Sebastian Becker-Genschow

• Professor
• Professor (Full) at University of Cologne

Mobile devices (smartphones or tablets) as experimental tools (METs) offer inspiring possibilities for science education, but until now, there has been little research studying this approach. Previous research indicated that METs have positive effects on students’ interest and curiosity. The present investigation focuses on potential cognitive effe...

Technological advances offer the possibility of using mobile devices to enrich learning environments with multimedia content. Although physical experiments play a key role in science learning, little is known about integrating multimedia learning in physical experimental processes, especially in realistic classroom settings. In our approach, studen...

This contribution presents the results of a replication study on the learning effect of tablet-supported video analysis compared to traditional teaching sequences using non-digital experimental materials in the subject areas of uniform and accelerated motion in high school physics lessons. In addition to the replication of the preliminary study res...

In diesem Artikel werden die Ergebnisse einer Studie zur Untersuchung der Lernwirksamkeit des Einsatzes der Tablet-PC-gestützten Videoanalyse von Bewegungen im Themenbereich Mechanik des Physikunterrichts der Sekundarstufe 2 vorgestellt. Nach der Darstellung des Forschungsbedarfs im Bereich digital gestützter Lehr-Lernprozesse wird der aktuelle For...

Introduction Adaptive learning platforms offer innovative teaching approaches by tailoring educational content to individual learner’s needs, abilities, and paces. Methods This study investigates the effects of an adaptive digital learning platform on user experience, motivation, and learning outcomes among 56 sixth-grade students from two German...

The integration of artificial intelligence (AI) in physics education enables novel approaches to data analysis and conceptual learning. A comparative analysis of AI-supported and traditional Excel-based methods reveals distinct strengths and limitations in fostering understanding of pendulum experiments. This study explores the integration of AI-as...

This work explores the integration of AI custom chatbots in educational settings, with a particular focus on their applicability in the context of mathematics and physics. In view of the increasing deployment of AI tools such as ChatGPT in educational contexts, the present study examines their potential as personalized tutoring systems. The study a...

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...

Graphs are essential representations in the professions and education concerning the science, technology, engineering, and mathematics (STEM) disciplines. Beyond their academic relevance, graphs find extensive utility in everyday scenarios, ranging from news media to educational materials. This underscores the importance of people's being able to u...

The pervasive digitization of society underscores the crucial role of data and its significant impact on decision-making across various domains. As a result, it is essential for individuals to acquire competencies in handling data. This need is particularly pertinent in K-12 education, where early engagement with data and statistics can lay a found...

Naturwissenschaft im Unterricht Physik (https://www.friedrich-verlag.de/friedrich-plus/sekundarstufe/physik/mechanik-akustik/mit-videoanalyse-reprasentationskompetenz-fordern-19279)

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...

Over the last decades, a multitude of results in educational and psychological research have shown that the implementation of multiple external representations (MERs) in educational contexts represents a valuable tool for fostering learning and problem-solving skills. The context of science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education...

This study investigates the impact of different animation styles on learning outcomes in physics, with a focus on explanations of the seasons. Using a combination of pre-post performance tests and eye tracking, we compared animations featuring a presenter with pure animations without a person in the frame. The sample consisted of students from a se...

Adaptive learning through learning software represents an innovative teaching approach that employs digital media to tailor educational content and materials to the needs, abilities and learning pace of each individual. This study analyzes the impact of implementing an adaptive digital learning platform in terms of students' perceptions of the user...

This paper presents a systematic literature review aimed at consolidating knowledge on the application of eye-tracking technology in the diagnosis of dyslexia among school-aged children (6-12 years). Through a meticulous search and selection process, 20 studies conducted over the last 10 years were identified and analyzed to evaluate the effectiven...

Analysen von Absorptions- und Emissionsspektren zählen zu den grundlegenden Versuchen in der Atomphysik in Schule und Hochschule. Die App Vernier Spectral Analysis steuert ein kompaktes Spektrometer und erlaubt eine detaillierte Darstellung und Auswertung der Spektren.

