Schüler:innenlabore auch als innovative Orte der Lehrkräftefort- und -weiterbildung zu nutzen, um digitalisierungsbezogene Kompetenzen bei Lehrkräften aufzubauen, birgt bislang ungenutztes Potenzial. Ziel des Verbunds ist es daher, Schüler:innenlabore als Lernorte für die digitale Lehrkräftefort- und -weiterbildung zu erschließen und dort forschungsbasiert Implementierungsvoraussetzungen im MINT-Bereich zu identifizieren. Um dieses Ziel zu erreichen, arbeitet LFB-Labs auf drei sich gegenseitig ergänzenden Ebenen:

• Ebene 1: Gelingensbedingungen auf Schüler:innenlaborebene:
  Hier liegt der Fokus darauf, die Motivation von Lehrkräften für Fortbildungen im MINT-Bereich zu steigern, indem sie durch praxisnahe Workshops und Expertenwissen unterstützt werden. Fachdidaktiker:innen, Expert:innen, Studierende und Lehrkräfte arbeiten zusammen, um digitale Good-Practice-Beispiele zu entwickeln, zu testen und zu evaluieren.
• Ebene 2: Fächerübergreifende Gelingens- und Implementierungsbedingungen:
  Auf dieser Ebene werden bewährte Praktiken zwischen den Fortbildungen ausgetauscht und kontinuierlich verbessert. Es wird untersucht, wie sich die Fortbildungsmaßnahmen auf die Motivation von Lehrkräften und Schüler:innen auswirken und wie die Qualität der Arbeitsumgebungen optimiert werden kann, sei es digital oder analog.
• Ebene 3: Implementierungsbedingungen auf Systemebene:
  Neben der Entwicklung eines Konzepts zur Schaffung einer lernförderlichen IT-Infrastruktur in den Schüler:innenlaboren werden auch Musterqualitätshandbücher erstellt, um die Praxistauglichkeit sicherzustellen. Ein besonderer Fokus liegt darauf, die Qualität der Lehrkräftefortbildungen durch eine wissenschaftliche Fundierung und den Austausch von Erfahrungen und kulturellen Ansätzen zu verbessern.

Dieser ganzheitliche Ansatz zielt darauf ab, die digitale Bildungskultur zu stärken und Lehrkräften die notwendigen Kompetenzen für eine zeitgemäße Unterrichtsgestaltung zu vermitteln.

LFB-Labs-digital konzipiert vielfältige digitale Fortbildungsmodule für die beteiligten Lernlabore, führt diese durch und evaluiert sie anschließend, darunter

• Chemie: Lernen mit Simulationen – Projektbasierte Implementation
• Mathematik: Experimentelles Arbeiten im Mathematikunterricht der Klassen 5 und 6 – analog und digital
• Physik: Lernen mit (interaktiven) Experimentiervideos im Physikunterricht
• SimuMINT: Einbettung von Simulationen und Realexperimenten im Biologieunterricht
• Biologie: Digitale Begabtenförderung im Biologieunterricht – Implementation virtueller Lernumgebungen
• Biotechnologie: Arbeiten mit phylogenetischer Software – Vernetzung von Genetik und Evolution
• Sachunterricht Klima-Digital: Digitales Lernen in modellbasierten Untersuchungen
• Sachunterricht Technik-Digital: Digital gestützte Einbindung außerschulischer Lernorte in den naturwissenschaftlich-technischen Sachunterricht

Um digital gestützten adaptiven Unterricht zu realisieren, müssen Lehrkräfte qualifiziert und gut ausgebildet sein. Trotz zahlreicher Leuchtturmprojekte zur digitalen Bildung weisen bisherige Initiativen in der Lehrkräftebildung oft eine geringe Flächendeckung, eine unzureichende phasenübergreifende Kooperation und eine geringe Fachspezifität aus. Diesem Zustand wirkt MINT-ProNeD entgegen und schafft innovative Professionalisierungsangebote in der Lehrkräftebildung.

