KI im Physikunterricht – lehren und lernen mit Zukunftstechnologien

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Physik wird von vielen Schülerinnen und Schülern und Studierenden als trocken und für den Alltag wenig relevant wahrgenommen. Um das zu ändern, erforschen Jochen Kuhn und sein Team – unter anderem bestehend aus zwei Nachwuchsgruppen – neue Ansätze, um diese Spannungen mit dem Einsatz von multimedialen Lernumgebungen zu überbrücken. „Man braucht Physik nicht nur mit Formeln verstehen. Physik ist häufig sehr abstrakt, darum versuchen wir, den Lernenden Physik auch durch verschiedene Arten von Visualisierungen besser zugänglich zu machen.“

Ein Ziel der Forschung Professor Kuhns ist es herauszufinden, wie und mit welchen Darstellungen Lernende erfolgreich Physik lernen, Experimente planen oder physikalische Probleme lösen. Dabei ist nicht nur das Ergebnis des Lernens oder Problemlösens relevant, sondern auch der Prozess dahinter. So kann z.B. mit Eyetracking-Verfahren verstanden werden, wie man Schülerinnen und Schüler und Studierende beim erfolgreichen Lernen bestmöglich unterstützen, fördern oder herausfordern kann.

Dazu, sich mit der Didaktik der Physik im wissenschaftlichen Kontext zu befassen, kam Jochen Kuhn über Umwege. Er ist ausgebildeter Lehrer für Physik und Mathematik. Nach seinem Referendariat hat er zehn Jahre in dem Beruf gearbeitet, um dann aus der Schulpraxis heraus wieder an die Universität zurückzukommen. Der erste Schritt führte ihn im Rahmen einer Teilabordnung neben seiner Tätigkeit als Lehrer an die Universität Koblenz-Landau. Insgesamt fünf Jahre begleitete er in einem gemeinsamen Projekt von Schulen und Universitäten die Reform der Lehrerbildung – Rheinland-Pfalz war das erste Bundesland, das diese auf das Bachelor-Master-System umstellte.

Parallel zu seinem Schuldienst wurde Jochen Kuhn in Physik promoviert und habilitierte sich anschließend in der Fachdidaktik Physik. Danach war er als Vertretungsprofessor an der Universität Regensburg, bevor er einen Ruf an die Technische Universität Kaiserslautern erhielt. Dort übernahm er den Lehrstuhl für Didaktik der Physik. Die ersten Experimente zum Einsatz digitaler Medien im Unterricht begann Jochen Kuhn im Jahr 2009. Damals waren gerade die ersten iPhones auf dem Markt. Später nutzte er das iPad, als es noch nicht im Alltag angekommen war.

„Heute werden die Geräte tagtäglich genutzt, aber man wird nicht dafür ausgebildet“, so Jochen Kuhn. „Um diese Lücke zu schließen, ist es wichtig, frühzeitig in die Forschung der relevanten Medien einzusteigen.“ Und so forscht Professor Kuhn bereits heute zu digitalen Medien, die in Zukunft relevant sein werden – im Alltag sowie in der Bildung. „Nicht erst seit ChatGPT läuft Bildung Gefahr, aufgrund der hohen Dynamik der Digitalisierung in einigen Bereichen hinter den gesellschaftlichen Bedürfnissen und Anforderungen zurückzubleiben. Das bedeutet, dass Bildung die Chance bekommen muss, mit den gesellschaftlichen Entwicklungen Schritt zu halten“, erklärt Jochen Kuhn.

Die Forscher gehen davon aus, dass neben Head-Mounted Displays für AR und VR unter anderem auch Eyetracking-basierte Systeme Teil solcher Bildungstechnologien der nächsten Generation sein oder in diese implementiert werden. Auch die Ausbildung der Lehrkräfte im Umgang mit neuen Medien und KI-gestützter Technologie ist ein wichtiger Teil der Arbeit am Lehrstuhl. „Nur wer sich sicher fühlt in etwas, wird es auch anwenden.“ Es gebe auch exzellente Initiativen an der LMU, die darin sehr stark ist.