Institut für Informatik und digitale Bildung

an der Fakultät für Natur- und Sozialwissenschaften

Das Institut setzt sich zusammen aus der Professur Digitale Bildung (Prof. Dr. Alexander Skulmowski) und dem Arbeitsbereich Informatik und Medienbildung (Vincenzo Fragapane). Der inhaltliche Fokus liegt auf der empirischen and theoretischen Erforschung der kognitiven Gestaltung des digitalen Lehrens und Lernens sowie den ethischen Rahmenbedingungen der Digitalisierung. Das Institut ist für das Lehramtsfach Informatik sowie den Masterstudiengang Digitale Bildung: Psychologie, Kognition, Gestaltung verantwortlich.

Aktuelles

Digitale Bildung

Die Professur Digitale Bildung untersucht aus einer kognitionswissenschaftlichen Perspektive das Lehren und Lernen im Kontext der Digitalisierung sowie die daraus resultierenden ethischen Implikationen. Hierbei verwendet die Professur primär experimentelle kognitionspsychologische Methoden.

AI, Lernen und Ethik

Künstliche Intelligenz (KI) hat sich in den letzten Jahren zum wichtigen Alltagsbegleiter entwickelt, der auch im Bereich der Bildung enorme Umwälzungen bewirkt. Generative KIs können nur durch einfache Sprachanweisungen anspruchsvolle Aufgaben wie die Erstellung von Texten, Grafiken oder Videos erledigen. Hierdurch ergeben sich vielfältige Implikationen, wie zum Beispiel Placebo-Effekte, bei denen sich KI-Nutzende bloß durch die Verwendung einer KI für fähiger bei der Aufgabenlösung halten. Gleichzeitig können sich durch die Auslagerung von Aufgaben problematische Auswirkungen ergeben. In diesem Forschungsschwerpunkt entstehen theoretische Analysen der ethischen und psychologischen Implikationen sowie empirische Forschungsvorhaben. Lesen Sie unter folgendem Link eine aktuelle Publikation zur Ethik fehlerhafter KI-generierter Abbildungen in der Wissenschaft:

Skulmowski & Engel-Hermann (2025)
Cognitive Load Alignment

Digitale Bildung erzeugt zumeist eine eigene kognitive Belastung. Lernspiele erfordern zum Beispiel, dass Lernende die Bedienung und Spielregeln erlernen, die wiederum nicht unmittelbar etwas mit dem Lerninhalt zu tun haben. Nach gängigen Theorien sollte dies zu einer Beeinträchtigung des Lernens führen; jedoch belegt eine Vielzahl an Studien, dass diese zusätzlichen Arten der kognitiven Belastung nicht zwangsläufig schaden. Aus den Befunden lässt sich ableiten, dass der Einsatz kognitiv herausfordernder Lernmedien zu rechtfertigen ist, wenn eine hohe Passung mit einem konkreten Lernziel vorliegt. Um zum Beispiel ein detailliertes Wissen über ein Organ zu erwerben, ist die kognitive Belastung durch realistische Visualisierungen unvermeidbar. Diese Passung zwischen kognitiver Belastung, lernförderlichen Prozessen und Lernzielen wird im Model des Cognitive Load Alignment untersucht. Die zentrale Publikation hierzu finden Sie unter folgendem Link:

Skulmowski & Xu (2022)
Realismus

Durch die immer häufigere Verwendung von dreidimensionalen Lernumgebungen, Virtual Reality und Augmented Reality stellt sich die Frage, welchen Einfluss der visuelle Realismus auf Lernprozesse hat. Während ein höherer Detailgrad nicht immer lernförderlich sein muss, sondern auch überfordern kann, belegen Forschungsergebnisse, dass eine Vereinfachung ebenfalls nicht für jedes Lernziel den optimalen Realismusgrad darstellt. In diesem Forschungsschwerpunkt wird untersucht, wie realistische Visualisierungen kognitiv verarbeitet werden und welche Konsequenzen daraus für die visuelle Gestaltung zu ziehen sind. Ein theoretisches Rahmenmodell finden Sie unter folgendem Link:

Skulmowski et al. (2022)

Zur Professur Digitale Bildung

Informatik und Medienbildung

Der Arbeitsbereich Informatik und Medienbildung untersucht, wie algorithmisches Denken und Computational Thinking in Schule und Lehrkräftebildung als Grundlage einer digitalen Allgemeinbildung wirksam gefördert werden können. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung und Evaluation innovativer Lernumgebungen, etwa mit Physical Computing, Robotik oder digitalen Lernformaten.

