Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften

Die praktische Vorbildung von Studierenden, die ein (experimentelles) naturwissenschaftliches Studium an der UHH aufnehmen, ist zunehmend heterogen. Neben wenigen praktisch sehr gut ausgebildeten Schulabsolventen kommen am Fachbereich Chemie zunehmend Studienanfänger zu uns, die kaum jemals ein Reagenzglas in der Hand hatten oder gar eigenständig ein chemisches Experiment durchgeführt haben. Die Ursachen hierfür liegen einerseits in finanziellen und rechtlichen Einschränkungen beim Umgang mit Chemikalien an Schulen und andererseits an einer stetig steigenden Zahl an Studienanfängern, die aus einem bildungsfernen Umfeld stammen – die also z. B. nicht schon im Alter von 6 Jahren den ersten Chemiebaukasten geschenkt bekommen haben.
Damit dieser Bildungsnachteil nicht zu einem Fehlstart ins Chemiestudium oder gar zum Studienabbruch führt, wollen wir Studienanfängern im Rahmen dieses Projektes durch kleine Videos einen einfachen und spielerischen Zugang zu einfachen Laborgeräten und grundlegenden Arbeitstechniken bieten, der ihnen (entsprechend ihrer individuellen Vorbildung) angstfrei den Einstieg in das Chemiestudium ermöglicht.

> Video: Waschen und Extrahieren
> Video: Umkristallisation
> Video: Rotationsverdampfer
> Video: Erhitzen zum Rückfluss
> Praxisbericht: Brücken in die organisch-chemischen Praktika (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Chemie

Antragsteller
Prof. Dr. Christian B. W. Stark
Wissenschaftliche Mitarbeitende
Charlotte O'Donnell
Förderzeitraum
01.10.2019–30.09.2020

Für Studierende im Fach Mathematik ist die Teilnahme an verschiedenen Übungsgruppen vorgesehen, die von studentischen Tutorinnen und Tutoren betreut werden. Während in der Vorlesung Mathematik als wissenschaftlicher Gegenstand im Fokus steht, rücken bei der Bearbeitung von Übungsaufgaben aus kognitionspsychologischer Sicht mathematische Denkprozesse in den Vordergrund, aus wissenschaftstheoretischer Sicht sind dies Fachmethoden. Ein wichtiger Teil dieser Methoden sind heuristische Strategien. Diese Strategien sind sowohl beim Lösen mathematischer Probleme wirksam, als auch beim Erklären mathematischer Sachverhalte. Sie werden jedoch in der Vorlesung nur teilweise explizit thematisiert und beim mathematischen Problemlösen meist nur implizit verwendet. Im Lern- und Lehrprozess hat sich der explizite Einsatz dieser Strategien bewährt. Daher ist eine fachspezifische Tutorenschulung mit diesen Strategien als Fokus ein wichtiger Baustein zur Weiterentwicklung der mathematischen Fachausbildung.

> Praxisbericht: Tutorenschulung in der Mathematik. Entwicklung und Evaluation einer fachspezifischen Tutorenschulung im Fach Mathematik (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Fakultät für Erziehungswissenschaftschaften
Fachbereich Mathematik und Arbeitsgrupe Fachdidaktik der Mathematik

Antragstellende
Prof. Dr. Andrea Blunck
Förderzeitraum
01.05.2018–30.04.2019

E-Assessments zur Lernstandsermittlung / Selbsteinschätzung Studierender der (Wahl)Pflichtmodule der Informatik (Formale Grundlagen der Informatik 1 + 2 (FGI-1 / FGI-2)) werden bereits erfolgreich eingesetzt. Dabei ist der zeitliche Aufwand für die Studierenden hoch und nicht leistungsgerecht für die heterogene Studierendenschaft anpassbar.
Im Rahmen des Lehrlabors möchte FormAdTe an der Universität Hamburg bestehende formative Testverfahren in Richtung computerbasiertes adaptives Testen weiterentwickeln.
Dazu wird ein Aufgabenpool (weiter)entwickelt, der für die Konzeption von E-Assesments genutzt werden kann. Weiterhin soll die adaptive Gestaltung dieser E-Assessments erarbeitet werden. Aufbauend auf den umfangreichen bisher angelegten Tests werden anhand der beiden konkreten Veranstaltungen FGI-1 und FGI-2 adaptive Testverfahren erprobt und experimentell evaluiert und kontinuierlich verbessert. Als erfolgreich erprobte Plattform soll voraussichtlich OpenOLAT eingesetzt werden.

