top of page
logo full.png

OrChemSTAR: Strukturformeln mit KI und AR meistern

Chemische Strukturformeln sind ein zentrales Element der chemischen Fachsprache. Sie ermöglichen es Chemikern und Chemikerinnen, komplexe molekulare Strukturen zu kommunizieren und unterschiedliche Aspekte von Molekülen hervorzuheben. Lernende müssen zunächst mentale Modelle aufbauen, um diese Formalismen zu verstehen. Dies erfordert eine räumliche Veranschaulichung, die durch traditionelle 2D-Unterrichtsmaterialien nur begrenzt unterstützt wird.


Der Einsatz von KI in der OrChemSTAR-App ermöglicht es, handgezeichnete Formeln zu erkennen und individualisiertes Feedback zu geben. Dadurch entsteht eine personalisierte Lernumgebung, die Studierende an ihrem aktuellen Wissenstand abholt.  


Eckdaten
Fachgebiet

Chemie in der Sekundarstufe II und Bachelorstufe

Lehrformat

Blended Learning mit AR-Unterstützung: Die App kommt in Präsenz- und Onlinephasen zum Einsatz. Individuelles Lernen wird durch adaptives Feedback und personalisierte Lernpfade unterstützt.

Zeitrahmen

Erste Einführung und Ausprobieren: 30–45 Minuten, Regelmässiges Training im Tutormodus: 15–20 Minuten pro Einheit

Zielgruppe

  • Sekundarstufe II

  • Studierende in den ersten Semestern von Chemiestudien (Bachelorstufe)

  • Lehrpersonen und Dozierende an Gymnasien, Hochschulen und Pädagogischen Hochschulen, die den Chemieunterricht mit AR-Technologie anreichern möchten

Mögliche Tools

  • OrChemSTAR App (iOS/iPad)

  • Tablet mit Kamera (zwingend iOS/iPad)

  • Gedruckte Lehrmaterialien mit Strukturformeln (Schulbücher, Arbeitsblätter)


Lernziele

Studierende und Lernende sollen:

  • verschiedene Darstellungsformen chemischer Strukturen (Summenformeln, Strukturformeln, Lewis-Formeln, räumliche Darstellungen) verstehen und anwenden können

  • zwischen unterschiedlichen Formeldarstellungen übersetzen und die jeweils geeignete Darstellungsform für einen bestimmten Kontext wählen können

  • durch 3D-Visualisierungen räumliche Strukturen von Molekülen intuitiv erfassen und diese in 2D-Notationen umsetzen können

  • eigenständig Strukturformeln zeichnen können und dabei die spezifischen Notationsregeln (Keilstrichschreibweise, Skelettformeln, usw.) korrekt anwenden

  • durch adaptives KI-Feedback ihre Fehler erkennen und aus diesen lernen

  • ein grundlegendes Verständnis der KI-Technologie entwickeln, die hinter solchen Lernumgebungen steckt


KI-Kompetenzrahmen

Dieser Use Case zahlt in die folgenden Dimensionen des St.Galler KI-Kompetenzrahmens ein:

Anwenden & Zusammenarbeiten
Anwenden & Zusammenarbeiten
Ablauf

Die Umsetzung von OrChemSTAR im Unterricht folgt einem mehrschrittigen Prozess:

  1. Vorbereitung: Lehrperson gibt den Lernenden eine Einführung in die App sowie ihre Funktionen. Die Schüler und Schülerinnen benötigen Zugang zu einem iPad mit der OrChemSTAR App.

  2. Kamerafunktion: Lernende richten ihre Gerätekamera auf gedruckte oder handschriftliche Strukturformeln in ihren Lehrbüchern oder auf Arbeitsblättern. Die App erkennt die Formeln mittels KI-basiertem Handwriting Recognition.

  3. Augmented Reality-Visualisierung: Die App zeigt direkt über dem Textmaterial 3D-Modelle der erkannten Moleküle an. Lernende können die 3D-Modelle rotieren und von verschiedenen Seiten betrachten.

  4. Lernhilfen: Für bekannte Lernschwierigkeiten stellt die App zusätzliche Lernhilfen bereit, die spezifische Notationskonventionen erklären.

  5. Tutormodus: Im Tutormodus können Lernende gezielt trainieren, Strukturformeln zu zeichnen. Die App erkennt diese mittels KI und gibt unmittelbares, adaptives Feedback.

  6. Selbstständiges Üben: Lernende nutzen die App eigenständig, um ihre Fähigkeiten zu vertiefen und zu testen.

  7. Nachbearbeitung: Lehrperson bespricht Lernresultate, adressiert häufige Fehler und integriert die Erfahrungen in den regulären Unterricht.

Vorteile

  • Adaptive Unterstützung: Die KI-gestützte Erkennung ermöglicht personalisiertes Feedback auf die Zeichnungen der Lernenden.

  • 3D-Visualisierungen unterstützen räumliches Denken: Die AR-Funktion ermöglicht Lernenden, Strukturen von verschiedenen Seiten zu betrachten.

  • Immediates Feedback: Lernende erhalten sofort Rückmeldung über ihre Zeichnungen.

  • Spielerischer Zugang: Mit AR und KI zu arbeiten erhöht die Motivation und macht Lernen attraktiver.

  • Fachspezifische Unterstützung: Die App berücksichtigt typische Fehler aus der chemiedidaktischen Forschung.

Nachteile

  • Ressourcenabhängigkeit: Jede Schülerin benötigt ein eigenes Gerät (iPad) mit der App.

  • Lernkurve für Lehrpersonen: Lehrpersonen benötigen Zeit, um sich mit der App vertraut zu machen.

  • Abhängigkeit von gedrucktem Material: Für die Kamerafunktion benötigen Lernende physisches Material mit Strukturformeln.


bottom of page