Botanik@home

Nähere Beschreibung des Projekts

Das didaktische Konzept für diese Grundvorlesungen fördert die Eigenverantwortung und Selbstwirksamkeit der Studierenden. In der konstruktivistische Lerntheorie versteht man Lernen als einen individuellen Prozess der Selbstorganisation von Wissen. Das Lernen vollzieht sich auf der Basis der Wirklichkeits- und Sinnkonstruktion jedes einzelnen Lernenden. Die Lernenden lernen immer in einem persönlichen Kontext.

Die drei Einführungsvorlesungen „Allgemeine Botanik“ für Umweltingenieurwissenschaften, Forstwissenschaft sowie Holz- und Naturfasertechnologie mit ca. 330 Studierenden, „Botanik (AW)“ für Agrarwissenschaften (ca. 280 Studierenden, gemeinsam mit Matthias Kropf) und „Botany (UBRM)“ für Umwelt- und Bioressourcenmanagement (in englischer Sprache, ca. 470 Studierende) werden in der Regel als Frontalvorlesungen gehalten.

Alle drei Vorlesungen werden seit Jahren aufgezeichnet, die Moodle-basierte Lehrplattform BOKU-learn wird intensiv genutzt und für „Allgemeine Botanik“ und „Botany (UBRM)“ werden bereits im Laufe des Semesters einige freiwillige Aufgaben über BOKU-learn gestellt. Die Aufgaben sind teils automatisiert (Beantwortung von Single choice Fragen zur eigenen Wissensfeststellung) teilweise individualisiert (z.B. aus einer langen Liste von möglicher Fragen zu bereitgestellten Texten sollen drei beantwortet werden oder „Berechnen Sie Ihren CO2-Fußabdruck und wie viele Blätter nötig wären, um dieses CO2 aufzunehmen“). Die Betreuung der individualisierten Aufgaben ist sehr zeitintensiv, eine Tutorin half dabei. Im zweiten COVID-Semester 2020/21 musste die Vorlesung auf Online umgestellt werden. Grundlage der Lehre waren hier zunächst die Videoaufzeichnungen aus dem Vorjahr, zu denen über Moodle kurze Fragen gestellt wurden. Zusätzlich fanden zwei-wöchentliche Treffen über Zoom statt, um Fragen zu diskutieren und den Stoff zu ergänzen (angelehnt an ein Flipped classroom Konzept).

Eine Herausforderung bei großen Vorlesungen im Allgemeinen, die durch die Online-Lehre noch verstärkt wird, ist die persönliche Interaktion mit den Studierenden. Wissen kann gut vermittelt werden, wenn das Interesse dafür geweckt wird. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Lernenden die Relevanz für das eigene Leben erkennen. Die aktive Beteiligung am Wissenserwerb fördert das Behalten des Gelernten und das Kennenlernen von Lernmethoden. Eine besondere Herausforderung während des Lockdowns war auch, dass es Einschränkungen gab, die Wohnungen zu verlassen, um z.B. Pflanzen in der Natur zu erleben. Daraus entstand die Idee von Botanik@home. Im Laufe des Projektes bearbeiten die Studierenden drei Aufgaben, die ihnen Pflanzen näher brachten:

1. notieren Sie während einer Woche alle Pflanzenarten, die sie konsumieren mit deutschem, englischem und lateinischem Namen und die Art der Verwendung

2. sammeln Sie die gleiche Information für alle anderen Pflanzen(-teile) in Ihrer Wohnung (z.B. Möbel, Kosmetika, Zimmerpflanzen, Kleidung, ...)

3. tragen Sie gesuchte Information zu drei ausgewählten Arten zusammen und beurteilen Sie die Beschreibungen, die KollegInnen von drei anderen Arten abgegeben haben.

Die Ergebnisse wurden im Rahmen von Zoom-Treffen (bzw. 2022/23 im Rahmen der Präsenzvorlesung) präsentiert und diskutiert. Die Liste der Pflanzen, ihre Verwendung und zusätzlicher Information ergaben eine Vielzahl von Anknüpfungen an den Stoff der Vorlesung und darüber hinaus. Hier einige Beispiele:

• Zunächst wurde gemeinsam geklärt, was Pflanzen sind, falsche Einträge (Salz, Wasser, Eier, Pilze) eliminiert und festgestellt, dass manchmal die Abgrenzung nicht so einfach ist (Blaualgen);

• am Beispiel von Citrus-Arten und Kohlverwandten wurden Verwandtschaften, Evolution, Züchtung und Nutzung besprochen;

• am Beispiel von Gewürzen sekundäre Inhaltstoffe und die Bedeutung von Pflanzen in Entdeckungen, Wirtschaft, Geschichte und Kriegen;

• am Beispiel von Instrumenten gefährdete tropische Hölzer und deren (illegalen) Handel;

• am Beispiel Zucker wurden Details der erläutert, um Rüben- von Rohrzucker zu unterscheiden;

• anhand von Vanille wurden Bestäuber und Bestäubungsbiologie besprochen

• die Verwendung von Kleidung, natürlichen und synthetischen Fasern, Zellwände und GVOs wurde diskutiert;

• anhand von Kork Zellwände, Verteidigung von Pflanzen und traditionelle Kulturformen;

• und aus allen Arten und Verwendungen wurde deutlich, wie die Diversität von Pflanze aus allen Erdteilen unser Leben bereichert.