Wie können wir die Lebensqualität unter den Bedingungen des Klimawandels in Städten langfristig erhalten? Über die Hälfte aller Menschen leben in Städten - und es werden immer mehr. Die Bevölkerung der Stadt Köln zeigt z. B. seit Jahren einen Aufwärtstrend, der immer wieder neue Höchststände erreicht. Gleichzeitig treten die Risiken des Klimawandel...

Eine aktuelle Lehrkräftebildung in den Naturwissenschaften muss sich den globalen Herausforderungen stellen, um die angehenden Lehrkräfte der Biologie, Chemie und Physik auch dazu zu befähigen, ihre zukünftigen Schülerinnen und Schüler auf die Probleme von morgen vorzubereiten. Bildung für nachhaltige Entwicklung, 21st century skills und der Umgang...

In the physics classroom, many phenomena are treated experimentally and theoretically that cannot be experienced completely, or not at all, with the human senses. Digital technologies can support teachers in the teaching of physics, and students in gaining knowledge, by bridging the gap between human perception and physical reality. However, physic...

Naturwissenschaften im Unterricht Physik (https://www.friedrich-verlag.de/friedrich-plus/sekundarstufe/physik/astrophysik-relativitaetstheorie/virtuelle-himmelsuntersuchungen-16280)

Linear functions are an essential part of school and university education. Nevertheless, this topic is challenging for many students-especially in STEM topics. In this article, we contribute to the understanding of learning difficulties in the context of mathematical and physical problems. Here, we present the results of an eye-tracking study on vi...

Zusammenfassung Digitale Medien, wie Smartphones und Tablet-PCs, sind im Alltag weitverbreitet. Die Mobilität dieser Geräte ermöglicht die Durchführung physikalischer Untersuchungen in einer für die Schülerinnen und Schüler alltäglichen, natürlichen Umgebung. Bei der Tablet-PC-gestützten Videoanalyse können natürliche Bewegungsabläufe, wie z. B. da...

Zusammenfassung Beim Lernen mit Experimenten spielt insbesondere die Verbindung der experimentellen Realität mit Modellvorstellungen und theoriebasierter Hypothesenbildung eine wichtige Rolle. Im Kontext der geometrischen Optik werden zur Vorhersage und Erklärung von optischen Abbildungen in Linsensystemen die sogenannten Konstruktionsstrahlen genu...

Zusammenfassung Eyetracking bezeichnet die Erfassung und Analyse von Blickdaten und ermöglicht einen Einblick in die kognitiven Prozesse beim Lernen und damit die Identifikation von Lernhürden. Durch die Identifikation von Lernhürden eröffnet diese Methodik eine neuartige Möglichkeit zur Analyse und Verbesserung von Lernprozessen. In diesem Beitrag...

Graphen nehmen eine interdisziplinär zentrale Rolle bei der Darstellung von Messwerten und der Visualisierung mathematischer Funktionen ein. Durch ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten und unterschiedlichen Komplexitätsgrade werden sie sowohl in den Sekundarstufen und der universitären Lehre als auch in wissenschaftlichen Publikationen und im öffe...

Statistical and data literacy are counted among the key competencies of the 21st century and are often set out as an expected outcome of school education. Accordingly, curricular adaptions of science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education have been made in many countries with the aim of developing competencies that promote compe...

Adaptive Lernsysteme analysieren die Entwicklung des Lernenden und passen sich …individuell, z.B. durch eine KI-basierte Analyse der Problemlöseprozesse an. Bei den existierenden Systemen werden meist nur die mit Maus und Tastatur getätigten Eingaben ausgewertet. Die zusätzliche Erfassung und Analyse von Eye-Tracking-Daten können solche Systeme daz...