Das Ziel des Verbundvorhabens ist die Etablierung eines integrativen Gesamtkonzepts für die MINT-Lehrkräftebildung in Form von drei interdisziplinären und phasenübergreifenden Netzwerken. Diese umfassen Fort- und Weiterbildungen, Unterrichtsentwicklung und -beratung sowie den Future Innovation Hub. Lehrkräfte können in diesen Netzwerken ihre Kompetenzen in Hinblick auf einen adaptiven digital gestützten MINT-Unterricht weiterentwickeln und somit eine vertiefte Förderung von prozessbezogenen Kompetenzen in den MINT-Fächern bei ihren Schülerinnen und Schülern realisieren.

Mit dem Verbund MINT-ProNeD werden vielseitige Perspektiven für die schulische Praxis eröffnet. In diesem Kontext sind vor allem die folgenden Aspekte hervorzuheben: 

• Im Netzwerk Fort- und Weiterbildungen werden forschungsbasierte Fortbildungen für die MINT-Fächer aller Schularten (weiter-)entwickelt und durchgeführt.
• Im Netzwerk Unterrichtsentwicklung und -beratung liegt ein wichtiger Schwerpunkt auf der ko-konstruktiven Unterrichtsentwicklung in den MINT-Fächern, bei der Lehrkräfte, Fachberater:innen und Fachdidaktiker:innen in Professionellen Lerngemeinschaften zusammenarbeiten und innovative MINT-Unterrichtskonzepte entwickeln und erproben.
• Das Netzwerk Future Innovation Hub adressiert zukunftsweisende Technologien wie KI oder immersive Realitäten für den MINT-Unterricht, die gemeinsam mit Lehrkräften auf einen potenziellen Einsatz im (zukünftigen) MINT-Unterricht hin erprobt werden. Die erstellten Konzepte aus den beiden letztgenannten Netzwerken fließen systematisch im Sinne von Good- and Future-Practice-Beispielen iterativ in das Netzwerk Fort- und Weiterbildungen ein. 

Die drei verschiedenen Netzwerke fokussieren den reflektierten Einsatz von zukunftsweisenden Technologien im adaptiven MINT-Unterricht. Innerhalb der Netzwerke werden sowohl gesellschaftstheoretische als auch ethische Fragen bei der Gestaltung digitaler Lernumgebungen konsequent durch die systematische Einbindung der Bildungs- und Medienwissenschaften reflektiert. 

Der querliegende Arbeitsbereich Translation & Dissemination verbindet die Arbeit der drei Netzwerke. Zusammen mit den staatlichen Fort- und Weiterbildungssystemen wird eine nachhaltige Disseminationsstruktur entwickelt, mit der eine Flächendeckung in den Bundesländern Baden-Württemberg, Bayern und Rheinland-Pfalz angestrebt wird.

LPI ist als Transferprojekt angelegt und adressiert einen nachhaltigen Impuls für die Digitalisierung des beruflich-technischen Lehrens und Lernens – in fachlicher, methodischer und medialer Hinsicht. Hierfür wurden exemplarisch sechs Themenschwerpunkte und deren Einsatzmöglichkeiten im beruflichen Lehren und Lernen ausgewählt. Dies sind:

• Hybride Lernlandschaften als Leitidee und Rahmen eines digital-angereicherten Lernfeldunterrichts, in denen analoge und digitale Lernphasen unter Nutzung von LMS zielführend und gewinnbringend kombiniert werden. 
• Künstliche Intelligenz als Tool und Inhalt beruflicher Lehr-Lernszenarien.
• Responsive Learning oder auch Learning Analytics als konsequente Möglichkeit adaptiver Lern- und individueller Feedbackprozesse.
• VR, AR und 360°-Videos als berufliche Lern- und betriebsnahe Arbeitsumgebungen, die neben räumlichen und zeitlichen Flexibilisierungen des Lernens auch bisher nicht mögliche Visualisierungen technischer Verständniszusammenhänge erlauben.
• Lernfabriken als kontextualisierte Lernumgebungen, in denen digitalisierte Arbeits- und Produktionsabläufe für berufliches Lehren und Lernen zugänglich gemacht werden.
• Integrative Unterrichts- und Schulentwicklung als Rahmen und Voraussetzung für die Implementierung des digitalen Wandels in beruflichen Schulen.