Die dritte Aufgabe bestand darin, einige ausgewählte Pflanzen näher zu bearbeiten und Informationen zu sammeln. Die Arten wurden zufällig ausgewählt, konnten aber so gesteuert werden, dass z.B. Studierende der Agrarwissenschaften mehr landwirtschaftlich genutzte Pflanzen und Studierende der Forstwirtschaft mehr Holzpflanzen zugeteilt bekamen. Als Informationsquelle wurde auf einige informative Webseiten verwiesen, ansonsten sollten die Studierende selbständig und kritisch nach Information suchen und die Quellen angeben (nachdem Botanik kein sehr kontroversiell diskutiertes Fach ist, waren Fake News hier kaum relevant).

Die Art der zu suchenden Information wurde genau definiert, zudem sollten zu jeder Art drei besonders interessante oder überraschende Aspekte („bullet points“) hervorgehoben werden. Dies ist ein hilfreiches Feedback für den Lehrenden (Was interessiert meine Studierenden?) und kann in Zukunft in die Vorlesung integriert und an andere Studierende weitergegeben werden. Diese Aufgabe wurde von anderen Studierenden in Peer-reviews bewertet (jeweils drei pro Beitrag), womit für den Lehrveranstaltungsleiter besonders gute oder problematische Beiträge angezeigt werden. Eine Zusatzaufgabe für Nahrungspflanzen bestand darin, ein Kochrezept zu präsentieren (möglichst mit Foto), in dem die Art prominent vorkommt. Aus den besten Beiträgen zu jeder Art wurde ein attraktives elektronisches Buch (Botanik@home) erstellt, in dem interessante Informationen zu 175 Pflanzenarten in unseren Haushalten zusammengestellt und 266 Rezepte präsentiert werden. Dies ist ein gemeinsames Werk von hunderten Studierenden, die sich im ersten Semester an der BOKU mit Pflanzen in ihrem Umfeld beschäftigt haben, und steht allen zur Verfügung.

Insgesamt hatten die Studierenden in einer Woche mehr als 400 Pflanzenarten konsumiert und weit über 1 000 verschiedene Arten in anderen Verwendungen in ihrem Zuhause identifiziert. Über die zwei Jahren hinweg wurden dazu mehr als 3 000 Dateien mit mehr als 100 000 Einzeleinträgen abgegeben. Diese auszuwerten, zu korrigieren und persönliches Feedback zu geben, würde den Zeitrahmen bei einer individuellen Kontrolle und Bewertung aller Einträge sprengen. Zudem lassen sich die Daten in Moodle kaum verknüpfen und vergleichen. Um dies wesentlich effizienter zu gestalten, wurde bekannte und leicht verfügbarer Software kreativ kombiniert. Zunächst erfolgen alle Abgaben auf Moodle als Excel-Dateien, in denen alle Einträge in Listen mit streng vorgegebenem Format einzugeben waren. Beim Herunterladen aus Moodle werden die Dateien automatisch mit dem Namen der Studierenden verknüpft. Alle Einträge von Hunderten von Excel-Dateien werden dann mit einer Routine in R (ein Open-source Programm, das im Wissenschaftsbereich weit verbreitet ist und auch gelehrt wird) geladen. Dabei werden falsch formatierte Abgaben erkannt und können nachgefordert werden. Die gemeinsamen Daten werden wieder in eine Excel-Datei ausgegeben, womit alle Abgaben z.B. nach Pflanzenart, Verwendung etc. gefiltert und sortiert und auch effizient korrigiert und kombiniert werden können. Fehlerhafte Pflanzennamen verursachen erhebliche Probleme, eine verfügbare Funktion in R hilft, diese weitgehend automatisiert zu korrigieren. Damit konnte einer Liste von mehr als 100 000 Einzelbeiträgen mit vielen Fehlern auf weniger als 2 000 verschiedene Arten reduziert, und der Lehrender und die Tutorin konnten interessante Kommentare zu einzelnen Arten leicht auf alle Einträge kopieren. Es eröffnet sich zudem eine Vielzahl von Möglichkeiten, diese Daten zu verschneiden und auszuwerten (s. „Teaching Botany@home“ mit Erläuterungen und Beispielen). Auch können die Einträge auf Kopieren und Plausibilität überprüft werden.

Das persönliche Feedback erfolgte wiederum über R. Hier besteht die Möglichkeit, mit Routinen den „Essenskorb“ aller Teilnehmer*innen zu analysieren, einen einzelnen Beitrag mit denen von anderen zu vergleichen, interessante Aspekte der eigenen Pflanzen hervorzuheben und personalisierte Grafiken und Tabellen zu speichern und zu verschicken. R ermöglicht automatisiert hunderte von Emails mit unterschiedlichem Anhang zu verschicken und damit den Studierenden persönliches Feedback und Analysen zukommen zu lassen.