> Praxisbericht: FormAdTe – Formative Adaptive Tests (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Informatik

Antragsteller
Dr. Daniel Moldt
Wissenschaftlicher Mitarbeitender
Michael Haustermann
Förderzeitraum
01.04.2018–31.03.2019

ISP 4.0 ist eine konzeptionelle Neugestaltung des in den Studiengängen B.Sc. Chemie und B.Sc. Nanoscience angesiedelten Integrierten Synthesepraktikums. Die Implementierung von problemorientiertem Lernen soll den Studierenden die Kompetenz zur selbstständigen Planung, Durchführung und Auswertung innerhalb der präparativen Synthesechemie vermitteln. Die Einführung digitaler Medien im Praktikum (Lernvideos, Online-Fragenkatalog) soll dieses Ziel durch die Förderung der eigenverantwortlichen Vor- und Nachbereitung sowie der selbstständigen Lernfortschrittskontrolle unterstützen. Diese Neuerungen bereiten die Studierenden passgenau auf spätere Forschungsarbeiten in Syntheselaboratorien, z. B. Bachelorarbeit oder Forschungspraktika vor. Darüber hinaus hilft die selbstständige Auseinandersetzung mit praktischen und theoretischen Aspekten die Praktikumsinhalte mit den Kenntnissen aus vorangegangenen Modulen zu vernetzen.

> Praxisbericht: ISP 4.0: Integriertes Synthesepraktikum 4.0 (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Chemie

Antragsteller
Prof. Dr. Axel Jacobi von Wangelin
Wissenschaftliche Mitarbeitende
N.N.
Förderzeitraum
01.10.2019–30.09.2020

Lehrveranstaltung: 63-650 Body and Surface Wave Seismology
Master students need a good way to organize and structure their work and document their processing steps to secure their results. Furthermore, they must be able to assess the results of their peers. To build necessary skills and competences to meet these tasks we will familiarize them with the concept of Jupyter notebooks, which is a dynamically developing field in the scientific open source community. The notebooks allow a platform-independent way to organize data analysis, plotting and annotation and thus creates an almost publication-ready and easily reproducible output. This can be used to present scientific results to others, ensures reproducibility and thus allows an assessment of the validity of the results. Students in this course will perform data analysis and presentation using Jupyter notebooks and data examples from the lecture, exchange their final versions with other students in the course, and give qualified peer feedback based on a criteria catalogue. Both the own data analysis and interpretation as given in the notebooks and the peer feedback will be graded.

> Lehrvideos aus dem Projekt JUNOSOL

> Kurs Beispiel

> Praxisbericht: JUNOSOL - JUPYTER-NOTEBOOKS FOR SELF-ORGANIZED LEARNING (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Geowissenschaften

Antragstellerin
Prof. Dr. Céline Hadziioannou
Wissenschaftlicher Mitarbeitender
Johann Jacobsohn
Förderzeitraum
01.06.2019–31.05.2020

Die Entwicklung von Softwarearchitekturen erfordert neben Kenntnissen von Vorgehensweisen und technischen Lösungen auch Fähigkeiten der kompetenzorientierten, kollaborativen Problemlösung und Entscheidungsfindung. Die Lehrveranstaltung Software Architectures in den Masterstudiengängen mit Informatik-Bezug wird deshalb um eine Veranstaltung ergänzt, bei der Architekturentwicklung im Team vermittelt wird. Die Veranstaltung beinhaltet Übungen zur kompetenzorientierten, kollaborativen Entwicklung von graphischen Modellen, die in kleinen Teams an Touchtischen stattfindet. Inhaltlich und didaktisch knüpft diese Veranstaltung an die Übungen Softwareentwicklung 1 und 2 aus den Bachelorstudiengängen der Informatik an, in denen kollaborative Entwicklung von Programmen in der Programmiersprache Java auf dem Weg des sogenannten Pair Programming vermittelt wurde. Die neu zu entwickelnde Veranstaltung ergänzt dies und könnte deshalb als Pair Modelling bezeichnet werden.