In LPI sind die beruflichen Schulen und Lehrkräfte sowie die Strukturen von Anfang involviert. Über den Dreischritt bestehend aus Analyse – Vernetzung – Implementierung werden nicht nur die Bedarfe, sondern auch die Expertisen und die bestehenden (Unterrichts-)Konzepte direkt berücksichtigt. Die Professionalisierungsumgebungen von LPI führen zu konkreten und schulisch einsetzbaren Ergebnissen. Dies sind in erster Linie Unterrichtsansätze des digital-gestützten Lehrens und Lernens in den sechs Themengebieten.

Für den Austausch, die Kommunikation und die Verbreitung dieser Umgebungen, Unterrichtsansätze und Good-Practice Beispielen implementiert der Projektverbund eine Internetplattform. Hier soll auch ein themenspezifisches Qualitätsinstrument zur Verfügung gestellt werden.

Damit Lehrkräfte das Potenzial digitaler Technologien abschätzen, nutzen und die aus der Nutzung entstehende Herausforderungen bewältigen können, müssen sie entsprechend qualifiziert werden. Dies erfordert Fortbildungen, die Lehrkräften entsprechend professionalisieren.

Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung und nachhaltige Verankerung von Fortbildungen zur Professionalisierung von MINT-Lehrkräften im Bereich digitaler Technologien. Dazu kombiniert das Vorhaben innovative Inhalte wie z. B. Data Literacy in den naturwissenschaftlichen Fächern mit innovativen Formaten wie interaktiven Videos oder digitalen Experimentierwerkzeugen. Die entwickelten Fortbildungen sollen in deinem Design-Based Research-Zugang beforscht, weiterentwickelt und in die Praxis integriert werden.

Im Projektverbund D4MINT werden Fortbildungen zum Einsatz digitaler Technologien in den Fächern Mathematik, Informatik, Biologie, Chemie, Physik, Sachunterricht und Technik entwickelt und erprobt. Um eine nachhaltige Integration in die Praxis zu erreichen, werden zudem neue Formen der Zusammenarbeit zwischen Hochschulen, Fortbildungseinrichtungen und Schulen eingesetzt und erforscht. Neben dem Prinzip des didaktischen Doppeldeckers sind folgende Aspekte kennzeichnend für D4MINT: 

• Qualifikation von Lehrkräften für den verpflichtenden Informatikunterricht in den Jahrgangsstufen 5 und 6 und die informatische Bildung von Grundschüler:innen im Sachunterricht
• Behandlung des DPaCK-Modells für digital gestützten Unterricht und dessen exemplarische Anwendung in Mathematik und Biologie, sowie Medienbildung und Bildung für nachhaltige Entwicklung.
• Einsatz individualisierter, digital gestützter Lernumgebungen (z. B. unter Verwendung digitaler Autorensysteme) in handlungsorientierten Lehr-Lernprozessen an berufsbildenden Schulen 
• Nutzung interaktiver Videoexperimente im Chemieunterricht sowie die Übertragung auf die Fächer Biologie und Physik
• Erarbeitung von Konzepten und Materialien zum Einsatz der digitalen Experimentier-App phyphox, die Smartphone-Sensoren für die Durchführung von Experimenten im Physikunterricht nutzbar macht.
• Exploration und Reflexion kollaborativer Lernspiele auf Multi-Touch-Geräten sowie Szenarien, wie Lehrkräfte digital gestützte Unterrichtskonzepte vor der Anschaffung teurer Hardware erproben können
• Vermittlung von Kompetenzen im Bereich des Einsatzes und der Entwicklung von Open Educational Resources (OER)
• Entwicklung spezifischer Evaluationsinstrumente zur Untersuchung der Wirksamkeit der konzipierten Fortbildungsangebote

Durch die Förderung digitaler Kompetenzen von Lehrkräften strebt der Verbund eine nachhaltige Verbesserung der Unterrichtsqualität an. Dabei liegt der Fokus auf den Fächern Biologie, Chemie, Informatik, Mathematik, Physik & Technik und Sachunterricht. Die Zielsetzungen von ComᵉMINT sind die Entwicklung und Implementation adaptiver Fortbildungsmodule, mit denen die digitalisierungsbezogenen Kompetenzen von (angehenden) Lehrpersonen gefördert werden.

