st century society. To achieve this, teachers must be adequately trained. Furthermore, this also means that introductory computer science education concepts must also be integrated into t...
Mit der Aufgabe die Digitalisierung in der Bildung voranzutreiben, geht die Verantwortung einher, Bedürfnisse Lehrender und Lernender zu berücksichtigen, d.h. Bereiche zu identifi zieren, die tatsächlich von den Vorteilen digitaler Lösungen profi tieren. Hierzu gehört die Analyse einzelner Medienformate, um deren Tauglichkeit, vor dem Hintergrund d...
The strategy of the Standing Conference of the Ministers of Education and Cultural Affairs (KMK) "Education in the Digital World" strategy [1] formulated digital competencies for German school education. For students to acquire the digital competencies formulated therein, appropriately trained teachers are required. To achieve this, digital technol...
Nachhaltigkeit ist eines der zentralen Themen der heutigen Gesellschaft. Zunehmend in den Fokus rückt dabei die 2015 von den Vereinten Nationen verabschiedete Agenda 2030 mit ihren 17 globalen Nachhaltigkeitszielen, die aus den Bereichen Ökologie, Ökonomie und Soziales stammt. Der Workshop „ZuKon 2030“ stellt ein interdisziplinär ausgerichtetes Ler...
Der Orientierungsrahmen DiKoLAN beschreibt digitale Basiskompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften. Eine Lehrveranstaltung des Lehrstuhls für Fachdidaktik der Naturwissenschaften an der Universität Konstanz widmet sich gezielt dem Aufbau der in DiKoLAN genannten Kompetenzen. In diesem Artikel werden die Konzeption, die Umsetzung und di...
Mit Augmented Reality angereicherte Lehr‐Lernsettings gewinnen sowohl im Schulfach Chemie als auch in anderen naturwissenschaftlichen Fächern immer mehr an Bedeutung. So erwähnen viele Publikationen die positiven Effekte solcher digital angereicherter Lehr‐Lernprozesse, geben jedoch nur selten darüber Auskunft, welche Eigenschaften der erweiterten...
In order to systematically introduce (prospective) teachers to teaching in the digital world and to lay the foundations for concepts that are meaningful in terms of physics education, essential aspects of learning with and via digital media must be conveyed. In addition to cross-curricular competencies, it is essential to consider subject-specific...
Prospective teachers must acquire subject-specific digital competencies to design contemporary lessons and to promote digital competencies among students themselves. The DiKoLAN framework (Digital Competencies for Teaching in Science Education) describes basic digital competencies for the teaching profession in the natural sciences precisely for th...
Unterschiedlicher Reflexionsbegleitung - Lehr-Lern-Labor Vergleich im Fach Chemie
Die Chemielehrkräfteausbildung beinhaltet die Professionalisierung berufsbezogener personaler Kompetenzen der Studierenden (Kunter et al., 2011; Weinert, 2001). Dabei sind das Classroom Management, die Planung, Durchführung und Reflexion der Arbeit mit Schülerinnen u...
Prospective teachers need both general and subject-specific digital competencies. However, available competency frameworks usually address only non-subject-specific general digital competencies. Although the joint framework curriculum of the German-speaking cantons of Switzerland not only provides a comprehensive definition of expected digital stud...
Die Digitalisierung der schulischen Bildung gewann in den letzten Jahren —beschleunigt durch die Corona-Pandemie — zunehmend an Bedeutung. Schüler*innen sowie Lehrkräfte sollen „digital fit“ gemacht werden. Der DigCompEdu der Europäischen Kommission bietet einen Kompetenzrahmen, derer sich die Mtgliedstaaten der EU bei der Entwicklung nationaler St...
The importance of the transformation to a sustainable economy for the protection from global crises such as climate change is widely recognized. Sustainable entrepreneurs are considered to play a key role in this transformation process as they create innovative market solutions with ecological, social, and economic value. So far, there is no consen...
For the planning and implementation of lessons with digital technologies, a subject-specific technology-related professional competence of teachers is of central importance. However, the competency frameworks developed so far remain in a general perspective and do not explicitly address subject-specific issues. Furthermore, digital competencies are...
Zur Planung und Durchführung von Unterricht mit digitalen Technologien ist eine technologiebezogene professionelle Kompetenz von Lehrkräften im Fach zentral. Bisher werden vorwiegend fachunspezifische Selbsteinschätzungsinstrumente genutzt, da Kompetenzmodellierungen für diesen Bereich noch nicht fachspezifisch differenziert vorliegen. Im Orientier...
Zusammenfassung
Lehrkräfte sind essentiell für die Integration digitaler Technologien in Schule und Unterricht. Ihre Qualifizierung für diese Aufgabe ist daher in allen Phasen der Lehrkräfteausbildung von zentraler Bedeutung, zumal nur etwa ein Drittel der derzeit im aktiven Schuldienst befindlichen Lehrkräfte während des Studiums Lerngelegenheiten...