> Newsroom-Beitrag zum Lehrprojekt

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Informatik

Antragstellende
Prof. Dr. Matthias Riebisch
Wissenschaftliche Mitarbeitende
Felix Kiehn (April–September), Mohamed Soliman (Oktober–März)
Förderzeitraum
01.04.2017–31.03.2018

Die Veranstaltung "Kräfte in der Physik" ist eine freiwillige ergänzende Vertiefungsveranstaltung zu den Grundmodulen Physik I und Physik II, die von Studierenden der Physik und anderer Studiengänge im ersten Studienjahr verpflichtend absolviert werden. Durch die Veranstaltung soll eine Gruppe von bis zu 25 Studierenden ihr Wissen vertiefen, ihre mathematischen Fähigkeiten festigen und Selbstsicherheit gewinnen. Das Lehrkonzept "Vorlesung mit integrierten Übungen und Seminar" zeichnet sich durch ein hohes Maß an Kommunikation und individueller Betreuung durch eine erfahrene Lehrperson aus. Im Mittelpunkt der interdisziplinären Veranstaltung steht der physikalische Kraftbegriff als ein zentrales Grundkonzept der klassischen Physik, das in übergeordnete historische und philosophische Kontexte eingebettet und in verschiedenen Teilgebieten der Physik, Meteorologie und Geowissenschaften angewendet wird. Die Studierenden gelangen so zu einem vertieften Verständnis des Kraftbegriffs.

> Praxisbericht: Kräfte in der Physik (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Physik

Antragstellerin
Dr. Katrin Buth
Wissenschaftliche Mitarbeitende
N.N.
Förderzeitraum
01.05.2019–30.04.2020

Die Statistiksoftware R ist sowohl eine in vielen universitären Bereichen als auch im späteren Berufsleben außerhalb der Universität häufig genutzte Standardsoftware. R ist kostenfrei verfügbar und quelloffen. Der modulare Aufbau stellt mehr als 9700 Programmbibliotheken, passend zu verschiedensten sozial- und naturwissenschaftlichen Disziplinen und Fragestellungen zur Verfügung. Beim Erlernen des Umgangs mit R ist eine steile Lernkurve zu überwinden. Der Hauptgrund dafür liegt in der skriptbasierten Steuerung, d.h. es steht eine nur eingeschränkt mit der Maus zu bedienende grafische Benutzeroberfläche zur Verfügung. Stattdessen werden zur Durchführung von Berechnungen Skripte, also kleine „Programme“, geschrieben. Dieser vermeintliche Nachteil wird durch das Lehrprojekt „RLab - Modulare Umweltstatistik“ auch für Teilnehmende ohne Vorkenntnisse überwindbar.
Das Innovationspotential des „RLab“ zeichnet sich vor allem durch die Möglichkeit des begleiteten Selbstlernens einer oft als sehr komplex und daher abschreckend angesehenen Software aus. Innerhalb herkömmlicher R-Lehrveranstaltungen ist eine selbstständige Reproduktion oder gar Transferleistung erfahrungsgemäß kaum möglich. Diesen Nachteilen bisheriger R-Kurse wird in dieser Lehrveranstaltung begegnet: Die Teilnehmenden werden sich nach Absolvieren des Kurses in der Lage fühlen, eigenständig Aufgaben mit R zu lösen. Es werden auch Kompetenzen erworben, um die zahlreichen Hilfen zu R effektiv zu nutzen. Dadurch versetzt das Lehrprojekt in die Lage, sich die weiteren umfangreichen Funktionen von R, bei Bedarf mit Unterstützung durch das „RLab“, selbst zu erschließen. Der Umgang mit der skriptbasierten Programmsteuerung wird gelernt und geübt, so dass am Ende so viel Selbstvertrauen vorhanden ist, dass die Teilnehmenden auch in anderen Lehrveranstaltungen und eigenen Projekten bereit sind, selbstständig mit R zu arbeiten.

> Blog RLab – Skriptbasierte modulare Umweltstatistik
> Praxisbericht: „RLab. Skriptbasierte Analysen mit R für Studierende mit und ohne Vorkenntnisse“ (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Geowissenschaften 

Antragsteller
Prof. Dr. Jürgen Böhner
Wissenschaftlicher Mitarbeitender
Dr. Niels Schwab
Förderzeitraum
01.04.2017–31.03.2018

Das Lehrprojekt RLab 2.0 zielt darauf ab, das bisher erfolgreich umgesetzte Projekt RLab zu verstetigen, indem die Inhalte der Geographie-Statistikeinführung interdisziplinär auf die Geographie-, Meteorologie- und Biologie-Studiengänge der Universität Hamburg ausgeweitet werden. Die skriptbasierte Statistiksoftware R ist frei verfügbar und in nahezu allen Forschungsbereichen wissenschaftlicher Standard. R-Kenntnisse erhöhen die Chancen auf dem Arbeitsmarkt, für die Aneignung ist aber eine steile Lernkurve zu überwinden. RLab bietet Module zum interaktiven und selbstgesteuerten Erlernen von R, direkt in R. Die RLab-Module können mit verschiedenen didaktischen Konzepten wie Blended Learning oder Flipped Classroom flexibel in Präsenzveranstaltungen oder außerhalb eingesetzt werden. Beim Transfer zu weiteren Studiengängen sollen fachspezifische, anschauliche Beispielaufgaben mit typischen Datenformaten und Fragestellungen erstellt, evaluiert und frei verfügbar online publiziert werden.