Lehr-Lern-Labor Informatik

Das Lehr-Lern-Labor Informatik an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe ist ein Lernort mit Angeboten für Lehramtsstudierende der Informatik und Schulklassen. Es verfolgt zwei Ziele: Die Integration von Praxiserfahrung in das Lehramtsstudium im Fach Informatik und die Förderung von Informatikkompetenzen bei Schüler:innen.

Forschungsprojekte am Institut

Das Lehr-Lern-Labor Informatik ist ein Lernort für Lehramtsstudierende der Informatik und Schüler:innen der Sekundarstufe 1. Es verfolgt zwei Ziele: Die Integration von Praxiserfahrung in das Lehramtsstudium Informatik und die Förderung von Informatikkompetenzen bei Schüler:innen.

Das Lehr-Lern Labor Informatik an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe wurde von Herbst 2019 bis Ende 2023 durch die Vector-Stiftung gefördert.

Das Informatikstudium setzt neben Programmierkenntnissen auch Wissensbestandteile im theoretisch-konzeptionellen Bereich voraus. Die Überprüfung dieser Wissensbestandteile beinhaltet u. a. Multiple-Choice Fragen, Freitextantworten und Aufgaben, die eine Anfertigung von Skizzen und Modellen umfassen. Dieser Aufgaben-Mix konnte an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe bislang in Prüfungssituationen nur in Form von Paper & Pencil-Klausuren realisierten werden. Denn bestehende Prüfungsordnungen und limitierte Eingabemöglichkeiten am Computer standen der Überführung dieser Aufgabentypen ins Digitale im Weg. Auf diese Weise konnten die Vorteile digitaler Prüfungen, wie z. B. automatisiertes Auswerten und Feedback, nicht genutzt werden. Für Klausuren aus theoretischer Informatik ergibt sich hierdurch die Herausforderung, einen Weg zu finden, wie diese ins Digitale überführt werden können.

Das Promotionskolleg Wissensmedien spannt in Zusammenarbeit mit der Hochschule Karlsruhe (HKA) und Hochschule Furtwangen (HFU) einen didaktischen, medien- und kognitionspsychologischen sowie technologiegestützten Bogen vom Wissen zum Menschen und positioniert diesen in einen interdisziplinären Rahmen in den fünf „Wissens-Feldern“:

Wissenserwerb (Kognition, Psychologie),
Wissensvermittlung (Pädagogik, Didaktik),
Wissensmedien (Information, Systeme, Technologien),
Wissensinteraktion (Interaktive Systeme, Medientechnologie) und
Wissenstechnologien (Künstliche Intelligenz).

Für Jugendliche ist unternehmerische IT-Bildung in den MINT-Fächern von zentraler Bedeutung, um zukünftige Herausforderungen wirkungsvoll zu gestalten und MINT-Innovationen anzustoßen. Ziel des Projektes EntreCoThink ist es, Hackathons zur Umsetzung von innovativen unternehmerischen Ideen in einer prototypischen App für die schulische Bildung zu entwickeln und an Schulen der Sekundarstufe I durchzuführen. Dazu wird eine Servicestelle für Lehrkräfte eingerichtet, die sie bei der selbständigen Durchführung von Hackathons an Schulen unterstützt. Das Kooperationsprojekt zwischen dem Institut für Ökonomie und dem Institut für Informatik und digitale Bildung läuft von 1. Mai 2023 - 30. April 2026 und verbindet schulische IT-Bildung mit unternehmerischem Denken und Handeln.