Vorgestellt wird ein Projekt, das Tablets zum Lerngegenstand im Chemieunterricht macht. Aufbauend auf einer Augmented-Reality-Lernumgebung lernen die Schülerinnen und Schüler über die verschiedenen Komponenten eines Tablets und die hierfür wichtigen chemischen Rohstoffe und Technologien. Die Lernumgebung kann im Schulunterricht oder Distanzlernen,...
Das Titelbild zeigt, wie Augmented Reality beim Experimentieren eingesetzt werden kann. Ein mögliches Szenario ist dabei das mechanische Zerlegen von Tabletcomputern, sodass über Recyclingprozesse gelernt werden kann (siehe hierzu Beitrag von Huwer, Barth, Siol und Eilks S. 235 ff).
Die Digitalisierung hat große Teile unseres Alltags verändert. Diese gesellschaft- liche Transformation, unterstützt durch die Corona-Pandemie, hat nicht nur ver- mehrt Investitionen der Wirtschaft in digitale Infrastruktur angestoßen, sondern auch den Unterricht in den naturwissenschaftlichen Fächern maßgeblich beein- flusst. Um jedoch diesen Mehr...
Mit entsprechenden Kompetenzen können Lehrkräfte einzelne funktionale Elemente des Unterrichts digitalisieren – bis hin zu einer Transformation in ein vollständig digitales Lehr-Lernkonzept. Dies wird am Beispiel einer Unterrichtskonzeption zur photometrischen Konzentrationsbestimmung verdeutlicht, indem klassische, weitgehend analoge und digitale...
Ein EXPlainistry ist ein Erklärvideoformat, welches Ihre Schülerinnen und Schüler selbst erstellen können. Damit schlüpfen sie in die Rolle der Regisseure und fertigen dieses kreative Lernprodukt an. Sie als Lehrkraft fungieren dabei als Lernbegleiter. Die fertigen Erklärvideos dienen nicht nur zur Dokumentation, sondern auch Ihnen als Diagnosewerk...
In vielen Bereichen von Technik, Medizin und Wissenschaft ist die Endoskopie bereits eine etablierte Methode, um verborgene Bereiche eines Untersuchungsgegenstandes ohne destruktive Veränderung sichtbar zu machen. Auch im naturwissenschaftlichen Unterricht kann die Methode gewinnbringend eingesetzt werden, um trotz limitierter visueller Zugänglichk...
Informatische Bildung spielt eine immer zentralere Rolle in der Bildung einer Gesellschaft des 21. Jahrhunderts. Für den Chemieunterricht ergeben sich daraus zwei Aspekte: Einerseits können Konzepte der informatischen Bildung dabei helfen, chemie- und naturwissenschaftsspezifische Denk- und Arbeitsweisen zu fördern. Andererseits kann der Chemieunte...
The aim of this study was to investigate how to develop prospective chemistry teachers’ TPACK and thus qualify them for the effective use of educational technology in their future chemistry teaching. For this purpose, we developed and evaluated a university seminar for the professional development of preservice chemistry teachers. We implemented th...
de Eine mit digitalen Informationen angereicherte Realität spielt eine zunehmend wichtigere Rolle in unserem Alltag, aber auch im Chemieunterricht. So werden Lehr-Lernszenarien mit Augmented Reality (AR) positive Effekte auf den Wissenserwerb, Motivation und andere Faktoren des Lernens zugeschrieben. Dieser Beitrag gibt einerseits einen Überblick ü...
In order to systematically introduce (prospective) teachers to teaching in the digital world and to lay the foundations for technological pedagogical content knowledge (TPACK) and concepts that are meaningful in terms of subject-specific teaching, essential aspects of learning with and via digital media must be conveyed. As frameworks concerning th...
Teacher education students are key multipliers for the implementation of digital learning in the school system. However, German students in teacher education programs are highly skeptical about the use of digital media in the classroom [1]. This also includes the Augmented Reality supported learning environments, even though it has shown potential...
Augmented Reality (AR) refers to the possibility of projecting elements such as images, texts, animations, or 3D models into real environments using technical aids such as a smartphone or tablet [1]. Especially when learning abstract learning content, AR seems to be suitable to support the learners [2]. With a created learning environment, which al...
Multitouch experiment instructions (MEIs), implemented as interactive eBooks, are learning tools for pupils that offer various digital support tools and enable pupils to individualize their learning. They may be applied to contexts such as inquiry-based experiments in school laboratories, which involve highly demanding cognitive processes and requi...
Digitalisierung durchdringt unser Leben immer mehr. Das betri�t unseren Alltag ebenso wie das beru"iche Leben oder die wissenschaftliche Forschung, insbesondere auch in
den MINT-Disziplinen. Der Beitrag diskutiert die unterschiedlichen Rollen digitaler Medien in der MINT-Bildung als Lernwerkzeuge, Lernbegleiter, Experimentalwerkzeuge oder Lerngegen...
Teacher education students are key multipliers for the implementation of digital learning in the school system. However, German students in teacher education programs are highly skeptical about the use of digital media in the classroom [1]. This also includes the Augmented Reality supported learning environments, even though it has shown potential...
de Der Einfluss von AR in diesem Lehr‐Lern‐Setting wurde in Bezug auf Motivation, schulische Selbstwirksamkeitserwartung und Kognition (z. B. Diskontinuum) in einer achten Klasse einer Realschule mit einer Interventionsstudie im Pre‐Post‐Kontrollgruppen‐Design untersucht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass AR positive Auswirkungen auf diese Asp...