> Blog RLab – Skriptbasierte modulare Umweltstatistik
>Praxisbericht: „RLab 2.0. Transfer innovativer Statistik-Lehre mit R in Meteorologie und Biologie“ (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Geowissenschaften und Biologie 

Antragstellende
Prof. Dr. Jürgen Böhner
Wissenschaftlicher Mitarbeitender
Dr. Niels Schwab
Förderzeitraum
01.04.2018–31.03.2019

Der Klimawandel wirkt sich auf Natur und Gesellschaft aus. Die Sichtweisen aus den Natur- und Sozialwissenschaften sind somit nötig, um die komplexen Zusammenhänge besser zur verstehen. Obwohl beim Thema „Klima“ oftmals die Notwendigkeit eben jener Interdisziplinarität gefordert wird, wird diese Studierenden bisher jedoch nur begrenzt vorgelebt.
Im Lehrprojekt „Skalen im Klimasystem“ des Studiengangs "Integrated Climate System Sciences" wollen wir in einer gemeinsamen Lehrveranstaltung interdisziplinäres Lernen und Lehren erfahrbar machen. Anhand einer gemeinsamen Definition und Verwendung des Begriffes der „Skala“ möchten wir mit der Lehrveranstaltung:
(1) Studierenden in Hamburg das Thema „Klima“ als Ganzes begreifbar machen und damit die fachlichen Möglichkeiten des Standortes Hamburgs ausschöpfen.
(2) Lehrenden zum Thema Klima in Hamburg, aber auch in der internationalen ‚Community’ ein Beispiel aufzeigen, welches sie entweder direkt verwenden oder dessen Erfahrung sie transferieren können.
(3) Den Begriff der „Skala“ als fachübergreifende Darstellungsmethode für Phänomene der natur- wie sozialwissenschaftlichen Klimaforschung fruchtbar machen.

> eSkript: Teaching 'Scales in the Climate System'
> Diagram Generator
> Praxisbericht: „Skalen im Klimasystem“ (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Fakultät für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften 
Biologie, Geowissenschaften, Mathematik, Sozialwissenschaften

Antragstellende
Prof. Dr. Johanna Baehr (MIN, Geowissenschaften), Prof. Dr. Jörn Behrens (MIN, Mathematik)
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Maike Scheffold  
Förderzeitraum
01.04.2017–31.03.2018

"Uncertain 2 Degrees“ ist die kreative Weiterentwicklung und Fortführung des in „Scales in the Climate System“ etablierten Konzeptes des gemeinsamen interdisziplinären Forschens, Lehrens und Lernens. Das Thema „Unsicherheit“ soll als Element des Klimawandels disziplinübergreifend und im gesellschaftlichen Kontext verstanden werden. Der Kurs versetzt die Studierenden in die Lage, den unterschiedlichen Umgang mit Unsicherheit in verschiedenen Kontexten zu beschreiben, die Ursachen für die diversen Handhabungen theoretisch und empirisch zu verstehen, und kritisch zu reflektieren sowie kreativ Handlungsalternativen zu entwickeln. Mathematik erlaubt dabei eine gemeinsame Begrifflichkeit. Lehrmethoden wie gelebte Diskussionen und Rollenspiele ermöglichen eine Synthese der gelernten Inhalte. Als innovatives Beispiel für die Herausforderungen und Chancen des "Forschenden Lernens", bietet das Kurskonzept gleichzeitig Impulse für Studierende, Lehrende und für weitere Lehrveranstaltungen.

