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AI Literacy Ostschweiz

The life of the Learning App Brian in der NT-Lehrpersonenbildung

Ein konkreter Anwendungsfall am Beispiel des Moduls «Grundlagen der Naturwissenschaften» (Teil Biologie) vom Studiengang Sek I an der PHSG. Ziel des Moduls ist das Erlangen fachlicher Sicherheit in den naturwissenschaftlichen Inhalten des Lehrplans 21 (in diesem Fall Biologie) ~ «Curriculares Wissen plus» 


Die Studierenden, die das Modul besuchen sind extrem heterogen in Bezug auf Vorbildung und Alter:  

  • gymnasiale Matura, Passerelle, Fachhochschule, Primarlehrpersonen, Berufslehre ohne Passerelle 

  • 19 bis > 40 Jahre alt 


Gesucht ist zur Lernunterstützung ein ChatBot, der … 

… seine Antworten vor allem basierend auf meinen Skripten, Unterlagen und Folien generiert, 

… auch auf vertiefende Fragen Bezug auf meine Unterlagen nimmt, 

… Schwerpunkte ähnlich setzt, wie ich sie setzen würde 


Die Brian-App (https://app.brian.study/) sollte dies erfüllen. 


Voraussetzungen

  • Zugang zum Tool «Brian»



Screenshots

Eckdaten
Fachgebiet

Biologie 

Lehrformat

Synchrones Seminar in Präsenz; 

Individuelle Vorbereitung auf Zwischenprüfungen 

Zeitrahmen

In diesem Beispiel wurde BrianApp während zweier Semester genutzt plus Vorbereitung auf die Zwischenprüfung im August. 

Es ist aber auch denkbar, dass die Biologie-Inhalte der BrianApp (MC-Quizzes, KI-Dialoge, KI-Tutor) auch im Rahmen anderer Biologie-Module genutzt werden, um punktuell thematische Grundlagen aufzufrischen. 

Zielgruppe

Studierende im 1. und 2. Semester 

Gruppengrösse

In diesem Beispiel waren es 30 Studierende. Das ist aber nach oben offen. 

Assessment

Zwischenprüfungen nach 2 Semestern im August 

verwendetes Tool

Brian-App (https://app.brian.study/) 

Lernziele

Insgesamt ± 100 Lernziele zu acht Themen verteilt über zwei Semester zu den Grundlagen der Biologie. 


KI-Kompetenzrahmen

Dieser Use Case zahlt in die folgende Dimension des St.Galler KI-Kompetenzrahmens ein:

Verstehen
Verstehen
Ablauf

Die Studierenden können ihr Verständnis bei jedem der insgesamt acht Themen überprüfen anhand von: 

  • MC-Quizzes gegliedert nach Unterthemen 

  • KI-Dialoge: Mithilfe der BrianApp wurden durch die hinterlegte KI geführte Dialoge geskriptet, so dass die Studierenden nicht nur bei MC-Quizzes «raten» konnten, sondern selbst auch offenen Text eingeben mussten. 

  • Ein KI-Tutor, basierend auf meinen Unterlagen von BrianApp generiert, kann bei Fragen zu irgendwelchen Inhalten des Grundlagenmoduls (Teil Biologie) konsultiert werden. 

Vorteile

MC-Quizzes: 

  • Brian generiert brauchbaren Entwurf an MC-Fragen 

  • Fragen und Antworten fachlich in Ordnung 




KI-Dialog 

  • Brian generiert interessante Dialoge 

  • Die Prompts lassen sich gut auf persönliche Schwerpunktsetzung und Lernziele ausrichten (z.B. gewissen Fachbegriffe explizit weglassen etc.) 

  • Geht über reines Begriffs- und Konzeptwissen hinaus 


KI-Tutor: 

  • KI-Tutor bietet Lernenden Möglichkeit für vertiefende Fragen und generiert Antworten, die Bezug auf meine Unterlagen nehmen. 


Auswertungsmöglichkeiten (Big Brian is watching you): 

  • ersichtlich, welche Themen Probleme bereiten, deshalb ist gezieltes Nachsteuern möglich 

Nachteile

MC-Quizzes: 

  • Distraktoren oft zu banal 

  • trifft Fokus trotz vorgegebener Lernziele nicht optimal: Alle Fragen und Antworten müssen hinsichtlich der persönlichen Schwerpunktsetzung kontrolliert werden 


KI-Dialog 

  • Durcharbeiten durch Lernende nimmt viel Zeit in Anspruch 

  • Wird leider nur wenig genutzt 

  • Müssen von mir kürzer gestaltet werden 





KI-Tutor: 

  • Nutzung durch Lernende noch unbekannt: Ob und wie der Brian-KI-Tutor durch Lernende genutzt wird, muss noch erhoben werden. 