Schulen und Universitäten stehen gleichermaßen vor der Aufgabe, Bildungsprozesse an eine zunehmend digital geprägte Lebens- und Arbeitswelt anzupassen und weiterzuentwickeln. Wie weit diese Entwicklung bereits fortgeschritten ist, lässt sich beispielsweise aus Teilergebnissen der international vergleichenden Schulleistungsstudie ICILS 2018 (Eickelm...
Sowohl auf Bundes- wie auf Länderebene werden politische Rahmenbedingungen (z.B. KMK, 2016) geschaffen, Unterricht des 21. Jahrhunderts unter Berücksichtigung einer zielführenden Digitalisierung zu ermöglichen. Eine der Herausforderungen ist die Rekrutierung bzw. Ausbildung geeigneter Lehrkräfte. Hierfür sind zahlreiche Einzelinitiativen bis hin zu...
In context of Education for Sustainable Development (ESD), the range of experiments offered by the Schülerlabor NanoBioLab at Saarland University was expanded to include an experiment on the topic of water analysis, which provided the basis of the intervention. In addition to the analogue experiment instruction, there is a digital version which is...
In context of Education for Sustainable Development (ESD), the range of experiments offered by the Schülerlabor NanoBioLab at Saarland University was expanded to include an experiment on the topic of water analysis, which provided the basis of the intervention. In addition to the analogue experiment instruction, there is a digital version which is...
Um den Lernprozess optimal zu fördern, ist man im Naturwissenschaftsunterricht bestrebt, Phänomene der Natur bestmöglich sichtbar und damit zugänglich für Lernende zu machen. In der Regel beginnt die Herausforderung dabei immer dann, wenn Unterrichtsgegenstände aus verschiedensten Gründen nicht real “begreifbar”, also nicht direkt mit den Händen un...
The corona pandemic forced teachers around the world to go new ways of teaching. This is particularly important in science education, which focuses on many practical experiments and mental models. To understand mental models and to be able to carry out experiments independently, it is essential that students also receive appropriate support at home...
Die Bedeutung und Auswirkungen der Digitalisierung erleben wir tagtäglich. Wir alle nutzen Informatiksysteme. Dies kann bewusst geschehen, wenn etwa Tablets, Smartphones oder Computern bedient werden. Informatiksysteme sind aber auch in medizinischen Geräten, Flugzeugen oder sogar in Glühbirnen zu finden. Hinter all diesen Innovationen verbirgt sic...
Das fächerübergreifende Modul "Nachhaltigkeit: DIGITAL" (Seminar & Praktikum) dient dazu, Professionswissen von Lehramtsstudierenden nach dem DPaCK-Modell zu fördern. Neben fachlichen Grundlagen zur Medienfachdidaktik und Nachhaltigkeitsbildung werden im didaktischen Makerspace Bildungsmedien zum Kontext der Nachhaltigkeit als pädagogischer Doppeld...
Sensoren im Smartphone, Erklärvideos, Formel‐Apps oder virtuelle Labore reichern Lernen und Experimentieren in den Naturwissenschaften an. Digitale Medien dienen als Lernwerkzeuge oder werden selbst zum Lerngegenstand. Allerdings erfordert die Digitalisierung des Chemieunterrichts nicht nur Geräte und Software an den Schulen, sondern auch didaktisc...
Multitouch learning books (MLBs) are learning companions that support learning within a series, independent of the learning location. These MLBs can accompany an experiment itself or an entire learning process. In addition to providing interactive tasks, an all-in-one solution can provide pupils with additional information, supporting and different...
LEHRE:digital ist eine Onlineplattform, die Lehramtsstudierende und Lehrkräfte der Naturwissenschaften beim Erwerb digitaler Kompetenzen für den Unterricht unter- stützen soll. Sie bietet Lernmodule an, um im Selbststudium oder in Präsenzveran- staltungen bspw. digitale Medienerstellung, Lernorganisation oder Experimentieren zu erlernen. Dabei werd...
„DiKoLAN – Digitale Kompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften“ von Sebastian Becker, Till Bruckermann, Alexander Finger, Johannes Huwer, Erik Kremser, Monique Meier, Lars-Jochen Thoms, Christoph Thyssen und Lena von Kotzebue (Arbeitsgruppe Digitale Basiskompetenzen) ist lizenziert unter CC BY-ND 3.0.
Sie dürfen die Abbildung (auch komm...
„Wie können Metalle aus der Natur (in Form von Erzen) gewonnen werden?“, „Wo kommen Metalle aus meinem All- tag in der Natur vor?“. Diesen relevanten Fragestellungen sind die Schülerinnen und Schüler der Sieben-Labore-Tour 2016 (Hempelmann et al., 2018) an der Universität des Saarlandes anhand verschiedener Experimente nachgegan- gen. Das Forschend...