Die Fortbildungen bestehen beispielsweise aus Sequenzen von Selbstlerneinheiten mit Übungs- und Reflexionsanteilen oder auch aus Online-Selbstlernmodulen und einer Präsenzfortbildung. Diese werden von den Kooperationsnetzwerken (ComᵉNets) durchgeführt und anschließend überarbeitet und evaluiert. Somit können Lehrkräfte im Rahmen dieser evidenzbasierten Angebote ihre digitalen Kompetenzen weitreichend verbessern.

Das Vorhaben baut auf dem phasenübergreifenden ComᵉIn-Verbund aller zwölf lehrkräftebildenden Universitäten in Nordrhein-Westfalen auf. Dabei werden dessen Kooperations- und Verwertungsstrukturen genutzt und der Fokus auf eine fachdidaktisch fundierte Entwicklungsforschung in den genannten Fächern gelegt. Somit wird ein breiter Transfer im Dialog von Wissenschaft, Praxis, Bildungsverwaltung und Unterstützungssystemen ermöglicht. Dafür stellen die beteiligten MINT-Fächer jeweils mindestens ein umfassendes, für unterschiedliche Lernszenarien und Bedarfe adaptives und heterogenitätssensibles Fortbildungsmodul bereit, mit dem die digitalisierungsbezogenen und auch basalen informatischen Kompetenzen (angehender) Lehrkräfte gefördert werden. Querschnittsthemen wie Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) und Inklusion dienen als fachübergreifende Bezugspunkte, etwa hinsichtlich der Reflexion des Potenzials, aber auch der Barrieren von Digitalisierung für vulnerable Gruppen. 

Die Entwicklungsforschung basiert zum einen auf bereits entwickelten, standardisierten diagnostischen Instrumenten, die für weitere Fächer adaptiert werden. Zum anderen beinhaltet sie systematische Peer-Reviews mit Expert:innen aller Funktionsbereiche des Lehrkräftefortbildungssystems. Auf diese Weise werden die adressat:innen- und inhaltsspezifischen Gelingensbedingungen gleichermaßen erforscht.

Im Verbund wird eine intensive Kooperation mit dem Ministerium für Kultur und Wissenschaft (MKW), dem Ministerium für Schule und Bildung (MSB) und der Qualitäts- und UnterstützungsAgentur – Landesinstitut für Schule (QUA-LiS) sowie den fünf Bezirksregierungen des Landes NRW verfolgt. Die ausdifferenzierte Governance sorgt innerhalb des Verbunds für einen dichten, länderübergreifenden Transfer und für die Anschlussfähigkeit an bundesweite Entwicklungen. Dazu trägt auch das MINT-Portal, das eine digitale Infrastruktur zur Dissemination und langfristigen Nutzung der Fortbildungsmodule durch Adaption der schon in ComᵉIn verwendeten OER-Infrastruktur bietet, bei.

Lehrkräfte der Fächer Mathematik, Informatik sowie der Naturwissenschaften sollten ihre digitalisierungsbezogenen Kompetenzen für die Gestaltung guten Unterrichts mit digitalen Medien weiterentwickeln. Hierzu werden forschungsbasierte Professionalisierungsbausteine für die Gestaltung digital gestützten MINT-Unterrichts sowie die Identifikation effektiver Möglichkeiten des Einsatzes digitaler Medien in der Fort- und Weiterbildung entwickelt. Durch die Gestaltung und Umsetzung einer Transferstrategie auf mehreren Ebenen sollen diese Professionalisierungsbausteine in die Fortbildungspraxis gelangen.