Um die Digitalisierung im Bereich des Prüfens zu fördern und zu optimieren, entwickelte die Pädagogische Hochschule Karlsruhe neue, innovative Formate, die generalisierbar sind und auch auf andere Hochschulen übertragbar. Das Hochschulentwicklungsprojekt „DiAs“ (Digital Assessment – Digitales, kompetenzorientiertes Prüfen an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe) wurde bis Ende 2025 von der Stiftung Innovation in der Hochschullehre mit insgesamt 2 Millionen Euro gefördert.

Im Rahmen der von Bund und Ländern getragenen Qualitätsoffensive Lehrerbildungentwickelt die Pädagogische Hochschule Karlsruhe im Projekt InDiKo (Nachhaltige Integration von fachdidaktischen digitalen Lehr-Lern-Konzepten an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe) das für ihre Lehramtsstudierenden verpflichtende Studienmodul Medienbildung und Digitale Bildung weiter, konzipiert, erprobt und evaluiert in sieben fachspezifischen Teilprojekten innovative digitale Lehr-Lern-Konzepte und baut ihren Innovation Space weiter aus. In diesem virtuellen transdisziplinären Lehr-Lern-Bereich können sich Studierende, Lehrende und Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler austauschen. Hier werden die in den Teilprojekten entwickelten Konzepte zu didaktischen Entwurfsmustern aufbereitet. Auf diese wiederum erhalten auch andere Hochschulen sowie Studienseminare und Schulen Zugriff. Das dreieinhalbjährige Hochschulentwicklungsprojekt ermöglicht es, die digitalisierungsbezogenen Kompetenzen von Lehramtsstudierenden an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe weiter zu stärken.

Im Forschungs- und Nachwuchskolleg „Aufgabenqualität im digital gestützten Unterricht“ (AQUA-d) promovieren in Kooperation mit der Universität Tübingen abgeordnete Lehrkräfte, Akademische Mitarbeitende und Stipendiat:innen zu den Bedingungen und Prinzipien für einen gelingenden digitalen Unterricht. Neben der Forschung aus den Fachdidaktiken wird im Kolleg auch Grundlagenforschung zum Lehren und Lernen im Kontext des digitalen Lehrens und Lernens durchgeführt. Das Institut wirkt mit dem Promotionsprojekt „Lernaufgaben mit computergenerierten realistischen Darstellungen“ im Kolleg mit.

Studium und Lehre

Das Lehramt Informatik-Studium an unserer Hochschule bereitet angehende Informatiklehrer:innen gezielt darauf vor, Informatik an Real-, Gemeinschafts-, Werkreal- und Hauptschulen fachlich fundiert und fachdidaktisch zeitgemäß zu unterrichten. Die Studieninhalte verbinden fachwissenschaftliche Grundlagen mit praktischer Unterrichtserfahrung (auch direkt in unserem eigenen Lehr-Lern-Labor Informatik), um die beste Qualität im Informatikunterricht zu gewährleisten.

Zum Wintersemester 2026/2027 startet der Masterstudiengang Digitale Bildung: Psychologie, Kognition, Gestaltung (M. Sc.). Dieser vermittelt ein breites Fachwissen und ein tiefes Verständnis für die psychologischen Grundlagen des digitalen Lehrens und Lernens. Insbesondere ermöglicht der Master den Erwerb von Kenntnissen über die kognitive Verarbeitung und Gestaltungsprinzipien von Lernmedien. Ergänzt werden diese Kenntnisse mit Einblicken in die Informatik, Ethik und Mediengestaltung.

Die Professur Digitale Bildung ist in den Lehramtsstudiengängen im Studienbereich Bildungswissenschaften verortet und bietet die Einführungsveranstaltung „Digitale Bildung“ im Bachelor an. Zusätzlich kann im Masterstudiengang die Veranstaltung „Digitale Bildung (Praxisvertiefung)“ belegt werden.

Im Studiengang Sport-Gesundheit-Freizeitbildung ist die Professur Digitale Bildung für das Modul „Medien und Digitalisierung“ verantwortlich und bietet hierfür Lehrveranstaltungen an.