Auswertungsmöglichkeiten (Big Brian is watching you): 

  • Was bringen die Informationen den einzelnen Lernenden? Deshalb allenfalls Potenzial bei Lernberatung? 


Beispielprompt

Ein Beispielprompt, der mithilfe des KI-Dialogs von BrianApp formuliert wurde:

Führe die Studierenden durch eine Übung zu den besonderen Eigenschaften von Wasser. Stelle je eine Aufgabe aus den vier Typen: 1) Verständnisfrage zu einem Abschnitt des bereitgestellten Textes, 2) Anwendung in einem alltagsnahen Szenario, 3) Kreativaufgabe zur Welt ohne Wasserstoffbrückenbindungen, 4) Zuordnungsübung zu Begriffen und Erklärungen aus dem Text. Gib nach jeder Antwort direkt Feedback und biete bei Bedarf Hilfestellung an. Die Aufgaben basieren auf den bereitgestellten Sachinformationen.

Content Summary

Vier spezielle Eigenschaften des Wassers, die die Bedingungen für das Leben auf der Erde schaffen:

  • Kohäsion

    • Wassermoleküle sind durch zahlreiche Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden.

    • Kohäsion hält die Wassersäule in den Leitungsbahnen der Pflanze zusammen und ermöglicht den Wassertransport von den Wurzeln bis zu den Blättern.

    • Oberflächenspannung entsteht durch Kohäsion und ermöglicht z.B. Tieren wie der Jagdspinne, auf Wasser zu laufen.

  • Ausgleich von Temperaturunterschieden

    • Wasser hat eine hohe spezifische Wärmekapazität (ca. 4 kJ °C⁻¹ kg⁻¹), was bedeutet, dass es viel Energie benötigt, um seine Temperatur zu ändern.

    • Die hohe Wärmekapazität beruht auf den Wasserstoffbrückenbindungen.

    • Verdampfungswärme: Wasser benötigt viel Energie, um zu verdampfen (2.430 J/g bei 25 °C).

    • Verdunstungskälte: Beim Verdampfen nehmen die schnellsten Moleküle Energie mit, wodurch die verbleibende Flüssigkeit abkühlt. Dies schützt Organismen vor Überhitzung (z.B. Schweißverdunstung beim Menschen, Wasserverdunstung bei Pflanzen).

  • Dichteanomalie des Wassers

    • Eis hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser und schwimmt deshalb oben.

    • Die Kristallstruktur des Eises hält die Moleküle auf Abstand, wodurch Eis ca. 10% weniger dicht ist als Wasser bei 4 °C.

    • Schwimmendes Eis isoliert das darunterliegende Wasser und ermöglicht Leben unter der Oberfläche.

  • Wasser als Lösungsmittel

    • Wasser ist ein hervorragendes Lösungsmittel für viele polare und ionische Stoffe (z.B. Kochsalz, Zucker).

    • Hydrathülle: Wassermoleküle umgeben gelöste Ionen und schirmen sie voneinander ab.

    • Hydrophile Stoffe lösen sich gut in Wasser, hydrophobe Stoffe (z.B. Öl) nicht.

    • Konzentration wässriger Lösungen wird meist in Mol angegeben (1 Mol = 6,022 x 10²³ Teilchen).


Wichtige Begriffe und Beispiele:

  • Kohäsion, Adhäsion, Oberflächenspannung, spezifische Wärmekapazität, Verdampfungswärme, Dichteanomalie, Hydrathülle, hydrophil/hydrophob, Molarität.

  • Beispiele: Wassertransport in Pflanzen, Laufen auf Wasser (Jagdspinne), Schwimmendes Eis als Lebensraum, Auflösung von Kochsalz in Wasser.


Kreativfrage-Anregung:

  • Was würde passieren, wenn Wasser keine Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden könnte? (z.B. Auswirkungen auf Temperaturausgleich, Wassertransport, Eisbildung, Lösungseigenschaften)


Anwendung im Alltag:

  • Verdunstungskälte beim Schwitzen, milderes Klima in Küstengebieten, Schutz von Gewässern durch schwimmendes Eis, Wasser als universelles Lösungsmittel in Haushalt und Natur.


Zuordnungsübung:

  • Begriffe den passenden Erklärungen und Beispielen zuordnen (z.B. Kohäsion = Zusammenhalt der Wassermoleküle durch Wasserstoffbrückenbindungen; Oberflächenspannung = Widerstandsfähiger Film an der Wasseroberfläche; hydrophil = wasserliebend; hydrophob = wasserabstoßend).

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