Dazu arbeitet der Projektverbund in drei Schwerpunkten. In den Schwerpunkten 1 & 2 werden Fort- und Weiterbildungsmaßnahmen konzipiert, die Digitalität in unterschiedlicher Weise berücksichtigen.

Schwerpunkt 1: Lehrkräfte für digitale Medien im Unterricht professionalisieren

Im Fokus steht das Unterrichten mit konkreten digitalen Unterrichtsmaterialien und Werkzeugen wie bspw. Modellbildungssoftware und KI-gestützte Assistenzsystemen. Lehrkräfte sollen befähigt werden, einen verstehensorientierten, kognitiv aktivierenden und adaptiven Unterricht mit digitalen Medien durchzuführen. Im Fokus der Professionalisierungsangebote steht dabei die Entwicklung eines kohärenten Unterrichtsangebots und weniger die isolierte Nutzung einzelner digitaler Werkzeuge.

Schwerpunkt 2: Lehrkräfte mit digitalen Medien professionalisieren

Hier  wird untersucht, wie digitale Medien für die Fort- und Weiterbildung von Lehrkräften sinnvoll eingesetzt werden können, indem digital gestützte Fort- und Weiterbildungsmaßnahmen – unter Verwendung von Virtual Reality, Simulationen und Online-Plattformen – entwickelt und implementiert werden. So können bspw. in einem VR-Klassenraum Situationen des naturwissenschaftlichen Sach- und Fachunterrichts geübt oder im Rahmen einer online bzw. hybrid angebotenen Fortbildung  Funktionsweise von ChatGPT genauer verstanden werden.

Der Schwerpunkt 3: Transfer, Nachhaltigkeit und Evidenzbasierung gewährleisten setzt die multidimensionale Transfer- und Implementierungsstrategie von DigiProMIN um.

• Das Ziel der Strategie für den Transfer und die Implementierung von Materialien besteht darin, die Ergebnisse des Projekts als Open Educational Resources (OER) auf bereits bestehenden Plattformen zugänglich zu machen,diese zu verknüpfen und weiterzuentwickeln.
• Die Strategie für den personalen Transfer und die Implementierung sieht vor, die entwickelten Fort- und Weiterbildungsmodule in die Programme im MINT-Bereich der beteiligten Bundesländer einzubinden. Zusätzlich sollen sie Teil ko-konstruktiv gestalteter Netzwerke von Lehrkräften sein, die als professionelle Lerngemeinschaften fungieren.
• Außerdem wird eine systemische Transfer- und Implementierungsstrategie umgesetzt, welche die kooperative Zusammenarbeit über die verschiedenen Phasen der Lehrkräftebildung hinweg unterstützt, u. a. im Kontext der Schulung von Multiplikator:innen und der Förderung überregionaler Kooperationen. 
• Zusätzlich wird zur Unterstützung der Evidenzbasierung des Fortbildungsangebots i steuerungsrelevantes Wissen bereitgestellt, indem Instrumente zur Erfassung digitalisierungsbezogener Kompetenzen von Lehrkräften entwickelt und empirisch validiert werden. 

Die systemische Strategie wird exemplarisch in den Bundesländern Brandenburg, Schleswig-Holstein und Bayern in Kooperation mit den jeweiligen Landesinstituten und Qualitätseinrichtungen erprobt.

Durch die Arbeit von DigiProMIN erhalten Lehrkräfte Fort- und Weiterbildungen, die auf die Anforderungen der Fächer Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften zugeschnitten sind. Durch den Fokus auf praxisrelevante Themen wie die Verwendung von KI, Virtual Reality, Simulationen und Online-Plattformen, Zugänge zum Programmieren sowie der Stärkung von Daten- und Medienkompetenzen können diese direkt in den Unterricht integriert werden, sodass Schüler:innen von einem Unterricht profitieren, der digitale Medien effektiv einbindet und Lernprozesse unterstützt.