> Blog zum Lehrprojekt Uncertain 2 Degrees
> Praxisbericht: „Uncertain 2 Degrees. Coping with Uncertainty in Climate Sciences and Society“ (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Fakultät für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften
Fachbereich Mathematik, Biologie, Geowissenschaften, Sozialwissenschaften

Antragstellende
Prof. Dr. Jörn Behrens
Wissenschaftliche Mitarbeitende
Maike Scheffold
Förderzeitraum
01.04.2018–31.03.2019

Eine Vorbereitung auf das praktische Arbeiten in Biochemie-Praktika ist für die Studierenden immer sehr abstrakt. Eine Bibliothek aus ca. sieben Lehrvideos, welche die wichtigsten Experimentiertechniken beider Biochemie-Praktika vom Pipettieren bis zum Umgang mit Zellkulturen anschaulich vorführt und erklärt, soll die Studierenden weit besser als bisher auf die Praktika vorbereiten, mehr Verständnis bei der Durchführung schaffen und bessere Versuchsergebnisse ermöglichen.
Alle Videos sollen für das Praktikum „Biochemie/Molekularbiologie“ in einen schon vorhandenen OLAT-Kurs integriert werden, für das Praktikum „Advanced Experimental Design” soll ein derartiger Kurs angelegt werden. Das Projekt ist inhärent nachhaltig, da die Videobibliothek für beide Praktika dauerhaft zur Verfügung stehen wird. Darüber hinaus können die Videos auch für Schülerversuche verwendet werden.

> Video zur Gelfiltration
> Praxisbericht: „Videobibliotheken für das Physikalische Praktikum und für Biochemie-Praktika“ (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Chemie

Antragstelle
Dr. Patrick Ziegelmüller, Prof. Dr. Andreas Hemmerich (Fachbereich Physik)
Wissenschaftlicher Mitarbeitender
Arnold Stark 
Förderzeitraum
01.07.2017–31.12.2017

Die Lehrenden im Physikalischen Praktikum I für Studierende der Naturwissenschaften wechseln immer häufiger. Oftmals bringen die Studierenden nur geringe Vorkenntnisse mit. Eine Video-Bibliothek soll nun die Vorbesprechungen zu den Praktikumsversuchen ergänzen und entlasten, sodass Durchführung und Auswertung der Experimente mit mehr Verständnis und Befriedigung erfolgen können. Integriert in eine bestehende Online-Vorbereitung wird die Video-Bibliothek Lehrende und Studierende effizient und anschaulich auf Lerninhalte, Vorbesprechung und Durchführung der Versuche vorbereiten – auf klassische Versuche ebenso wie auf die besonderen Herausforderungen Offener Experimente.
Es soll drei Video-Typen geben:
1) Videos, die einer übersichtlichen Vorbesprechung der physikalischen Grundlagen entsprechen und auf experimentelle Besonderheiten eingehen.
2) Videos zum Offenen Experimentieren, die typische Schwierigkeiten und geeignete Lösungen aufzeigen.
3) Videos für die Lehrenden zur Vertiefung, mit Antworten auf typische Fragen der Studierenden, didaktischen Anregungen, und der Diskussion typischer Fehler und Ergebnisse.

> Video zur Prismenspektoskopie
> Praxisbericht: Videobibliotheken für das Physikalische Praktikum und für Biochemie-Praktika (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Physik

Antragsteller
Prof. Dr. Andreas Hemmerich
Wissenschaftlicher Mitarbeitender
Arnold Stark
Förderzeitraum
01.04.2017–31.03.2018

Im 2018/19 durchgeführten FormAdTe-Projekt wurden mit Erfolg Online-Selbsttests entwickelt und eingesetzt. Diese werden nach wie vor in der Veranstaltung eingesetzt, jedoch gab es bisher nur wenig Feedback auf falsche Antworten oder Hilfestellungen während der Beantwortung der Tests. Dies soll im Projekt VideoFOS verbessert werden, indem Hinweise in Form von Videoausschnitten in OpenOLAT integriert werden, sodass Studierende für schwierige Sachverhalte direkt darauf bezogene Erklärungen anschauen können. Videos bieten für viele Inhalte einen Mehrwert gegenüber textuellen Hinweisen, wie z. B. für die Beobachtung von Änderungen bei dynamischen Modellen oder die schrittweise Entwicklung von Inhalten. Für die benötigten Videos soll vor allem auf bereits bestehende Aufzeichnungen der Vorlesung zurückgegriffen werden, die fragenspezifisch zugeschnitten werden. Für ausgewählte Inhalte werden zusätzlich neue Videos produziert. Durch den inhaltlichen Zuschnitt und die Integration in die Tests bieten die Videos einen Mehrwert gegenüber unabhängig bereitgestellten Videos, da die Studierenden themen- und problembezogen unterstützt werden.

> Praxisbericht: Videofeedback in Online-Selbsttests (VideoFOS) (PDF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Informatik

Antragsteller
Dr. Daniel Moldt
Wissenschaftlicher Mitarbeitender
Michael Haustermann
Förderzeitraum
01.03.2020–31.10.2020