Ein sehr wichtiger Aspekt der Organisation waren die klare Kommunikation und Struktur. Im ersten Jahr, als die Aufgaben und Tools während des Semesters entwickelt wurden, waren manche Instruktionen nicht klar genug formuliert oder es sind beim Aufsetzen oder Verschicken Fehler unterlaufen. Dies wirkte sich in einem erhöhten Aufwand durch zusätzliche Kommunikation und auch im Aufbereiten der Eingaben aus. Um die Eingaben mit Routinen zu erfassen und in aggregierter Form bearbeiten zu können, müssen diese in streng standardisiertem Format abgegeben werden. Excel erwies sich hier als geeignet, weil jede*r damit ausreichend vertraut ist und die Eingaben leicht sortiert, gefiltert, ausgewertet und kommentiert werden können. Um die Beiträge aus Excel auslesen zu können, müssen sie im richtigen Feld stehen, was durch eine Sperre der Datenblätter und der Zellen und ggf., eine Drop-down Auswahl erreicht wurde. An der Aufgabe zur Erstellung der Artbeschreibungen konnten nur Studierende teilnehmen, die die Instruktion dazu mit „gelesen und akzeptiert“ bestätigt hatten. Dort wurde neben den Details, wie die Beschreibung auszusehen hat, auch die strengen Plagiatsregeln erklärt und die Angabe von Quellen für Informationen und alle Bilder eingefordert. Eine Überprüfung aller Abgaben ergab dann nur sehr wenige Hinweise auf Copy-paste. Damit wurden auch wichtige Regeln für wissenschaftliches Arbeiten vermittelt.

Obwohl ein Ziel des Projektes darin bestand, die personalisierte Betreuung effizienter zu gestalten, war der Zeitaufwand beträchtlich. Einerseits um eine brauchbare Methode zu finden und die Programme anzupassen, andererseits um die Angaben zu den über tausend Pflanzenarten zu überprüfen. Mit den Erfahrungen aus den ersten beiden Jahren kann der Aufwand in Zukunft deutlich reduziert werden. Einerseits können die für den Datenaustausch und Kommunikation geschaffene Tools für verschiedensten Lehrveranstaltungen genutzt (und noch weiter professionalisiert) werden. Andererseits sollen die gesammelten Informationen über die Pflanzen in unserer Umgebung und Inhalte, die Studierenden besonders interessieren, in den Botanik Vorlesungen auch an zukünftige Jahrgänge von Studierenden weitergegeben werden.

Nachhaltigkeit

Im Rahmen der Vorlesungen zur Botanik wurde Studierende schon über Jahre mit kleinen Aufgaben aktive eingebunden. Die Beschränkung durch die notwendige online Lehre ergab einen zusätzlichen Anlass, die Aufgaben noch personalisierter zu machen, die Betreuung zu verbessern und effizienter zu machen und ein gemeinsames Werk zu erarbeiten. Das Projekt soll in den Vorlesungen des Antragstellers weiter eingesetzt werden und wird wohl inhaltlich und datentechnisch immer wieder adaptiert werden. Die Idee, die Studierenden mit den Pflanzen in ihrer Umgebung abzuholen und auf deren Eigenschaften aufzubauen scheint jedenfalls sehr geeignet, um Botanik zu vermitteln.

Die Idee und Methodik, Studierende auch in großen Lehrveranstaltungen aktiver zu beteiligen soll an der BOKU im Rahmen von didaktischen Fortbildungen „Peer Teaching“ weitergegeben werden.

Dissemination/Transfer

Das Konzept begleitend zu Lehrveranstaltungen zusätzliche Aufgaben zu vergeben, ist natürlich nicht neu und lässt sich grundsätzlich auf viele Lehrveranstaltungen anwenden. Die Lehrenden müssen in jeden Einzelfall beurteilen bzw. abwägen, welche Aufgaben konkret gestellt werden, wie groß der didaktische und persönliche Effekt und wie groß der Betreuungsaufwand ist.

Die im Rahmen des Projektes erstellten Tools zur effizienten Betreuung komplexere Aufgaben sind nicht besonders kompliziert (basierend auf Excel und R) und können für andere Projekte zur Verfügung gestellt und angepasst werden. Eine Zusammenfassung der Erfahrung mit einigen Details zur Handhabung wurde zur Verfügung gestellt („Teaching Botany@home“). Das Feedback an die Studierenden erfolgt derzeit per eine automatisierte email. Möglicherweise könnte dies in Moodle integrieren, aber das ist nicht wirklich notwendig.

Die Erfahrungen können über verschiedene Kanäle (Didaktikseminare, persönlicher Austausch) weitergegeben werden, wesentlich ist eigentlich nur die Idee, die Lehre interaktiver zu gestalten und die Information, wie dies in der Praxis geschehen kann.

Institutionelle Unterstützung

Die Universität stellt für die Grundvorlesungen von Peter Hietz im Rahmen von 2 Stunden eine/n Tutor*in zur Verfügung, die/der die Online-Betreuung unterstützt.