Optics is a core field in the curricula of secondary physics education. In this study, we present the development and validation of a test instrument in the field of optics, the ray optics in converging lenses concept inventory (ROC-CI). It was developed for and validated with middle school students, but can also be adapted for the use in higher le...

The importance of coupled oscillations for natural and engineering sciences is undisputed. But due to the complex processes behind the phenomena, its educational arrangement remains challenging.

A magnetic linear accelerator (or Gauss accelerator) is a device that uses the conversion of magnetic energy into kinetic energy to launch an object with high velocity. A simple experimental implementation consists of a line of steel spheres in which the first one is a permanent magnetic sphere. If another steel ball collides with the magnetic sphe...

In recent years several approaches have been published using video analysis in physics education in an innovative way [1–4]. The common idea is that students record the motion, transfer the video on a computer, and analyze it with suitable software. In this chapter we demonstrate how students can perform video analysis on mobile devices such as sma...

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.

Eye tracking enables the reconstruction of eye movements and thus the analysis of visual information selection and integration processes during problem solving. In this way, learner-specific difficulties can be identified and problem-solving process can be adapted accordingly. For such an adaptation, the prediction of response behavior plays a cruc...

Die Videoanalyse von Bewegungen, etwa beim Sport, findet in Schule und Hochschule immer größere Verbreitung. Die hier vorgestellte App ermöglicht es, plattformunabhängig Bewegungen zu analysieren und mit beliebigen Ausgleichskurven auszuwerten.

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...

Optics is a core field in the curricula of secondary physics education. In this study, we present the development and validation of a test instrument in the field of optics, the Converging Lenses Concept Inventory (CLCI). It can be used as a formative or a summative assessment of middle school students' conceptual understanding of image formation b...

Videoanalysen von Bewegungen sind heute weit verbreitet – z. B. in der Sportwissenschaft oder der Physik. Eine App für iPads ist das Analyse-Tool Viana.

Wie entstehen Gravitationswellen und was haben Schwarze Löcher damit zu tun? Wie kann man mit der Gravitationswellenastronomie Erkenntnisse über die Struktur des Universums gewinnen? Die kostenlose App Trapped in Gravity, entwickelt von Forschenden aus dem Exzellenzcluster Quantum Universe der Universität Hamburg, eröffnet einen spielerischen Zugan...

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...

Experiments are of central importance for the natural sciences in general and in science education in particular , but the learning gains that teachers expect from them often fall short of expectations. This is especially true for student experiments, which are often conducted in dyads or small groups. In such a collaborative form of experimentatio...

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...

Graphs are important formats to measure conceptual knowledge in physics - especially in kinematics. Although there is a broad line of research studying the quality of such tests regarding validity and reliability, little is known about learners’ cognitive processes during solving problems with line graphs. In this work, we used a large gaze-data se...

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...

Mit der Videoanalyse-Applikation können Schülerinnen und Schülern mit der integrierten Kamera eines iPads die Bewegungen von beliebigen Körpern eigenständig aufnehmen und die physikalischen Gesetzmäßigkeiten nahezu in Echtzeit analysieren – und zwar orts- und zeitunabhängig. Durch die hohen Bildwiederholungsraten von Tablet-PCs können auf diese Wei...

Wie entstehen Gravitationswellen und was haben Schwarze Löcher damit zu tun? Welche Erkenntnisse kann die Gravitationswellen‐Astronomie liefern? Die kostenlose App Trapped in Gravity, entwickelt im Exzellenzcluster Quantum Universe der Universität Hamburg, eröffnet einen spielerischen Zugang zur Physik dahinter. Die App soll auch jüngere Physikinte...

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...

The test of understanding graphs in kinematics (TUG-K) has widely been used to assess students’ understanding of this subject. The TUG-K poses different objectives to the test takers such as (1) the selection of a graph from a textual description, (2) the selection of corresponding graphs, and (3) the selection of a textual description from a graph...

Supersonic free-fall jumps are excellent examples of kinematics in the context of drag. They have attracted a lot of media, public, and scientific interest. In 2012, Felix Baumgartner jumped from a height of approximately 38.969 km. During his flight he reached a top speed of 373 m/s, becoming the first human to travel faster than the speed of soun...

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...

Poster for the interactive poster session of EARLI SIG 27 virtual conference

Die digitale Transformation des Bildungssystems war mit der Konferenz „Digitaler Wandel in der Bildung: Perspektiven für Deutschland“ ein Themenschwerpunkt der Kultusministerkonferenz, um das „Potenzial des Lernens mit digitalen Medien übergreifend für alle Bildungsbereiche erschließen“ zu können und „zwar sowohl im Hinblick auf die Teilhabe an der...

„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...

This study used eye-tracking to capture students’ visual attention while taking a test of understanding graphs in kinematics (TUG-K). A total of N = 115 upper-secondary-level students from Germany and Switzerland took the 26-item multiple-choice instrument after learning about kinematics graphs in the regular classroom. Besides choosing the correct...

Orientierungsrahmen für den Aufbau digitaler Basiskompetenzen Um die schulische Umsetzung der „Kompetenzen in der digitalen Welt“ (KMK 2016) sicherstellen zu können, müssen geeignete Standards für die Lehrerbildung formuliert und in bestehende Curricula integriert werden. Zur Anpassung überfachlicher Rahmenmodelle (z.B. DigCompEdu) an naturwissens...

This study used eye-tracking to capture the students' visual attention while taking the test of understanding graphs in kinematics (TUG-K). A total of N = 115 upper-secondary-level students from Germany and Switzerland took the 26-item multiple-choice instrument after learning about kinematics graphs in the regular classroom. Besides choosing the c...

Technological advances offer the possibility of using mobile devices to enrich learning environments with multimedia content. Although physical experiments play a key role in science learning, little is known about integrating multimedia learning in physical experimental processes, especially in real classroom settings. In our approach, students us...

The study involved high school physics courses which were randomly assigned as treatment group (TG) or control group (CG) and covered two essential topics of mechanics, the uniform and the accelerated motion.

The common idea of video analysis in physics education so far is that students record the motion of an object using a video camera, transfer the video on a computer and analyze it with a suitable software. In our approach students perform video analysis time-efficiently using only tablet computers. We present the results of a study which examines l...

Im Gegensatz zu Geschwindigkeiten, können wir Beschleunigungen nur sehr schwer einschätzen, was ihre objektive Messung besonders interessant macht. Die Möglichkeiten sind dabei sehr vielfältig und reichen von Beschleunigungsmessungen im Bereich der Technik, über Beschleunigungen im Sport bis hin zu Beschleunigungen im Tierreich. Bemerkenswert und d...

In diesem Abschnitt wird der Beschleunigungssensor eines Smartphones genutzt, um die Radial- und Tangentialbeschleunigung eines Pendels zu messen. Das Smartphone wird in diesem Experiment an zwei dünnen Fäden aufgehängt und so als Pendel verwendet. Im Ergebnis wird der Einfluss von Zentrifugal- und Erdbeschleunigung auf die Radialbeschleunigung und...

Amagnetic linear accelerator (or Gauss accelerator) is a device that uses the conversion of magnetic energy into kinetic energy to launch an object with high velocity. A simple experimental implementation consists of a line of steel spheres in which the first one is a permanent magnetic sphere. If another steel ball collides with the magnetic spher...

The importance of coupled oscillations for natural and engineering sciences is undisputed. But due to the complex processes behind the phenomena, its educational arrangement remains challenging.

Videoanalysen von Bewegungen sind heute weit verbreitet – in der Sportwissenschaft, im Physikunterricht und im Physikstudium. Eine App für iPads ist Viana.

In recent years several approaches have been published using video analysis in physics education in an innovative way. The common idea is that students record the motion, transfer the video on a computer, and analyze it with suitable software. In this paper we demonstrate how students can perform video analysis on mobile devices such as smartphones...